کاربرد پلی آلومینیوم کلراید در تصفیه آب
مقدمه: در آبهای سطحی انواع مختلفی از مواد معلق و کلوئیدی وجود دارد که جهت حذف آنها در تصفیه خانه های آب باید از مواد منعقدکننده استفاده گردد. یکی از جدیدترین مواد منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید با علامت اختصاری PAC1 می باشد.
در این مطالعه برای حذف کدورت از آب رودخانه های اروند و بهمنشیر که منابع تامین آب آبادان به حساب می آیند، از PAC1 استفاده گردید.
مواد و روشها: جهت انتخاب دوز بهینه و شرایط عملکردPAC1 در تصفیه آب آبادان، نمونه به تعداد کافی از منابع تامین آب این شهر تهیه گردید. با توجه به افزایش کدورت آب در فصول بارانی، کدورت تعدادی از این نمونه ها با افزودن خاک رس افزایش داده شد و دوز بهینه منعقدکننده از طریق آزمایش جار تعیین گردید. همچنین به دلیل اهمیت باقی ماندن آلومینیوم و مواد آلی در آب تصفیه شـده، علاوه بر آزمایشــات معمــول آب شناسی، آزمایشات تعیین آلومینیوم و COD نیز انجام شد.
یافته های پژوهش: نتایج نشان می دهد درصد حذف کدورت در آزمایش جار نمونه هـــای آب خــام رودخانه های اروند و بهمنشیر 98-90% بوده و مقدار آلومینیوم باقی مانده mg/l41/0 می باشد. اما در شرایطی که کدورت افزوده شده است، درصد حذف کدورت 99-98% و مقدار آلومینیوم باقیمانده بطور متوسط mg/l06/0 می باشد.
نتیجه گیری نهایی: نتایج بطور کامل بیانگر عدم وجود مخاطرات بهداشتی در کاربرد این ماده منعقدکننده در تصفیه آب می باشد، زیرا که غلظت تمامی آلاینده های باقی مانده در آب بعد از تصفیه با PAC1 به کمتر از حدود مجاز از لحاظ ترسیب رسیده است و بدین ترتیب و با توجه به مــزایای PAC1 نسبت به ســایر منعقدکننده ها پیشنهاد می گردد در تصفیه آب آبادان مورد استفاده قرار گیرد.
واژه های کلیدی: پلی آلومینیوم کلراید ، آزمایش جار ، تصفیه آب آبادان
چکیده
مقدمه: در آبهای سطحی انواع مختلفی از مواد معلق و کلوئیدی وجود دارد که جهت حذف آنها در تصفیه خانه های آب باید از مواد منعقدکننده استفاده گردد. یکی از جدیدترین مواد منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید با علامت اختصاری PAC1 می باشد.
در این مطالعه برای حذف کدورت از آب رودخانه های اروند و بهمنشیر که منابع تامین آب آبادان به حساب می آیند، از PAC1 استفاده گردید.
مواد و روشها: جهت انتخاب دوز بهینه و شرایط عملکردPAC1 در تصفیه آب آبادان، نمونه به تعداد کافی از منابع تامین آب این شهر تهیه گردید. با توجه به افزایش کدورت آب در فصول بارانی، کدورت تعدادی از این نمونه ها با افزودن خاک رس افزایش داده شد و دوز بهینه منعقدکننده از طریق آزمایش جار تعیین گردید. همچنین به دلیل اهمیت باقی ماندن آلومینیوم و مواد آلی در آب تصفیه شـده، علاوه بر آزمایشــات معمــول آب شناسی، آزمایشات تعیین آلومینیوم و COD نیز انجام شد.
یافته های پژوهش: نتایج نشان می دهد درصد حذف کدورت در آزمایش جار نمونه هـــای آب خــام رودخانه های اروند و بهمنشیر 98-90% بوده و مقدار آلومینیوم باقی مانده mg/l41/0 می باشد. اما در شرایطی که کدورت افزوده شده است، درصد حذف کدورت 99-98% و مقدار آلومینیوم باقیمانده بطور متوسط mg/l06/0 می باشد.
