ترکیبات شیمیایی مختلفی معرفی شده اند و می توانند در صنعت مورد استفاده قرار بگیرند. منعقد کننده یا کواگولانت ها یکی از همین ترکیبات هستند. کاربرد منعقد کننده یا کواگولانت بخصوص در تصفیه آب از اهمیت بالایی برخوردار است. از خواص منعقد کننده یا کواگولانت این است که با چسبیدن به مواد معلق موجب ته نشینی آن ها گشته و حذفشان را آسان می کند. بنابراین ویژگی منعقد کننده یا کواگولانت به عنوان یک ماده شیمیایی می تواند مواد زیادی را از آب حذف کرده و در فرآیندهای صنعتی دیگر مانند حذف رنگ و حذف انواع باکتری و ویروس نیز استفاده شود.
منعقد کننده یا کواگولانت به ترکیباتی گفته می شود که بار ذرات معلق را خنثی نموده و موجب لخته سازی ذرات می شوند. کاربرد منعقد کننده یا کواگولانت در فرایند های تصفیه آب بسیار دیده می شود. انواع منعقد کننده یا کواگولانت در بازار وجود دارند و برحسب نیاز توسط صنایع خریداری و مصرف می گردند. از جمله انواع این ترکیبات نمک های معدنی نظیر آلوم و ترکیبات پلیمری هستند.
همان طور که گفته شد، این مواد ترکیباتی هستند که می توانند جهت جدا سازی ذرات معلق و حذف فسفر اضافی در فرایند های تصفیه آب استفاده شوند. انواع مختلفی از این ترکیبات شناخته شده و مورد استفاده قرار می گیرند. این ترکیبات می توانند آلی و یا معدنی باشند. هریک از این انواع کاربرد ویژه ای داشته و در بخش مختلفی از صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. پلی آمین ها از جمله مهم ترین ترکیبات آلی منعقد کننده هستند. از مزایای استفاده از منعقد کننده یا کواگولانت آلی عدم تاثیر گذاری بر pH، تولید رسوب و لجن های کمتر و مقرون به صرفه بودن اشاره کرد. زیرا برای لخته سازی به مقدار کمتری از این ترکیبات نیاز است.
انواع کواگولانت
کواگولانت ها انواع مختلفی شامل آلوم، سولفات آهن و پلی الکترولیت های کاتیونی می شود. همه این مواد با کم کردن پتانسیل زتا سیستم کلوئیدی، منجر به برخورد بیشتر ذرات کلوئیدی به یکدیگر شده و در ادامه با هم زدن آهسته آن ها با یکدیگر، منعقد می کنند. از نمک های آلومینیوم قلیایی و اسیدی برای پاک و شفاف کردن آب استفاده می شود. نمک های آهن سه ظرفیتی بسیار کاربردی تر هستند اما از دوظرفیتی آن نیز جهت حذف فسفر از آب استفاده می شود. به طور کلی منعقد کننده ها به دو دسته تقسیم می شوند:
-کواگولانت آلی (پلیمری)
-کواگولانت معدنی
کواگولانت های آلی
این منعقد کننده ها به منظور جداسازی مواد جامد موجود در آب و تولید لجن مورد استفاده قرار می گیرند. دو نوع ماده شیمیایی تصفیه آب آلی وجود دارد. اولین مورد پلی آمین هایی مانند پلی دی آلیل دی متیل آمونیوم کلراید، یا (polyDADMAC) که بیشترین استفاده را دارند. این مواد بیشترین تاثیر در تصفیه فاضلاب و آب خام بسیار کدر را دارند و با خنثی کردن بار ذرات کار می کنند. نوع دوم مواد شیمیایی آلی فاضلاب، ملامین فرمالدهید و تانن است که به منظور منعقد سازی مواد کلوئیدی موجود در آب مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد به ویژه در از بین بردن لجن بسیار مناسب هستند. چرا که می توانند مواد آلی مانند روغن و چربی را به خود جذب کنند.
برتری منعقد کننده پلیمری در مقایسه با سایر منعقد کننده ها مانند آلوم در این است که منعقد کننده های پلیمری دارای جرم مولکولی بسیار بالایی هستند که می تواند به راحتی موجب ته نشینی شود .
