【سؤال يومي】مبادئ الهندسة الكيميائية 290: ما الذي يؤثر على فعالية عملية الترسيب (10 يناير)

(1) درجة حرارة الماء: تؤثر درجة حرارة الماء على تحلل الأملاح غير العضوية. عندما تكون درجة حرارة الماء منخفضة، تكون وتيرة التفاعل الهيدروليتي بطيئة، وتزداد لزوجة الماء، مما يجعل من الصعب تكوين الترسيبات. (2) قيمة الرقم الهيدروجيني والقلوية للماء. مع اختلاف قيم الرقم الهيدروجيني، تختلف أشكال منتجات التحلل المائي لمواد التكثيف المكونة من أملاح الألومنيوم وأملاح الحديد، كما يختلف تأثير التكثيف أيضًا. (3) خصائص وتركيب وتركيز الملوثات في الماء. الأيونات الموجبة ذات الشحنة الثنائية أو أكثر الموجودة في الماء، تساعد على ضغط الطبقة الكهربائية المزدوجة في الماء الطبيعي ； إن تنوع أحجام جزيئات الشوائب سيساعد على عملية الترسيب ； إن انخفاض تركيز الشوائب (قلة عدد الجسيمات) سيعيق التصادم بين الجسيمات، مما يؤثر على عملية التكتل. (4) الظروف المائية. في مرحلة الخلط في عملية الترسيب، من الضروري أن يتم خلط مادة الترسيب مع الماء المتعكر بسرعة وبشكل متساوٍ ； في مرحلة التفاعل، يجب أن تقل شدة الخلط تدريجيًا مع زيادة حجم الفقاعات.

1. تأثير درجة حرارة الماء
2. تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني للماء
3. تأثير قلوية الماء
4. تأثير تركيز جزيئات العكارة في الماء
5. تأثير الملوثات العضوية في الماء
6. تأثير نوع وكمية مواد التجميع
7. تأثير طريقة إضافة مواد التجميع
8. تأثير الظروف الهيدروليكية

ما هي العوامل التي تؤثر على فعالية الترسيب؟ درجة حرارة الماء ； الرقم الهيدروجيني ； الشوائب في الماء (بما في ذلك الجسيمات الصلبة والملوثات العضوية) ； الظروف المائية

1. درجة حرارة الماء
2. قيمة الـ pH
3. كمية المواد المضافة
4. وسط التلامس
5. الظروف الهيدروليكية
6. جودة المياه الخام

١. تأثير درجة حرارة الماء. 2. تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني للماء. ٣. تأثير قلوية الماء. ٤. تأثير تركيز جزيئات العوالق في الماء. 5. تأثير الملوثات العضوية في المياه. 6. تأثير أنواع المواد المستخدمة في التجميع وكمياتها. 7. تأثير طريقة إضافة مواد التجميع.
8. تأثير الظروف الهيدروليكية.

1. درجة حرارة الماء
2. قيمة الـ pH
3. خصائص وتركيز المواد الغريبة في الماء
4. الظروف الهيدروليكية

