پلی آلومینیوم کلراید (PAC) یک منعقدکننده پلیمری غیرآلی با کارایی بالا می باشد. PAC با بکارگیری تکنولوژی ساخت بالا و با بهره گیری از مواد خام با کیفیت بالا در دهه های اخیر ساخته و تولید شده و به جمع مواد شیمایی افزوده شده است. از مزایای پلی آلومینیوم کلراید (PAC) می توان به خلوص بالای ماده، وزن مولکولی بالا و خاصیت منعقدکنندگی بالا اشاره نمود.
فرمول مولکولی PAC:
ALn(OH)m CL(3^n-m)
که در آن 3n > m > 0 مباشد.
محدوده ی عملکرد PAC در پ هاش 5-9 می باشد، اما بهترین محدوده ی کارایی پلی آلومینیوم کلراید در pH 6.5 الی 7.6 (پ هاش خنثی) می باشد. پلی آلومینیوم کلراید از طریق تولید یونهای هیدروکسیل و پلیمرهای آنیونی چندظرفیتی باعث تشکیل مولکولها و ماکرو مولکولهای غیرآلی الکتریکی بزرگ در آب می گردد.
کاربردهای پلی آلومینیوم کلراید:
1) زلال سازی و ته نشینی آب رودخانه ها، دریاچه ها و منابع آب زیرزمینی
2) زلال سازی آب صنعتی و آب در چرخش (Recycling Water) صنایع
3) زلال سازی و تصفیه فاضلاب های بهداشتی و صنعتی
4) احیای زغال سنگ از پساب شستشوی زغال سنگ
5) احیای کائولینی (Kaolin) از پساب شستشوی شستشوی کارخانجات کاشی و سرامیک
6) ساخت خمیر / سریش صنایع کاغذسازی و محصولات بهداشتی و دستمال کاغذی (صنایع سلولزی)
7) تصفیه و زلال سازی فاضلاب در صنایع رنگرزی و چاپ، صنایع چرم سازی، صنایع نوشیدنی، صنایع فرآوری گوشت، صنایع ریخته گری، معدن، شستشوی زغال سنگ، داروسازی، ساخت کاغذ و صنایع سلولزی
8) جداسازی نفت و روغن و فلزات سنگین در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
9) زلال سازی و تصفیه آب و فاضلاب های حاوی فلوئور (Fluorine)
10) بازگشت و تصفیه آب در کارخانجات کاشی و سرامیک و سنگبری
جدول مقایسه مشخصات پک آشامیدنی، پک صنعتی، پک فاضلابی
|
ردیف
|
نوع PAC
|
مشخصات
|
|
شکل ظاهری
PAC
|
میزان خلوص پک
(Purity)
|
میزان آهن
(Fe Content)
|
میزان ناخالصی نامحلول
(Insoluble matter)
|
|
PAC – A
|
پک خوراکی یا پک آشامیدنی
(Drinking PAC)
|
پودر سفید
|
حداقل 30 %
|
حداکثر 0.001 %
|
حداکثر 0.1 %
|
|
PAC – BI
|
پک صنعتی درجه 1
(Industrial PAC)
(پک آشامیدنی در ایران)
|
پودر زرد روشن
|
حداقل 29 %
|
حداکثر 0.2 %
|
حداکثر 0.5 %
|
|
PAC – BII
|
پک صنعتی
(Industrial PAC)
|
پودر زرد
|
29 – 28 %
|
حداکثر 0.1 %
|
حداکثر 1 %
|
|
PAC – C
|
پک صنعتی درجه 2
(پک فاضلابی)
(Low Grade PAC)
|
پودر زرد نخودی یا خرمالویی
|
28 %
|
2.5 %
|
حداکثر 2.5
|
در شکل زیر تفاوت ظاهری و رنگ ناشی از حل نمودن پودر پک خوراکی (پک آشامیدنی)، پک صنعتی و پک فاضلابی (پک صنعتی درجه 2) در آب نشان داده شده است.
