مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب کدام اند؟

آیا تا به حال فکر کرده اید راز تمیز و سالم بودن آب آشامیدنی در چیست؟ یا اینکه هرگز کنجکاو بوده اید بدانید در تصفیه خانه های بزرگ آب و فاضلاب چه می گذرد؟ آیا به این صنعت حیاتی، علاقه مند هستید؟….

اگر این طور است، باید آماده یک ماجراجویی اکتشافی باشید!! می خواهید در این مطلب، شما را با فهرستی از مهم ترین مواد شیمیایی تصفیه آب آشنا کنیم که اگر وجود نداشتند، سیستم های تصفیه خانه از بین می رفت، کارآیی آنها روز به روز، کمتر می شد و در نهایت، آب سالم و بهداشتی برای نوشیدن نداشتیم!

انواعی از مواد شیمیایی صنعتی برای تصفیه آب و فاضلاب، با هدف سالم و بهداشتی نمودن آب، حذف آلودگی ها، ضد عفونی کردن، تنظیم سطح PH و جلوگیری از خوردگی خطوط لوله و تأسیسات مورد استفاده قرار می گیرند.

تفاوتی نمی کند درباره کدام سیستم تصفیه آب و فاضلاب شهری یا صنعتی صحبت می کنیم؛ چیزی که اهمیت زیادی دارد، درک عملکرد هر یک از انواع مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب است که به حفظ کارآیی تجهیزات و تضمین سلامت و بهداشت آب، کمک زیادی می کند.

پس اگر آماده هستید، به دنیای مواد شیمیایی صنعتی در فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب وارد شویم….

بیشتر بخوانید: اثرات فاضلاب صنعتی بر محیط زیست

۱۰ تا از پرکاربردترین مواد شیمیایی در تصفیه آب – فاضلاب

۱- اسید سیتریک (Citric Acid)

• نقش: رسوب ‌زدا

نحوه عملکرد: اسید سیتریک به فرمول مولکولی C_۶H_۸O_۷، به طور گسترده در سیستم‌های تصفیه آب، برای از بین بردن رسوبات معدنی و برخی املاح استفاده می‌شود؛ این رسوبات می‌توانند کارایی خطوط لوله ‌کشی و ماشین ‌آلات را کاهش دهند. سیتریک اسید با یون‌های فلزی، کیلیت ها را تشکیل می دهد، رسوب ایجاد شده را تجزیه و در خود، حل نموده و جریان روان آب و طول عمر سیستم را تضمین می‌ کند.

۲- کلرید فریک (Ferric Chloride)

• نقش: انجام فرآیند انعقاد – منعقد کننده یا لخته ساز

نحوه عملکرد: کلرید فریک یا کلرید آهن با فرمول شیمیایی FeCl_۳، یک منعقد کننده قوی است که به اتصال ذرات ریز موجود در آب و تبدیل شان به توده‌های بزرگتر (= یا لخته‌ها) کمک می‌کند. این لخته‌ها را می‌توان به راحتی از طریق فرآیند رسوب ‌گذاری یا فیلتراسیون حذف کرد. Ferric Chloride به ویژه در تصفیه فاضلاب برای حذف فسفات‌ها و جامدات معلق، مؤثر عمل می کند.

۳- سولفات فریک (Ferric Sulphate)

• نقش: منعقد کننده

نحوه عملکرد: فریک سولفات، مشابه ترکیب کلرید فریک، به عنوان یک منعقد کننده عمل می‌کند و باعث می‌شود جامدات معلق به هم بچسبند، پس راحت‌تر ته‌ نشین می شوند. سولفات فریک با نام سولفات آهن lll، شناخته می شود و فرمول مولکولی آن، Fe_۲(SO_۴)_۳ است. Ferric Sulphate در حذف ذرات کلوئیدی و تصفیه فاضلاب صنعتی، بسیار مؤثر است.

۴- اسید هیدروکلریک (Hydrochloric Acid)

• نقش: تنظیم pH و رسوب ‌زدایی

نحوه عملکرد: اسید هیدروکلریک که با نماد HCl شناخته می شود، یکی از مهم ترین اسیدهای معدنی در شیمی می باشد و کاربردهای زیادی در صنایع تصفیه آب و فاضلاب دارد. از HCl معمولاً در تصفیه آب برای کاهش pH قلیایی آب استفاده می ‌شود. کلریک اسید به عنوان یک عامل رسوب‌زدا عمل می‌کند و رسوبات آهکی و سایر رسوباتی را که در دیگ ‌های بخار، مبدل ‌های حرارتی و لوله‌ها تشکیل شده اند را تجزیه نموده و راندمان سیستم را حفظ می ‌کند.