١. تأثير درجة حرارة الماء: لدى درجة حرارة الماء تأثير كبير على فعالية عملية التكثيف؛ فكل من درجات الحرارة المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا يؤثر سلبًا على هذه العملية. أما درجة الحرارة المثالية لعملية التكثيف فهي بين 20 و30 درجة مئوية. عندما تكون درجة حرارة الماء منخفضة، يحدث تكوّن الجسيمات المترسبة ببطء، كما تكون هذه الجسيمات صغيرة الحجم، مما يؤدي إلى ضعف فعالية عملية الترسيب. الأسباب هي: ① لأن رد فعل تحلل المواد المستخدمة في عملية الترسيب هو رد فعل يستهلك الحرارة، وعندما تكون درجة حرارة الماء منخفضة، يحدث تحلل هذه المواد ببطء، مما يؤثر سلبًا على استقرار الجسيمات الكولويدية. ②عندما يكون درجة حرارة الماء منخفضة، تزداد لزوجة الماء، وبالتالي يزداد مقاومة حركة جزيئات الكولويد، مما يؤثر على التصادمات الفعالة بين جزيئات الكولويد وعملية التكتل. ③عندما يكون درجة حرارة الماء منخفضة، يقل الحركة البراونية لجزيئات الكولويد في الماء، مما يعيق تكتل الجزيئات الكولويدية التي فقدت استقرارها في اتجاهات مختلفة. عندما يكون درجة حرارة الماء مرتفعة، يقل أيضًا فعالية عملية التكثيف، وذلك بسبب تسارع وتيرة التفاعل الهيدروليزي لمواد التكثيف في درجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلى تعزيز عملية الترطيب في الجسيمات الناتجة، وبالتالي يصعب عليها الغرق ； أثناء معالجة المياه العادمة، يتكون كمية كبيرة من الطين، وتكون نسبة الماء فيه مرتفعة، مما يجعل معالجته صعبة. 2. تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني للماء: يؤثر قيمة الرقم الهيدروجيني للماء بشكل كبير على فعالية عملية الترسيب، ويحدث ذلك من خلال جانبين رئيسيين. من ناحية، يرتبط قيمة الرقم الهيدروجيني للماء مباشرة بالشحنة السطحية والجهد الكهربائي لجزيئات الكولويد الموجودة في الماء؛ ففي درجات الرقم الهيدروجيني المختلفة، تختلف الشحنة السطحية والجهد الكهربائي لجزيئات الكولويد، وبالتالي يختلف أيضًا كمية المواد المستخدمة في عملية الترسيب ； من ناحية أخرى، يؤثر قيمة الرقم الهيدروجيني للماء بشكل كبير على عملية تحلل المواد المستخدمة في الترسيب. فالقيمة المثالية للرقم الهيدروجيني اللازمة لتحلل هذه المواد تختلف من مادة ترسيب إلى أخرى، ولذلك فإن تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني على فعالية الترسيب يختلف أيضًا حسب نوع المادة المستخدمة في الترسيب. النطاق المثالي لقيم pH لعملية الترسيب وإزالة العكارة باستخدام كلوريد الألومنيوم المتشابك في شركتنا يتراوح بين 5 و9. ٣. تأثير قلوية الماء: نظرًا لحدوث تفاعلات هيدروليزية عند إضافة مواد التجميع إلى الماء الخام، فإن هذه التفاعلات تستهلك من قلوية الماء؛ وخاصة مواد التجميع الأملاح غير العضوية، حيث تستهلك كمية أكبر من القلوية. عندما يكون مستوى القلوية في المياه الخام منخفضًا، فإن إضافة مادة التجميع تؤدي إلى استهلاك القلوية الموجودة في المياه، مما يخفض قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه. وإذا تجاوزت قيمة الرقم الهيدروجيني النطاق المثالي لمادة التجميع، فسيؤثر ذلك بشكل كبير على فعالية عملية التجميع. عندما يكون قلويّة الماء الخام منخفضة أو عند استخدام كميات كبيرة من مواد التجميع، غالبًا ما يكون من الضروري إضافة كمية معينة من المواد القلوية مثل الجير لتحسين فعالية عملية التجميع. ٤. تأثير تركيز جزيئات العوالق في الماء: يؤثر تركيز جزيئات العوالق في الماء بشكل كبير على فعالية عملية الترسيب. عندما يكون تركيز هذه الجزيئات منخفضًا، يقل احتمال حدوث تصادمات بين الجزيئات، وبالتالي تضعف فعالية عملية الترسيب. إذا كانت القيمة مرتفعة، فيجب استخدام مواد ترسيب بوليمرية مثل البولي أكريلاميد، لخفض درجة عكارة الماء إلى مستوى معين، ثم يتم إضافة مواد التجميع لإجراء المعالجة التقليدية. ٥. تأثير الملوثات العضوية في المياه: