پلی الکترولیت در تصفیه آب

پلی الکترولیت های مورد استفاده در تصفیه آب ماهیت محلول در آب دارند و عمدتا سنتزی هستند ، با این حال ممکن است بعضی از پلی الکترولیت ها طبیعی بوده و مورد توجه باشند. پلی الکترولیت ها به طور کلی با ماهیت یونی خود مشخص می شوند: پلی الکترولیت کاتیونی ، پلی الکترولیت آنیونی و پلی الکترولیت غیر یونی. مهمترین ویژگی لخته سازهای پلیمری وزن مولکولی و در مورد پلی الکترولیت ها چگالی باراست. مقادیر وزن مولکولی پلی الکترولیت ها از چند هزار تا ده ها میلیون متغیر است: پلی الکترولیت با وزن مولکولی<  105، پلی الکترولیت با وزن مولکولی 105-106 و پلی الکترولیت با وزن مولکولی 106< .به طور معمول ، پلی الکترولیت ها به ترتیب دارای وزن مولکولی کم ، متوسط یا زیاد مطابق با مقادیر وزن مولکولی در محدوده ها هستند. تمام پلی الکترولیت هایی که به عنوان لخته ساز در تصفیه آب استفاده می شوند ، باید محلول در آب باشند. در محلولهای آبی ، پلی الکترولیت ها اغلب پیکربندی کویل تصادفی را اتخاذ می کنند. بارزترین نمونه ها پلی الکترولیت ها هستند ، قسمت هایی از پلی الکترولیت که باردار هستند. در این حالت ، سیم پیچ پلیمری می تواند به طور قابل توجهی منبسط شود و اثرات مهم یونی را در پلی الکترولیت ایجاد کند. در مقاومت یونی کاملاً بالا ، دافعه بین بخشهای باردار توسط یونها در محلول “غربالگری” می شود و بنابراین انعطاف پذیری سیم پیچ پلی الکترولیت چندان زیاد نیست. با کاهش غلظت نمک ، دافعه قابل توجه تر می شود و سیم پیچ پلیمری پلی الکترولیت ، پیکربندی منبسط تری را اتخاذ می کند. در شکل زیر، زنجیره پلیمری پلی الکترولیت به صورت کویل مشاهده می شود.

پلی الکترولیت هایی که عملاً به عنوان لخته کننده استفاده می شوند ، عمدتا پلی آکریل آمیدها ، پلی فسفات ها و پلیمرهای طبیعی اصلاح شده در آب – ژلاتین ، چیتوزان و همچنین مشتقات نشاسته و سلولز هستند. پلی الکترولیت ها با توجه به ماهیت گروه های عاملی در امتداد زنجیره پلیمر به عنوان پلی الکترولیت کاتیونی ، آنیونی و غیر یونی طبقه بندی می شوند. پلی الکترولیت غالب در میان اینها کوپلیمرهای پلی اکریل آمید اکریل آمید و اکریلات یا مونومرهای حاوی گروه های آمونیوم هستند. پلی الکترولیت با وزن مولکولی ، ماهیت گروه عاملی و چگالی بار مشخص می شود. یک نکته مهم در انتخاب پلی الکترولیت برای یک فرآیند مطلوب ، پتانسیل پلی الکترولیت به عنوان یک ماده منعقد کننده (با بی ثبات سازی کلوئید از طریق خنثی سازی) و به عنوان لخته ساز (با استفاده از پل بین ذره ای) است. pH همچنین پارامتر مهمی است که باید هنگام انتخاب پلی الکترولیت برای یک کاربرد خاص در نظر گرفته شود. حساسیت به pH به پلی الکترولیت های کاتیونی که در آن گروههای آمونیوم کواترنر غالب هستند و پلی الکترولیت آنیونی حاوی گروههای اسید سولفونیک رخ می دهد. لخته های ایجاد شده از پلی الکترولیت های دارای گروه های کربوکسیل یا آمین وابستگی زیادی به pH ایجاد می کنند. سمیت پلی الکترولیت های پلی آکریل آمید معمولاً کم است ، معمولاً کمتر از 0.05٪ است و عمدتاً از وجود آکریل آمید آزاد پلی الکترولیت حاصل می شود.

انتخاب پلی الکترولیت

عواملی که در انتخاب پلی الکترولیت منعقدکننده  خاص تأثیر می گذارند ، ماهیت ناخالصی ها و اندازه ذرات جامدات معلق است. انتخاب و دوز مورد نیاز پلی الکترولیت را می توان با آزمایش میزان ته نشینی ، شفافیت و حجم گل رسوب شده تعیین کرد. تست های آزمایشگاهی دقیقا شرایط  تصفیه را ایجاد نمی کنند و باید به عنوان مقدمه ای برای آزمون و خطا در سیستم ها در نظر گرفته شوند.

