فلوکولانت

  • فلوکولانت ها پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا بر پایه پلی آکریل آمید هستند
  • که در فرآوری معدنی با هدف ایجاد مجموعه ذرات مورد استفاده قرار می گیرند.
  • مکانیسم عملکرد فلوکولانت ها بدین صورت است، که گروه های فعال فلوکولانت می توانند روی سطح ذرات جذب شوند
  • بدین طریق زنجیر فلوکولانت تعداد زیادی از ذرات را در یک لخته کنار هم نگه می دارد
  • مجموعه ذرات ایجاد می شوند.
  • مجموعه ذرات به دلیل دارا بودن وزن بیشتر نسبت به ذرات منفرد ته نشینی سریعتری خواهند داشت.

اغلب روش های کانه آرایی در محیط آبی انجام می شود. برای فرآوری یک تن ماده معدنی حدودا 2تا3 تن آب مصرف می شود. در دهه اخیر با توجه افزایش جمعیت از یک سو و بحران آب بوجود آمده در اثر خشکسالی ها از سوی دیگر باعث شده تا در همه صنایع از جمله فرآوری مواد معدنی ، بازیابی آب از توجه ویژه ای برخوردار باشد.

در صنایع معدنی بخش عمده عملیات بازیابی آب، از باطله، توسط تیکنرها انجام می شود. تیکنر یک تانک استوانه ای است که در آن به کمک نیروی ثقل و در اثر اختلاف دانسیته، جداسازی ماده جامد (باطله) از آب انجام می شود. با توجه به اینکه ذرات با ابعاد ریز دانه بدلیل داشتن بار الکتریکی همنام، همدیگر را دفع کرده و ته نشین نمی شوند، بنابراین برای افزایش اختلاف دانسیته و به دنبال آن افزایش سرعت ته نشینی ذرات از مواد پلیمری به نام فلوکولانت استفاده می شود.

فلوکولانت ها پلیمرهایی با زنجیره پلیمری طویلی از اتم های کربن به همراه گروه های فعال هستند، که در فرآوری معدنی با هدف ایجاد مجموعه ذرات مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیسم عملکرد فلوکولانت ها بدین صورت است، که گروه های فعال فلوکولانت می توانند روی سطح ذرات جذب شوند وبدین طریق زنجیر فلوکولانت تعداد زیادی از ذرات را در یک لخته کنار هم نگه می دارد و مجموعه ذرات ایجاد می شوند. مجموعه ذرات به دلیل دارا بودن وزن بیشتر نسبت به ذرات منفرد ته نشینی سریعتری خواهند داشت. فلوکولانت ها به 3 دسته کلی آنیونی، کاتیونی و خنثی تقسیم بندی می شوند. فلوکولانت ها علاوه بر افزایش سرعت ته نشینی و در نتیجه افزایش راندمان تیکنر، باعث افزایش شفافیت آب بازیابی شده نیز می شوند.

انواع فلوکولانت

فلوکولانت ها به محض حل شدن در آب یونیزه می شوند و با توجه به گروه های عاملی متصل به آنها به 3 دسته کلی آنیونی، کاتیونی و خنثی تقسیم بندی می شوند. معمولا برای تصفیه آب از فلوکولانت خنثی یا آنیونی استفاده می شود.

فلوکولانت آنیونی: بیشتر فلوکولانت های موجود در صنعت از کوپلیمرهای آکریل آمید و آکریلیک اسید می باشند.از انجاییکه کوپلیمرهای آکریلیک اسید دارای گروه های کربوکسیل با بار منفی بوده بنابراین هرچه مقدار کوپلیمرهای آکریلیک اسید را افزایش دهیم فلوکولانت با بار منفی بیشتری خواهیم داشت.

فلوکولانت های آنیونی معمولا نسبت به فلوکولانت های کاتیونی و خنثی از وزن مولکولی بالاتری (14 تا 18 میلیون گرم بر مول) برخوردار می باشد. وزن مولکولی بالای این ماده و خاصیت آنیونی آن منجر به جذب ذرات ،ایجاد لخته های سنگین و در نتیجه افزایش سرعت ته نشینی می شود.

