کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه فاضلاب

لجن فعال یکی از فرآیندهای تصفیه متعارف زیستی در تصفیه خانه های فاضلاب است. در این فرآیند مقدار زیادی لجن تولید می شود. تجربه نشان داده است که هزینه های ناشی از تصفیه لجن به طور چشمگیری بالا می باشد و  ۳۵-۵۰ درصد کل هزینه های بهره برداری ناشی از تصفیه فاضلاب را به خود اختصاص می دهد. از این رو به لحاظ اقتصادی و عملکردی، مدیریت لجن به ویژه حذف آب اضافی تولیدشده طی فرآیند تصفیه زیستی یکی از مهم ترین مراحل در تصفیه فاضلاب می باشد.

به منظور کاهش هزینه های گزاف سرمایه گذاری راهبری تأسیسات تصفیه، تثبیت لجن و جلوگیری از آلودگی های محیط زیست، لازم است حجم لجن تولیدی در تصفیه خانه های فاضلاب تا حد امکان کاهش یابد. بدین منظور معمولاً از روش تغلیظ و آبگیری لجن استفاده می شود. آبگیری لجن یکی از مشکل ترین مباحث مهندسی محیط زیست در ارتباط با دفع آن است. از آنجا که لجن اصلاح شده، به راحتی تغلیظ و آبگیری می شود. بنابراین در تصفیه خانه های فاضلاب عملیات آماده سازی لجن اهمیت ویژه ای دارد. در واقع آماده سازی یا اصلاح کیفیت شیمیایی لجن، فرآیندی فیزیکیشیمیایی است که موجب تسهیل حذف آب و بازیافت مواد جامد لجن می شود. در عملیات تصفیه لجن این فرآیند غالباً قبل از مراحل تغلیظ و آبگیری انجام شده و افزایش بازدهی این واحدها را فراهم می کند.

آماده سازی لجن فرآیندی دو مرحله ای شامل انعقاد و لخته سازی است. اولین هدف از آماده سازی لجن افزایش اندازه ذرات، غلبه بر آثار ناشی از آبدار بودن و دفع بار الکتریکی بین ذرات می باشد. به عبارت دیگر، آماده سازی لجن سبب تجمع ذرات ریز پراکنده و کلوئیدی موجود در لجن و آزاد شدن آب پیوندی موجود میان آنها می شود. در اغلب موارد برای آماده سازی لجن از مواد شیمیایی معدنی مانند آلوم، کلرور فریک، سولفات فریک و پلی الکترولیت های آلی استفاده می شود که باعث افزایش لجن تولیدی می شوند. امروزه پلی الکترولیت ها در تصفیه آب و فاضلاب کاربرد گسترده ای یافته اند. به تازگی استفاده از این ترکیبات در آماده سازی لجن برخلاف منعقدکننده های شیمیایی به دلیل عدم افزایش جرم لجن تولیدی، عدم تخریب ارزش گرمایی لجن و سهولت بهره برداری و نگهداری از تأسیسات مربوط، روند فزاینده ای داشته است. ترکیب شیمیایی پلی آکریل آمید با محدوده وسیع وزن مولکولی و انواع بار الکتریکی و چگالی در دسترس است که نسبت به سایر پلیمرها ارزا نتر و مؤثرتر می باشد. از ویژگی های کاربرد پلی آکریل آمیدها می توان دوز مصرفی کم، راندمان بالا و عدم ایجاد آلودگی محیط زیست را نام برد.

امروزه با پیشرفت های صنعتی و وجود انواع مختلف آلودگی در پساب های صنعتی و محیط زیست، توسعه لخته سازهای پلیمری جدید با روش های اصلاح، پیوندزنی و تهیه ساختارهای هیبریدی برای اهداف مختلف مد نظر قرار گرفته است. لجن در برابر پلی الکترولیت های دوگانه دارای عملکرد بهتر در جذب ذرات می باشد و در این حالت لخته های تولیدی بزرگتر است که در نتیجه باعث بهبود آبگیری لجن و دوز کمتر پلی الکترولیت می شود. درجه کاتیونی پلی آکریل آمید مهمترین عاملی است که بر دوز کمک منعقدکننده در آبگیری تأثیر می گذارد و با افزایش این درجه درصد آبگیری لجن افزایش می یابد.