ساختار منعقد کننده های پلیمری
رایج ترین گروه های آنیونی مواد منعقد کننده در ساختار پلی الکترولیت‌های آنیونی گروه کربوکسیلات (–COO-) ،گروه فسفنات (–PO3H-, –PO32-) و گروه سولفونات (–SO3-) می‌باشد. در پلی الکترولیت‌های کاتیونی رایج ترین گروه عاملی آمین‌های نوع اول و دو م و چهارم (–NH3+, =NH2+ & ≡N+) می‌باشند.
نوع آنیون موجود در ساختار منعقد کننده های پلیمری و نحوه تکرار آن در ساختار پلیمر نشان دهنده خواص پلی الکترولیتی نظیر حلالیت در آب و سایر محلول‌های قطبی و با پیوند هیدروژنی (مثل الکل )، هدایت الکتریکی و ویسکوزیته محلول می‌باشد. بر خلاف پلی الکترولیت‌های غیر یونی این خصوصیات به شدت به میزان pH و غلظت نمک بستگی دارد. تمامی پلی الکترولیت‌های طبیعی یا سنتزی می‌توانند در مقیاس زیادی تولید شوند. پلی الکترولیت‌های طبیعی مانند پکتین، آلژینات و پلی پپتایدها هستند. نمونه‌هایی از پلی الکترولیت‌های سنتزی نیز پلی آلیل آمین‌ها و نمک هایشان می‌باشد.
از جمله مهمترین پلی الکترولیت های مورد استفاده در تصفیه آب می توان به پلی اکریل آمید اشاره کرد که در ادامه به آن بیشتر خواهیم پرداخت :
پلی اکریل آمید
واژه پلی اکریل آمید به هر پلیمری اطلاق میشود که یکی از مونومرهای آن اکریل آمید باشد. اگر بخواهیم با دقت بیشتری راجع به این ماده بررسی کنیم نامگذاری ایوپاک آن، (poly (prop-2-enamide می‌باشد که یک پلیمر قابل حل در آب است و از پلیمریزاسیون مونومرهای اکریل آمید و N, N′-methylenebis) acrylamide) به دست آمده است.
پلی اکریل آمید ها پلیمرهایی متورم شونده هستند که تنها نوع تجاری آن، (poly (2-propenamide می‌باشد که به آن پلی اکریل آمید گفته می شود. این نوع از پلیمرها بسته به نوع کاربریشان می‌توانند به صورت خطی یا اتصال عرضی ساخته شوند. PAM ویسکوزیته آب را افزایش داده و سبب لخته شدن ذرات موجود در آن میشود. پلیمرهای اتصال عرضی می‌توانند مقدار خیلی زیادی آب را به علت وجود گروه‌های آمیدی که با آب تشکیل پیوند هیدروژنی می‌دهند را جذب کنند که این نوع از pam ژل نامیده میشود. وزن مولکولی پلی اکریل آمید های تجاری از ۱۰۵ تا بیشتر از ۱۰۷ می‌باشد.
پلی اکریل آمید با مونومرهای اکریل آمید به تنهایی غیر یونی است. برای حصول پلی اکریل آمید آنیونی نیاز است تا مونومرهای acrylate یا ۲- (acrylamido-2-methylpropane sulfonate (AMPS نیز با درصدهای متفاوت در ساختار پلی اکریل آمید موجود باشند.
همچنین در ساختار منعقد کننده ها (coagulants) و لخته ساز های پلی اکریل آمیدهای کاتیونی به جای مونومرهای اکریل آمید دیگر مونومرها از جمله:
– dimethyldiallylammonium
– (ethanaminium (N, N, N-trimethyl-2-((1-oxo-2-propenyl) oxy
– ۱,۲-dimethyl-5-vinylpyridinum
حضور دارند.
منعقد کننده های پلیمری کاتیونی
پلی اکریل آمیدهای کاتیونی نیز به عنوان جداساز های امولسیونی و برای افزایش کارایی فیلتراسیون و آب گیری از لجن کاربرد دارند. همانند منعقد کننده های الی این ماده نیز با خنثی سازی بار سطحی ذرات کلوییدی و سپس ته نشینی آنها کمک به جداسازی مواد جامد می‌کند و از حجم لجن باقی مانده نیز می‌کاهد.