نتیجه گیری نهایی: نتایج بطور کامل بیانگر عدم وجود مخاطرات بهداشتی در کاربرد این ماده منعقدکننده در تصفیه آب می باشد، زیرا که غلظت تمامی آلاینده های باقی مانده در آب بعد از تصفیه با PAC1 به کمتر از حدود مجاز از لحاظ ترسیب رسیده است و بدین ترتیب و با توجه به مــزایای PAC1 نسبت به ســایر منعقدکننده ها پیشنهاد می گردد در تصفیه آب آبادان مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
آبهای سطحی عموماً محتوای انواع مختلفی از ناخالصی های کالوئیدی هستند که باعث کدورت و تا حدودی رنگ می شوند. برای حذف کلوئیدها باید ذرات مجرای کلوئید با هم مجتمع و از نظر اندازه بزرگ شوند. برای این کار می توان ازمواد شیمیایی استفاده کرد. این مواد نیروهایی را که موجب پایداری ذرات کلوئیــدی می شوند خنثی می کننـد. به فرآینـد ناپایدارسازی ذرات کلوئیدی انعقاد شیمیایی می گویند . سپس به ذرات ناپایدار شده در حالی که به آرامی به هم زده می شود زمان داده می شود تا لخته ها ایجاد شوند که به این عمل فلوکولاسیون می گویند. سرانجام آب از حوضچه ته نشینــی رد می شـــود و در آنجا مواد جامد لخته شــده بوسیلــه ته نشینی حذف می شوند (1).
مهمترین عوامل موثر در کارایی فرآیند انعقاد عبارتند از: pH، یونهای موجود در محلول آبی (قدرت یونی آب)، غلظت مـــواد هیومیک، دمـــای آب و نوع منعقدکننده (2).
یکی از جدیدترین مواد منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید با علامت اختصاری PACI می باشد.
پلـــی آلـــومینیــوم کلـــرایــد با فــرمـــول [Al2(OH)6-xClxYH2O]Z به نوعــی از منعقد کننده ها گفته می شود که قدرت و سرعت بالایی در جداسازی و استخراج ناخالصی های آب دارند، که در اثر خنثی شدن کلراید آلومینیوم با برخی از محلولهای بازی در دو نوع با سولفات و بدون سولفات تهیه می شود. تفاوت آن با سولفات آلومینیوم به دلیل نوع ساختار آلومینیوم در هر کدام از این نمک هاست. در سولفات آلومینیوم یونهای Al3+ موجودمی باشند. مشخصه PACl این است که در کنار کلراید و سولفات، بخشی از آن نیــز شــامل یــــون هـــای هیدروکسیــد مــی پلـــی آلـــومینیــوم کلـــرایــد با فــرمـــول [Al2(OH)6-xClxYH2O]Z به نوعــی از منعقد کننده ها گفته می شود که قدرت و سرعت بالایی در جداسازی و استخراج ناخالصی های آب دارند، که در اثر خنثی شدن کلراید آلومینیوم با برخی از محلولهای بازی در دو نوع با سولفات و بدون سولفات تهیه می شود. تفاوت آن با سولفات آلومینیوم به دلیل نوع ساختار آلومینیوم در هر کدام از این نمک هاست. در سولفات آلومینیوم یونهای Al3+ موجودمی باشند. مشخصه PACl این است که در کنار کلراید و سولفات، بخشی از آن نیــز شــامل یــــون هـــای هیدروکسیــد مــی باشــد. ایـــن یـــون هـــای هیدروکسیـــد باعـــث ایجـاد مجموعـه هـای کوچک پولیمـــــر از Al در PACl می شوند.