پلی آلومینیوم کلراید (PAC) کاربرد موفقیت آمیزی در فرآیند تهیه آب آشامیدنی و تصفیه پساب و همچنین از اوایل دهه 70، در فرآیند ساخت کاغذ داشته است. جایگزینی PAC بجای آلومینیوم سولفات بعنوان کواگولانت در تصفیه آب آشامیدنی و پساب با لحاظ تکنیکی و اقتصادی کاملا ارجحیت داشته و دارد. به علت عدم شناخت کافی از PAC و امتیازات آن، استفاده از PAC در خارج از کشورهای پیشرفته فراگیر نشده و همچنان استفاده از آلومینیوم سولفات و کلرورفریک همراه آهک مرسوم است.
در ملکولهای PAC آلومینیوم بصورت پلیمری، شامل یونهای ئیدروکسید و کلراید و در بعضی از انواع آن محتوی یونهای سولفات است. برخلاف آلومینیوم سولفات که فقط بخش کوچکی از آلومینیوم بصورت Monomer مونومر ظاهر می شود در مولکول PAC بخش عمده آلومینیوم به شکل ساختمان الیگومری Oligomer ظاهر می شود. این اختلاف در ترکیب دلیل اصلی برتری PAC سبب کاهش ناچیز در PH می شود. ضمنا نسبت به آلومینیوم سولفات، ساختمان الیگومری و پلیمری PAC فلاک های پایدارتری را با ناخالصی های معلق در آب تشکیل می دهد. همچنین عموما فلاکهای بزرگتر باعث حجم کمتر رسوب می شوند. از طرف دیگر، بعلت بهبود فلوکولیشن، مقدار کمتری از آلومینیوم در آب تصفیه شده باقی می ماند. از طرف دیگر، بعلت کاهش کمتر در PH هزینه خنثی سازی بعد از فلوکولاسیون کاهش می یابد.
در عملیات منعقدسازی مقدار مصرف PAC در مقایسه با آلومینیوم سولفات حدودا 30 الی 60 درصد کاهش می یابد و به همین جهت مقدار لجن کمتری تولید می شود. در تصفیه خانه ها، برتری فعالیت رسوبگذاری و حجم کمتر لجن باعث افزایش راندمان در خروجی کل شده و در نتیجه سبب کاهش ابعاد حوضچه های جدید طراحی شده برای عملیات صاف کردن می گردد. لجن های تولیدی از فرآیند PAC نسبت به لجن های آلومینیوم سولفات راحت تر آبگیری شده و این مورد سبب صرفه جویی در استفاده از دستگاه آبگیری لجن می گردد.
فعالیت قویتر PAC باعث تسهیل فلوکولاسیون آب خام در درجه حرارت پایین گردیده به طوری که در دمای 5°C خاصیت فوق العاده ای در کدورت زدائی آب دارد. که برای مثال، عملکرد آلومینیوم سولفات در این دما نامناسب است. با مصرف PAC فلاکها بزرگتر و سنگین تر شده و در نتیجه راندمان شستشوی فیلترها back-Flushing (نظیر فیلترهای شنی e.g. gravel Filters) افزایش می یابد و مصرف آب شستشوی فیلترها را کاهش می دهد.
بعلاوه، مقادیر فلوکولانت ثانویه به کار رفته برای آب شستشوی فیلترها (Back-Flushing) کاهش می یابد. در حالیکه مصرف آلومینیوم سولفات، به دلیل تشکیل متوالی کلوئید آلومینیوم می تواند باعث کاهش کارائی عملیات شستشوی فیلتر Back-Flush و فلوکولانت ثانویه شود. مصرف PAC سبب کاهش ناخالصی های آلی آب شده و در نتیجه طول عمر فیلترهای کربن اکتیو افزایش می یابد.
بازده بالای PAC در فلوکولاسیون تولید آلودگی کمتری در مقایسه با آلومینیوم سولفات می کند. کاهش ناخالصی های آلی و میکروبیولوژیکی عمدتا کار اضافی را نه فقط در سیستم فیلتراسیون، بلکه در مراحل تصفیه نهایی (Down stream) نظیر میکروب زدائی و اکسیداسیون، تخفیف می دهد. با کاهش مقادیر عوامل اکسید کننده گران قیمت بکار رفته در مرحله اکسیداسیون هزینه کاهش می یابد، مخصوصا در میکروب زدائی، که عامل شیمیایی کلربن (Chlorins base chemicals) مورد نیاز کمتر می شود. این مورد از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است چون میکروب زداهای آب آشامیدنی سبب تشکیل ترکیبات کلربن آلی می شود که با استفاده از PAC از تشکیل آن جلوگیری می گردد.
