استفاده از كربنات منيزيم به عنوان منعقد كننده در تصفيه آب و بازيابي آن

نويسنده: مرتضي كاشفي الاصل
استاد راهنما: محمود شريعت
استاد مشاور: غياث الدين، رازقي، ايماندل
تاريخ دفاع: 1358/08/19
مدرك: كارشناسي ارشد مهندسي بهداشت محيط
دانشگاه: دانشگاه علوم پزشكي تهران، دانشكده بهداشت، مهندسي بهداشت محيط
چكيده: مسئله كم آبي يكي از مسائل حاد در ايران بوده كه ريشه تاريخي طولاني دارد و با توجه به بالارفتن فرهنگ و تكنولوژي و افزايش زمينهاي قابل گشت و رشد سريع جمعيت احتياج بشر به آب مصارف آشاميدني، كشاورزي، صنعتي روزبروز فزوني مي يابد.
آبيكه وارد تصفيه خانه ها مي گردد اغلب حاوي ذرات كوچك و بزرگ معلق بوده كه داراي كدورت هستند كه جهت رفع كدورت از عمل انعقاد شيميائي بكمك منعقدكننده هاي كلرور فريك و سولفات آلومينيوم استفاده مي گردد. بايد دانست كه پس از عمل انعقاد بصورت لجن آبدار و شستشوي صافيها دفع مي شود و اين 20 درصد در اشل يك شهر چند ميليوني مقدار زيادي آب را تشكيل مي دهد. و نيز منعقد كننده مصرفي100 درصد به هدر داده مي شود.
ما در اين تحقيق روش براي بازيابي اين آب و منعقد كننده بكمك كربنات منيزيم بكار برديم بدين ترتيب كه يك سيستم انعقاد در اشل آزمايشگاهي ساخته و كارآيي منعقد كننده كربنات منيزيم را مورد بررسي قرارداديم.
جهت بازيابي كربنات منيزيم از عمل كربنه كردن استفاده شد بدين ترتيب كه لجن توليدي در حجم معيني از آب جمع آوري گرديده و گاز كربنيك بآن واردگرديد. كربنات منيزيم كه در رسوب عموماً به صورت هيدراكسيد ژلاتيني منيزيم و قسمتي بصورت منيزيم حل نشده مي باشد تحت اثر گازكربنيك بي كربنات منيزيم تبديل گشته حل مي گردد. مايع صاف شده حاوي كربنات منيزيم بازيافتني است از اين محلول مجدداً بعنوان قسمتي از منعقد كننده استفاده مي گردد و اين عمل مرتباً تكرار مي شود.
ابتدا آزمايش جهت اثر منعقدكننده كربنات منيزيم بتنهائي بعمل آمد جهت تصفيه آبي كه ما در اختيار داشتيم كه حاوي 200N.T.U كدورت و سختي تام 170 ميلي گرم در ليتر بر حسب كربنات كلسيم و قليائيت 138 ميلي گرم در ليتر با PH 6/7 بود آزمايش اپتيمم دوزاژ مقدار 600 ميلي گرم در ليتر كربنات منيزيم لازم را نشان داد. در ازمايش غير مداوم افزودن 600 ميلي گرم در ليتر كربنات منيزيم كدورت را 80 درصد تقليل داد و بميزان 42 واحد رساند. قدري افزايش يافته به PH مساوي 9 رسيد ولي سختي تام و قليائيت بسيار افزايش يافته و ميزان منيزيم محلول بيش از مقدار مطلوب بود.
حجم رسوب بدست آمده 12 سانتيمتر مكعب و وزن رسوب مرطوب آن 884 ميلي گرم بود. در عمل كربن دهي بازاء رسوب هر يك ليتر آب خام 960 سانتيمتر مكعب گازانيدريد كربنيك لازم بوده كه با سرعت 107 ميلي ليتر در 9 دقيقه اعمال گرديد. دقتهاي لازم در جلوگيري از بهدر رفتن گازكربنيك در محلول بكار گرفته شدند.
در اين آزمايش 45 درصد كربنات منيزيم در محلول بازيافتي موجود بود، در آزمايش بطريقه مداو از اين محلول بازيافتي بعنوان قسمتي از منعقد كننده استفاده شد بدين ترتيب كه 270 ميلي گرم در ليتر كربنات منيزيم از طريق محلول بازيافتي و مابقي يعني 330 ميلي گرم آن بصورت پودر اضافه گرديد. مدت زمان ماند يكساعت در نظر گرفته شد نتايج آزمايش بروز مداوم اعداد بدست آمده از روش غير مداوم را تاييد نمود.
فلكولها بقدر كافي درشت نبودند و شايد علت آن كمي قليائيت محيط و ناكافي بودن هيدرات منيزيم توليدي بوده باشد و بهمين دليل كدورت آب تصفيه شده بميزان دلخواه نقصان نشان داد.
بدليل كدورت آب تصفيه شده بروش كربنات منيزيم (42 واحد) و نيز افزايش سختي تام و قليائيت تصميم گرفته شد كه آزمايش تكرار گرديده از آهك نيز بعنوان كمك منعقدكننده استفاده گردد.
در آزمايشات اپتيمم دوزاژ منعقد كننده مخلوط كربنات منيزيم و آهك موفق به كم كردن ميزان كربنات منيزيم لازم نشديم و بناچار ميزان آنرا در حد اپتيمم بدست آمده قبلي (600 ميلي گرم در ليتر) ثابت نگه داشته و اپتيمم دوزاژ آهك اضافي را بررسي نموديم كه ميزان 250 ميلي گرم در ليتر بدست آمد.