بخش اصلی در PACl را در مجموعه Al137+ تشکیل می دهد. به دلیل تناسب مناسب تر بار الکتریکی به شعاع، این گونه ساختارهای پلیمری تاثیر بهتری بر بی ثباتی کلوئیدها دارند تا مولکولهــای منفــرد )Al3+3 و 4.(
در خصوص مزایای PACl بعنوان منعقدکننده، موارد متعددی ذکر شده است که می توان گفت مهمترین این امیتازها قابلیت استفاده از دامنه های بسیار وسیعتری از کدورت و دمای آب می باشد.
امروزه PAClدر تصفیه خانه هــای کشورهای پیشرفته جهان همانند ژاپن، آمریکا، کانادا، چین، فرانسه، انگلستان،آلمان و ایتالیا بدلیل عملکرد بهتر و بهداشتی بودن جایگزین سولفات آلومینیوم و کلرور آهن شده است (4).در این مطالعــه نیــز بــرای بهبــود کیفیت آب رودخانه های بهمنشیر و اروند که دو منبع اصلی تامین آب در آبــادان می باشنــد از ماده منعقدکننده PACl استفاده شده است.
مواد و روش ها
در این تحقیق کاربرد پلی آلومینیوم کلراید در تصفیه آب آبادان از نظر انتخاب دوز بهینه و شرایط بهینه عملکرد آن، مورد بررسی قرار گرفت. مراحل اساسی این تحقیق در بخش های مختلف به شرح ذیل انجام شده است:
- آزمایشات در فصل تابستان انجام شد، محل نمونه برداری رودخانه های اروند و بهمنشیر بود. نمونه ها جمع آوری و به آزمایشگاه شیمی آب و فاضلاب دانشکــده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران ارسال گردید. برای نمونه های ارسالی آزمایشات معمول کیفیت آب خام و COD انجام گرفت.
- کدورت نمونه های ارسالی سنجیده شد و هر نمونه در یک محدوده کدورت قرار گرفت.
- آزمایش جار (انعقاد، لخته سازی و ته نشینی) با توجه به غلظت های مختلف مواد معلق و تزریق مقادیر مختلف ماده منعقدکننده PACl در هر یک از محدوده های کدورت انجام گردید.
- با بررسی کدورت ها و مشاهده فلوک ها، دوز بهینه ماده منعقدکننده مشخص گردید.
- نمونه ای که مقدار مصرف ماده منعقدکننده آن بهینه بود، انتخاب و بر روی آن آزمایش های Al, COD و حجم لجن انجام شد.
- بعد از تعیین مقدار بهینه، باید بهترین محدوده pH هم مورد بررسی قرار گیرد. pH نمونه ها را بین 4-9 تنظیم کرده و آزمایش جار با تزریق مقدار بهینه مجدداً انجام شد و بهترین محدوده pH تعیین گردید .سپس نمونه بهینه از نظر آزمایش Al و COD و حجم لجن مورد بررسی قرار گرفت.
- در مرحله بعد نمونه های هر رودخانه بطور جداگانه توسط همزن مخلوط و یک کدورت همگن حاصل و آزمایش جار بر روی آن انجام گردید.
- بدلیل اینکه در روزهای بارانی کدورت آب خام در این رودخانه ها می تواند تا حدود 800 الی 900 واحد نفلومتری افزایش یابد، به نمونه ها بصورت دستی کدورت افزوده شد تا مقدار دوز بهینه مــاده منعقدکننده بررسی گردد. برای افزایش کدورت از خاک رسی که از الک شماره µ 120 عبور کرده بود استفاده شد و بعد نمونه ها توسط همزن مخلوط گردیده و در کدورت های 250، 500 و 750 واحد نظری، آزمایش جار بر روی آنها انجام شد. سپس اندازه گیری حجم لجن و آزمایشات Al و COD انجام شد. از آنجا که آزادسازی و یا مازاد آلومینیوم پس از فرایند انعقاد با PACl محتمل به نظر می رسید، توجه به غلظت آلومینیوم در آب خام و آب تصفیه شده در مراحل مختلف کاملاً ضروری بود.
