انعقاد – لخته سازی – ته نشینی در تصفیه آب

در واقع در انعقاد آب توسط منعقد کننده هایی مانند نمک های آهن و آلومینیوم و بعضی مواقع کمک منعقد کننده ها از جمله سیلیکای فعال، بنتونبت، پلی الکترولیت ها و نشاسته ناپایدار شده و ذرات کلوئیدی از جمله کلوئیدهای معدنی، سلول های میکروبی و ذرات ویروسی ناپایدار شده و ذرات ایجاد می شود. آلوم (سولفات آلومینیوم)، کلرید فریک، سولفات فریک و سولفات فروس از متداولترین منعقد کننده ها می باشند. به طور مثال منعقد کننده آلوم به صورت هیدروکسید آلومینیوم نامحلول رسوب کرده و شکل فلوکی آن موجب می شود تا کدورت و آلودگی میکروبی میکروبی حذف شود.

مطالعه ای که توسط انجمن امور آب آمریکا[1] در سال 2003 صورت گرفته است، نشان داد 86 درصد از تصفیه خانه های آب ایالات متحده آمریکا و کانادا به جای استفاده از آلوم از کلرید فریک، سولفات فریک یا پلی آلومینیوم کلراید استفاده می کنند. می توان از منعقد کننده های بیولوژیکی نظیر پلی ساکاریدهای خارج سلولی حاصل از کلبسیلا تریژینا[2] برای تصفیه آب استفاده کرد اما استفاده از آنها منوط به مطالعات بیشتر می باشد. فرآیند تماس بین ذره ای و تشکیل ذرات بزرگ تر لخته سازی گویند. پس از اختلاط، ذرات کلوئیدی تشکیل دهنده فلوک ها که به اندازه کافی بزرگ شده اند می توانند به سرعت ته نشین شوند (شکل 1). احتمالاً pH آب مهمترین فاکتور مؤثر بر فرآیند انعقاد و لخته سازی باشد. سایر فاکتور های مؤثر شامل کدورت، قلیائیت، دما و نوع اختلاط می باشد. انعقاد مهم ترین فرآیند مورد استفاده به منظور حذف رنگ و کدورت از آب می باشد. انعقاد پیشرفته شامل افزایش غلظت منعقدکننده و یا تنظیم pH آب می باشد و هدف از این کار حذف کدورت و مواد آلی طبیعی پیش ساز محصولات جانبی گندزدایی می باشد. با این حال، سطوح ترکیبات آلی آب دوست (لیپویلی ساکاریدها) و سیانوباکتری ها (میکروسیتیس آئروژینوزا) در طول فرآیند تصفیه در مقابل فرآیند انعقاد مقاومت می کنند.

شکل 1- فرآیند انعقاد

آزمایش جار نشان داد میزان حذف باکتری ها و کیست های تک یاخته ای (کریپتوسپوریدیوم و ژیاردیا) با استفاده از فرآیند انعقاد، 1-2 لگاریتم می باشد. وقتی که از 40-100 میلی گرم در لیتر آلوم استفاده می شود، حذف بیش از 90 درصد از کریپتوسپوریدیوم به دست می آید. غلظت های بالاتر از 200 میلی گرم در لیتر آلوم در حذف اووسیت های کریپتوسپوریدیوم غیرمؤثر می باشد. بنابراین اووسیت ها در لجن تصفیه خانه آب باقی می مانند. حذف ویروس ها از یک تا بیش از سه لگاریتم متفاوت می باشد. تحت شرایط آزمایشگاهی، فرآیندهای انعقاد و لخته سازی در حذف 90-99 درصد از ویروس ها از آب مؤثر بوده است. در سه تصفیه خانه آب در اسپانیا، مراحل پیش کلرزنی، لخته سازی و ته نشینی بیشترین تأثیر را در حذف فاژها داشته اند (سوماتیک، male-specific و فاژهای باکتروئیدس فراژیلیس[3]). آزمایشات پایلوت انعقاد پیشرفته، شرایط بهینه حذف کربن آلی محلول و ویروس ها را استفاده از کلرید فریک به مقدار 40 میلی گرم در لیتر با pH برابر 5-6 نشان داده است. در انعقاد پیشرفته، حذف بیش از 2 لگاریتم از آدنوویروس های نوع 4 (عموماً از آدنوویروس های نوع 40 و 41 به عنوان جایگزین استفاده می شود)، کلسی ویروس گربه ای (نماینده نوروویروس های انسانی) و فاژهای MS2 به دست می آید. کمترین حذف برای فاژهای PRDI و pHi-x174 مشاهده شده است. انعقاد لخته سازی و ته نشینی تأثیر زیادی در حذف ویروس مرغی H5N1 نداشته است، بطوریکه حذف از صفر تا 1/5 لگاریتم متفاوت بوده است. اگرچه سلول های جلبکی به خوبی توسط فرآیند انعقاد-لخته سازی حذف می شوند، اما حذف مؤثری برای سموم جلبکی گزارش نشده است. با این حال در شرایط واقعی ممکن است حذف انگل ها و پاتوژن ها کمتر از شرایط کنترل شده آزمایشگاهی باشد. در یک پایلوت از تصفیه خانه آب، برای تصفیه آب رودخانه سین در فرانسه، حذف ویروس های بومی از 31 تا 90 درصد متفاوت بوده و میانگین حذف 61 درصد گزارش شده است. همچنین مشخص گردید حذف ویروس های آزمایشگاهی خیلی بیشتر از ویروس های بومی بوده است. اندوتوکسین ها یا لیپوپلی ساکاریدها ترکیبات غشا خارجی بیشتر باکتری های گرم منفی و تعدادی از سیانو باکتری ها بوده که در ارتباط با بیماری های حاد تنفسی، تب آب[4]، اختلالات دستگاه گوارشی و واکنش های آلرژیک می باشند. برای حذف 51-97 درصد از فعالیت اندتوکسین ها در تصفیه خانه های آب، فرآیندهای متعددی وجود دارد. بیشترین حذف با استفاده از انعقاد، زلال سازی و فیلتر شنی تند مشاهده شده است.

عمل انعقاد گاهی اوقات با کمک منعقد کننده هایی از قبیل پلی الکترولیت ها، بنتونیت ها (خاک رس معدنی سه لایه) یا سیلیکای فعال بهبود می یابد. پلی الکترولیت ها با تشکیل فلوک های بزرگ که سریع ته نشین می شوند، در فرآیند انعقاد به عنوان کمک منعقدکننده مطرح می باشند. غلظت کمک منعقدکننده ها مهمترین پارامتر عملکردی است، بطوریکه در غلظت های بیش از حد به علت پایداری مجدد می توانند باعث مهار لخته سازی شوند.

در فرآیند انعقاد، صرفاً میکروارگانیسم های پاتوژن از آب به فلوک ها انتقال می یابند و با لجن تشکیل شده ادغام می شوند. لازم به ذکر است این لجن به علت حضور میکروارگانیسم های پاتوژن باید به درستی دفع شود.

[1] American Water Works Association (AWWA)

[2] Klebsiella terrigena

[3] Bacteroides fragilis

[4] Water fever