ما هي المواد المُخَثِّرة والمواد المُخَثِّرة والمُكَيِّفَة؟

في معالجة مكبس ترشيح الحمأة، يمكن تقسيم هذه العوامل إلى الفئات التالية وفقًا لاستخداماتها المختلفة:

(1) المواد المتخثرة: تسمى أحيانًا أيضًا المواد المتخثرة، ويمكن استخدامها كوسيلة لتعزيز فصل المواد الصلبة والسائلة وتستخدم في خزانات الترسيب الأولية وخزانات الترسيب الثانوية وخزانات التعويم وروابط المعالجة الثلاثية أو المعالجة العميقة.

(2) المواد المسببة للتخثر: تساعد المواد المسببة للتخثر على لعب دور وتعزيز تأثير التخثر.

(3) عوامل التكييف: تُعرف أيضًا بعوامل التجفيف، وتُستخدم لتكييف الرواسب المتبقية قبل التجفيف. وتشمل أنواعها بعض عوامل التخثر والتكتل المذكورة أعلاه.

المواد المتكتلّة هي نوع من المواد التي يمكن أن تقلل أو تقضي على استقرار الترسيب واستقرار التجمع للجسيمات المشتتة في الماء، مما يتسبب في تكثف الجسيمات المشتتة وتكتلها في مجموعات من أجل إزالتها.

وفقًا لتركيبها الكيميائي، يمكن تقسيم المواد المتخثرة إلى مواد متخثرة غير عضوية ومواد متخثرة عضوية.

(1) المواد المُخَلِّبة غير العضوية

المواد المُركّبة غير العضوية المُستخدمة تقليديًا هي أملاح الألومنيوم منخفضة الوزن الجزيئي وأملاح الحديد. تشمل أملاح الألومنيوم بشكل رئيسي كبريتات الألومنيوم (AL2(SO4)3∙18H2O)، والشبّ (AL2(SO4)3∙K2SO4∙24H2O)، وألومينات الصوديوم (NaALO3). تشمل أملاح الحديد بشكل رئيسي كلوريد الحديديك (FeCL3∙6H20)، وكبريتات الحديدوز (FeSO4∙6H20)، وكبريتات الحديديك (Fe2(SO4)3∙2H20).

بشكل عام، تتميز المواد المخلوطة غير العضوية بسهولة توفر المواد الخام، والتحضير البسيط، والسعر المنخفض، وتأثير المعالجة المعتدل، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في معالجة المياه.

(2) مواد التخثر البوليمرية غير العضوية

تتحد بوليمرات الهيدروكسيل والأكسجين من Al(III) وFe(III) لتكوين تكتلات وتبقى في محلول مائي تحت ظروف معينة. يتراوح حجم جسيماتها تقريبًا في نطاق النانومتر. وبهذه الطريقة، يُمارس تأثير التخثر والتكتل للحصول على جرعة منخفضة وتأثير عالٍ.

إذا تمت مقارنة سرعات تفاعل البلمرة لديهم، فإن تفاعل بوليمر الألومنيوم يكون بطيئًا نسبيًا ويكون الشكل مستقرًا نسبيًا، في حين يتفاعل بوليمر التحلل المائي للحديد بسرعة ويفقد الاستقرار بسهولة ويترسب.

تتجلى مزايا مُركّبات البوليمر غير العضوية في أدائها المتفوق مقارنةً بمركّبات البوليمر التقليدية، مثل كبريتات الألومنيوم وكلوريد الحديديك، وانخفاض سعرها مقارنةً بمركّبات البوليمر العضوية. يُستخدم PAC حاليًا بنجاح في مختلف عمليات معالجة إمدادات المياه، ومياه الصرف الصناعي، ومياه الصرف الصحي في المدن، بما في ذلك المعالجة الأولية، والمعالجة المتوسطة، والمعالجة العميقة، وقد أصبح تدريجيًا مُركّبًا شائعًا. ومع ذلك، من حيث الشكل، ودرجة البلمرة، وتأثير التخثر-التخثر المُقابل، لا تزال مُركّبات البوليمر غير العضوية تقع بين مُركّبات أملاح المعادن التقليدية ومُركّبات البوليمر العضوية.

