پروژه عمران انعقاد و لخته سازي

آب هاي سطحي عموما محتواي انواع مختلفي از ناخالصي هاي كالوئيدي هستندكه باعث كدورت و تاحدودي رنگ مي شوند. براي حذف كلوئيدها بايد ذرات مجراي كلوئيد با هم مجتمع و از نظر اندازه بزرگ شوند. براي اين كار مي توان از مواد شيميايي استفاده كرد. اين مواد نيروهايي را كه موجب پايداري ذرات كلوئيدي مي شوند خنثي مي كنند. به فرآيند ناپايدار سازي ذرات كلوئيدي انعقاد شيميايي مي گويند. سپس به ذرات ناپايدار شده درحالي كه به آرامي به هم زده مي شود زمان داده مي شود تا لخته ها ايجاد شوندكه به اين عمل فلوكولاسيون مي گويند. سرانجام آب از حوضچه ته نشيني رد مي شود و در آنجا مواد جامد لخته شده به وسيله ته نشيني حذف مي شوند.

تعاريف :
انعقاد علمي است كه طي آن با خنثي سازي بار ذرات آنها را به حالت ناپايدار و فاقد بار كرده و مانع دفع ذرات شده در نتيجه ذرات دركنارهم مجتمع مي شوند.
– لخته شدن (Flocculation ) :
لخته شدن ذرات مرحله اي است كه طي آن ذرات ناپايدار به يكديگر متصل شده و لخته ايجاد مي نمايد.
– ته نشين سازي (Sedaimentation ) :

مرحله اي است كه مواد معلق لخته شده ته نشين مي شود. درسالهاي اخير روش هاي ته نشين مداوم برپايه روش هاي بالا متداول گرديده و به منظور بالا بردن راندمان شفاف سازي آب به آن مواد شيميايي يا پلميري به عنوان مواد منعقد كننده اضافه مي كنند.
كلاويفاير ( Clarifier ):
معمولا ۴ عمل بطور همزمان در دستگاه كلاويفاير صورت مي گيرد:
۱ . منعقد كردن مواد معلق كلوئيدي
۲ . لخته كردن مواد منعقد شده
۳ . ته نشيني لخته تشكيل شده
۴ . سرازير شدن آب از حوضچه ته نشيني

تحقيقات و آزمايشات :
مهمترين عوامل مؤثر دركارايي فرآيند انعقاد عبارتند از :
pH ، يون هاي موجود در محلول آبي ( قدرت يوني آب )، غلظت مواد هيوميك، دماي آب و نوع منعقد كننده.
يكي از جديدترين مواد منعقدكننده پلي آلومينيوم كلرايد با علامت اختصاري PACI مي باشد.

پلي آلومينيوم كلرايد با فرمول [ O Z 2 – x Clx YH 6 (OH)2 AL] به نوعي از منعقدكننده ها گفته مي شودكه قدرت و سرعت بالايي در جداسازي و استخراج ناخالصي هاي آب دارندكه دراثر خنثي شدن كلرايد آلومينيوم با برخي از محلول هاي بازي در دو نوع با سولفات و بدون سولفات تهيه مي شود. تفاوت آن با سولفات آلومينيوم به دليل نوع ساختار آلومينيوم درهركدام از اين نمك هاست. در سولفات آلومينيوم يون هاي Al 3+ موجود مي باشند. مشخصه PACL اين است كه دركنار كلرايد و سولفات بخشي از آن نيز شامل يون هاي هيدروكسيد مي باشد. اين يون هاي هيدروكسيد باعث ايجاد مجموعه هاي كوچك پليمري از AL در PACL مي شوند.

بخش اصلي در PACL را در مجموعه AL 137 + تشكيل مي دهد. به دليل تناسب مناسب تر بار الكتريكي به شعاع، اين گونه ساختارهاي پليمري تأثير بهتري بر بي ثباتي كلوئيدها دارند تا مولكول هاي منفرد AL 3 + 3 و ۴ .
درخصوص مزاياي PACL بعنوان منعقد كننده ، موارد متعددي ذكر شده است كه مي توان گفت مهمترين اين امتيازها قابليت استفاده از دامنه هاي بسيار وسيع تري ازكدورت و دماي آب مي باشد.

