فلوکولانت چیست و از کاربردهای آن چه می دانید؟

فلوکولانت (Flocculant) لخته ساز یا منعقد کننده ها مواد شیمیایی هستند که با ایجاد لخته به رسوب مواد ناخواسته و زاید در یک محلول کمک می کند. فلوکولاسیون به فرایندی گفته می شود که در آن کلوئیدها – ذرات با قطر کم که بر رنگ یا کدورت آب تأثیر می گذارند – به صورت ذرات آزاد و انعقادی به نام فلاک به هم متصل و معلق می شوند. این ها می تواند به صورت خود به خودی یا با افزودن یک ماده تسریع کننده به نام فلوکولانت ایجاد شوند.

هنگامی که این ذرات به هم متصل می شوند ، فرآیند تصفیه فیزیکی را برای حذف آنها آسان می کند. مهمترین کاربرد فلوکولانت ها در تصفیه آب می باشد، تاسیسات تصفیه آب از مواد منعقد کننده برای خنثی سازی ذرات باردار معلق در آب استفاده می کنند. بنابراین می توان از فلوکولانت آنیونی ، کاتیونی یا دی فلوکولانت استفاده کرد.

لخته سازی یا فلوکولانت یک فرآیند تجمع ذرات دو مرحله ای است که در آن تعداد زیادی ذرات کوچک تعداد محدودی لخته های بزرگ را تشکیل می دهند. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

قیمت خرید و فروش فلوکولانت

قیمت فلوکولانت به نوع و کاربرد و خارجی یا ایرانی بودن آنها بستگی دارد. این ترکیبات در انواع مختلف آنیونی و کاتیونی موجود هستند و در صنایعی مانند کاشی و سرامیک استفاده می شوند. فلوکولانت در تیکنرها نیز برای کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد و به ته نشینی ذرات جامد کمک می کند.

مراحل فلوکولاسیون یا لخته سازی

مرحله ۱: انعقاد

ذرات کوچک معمولاً دارای بارهای سطحی منفی هستند که مانع تجمع و ته نشینی می شوند. مواد شیمیایی فلوکولانت می توانند جذب ذرات شده و بارها را متعادل کنند. شناسایی بارهای مخالف باعث می شود ذرات به هم چسبیده و باعث ایجاد لخته های زیر میکرون پایدار و معلق شوند.  برای پراکندگی مناسب مواد شیمیایی منعقد کننده ، برای تقویت برخورد ذرات و تشکیل لخته ها مورد نیاز هستند.

مرحله ۲: لخته سازی

لخته سازی نیاز به اختلاط ملایم و استفاده از لخته ساز پلیمری با وزن مولکولی بالا دارد. لخته ها به شاخه های زیر میکرون جذب می شوند و پل زدن شکاف بین فلاک ها را تسهیل می کنند. نزدیك كردن ذرات به یكدیگر دامنه موثری را برای نیروهای جاذبه واندروالس ایجاد می كند تا انرژی لخته سازی را تولید كرده و لخته های بسته بندی شده  آزاد را به وجود آورد. تجمع ، اتصال و تقویت گره ها تا زمان ایجاد ماکروفلاک های معلق در معرض دید رخ می دهد. ماکروفلاک ها به مخلوط شدن بسیار حساس هستند و گاهی در اثر مخلوط شدن شدید از هم جدا می شوند و صلاح آنها دشوار یا غیرممکن است.

لخته سازی به طور طبیعی در هنگام تشکیل دانه های برف یا رسوبات زیر دریا اتفاق می افتد اما در صنایع بیوتکنولوژی ، نفت ، تولید کاغذ و معادن به صورت عمدی با استفاده از فلوکولانت  اعمال می شود.

 

 

کاربردهای فرآیند فلوکولاسیون یا لخته سازی

ساخت داروهای زیستی

سلولهای پستانداران معمولاً برای فیلتراسیون بیش از حد سبک هستند و اندازه و توزیع آنها می تواند به طور منطقی افزایش یافته و کنترل شود. به ویژه سیستم های حاوی باکتری و مخمر دارای واحدهای سلول مونومری بسیار کوچکتر هستند. زیست توده ها علاوه بر اندازه ذرات کوچک می توانند تعداد زیادی از قطعات سلولی کوچک را ایجاد کند که باعث مسدود شدن فیلترها و کاهش سرعت فیلتراسیون می شود. در این رابطه از فلوکولانت برای القا نوعی حالت کلوئیدی مثبت در میان این قطعات سلولی کوچک استفاده می شود. استفاده از فلوکولانت باعث افزایش شار جریان از واحدهای فیلتراسیون و همچنین تفکیک کارآمد و مقرون به صرفه سلول از ماده رویی می شود.

تولید نفت و گاز

آب مورد استفاده در این صنعت می تواند حاوی مقادیر قابل توجهی ذرات معلق باشد که رسوب گیری از آن اغلب طولانی و وقت گیر است. استفاده از فلوکولانت رسوب گیری را تسریع می کند و جدایی کارآمد  فاز جامد و مایع را تضمین می کند. حجم زیادی از آب مصرفی  در این صنعت با استفاده از لخته سازی می تواند به سرعت پردازش شود و مورد استفاده قرار گیرد.

صنعت خمیر کاغذ و  تولید کاغذ

الیاف سلولز یکی از مواد اصلی در تولید خمیر کاغذ و کاغذ هستند اما الیاف مورد نیاز برای  یک محصول کاغذی قابل قبول ، به چسبندگی ، اشباعیت و مواد پرکننده نیاز دارد. لخته سازی مرحله اصلی پردازش برای ترکیب الیاف ، مواد پرکننده و سایر مواد افزودنی ها است به گونه ای که به سرعت آبگیری می شوند و می تواند به مقدار زیاد تولید شود.

صنعت استخراج فلزات

مواد اولیه مورد استفاده برای استخراج فلزات گرانبها اغلب طیف وسیعی از فلزات مختلف را شامل می شود که برای بدست آوردن یک محصول خالص نیاز به تفکیک دارند. فرآیند جداسازی فلزات به شکل مجزا معمولاً نیازمند لخته سازی و رسوب است تا باعث جدایی سریع فلز مورد نظر از مایع باقیمانده شود.

تصفیه آب با استفاده از فلوکولانت ها

لخته سازی یکی از فرآیندهای مهم تصفیه آب است که در آن مواد جامد خوشه های بزرگتری را تشکیل می دهند تا از آب خارج شوند. این روند می تواند خود به خود یا با کمک عوامل شیمیایی اتفاق بیفتد. این یک روش معمول برای تصفیه آب باران ، تصفیه فاضلاب ها و تصفیه آب آشامیدنی می باشد.

یکی از الزامات مورد نیاز برای  تصفیه  فاضلاب ها ، حذف مواد جامد معلق است. ذرات جامد کوچک روی رنگ آب تأثیر می گذارند و ناخالصی ها را به منابع طبیعی آب مانند رودخانه ها و اقیانوس منتقل می کنند.

محتوای فسفر نیز باید در فاضلاب ها محدود شود زیرا انتشار فسفر به رودخانه ها باعث رشد جلبک ها می شود. مشخص شده است که آزاد شدن کنترل نشده فسفر باعث تلفات انبوه ماهی ها و دیگر حیوانات آبزی می شود. بنابراین فلوکولانت ها کاربرد گسترده ای در صنعت تصفیه آب دارند.

مزایای استفاده از مواد شیمیایی فلوکولانت در تصفیه آب

در صورت استفاده صحیح ، مزایای لخته سازها در فرآیند تصفیه آب بسیار زیاد است. با استفاده از منعقد کننده ها در مرکز تصفیه آب  می توان:

• آلودگی ذرات جامد و کلوئیدها را کاهش می دهد
•  حجم لجن موجود را کم کرد
• به حذف ذرات کوچک کمک کرد
• بازده فرآیند فیلتراسیون آب را بهبود ببخشد
• عملکرد فیلتراسیون را افزایش دهد
•  در هزینه های تصفیه آب صرفه جویی  کرد

فلوکولاسیون فاضلاب ها چگونه انجام می شود؟

لخته سازی بر اساس یک فرآیند شیمیایی انجام می شود . این  فرآیند شامل اضافه کردن مواد شیمیایی به  فاضلاب می باشد و سپس اجازه می دهند ذرات جامد بسیار کوچک در جرم بزرگتری به نام فلاک جمع شوند. در تصفیه فاضلاب ، لخته سازی به صورت مرحله ای انجام می شود.

مرحله ۱

ذرات جامد معلق موجود در فاضلاب بار منفی دارند. در مرحله اول لخته سازی ، یک ماده منعقد کننده مانند سولفات آلومینیوم به فاضلاب اضافه می شود. مولکول های فلوکولانت با بار مثبت، ذرات جامد دارای بار منفی معلق در آب را خنثی می کنند. خنثی سازی این ذرات راه را برای لخته شدن آنها با هم در یک توده بزرگ تر هموار می کند.

مرحله ۲

مخلوط کردن فاضلاب . در ابتدا برای اطمینان از پخش شدن ماده منعقد کننده در آب به انرژی زیاد نیاز است. هنگامی که لخته سازی در حال انجام است ، انرژی مخلوط سازی کاهش می یابد تا از جدا شدن مجدد جرم ذرات جلوگیری شود.

مرحله ۳

پس از شروع تشکیل فلاک ، یک ماده شیمیایی پلیمری به فاضلاب اضافه می شود.  پلیمرها لخته کننده ها را از میکرو به کلان لخته  تبدیل می کنند ، بدین معنی که جرم ذرات جمع شده روی هم بیشتر می شود. این ماده شیمیایی همچنین توده جمع شده را بهم متصل می کند تا حتی در صورت کمی آشفتگی آب به راحتی متلاشی نشود.

مرحله ۴

پس از اتمام لخته سازی ، می توان توده های بزرگ جامد را از جریان فاضلاب خارج کرد. این کار از طریق ته نشینی انجام می شود که باعث پایین رفتن فلاک ها در آب شده و یا با استفاده از فیلترهایی که فلاک را فیلتر می کنند، انجام می شود.