آماده سازی محلول پلی الکترولیت

اکثر پلی الکترولیت ها که به عنوان لخته ساز استفاده می شوند ، به صورت پودر سفید رنگ تقریبا بدون غبار در دسترس هستند و باید برای استفاده به عنوان یک سل کلوئیدی با غلظت 0.05-0.5٪ توزیع شود. این محدودیت به دلیل ویسکوزیته بالای پراکندگی های غلیظ تر (0.1-0.2 Pa s برای %0.5) است. افزودن گاه به گاه جامد پلی الکترولیت به آب منجر به ساختاری ژله مانند می شود که به عنوان عامل لخته سازی بی فایده است. پراکندگی کارآمد پلی الکترولیت با استفاده از سیستم Teacher – Venturi ، ارائه یک راه حل همگن حاصل می شود. ذخیره سازی طولانی مدت یا دمای بالاتر از 60 درجه سانتیگراد پلی الکترولیت منجر به از دست دادن اثر ناشی از دپلیمر شدن می شود.

نقطه افزودن پلی الکترولیت از اهمیت بالایی برخوردار است. پلی الکترولیت باید در نقطه ای اضافه شود که امکان مخلوط شدن یکنواخت با دوغاب را فراهم کند ، اما نباید دچار تلاطم بیش از حد شود ، که می تواند لکه را مختل کند. همچنین لازم است مقدمه ورود پلی الکترولیت – تا آنجا که ممکن است برای اطمینان از توزیع کارآمد رقیق باشد – در نقطه ای که باعث می شود زمان برای برخورد ذرات قبل از مرحله حذف جامد انجام شود. در عمل ، دو سیستم برای پلی الکترولیت وجود دارد که شرایط صحیح لخته شدن را به دست می آورند: مخازن هم زدن ملایم، و اتاقک های لخته سازی.

لخته سازی یک استراتژی تصفیه اقتصادی ساده است که در شرایط مناسب می تواند برای تصفیه چندین پساب مختلف استفاده شود. در این فرایند ، ابتدا منعقد کننده ها و سپس پلی الکترولیت اضافه می شود ، که باعث تجمع ذرات ریز پراکنده می شود ، بنابراین ذرات بزرگتر تشکیل می شود. دوم ، سنگدانه های این ذرات توسط پلی الکترولیت به سرعت ته نشین می شوند و سیستم شفاف می شود. تصفیه فاضلاب با استفاده از این روش برای فاضلاب از منابع مختلف مانند صنایع نساجی ، کارخانه های روغن نخل ، کارخانه های تفاله و غیره کارآمد است و به طور گسترده ای استفاده می شود. از پلی الکترولیت های سنتزی معمولاً به عنوان لخته ساز برای افزایش کارایی فرآیند لخته سازی استفاده می شود. پلی الکترولیت های خطی و محلول در آب ، بر اساس واحدهای تکرار شونده مونومرها مانند آکریل آمید و اسید اکریلیک ، لخته سازهای آلی تجاری هستند.

کارایی تجمع با پلی الکترولیت های آلی می تواند بسیار بیشتر از منعقد کننده های غیر آلی باشد. حتی در دوزهای پایین ، پلی الکترولیت ها می توانند به طور موثری رشد فلاک ها را بهبود بخشیده و کارایی جداسازی را بهبود ببخشند. نسبت ناخالصی های جامد در فاضلاب ها بار مثبت دارند ، اما لخته شدن آنها با پلی الکترولیت های آنیونی کمتر مورد توجه قرار گرفته است ، و در نتیجه انواع بسیار باریک تری از لخته های پلی الکترولیت آنیونی موجود است. از پلی الکترولیت های آنیونی می توان در تصفیه فاضلاب شهری و پساب های صنایعی از قبیل فرآوری مواد معدنی ، دباغی ، فرآوری قند ، تولید کاغذ ، فلزکاری و شستشوی شن استفاده کرد. به عنوان گروه های عملکردی و اغلب کوپلیمرهای آکریل آمید هستند. پلی الکترولیت های مصنوعی مانند پلی آکریل آمید و کوپلیمرهای آن به عنوان فلوکولانت برای تصفیه فاضلاب توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. پلی الکترولیت ها با وزن مولکولی بالا و چگالی بار متوسط تا زیاد به عنوان لخته کننده در لخته شدن مستقیم یا با منعقد کننده های غیر آلی مانند آلوم ، کلرید فریک یا سولفات فریک ترکیب شده اند.

