أثر التراكلين والفلوكلات على تحسين معدلات الترسب

دور الكولات والفلوكلات في التعجيل بالترسب

فالترسيب هو عملية أساسية في معالجة المياه ومياه النفايات، مما يتيح للجسيمات المعلقة أن تستقر تحت الجاذبية، غير أن العديد من الجسيمات في المياه الطبيعية صغيرة جداً أو مستقرة جداً بحيث تستقر بسرعة بمفردها، حيث يصبح النباتات والثلاجات أمراً لا غنى عنه، ومن خلال تكييف المياه كيميائياً، تؤدي هذه العوامل إلى تحسين معدلات الرسوبيات بشكل كبير، مما يقلل من أوقات المعالجة وينتج عناً أكثر تكاثراً.

فهم عملية الترسب

وتعتمد الترسبات على الجاذبية لإزالة المادة الجسيمية من المياه، إذ ستستقر الجسيمات ذات الكثافة الأكبر من المياه، ولكن الكولود الغرامية جداً - مثل الطين والحصبة والحطام العضوي والهيكلات المجهرية - وهي عوامل غير قابلة للكشف بسبب صغر حجمها وشحنتها السطحية، وبدون تدخل، يمكن لهذه الجسيمات أن تظل معلّلة لأيام أو أسابيع، مما يجعلها مثبتة.

لماذا المستوطنة الطبيعية غير كافية

ومعظم الجسيمات المعلقة في المياه تحمل شحنة سطحية سلبية، مما يؤدي إلى تهجير الكهروستانتية الذي يبقيها مبعثرة، وهذه الظاهرة، المعروفة بالاستقرار الجماعي، تمنع التكتل حتى عندما تتجمع الجسيمات، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للحركة البنوية والتيار الحراري أن يبقوا الجسيمات الغرامية معلقة إلى أجل غير مسمى، ولكي يتسنى الترسبات الفعالة، يجب تحييد القوى الرادفة إلى الجسيمات.

How Coagulants and Flocculants Work

ويتصرف النباتات والزهور في مرحلتين متميزتين ولكن مكملتين، فالتفريق هو زعزعة استقرار الجسيمات المترابطة عن طريق تحييد رسومها السطحية، والتراكم هو الترسب المادي للجسيمات المزعزعزعة للاستقرار إلى مجموعات أكبر تسمى الجراثيم، وهذه العمليات تؤدي معا إلى تغيير التعليق المستقر إلى حالة يمكن فيها للجسيمات أن تستقر بالجاذبية.

Coagulation: Charge Neutralization

فالكوغلات هي عادة أملاح غير عضوية من الألمنيوم أو الحديد، مثل كبريت الألمنيوم (اللوم) أو كلوريد الأسمدة، وعندما تضاف إلى الماء، فإنها تفصل وتتكون من أيون معدنية شديدة الكلفة، وهذه الأيونيات ترتفع إلى أسطح الجسيمات المحملة على نحو سلبي، وتبطل قدرة الرش على التكاثر، وعندما لا تُعد الجسيمات تُبّد بعضها البعض.

التراكم: تطهير الجسيمات

السلاسل البوليمرية الطويلة المدى، سواء كانت ذات صبغة متعددة أو طبيعية مثل الشتاتوسان التي تعمل كجسور بين الجسيمات المزعزعة للاستقرار، وتمتلك السلاسل البوليمرية مواقع نشطة تتجه إلى جزيئات متعددة في وقت واحد، تربطها بشبكات ثلاثية الأبعاد، وتضع الخلل الطبيعي في النسيج، وتشجع هذه الجسور على تكوينها، وتنمو تدريجياً في حجمها.

مقياس التدفق

وفي بعض النظم، لا سيما في الجرعات العالية من الكراك، توجد آلية ثالثة تسمى الحرق المكثف، وتشكل التراكب مهيمنة جيلاتينية (مثل هيدروكسيد الألمنيوم) ترسم الجسيمات المعلقة عند تسويتها، وهذه الآلية أقل اعتمادا على تحييد الشحنات ويمكن أن تكون فعالة على نطاق أوسع من الهيدروجين، وإن كانت تستخدم مصانع مائية متوسطة.

أنواع النباتات والفلكولات

ويعتمد اختيار النباتات والنباتات على كيميائيات المياه، والملوثات المستهدفة، وأهداف العلاج، وتشمل الفئات التالية أكثر الخيارات شيوعا.

