آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه فاضلاب کدر از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب می‌تواند شفاف شود؟ کارخانه آب چگونه گل و لای و آب موجود در رودخانه را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند؟ فناوری کلیدی در اینجا واکنش لخته‌سازی است. امروز، بیایید به زبان ساده در مورد اینکه چگونه این ذرات ریز نامرئی مطیعانه «دست به دست هم می‌دهند» و ته نشین می‌شوند، صحبت کنیم!
بیایید ابتدا درک کنیم: چیزهای کثیف در آب چه شکلی هستند؟
آبی که در زندگی روزمره می‌بینیم حاوی چیزهای کوچک شیطنت‌آمیز مختلفی است:
- جامدات معلق: رسوبات و بقایای برگ قابل مشاهده، بزرگ در اندازه‌ای که می‌توان با فیلتر متوقف کرد؛
- ذرات کلوئیدی: با قطری بین ۱ نانومتر و ۱ میکرومتر، کوچکتر از باکتری‌ها، نامرئی برای چشم غیرمسلح، و به‌ویژه سرکش - آنها بار منفی دارند، یکدیگر را دفع می‌کنند و از جمع شدن با هم خودداری می‌کنند.
هسته اصلی واکنش لخته‌سازی، حل مشکل «لجبازی» ذرات کلوئیدی است!
سه «حرکت کشنده» اصلی لخته‌سازی: فشرده‌سازی لایه دوگانه، خنثی‌سازی جذب و اثر پل‌سازی
۱. لایه دوگانه فشرده: «پوشش محافظ» ذرات را بردارید
چرا ذرات کلوئیدی به هم نمی‌چسبند؟ زیرا آنها روی سطح خود بار منفی دارند، مانند آهنرباهای با قطبیت یکسان، یکدیگر را دفع می‌کنند و توسط یک «محافظ الکترونیکی» (لایه دوگانه) احاطه شده‌اند. در این مرحله، ما باید «ارتش» کاتیون را در لخته‌کننده، مانند نمک‌های آلومینیوم (سولفات آلومینیوم، پلی‌آلومینیوم کلرید) و نمک‌های آهن (کلرید فریک) دعوت کنیم.
به محض ورود این کاتیون‌ها به آب، آنها مانند گروهی از مختل‌کنندگان ماهر عمل می‌کنند و به طور دیوانه‌واری بارهای منفی روی سطح کلوئیدی را خنثی می‌کنند. هنگامی که بار منفی تا حد مشابهی خنثی شد، لایه دوگانه فشرده می‌شود تا نازک‌تر و نازک‌تر شود و نیروی دافعه بین ذرات از بین می‌رود و به تدریج نزدیک می‌شود.
۲. خنثی‌سازی جذب: چسب دو طرفه را روی ذرات بمالید
برخی از منعقدکننده‌ها باهوش‌تر هستند، زیرا آنها نه تنها بارها را خنثی می‌کنند، بلکه «چسبندگی» خاص خود را نیز دارند. به عنوان مثال، لخته‌کننده‌های پلیمری دارای بار مثبت در یک انتها و یک زنجیره کربنی بلند در انتهای دیگر هستند. انتهای دارای بار مثبت محکم به سطح کلوئیدی دارای بار منفی می‌چسبد و مستقیماً بار را خنثی می‌کند. انتهای زنجیره کربنی مانند چسب دو طرفه است که ذرات دیگر را به هم می‌چسباند.
گروهی از کودکان را تصور کنید که «کلاه‌های منفی» پوشیده‌اند و از یکدیگر متنفرند. ناگهان، کسی «برچسب‌های مثبت» را روی آنها چسباند و در حالی که در دایره‌ها می‌رقصیدند، دست‌هایشان را گرفتند - این اثر جادویی جذب الکتریسیته و خنثی کردن آن است!
۳. عملکرد پل‌سازی: «متخصص اجتماعی» دنیای ذرات
لخته‌کننده‌های پلیمری همچنین دارای یک مهارت قدرتمندتر هستند - اثر پل‌سازی. زنجیره‌های کربنی آنها به ویژه بلند هستند و می‌توانند همزمان چندین ذره کلوئیدی را جذب کنند، مانند استفاده از طناب برای رشته کردن مهره‌های پراکنده به دستبند.
یک زنجیره پلیمری ممکن است همزمان ده‌ها یا حتی ده‌ها ذره را نگه دارد و آنها را به لخته‌های بزرگ ببافد. این لخته‌ها بزرگتر و بزرگتر شدند و در نهایت آنقدر سنگین شدند که حتی نمی‌توانستند جریان آب را تحمل کنند و فقط می‌توانستند مطیعانه فرو بروند.