فاضلاب صنعتی غالباً یک سیستم کلوئیدی جامدات پیچیده است که دارای ترکیبات محلول با منشا آلی یا معدنی است. تصفیه های فیزیکی و شیمیایی همچون استفاده از پلی الکترولیت در فاضلاب صنعتی می تواند نتایج خوبی را در جایی که فرآیندهای بیولوژیکی غیرقابل اجرا هستند ، به عنوان مثال ، با مواد غیر قابل تجزیه شیمیایی مانند پلی الکترولیت ها ، تخلیه های سمی یا حذف مواد معدنی و رنگ به دست آورد. استفاده از پلی الکترولیت ها از نظر هزینه سرمایه ارزان تر است ، به راحتی کنترل می شود و نسبت به تصفیه بیولوژیکی فضای کمتری مصرف می کند ، اما از نظر هزینه های عملیاتی بالاتر است. ته نشینی جذبی و لخته سازی فرآيندهاي اصلي انعقاد ذرات كلوئيدي براي تشكيل رسوبات بزرگتر است. مواد شیمیایی اصلی مورد استفاده آهک ، سولفات فریک یا آلومینیوم و پلی الکترولیت ها هستند. پلی الکترولیت های با وزن مولکولی کم نسبت به منعقد کننده های غیر آلی این مزیت را دارند که سطح نمک ها را افزایش نمی دهند ، اما اغلب نسبتاً غیر اقتصادی هستند. پلی آلومینیم کلراید یا کلرو فریک معمولاً برای تقویت انعقاد استفاده می شوند. سپس ، پلی الکترولیت با وزن مولکولی بالا به مواد جامد لخته شده اضافه می شود. مواد جامد بسیار پراکنده یا به یون های چند ظرفیتی یا به پلی الکترولیت های با وزن مولکولی کم نیاز دارند. برای ذرات بزرگتر ، پلی الکترولیت های با وزن مولکولی بالا موثرتر هستند. لخته سازی اجازه بازیابی پروتئین از پساب های حاصل از صنایع غذایی و همچنین از محصولات جانبی را فراهم می کند ، به عنوان مثال ، تجمع پروتئین های آب پنیر با کربوکسی متیل سلولز ، یا رسوب پروتئین توسط پلی الکترولیت های آمید در زباله ها آب صنعتی سیب زمینی.

پلی الکترولیت های پلی آکریل آمید کاتیونی و آنیونی در مقیاس آزمایشگاهی برای لخته شدن آب سبز از گیاهان زیر استفاده شد: برگ چغندر قند ، شبدر ، گندم سیاه ، آفتابگردان و توتون. ترکیب شیمیایی محصولات بدست آمده مشابه ترکیبی است که با استفاده از روش انعقاد حرارتی بدست می آید.

استفاده از پلی الکترولیت ها ، بطور منظم ، در سیستم هایی که بطور خاص برای استفاده از آنها طراحی نشده اند ، قابل توصیه نیست. از پلی الکترولیت ها برای اطمینان از کیفیت قابل قبول آب تولید شده استفاده شده است ، در حالیکه تولید را به حد مجاز می رساند. این روش معمولاً باعث خراب شدن فیلترها در مدت زمان کوتاهی می شود ، اگرچه به نظر می رسد این مشکل در سیستم هایی که برای شستشو با فیلترهای شستشوی هوا نصب شده اند ، شدت کمتری دارد. درجه خروجی هر سیستم  قدیمی تر ، که برای دستیابی به استانداردهای کیفیت مجبور به استفاده از پلی الکترولیت به طور مداوم است ، باید بررسی شود و در صورت لزوم کاهش یابد.

فروش پلی الکترولیت کاتیونی

فروش پلی الکترولیت کاتیونی


کیسه 25 کیلویی
فروش انواع پلی الکترولیت کاتیونی و آنیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

لخته شدن و انعقاد فرآیندهای مشابه هستند اما در مکانیزم های تجمع توسط پلی الکترولیت ها، متفاوت هستند. پلی الکترولیت ها در فرآیند  لخته شدن باعث می شوند که یک پلیمر به چندین سطح ذره جذب شود و بنابراین مواد را جمع می کنند. سنگدانه های حاصل معمولاً فلاک نامیده می شوند. تغییر دما ، pH  یا بار باعث انعقاد مکانی می شود که ذرات با هم جمع می شوند.

