در فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب، دو دسته ماده شیمیایی حیاتی برای جداسازی ذرات معلق استفاده میشوند: کواگولانتها (Coagulants) و فلوکولانتها (Flocculants) که اغلب به آنها پلیالکترولیت نیز گفته میشود. اگرچه این دو نوع ماده شیمیایی در یک سیستم و پشت سر هم کار میکنند، اما نقش، مکانیزم عملکرد، و هدف اصلی آنها کاملا با یکدیگر متفاوت است. اشتباه گرفتن این دو یا استفاده نادرست از آنها، میتواند راندمان تصفیه را به شدت کاهش داده و هزینههای عملیاتی را افزایش دهد.
فهرست محتوا
۱. کواگولانت: خنثیسازی و ناپایدارسازی
کواگولانتها مواد شیمیاییای هستند که وظیفه اصلی آنها، ناپایدارسازی ذرات ریز معلق است.
هدف اصلی:
- از بین بردن نیروی دافعه الکتریکی (بار سطحی منفی) بین ذرات معلق.
مکانیزم عملکرد:
ذرات ریز معلق در آب (مثل گِل، باکتری و کلوئیدها) دارای بار سطحی یکسان (معمولاً منفی) هستند که باعث دفع متقابل آنها میشود. کواگولانتها که اغلب دارای بارهای مثبت قوی هستند، از دو طریق این ذرات را ناپایدار میکنند:
- خنثیسازی بار: تزریق کواگولانتهای کاتیونی (بار مثبت) به پساب، بارهای منفی ذرات را خنثی میکند و نیروی دافعه از بین میرود. این امر اجازه میدهد تا ذرات به یکدیگر نزدیک شوند.
- تشکیل رسوب: در کواگولانتهای معدنی، رسوبات هیدروکسید فلزی حجیمی (مثل آلومینیوم هیدروکسید) تشکیل میشود که ذرات معلق را در حین تهنشینی، مانند یک تور به دام میاندازد و با خود به پایین میکشد.
نوع مواد شیمیایی:
کواگولانتها اغلب ترکیبات معدنی با وزن مولکولی پایین هستند.
- نمونهها: سولفات آلومینیوم (آلوم)، کلرید فریک (آهن سه ظرفیتی)، و پلیمرهای معدنی مانند پلی آلومینیوم کلراید (PAC).
الزامات فرآیند:
- نیاز به اختلاط سریع و با انرژی بالا دارد تا مواد شیمیایی در کمترین زمان ممکن (کمتر از چند ثانیه) در تمام پساب پخش شوند.
- کارایی آنها به شدت به pH آب وابسته است.
۲. فلوکولانت یا پلیالکترولیت: پلزنی و تجمیع
فلوکولانتها (که زیرمجموعهای از پلیالکترولیتها هستند) وظیفه اصلی آنها تجمیع ذرات ناپایدار شده و تشکیل خوشههای بزرگ و محکم است.
هدف اصلی:
- ایجاد پیوند فیزیکی بین ذرات ناپایدار شده برای ساخت خوشههای بزرگ و سنگین (فلوک).
مکانیزم عملکرد:
فلوکولانتها پلیمرهایی با زنجیرههای مولکولی بسیار بلند هستند.
- پلزنی: زنجیرههای بلند پلیمری فلوکولانت به چندین ذره ناپایدار شده متصل شده و مانند یک پل عمل میکنند. این پیوند فیزیکی باعث میشود که ذرات بسیار سریعتر به هم بچسبند و خوشههای بزرگی به نام فلوک تشکیل دهند.
نوع مواد شیمیایی:
فلوکولانتها ترکیبات آلی (پلیمری) با وزن مولکولی بالا هستند.
- نمونهها: پلیآکریلآمیدها (PAMs) در انواع مختلف کاتیونی (بار مثبت)، آنیونی (بار منفی) و نانیونی (بدون بار).
الزامات فرآیند:
- نیاز به اختلاط آرام و ملایم دارد تا فلوکهای تشکیل شده زمان کافی برای رشد پیدا کنند و در عین حال، به دلیل هم زدن شدید خرد نشوند.
۳. اشتباهی که نباید بکنید: نقش مکمل، نه جایگزین!
بزرگترین اشتباه در تصفیه آب، استفاده از این دو ماده به جای یکدیگر یا نادیده گرفتن یکی از مراحل است.
| اشتباه رایج | نتیجه | راه حل |
| استفاده از فلوکولانت بدون کواگولانت | اگر فلوکولانت به پسابی با ذرات پایدار (بار منفی) تزریق شود، به خوبی نمیتواند پل بزند و مصرف آن بالا میرود. | در پسابهای دارای کدورت و بار منفی بالا، همیشه ابتدا از کواگولانت برای خنثیسازی استفاده کنید. |
| استفاده از کواگولانت بدون فلوکولانت | ذرات ناپایدار شده تشکیل خوشههای ریز میدهند که سرعت تهنشینی بسیار پایینی دارد و راندمان سیستم را پایین میآورد. | فلوکولانت پلیمری، مکمل کواگولانت است و به رشد سریع خوشهها کمک میکند. |
| اشتباه در توالی تزریق | کواگولانت باید در مرحله اختلاط سریع و فلوکولانت در مرحله اختلاط آرام تزریق شود. تزریق برعکس، فلوکهای ضعیفی ایجاد میکند. | توالی تزریق را رعایت کنید: ۱. کواگولانت در اختلاط سریع. ۲. فلوکولانت در اختلاط آرام. |
مقایسه عملکرد در فرآیند
| ویژگی | کواگولانت (انعقاد) | فلوکولانت (لختهسازی) |
| نقش | ناپایدارسازی و خنثیسازی | تجمیع و پلزنی |
| بار | قوی و مثبت | مثبت، منفی، یا خنثی (وابسته به نوع) |
| وزن مولکولی | پایین | بالا (زنجیرههای بلند) |
| مرحله اختلاط | اختلاط سریع | اختلاط آرام |
۴. انتخاب هوشمندانه: کاتیونی، آنیونی یا نانیونی؟
انتخاب نوع فلوکولانت (پلیالکترولیت) به مرحلهای از فرآیند و ماهیت ذرات بستگی دارد:
- فلوکولانت کاتیونی (مثبت): بهترین گزینه برای لجن فاضلاب و پسابهای حاوی مواد آلی و بیولوژیکی (دارای بار منفی بالا) است. به سرعت بار ذرات را خنثی کرده و لجن را متراکم میکند.
- فلوکولانت آنیونی (منفی): بهترین گزینه برای پسابهای معدنی (مانند معادن، شستشوی شن و ماسه) است که عمدتاً ذرات معدنی (سیلیس، رس) دارند و ذرات آنها از قبل توسط کواگولانت معدنی ناپایدار شدهاند یا دارای بار منفی ضعیفی هستند.
- فلوکولانت نانیونی (خنثی): برای فرآیندهایی که ماهیت بار ذرات مشخص نیست یا به دلیل pH خنثی شدهاند، برای کمک صرف به پلزنی استفاده میشود.
در نهایت، موفقیت فرآیند تصفیه در گرو اجرای دقیق و متعادل مراحل انعقاد و لختهسازی است. نادیده گرفتن نقش مکمل این دو ماده، میتواند اثربخشی تصفیهخانه را به شدت کاهش دهد.