نتایج
محدوده های کدورت برای رودخانه اروند (30،20 و 40 واحد کدورت) و برای رودخانه بهمنشیر (100،60،40و150 واحد کدورت) تعیین گردید. راندمان حذف کدورت در آزمایش جار این نمونه ها در حدود 98-90% حاصل شد. جداول 1 و 2 نتایج آزمایش جار برروی نمونه مخلوط شده رودخانه های مذکور را نشان می دهد.
در مرحله بعد کدورت بطور دستی افزوده شد و قدرت عمل PACl بررسی گردید. جداول 3 و 4 این مطلب را نشان در مرحله بعد کدورت بطور دستی افزوده شد و قدرت عمل PACl بررسی گردید. جداول 3 و 4 این مطلب را نشان می دهد. در نمودار 1 آلومینیوم باقیمانده پس از آزمایش جار در نمونه های رودخانه اروند را نشان داده شده است.
-بحث و نتیجه گیری
آزمایشات انجام شده بر روی پلی آلومینیوم کلراید نشان می دهد که چون اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) آن صفر می باشد، مصرف این ماده بعنوان منعقدکننده در فرایند تصفیه آب نمی تواند هیچ مقدار ماده آلی به آب اضافه کند.
درخصوص مقایسه پارامترهای آب رودخانه های بهمنشیر و اروندرود، مقادیر کدورت و مواد معلق در رودخانه اروندرود پایین تر از رودخانه بهمنشیر می باشد و چنانچه بتوان آب بیشتری از رودخانه اروندرود جهت انتقال به تصفیـــه خانــه آب برداشت نمود، مناسبتر می باشد.
به لحاظ پارامترهای هدایت الکتریکی و باقیمانده خشک، تفاوت خاصی بین این دو رودخانه وجود ندارد. مقدار سختی کل در این دو رودخانه تقریباً یکسان و در محدوده آبهای سخت می باشد. به دلیل ورود پسابهای صنعتی، کشاورزی و غیرکشاورزی (ناشی از اجرای طرحهای توسعه کشاورزی و پرورش ماهی و میگو) و فاضلاب شهری به رودخانه کارون، کاهش نزولات جوی و افزایش مصرف آب در سالهای اخیر، مشکل عمـــده آب این رودخانه هـــا افزایش کلرور و شوری می باشد )6 و 7).
با توجه به سایر پارامترهای کیفی آب خام در این دو رودخانه، فرایندهای تصفیه متداول شامل: آشغالگیر، ته نشینی اولیه، انعقاد، لخته سازی، ته نشینی ثانویه، صاف سازی و کلرزنی برای تصفیه آب و رسیدن به استانداردهای آب شرب، مناسب است. اما با توجه به بالا بودن کدورت و مواد معلق، لازم است فرایند انعقاد و لخته سازی بطور کامل و دقیق اجرا گردد.
آزمایشات جار آب خام رودخانه های بهمنشیر و اروندرود نشان می دهد که راندمان حذف کدورت خوب بوده (98-90%) و غلظت مــاده منعقدکننده کم است که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است اما مقدار آلـــومینیوم باقیمــــانده( mg/l 43/0-39/0) بالاتر از حـد استاندارد Al (mg/l2/0) در آب می باشد. به دلیل اینکه آب خام این دو رودخانه فاقد آلومینیوم است بنابراین وجود آلومینیوم پس از فرایند تصفیه ناشی از کاربرد PACl است. با توجه به جداول 3 و 4 بالاتر بودن راندمان حذف کدورت در این آزمایشات به علت اضافه کردن خاک رس و افزایش مواد معلق بوده است. مواد معلق می توانند فرایند ته نشینی را بهبود بخشند. غلظت آلومینیوم باقیمانده پس از جارتست از مقدار استاندارد بسیار پایین تر می باشد. علت آن، اضافه کردن خاک رس به آب بوده است که بعنوان کمک به منعقدکننده عمل کرده و جاذب آلومینیوم از آب است (نمودار 1). استفاده از پلی آلومینیوم کلراید در این مطالعه نه تنها مقدار COD را افزایش نداده بلکه مقدار آن را کاهش داده است.