پل زدن پلیمری پلی الکترولیت یک مکانیسم کاملاً ثابت برای لخته شدن پلی الکترولیت با ناخالصی ها است. پل زدن هنگامی اتفاق می افتد که پلی الکترولیت های با وزن مولکولی بالا (>107 گرم بر مول) به سطح چندین ذره جذب می شوند ، که ذرات را از طریق نیروهای الکترواستاتیکی به یکدیگر متصل می کند و منجر به تشکیل یک لخته می شود. شکل زیر نمونه ای از پل زدن پلی الکترولیت را نشان می دهد که در آن دو زنجیره پلی الکترولیت با سه ذره تعامل کرده و باعث تجمع می شوند. این نوع لخته سازی برای دستیابی به بالاترین بازده لخته سازی به دوز بهینه پلی الکترولیت در محدوده چگالی بار مشخص نیاز دارد. به عنوان مثال ، شکل زیر تأثیری به نام بازسازی را نشان می دهد ، که وقتی مقادیر اضافی از گونه های دارای بار مثبت در سیستم وجود داشته باشد (بارهای پلی الکترولیت) مانع از اتصال پلی الکترولیت به چند ذره می شود. لخته شدن موفق پلی الکترولیت از طریق پل زدن پلی الکترولیت ،بستگی زیادی به وزن و مقدار مولکولی پلی الکترولیت دارد.

فروش پلی الکترولیت آنیونی

فروش پلی الکترولیت آنیونی


کیسه 25 کیلویی
فروش انواع پلی الکترولیت آنیونی و کاتیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

وزن مولکولی و چگالی بار از عوامل اساسی در ایجاد پلی الکترولیت و مکانیزم لخته سازی خنثی سازی بار است. تشکیل لخته های پایدار از پل زدن پلی الکترولیت به وزن مولکولی بیش از 106 گرم بر مول  نیاز دارد. این محدوده وزن مولکولی اجازه می دهد تا زنجیره های پلی الکترولیت به چند ذره متصل شوند. محققان پلی الکترولیت هایی با ساختارهای مختلف را مطالعه کردند ، به عنوان مثال پلی الکترولیت های خطی در مقابل پیوند ، برای مقایسه اثرات روی لخته شدن ذرات. عامل تعیین کننده دیگر چگالی بار پلی الکترولیت است که در آن دامنه ای از 10٪ − 30٪ چگالی بار اتصال را ایجاد می کند در حالیکه از ایجاد مجدد ذرات جلوگیری می کند. تراکم بار بالای 30٪ در پلی الکترولیت نه تنها باعث ایجاد ثبات می شود بلکه پتانسیل شروع دفع ذرات را نیز دارد. این محدوده بار برای پلی الکترولیت ها همچنین به دلیل ترکیب پیچیده فاضلاب که در آن ذرات خنثی هستند و دارای بار مثبت و منفی هستند نیز از اهمیت برخوردار است.

بسیاری از فاکتورهای دیگر در تشکیل لخته ها مانند pH فاضلاب و آبگریزی / آب دوستی پلی الکترولیت تأثیر دارند. پلی الکترولیت ها بسته به pH سیستم تقسیم می شوند ، بنابراین محلول پلی الکترولیت قوی یا ضعیف تری تولید می شود. پلی الکترولیت های قویتر حاوی پتانسیل بیشتری برای اتصال ذرات هستند ، بنابراین باعث ایجاد لخته های متراکم و پایدار می شوند. از عوامل دیگر می توان به ترتیب و سرعت افزودن پلی الکترولیت به فاضلاب و اندازه ذرات ناخالصی ها اشاره کرد.

اکثر ذرات ریز موجود در طبیعت ، مانند آنهایی که در یک عملیات تصفیه جمع آوری می شوند ، دارای بار سطحی منفی هستند. این بار نیروهای دافعه ای را تنظیم می کند که تمایل جمع شدن و نشست ذرات را کاهش می دهد. با این حال ، عوامل دیگری مانند اندازه ذرات ، تراکم ذرات و تراکم مایع نیز تأثیر قابل توجهی بر تمایل ذرات ریز به ته نشینی دارند. قانون استوکس ، که در زیر نشان داده شده است ، می تواند برای تخمین زمان نشستن یک ذره در حال سقوط آزاد در مایع استفاده شود.

V= سرعت نهایی ذره

r= شعاع ذره

d1=دانسیته ذره

d2=دانسیته مایع

Ƞ =ضریب ویسکوزیته

g=ثابت وزنی

ذرات ریز یکدست دارای بار سطحی منفی هستند. برای اینکه این ذرات کنار هم قرار بگیرند ، این بارهای سطحی باید خنثی شوند. به فرآیند خنثی سازی بار و پیوند ذرات برای تشکیل ذرات میکروفلوک ، انعقاد گفته می شود. خنثی سازی بار با افزودن یک ماده منعقد کننده حاصل می شود ، که بار منفی سطح را با بار مثبت خود خنثی می کند. سپس ذرات منعقد شده به اندازه ذرات بزرگتر تجمع یافته و با افزودن لخته ساز پلی الکترولیت ته نشین می شوند. مکانیسم انعقاد در شکل زیر نشان داده شده است.

مقالات مرتبط