فلوکولانت کاتیونی: این دسته از فلوکولانت معمولا در ساختار پلیمری خود گروه های آمونیوم، سولفونیوم و فسفونیوم بوده و دارای بار مثبت می باشند.

فلوکولانت خنثی: این دسته ازفلوکولانت ها بدون بار یا خنثی بوده که از مهمترین آنها میتوان به پلی آکریل آمید و پلی اتیلن اکساید اشاره کرد.

کاربرد منعقد کننده ها و فلوکولانت ها

  • ذرات محلول و معلق در بیشتر آب های طبیعی وجود دارند.
  • این مواد معلق می توانند در اثر سایش زمین، انحلال مواد معدنی ، پوسیدگی گیاهان و دفع نامناسب زباله های خانگی و صنعتی صورت پذیرند.
  • در نتیجه وجود مواد معدنی، آلی، ترکیبات بیولوژیکی مانند باکتری ها، ویروس ها و… در آب ها دور از انتظار نیست.
  • بیشتر مواد جامد معلق در آب دارای بار منفی هستند. در نتیجه یکدیگر را دفع می کنند
  • و این دافعه از جمع شدن ذرات جلوگیری و باعث می شود آنها در حالت تعلیق باقی بمانند.
  • انعقاد و لخته سازی در مراحل پی در پی می تواند بر نیروهای تثبیت کننده ذرات معلق غلبه نماید و امکان برخورد ذرات و رشد لخته ها را فراهم کند.
  • استفاده از فلوکولانت ها و یا کواگولانت ها برای تصفیه شیمیایی و فیزیکی-شیمیایی آب و پساب به کار برده می شود.
  • برای حذف TSS ، TDS ، COD ، BOD و رنگ برای رنج وسیعی از پساب صنایع مختلف مانند نوشیدنی، نساجی، لبنیات ، شوینده ها و … کاربرد دارد و برخلاف تصفیه بیولوژیکی فرآیند پر هزینه ای نیست و نیاز به زمان کمتری برای اثر گذاری دارد.
  • این تکنیک معمولا پیش از تصفیه (فیلتراسیون سریع آب ) و یا بعد از ته نشین سازی ابتدایی صورت می پذیرد.

معنای واژه فلوکولانت چیست ؟

فلوکولانت از نظر لغوی به معنای لخته کننده است و کار خود را طی فرآیند فلوکولاسیون یا لخته سازی انجام می‌دهد. مقصود ما از نوشتن این مقاله بررسی نوع خاصی از Flocculant است که کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد. ماهیت این فلوکولانت پلی الکترولیت یا پلی اکریل آمید است که جداسازی جامدات از مایعات را تسریع می‌کند و تصفیه مایعات را سرعت می‌بخشد.

شاید ماهیت این ماده شیمیایی برایتان یادآور ماهیت کاتالیزها باشد. اما اگر ابعاد این پرسش که فلوکولانت چیست را تمام و کمال بررسی کنید، خواهید دانست که کارایی فلوکولانت چیزی فراتر از یک کاتالیزور ساده است. می‌توان اینگونه استنباط کرد Flocculant خاصیت کلوئیدی نیز دارد، چراکه طی فرآیند فلوکولاسیون، ذرات جامد موجود در مایعات مختلف، به یک دیگر می‌چسبند و به دلیل قوام به وجود آمده در آن‌ها، آن‌ها در ناحیه مشخصی از مایع مذکور ثابت می‌مانند. این ناحیه ممکن است متغیر باشد.

