پلی الکترولیت ها ترکیباتی پلیمری هستند که به عنوان منعقد کننده و لخته کننده آلاینده ها و آلودگی های آب در تصفیه آب استفاده می شوند. برای آشنایی با کاربرد پلی الکترولیت ها و نحوه عملکرد آن ها در صنایع مرتبط با تصفیه آب ابتدا به تعریف آلاینده های آب می پردازیم.
آلاینده های طبیعی آب
آلاینده هایی که در آب ها وجود دارند می توانند به صورت مواد آلی حل شده یا کلوئیدی باشند. این مواد می توانند به صورت نمک های حل شده یا مواد سوسپانسیون باشند مانند خاک رس ، سیلیکا ، میکرو ارگانیسم ها و یا جلبک ها .
در ابعاد کوچکتر زوپلانکتون ها، فوتوپلانکتون ها باکتری ها ، ویروس ها ، کمپلکس های رس-هیومیک اسید ، پرو تئین ها ، پلی ساکارید ها ، فولویک اسید و گونه های بسیار کوچکتری مانند اسید های چرب ، کربوهیدرات ها ، آمینو اسید ها و هیدرو کربن ها را نیز می توان در دسته آلاینده های طبیعی قرار داد. این مواد از طریق تجزیه زیستی مواد آلی تولید می شوند و شامل اجزای رنگی می باشند. نمک های آلی با ماهیت طبیعی نیز تا حدودی یافت می شوند .
مواد آلی حل شده ، بر طبق تعریف به ذراتی اطلاق می شود که از درون غشا با اندازه تخلخل 45/0 میلی متر عبور می کند. پارامتر DOC یا میزان کربن آلی حل شده برای صنایع تصفیه آب به دلایلی مشکلاتی را ایجاد می کند . فارق از ایجاد رنگ ، بو و مزه این مواد موجب ایجاد مشکلاتی برای سلامتی می شوند. هنگام فرایند کلر زنی (ضد عفونی )وجود چنین ترکیباتی در آب سبب تشکیل هیدروکربن های کلرینه شده می شود که سرطان زا هستند . که این ها محصولات جانبی ضدعفونی نامیده می شوند یا (DBPs).
کاربرد پلی الکترولیت ها در تصفیه آب چیست؟
یکی از مهم ترین پلی الکترولیت های آلی در در تولید آب های شرب تصفیه شده استفاده می شود در فرآیند های انعقاد و لخته سازی و آب گیری لجن ها می باشد. فرآیند تصفیه آب معمولا به فیلتراسیون و ته نشینی همراه می باشد. اگرچه در آب هایی که میزان آلودگی آن ها بسیار کم است فرآیند ته نشینی می تواند حذف شود. شناورسازی می تواند به جای ته نشینی به کار گرفته شود به خصوص برای آب هایی که آلوده به جلبک هستند.
لجن و یا دوغابی که ار هر مرحله از فرآیند تصفیه خارج می شود دارای محتوای آب بالایی است و برای اینکه هزینه های نقل و انتقال کاهش پیدا کند پلیمر ها نقش مهمی در این فرایند های اب زدایی بازی می کنند. پلیمر ها در فرآین های انعقاد و لخته سازس برای بیشتر از دهه به کار گرفته شده اند. در مقایسه با آلوم که به صورت مرسوم در تصفیه آب و پساب استفاده می شود مزایای استفاده از پلیمر ها به شرح زیر است :
- دوز کمتری از منعقد کننده مورد نیاز است
- حجم کمتری از لجن پس از اتمام فرآیند تصفیه باقی می ماند
- افزایش کمتری در بار یونی آب تصفیه شده
- کاهش محتوای آلومینیوم در آب تصفیه شده
- صرفه جویی در هزینه های تا حدود 25-30 درصد
بیشتر بخوانید: فرآیندهای تصفیه آب
پلیمرها
پلیمرها در مواجهه با مشکلاتی مانند ته نشینی آهسته درفرآیند انعقاد در دمای پایین و یا آب های رنگی که در تصفیه از نوع انعقاد و ته نشینی وجود دارد بسیار موثرند. استفاده از این مواد ته نشینی را بهبود می بخشد و میزان سختی لجن ایجاد شده را نیز افزایش می دهد. ظرفیت تجهیزات و سیستم های تصفیه نیز ممکن است تا 2 برابر زیاد شود . حتی در هنگام استفاده از پلیمر ها رنج وسیع تری از آب ها با آلاینده های مختلف قابلیت تصفیه شدن را دارند. البته که نکات منفی نیز در استفاده کردن از پلیمرها وجود دارد که یکی از آنها قیمت بالای این مواد است. در استفاده از دوز های نا مناسب ( بالاتر یا پایین تر ) ممکن است حذف به خوبی صورت نگیرد.