در تصفیه پساب صنایع کاغذ این ماده سرعت ته نشینی را افزایش می دهد. الکتروفورز ژل برای جداسازی ابر مولکول ها نیز یکی از کاربردهای مهم دیگر این مواد است که کمتر از سایر کابرد ها به آن پرداخته شده است، هنگامی که یک جریان الکتریکی از میان ژل پلی اکریل آمید عبور می‌کند پروتئین یا نوکلئیک اسیدها به سمت الکترود مثبت حرکت می‌کنند. از آنجایی که حرکت آنها به بار و اندازه مولکول ها بستگی دارد هر کدام از مولکول ها به سمت مشخصی در ماتریس ژل حرکت می‌کنند. پلی اکریل آمید های غیر یونی برای کاربردهای معدنی و صنایع نساجی نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
کواگولانت های معدنی
این مواد به طور معمول نسبت به نوع آلی خود، ارزان تر و اقتصادی تر هستند و در طیف وسیعی از فرآیندهای تصفیه سازی استفاده می شوند. خاصیت اسیدی دارند و به همین علت هنگام نگهداری و حمل آن ها باید مرقبت های لازم صورت گیرد. منعقد کننده های معدنی به ویژه در تصفیه آب خام با کدورت پایین موثر هستند و در صورت عدم کفایت منعقد کننده های آلی، می توان از آن برای تصفیه این نوع آب استفاده کرد. این مواد عموما بر پایه آلومینیوم یا آهن هستند. سولفات آلومینیوم متداول ترین ماده شیمیایی برای تصفیه فاضلاب در جهان است. از دیگر نمونه های این مواد می توان به آلومینیوم کلرید، پلی آلومینیوم کلرید، سولفات آهن و فریک کلرید اشاره کرد.
در ادامه به ویژگی های یک منعقد کننده خوب اشاره شده است:
– حاوی گروه های سولفات یا کلرید باشد.
– مایع یا جامد باشد. اکثرا در محلول های آبی هستند مانند آلومینیوم سولفات یا فریک کلراید.
– اسیدی یا قلیایی باشد. نمک های آلومینیوم مانند پلی آلومینیوم کلراید سطح معینی از قلیاییت را دارا هستند.
– توانایی اتصال به تعدادی از اتم های دو یا سه ظرفیتی را داشته باشندو نمک های آهم می توانند به عنوان نمک دوظرفیتی عمل کنند.
تفاوت کواگولانت و فلوکولانت
کواگولانت به معنای انعقاد دهنده است درحالیکه فلوکولانت لخته کننده است. فرآیند انعقاد یک فرآیند شیمیایی است که در آن با ناهمنام کردن بارها، و جذب بارهای ناهمنام به یکدیگر صورت می گیرد. در حالیکه لخته سازی یک فرآیند فیزیکی است و شامل خنثی سازی بار نیست. فرآیند انعقاد-لخته سازی می تواند به عنوان یک مرحله مقدماتی یا واسطه ای بین سایر فرآیندهای تصفیه آب یا فاضلاب مانند فیلتراسیون و رسوب استفاده شود.
مزایا استفاده از منعقد کننده یا کواگولانت
کواگولانت ها مصرف آسانی داشته و استفاده از آن ها مقرون به صرفه است.
کاربرد منعقد کننده ها به جداسازی انواع زیادی از ذرات از آب منجر می شود.
استفاده از کواگولانت موجب آسان تر شدن فرآیند فیلتراسیون می شوند.
معایب استفاده از منعقد کننده یا کواگولانت
به مصرف نمودن مواد شیمیایی احتیاج دارند.
تزریق کواگولانت به انواع محلول ها به نیروی کار ماهر نیازمند است تا دوز مناسب تزریق شده و به سیستم نگهداری و مخازن آسیبی وارد نگردد.
پس از لخته سازی و انتقال ترکیبات سمی به فاز جامد، لجن تشکیل می گردد که باید آن را حذف نمود.
در این مقاله با کواگولانت، انواع آن و تفاوت آن با فلوکولانت آشنا شدیم. اگر به این گونه مطالب علاقه مندید پیشنهاد میشود مقاله فلوکولانت را نیز مطالعه نمایید.
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.