حالا احتمالا درک درستی نسبت به فلوکولانت و نحوه عمل آن در فرآیند فلوکولاسیون داشته باشید. Flocculant در صنایع مختلفی از جمله صنایع دارویی و بهداشت، صنایع مرتبط با فراوری معدن ، صنایع مرتبط با زمین شناسی ، صنایع مرتبط با شیمی فیزیک، صنایع مرتبط با تصفیه آب، تست جار و صنایع مرتبط با تولید پنیر کاربرد دارد، که در ادامه به بررسی هر یک از این کاربردها خواهیم پرداخت. ترکیب شیمیایی فلوکولانت به کار رفته در هر یک از صنایع منحصر به فرد است، همین موضوع Flocculant ها را کاربردی‌تر می‌کند.

عملکرد فلوکولانت

ماده شیمیایی فلوکولانت، ماده‌ای است که طی لخته سازی باعث وقوع هم زمان تغییر فیزیکی و شیمیایی می‌شود. درصد تغییرات شیمیایی و فیزیکی که طی فرآیند عمل فلوکولانت انجام می‌گیرند، نسبت به یک دیگر ثابت‌اند. طی فرآیند عمل Flocculant ، این ماده باعث به هم پیوستن ذرات ریز معلق در آب می‌شود و در نتیجه به هم چسبیدن این ذرات، ورقه‌های تحت عنوان flake شکل می‌گیرند. نباید نحوه عمل فلوکولانت را با مواد رسوب دهنده اشتباه گرفت، چراکه این دو فرآیند تفاوت‌های چشمگیری نسبت به یک دیگر دارند. عمده‌ترین تفاوت نحوه عملکرد ماده شیمیایی فلوکولانت با مواد رسوب ده، این است که Flocculant بر اساس به هم چسباندن ذرات جامد ریز معلق در مایع انجام می‌گیرد اما موادی که از باعث به وجود آمدن رسوبات می‌شوند، از یک ترکیب مایع تک فازی، ذرات جامد را جدا می‌کنند و محلول مذکور را تبدیل به محلولی دو فازی می‌کنند.

تصور کنید که ظرفی پر از آب و ذرات ریز رس در دستتان است و قرار است به کمک اضافه کردن یه ماده شیمیایی، بدون تغییر ماهیت آب، رس را از آب جدا کنید. ذرات رس به خودی خود بسیار ریزاند و به همین دلیل نمی‌توان آن‌ها را از آب جدا کرد، بنابراین ماده شیمیایی مورد نظر باید این ذرات به یک دیگر بچسباند تا درنهایت مجموعه منسجم به دست آمده به راحتی از آب جدا شود. مهم‌ترین نکته پیش از شروع فرآیند پاک سازی آب، انتخاب لخته کننده مناسب است.

فلوکولانت‌ها یا همان لخته کننده‌هایی که برای انجام این فرآیند در دسترس ما قرار دارند، شامل انواع مختلفی از مواد از جمله پلی آمین، تانین، آلوم، آلومینیوم کلرید، آلومینیوم کلرو هیدرات، فریک سولفات، آهن سولفات و کلرید آهن هستند. این مواد لخته کننده بار مخالف ذرات سوسپانسیون ایجاد می‌کنند و ذرات معلق در آب مانند یک توده کلوئیدی به یک دیگر متصل می‌شوند. در این شرایط برخی از مواد کمک لخته کننده، می‌توانند ژلی نامحلول در لخته به دست آمده ایجاد کنند، تا اینگونه لخته استحکام بیشتری پیدا کند.

کاربرد فلوکولانت در صنایع

معادن، عمران و علوم زمین شناسی

در صنایع مرتبط با معدن، عمران و علوم زمین شناسی، فلوکولانت باعث به هم پیوستن رس‌ها، پلیمر‌ها و ذرات کوچک می‌شود. در نتیجه این امر ساختاری شکننده در مایعات به وجود می‌آید که به راحتی می‌توان آن‌ها را از مایعات جدا کرد. در این صنایع پس از افزودن، فلوکولانت به مخلوط مورد نظر، به دلیل جاذبه‎ای که بین بارهای مثبت و منفی ذرات به وجود می‌آید، لخته مورد نظر ایجاد می‌شود.

