فلوکولاتور - همزن دور کند

فرایند انعقاد و لخته سازی
فرایند انعقاد شیمیایی در تصفیه آب می تواند توام با ته نشینی و یا بدون ته نشینی باشد. بحث انعقاد شامل جزئیات استفاده از مواد منعقدکننده و پلیمر الکترولیتها می باشد. مراحل انعقاد فلوکولاسیون و زلالســازی در تصفیه آبهای سطحی معمــول است. فرایند انعقاد و لخته سازی برای حذف مواد کلوئیدی مولد کدورت، رنگ (مواد آلی طبیعی) و آلک (فیتوپلانکتون) باکتریها و ویروسها می باشد.
سیستمهای متعارف تصفیه شامل انعقاد، لخته سازی، زلالسازی و متعاقب آن فیلتر شنی تند می باشد. مواد منعقد کننده شیمیایی برای خنثی سازی بار الکتریکی ذرات کلوئیدی به آب تزریق می‌شوند تا امکان توده ای شدن آنها فراهم آید. پس از تزریق مواد، اختلاط سریع آب با مواد شیمیایی در مرحله انعقاد صورت می‌گیرد. آب پس از تزریق مواد شیمیایی منعقدکننده و کمک منعقدکننده وارد حوضچه فلوکولاسیون می شود. اختلاط ملایم آب در حوضچه لخته سازی برای ایجاد توده های سنگینی قابل ته نشینی صورت می گیرد.
مواد شیمیایی منعقدکننده و کمک منعقدکننده
مواد منعقدکننده مواد شیمیایی هستند که برای قابل ته نشینی ساختن ذرات بخصوص ذرات کلوئیدی در آب استفاده می شوند. مواد کمک منعقد کننده موادی هستند که برای کمک در تشکیل توده با لخته و بهبود فرآیند انعقاد استفاده می‌شوند.
مواد منعقدکننده شامل موادی دارای پایه آلومینیوم یا آهن مانند سولفات آلومینیوم یا سولفات آهن یا کلراید پلی آلومینیوم یا کلراید آهن می‌باشند که از ترکیبات پلی الکترولیتها به عنوان منعقدکننده یا کمک منعقد کننده استفاده می‌شود. از پلی الکترولیتها مانند پلی آمینها، پلی آکریل آمیدها برای آبهای دارای کدورت کم و رنگ کم در روش فیلتراسیون مستقیم استفاده می‌شود. پلی الکترولیتها ممکن است کاتیونی، آنیونی و یا آمفوتریک باشند.
در انعقاد شیمیایی مواد منعقد کننده مناسب به آب اضافه می شود . این مواد بار الکتریکی ذرات معلق را خنثی می‌کند و بر اثر آن امکان چسبیدن ذرات به یکدیگر و در نتیجه ایجاد ذرات بزرگتر، سنگین تر و قابل رسوب که فلوک نامیده می‌شود فراهم می گردد. معمولی ترین موادی که جهت عمل انعقاد بکار می رود نمکهای آلومینیوم و آهن است سولفات آلومینیوم یک ماده منعقد کننده استاندارد است که در تصفیه خانه های آب از آن استفاده می شود. سولفـات آلومینیوم بصورت جـامد دانه بندی شده, پودر و یا بصورت مایع در بازار عرضه می شود. هر میلی گرم در لیتر آلومینیوم باعث کاهش قلیائیت آب به اندازه 5/0 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم و تولید 4۴ میلی گرم در لیتر دی اکسید کربن می شود.
دی اکسید کربن تولید شده موجب افزایش خاصیت خورندگی در آب می گردد. اگر آب دارای قلیائیت کافی نباشد برای فعل و انفعال سولفات آلومینیوم از آهک و کربنات سدیم استفاده می شود تا حالت قلیایی فراهم گردد.
مزیت استفاده از کربنات سدیم (خاکستر سودا) عدم افزایش سختی آب است ولی خاصیت خورندگی آب را بالا می‌برد. استفاده از آهک نسبت به کربنات سدیم مقرون به صرفه‌تر است. مقدار آلوم مورد مصرف در تصفیه آب بین 5-۵0 میلی گرم در لیتر می باشد و محدوده PH مؤثر برای انعقــــاد 8-5/5 است.
سولفات آهن دو ظرفیتی بصورت تجاری دارای خلوص ۵۵ درصد می باشد و به صورت کریستالهای سبز رنگ دانه‌ای قابل تهیه است. سرعت فعل و انفعال سولفات آهن از آلوم کمتر است. برای بالا بردن PH به نقطه ای که یونهای آهن عمل انعقاد را به خوبی انجام دهد، باید آهک اضافه کرد.
استفاده از سولفات آهن و آهک در تصفیه آب مقداری سختی آب را افزایش می دهد ولی خاصیت خورندگی در آب ایجاد نمی‌کند استفاده از سولفات آهن نسبت به آلوم مقرون به صرفه‌تر است ولی بهره برداری از سیستم بدلیل عملکرد توسط دو ماده شیمیایی مشکلتر خواهد بود.
سولفات آهن کلرزده شده و کلرورآهن سه ظرفیتی و آهک در تصفیه آب استفاده می‌شوند. یکی از معمول‌ترین موارد مورد استفاده کلرور آهن(Fecl3) می باشد که در محدوده PH ، ۴-12 مناسب می باشد.
مزیت استفاده از منعقد کننده های آهن سه ظرفیتی عبارت از:
۱- انعقاد در تغییرات وسیع PH بین ۴-9 امکان پذیر است.
۲- عمل یکپارچه شدن ذرات و در نتیجه سنگینی و ته نشینی مواد سریعتر انجام می شود.