ارتباط مستقیمی میان زمان صاف کردن نمونه های لجن و درصد رطوبت کیک حاصل وجود دارد.  به عبارت دیگر در مورد استفاده از هر یک از کمک منعقدکننده ها در نقطه بهینه حداقل مقدار رطوبت کیک لجن در حداقل زمان صاف کردن مشاهده شده است. بنابراین بهترین کمک منعقدکننده مورد استفاده ماده ای است که سرعت جدا شدن آب از لجن آماده سازی را افزایش داده و همچنین درصد رطوبت کیک لجن حاصل از روش های مختلف آبگیری را کاهش دهد. با توجه به بازده قابل توجه کمک منعقدکننده فعالسازی شده در کاهش رطوبت کیک لجن در مقایسه با کمک منعقدکننده شاهد (پلی آکریل آمید کاتیونی) استفاده از این پلیمر نیز قابل توجیه است.

پارامترهای فلوکولانت ها که در تصفیه آب تاثیر گذار هستند

فلوکولانت های ارگانیک با پنج پارامتر اصلی مشخص می شوند:
• نوع بار
• چگالی بار
• وزن مولکولی
• ساختار مولکولی
• نوع مونومر
این ویژگی ها بر کیفیت فولوکولاسیون و در نتیجه کیفیت آب آشامیدنی تاثیر می گذارد.

نوع بار

نوع بار فلوکولانت بر اساس نوع ذرات انتخاب شده است. به طور کلی انتخاب فلوکولانت ها، الگوی زیر را دنبال می کند:
 فلوکولانت آنیونی (-) برای جذب ذرات معدنی
 یک فلوکولانت کاتیونی (+) برای جذب ذرات آلی

چگالی بار

چگالی بار نشان دهنده مقدار بار + یا – مورد نیاز برای به دست آوردن بهترین فلوکولانت در پایین ترین دوز است. چگالی بار بستگی به نوع لجن برای تصفیه دارد. برای لجن شهری، این تراکم بار عمدتا به صورت محتوای مواد آلی (OM) در لجن است. OM عموما به محتویات جامدات فرار (VS) وابسته است. هر چه VS بیشتر باشد، بار کاتیونی بیشتری مورد نیاز است.

کاربرد پلی الکترولیت در تصفیه آب

وزن مولکولی فلوکولانت

انتخاب وزن مولکولی، که طول زنجیره پلیمری است، بستگی به نوع تجهیزات مورد استفاده برای آبگیری دارد.
برای سانتریفیوژ: با توجه به برش بالا که به فلاک ها اعمال می شود، وزن مولکولی بالا تا بسیار زیاد، مناسب است.
برای فیلتراسیون: برای به دست آوردن زهکشی خوب وزن مولکولی کم تا متوسط بهتر است.

ساختار مولکولی

ساختار مولکولی فلوکولانت بستگی به عملکرد آبگیری مورد نیاز دارد. برای فلوکولانت ها کاتیونی ساختارهای زیر وجود دارد:
۱٫ساختارهای خطی:

خطی

خطی


با دوز پایین و عملکرد خوب وقتیکه وزن مولکولی صحیح انتخاب شود.

۲٫ساختارهای شاخه دار:

شاخه دار

شاخه دار


با دوز متوسط و عملکرد عالی.

۳٫ساختارهای کراس لینکر:

کراس لینکر

کراس لینکر


با دوز بالا و عملکرد تخلیه استثنایی و مقاومت برشی.

پلیمرهای کراس لینکر
ذیاگرام مقاومت برشی

نوع مونومر

نوع مونومر مورد استفاده برای سنتز فلوکولانت ها نیز بر فلوکولاسیون اثر می گذارد. مونومرهای متفاوتی جهت تولید پلی الکترولیت های آنیونی و کاتیونی استفاده می شود. بعنوان مثال سدیم آکریلات از جمله مونومرهایی است که در تولید پلی الکترولیت آنیونی به وفور استفاده می شود.