(3) مُركّبات البوليمر العضوية

مُركّبات البوليمر العضوية المُصنّعة هي في الغالب مواد بولي بروبيلين وبولي إيثيلين، مثل بولي أكريلاميد وبولي إيثيلين إيمين. جميع هذه المُركّبات هي مواد بوليمرية خطية قابلة للذوبان في الماء. يتكون كل جزيء كبير من وحدات متكررة تحتوي على مجموعات مشحونة، ولذلك تُسمى أيضًا بولي إلكتروليتات. تُسمى البولي إلكتروليتات التي تحتوي على مجموعات موجبة الشحنة بولي إلكتروليتات كاتيونية، وتُسمى البولي إلكتروليتات التي تحتوي على مجموعات سالبة الشحنة بولي إلكتروليتات أنيونية، وتُسمى البولي إلكتروليتات التي لا تحتوي على مجموعات موجبة الشحنة ولا سالبة الشحنة بولي إلكتروليتات غير أيونية.

حاليًا، أكثر مُركّبات البوليمر شيوعًا هي الأنيونية، التي تُساهم فقط في تخثر الشوائب الغروية سالبة الشحنة في الماء. لا تُستخدم هذه المُركّبات غالبًا بمفردها، بل تُستخدم مع أملاح الألومنيوم والحديد. أما المُركّبات الكاتيونية، فتُساهم في التخثر والتخثر، وتُستخدم بمفردها، مما أدى إلى تطورها السريع.

في معالجة مياه الصرف الصحي بالتخثر، قد لا يُحقق مُركّب واحد تأثير تخثر جيد، لذا غالبًا ما يلزم إضافة بعض العوامل المساعدة لتحسين تأثير التخثر. تُسمى هذه العوامل المساعدة مُركّبات التخثر. من بين مُركّبات التخثر الشائعة الاستخدام: الكلور، والجير، والسيليكا المُنشّطة، والجيلاتين، وألجينات الصوديوم، والكربون المُنشّط، وأنواع مختلفة من الطين.

بعض مُخثرات الدم ليس لها تأثير تخثر بحد ذاتها، ولكنها تلعب دورًا في مساعدة المُخثرات على إحداث تأثيرات التخثر من خلال تعديل ظروف التخثر وتحسينها. تُساهم بعض مُخثرات الدم في تكوين المُخثرات وتُحسّن بنيتها، مما يُحوّل المُخثرات الدقيقة والسائبة الناتجة عن المُخثرات غير العضوية إلى أزهار شبة خشنة وكثيفة.

أنواع شائعة من المواد المسببة للتخثر:

هناك أنواع عديدة من المواد المسببة للتخثر، ولكن يمكن تقسيمها تقريبًا إلى الفئتين التاليتين وفقًا لدورها في عملية التخثر:

1) العوامل التي تعمل على تعديل أو تحسين ظروف التخثر

يجب أن تتم عملية التخثر ضمن نطاق pH محدد. إذا لم يلبِّ pH الماء الخام هذا الشرط، فيجب تعديله. يشمل هذا النوع من مواد التخثر الأحماض والقلويات. عندما تكون قيمة pH الماء الخام منخفضة والقلوية غير كافية، مما يُصعِّب تحلل المادة المُخثِّرة، يُمكن إضافة مواد قلوية مثل CaO وCa(OH)2 وNa2CO3 وNaHCO3 (عادةً الجير)؛ وعندما تكون قيمة pH مرتفعة، يُستخدم غالبًا حمض الكبريتيك أو ثاني أكسيد الكربون لخفض قيمة pH الماء الخام.