خواص PAC و آلومینیوم سولفات
از محاسن بکارگیری ماده منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید (PAC) بجای سولفات آلومینیوم می توان به این نکته اشاره نمود که میزان افزایش کلراید (یون کلر) در آب تصفیه شده بسیار کمتر از افزایش سولفات در زمان استفاده از سولفات آلومینیوم ( 3(SO4)Al2) می باشد و در نتیجه افزایش کل مواد جامد محلول (TDS) در هنگام بکارگیری محلول پلی آلومینیوم کلراید (صنعتی و آشامیدنی) بسیار کمتر خواهد بود.
بطور کلی PAC به شکل مایع، آماده برای مصرف تامین شده و به صورت مستقیم قابل تزریق و مصرف آن آسان است. در حال حاضر تولیدات جامد به شکل گرانول در دسترس است، اما در هر حال شکل جامد نیز باید با عملیات میکس در آب محلول شود.
امتیازات استفاده از PAC در بهسازی آب
- باعث افزایش قدرت در حذف کدورت می شود.
- کیفیت آب را بطور چشمگیری بهبود می دهد.
- به میزان 30 الی 60 درصد نسبت به آلومینیوم سولفات مصرف را کاهش می دهد.
- باعث کاهش بقایای آلومینیوم در آب تصفیه شده می شود.
- تشکیل فلاکهای بزرگتر و پایدارتر
- کاهش زمان ته نشینی
- کاهش زمان Back-Flushing فیلتر و نیاز به مصرف آب شستشوی کمتر
- افزایش طول عمر فیلتر کربن اکتیو
- باعث کاهش کمتر در PH آب می شود.
- استفاده از مواد برای خنثی سازی، آب شستشوی فیلتر، آبگیری لجن، اکسیداسیون و میکروب زدائی را کاهش می دهد.
- حتی در دمای کم، مصرف آن حتی در دمای پائین نیز کارائی دارد.
- حدودا باعث کاهش 30 درصدی لجن می شود.
- هزینه لجن زدائی را کاهش می دهد.
همانگونه که در بالا ذکر گردید، از محاسن عمده بکارگیری ماده منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید (PAC) می توان به میزان بسیار پایین آلومینیوم باقی مانده در آب تصفیه شده در زمان بکارگیری پلی آلومینیوم کلراید خوراکی (Drinking PAC) (مقادیر حدود mg/l 0.05 – 0.01) اشاره نمود.
محلول پلی آلومینیوم کلراید 10% خوراکی و صنعتی (Al2O3 10%) در صورتی که در دمای زیر 50 درجه سانتی گراد نگهداری شود، برای 4 الی 5 ماه پایدار می ماند و این خاصیت برای ذخیره سازی مواد شیمیایی در تصفیه خانه های آب و فاضلاب و پکیج های تزریق مواد شیمیایی بسیار مفید می باشد.
شکل فوق، فرآیند جایگزین کردن PAC بجای سولفات آلومینیوم را در فرآیند بهینه سازی آب آشامیدنی نشان می دهد. بعنوان نتیجه کلی، روی هم رفته با مصرف PAC افزایش متنابهی در مقدار آب تصفیه شده نسبت به مصرف آلومینیوم سولفات داریم.
مدل های مناسب و غیرمناسب واکنش های مختلف لخته سازی با مواد منعقدکننده (پلی الکترولیت، PAC و سولفات آلومینیوم)
![PDF] Kinetics and energetics trade-off in reverse osmosis desalination with different configurations | Semantic Scholar](https://d3i71xaburhd42.cloudfront.net/dc431814a2e69e66d36f14f22d7b81e70caf18d8/2-Figure1-1.png)