۵- پراکسید هیدروژن (Hydrogen Peroxide)

• نقش: عامل اکسید کننده

نحوه عملکرد: پراکسید هیدروژن به فرمول مولکولی H_۲O_۲، یک عامل اکسیدکننده قوی است و می تواند با تجزیه مواد آلی، باکتری‌ها و سایر آلاینده‌های مضر، برای ضدعفونی کردن آب استفاده ‌شود. این ماده به دو ترکیب “اکسیژن” و “آب” تجزیه می‌شود و هیچ باقیمانده سمی از خود به جا نمی‌ گذارد. با توجه به این مزیت، پراکسید هیدروژن، جایگزینی سبزتر برای برخی از ضدعفونی‌کننده‌های دیگر با اثرات آلایندگی زیست محیطی است.

۶- اسید فسفریک (Phosphoric Acid)

• نقش: بازدارنده خوردگی

نحوه عملکرد: اسید فسفریک به فرمول شیمیایی H_۳PO_۳، با تشکیل یک لایه محافظ از نمک‌های فسفات، برای جلوگیری از خوردگی در لوله‌ها و مخازن فلزی در تصفیه آب و فاضلاب استفاده می‌شود. در سیستم‌هایی که آب، ماهیت بسیار خورنده دارد، افزودن فسفریک اسید می تواند مفید واقع شود؛ به لطف این اسید قوی، طول عمر زیرساخت‌ها افزایش پیدا می کند.

۷- پلی آلومینیوم کلراید (PAC) / Poly Aluminium Chloride

• نقش: منعقد کننده – لخته ساز

نحوه عملکرد: PAC، نام یکی از کارآمدترین منعقدکننده‌ها برای تصفیه آب است. این ترکیب دارای فرمول [Al_۲(OH)_nCl_۶-n] می باشد. این ماده با افزایش تشکیل لخته‌های بزرگتر که از طریق فیلتراسیون، قابل حذف هستند، به حذف مواد جامد معلق و مواد آلی کمک می ‌کند. پلی آلومینیوم کلراید در مقادیر مختلف pH می تواند عملکرد متفاوتی داشته باشد؛ و همین ویژگی، آن را برای شرایط مختلف در آب تصفیه خانه ها، تطبیق ‌پذیر می‌کند.

۸- سدیم کلریت (Sodium Chlorite)

• نقش: پیش ‌ساز ترکیب دی ‌اکسید کلر

نحوه عملکرد: سدیم کلریت با فرمول مولکولی NaClO_۲، برای تولید دی ‌اکسید کلر (Chlorine Dioxide)، که یک ضدعفونی‌کننده مؤثر است، استفاده می‌شود. دی ‌اکسید کلر با فرمول شیمیایی ClO_۲، برای از بین بردن باکتری‌ها و ویروس‌ها ایده ‌آل است و به دلیل خواص اکسیدکنندگی قوی، در تصفیه آب شهری استفاده می‌شود. ClO_۲ بدون تشکیل محصولات جانبی مضر در فرآیند کلرزنی، عمل می کند.

۹- سدیم هیپوکلریت (Sodium Hypochlorite)

• نقش: ضدعفونی ‌کننده

نحوه عملکرد: سدیم هیپوکلریت به فرمول NaClO، که معمولاً به عنوان سفیدکننده نیز شناخته می‌شود، یکی از رایج‌ترین ترکیبات ضدعفونی‌کننده در صنعت تصفیه آب و فاضلاب است. این ماده، کلر را آزاد می‌ کند که می تواند باکتری‌ها، ویروس‌ها و سایر عوامل بیماری‌زای مضر را از بین برده و بهداشت و سلامت آب آشامیدنی را تضمین کند.

۱۰- سدیم مولیبدات (Sodium Molybdate)

• نقش: بازدارنده خوردگی

نحوه عملکرد: سدیم مولیبدات دارای فرمول مولکولی Na_۲MoO_۴ است که معمولاً به فرم هیدراته با فرمول شیمیایی Na_۲MoO_۴۰۲H_۲O یافت می شود. این ترکیب خاص صنعتی، با تشکیل یک لایه محافظ روی سطوح فلزی، به جلوگیری از خوردگی در سیستم‌های انتقال آب کمک می کند. سدیم مولیبدات برای جلوگیری از زنگ ‌زدگی و خوردگی سیستم های تصفیه، به ویژه در برج‌ های خنک ‌کننده و دیگ‌ بخار، ضروری است و طول عمر تجهیزات تصفیه آب را بهبود می ‌بخشد.

