انعقاد و لخته سازی

انعقاد و لخته سازی از جمله فرایند هایی است که برای حذف مواد معلق یا کلوئیدی به کار می رود. کلوئید ها ذراتی هستند که دامنه آنها 0.1 تا 1 نانومتر است. این ذرات در حالت عادی ته نشین نمی شوند و نمی توان آنها را با فرآیند های معمولی تصفیه فاضلاب حذف کرد. کلوئید های موجود در فاضلاب آبگریز یا آب دوست هستند. کلوئید های آبگریز (گل رس و …) هیچ کششی به محیط مایع ندارند و در حضور الکترولیت ها پایداری ندارند. آنها به سادگی با انعقاد ته نشین می شوند. کلوئید های آبدوست مانند پروتئین ها، کشش قابل ملاحظه ای را به آب نشان می دهند. آب جذب شده برای لخته سازی بازدارنده است و غالبا به تصفیه ویزه ای برای رسیدن به انعقاد نیاز دارد.

خصوصیات الکتریکی کلوئید ها باعث پیدایش نیروی دافعه ای می شود که از تراکم و ته نشینی آنها جلوگیری می کند.  یون های پایدار ساز به شدت جذب یک لایه ثابت داخلی شده و بار ذره ای را تولید می کنند که با والانس و عدد یون های جذب شده تغییر می کند. یون های با بار مخالف لایه کم تراکم (diffuse) خارجی را تشکیل می دهد که توسط نیروهای الکترواستاتیکی در نزدیکی سطح نگه داشته می شوند. پتانسیل psi به صورت افت پتانسیل بین حد فاصل کلوئید و محلول تعریف می شود. پتانسل زتا عبارتست از افت پتانسیل بین slipping plane و توده محلول که به بار الکتریکی ذره  و ضخامت لایه دوگانه بستگی دارد. ضخامت لایه دوگانه  یا غلظت و والانس الکترولیت های غیر ویزه نسبت عکس دارد.

از آنجا که پایداری یک کلوئید عمدتا ناشی از نیرو های الکترواستاتیک است،خنثی سازی این بار برای تحریک لخته سازی و ترسیب ضروری است. اگرچه اندازه گیری پتانسیل psi امکان پذیر نیست ، پتانسیل زتا را می توان اندازه گیری کرد.

v= سرعت ذرات

E= ثابت دی الکتریک محیط

n= لزج محیط

X= پتانسیل اعمال شده در واحد طول سلول

EM=تحرک الکتروفورزی

پتانسیل زتا از طریق اندازه گیری تحرک ذرات کلوئیدی در مقطع یک سلول ، بصورتیکه از داخل میکروسکوپ دیده می شود، تعیین می گردد. دستگاه های متعددی برای این منظور در بازار موجود است.

مکانیسم انعقاد و لخته سازی

انعقاد حاصل دو مکانیسم اساسی است :

• انعقاد پری سینتیک یا الکتروسینیتیک که در آن پتانسیل زتا به وسیله یون ها یا کلوئید های با بار مخالف تا سطح کمتر نیروهای جاذبه واندوالسی کاهش می یابد.
• انعقاد  ارتوسنتیک ، که در آن ذرات انباشته شده (micelles) و توده هایی را تشکیل می دهند که ذرات کلوئیدی را دور خود جمع می کنند.

افزودن کاتیون های با بار زیاد، بار ذره و فاصله موثر لایه مضاعف را کاهش داده و در نتیجه پتانسل زتا کاهش می یابد.  با حل شدن ماده منعقد کننده ، کاتیون ها با بار منفی روی کلوئید ها را خنثی می کنند. در انعقاد و لخته سازی ، این امر قبل از شکل گیری لخته قابل رویت اتفاق می افتد و اختلاط سریع که کلوئید را اندود می کند در این فاز موثر است. سپس لخته های ریز شکل می گیرند که به علت جذب +H بار مثبت را در دامنه اسیدی نگه می دارند.این لخته های میکرو اغلب برای خنثی سازی و پوشاندن درات کلوئیدی به کار می روند. این فرآیند لخته سازی یا فلوکولاسیون است که کلوئید ها را با یک لخته اکسید آبی متراکم می کند. در این فاز، جذب سطحی نیز فعال است. کلوئید ها که در ابتدا جذب نشده اند، با گیر کردن در لخته های حذف می شوند.

در انعقاد و لخته سازی در  صورت لزوم در ابتدا باید قلیائیت افزایش یابد ( افزایش بی کربنات باعث تولید قلیائیت می شود بدون اینکه PH بالا برود)،  سپس آلوم یا نمک های آهن ۳ ظرفیتی اضافه می شون. این نمک ها، کلوئید را با آلومینویم سه بار مثبت و آهن ۳ بار مثبت و لخته های ریز را با بار مثبت می پوشاند. در فرایند انعقاد و لخته سازی کمک منعقد کننده ها مانند سیلس فعال و یا پلی الکترولیت ها برای تشخیص بیشتر لخته ها و کنترل پتانسل زتا در خاتمه افزوده می شوند. پس از افزودن قلیا و ماده منعقد کننده، اختلاط سریع ۱تا۳ دقیقه ای و بدنبال آن لخته سازی  با افزودن کمک منعقد کننده به مدت ۲۰تا ۳۰ دقیقه توصیه شده است. ناپایداری را می توان از طریق افزودن پلمیر های کاتیونی  به انجام رسانید که می توان سیستم را بدون تغییری در PH به نقطه ایزوالکتریک برساند. اگر چه پلیمر ها بعنوان منعقد کننده ۱۰تا ۱۵ برابر آلوم تاثیر دارند ولی میزان قابل ملاحظه ای گران هستند.