تلعب المواد العضوية الموجودة في المياه دورًا في حماية الجسيمات الكولويدية وتثبيتها، حيث تترسب جزيئات المواد العضوية القابلة للذوبان على سطح جزيئات الكولويد، مما يشكل طبقة عضوية تحمي هذه الجزيئات وتمنع اصطدامها ببعضها البعض، كما تمنع تفاعل مواد التجميع مع جزيئات الكولويد. لذلك، في وجود المواد العضوية، يصبح من الصعب تفكيك جزيئات الكولويد مقارنة بعدم وجودها، وبالتالي يلزم استخدام كميات أكبر من مواد التجميع. يمكن استخدام بيكربونات البوتاسيوم المنغنيزية، والأوزون، والكلور كعوامل أكسدة مسبقة، لكن يجب مراعاة ما إذا كانت ستنتج نواتج ثانوية سامة أم لا. 6. تأثير نوع المادة المستخدمة في التجميع وكميتها: نظرًا لأن خصائص التحلل المائي لأنواع مختلفة من المواد المستخدمة في التجميع، بالإضافة إلى ظروف جودة المياه المستخدمة، تختلف من نوع لآخر، فإنه يجب اختيار النوع المناسب من هذه المواد بناءً على خصائص جودة المياه الأولية. بالنسبة للملحات غير العضوية المستخدمة كمواد تجميع، يُطلب أن تكون في شكل يسمح بضغط الطبقة الكهربائية المزدوجة بفعالية أو إحداث تعادل كهربائي قوي. أما بالنسبة للمواد التجميعية البوليمرية العضوية، فيُطلب وجود عدد مناسب من المجموعات الوظيفية وهيكل بوليمري، بالإضافة إلى وزن جزيئي كبير. أستخدم في محطتي المواد المساعدة على التجميع وهي كلوريد الألومنيوم المتبلمر، والمادة المساعدة على تثبيت الترسيب هي PAM. عادةً، يزداد تأثير الترسيب مع زيادة كمية المادة المستخدمة في عملية الترسيب، لكن عندما تصل كمية هذه المادة إلى قيمة معينة، يصل تأثير الترسيب إلى أقصى حد. وإذا زادت الكمية مرة أخرى، فإن ذلك سيؤدي إلى حالة من عدم الاستقرار، وبالتالي ينخفض تأثير الترسيب. من الناحية النظرية، فإن الكمية المثالية للإضافة هي تلك التي تؤدي إلى أدنى درجة من عكارة الماء بعد عملية الترسيب، بحيث يصبح شحنة الجزيئات الكولويدية وقيمة الجهد ζ صفرًا. لكن نظرًا لمسألة التكاليف، فإن الكمية المثلى من مادة التجميع في الإنتاج الفعلي تُحدد عادةً بما يضمن بلوغ جودة المياه بعد التنقية **المعايير المطلوبة** مع تقليل كمية مادة التجميع إلى أدنى حد. 7. تأثير طريقة إضافة المواد المستخدمة في التجميع: يوجد نوعان من طرق إضافة المواد المستخدمة في التجميع، وهما الإضافة الجافة والإضافة الرطبة. فبين مواد التجميع السائلة، وحتى بين مواد التجميع ذات التركيزات المختلفة، فإن الأشكال المائية لهذه المواد التي يمكنها تقليل الطبقة الكهربائية المزدوجة أو التي لديها القدرة على التعادل الكهربائي ليست متشابهة تمامًا، ولذلك فإن تأثير التجميع الناتج عن إضافتها إلى الماء يختلف أيضًا. إذا تم إضافة مواد مساعدة أخرى للتجميع بالإضافة إلى المواد المستخدمة في التجميع، فإن ترتيب إضافة هذه المواد يؤثر بشكل كبير على فعالية عملية التجميع. لذلك، من الضروري تحديد الطريقة والترتيب المناسبين لإضافة هذه المواد من خلال التجارب المحاكاة والممارسات الإنتاجية الفعلية. 8. تأثير الظروف الهيدروليكية: بعد إضافة مواد التجميع، يمكن تقسيم عملية التجميع إلى مرحلتين: الخلط السريع ورد فعل التكتل. لكن في عمليات معالجة المياه الفعلية، تكون هاتان المرحلتان متصلتين ولا يمكن فصلهما، كما أن الظروف الهيدروليكية يجب أن تكون مستمرة أيضًا. نظرًا لأن العوامل المستخدمة في التجميع قد تتغير بسرعة عند إضافتها إلى الماء، فإن المرحلة السريعة للخلط تتطلب توزيع هذه العوامل بشكل متساوٍ في الماء، حتى يمكن لها أن تتفاعل بشكل متساوٍ وتجمع جزيئات الكولويد معًا. ويتطلب ذلك خلطًا سريعًا وقويًا، سواء كان ذلك بواسطة قوى هيدروليكية أو ميكانيكية، ويجب أن يتم ذلك في وقت قصير. يدخل النظام مرحلة الترسيب، وفي هذه المرحلة يجب أن تزداد حجم جزيئات الكولويد التي فقدت استقرارها تدريجيًا، من خلال عمليات الترسيب المتعاكس والمتماثل، لتصبح كتلًا قادرة على الغرق بشكل فعال. لذلك، يجب أن يقل مستوى الخلط وسرعة تدفق الماء تدريجيًا مع زيادة حجم الكتل المترسبة، وذلك لتجنب تفتت هذه الكتل وإفساد فعالية عملية الترسيب. في الوقت نفسه، وبما أن عملية الترسيب هي عملية بطيئة يزداد فيها حجم الجسيمات المترسبة تدريجيًا، فإذا كان من الضروري أن تصل هذه الجسيمات إلى حجم كافٍ ليتم التخلص منها عن طريق الترسيب بعد عملية التكثيف، فيجب ضمان وجود وقت كافٍ لعملية الترسيب. أما إذا تم استخدام تقنية الطفو الهوائي أو الترشيح المباشر بعد عملية التكثيف، فيمكن **تقليل** وقت العملية.