بیشتر بخوانید: انواع مواد شیمیایی صنعتی

مواد شیمیایی تصفیه آب در چه فرآیندهای صنعتی کاربرد دارند؟

تمیز بودن آب به عنوان یک منبع حیاتی روی کره زمین، بسیار ضروری است. آب آلوده، مملو از میکروارگانیسم‌ها (عوامل بیماری‌زا)، محتوای بالای مواد معدنی و ذرات معلق درشت و ریز است که همه اینها می تواند سلامت انسان ها را به خطر بیاندازد. به همین دلیل است که فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب، اهمیت زیادی دارند و برای تأمین آب آشامیدنی سالم و بهداشتی، به انواع مواد شیمیایی صنعتی خاص وابسته هستند.

در قسمت قبلی با برخی از مهم ترین مواد شیمیایی در صنعت تصفیه آب و فاضلاب آشنا شدید؛ سایر مواد صنعتی در این زمینه عبارتند از: کربنات ها و بی کربنات سدیم، هیدروکسید سدیم (NaOH)، گاز کلر (Cl_۲) و گاز اوزون (O_۳)، مواد بیولوژیکی جلبک کش و حذف کننده میکروارگانیسم ها.

هر کدام از مواد شیمیایی در یک یا چند فرآیند و سیستم متفاوت در تصفیه خانه ها کاربرد دارند. در قسمت های بعدی کمی تخصصی تر به این موضوعات می پردازیم.

فرآیندهای مهم در تصفیه آب (Water Treatment Processes)

مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه آب، به فرآیند مورد نظر بستگی دارد. تصفیه آب مورد استفاده در بویلرها و برج خنک ‌کننده، به جلوگیری از تخریب تجهیزات و صرفه جویی در مصرف آب شیرین کمک می‌کند و در نتیجه باعث حفظ منابع آبی در صنعت می شود.

تصفیه آب و پساب فاضلاب، آلاینده‌ها را به طور مؤثر حذف کرده و آنها را به چرخه آب باز می‌گرداند. هر یک از روش‌های تصفیه، به صورت ترکیبی از روش‌های فیزیکی و شیمیایی، می توانند مواد جامد معلق، ویروس‌ها، قارچ‌ها، باکتری‌ها، جلبک‌ها و مواد معدنی مضر را از منابع آب حذف کرده و آنها را برای مصرف انسان ها، ورود به تجهیزات و محیط زیست ایمن سازد.

مواد شیمیایی و محلول‌های مورد استفاده در تصفیه آب بویلر (Boiler Water Treatment Chemicals and Solutions)

تصفیه آب بویلر (Boiler Water Treatment)، عبارت است از فرآیند مدیریت آب مورد استفاده برای تبادل حرارت آب گرم، و تولید بخار در سیستم‌های گرمایش بخار و آب گرم صنعتی و تجاری.

برای اینکه بویلرها در شرایط خوبی عمل کنند، آب باید با استفاده از مواد جاذب اکسیژن، مواد قلیایی و عوامل ضد رسوب، تصفیه شود. مواد جاذب اکسیژن، به طور مثال، مواد شیمیایی سولفیت هستند، که بویلر را از واکنش‌های شیمیایی مخرب، محافظت می‌کنند و با غیرفعال کردن سطوح فلزی که ممکن است با زنگ ‌زدگی و خوردگی، مشکلاتی را ایجاد کنند، پدیده خوردگی را کاهش می‌دهند.

برای جلوگیری از خوردگی بیشتر در سیستم بویلرها، سطح pH باید با استفاده از مواد قلیایی، معمولاً ترکیبات هیدروکسیدها، در حد بالا نگه داشته شود تا میزان حمله اسیدی به حداقل برسد؛ این پدیده باعث نازک شدن یا خوردگی موضعی و رسوب سیلیس می‌شود. در این شرایط، اغلب از مواد ضد رسوب یا نرم‌ کننده آب، مانند فسفات سدیم (Na_۳PO_۴) یا سودا اَش (کربنات سدیم) – علاوه بر مواد قلیایی دیگر – برای جلوگیری از تشکیل رسوب نمک‌های سخت در آب بویلر استفاده می‌شود.

فرآیند تشکیل رسوب‌ می‌تواند باعث کاهش کارایی بویلر شود و در نهایت باعث تجمع رسوبات روی لوله‌ها و سایر سطوح شده که منجر به پارگی یا افزایش شدید گرما خواهد شد.