بالنسبة لمياه الصرف الصحي ذات المحتوى العالي من المواد العضوية الذائبة، يمكن استخدام مؤكسدات مثل Cl2 لتدمير المواد العضوية وتحسين قدرتها على الإزالة. بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام أملاح الحديدوز كمواد مُركّبة، يمكن استخدام الكلور لأكسدة الحديدوز (Fe2+) وتحويله إلى حديد عالي التكافؤ (Fe3+) لتحسين عملية التخثر.

لا تلعب العوامل القلوية المذكورة أعلاه، وحمض الكبريتيك، وثاني أكسيد الكربون، والكلور، وما إلى ذلك، دورًا في التخثر بحد ذاتها، بل تلعب دورًا في مساعدة التخثر فقط.

2) المواد المسببة للتخثر والتي تزيد من حجم الجسيمات وكثافتها وصلابتها في كتل الشبة

تتطلب عملية التخثر تكوين حبيبات شبة كبيرة الحجم، عالية الكثافة، وصلابة، مما يُسهّل الترسيب ويصعب كسرها. وللحصول على هذه النتيجة، بالإضافة إلى خصائص جودة المياه، يلزم أحيانًا إضافة مواد أو عوامل معينة إلى الماء. على سبيل المثال، في مياه الصرف الصحي منخفضة العكارة التي تحتوي على شوائب خفيفة غير مناسبة للترسيب، قد تؤدي إضافة جزيئات أكثر خشونة، مثل السيليكا والكربون المنشط والطين، أو إعادة جزء من الحمأة المترسبة، إلى تفاقم وتضخم حبيبات الشب. عند استخدام أملاح الألومنيوم والحديد كمواد تخثر، لا يمكن إنتاج سوى حبيبات صغيرة وفضفاضة، ويمكن إضافة مواد تخثر عالية الجزيئات، مثل بولي أكريلاميد والسيليكا المنشط والجيلاتين، حيث تُستخدم خصائصها القوية في الامتزاز والربط لجعل الحبيبات الصغيرة والفضفاضة خشنة وكثيفة.

يمكن تقسيم عوامل التكييف، المعروفة أيضًا باسم عوامل التجفيف، إلى فئتين: عوامل تكييف غير عضوية وعوامل تكييف عضوية. تُستخدم عوامل التكييف غير العضوية عمومًا في الترشيح الفراغي وترشيح الصفائح والإطارات للحمأة، بينما تُستخدم عوامل التكييف العضوية في التجفيف بالطرد المركزي وتجفيف الحمأة بواسطة مرشحات الحزام.

أنواع عوامل معالجة الحمأة المستخدمة بشكل شائع:

1) عامل التكييف غير العضوي

أكثر عوامل التكييف غير العضوية فعاليةً وتكلفةً وشيوعًا هي أملاح الحديد والألومنيوم. تشمل عوامل التكييف بأملاح الحديد بشكل رئيسي كلوريد الحديديك (FeCl3∙6H2O)، وكبريتات الحديديك (Fe2(SO4)3∙4H2O)، وكبريتات الحديدوز (FeSO4∙7H2O)، وكبريتات بولي حديديك (PFS) ([Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m)، وغيرها. تشمل عوامل التكييف بأملاح الألومنيوم بشكل رئيسي كبريتات الألومنيوم (Al2(SO4)3∙18H2O)، وكلوريد الألومنيوم (AlCl3)، وكلوريد الألومنيوم القاعدي (Al(OH)2Cl)، وكلوريد بولي ألومنيوم (PAC) ([Al2(OH)n∙Cl6-n]m)، وغيرها.