انواع فلوکولانت ها

طیف گسترده ای از فلوکولانت و لخته سازها برای تصفیه انواع فاضلاب ها وجود دارد. به طور کلی ، آنها را می توان به دو نوع غیر آلی و آلی طبقه بندی کرد . ترکیبات غیر آلی معمولاً نمک های فلزی هستند که به طور معمول آلومینیوم یا آهن می باشند (بیشترین استفاده از آنها سولفات آلومینیوم ، سولفات آهن و کلرید آهن است).

در حالی که ترکیبات آلی پلیمرها هستند (پلی الکترولیت ها) که شامل طیف گسترده ای از ترکیبات ماکرو مولکولی محلول در آب با منشا طبیعی یا مصنوعی می باشند که خاصیت افزایش لخته شدن ذرات معلق را دارند.

در دهه ۱۹۸۰ ، منعقد کننده هایی به نام پیش پلیمرهای نمک فلزی تولید شدند که در این میان پلی آلومینیوم کلراید (PAC ) یکی از مهمترین آنهاست و به یک ترکیب بسیار رایج تبدیل شده است که در فرآیندهای انعقاد و لخته سازی استفاده می شود.

لخته سازها و منعقد کننده های متداول مبتنی بر نمک ها و پلیمرهای آلومینیوم یکی از معایبی که دارند این است که به مقدار زیاد مورد نیاز هستند که ذخیره ، کنترل و توزیع آنها را دشوار می کند. همچنین خطرات بسیار مهمی در ارتباط با استفاده از آنها وجود دارد ، زیرا آنها باعث آلودگی محیط زیست شده و برای انسان ها سمی و خطرناک هستند و باعث بیماری هایی مانند سرطان یا آلزایمر می شوند.

پارامترهای مهم در لخته سازی یا فلوکولاسیون

لخته سازی یک عملكرد مهم است كه برای انجام كارآمد و با صرف هزینه ، نیاز به توسعه و بهینه سازی دارد. خواه هدف لخته شدن قطعات سلولی ، ذرات معلق ، الیاف و مواد پرکننده یا فلزات گرانبها باشد ، مراحل ایجاد فرآیند لخته سازی کارآمد بسیار مشابه هم هستند.

کینتیک فلاک

برای لخته سازی به هم زدن ملایم نیاز است. از آنجا که انواع مختلف فلاک ها دارای قدرت های مختلفی هستند ، درک اهمیت تعداد دور در دقیقه همزن برای یک سیستم فلاک خاص بسیار مهم است. هم زدن سریع باعث شکستگی بسیاری از لخته ها می شود و تعداد فلاک های شکسته تقریباً به همان میزان قبل از لخته شدن می رسد. هم زدن آهسته اکثر لخته ها را سالم نگه می دارد و می توان آنها را به صورت سالم و کامل جداسازی کرد.

شکستن لخته ها هدف لخته سازی را از بین می برد ، زمان فیلتراسیون را افزایش می دهد که باید از آن اجتناب شود. نرخ فیلتراسیون و آبگیری کیک در نقطه لخته شدن بهترین سرعت را دارد و هرگونه انحراف از آن نقطه بر عملکرد ، کیفیت محصول و هزینه های تولید تأثیر منفی می گذارد.

زمان اقامت منطقه مخلوط (MZRT)

در صنایع مختلف ، فرآیند لخته سازی به صورت دسته ای یا مداوم با همزن پویا یا استاتیک اجرا می شوند. یکی از پارامترهای کلیدی این فرآیند در هر دو حالت ، زمان اقامت منطقه مخلوط (MZRT )است. نقطه لخته سازی مطلوب ۱:۳۸ دقیقه پس از تزریق  مواد لخته ساز می باشد .

چگونه بهترین فلوکولانت را انتخاب کنیم؟

شرکت های شیمیایی به طور مداوم با بهبود عملکرد لخته سازی ، لخته سازهای جدید و ابتکاری  زیادی را تولید می کنند. با این حال ، هر فلوکولانتی که مدتهاست تولید شده و یا به تازگی توسعه یافته است ، برای هر سیستم ذره ای مناسب نیست. بنابراین لازم است عملکرد آن را با هر سیستم خاص از طریق غربالگری آزمایش و تأیید کنید. شکل زیر نشان می دهد که:

فلوکولانت A عملکرد لخته سازی ضعیفی را از خود  نشان می دهد و به سختی قادر به کاهش مقدار ذرات کوچک در سیستم است.

فلوکولانت B  مقدار قابل توجهی از ذرات کوچک را لخته می کند. با این حال ، سرعت لخته سازی کند است و سرعت شکستگی لخته بزرگتر از نقطه لخته سازی مطلوب است.

فقط فلوکولانت C  عملکرد کلی خوبی را با سرعت لخته سازی سریع ،جمع آوری تقریباً کامل فلاک ها و یک ثبات شیب دار چشمگیر فراتر از نقطه لخته سازی مطلوب از خود نشان می دهد.