مواد شیمیایی و محلول ‌های مورد استفاده در تصفیه آب خنک ‌کننده (Cooling Water Treatment Chemicals and Solutions)

تصفیه آب خنک ‌کننده به فرآیند تصفیه آب در برج‌های خنک‌کننده صنعتی گفته می شود. مواد شیمیایی مورد استفاده در این فرآیند عبارتند از مهارکننده‌های خوردگی و تشکیل رسوب، جلبک‌کش‌ها، حذف کننده های میکروارگانیسم ها و تنظیم‌کننده‌های pH، که همگی برای حفظ عملکرد برج‌های خنک‌کننده ضروری هستند.

مواد شیمیایی تصفیه آب، مانند نمک‌های مس، می توانند جلبک‌ها و سایر ترکیبات بیولوژیکی را مهار ‌کنند. برای حفظ تجهیزات، ترکیباتی نظیر کربنات‌ها، برای تنظیم اسیدیته فرآیند، و فسفات‌ها برای کاهش رسوب‌گذاری مورد استفاده قرار می گیرند.

مواد شیمیایی و محلول‌های مورد استفاده در فرآیند خالص سازی آب (Water Purification Chemicals and Solutions)

برای خالص سازی آب (Water purification) در درجه اول از ضدعفونی‌کننده‌های شیمیایی نظیر کلر، کلرامین یا دی‌اکسید کلر (که کمتر رایج است) استفاده می‌ شود. کلر، رایج ‌ترین ضدعفونی‌کننده شیمیایی برای منابع آب شهری است؛ از جمله آب آشامیدنی، آب مورد استفاده در استخر شنا، فاضلاب شهری و تصفیه آب صنعتی. اگرچه کلر می‌تواند برای انسان سمی باشد و به عنوان یک ماده تحریک کننده چشم ها، بینی و دستگاه تنفسی شناخته می شود، اما غلظت کلر در آب آشامیدنی آنقدر کم است که تهدیدی ایجاد نمی‌کند!

کلر اولین بار در سال ۱۹۰۸ به عنوان ضدعفونی‌کننده در ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفت؛ این ماده شیمیایی، به دلیل خنثی‌سازی مؤثر باکتری‌ها و ویروس‌ها از سطوح و منابع آب، همچنان پرکاربردترین ضدعفونی‌کننده در صنعت تصفیه آب در جهان می باشد.

مواد شیمیایی و محلول های مورد استفاده در تصفیه پساب و فاضلاب (Wastewater Effluent Chemicals and Solutions)

پساب فاضلاب، به زباله هایی غیر از فاضلاب آشپزخانه، سرویس بهداشتی، آب‌های سطحی یا فاضلاب خانگی گفته می شود. پساب از طریق کارخانه های صنعتی یا تجاری تولید می‌شود، و معمولاً مستقیماً از آن مکان ها به شبکه اصلی فاضلاب جریان می‌یابد. این پساب نمی‌تواند وارد رودخانه، مخازن ذخیره، نهرها یا دریاچه شود، مگر اینکه ابتدا تمیز و تصفیه گردد.

آلاینده‌های موجود در پساب فاضلاب صنعتی شامل چربی‌ها، روغن‌ها، گریس‌، مواد شیمیایی، مواد شوینده، فلزات سنگین، جامدات و زباله‌های غذایی هستند. علاوه بر تصفیه اولیه (= فرآیند به معلق سازی جامدات از فاضلاب، از طریق روش‌های الک کردن و همچنین هوادهی فاضلاب برای اکسیژنه کردن آن)، می‌توان از روش تصفیه بیولوژیکی برای حذف نیتروژن و فسفر استفاده کرد.

علاوه بر اینها، می‌توان از تکنیک‌های جداسازی فیزیکی – شیمیایی، مانند فیلتراسیون، جذب توسط جاذب کربن، تقطیر و اسمز معکوس استفاده کرد و آب را به اندازه کافی برای محیط زیست، خالص سازی نمود.

بیشتر بخوانید: ۲۱ نوع خوردگی در خطوط لوله + دلایل شکست و ترک خوردگی

جمع بندی و نتیجه‌ گیری

تصفیه آب یکی از صنایع مهم هر کشور است و برای تأمین آب بهداشتی و سالم و تمیز جهت مصارف انسان ها، گیاهان و حیوانات، ضروری است. انواع مواد شیمیایی تصفیه آن، نقش کلیدی در همه فرآیندهای تصفیه خانه ها دارند. انواع ترکیبات شیمیایی با ساختار معدنی و آلی در تصفیه آب و فاضلاب به کار می روند و یک وظیفه معین در طول فرآیند بر عهده دارند.

منبع: اولتراشیمی – مرجع شیمی و صنعت