Inorganic Coagulants

• Aluminum sulfate (alum)] – The most widely used coagulant worldwide. Effective over a pH range of 5.5-8.0, but opt opt opt performance occurs between pH 6.0 and 7.5. Produces dense flocs and is cost-effective.
• Ferric chloride] - تعمل على نطاق أوسع من الهيدروجين (4.0 إلى 11.0) وتشكل فلزات قوية يمكن أن تلتقط الفوسفور واللون، وأكثر تآكلاً من الألم ولكن فعالة في المياه الباردة.
• Polyaluminum chloride (PACl)] - شكل ما قبل الهيدرولي أقل اعتماداً على الهيدروجين وينتج فلزات أكبر ذات جرعات أقل، ويستخدم بشكل متزايد في أجهزة توضيح عالية الجودة.

الفلور العضوي التركيب

• Polyacrylamide (PAM)] - متاح في أشكال الأنيونية والهجينة وغيريونية - توجد إجراءات صارمة ذات وزن جزئي عالي وفعالة للغاية في الرشوة، وتستخدم على نطاق واسع في تطبيقات إزالة المياه والتعدين.
• Polyethyleneimine (PEI)] - Cationic flocculant effective in capturing negatively charged organic colloids and microorganisms. Common in pulp and paper wastewater treatment.

الفلور الطبيعية والأحياء

• Chitosan] - Derived from chitin in crustacean missiles. Biodegradable and non-toxic, effective at neutral pH for clarifying surface waters and food processing waste.
• Moringa oleifera seeds] – Contain protein-based flocculants that can be used in low-cost, rural water treatment. Effective for turbidity removal but may introduce organic matter.
• Starch derivatives — Modified starches have been developed as flocculants for specific industrial flows, such as textile and paper waste.

العوامل التي تؤثر على تحسين معدلات الترسب

وحتى مع وجود مواد كيميائية عالية الجودة، فإن درجة تحسين معدل الرسوبيات تتوقف على عدة بارامترات مترابطة، فهم هذه العوامل ضروري لتحقيق الاستخدام الأمثل للعمليات.

pH and Alkalinity

ويعتبر الأداء التراكمي شديد الحساسية، وبالنسبة للخريج، فإن النطاق الأمثل للحمض النووي لزعزعة الاستقرار هو 6.0-7.5، وبهلو 6.5، لا يزال الألمنيوم قابلا للذوبان؛ فأكثر من 8:0، فإنه يشكل أيونيونات خريجة، ولكلوريد فيريك نافذة أوسع (بH 4.0-7.0) ولكنه يؤدي إلى تغيرات طفيفة في الماء العالي إلا إذا كان مقترناً.

درجة الحرارة

وتخفض المياه الباردة معدل ردود الفعل الهيدروليكية وتزيد من التقلبات المائية وتباطؤ التصادم الجسيمات والنباتات، وقد يلزم زيادة الجرعات المسببة للخشخاش بنسبة تتراوح بين 20 و40 في المائة لتحقيق أداء معادل، كما أن الملوثات المحتوية على التحلل المائي مثل PACl أقل تأثراً بالمياه الباردة من كلوريد الخماسي أو الخماسي.

التسليح والتركيز على الجسيمات

فالمياه المنخفضة الاضطرابات (مثلاً، 10 وحدات من الاتحاد الوطني للاتصالات) تواجه تحدياً خاصاً في التخصيب لأن هناك عدداً أقل من الجسيمات التي تتراكم وتتراكم، وهذا يتطلب في كثير من الأحيان إضافة الاضطرابات (مثلاً، إعادة تدوير الحطام المستقر أو إضافة طين من النيت) أو استخدام جرعات عالية من الرش، وعلى العكس من ذلك، فإن ارتفاع درجة الاضطرابات يوفر فرصاً وفرة من حيث الطلب على كميات أقل من الاصطدام.

خلط الطاقة والزمن

والخلط السريع (قيمته الإجمالية عادة 300 إلى 000 1 س-1) أمر حاسم أثناء التخثر لتفريق الراكل بصورة متساوية قبل أن يهدأ الماء، ويتطلب التراكم مزيجاً لطيفاً (قيمته من 20 إلى 70 سنتاً إلى 1) لتشجيع الاتصال بالجسيمات دون حرق المنافذ المتزايدة، ويمكن أن يخترق التثبيت الزلاوات إلى شظايا يصعب إعادة تكبيرها، مما يقلل من سرعة التذبذبذبها.