بعد إضافة عوامل التكييف غير العضوية، يمكن تسريع عملية تركيز الحمأة بشكل كبير ويمكن تحسين تأثير الترشيح والتجفيف. علاوة على ذلك، يمكن لمزيج ملح الحديد والجير أن يحسن تأثير التكييف بشكل أكبر. عيوب إضافة عوامل التكييف غير العضوية هي أن الجرعة كبيرة. بشكل عام، يجب أن تصل الجرعة إلى 5٪ إلى 20٪ من الوزن الصلب الجاف للحمأة، مما سيزيد من حجم كعكة الترشيح؛ ثانيًا، عامل التكييف غير العضوي نفسه تآكلي (خاصة أملاح الحديد)، ويجب أن يتمتع نظام الإضافة بخصائص مضادة للتآكل. تجدر الإشارة إلى أنه عند استخدام كلوريد الحديديك كعامل تكييف، فإنه سيزيد من تآكل المكونات المعدنية لمعدات معالجة الحمأة المجففة، لذلك يجب زيادة مستوى مقاومة التآكل لمعدات معالجة الحمأة المجففة المجهزة بشكل مناسب.

2) عوامل التكييف العضوية

هناك أنواع عديدة من عوامل التكييف البوليمرية العضوية الاصطناعية، والتي يمكن تقسيمها حسب درجة البلمرة إلى: منخفضة (الوزن الجزيئي من حوالي 1000 إلى عشرات الآلاف) وعالية (الوزن الجزيئي من حوالي مئات الآلاف إلى ملايين). وحسب النوع الأيوني، يمكن تقسيمها إلى كاتيونية، أنيونية، غير أيونية، أنيونية، وكاتيونية. بالمقارنة مع عوامل التكييف غير العضوية، فإن جرعة عوامل التكييف العضوية أقل، وعادةً ما تتراوح بين 0.1% و0.5% من الوزن الجاف للرواسب الصلبة، وهي غير مسببة للتآكل.

عوامل التكييف العضوية المستخدمة في معالجة الحمأة هي بشكل رئيسي منتجات مُركّبة من سلسلة بولي أكريلاميد عالية البلمرة، وهي بشكل رئيسي بولي أكريلاميد كاتيوني، وبولي أكريلاميد أنيوني، وبولي أكريلاميد غير أيوني. من بينها، يُمكن لبولي أكريلاميد الكاتيوني أن يُعادل الشحنة السالبة على سطح جزيئات الحمأة، ويُحدث تأثيرًا جسريًا بينها، مما يُظهر تماسكًا قويًا، مع تأثير تكييف ملحوظ، ولكن بتكلفة عالية. لخفض التكلفة، يُمكن استخدام طريقة مُركّب بولي أكريلاميد أنيوني-جير أرخص، باستخدام مُركّبات Ca(OH)2 موجبة الشحنة لامتصاص المُركّبات السالبة الشحنة وجسيمات الحمأة معًا لتكوين نظام تخثر مُركّب.

عوامل التجفيف هي عوامل تُضاف قبل تجفيف الحمأة، أي مُكيِّفات للحمأة، لذا فإن معنى عوامل التجفيف والمُكيِّفات واحد. تُحسب جرعة عوامل التجفيف أو المُكيِّفات عادةً كنسبة مئوية من الوزن الجاف الصلب للحمأة.

تُستخدم المُرَكِّبات لإزالة المواد العالقة في مياه الصرف الصحي، وهي عوامل مهمة في مجال معالجة المياه. تُقاس جرعة المُرَكِّبات عادةً بالكمية المضافة لكل وحدة حجم من المياه المراد معالجتها.

يمكن تسمية جرعات عوامل التجفيف (المكيفات) والمواد المُركِّبة والمُخثِّرة بـ "الجرعات". ويمكن استخدام نفس العامل كمُركِّب في معالجة مياه الصرف الصحي، وكعامل مُكيِّف أو مُجفف في عملية معالجة الحمأة المتبقية.

عند استخدام مادة مُخثِّرة كعامل مُساعد لمادة مُخثِّرة في مجال معالجة المياه، يُطلق عليها اسم مُخثِّر. ولا يُطلق عليها عادةً اسم مُخثِّر في معالجة الحمأة المتبقية، بل يُطلق عليها عادةً مُكيِّف أو مُجفف.