یکی از گام‌های اساسی در فرآیند تصفیه آب، حذف مواد معلق موجود در آب خام است. این مواد شامل ذرات بزرگ قابل ته‌نشینی تا ذرات کلوئیدی ریز هستند که بدون کمک مواد شیمیایی در آب باقی می‌مانند. فرآیند زلال‌سازی (Clarification) با هدف حذف این ناخالصی‌ها، شامل سه مرحله کلیدی است: انعقاد (Coagulation)، لخته‌سازی (Flocculation) و ته‌نشینی (Sedimentation) که به‌طور مجموع به آن‌ها زلال‌سازی متعارف گفته می‌شود.
مراحل زلال‌سازی آب
| مرحله | توضیح |
|---|---|
| انعقاد (Coagulation) | حذف بار الکتریکی ذرات معلق جهت بی‌ثبات‌سازی آن‌ها با استفاده از مواد منعقدکننده نظیر سولفات آلومینیوم یا کلرید آهن |
| لخته‌سازی (Flocculation) | تجمع ذرات بی‌ثبات‌شده در قالب لخته‌های بزرگ‌تر با کمک پلیمرهای آلی یا اختلاط آرام |
| ته‌نشینی (Sedimentation) | حذف فیزیکی لخته‌های تشکیل‌شده از جریان آب به‌صورت ته‌نشینی در حوضچه‌های ته‌نشینی بزرگ |
نقل قول علمی:
«در اکثر فرآیندهای تصفیه، لخته‌سازی پس از مرحله انعقاد صورت می‌گیرد تا ذرات خنثی‌شده به‌هم پیوسته و ذرات قابل ته‌نشینی را تشکیل دهند.»
ـ گزارش فنی پالایه‌سازان
مواد منعقدکننده معدنی رایج
در سیستم‌های زلال‌سازی متعارف، اغلب از منعقدکننده‌های معدنی بر پایه آلومینیوم یا آهن استفاده می‌شود. این مواد به خنثی‌سازی بار منفی سطح ذرات کمک کرده و پس از هیدرولیز، رسوباتی ایجاد می‌کنند که ذرات معلق را به دام می‌اندازند.
| نام ماده | فرمول | شکل مصرفی | کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|
| سولفات آلومینیوم | Al₂(SO₄)₃·14–18H₂O | پودری، گرانولی، کلوخه | منعقدکننده اولیه |
| کلرید آلومینیوم | AlCl₃·6H₂O | مایع | منعقدکننده اولیه |
| سولفات فریک | Fe₂(SO₄)₃·9H₂O | پودری | منعقدکننده اولیه |
| کلرید فریک | FeCl₃ | کریستال یا محلول | منعقدکننده اولیه |
| آلومینات سدیم | Na₂Al₂O₄ | مایع یا پودری | افزایش کارایی منعقدکننده‌ها، کنترل pH |
محدوده pH بهینه:
| ماده منعقدکننده | محدوده pH بهینه برای عملکرد |
|---|---|
| سولفات آلومینیوم | ۶ تا ۷ |
| آهن سه ظرفیتی | ۵ تا ۶.۵ |
پلی‌الکترولیت‌ها: جایگزین یا مکمل منعقدکننده‌های معدنی
پلی‌الکترولیت‌ها، پلیمرهای محلول در آب هستند که در نقش منعقدکننده یا کمک‌منعقدکننده عمل می‌کنند. این مواد شامل انواع آنیونی، کاتیونی و نانیونی بوده و ویژگی‌های زیر را دارند:
منعقدکننده‌های اولیه: پلیمرهای کاتیونی با وزن مولکولی پایین و بار مثبت بالا (مانند پلی‌آمین‌ها)
کمک‌منعقدکننده‌ها: پلیمرهایی با وزن مولکولی بسیار بالا برای افزایش اندازه و چسبندگی لخته‌ها
مزایای استفاده از پلیمرها:
- کاهش حجم لجن تولیدی تا ۹۰٪
- عدم تأثیر بر pH آب
- عدم افزایش TDS
- افزایش طول عمر فیلترها و رزین‌های تبادل یونی
انتخاب منعقدکننده بر اساس کدورت آب ورودی
| میزان کدورت (NTU) | روش پیشنهادی |
|---|---|
| کمتر از ۱۰ | استفاده ترکیبی از منعقدکننده معدنی + پلیمر کاتیونی |
| بین ۱۰ تا ۶۰ | ترکیب پلیمر + منعقدکننده معدنی |
| بیشتر از ۶۰ | استفاده از پلیمر به‌عنوان منعقدکننده اولیه کفایت می‌کند |
حذف رنگ از آب خام
در بسیاری از مناطق، رنگ ناشی از مواد آلی مانند اسیدهای هیومیک و فولویک در آب سطحی یافت می‌شود. برای حذف این رنگ‌ها، از روش‌های زیر استفاده می‌شود:
- کلرزنی: برای اکسیداسیون ترکیبات رنگ‌زا
- انعقاد با آلومینیوم یا آهن
- استفاده از پلیمرهای آلی با بار مثبت بالا
نکته فنی:
بهترین عملکرد حذف رنگ معمولاً در pH بین ۴.۵ تا ۵.۵ حاصل می‌شود؛ اما حذف کدورت معمولاً در pH بالاتر مؤثرتر است.
نتیجه‌گیری
زلال‌سازی آب خام، یکی از مهم‌ترین و اساسی‌ترین مراحل در فرآیند تصفیه آب صنعتی و شهری به‌شمار می‌رود. استفاده صحیح و علمی از روش‌های انعقاد، لخته‌سازی و ته‌نشینی، به همراه انتخاب دقیق مواد شیمیایی مانند منعقدکننده‌های معدنی و پلی‌الکترولیت‌ها، نقش بسزایی در افزایش راندمان تصفیه و بهبود کیفیت آب خروجی دارد. تجهیزات متنوع زلال‌سازی از جمله clarifierهای افقی، عمودی، و سیستم‌های in-line، هر کدام کاربرد خاص خود را دارند که باید با توجه به شرایط آب خام و نیاز پروژه انتخاب شوند.
با توجه به چالش‌های روزافزون منابع آب در کشور و اهمیت کاهش مصرف مواد شیمیایی، هزینه‌های بهره‌برداری، و حجم لجن تولیدی، بهره‌گیری از راهکارهای نوین زلال‌سازی، آزمایش جار، کنترل آنلاین و بهینه‌سازی تزریق مواد، ضرورتی انکارناپذیر است.