در صنایع مرتبط با تغذیه

یکی از کاربردهای فلوکولانت ، مرتبط به صنایع تولید پنیر است، در این صنایع در مراحل مختلف تولید پنیر، برای بررسی میزان پیشرفت پنیر در حال شکل گیری از فلوکولانت استفاده می‌کنند. فرآیند انعقاد فلوکولانت در کارخانه‌های تولید پنیر بر اساس، هیدرولیز مولکول‌ها و ماکروپپتیدها شکل می‌گیرد. از لخته سازها در حین سر و کله زدن با پساب‌های ناشی از فعالیت صنایع غذایی نیز استفاده می‌شود. از جمله لخته کننده‌های کاربردی در صنایع غذایی می‌شود به آهن دو سولفات (FeSO4)، سولفات آلومینیوم و آهن سه کلرید (FeCl3) اشاره کرد.

کاربرد فلوکولانت در علوم و صنایع مرتبط با شیمی و فیزیک

در رابطه با مواد امولوسیون، لخته سازی به فرآیندی اشاره دارد که طی آن مواد ریز معلق در ماده اصلی، به صورت خوشه‌ای به یک دیگر متصل می‌شوند.

در زیست شناسی و تست جار شیمیایی

از لخته سازی در بیوتکنولوژی برای میکروفیلتراسیون مواد غذایی بیولوژیکی استفاده می‌شود. لخته کننده‌های سلولی عموما بار مثبت دارند ، چراکه بار سلول‌های زنده عمدتا مثبت است. هدف از این تست، انتخاب ماده لخته کننده مناسب در انواع واکنش‌های شیمیایی است. آزمایش جار شیمیایی به منظور درک فرآیندهای انعقادی، لخته سازی و رسوب گذاری انجام می‌گیرد. در دستگاه انجام تست جار از مایعاتی که تحت تاثیر مخمر هستند استفاده می‌شود.

چگونه بهترین فلوکولانت موجود در بازار را بر حسب نیازهایمان انتخاب کنیم؟

  • در حقیقت خود این سوال نصف پاسخ را دربردارد، گام اول این است که نیازهایتان را بسنجید.
  • از آن جایی که عمده مصرف فلوکولانت‌ها مربوط به تصفیه منابع آبی است، بنابراین تصمیم داریم تا در این مقاله برایتان از خرید فلوکولانت موجود در بازار که توانایی تصفیه آب را داشته باشد، صحبت کنیم.
  • فلوکولانت آنیونی بهترین فلوکولانت موجود در بازار برای جداسازی مواد جامد موجود در پساب مورد استفاده قرار می گیرد.
  • عملکرد فلوکولانت آنیونی بر پایه ایجاد انواع پیوندهای شیمیایی از جمله پیوند هیدروژنی، پیوند کوالانسی و خواص الکترونگاتیوی مواد شیمیایی انجام می‌گیرد.
  • میزان ضرری که فلوکولانت آنیونی می‌تواند به بدن انسان و سایر عناصر طبیعی مجاور خود برساند، بسیار کم‌تر از ضرری است، که فلوکولانت‌های کاتیونی به عناصر طبیعی وارد می‌کنند و شاید بتوان گفت که همین خصوصیات برای اختصاص دادن عنوان بهترین فلوکولانت موجود در بازار به فلوکولانت‌های آنیونی کافی باشد. فلوکولانت‌های آنیونی انواع مختلفی دارند و شما باید بر حسب نیازتان اقدام به انتخاب فلوکولانت مناسب کنید.
  • فلوکولانت‌هایی که استفاده از آن‌ها برای انسان بی‌ضرر است، عموما حاوی موادی مانند پلی آمید لاتکس، اسید سولفوییک، اسید فسفریک و کربوکسیلیک است، فلوکولانت‌های قابل استفاده برای تصفیه پساب به دلیل دارا بودن این ترکیبات عموما وزن مولکولی بالایی دارند. اگر قصدتان خرید فلوکولانت برای لخته سازی مواد در صنایعی به غیر از صنایع تصفیه پساب های صنعتی و معدنی است، دیگر نمی‌توان روی فلوکولانت‌های آنیونی به عنوان بهترین فلوکولانت موجود حساب کرد.
  • برخی اوقات مواد به کار رفته در این لخته کننده‌ها، حتی توانایی لخته سازی در برخی از مایعات را ندارند و تبدیل به ذرات معلق اضافه می‌شوند.