«سناریوی» کامل واکنش لخته‌سازی: از میکرو تا ماکرو
مرحله اختلاط سریع: اجازه دهید لخته‌کننده «اجرا شود»
هنگام ریختن لخته‌کننده در آب، باید از هم زدن قوی برای پراکنده کردن سریع عامل استفاده کرد. این مانند پاشیدن چاشنی در قابلمه داغ است، باید آن را سریع هم بزنید تا هر قطره آب به «معجون جادویی» بچسبد. این فرآیند معمولاً فقط چند ده ثانیه طول می‌کشد، با هدف اجازه دادن به یون‌های لخته‌کننده برای تماس کامل با ذرات کلوئیدی.
مرحله اختلاط آهسته: اجازه دادن به ذرات برای «جمع شدن و رشد»
هنگامی که بار تقریباً خنثی شد، باید سرعت هم زدن را کاهش دهید و وارد «حالت ملایم» شوید. در این مرحله، ذرات خنثی شده شروع به برخورد آهسته می‌کنند و تحت تأثیر اثر پل‌سازی پلیمرها، به تدریج از ذرات کوچک چند میکرومتری به لخته‌های بزرگ چند صد میکرومتری رشد می‌کنند. این فرآیند ممکن است ۱۵ تا ۳۰ دقیقه طول بکشد، مانند چرخاندن یک گلوله برفی، با بزرگتر شدن و بزرگتر شدن لخته‌ها در حین چرخیدن.
مرحله رسوب: اجازه دهید لخته‌ها «دراز بکشند و استراحت کنند»
هنگامی که لخته‌ها به اندازه کافی بزرگ شدند، وارد مرحله نهایی - رسوب - می‌شوند. سرعت جریان آب را به حداقل برسانید و اجازه دهید لخته‌ها به دلیل گرانش به ته آب فرو بروند. در این مرحله، لایه بالایی آب شفاف و شفاف می‌شود، در حالی که لخته‌های پایینی (که به عنوان «لجن» نیز شناخته می‌شوند) می‌توانند به طور منظم تمیز شوند.
«راز کوچک» در کاربردهای عملی
انتخاب لخته‌کننده مناسب می‌تواند با نصف تلاش، دو برابر نتیجه به دست آورد
کیفیت‌های مختلف آب به منعقدکننده‌های مختلفی نیاز دارند:
- فاضلاب خانگی: معمولاً از پلی‌آلومینیوم کلرید (PAC) استفاده می‌شود، ارزان و کارآمد؛
- فاضلاب صنعتی: ممکن است نیاز به استفاده از پلی‌آکریل آمید کاتیونی (CPAM) برای تصفیه خاص آلاینده‌های پیچیده باشد؛
- تصفیه آب آشامیدنی: به ایمنی بیشتر توجه کنید و لخته‌کننده‌های درجه غذایی را انتخاب کنید.
دمای آب و مقدار pH هر دو «رئیس بزرگ» هستند
- دمای آب: آب بیش از حد سرد واکنش لخته‌سازی را کند می‌کند، درست مانند چسب که در زمستان به آرامی خشک می‌شود؛
- مقدار pH: اسیدیته یا قلیاییت قوی می‌تواند بر اثربخشی منعقدکننده‌ها تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، نمک‌های آلومینیوم بهترین اثر را در pH 5-7 دارند، در حالی که نمک‌های آهن برای محیط‌هایی با pH 7-9 مناسب هستند.
سرعت اختلاط: نه خیلی سریع و نه خیلی آهسته
مرحله اختلاط سریع به اختلاط «سریع، دقیق و بی‌رحمانه» نیاز دارد، اما اگر در حین اختلاط آهسته نیروی زیادی اعمال شود، لخته‌های نهایی تشکیل شده ممکن است پراکنده شوند و تمام تلاش‌های قبلی ممکن است بی‌فایده باشد!
روند آینده: فناوری لخته‌سازی سازگارتر با محیط زیست و هوشمندتر
اکنون دانشمندان در حال مطالعه منعقدکننده‌های سبز هستند، مانند استفاده از کیتوزان استخراج شده از گیاهان طبیعی به جای مواد شیمیایی. همچنین یک سیستم کنترل هوشمند وجود دارد که به طور خودکار دوز لخته‌کننده‌ها را از طریق نظارت بی‌درنگ بر کیفیت آب تنظیم می‌کند، که هم مقرون به صرفه و هم کارآمد است. شاید روزی، حتی دستگاه تصفیه آب در خانه بتواند از این فناوری‌های سیاه برای نوشیدن آب تمیزتر استفاده کند!
دفعه بعد که آب تصفیه شده را دیدید، خواهید دانست که چه تعداد «داستان‌های اجتماعی ذرات کوچک» در داخل پنهان شده است! از خنثی‌سازی بار تا جمع شدن و فرو رفتن، واکنش لخته‌سازی مانند یک «اجرای جادویی» در دنیای میکروسکوپی است که از ایمنی آب ما محافظت می‌کند.
