تصفیه فاضلاب به روش انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation)

مقدمه

روش انعقاد و لخته‌سازی یکی از پرکاربردترین فرآیندهای شیمیایی در تصفیه فاضلاب است که به‌طور مؤثری ذرات کلوئیدی و معلق را از آب جدا می‌کند. این روش به‌ویژه در تصفیه‌خانه‌های شهری، صنایع غذایی، نساجی و تولید کاغذ کاربرد گسترده‌ای دارد. در این مقاله به بررسی جامع اصول علمی، مراحل اجرا، مواد شیمیایی مورد استفاده و کاربردهای این روش می‌پردازیم.

1. اصول علمی روش انعقاد و لخته‌سازی

1-1. مکانیسم عملکرد

• ذرات کلوئیدی در فاضلاب به‌دلیل بار الکتریکی منفی به‌صورت پایدار در آب پراکنده می‌مانند.

• مواد منعقدکننده با خنثی‌کردن بار الکتریکی، پایداری ذرات را از بین می‌برند.

• لخته‌سازها ذرات ریز را به هم متصل کرده و تشکیل لخته‌های بزرگتر می‌دهند.

1-2. تفاوت انعقاد و لخته‌سازی

2. مواد شیمیایی مورد استفاده

2-1. مواد منعقدکننده (Coagulants)

1. آلومینیوم سولفات (آلوم)

   • فرمول شیمیایی: Al₂(SO₄)₃.18H₂O

   • دوز معمول: 20-100 mg/L

   • محدودیت: حساس به pH (بهینه 5.5-7.5)

2. پلی‌آلومینیوم کلراید (PAC)

   • مزایا:

     • عملکرد بهتر در pHهای مختلف

     • تولید لجن کمتر

     • نیاز به دوز کمتر

3. کلروفریک (FeCl₃)

   • مناسب برای فاضلاب‌های صنعتی

   • دامنه pH بهینه: 4-11

2-2. مواد لخته‌ساز (Flocculants)

1. پلیمرهای کاتیونی

   • برای ذرات با بار منفی

   • وزن مولکولی بالا

2. پلیمرهای آنیونی

   • برای ذرات با بار مثبت

   • معمولاً همراه با منعقدکننده‌های معدنی

3. پلیمرهای غیریونی

   • زمانی که بار سطحی ذرات نزدیک به صفر است

3. مراحل اجرای فرآیند

3-1. مرحله انعقاد

• تزریق ماده منعقدکننده در مخزن اختلاط سریع

• سرعت اختلاط: 150-300 rpm

• زمان ماند: 30-60 ثانیه

• کنترل pH در محدوده بهینه

3-2. مرحله لخته‌سازی

• تزریق پلیمر لخته‌ساز

• سرعت اختلاط: 20-50 rpm

• زمان ماند: 15-30 دقیقه

• تشکیل لخته‌های قابل ته‌نشینی

3-3. مرحله جداسازی

• ته‌نشینی در حوضچه‌های ته‌نشینی ثانویه

• شناورسازی (DAF) برای لخته‌های سبک

• فیلتراسیون برای حذف نهایی ذرات ریز

4. عوامل مؤثر بر عملکرد سیستم

4-1. پارامترهای فاضلاب

• کدورت و TSS: هرچه بیشتر، دوز منعقدکننده بیشتر

• pH: تأثیر مستقیم بر عملکرد منعقدکننده‌ها

• دما: سرعت واکنش را تحت تأثیر قرار می‌دهد

4-2. پارامترهای عملیاتی

• دوز مواد شیمیایی: بهینه‌سازی با آزمون جارت (Jar Test)

• سرعت و زمان اختلاط: بسیار حیاتی برای تشکیل لخته‌های مناسب

• نوع و ترتیب تزریق مواد شیمیایی

5. کاربردهای صنعتی

5-1. صنایع غذایی

• حذف چربی و پروتئین از فاضلاب کشتارگاه‌ها

• تصفیه پساب کارخانه‌های لبنی

5-2. صنایع نساجی

• حذف رنگ‌های محلول

• کاهش COD در پساب رنگرزی

5-3. صنایع کاغذسازی

• بازیابی الیاف سلولزی

• حذف مواد آلی از پساب

6. مزایا و محدودیت‌ها

6-1. مزایا

• حذف مؤثر ذرات ریز تا 1 میکرون

• کاهش کدورت تا 95%

• قابلیت ترکیب با سایر روش‌های تصفیه

• هزینه نسبتاً پایین

6-2. محدودیت‌ها

• تولید لجن شیمیایی

• حساسیت به تغییرات کیفیت فاضلاب

• نیاز به کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی

• محدودیت در حذف مواد محلول

7. بهینه‌سازی سیستم

7-1. آزمون جارت (Jar Test)

• روش استاندارد برای تعیین:

  • نوع ماده منعقدکننده مناسب

  • دوز بهینه

  • شرایط pH مطلوب

7-2. سیستم‌های کنترل خودکار

• کنترل پی‌اش (pH)

• تزریق خودکار مواد شیمیایی

• مانیتورینگ کدورت خروجی

8. مدیریت لجن تولیدی

8-1. ویژگی‌های لجن انعقادی

• رطوبت بالا (95-98%)

• حجم زیاد

• احتمال وجود فلزات سنگین

8-2. روش‌های کاهش حجم لجن

1. تغلیظ گرانشی

2. فیلترپرس

3. سانتریفیوژ

9. فناوری‌های نوین

9-1. منعقدکننده‌های طبیعی

• کیتوسان: مشتق از پوسته سخت‌پوستان

• تانن: استخراج شده از گیاهان

9-2. الکتروکوآگولاسیون

• ترکیب انعقاد شیمیایی و الکتروشیمیایی

• کاهش مصرف مواد شیمیایی

10. نتیجه‌گیری

روش انعقاد و لخته‌سازی با سادگی نسبی و اثربخشی بالا، یکی از ارکان اصلی سیستم‌های تصفیه فاضلاب محسوب می‌شود. موفقیت این روش به انتخاب صحیح مواد شیمیایی، کنترل دقیق شرایط عملیاتی و بهینه‌سازی سیستم بستگی دارد. امروزه با توسعه منعقدکننده‌های پلیمری و سیستم‌های کنترل خودکار، کارایی این فرآیند به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. برای دستیابی به بهترین نتایج، انجام آزمون‌های پایلوت و مشاوره با متخصصان این حوزه ضروری است.

کلمات کلیدی: انعقاد و لخته‌سازی، مواد منعقدکننده، پلیمرهای لخته‌ساز، آزمون جارت، تصفیه شیمیایی فاضلاب، آلومینیوم سولفات، PAC، حذف ذرات کلوئیدی، بهینه‌سازی تصفیه فاضلاب