انواع فلوکولانت

  • فلوکولانت خود به دو دسته ی کلی آلی و معدنی تقسیم می شوند. از نمونه های معدنی این لخته ساز ها می توان به ترکیبات آلومینیوم و یا آهن اشاره نمود.
  • در سال های اخیر به دلیل اثبات اثرات منفی نوع معدنی این مواد بر سلامتی ( به دلیل افزایش یون های معدنی موجود در آب  )  از آن ها کمتر استفاده می شود و نوع آلی این مواد جایگزین انواع معدنی گردیده است.
  • لخته سازهای پلیمری به طور معمول از هیدروکربن های بلند زنجیر تشکیل شده اند.
  • این پلیمر ها شامل چندین واحد تکرار شونده مونومر می باشند و بسته به این مونومر ها وزن مولکولی متغیری از 5 تا 20 میلیون دارد.
  • وزن مولکولی این مواد به طور قابل توجهی از کواگولانت ها بیشتر است. بسته به خواص موجود، این ماده می تواند خنثی، آنیونی و یا کاتیونی باشد.
  • ولی در اغلب موارد از نوع خنثی و یا آنیونی برای عملیات تصفیه ی آب استفاده می نمایند.
  • فلوکولانت غیر یونی پلیمری بلند زنجیر از پلی اکریل آمید است که از مونومر های اکریل آمید ساخته شده است.
  • اکثر فلوکولانت های کلیدی در صنعت کوپلیمر های اکریل آمید و سدیم اکریلات می باشند. کوپلیمر های اکریل امید-اکریلات به علت وجود گروه های کربوکسیلات با بار های منفی در پلیمر ،آنیونی می باشند. نسبت اکریلات سدیم به اکریل امید مقدار آنیونی بودن آن را تعیین می کند. افزایش مقدار سدیم اکریلات موجب به وجود امدن فولوکولانت با شارژ منفی بیشتر می شود .

چرا از فلوکولانت استفاده میکنیم

  • فلوکولانت ها به‌ طور گسترده‌ ای به‌ همراه منعقد کننده‌ ها برای افزایش بازدهی فرایند انعقاد و لخته‌ سازی و یا به‌ طور مستقیم و بدون استفاده از منعقدکننده‌ ها و برای حذف ذرات کلوئیدی از پساب استفاده می‌شوند.
  • لخته‌ساز‌هایی که بیش‌تر از همه مورد استفاده قرار می‌گیرند سنتزی هستند.
  • طبق پژوهش‌های پیشین عموما منعقدکننده‌های معدنی (نمک های فلزی) مثل آلوم و کلرید آهن نیازی به استفاده از لخته‌سازها ندارند.
  • پلیمرهای مصنوعی که معمولاً برای شفاف سازی آب مورد استفاده قرار می گیرند معمولا ترکیباتی مانند پلی آکریل آمید ، پلی آکریلیک اسید ، اسید پلی استایرنیک سولفونیک و پلی دی آلیل دی میتل آمونیوم کلرید (DADMAC) می باشند.
  • تعداد بسیار زیادی فلوکولانت آلی وجود دارند که بیش‌تر آن‌ها سنتزی هستند و شامل پلی‌آکریل‌آمید ها، پلی‌آکریلیک اسیدها، اسید های سولفونیک پلی‌استایرن و مشتقات آن‌ ها می‌شوند.
  • این لخته‌ ساز ها عموماً پلیمرهای حلال در آب و خطی هستند که واحد های بیشماری از مونومرها در آن‌ها تکرار شده‌ است، وزن مولکولی بالایی دارند و می‌توانند یونی (پلی الکترولیتی) یا غیر یونی باشند.