با توجه به اینکه غلظت پلی آلومینیوم کلراید مصرفی نسبت به سایر منعقدکننده ها به ازای هر مترمکعب آب با کدورت یکسان، بسیار کمتر می باشد، حجم لجن تولید شده به مراتب کمتر خواهد بود. در ضمن زمان ته نشینی لخته های تولید شده با ماده PACl نسبت به سایر مواد منعقدکننده کمتر می باشد و این خود می تواند در کاهش حجم و هزینه تاسیسات اثر مثبت داشته باشد)8(.
در نهایت با توجه به اینکه غلظت های کمتری از پلی آلومینیوم کلراید نسبت به سایر مواد منعقدکننده استفاده می شود، به نظر می رسد که هزینه مواد منعقدکننده مصرفی به ازای هر متر مکعب آب تصفیه شده کاهش یابد(8).
سپاسگزاری :
از معاونت مهندسی خدمات فنی پالایشگاه نفت آبادان و انستیتو تحقیقات بهداشتی دانشگاه علوم پزشکی تهران به دلیل تامین اعتبار طرح و فراهم نمودن تسهیلات قدرانی و تشکر می شود.
Referenses
1- Graham NJD. Ortho kinetic flocculation in rapid filtration, Water Research 1986; 54: 715- 724.
2- UNESCO, WHO and UNEP“Water Quality Assessments”. 25Ed, Chapman & Hall. Ltd, Landon.
3- Todd I A, Verdoes D, Sijstermans L, et al.“The Removal of Strontium and Cadmium from Aqua streams.
4-WHO.“Guideline for Drinking Water Quality”,(1997)Second Edition. Vol.3.
5-APHA/AWWA/WPCF., “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater”, (1995) 20th Edition, APHA, N. W, Washington D. C.
6-Technical Office, Management of Water Resources Basic Studies, Surface Water Affairs,” Survey in the Saltiness Trend of Bahmanshir Water in summer and fall”, Oct.2000.
7-Kashkooli A, Hossein Zare N,”The Long Term Effect of New Irrigation Projects on Caroon Water Quality”, Center for Water Resources Research 2001; 36: 522- 29.
8- Mahvi AH, Ahmadi Moghaddam M, “Technical, Economical and Healthy Evaluation of PACL Application in water Treatment “Iranian Journal Public Health 2003; 32: 6-8.
PACl Application for Water Treatment in Abadan City
Mahvi.a.h:Center for Environmental Research, Institute of Public Health Research
ehran University of Medical Sciences
Shaikhir:Center for Environmental Research, Institute of Public Health Research
Tehran University of Medical Sciences
Abstract
Introduction: There are many colloidal and suspended solids in surface water for which coagulants should be used in process of water treatment. Plyaluminum chloride (PACl) is one of the newest coagulants . In this research, PACl has been used to coagulate water samples token from Arvandrood and Bahmanshir rivers as the main water suppliers of Abadan City.
Materials and Methods: A necessary number of water samples were taken during normal conditions from water sources of Abadan. The turbidity of a few samples was intentionally increased by addiny clayey soil because the turbidity of Abadan Rivers increases considerably in rainy seasons. The optimum coagulant doses and coagulation condition were then determined by standard Jar tests. Besides, residual Al and COD concentrations in finished water samples have been determined along with routine analyses of water.
Results: The results show that turbidity removal rate from sample waters in Jar tests were 90 to 98 % and Al residual concentrations were about 0.41 mg/L. For samples with high turbidity, the removal rates were 98 to 99 %, but the Al residuals were about 0.06 mg/L.
Conclution: Since the concentration of all pollutants decreased to less than their MCL values after the treatment of water with PACl , it can be concluded that using this new chemical dose not produce any adverse health effect. Considering the various advantages vis a vis conventional coagulation, PACl can be recommended to be used in trwating water in the Abadan plant.
وبلاگ به سایت بهداشت محیط ایران منتقل شده است