امروزه PACL درتصفيه خانه هاي كشورهاي پيشرفته جهان همانند ژاپن، آمريكا، كانادا، چين، فرانسه، انگلستان، آلمان و ايتاليا به دليل عملكرد بهتر و بهداشتي بودن جايگزين سولفات آلومينيوم وكلرور آهن شده است.
دراين مطالعه نيز براي بهبودكيفيت آب رودخانه هاي بهمن شير و اروندكه دو منبع اصلي تأمين آب درآبادان مي باشند از ماده منعقدكننده PACL استفاده شده است.
مواد و روش ها :
دراين تحقيق كاربرد پلي آلومينيوم كلرايد درتصفيه آب آبادان از نظر انتخاب دوز بهينه و شرايط بهينه عملكرد آن مورد بررسي قرارگرفت. مراحل اساسي اين تحقيق در بخش هاي مختلف به شرح ذيل انجام شده است:
– آزمايشات در فصل تابستان انجام شد، محل نمونه برداري رودخانه هاي اروند و بهمن شير بود. نمونه ها جمع آوري و به آزمايشگاه شيمي آب و فاضلاب دانشكده بهداشت، دانشگاه علوم پزشكي تهران ارسال گرديد. براي نمونه هاي ارسالي آزمايشات معمول كيفيت آب خام و COD انجام گرفت.
– كدورت نمونه هاي ارسالي سنجيده شد و هرنمونه دريك محدوده كدورت قرارگرفت.
– آزمايش جار ( انعقاد، لخته سازي و ته نشيني) باتوجه به غلظت هاي مختلف مواد معلق و تزريق مقادير مختلف ماده منعقد كننده PACL درهريك از محدوده هاي كدورت انجام گرديد.
– با بررسي كدورت ها و مشاهده فلوك ها ، دوز بهينه ماده منعقدكننده مشخص گرديد.
– نمونه اي كه مقدار مصرف ماده منعقدكننده آن بهينه بود، انتخاب و بر روي آن آزمايش هاي COD‌ و AL و حجم لجن انجام شد.
– بعد از تعيين مقدار بهينه ، بايد بهترين محدوده pH هم مورد بررسي قرارگيرد. pH نمونه ها را بين ۴- ۹ تنظيم كرده و آزمايش جار با تزريق مقدار بهينه مجددا انجام شد و بهترين محدوده pH تعيين گرديد. سپس نمونه بهينه از نظر آزمايش AL‌ و COD و حجم لجن مورد بررسي قرارگرفت.
– درمرحله بعد نمونه هاي هر رودخانه بطورجداگانه توسط همزن مخلوط و يك كدورت همگن حاصل و آزمايش جار بر روي آن انجام گرديد.
– به دليل اينكه در روزهاي باراني كدورت آب خام در اين رودخانه ها مي تواند تاحدود ۸۰۰ الي ۹۰۰ واحد نفلومتري افزايش يابد، به نمونه ها بصورت دستي كدورت افزوده شد تا مقدار دوز بهينه ماده منعقد كننده بررسي گردد. براي افزايش كدورت از خاك رسي كه از الك شماره μ ۱۲۰ عبوركرده بود استفاده شد و بعد نمونه ها توسط همزن مخلوط گرديده و دركدورت هاي ۲۵۰ ، ۵۰۰ و ۷۵۰ واحد نظري ، آزمايش جار بر روي آنها
انجام شد. سپس اندازه گيري حجم لجن و آزمايشات AL‌ و COD انجام شد. از آنجا كه آزاد سازي و يا مازاد آلومينيوم پس از فرايند انعقاد با PACL محتمل به نظر مي رسيد توجه به غلظت آلومينيوم در آب خام و آب تصفيه شده در مراحل مختلف كاملا ضروري بود.
نتايج :
محدوده هاي كدورت براي رودخانه اروند ( ۲۰ ، ۳۰ و ۴۰ واحد كدورت ) و براي رودخانه بهمن شير ( ۱۰۰ ، ۴۰ ، ۶۰ و ۱۵۰ واحد كدورت ) تعيين گرديد. راندمان حذف كدورت در آزمايش جار اين نمونه ها در حدود ۹۸- ۹۰ % حاصل شد. جداول ۱ و ۲ نتايج آزمايش جار بر روي نمونه مخلوط شده رودخانه هاي مذكور را نشان مي دهد.
درمرحله بعدكدورت بطور دستي افزوده شد و قدرت عمل PACL بررسي گرديد. جداول ۳ و ۴ اين مطلب را نشان مي دهد. در نمودار ۱ آلومينيوم باقيمانده پس از آزمايش جار در نمونه هاي رودخانه اروند را نشان داده شده است.