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على فعالية الترسيب. من بين العوامل الرئيسية ما يلي. (1) درجة حرارة الماء: لدى درجة حرارة الماء تأثير واضح على فعالية عملية التكثيف؛ فعندما تكون درجة الحرارة منخفضة، يستغرق تكوّن الرواسب وقتًا أطول، كما يزداد محتوى الماء في هذه الرواسب، ويصبح معدل ترسيبها بطيئًا، مما يعيق عملية التكثيف وترسيب الرواسب. عند استخدام كبريتات الألومنيوم كعامل تجميع، فإن درجة حرارة الماء المثالية تكون بين 25 و30 درجة مئوية ； عند استخدام أملاح الحديد كعوامل تجميع، فإن درجة حرارة الماء لا تؤثر بشكل كبير على فعالية التجميع. (2) قيمة الرقم الهيدروجيني للماء: يؤثر قيمة الرقم الهيدروجيني للماء على فعالية عملية التكثيف. وعند استخدام أملاح الحديد كمواد لتكثيف الماء، يجب أيضًا الانتباه إلى التحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني للماء. (3) يجب تحديد كمية المواد المستخدمة في عملية الترسيب بناءً على الظروف المحددة، وذلك من خلال إجراء اختبارات لتحديد أفضل كمية يمكن استخدامها. يمكن الاستعانة بالبيانات المدرجة في الجدول 2-1 كمرجع. (4) وسط الاتصال: تُظهر التجارب أن الاحتفاظ بكمية معينة من الرواسب في الماء يساعد على زيادة فرص اصطدام الجزيئات الكولويدية، كما يوفر “نواة” لتكوّن بلورات المواد المستخدمة في الترسيب. وهذا بدوره يسهل تكوّن ترسبات على جزيئات الرواسب، مما يساعد على امتصاص الشوائب الموجودة في الماء وترسيبها وفصلها. (5) الظروف الهيدروليكية في عملية الترسيب: من الناحية الهيدروليكية، يمكن تقسيم عملية الترسيب إلى مرحلتين: مرحلة الخلط ومرحلة التفاعل. ①عملية الخلط. من خلال الخلط الشديد، يتم نشر مادة التكثيف بسرعة وبشكل متساوٍ، مما يخلق الظروف المناسبة لتحلل مادة التكثيف وحدوث تفاعلات الاندماج، بالإضافة إلى فقدان الاستقرار للجزيئات الكولويدية. من لحظة إضافة مادة التجميع حتى بدء تكوّن الجسيمات المترسبة، يستغرق هذا العملية عادةً أقل من دقيقتين. ②عملية التفاعل. يبدأ الماء الذي تم خلطه جيدًا مع المواد الكيميائية في التحرك بسرعة أكبر داخل التفاعل، مما يؤدي إلى استمرار اصطدام الجزيئات الكولويدية في الماء وترسبها ； كما يؤدي ذلك، عند سرعة تدفق أصغر، إلى تكوين جسيمات مترسبة ذات خصائص ترسيبية جيدة من الكولويدات المفقودة للاستقرار. مع تباطؤ سرعة التفاعل تدريجيًا، يزداد حجم الجسيمات المترسبة أيضًا، كما تزداد سرعة ترسبها، وعادةً لا تتجاوز مدة مرحلة التفاعل 30 دقيقة. لا يجب أن تكون سرعة تدفق الماء في مرحلة التفاعل سريعة جدًا، وإلا فقد يؤدي ذلك إلى تفتت الكتل المتكونة بالفعل. يؤدي تكوّن الجل المستقر إلى تدهور فعالية الترسيب. لتحقيق هدف تغير سرعة تدفق الماء من سريعة إلى بطيئة ； عادةً ما يتم تصميم أجهزة التنقية على شكل عدة غرف تفاعل، بحيث يمكن تغيير سرعة تدفق الماء حسب متطلبات التفاعل، وذلك لتلبية احتياجات التفاعل من الحركة الهيدروليكية.

1) درجة حرارة الماء 2) قيمة الرقم الهيدروجيني للماء 3) قلوية الماء 4) تركيز جزيئات العكارة في الماء 5) الملوثات العضوية في الماء 6) أنواع مواد التجميع وكميتها 7) طريقة إضافة مواد التجميع 8) الظروف الهيدروليكية

العوامل الرئيسية هي درجة حرارة الماء، وقيمة الرقم الهيدروجيني للماء، ودرجة القلوية، بالإضافة إلى تركيز المواد المعلقة في الماء