انواع پلی الکترولیت ها در تصفیه آب
مقدمه ای بر پلیمرهای مورد استفاده در تصفیه آب و پساب
پلیمرهایی که در تصفیه آب استفاده می شوند قابل حل در آب هستند و بیشتر به صورت سنتزی هستند اما انواع طبیعی آن نیز استفاده می شود. پلیمر ها بر اساس نوع ماهیت یونی آن ها به 3 دسته تقسیم می شود :
- کاتیونی
- آنیونی
- غیر یونی
به صورت کلی پلیمرهایی که دارای بار پلی الکترولیت نامیده می شوند. اما این نوع از نام گذاری همیشه هم صادق نیست .
پلی الکترولیت های کاتیونی
انواع بسیاری از پلیمرهای کاتیونی وجود دارد. ساختار این نوع از پلیمرها در شکل زیر نمایش داده شده است. معمولا اما نه همیشه ، آمونیوم های نوع چهارم صرف نظر از دارای بار سطحی مثبت هستند و جز پلی الکترولیت های قوی محسوب می شوند. پلیمر های الکترولیتی ضعیف که در محیط های اسیدی خاصیت کاتیونی پیدا می کنند نیز وجود دارند .
- پلی دی آلیل دی متیل آمونیوم کلراید
- اپی کلرو هیدرین / دی متیل آمین
- پلی آکریل آمید کاتیونی
- پلیمرهای کاتیونی طبیعی مانند کیتوسان
پلی الکترولیت های آنیونی
بیشترین پلیمرهای آنیونی شامل گروه های کربوکسیلیک اسید اسیدی ضعیف می باشد در نتیجه در این نوع از پلیمرها چگالی بار به pH وابسته است.
پلی اکریل آمید های آنیونی
پلیمرهای کربوکسیلیک اسید با وزن مولکولی بالا که از مشتقات پلی آکریل امید می باشند به طور گسترده به عنوان لخته ساز در فرآیند تصفیه استفاده میشود.
- پلیمر های آنیونی طبیعی
برخی از این پلیمرها مانند سولفات دکستران می باشند.
مکانیسم عملکرد
مکانیسم اثر استفاده از پلی الکترولیت ها به عنوان لخته ساز به صورت زیر خلاصه می شود :
- پل زنی پلیمری
- خنثی سازی بار که شامل اثر پچ الکترو استاتیک می شود
- لخته سازی دفعی (لخته سازی دفعی که به حضور پلیمرهای حذب نشده بر می گردد در تصفیه آب از اهمیت بالایی بر خوردار نیست و در این بخش به آن پرداخته نمی شود.)
بقیه پارامتر ها به میزان جذب پلیمرها بر روی ذرات آلاینده بستگی دارد و در مرحله اول حذب پلیمرها مطرح می شود.
بیشتر بخوانید: آنتی اسکالانت چیست؟
جذب پلی الکترولیت ها
اگر وابستگی بین پلیمرها و سطح ذرات وجود داشته باشد در این صورت جذب پلیمرها اتفاق می افتد . در واقع از نظر اندازه این وابستگی بین پلیمر و سطوح نیاز نیست خیلی بزرگ باشد . برای پلیمرهایی با طول زنجیره بلند شانس جداشدن تمام قسمت هایی از پلیمر به طور همزمان که متصل هستند بسیار کم است . برای این دلیل ، جذب پلیمر ها معمولا برگشت ناپذیر در نظر گرفته می شود. مدل های مختلفی برای مکانیسم های جذب پلیمرها وجود دارد که در شکل زیر آورده شده است:
سمیت پلی الکترولیت های مورد استفاده در تصفیه آب
پلیمرهای آنیونی یا غیر یونی که به طور معمول استفاده می شوند دارای سمیت و خطر کمتری هستند.انواع پلیمرهای کاتیونی به خصوص برای محیط های آبی دارای سمیت بیشتری هستند.نگرانی ها درباره استفاده از پلی الکترولیت ها در تصفیه آب آشامیدنی باعث شد که ژاپن و سوییس اجازه استفاده از این نوع پلیمرها را برای آب های آشامیدنی ندهند. اما آلمان و فرانسه قوانین سخت گیرانه تری در این حوزه اعمال کرده است.
نکته قابل توجه در باره این نوع از پلیمرها این است که مونومر های آن ها سمی تر است . سطح مونومر ها به خصوص در هنگام استفاده از محصولات و مشتقات آکریل آمید به شدت کنترل می شود. به صورتی که بیشترین مقدار مجاز آکریل آمید آزاد 025/0 % است. باقی مانده در آب آشامیدنی باید زیر 0.5 میلی گرم در لیتر باشد. برای پلیمر PDADMAC محدوده مجاز مونومر تا 5/0 درصدر در اروپا و 2 % در آمریکا است. بر اساس گزاش موسسه ملی سلامت محدوده مجاز برای استغاده در آب اشامیدنی به شرح زیر است(Bolto and Gregory 2007).
پترو کیمیا به عنوان وارد کننده پلی الکترولیت های به کار رفته در صنایع تصفیه آب کیفیت کالا را مطابق با آنالیز ارائه شده تضمین می نماید.