3- در از بین بردن رنگ، طعم ، بو و مزه نا‌ مطبوع آب موثرتر واقع می شود.
سولفات آهن سه ظرفیتی در فرم و اشکال مختلف کریستال جامد، مایع و پودر قابل تهیه است. آهک هیدراته، کربنات سدیم سیلیس فعال و پلی الکترولیتها به عنوان مواد کمک انعقاد در تصفیه خانه آب استفاده می‌شود. آهک هیدراته با درصد خلوص 7۰ درصد بصورت تغذیه خشک در دسترس می باشد. سیلیس فعال عبارت است از سیلیکات سدیم که توسط اسید سولفوریک، سولفات آلومینیوم، دی اکسیدکربن یا کلر فعال شده است. پلی الکترولیتها ممکن است آنیونی یا کاتیونی و یا آمفوتریک باشند. عموماً پلی الکترولیتها تحت نام و علائم تجاری در دسترس می باشد. از خاک رس و بنتونیت نیز بعنوان کمک منعقد کننده استفاده می شود.
اثرات بهداشتی مواد منعقد کننده
استفاده از مواد منعقد کننده در آب ممکن است اثرات سوء بهداشتی داشته باشد. همچنین مواد شیمیایی مضر ممکن است از طریق تولید و استفاده پلی الکترولیتها به آب افزوده شود مانند آکریل آمید و اپن کلروهیدرنی که باید مقادیر آن کمتر از حداکثر مجاز باشد. برای کاهش غلظت این گونه مواد در آب باید در فرآیند آبگیری از لجن از برگشت آب لجن به آب خام جلوگیری کرد.
آزمایش جارتست
جهت مطالعه عمل انعقاد و تعیین میزان مواد منعقد کننده و نیز انتخاب نوع مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده از آزمایش جارتست استفاده می‌شود. در این آزمایش مقدار و میزان مواد شیمیایی لازم جهت عمل انعقاد، مقدار PH مناسب و نیز مواد شیمیایی مورد نیاز تعیین می شود.
روش کلی جارتست بصورت زیر است:
1-تهیـ
شش نمونه یک یا دو لیتری از آب مورد نظر
2-برای هر نمونه ماده منعقد کننده یا کمک منعقد کننده مورد نظر اضافه می شود.
3-عمل اختلاط سریع بوسیله همزن با سرعت زیاد به مدت یک دقیقه انجام می شود.
4-نمونه های مورد آزمایش با همزن با سرعت کم به مدت ده دقیقه مخلوط می شود.
5-زمان ظهور لخته ها در هر یک از نمونه ها یادداشت می شود و با توجه به نوع مواد مصرفی و PH و مواد کمکی مورد نیاز برای تصفیه آب مورد نظر تعیین می گردد.
استفاده از جارتست بهترین روش برای تعیین کدورت و پارامترهای اپتیمم (مقدار موثر مواد منعقد کننده،PH) زمان فلوکولاسیون و ضرورت استفاده از کمک منعقدکننده می باشد.
PH اپتیمم و غلظت منعقد کننده بستگی به خصوصیات و ویژگیهای آب خام دارد. تغییرات کیفیت آب خام و انتخاب بهترین عملکرد انعقاد تنظیم PH و غلظت و نوع مواد انعقاد کننده از طریق جارتست امکان پذیر است. همچنین برای مقایسه انواع مختلف مواد منعقد کننده و غلظت مناسب تزریق مواد از این روش استفاده می شود.
نمکهای آلومینیوم و آهن اسیدی بوده و PH کل بستگی به قلیائیت آب دارد. افزایش قلیائیت برای بهبود تشکیل فلوکها و همچنین برای کنترل PH از طریق افزودن مواد کمکی مانند آهک و خا کستر سودا انجام می شود.
درحین بهره برداری از یک تصفیه خانه، بهره بردار بطور تجربی می تواند با توجه به کدورت آب خام ورودی مقدار مورد نیاز منعقد کننده برای حذف کدورت را مشخص نماید.
اختلاط سریع
در حوضچه ها اختلاط سریع مواد شیمیایی به آب اضافه شده و به سرعت با آب مخلوط می‌گردد. معمولا عمل اختلاط سریع از طریق بهم زنی شدید هیدرولیکی یا مکانیکی صورت می‌گیرد. مدت اختلاط کمتر از 30 ثانیه توصیه شده است.
فلوکولاسیون (لخته سازی)
در حوضچه فلوکولاسیون شرایطی فراهم می شود که ذرات به یکدیگر چسبیده و تشکیل فلوک دهند. زمان ماند برای تشکیل فلوکها 20 دقیقه بوده و سرعت عبور آب از حوضچه نباید از 15/0 متر در دقیقه کمتر و از 45/0 متر در دقیقه بیشتر باشد. حوضچه های فلوکولاسیون و حوض ته نشینی باید تا آنجا که ممکن است نزدیک یکدیگر باشند. در حوضچه فلوکولاسیون از مخلوط کن پارویی یا تیغه ای که به آرامی در آب می چرخد استفاده می شود. این پاروها بطور افقی در جهت موازی یا متقاطع با جریان آب نصب می شوند.
فلوکولاتور پارویی شامل یک محور با بازوهای فولادی است که بر روی محور یک سری پاروی تیغه ای چوبی یا فلزی نصب شده است. محور با سرعت کم (100-60) دور در ساعت باعث یک حرکت بسیار ملایم در سیال می‌گردد و در نتیجه سبب تصادم و نزدیکی ذرات بهم خواهد شد. سرعت زیاد در حوضچه فلوکولاسیون باعث شکسته شدن فلوکهای تشکیل شده خواهد شد.