فرایند فلوکولاسیون و نقش فلوکولانت در آن

  • کواگولانت به آب افزوده می شود تا ذرات معلق موجود در آب مانند خاک رس و مواد آلی را خنثی نماید. پس از عملیات خنثی سازی ذرات معلق به یکدیگر می چسبند و میکروفلوک ها را تشکیل می دهند.
  • با این حال این ذرات همچنان برای دیده شدن با چشم مسلح بسیار کوچک می باشند.
  • باید توجه نمود که اختلاط بیش از حد بر انعقاد تأثیر نمی گذارد ، اما عدم اختلاط کافی این مرحله را ناقص می کند. این مرحله rapid-mix  (مخلوط سریع) نامیده می شود و معمولا 1 الی 3 دقیقه به طول می انجامد.
  • سپس در طی فرایند فلوکولاسیون ذرات درشت تر و قابل مشاهده می شوند. به این مرحله slow mixing مخلوط آهسته گفته می شود.
  • برخورد ذرات موجب می شود تا ترکیبات درشت تری به وجود آید و ماکروفلوک ها به وجود آیند.
  • پلیمرهای با وزن مولکولی بالا (کمک منعقد کننده ها ) در این مرحله می توانند به محلول اضافه شوند تا به برقراری پل ، اتصال و تقویت ذرات ، افزایش وزن و افزایش سرعت کمک نمایند.
  • در نهایت پس از رسیدن ذرات به اندازه و مقاومت بهینه ، آب برای فرآیند جداسازی (رسوب ، شناور سازی یا تصفیه) آماده می شود.
  • زمان تماس برای لخته سازی از 15 یا 20 دقیقه تا یک ساعت یا بیشتر برآورد می شود.

استفاده از فلوکولانت برای شفاف کردن آب استخر ها

بله اگر آب استخر شما کدر شده باشد می توانید از این مواد برای تمیز سازی آن استفاده کنید. مقدار مورد استفاده از این ترکیب به منظور تمیز سازی به موارد زیادی از جمله حجم آب ، تعادل pH ، دمای استخر و مارک خاص فلوکولانت مورد استفاده ی شما بستگی دارد. مقدار بیش از حد از این ماده می تواند به پوست شما آسیب وارد کند و واکنش های شدیدی را با سایر مواد شیمیایی موجود در آب استخر در پی داشته باشند. پیش از آنکه فلوکولانت مورد نظر را به آب اضافه کنید لازم است تا موارد زیر را رعایت نمایید:

  • به دلیل از دست رفتن اب در طی فرایند فلوکولاسیون، لازم است تا سطح آب را به بالاترین میزان ممکن افزایش دهید.
  • از آنجایی که این ترکیبات می توانند میزان pH را تحت تاثیر قرار دهند لازم است تا برای شروع حتما سطح pH آب را به حدود 7 برسانید
  • طبق دستوالعمل مندرج بر روی محصول لازم است تا حتما لخت ساز های مورد استفاده را رقیق نمایید.
  • این ماده را به صورت رقیق شده بر لبه های استخر اعمال کنید.
  • پمپ استخر را برای چندین ساعت فعال نمایید تا ماده ی مورد نظر به صورت یکنواخت به آب استخر اعمال شود
  • پمپ را خاموش کنید و به مدت 8 ساعت زمان دهید تا آلاینده ها ته نشین شوند.
  • فیلتر را فعال نمایید
  • پمپ را روشن کنید، بعد از گذشت 8 ساعت ، رسوبات را در پایین استخر خود مشاهده خواهید کرد
  • آب استخر را خالی و تعویض کنید.
  • فیلترهای استخر را به خوبی شستشو دهید تا همه رسوبات و مواد شیمیایی باقیمانده در آنها جمع آوری شود.
بالا
error: کپی نداریم