جدول شماره ۱ . آزمايش جار رودخانه بهمن شير ( نمونه مخلوط )

Dose PACL mg / l 5 10  ۱۵ ۲۰ ۲۵
كدورت بعد از آزمايش جار(NTU ) 32 / 8 66 / 3 18 / 2 28 / 2 72 / 2
راندمان حذف % ۶ / ۹۶ ۵ / ۹۷ ۵ / ۹۸ ۴ / ۹۸ ۱ / ۹۸

pH بعد از آزمايش جار ۸ / ۷ ۷ / ۷ ۶ / ۷ ۵ / ۷ ۴ / ۷
( mg / l ) COD 12 12 10 12 12
(mg / l ) Al 4 / 0 39 /0 41 /0 29 /0 41 /0
قليائيت (mg / l ) CaCo2 130 136 145 131 126

هدايت الكتريكي (cm / s μ ) ۱۶۴۵ ۱۶۴۲ ۱۶۴۲ ۱۶۲۴ ۱۶۵۲
حجم لجن
(ml / l ) min 15 4 /0 5 /0 5 /0 7 /0 7 /0
min 30 31 / 1 6 / 1 7 / 1 7 / 1 8 / 1

 مقدار بهينه PACL ، mg / l 10 است.
Mg / l 330 = Cl ، μs / cm = EC ، ۸ / ۷ = pH ، NTU 150 = Turbidty

 

جدول شماره ۲ . آزمايش جار رودخانه اروند ( نمونه مخلوط )

Dose PACL mg / l 5 10  ۱۵ ۲۰ ۲۵

كدورت بعد از آزمايش جار(NTU ) 45 / 3 57 / 1 41 / 1 91 / 0 88 /0
راندمان حذف % ۷ / ۹۳ ۹۷ ۹۷ ۳ / ۹۸ ۴ / ۹۸
pH بعد از آزمايش جار ۸ ۹ / ۷ ۸ / ۷ ۷ / ۷ ۶ / ۷
( mg / l ) COD 2 2 2 2 2
(mg / l ) Al 39 /0 42 /0 41 /0 4 /0 43 /0
قليائيت (mg / l ) CaCo2 141 134 132 140 127
هدايت الكتريكي (cm / s μ ) ۱۶۴۸ ۱۶۶۷ ۱۶۵۲ ۱۶۵۳ ۱۶۶۶
حجم لجن
(ml / l ) min 15 4 /0 6 /0 7 /0 7 /0 7 /0
min 30 2 / 1 6 / 1 6 / 1 7 / 1 7 / 1

جدول شماره ۳ . نتايج آزمايش جار مربوط به نمونه آب رودخانه اروند (با خاك رس براي بالا بردن كدورت )

حجم لجن پس از ۳۰ دقيقه زمان ته نشيني (ml / L ) حجم لجن پس از ۱۵ دقيقه (ml / l ) زمان ته نشيني Al باقيمانده (mg / L ) pH بعد از آزمايش جار حذف كدورت در دوزه بهينه (%) دوز بهينه (mg / l ) كدورت نمونه (NTU )
9 / 1 1 09 / 0 7 / 7 99 10 250
5 / 3 8 / 2 07 /0 7 / 7 99 10 500
5 / 4 4 04 / 0 5 / 7 4 / 99 14 900

جدول شماره ۴٫ نتايج آزمايش جار مربوط به نمونه آب رودخانه بهمن شير ( با خاك رس براي بالا بردن كدورت )

حجم لجن پس از ۳۰ دقيقه زمان ته نشيني (ml / L ) حجم لجن پس از ۱۵ دقيقه (ml / l ) زمان ته نشيني Al باقيمانده (mg / L ) pH بعد از آزمايش جار حذف كدورت در دوزه بهينه (%) دوز بهينه (mg / l ) كدورت نمونه (NTU )
2 8 / 1 04 /0 7 / 7 6 / 98 10 225
4 / 3 8 / 2 02 /0 7 / 7 4 / 99 10 500
7 / 4 2 / 4 08 /0 8 / 7 99 7 700

بحث و نتيجه گيري :
آزمايشات انجام شده بر روي پلي آلومينيوم كلرايد نشان مي دهدكه چون اكسيژن مورد نياز شيميايي (COD ) آن صفر مي باشد، مصرف اين ماده بعنوان منعقدكننده در فرآيند تصفيه آب نمي تواند هيچ مقدار ماده آلي به آب اضافه كند.

درخصوص مقايسه پارامترهاي آب رودخانه هاي بهمن شير و اروند رود، مقاديركدورت و مواد معلق در رودخانه اروند رود پايين تر از رودخانه بهمن شير مي باشد و چنانچه بتوان آب بيشتري از رودخانه اروند رود جهت انتقال به تصفيه خانه آب برداشت نمود، مناسبتر مي باشد.

به لحاظ پارامترهاي هدايت الكتريكي و باقيمانده خشك، تفاوت خاصي بين اين دو رودخانه وجود ندارد. مقدار سختي كامل دراين دو رودخانه تقريبا يكسان و در محدوده آب هاي سخت مي باشد. به دليل ورود پساب هاي صنعتي، كشاورزي و غيركشاورزي (ناشي از اجراي طرح هاي توسعه كشاورزي و پرورش ماهي و ميگو ) و فاضلاب شهري به رودخانه كارون، كاهش نزولات جوي و افزايش مصرف آب در سالهاي اخير، مشكل عمده آب اين رودخانه ها افزايش كلرور و شوري مي باشد.

باتوجه به ساير پارامترهاي كيفي آب خام در اين دو رودخانه، فرآيندهاي تصفيه متداول شامل : آشغالگير، ته نشيني اوليه ، انعقاد ، لخته سازي ، ته نشيني ثانويه ، صاف سازي و كلرزني براي تصفيه آب و رسيدن به استانداردهاي آب شرب مناسب است. اما باتوجه به
بالا بودن كدورت و مواد معلق، لازم است فرآيند انعقاد و لخته سازي بطوركامل و دقيق اجرا گردد.

آزمايشات جارآب خام رودخانه هاي بهمن شير و اروند رود نشان مي دهدكه راندمان حذف كدورت خوب بوده ( ۹۸- ۹۰ % ) و غلظت ماده منعقد كننده كم است كه از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه است اما مقدار آلومينيوم باقيمانده ( mg / l‌ ۴۳ /۰- ۳۹ /۰ ) بالاتر از حد استاندارد Al ( mg / l 2 /0 ) درآب مي باشد. به دليل اينكه آب خام اين دو رودخانه فاقد آلومينيوم است بنابراين وجود آلومينيوم پس از فرآيند تصفيه ناشي از كاربرد PACL است. با توجه به جداول ۳ و ۴ بالاتر بودن راندمان حذف كدورت در اين آزمايشات به علت اضافه كردن خاك رس و افزايش مواد معلق بوده است. مواد معلق مي توانند فرآيند ته نشيني را بهبود بخشند. غلظت آلومينيوم باقيمانده پس از جارتست از مقدار استاندارد بسيار پايين تر مي باشد. علت آن، اضافه كردن خاك رس به آب بوده است كه بعنوان كمك به منعقدكننده عمل كرده و جاذب آلومينيوم از آب است

 

نمودار ۱ . آلومينيوم باقيمانده پس از آزمايش جار در نمونه هاي آب رودخانه بهمن شير با افزايش كدورت

Turbidity ( NTU )

استفاده از پلي آلومينيوم كلرايد در اين مطالعه نه تنها مقدار COD را افزايش نداده، بلكه مقدار آن را كاهش داده است.
باتوجه به اينكه غلظت پلي آلومينيوم كلرايد مصرفي نسبت به ساير منعقدكننده ها به ازاي هر مترمكعب آب با كدورت يكسان، بسياركمتر مي باشد. حجم لجن توليد شده به مراتب كمتر خواهد بود. در ضمن زمان ته نشيني لخته هاي توليد شده با ماده PACL نسبت به

سايرمواد منعقد كننده كمتر مي باشد و اين خود مي تواند دركاهش حجم و هزينه تأسيسات اثر مثبت داشته باشد.
در نهايت باتوجه به اينكه غلظت هاي كمتري از پلي آلومينيوم كلرايد نسبت به سايرمواد منعقدكننده استفاده مي شود، به نظرمي رسدكه هزينه مواد منعقدكننده مصرفي به ازاي هر مترمكعب آب تصفيه شده كاهش يابد.

دستيابي به تكنيك پيشرفته حذف كدورت از آب و فاضلاب :
پژوهشگران به تكنيك كاربرد پليمرهاي معدني آلومينيوم درحذف كدورت از آب و فاضلاب دست يافتند.
بررسي تأثيرگذاري عملي پلي كاتيون آلومينيوم درحذف كدورت موجود درآب و فاضلاب شده است. در فرآيند انعقاد در تصفيه آب و فاضلاب مواد منعقدكننده اي مورد استفاده قرارمي گيرندكه اغلب از نمك هاي فلزي به خصوص آهن و آلومينيوم بوده و با مكانيسم خاصي باعث حذف ذرات كلوئيدي از آب مي شوند. منعقد كننده هايي كه بيشترين كاربرد را در تصفيه خانه هاي آب كشور دارند، سولفات آلومينيوم ( آلوم ) و كلريد فريك است ؛ اين درحالي است كه دركشورهايي نظير: كانادا، ايتاليا، آمريكا، چين فرانسه و انگلستان ماده اي جايگزين آن شده كه به تازگي در ايران در PACL نام « پلي آلومينيوم كلرايد» ( تصفيه خانه بابا شيخ علي اصفهان نيز تلاش هايي درجهت استفاده از آن آغاز شده است ).