آزمايش بطريق غير مداوم نشان داد كه با افزودن 600 ميلي گرم كربنات منيزيم و 250 ميلي گرم آهك كدورت به 21 N.T.U تقليل يافته و 90 درصد كاهش نشان داد.
سختي تام و قليائيت علاوه بر آنكه افزايشي نسبت به آب خام نشان ندادند در حدود 10 درصد تقليل نشان دادند.
حجم رسوب بدست آمده 25 ميلي ليتر و وزن رسوب مرطوب آن 1849 ميلي گرم بود. فلكولهاي تشكيل شده نسبت به دفعه قبل خيلي درشت تر بودند و بسرعت ته نشين مي شدند شايد اين افزايش حجم رسوب بدليل آن باشد كه فرصت كافي براي رسوب و تجمع داده نشد بعبارت ديگر زمان ماند بروش غير مداوم كافي نبوده است. در عمل كربن دهي و بازيابي كربنات منيزيم موفق شديم كه بيش از 73 درصد كربنات منينزيم و 40 درصد آهك را بازيابي نمايم با توجه به نتيجه خوبي كه در تصفيه آب گرفته ايم اين بازيابي رقم فوق العاده اي است و صرفه جوئي بسيار خوبي در كربنات منيزيم و آهك مصرفي خواهد بود.
در روش مداوم از محلول بازيافتي بعنوان قسمتي از منعقد كننده استفاده گرديد بدين ترتيب كه 440 ميلي گرم در ليتر كربنات منيزيم و 98 ميلي گرم در ليتر آهك از محلول بازيافتني تغذيه گرديدند. مابقي يعني 160 ميلي گرم كربنات منيزيم و 152 ميلي گرم در ليتر آهك بصورت پودر افزوده گرديدند.
آزمايش بطريقه مداوم نتايج آزمايش بطريقه غير مداوم را تاييد نمود و خصوصيات آب تصفيه شده نه تنها تغيير نامطلوبي نشان نداد بلكه در جهت بهبود هم بود يعن سولفات تقليل يافته و سختي و قليائيت حدود 10 درصد تقليل يافتند. PH جزئي افزايش نشان داد (از 6/7 به 2/8) كه هنوز در حد PH مطلوب آبهاي آشاميدني مي باشد.
جهت تقليل هر چه بيشتر سختي تصميم گرفته شد آزمايش به كمك مخلوطي از كربنات منيزيم و آهك و كربنات سديم تكرار گردد ولي متاسفانه ديده شد كه فلكولها سبك گرديده و به سختي ته نشين مي شدند و هر چه مقدار كربنات سديم اضافه مي شد بر كدورت آب تصفيه شده افزوده مي
گشت. گرچه سختي آب با افزايش كربنات سديم نقصان مي داد ولي به علت افزايش كدورت نتايج اين روش تصفيه منفي تلقي گرديد و از ادامه آزمايش صرف نظر شد.
با مقايسه دو روش آزمايش كربنات منيزيم تنها و مخلوط كربنات و آهك نشان داد كه در روش دوم هم كدورت بيشتر تقليل مي يابد و هم فلكولها درشت تر هستند و با سرعت بيشتري ته نشين مي شوند و هم بازيافتي كربنات منيزيم و آهك بيشتر است و حتي بازمان ماند يكساعت در روش مداوم نتايج بسيار مطلوبي از جهت تصفيه آب بدست مي دهد بنابراين روش تصفيه آب بكمك مخلوط كربنات منيزيم و آهك انتخاب گرديد روش مداوم بازمان ماند دو ساعت تكرار گرديد كه نتايج بهتري بودند.
در يك تصفيه خانه كه آب بكمك منعقد كننده هاي املاح آهن و آلومينيوم تصفيه مي گردند. 10 تا 15 درصد آب وارد شده به تصفيه خانه بصورت لجن آبدار يا به صورت شستشوي صافيها دفع گرديده و درواقع آب بهدر رفته به حساب مي آيد.
در بعضي از تصفيه خانه ها نظير تصفيه خانه تهران اين رقم به 20 درصد افزايش مي يابد چنانچه از كربنات منيزيم و آهك به عنوان منعقد كننده استفاده گردد قسمت اعظم كربنات منيزيم و آهك بازيابي شده و آب حاصله از صاف كردن لجن دوباره به ابتداي سيستم وارد مي گردد و تنها لجن به صورت كيك دفع مي گردد.
بدين ترتيب بهيچوجه آب بهدر رفته نداشته و20 درصد صرفه جويي بعمل خواهد آمد و اين مقدار صرفه جوئي آب مي تواند آب مصرفي عده زيادي را تامين نمايد و مخارج اضافي كه تشكيلات تصفيه آب جهت ساختن حوضچه كربن دهي و سانتري فيوژ يا صافي خلاء و پمپاژ آب صاف شده باول سيستم متحمل مي گردنند. با فروش آب صرفه جوئي شده به مصرف كننده گان تامين گرديده و احتمالاً سودي نيز در بين خواهد داشت.
مثلاًدر شهر تهران سازمان آب، آب مصرفي 5/4 ميليون نفررا تامين مي نمايد و آب ورودي به تصفيه خانه هاي تهران 294 ميليون متر مكعب در سال مي باشد كه 20 درصد صرفه جوئي مي
تواند اب مصرفي بيش از يك ميليون نفر را تهيه نمايد.
كلمات كليدي: