زلال سازی، انغقادسازی و لخته گذاری

زلال سازی، انغقادسازی و لخته گذاری

کاهش مواد معلق آب یا فاضلاب را زلال سازی می گویند. مواد معلق آب می توانند ذرات درشت و سنگینی باشند که به راحتی با ته نشینی ساده از آب جدا می شوند و یا ذرات بسیار زیری باشند که طبیعت کلوئیدی داشته و جداسازی آنها از آب مستلزم تمهیدات بسیار پیچیده ای باشد.

دیده میشود که سرعت نهایی سقوط^‌‌‌‌‌‌ ut هر ذره با مربع اندازه قطر ذرات d^2ᵨ   متناسب است.

بنابراین ذراتی با ابعاد میکرونی، ساعت ها طول می کشد تا ته نشین شوند. با درشت کردن ذرات در حدودمیلیمتر، زمان سقوط یک متری در آب به حدود ثانیه کاهش می یابد.

از نظر مهندسی زمان بیش از چند ساعت برای جداسازی قابل قبول نیست.

جدول : ویژگی های ذرات به چگالی ۲٫۶۵ از نظر ابعاد و سرعت  ته نشینی

 

·         منظور مساعت کل ذرات کروی است که دارای حجمی برابر با حجم یک ذره کروی  به قطر ۱۰ میلی متر هستند.

انعقادسازی و لخته گذاری فرآیندهایی هستند

که در آن ذرات بسیار ریز کدریت و رنگ به صورت توده هایی به اندازه کافی درشت در می آیند که حذف آنها به روش های مختلف فیزیکی مثل ته نشینی، فیلتراسیون  و یا شناوری با سرعت معقولی انجام پذیر می شود.

انعقادسازی و لخته گذاری پدیده های پیچیده ای هستند که هنوز هم کاملاً شناخته نشده اند هرچند که تئوری هایی در این مورد ارائه شده است.

ذرات بسیار ریز و یا کلوئیدی که دارای ابعادی حتی کمتر از میکرون هم هستند، معمولاً در آب دارای بار الکتریکی منفی هستند. بارهای همنام ذرات باعث میشوند که این ذرات تمایلی به مجتمع شدن در کنار یکدیگر را نداشته باشند. که اصطلاحاً میگویند ذرات پایدار هستند.

بنابراین اولین گام برای مجتمع کردن( درشت کردن ) این ذرات ریز، مستلزم حذف و یا کاهش بار الکتریکی این ذرات تا حدی است که در اثر برخورد با یکدیگر، نیروهای جاذبه بین ذرات بر نیروهای دافعه الکتریکی ناشی از بارهای همنام فائق آیند که در صورت اصطلاحاً می گویند ذرات ناپایدار شده اند.

فرآیند ناپایدارکردن ذرات در اثر حذف یا کاهش دافعه الکتریکی و در نتیجه درشت تر شدن ذرات را انعقاد سازی میگویند.

درشت تر شدن ذرات ( با جمع شدن دو و یا چند ذره در کنار یکدیگر ) که در اثر حذف یا کاهش دافعه الکتریکی، برخوردهای آنها منجر به اجتماع ذرات میشود را لخته سازی نیز میگویند.

 

مکانیسم انعقادسازی در زلال سازی آب

برای آنکه بتوان ذرات ریز را به ذرات درشت تر برای زلال سازی آب تبدیل کرد دو شرط لازم است:

الف- برخوردبین ذرات: وقتی امکان پذیر است که نسبت به همدیگر حرکت داشته باشند.

 ب- جاذبه بین ذرات: شرط لازم برای آنکه ذرات در اثر برخورد به هم بچسبند و ناپایدار شوند.

تئوری تحرک ذرات در مکانیکی ذرات و سیالات بحث می شود.

برخوردبین ذرات:

می تواند به دلایل مختلفی انجام شود:

الف- برخورد ناشی از جنبش گرمایی که مرسوم به نفوذ براونی می باشد. این نوع برخورد برای ذرات کلوییدی کوچکتر از یک میکرون مهم است.

ب- برخورد اختلاطی که ناشی از هم زدن مکانیکی است. در اثر هم زدن مکانیکی، سرعت مایع هم از نظر فضایی ( از نقطه ای به نقطه دیگر) و هم از نظر زمانی از لحظه ای به لحظه دیگر، تغییر می کند. در اثر هم زدن مکانیکی تقریباً فقط ذرات درشت تر از یک میکرون با هم جمع می شوند.

در واقع ذرات باید به اندازه بیش از یک میکرون درشت شده باشند تا به واسطه هم زدن مکانیکی باهم مجتمع شوند.

ج- برخورد ناشی از ته نشینی دیفرانسیلی : ذرات درشت تر به علت سرعت ته نشینی بیشتر درحین ته نشینی ممکن است با ذرات ریزتر( که سرعت کمتری دارند) برخورد کنند.

 

ناپایدار کردن ذرات:

ذره ناپایدار ذره ای است که تمایل به جمع شدن با ذرات دیگر را دارد چون از نظر ترمودینامیکی ذرات با تجمع به سطح انرژی پایین تری دست می یابند. اما ذرات ریز باردار معلق در آب تمایل دارند به صورت منفرد در آب باقی بمانند.

چرا ذرات ریز معلق در آب، باردار هستند؟

به دلایل مختلفی، ذرات ریز معلق در آب باردارمی شوند که یکی از مهم ترین دلایل آن جذب سطحی بارهای منفی می باشند.

مهم ترین نیروی دافعه بین ذرات، نیروی دافعه الکترواستاتیکی است که ناشی از تداخل پتانسیل بار الکتریکی ذرات می باشد.

تئوری لایه مضاعف الکتریکی برای توصیف آرایش یون ها در اطراف  سطح باردار به کار می رود.

از مهمترین نتایج این تئوری عبارتند از :

الف- رابطه تغییر پتانسیل با فاصله از سطح ذره بصورت توانی است.

ب- پتانسیل حاصل ازبار روی سطح ذره را می توان با دستگاه الکتروفروسیس اندازه گرفت.

این پتانسیل اندازه گیری شده، دقیقا برابر پتانسیل روی سطح ذره نیست بلکه برابر پتانسیل روی نزدیکترین صفحه از مایع است که تحت تاثیر میدان الکتریکی حرکت میکند. این پتانسیل را زتاپتانسیل میگویند.

ج- زتاپتانسیل کمیت مهمی است که میتوان بر اساس مقدار آن در مورد بزرگی دافعه الکتریکی ذره باردار قضاوت کرد.

د- دامنه نفوذ پتانسیل دافعه الکتریکی، تحت تاثیر قدرت یونی ( تعداد یون ها و ظرفیت هر یک از یون ها) می باشد، به گونه ای که اگر یک الکترولیت قوی به محلول اضافه شود این دامنه نفوذ به شدت کاهش می یابد.

 

 

نیروی جاذبه

در زلال سازی آب بین ذرات ناشی از نیروی واندروالسی بوده و این نیرو که در هر صورت بین ذرات وجود دارد ، تحت تاثیر شدید فاصله بین دو ذره است.

در واقع پایداری و ناپایداری یک ذره بستگی به تاثیر مجموع پتانسیل جاذبه واندروالس و پتانسیل دافعه الکتریکی دارد.

در فاصله بسیار کم دو ذره، مجموع پتانسیل شامل چاه جاذبه می شود که معرف پیوند شیمیایی است.

در فاصله های نسبتاً کم دو ذره، پتانسیل مجموع، می تواند از ماکزیممی بگذرد که معرف پتانسیل دافعه است ( منحنی  i) و میتوان آن را مثل سدی دانست که از نزدیکتر شدن دو ذره جلوگیری میکند.

هرچه این سد بزرگتر باشد، امکان تجمع دو ذره کمتر است و دو ذره برای زلال سازی پایدار می مانند. برای ناپایدارکردن دو ذره باید که این سد پتانسیل دافعه به جاذبه تبدیل شود.

می توان با استفاده از الکترولیت ها ، دامنه نفوذ پتانسیل دافعه ذرات باردار را کاهش داد. اگر این کاهش به قدری باشد که این سد دافعه کاملاً از بین رفته (منحنی iii) و یا مقدار آن به انداره ای کوچک شود که پتانسیل مجموع، در فاصله های نسبتاً کم دو ذره، صفر و یا اندکی منفی ( جاذبه) گردد ( منحنی ii) در آن صورت برخوردهای نامنظم براونی ناشی از جنبش گرمایی میتواند منجر به برخوردهای موثری گردد که باعث ناپایداری ذرات شده و در نتیجه به هم بچسبند ( ایجاد لخته ) و اگر فاصله ذرات به حدود چاهک پتانسیل کاهش یابد در آن صورت لخته تشکیل شده میتواند از پایداری کافی برای سقوط در حوضچه ته نشینی برخوردار شود.