الجرعة والنظام الكيميائي

ولا يوجد سوى القليل من التراكم في أجزاء من المياه المستقرة، بل إن الكثير من هذه المواد يمكن أن يسبب التعبئة أو الإفراط في إنتاج الحمأة، كما أن اختبارات الجر هي الطريقة الموحدة لتحديد الجرعة المثلى لمياه خام معينة، وفي كثير من الحالات، يمكن أن تؤدي إضافة كمية صغيرة من البوليمر بعد التخصيب إلى الحد من الجرعات السائلة المطلوبة بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة، بينما يزداد حجم النباتات وسرعتها.

استراتيجيات تحقيق الحد الأمثل من الرواسب

ويستخدم المشغلون المتمرسون عدة استراتيجيات لتحسين عملية التخصيب في التخصيب في التخصيب من أجل تحقيق أقصى قدر من تحسين الرواسب.

محاكمات جاري الاختبارات والتجربة التجريبية

ولا يزال اختبار الجرارات هو المعيار الذهبي لتحديد أفضل أنواع المواد الكيميائية، والجرعة، والهكتار. وتُجرى سلسلة من البقاع بزيادات مختلفة من الكولات/اللوكات، ومختلطة في ظل ظروف خاضعة للرقابة، وتقاس سرعة التوطن النهائي لتحديد التركيبة المثلى، أما بالنسبة للمرافق الأكبر، فيوصى بإجراء اختبارات تجريبية تُعدّل الهيدروليكات الكاملة قبل إجراء تغييرات في العمليات.

Inline Mixing and G-Value Optimization

وتستخدم النباتات الحديثة المزلاجات الثابتة أو الصهاريج المهتزنة آلياً ذات المحركات السريعة القابلة للتعديل لضبط كثافة الخلط بدقة، وتضاعفت سرعة التدرج الفوري بزمن الخلط (ر) مما يعطي رقم المعسكر الذي لا يبعد عن البعد والذي يتراوح بين 000 10 و000 100 للتشجير و000 10 إلى 000 50 للضرب بالزخن.

Chemical Feed Point Adjustment

إن إدخال الراكون في نقطة من الاضطراب الشديد (مثلاً، قرب تفريغ الضخ أو القفز الهيدروليكي) يكفل التفكك السريع، ومن الأفضل إضافة الفلور بعد أن يبدأ بعض التلقيح، للسماح للبوليمر بالضم إلى جزيئات متعددة، ويمكن لاستخدام نقاط الحقن المتعددة أن تزيد من تحسين التوزيع والحد من النفايات الكيميائية.

التلقيح

ويضيف إعادة تدوير جزء من الحمأة المستقرة (عملية الاتصال بالعقود) جزيئات البذور التي تعجل بتشكيل البذور وتزيد من كثافة النباتات، وهذه التقنية مفيدة بصفة خاصة للمياه المنخفضة الاضطرابات ويمكن أن تقلل من الطلب على الكول إلى 30 في المائة، كما أنها تحسن معدل الرسوبيات الذي يُعَلَّق عليه بالكامل.

استحقاقات النواقل والزهور في الترسب

وتترجم التحسينات التي تحققت في الرواسب من خلال النواقل والنباتات إلى فوائد تشغيلية وبيئية متعددة.

سرعة إقامة مواقع

وفي حين أن الجسيمات الطبيعية قد تستقر بمعدلات تتراوح بين 0.1 و1 م/يوم، فإن الجسيمات المفلورة يمكن أن تستقر عند 10 إلى 100 متر/يوم، وذلك حسب حجم و كثافة النباتات، مما يسمح لمصانع المعالجة بتقليص حجم الأحواض والوقت اللازم للاحتفاظ بها الهيدروليكية، وزيادة الناتج دون توسيع الهياكل الأساسية.

النوعية العالية الارتفاع

ولا تكتفي النباتات المحسنة الشكل بتسوية أسرع فحسب، بل تلتقط أيضاً وتزيل الجسيمات الدقيقة والمسببات المرضية (بما في ذلك [(FLT:0]]Giardia) و]Cryptosporidium) وتحلل المواد العضوية.

أدنى مستوى للحمض

وعلى الرغم من أن التخثرات تضيف مواد كيميائية صلبة إلى الحوض، فإن تحسين خصائص التسويق وصرف المياه كثيرا ما يؤدي إلى وجود كثافة ذات حجم أقل عموما، وتنتج الفلور، على وجه الخصوص، أحماض تزيد سهولة تصريف المياه في الطاردات المركزية أو الحزام، مما يقلل من تكاليف التخلص.

تخفيض البصمة الكيميائية

ويؤدي تحقيق الاستخدام الأمثل لعملية التخصيب في التخصيب إلى التقليل من النفايات الكيميائية وتوليد الحمأة، إذ يمكن لاستخدام عوامل الفلور الطبيعية أو ذات السمية المنخفضة أن يزيد من الحد من التأثير البيئي، وقد خفضت مرافق كثيرة الجرعات المسببة للخشخاش بنسبة 15 إلى 40 في المائة من خلال اختيار دقيق للمتعددات ومراقبة العمليات، مع تحسين الترسب في نفس الوقت.

الاعتبارات العملية للتطبيق الميداني

ويتطلب تنفيذ عمليات التخصيب والنبات في نظم المعالجة في العالم الحقيقي الاهتمام بالمعدات والسلامة والرصد.

تخزين المواد الكيميائية ومعالجتها

وكبريتات الألومنيوم السائلة متصلة بالفولاذ والخرسانة؛ وينبغي أن تُربط الصهاريج بالفيبرغلاس أو بوليثيلين؛ وكلوريد الأسمر متآكل جداً ويتطلب التصفيق من الفيد أو الهستيلوي؛ وكثيراً ما تكون البوليمرات هيدروكبيك ويمكن أن تُخزّن خطوطاً غذائية إن لم تكن مخزنة في ظروف جافة، وينبغي أن تحتوي جميع المناطق الكيميائية على دشات وحمامات طارئة.

ألف - الصكوك والمراقبة

ويتيح الجرعات الآلية باستخدام أجهزة الكشف الحالية أو التحليلات المحتملة للزيتات الزعنفية التحكم في الجرعات المسببة للتآكل في الوقت الحقيقي، وتوفر أجهزة التضليل في أسفل مجرى حوض الرسوبيات تغذية مرتدة فورية عن الأداء، أما بالنسبة للنباتات التي لا توجد فيها آليات، فلا تزال اختبارات الجراء اليومية، وعينات الإمساك ضرورية.

التعديلات الموسمية

وقد تكون استراتيجية العلاج التي تعمل في الصيف غير فعالة في الشتاء، وينبغي أن يتوقع العاملون تعديل نوع الكولنغ والجرعة شهريا، وأن يحتفظوا بمكتبة من أحدث البيانات لتوجيه التغيرات السريعة.

دراسة حالة: تحسين الترسب في محطة مياه بلدية

وفي المائة من النباتات البلدية المتوسطة التي تعالج مياه الأنهار التي يبلغ متوسطها 35 وحدة نترولية، كانت تعاني من سوء الاستقرار خلال فترة الربيع (ترتفع معدلات الاضطرابات إلى 150 وحدة نتو) وقد استخدمت المفاعلات الخريجة وحدها في 30 ملغم/لتر، مما أدى إلى تضخم مائي قدره 5 وحدات نادرة بعد أن انخفضت نسبة الرواسب إلى 2 مشغلة من محركات النباتات، بعد أن أضيفت 0.3 ملغم/لت

وتبين هذه الحالة كيف يمكن للجمع الاستراتيجي بين الكولات والفلاط أن يحقق فوائد متعددة تتجاوز التحسين البسيط لمعدل الرواسب. وتؤكد بحوث الوكالة بشأن معالجة المياه أن التخصيب المزود بأجهزة متعددة الخدمات هو أحد أكثر التحسينات فعالية من حيث التكلفة بالنسبة لمصانع المعالجة القائمة.

الاتجاهات المستقبلية في التشارك والتراكم

(ب) إضافة إلى ذلك، فإن المواد الانشطارية مثل الجسيمات النانوية المغنطة، يمكن استردادها وإعادة استخدامها، مع الحد من الاستهلاك الكيميائي.() وتحظى البوليمرات من النفايات الطحالية والزراعية بالاهتمام بالنسبة لتدني سميتها وقابليتها للتحلل الأحيائي. [[يحتفظ ]]

خاتمة

إن النباتات والنباتات أدوات أساسية لتحسين معدل الرسوبيات في المياه ومعالجة مياه الفضلات، وبإبطال رسوم الجسيمات وربطها بقاع كبيرة وثقيلة، تحول هذه المواد الكيميائية عملية طبيعية بطيئة وغير فعالة إلى فصل سريع ومراقب، وتتوقف درجة التحسن على اختيار المواد الكيميائية الصحيحة، وتعظيم الجرعة والحمض، ومكافحة الخلط بين الطاقة، والتكيف مع التغيرات في الحجم.