فرایند لخته‌سازی با سولفات آلومینیوم؛ از تئوری تا بهره‌برداری در تصفیه آب و فاضلاب
اگر با طراحی یا بهره‌برداری از تصفیه‌خانه‌های آب و فاضلاب سر و کار دارید، فرایند لخته‌سازی با سولفات آلومینیوم (Alum Coagulation) قلب سیستم تصفیه شماست.همان جایی که آب کدر، رنگی و پر از ذرات ریز، قدم اول را برای تبدیل‌شدن به آب شفاف و استاندارد برمی‌دارد.
سولفات آلومینیوم یا «آلوم» دهه‌هاست که به‌عنوان منعقدکننده‌ی اصلی در واحدهای انعقاد و لخته‌سازی استفاده می‌شود؛ از تصفیه‌خانه‌های کوچک روستایی تا سیستم‌های پیچیده شهری و فاضلاب صنعتی. دلیل این محبوبیت، ترکیبی از سه عامل است:
قیمت مناسب، رفتار شیمیایی قابل پیش‌بینی و راندمان بالا در حذف کدورت، رنگ و فسفر.
راهنمای حاضر، فرایند لخته‌سازی با آلوم را از دید یک مهندس فرایند و بهره‌بردار بررسی می‌کند؛ از واکنش‌های شیمیایی و تأثیر pH و قلیائیت تا مقادیر G، زمان ماند، تست جار و خطاهای رایج اپراتوری.
اگر درگیر تنظیم دوز آلوم، مشکل کدورت خروجی، ناپایداری لجن یا مصرف بالای مواد شیمیایی هستید، این مطلب برای شماست.
برای مشاهده گریدهای مناسب تصفیه آب و فاضلاب، شامل گریدهای ۱۷٪ و ۱۸٪ Al₂O₃، می‌توانید به مرجع تخصصی aluminium-sulfate مراجعه کنید.
🎯 نکته سریع برای مهندسان فرایند
در طراحی واحد لخته‌سازی با آلوم، مقدار Gt (حاصل‌ضرب شدت اختلاط G در زمان ماند t) معمولاً باید در محدوده ۲۰٬۰۰۰ تا ۸۰٬۰۰۰ s⁻¹·s قرار گیرد.
مقادیر کمتر، لخته‌های ضعیف و ناپایدار، و مقادیر خیلی بالا، شکست لخته و کدورت خروجی بالا را به‌دنبال دارد.
انعقاد و لخته‌سازی با سولفات آلومینیوم چیست؟
در آب خام، بیشتر ذرات ریز (کلوئیدها) سطحی با بار منفی دارند و به‌هم نزدیک نمی‌شوند؛ به همین دلیل به‌طور طبیعی ته‌نشین نمی‌شوند و حتی بعد از ساعت‌ها ماند، آب همچنان کدر باقی می‌ماند. اینجاست که سولفات آلومینیوم وارد مدار می‌شود.
وقتی آلوم به آب تزریق می‌شود، یون‌های آلومینیوم (Al³⁺) آزاد می‌شوند. این یون‌ها با یون‌های هیدروکسید واکنش داده و هیدروکسید آلومینیوم (Al(OH)₃) را تشکیل می‌دهند؛ یک ژل سفید، حجیم و چسبنده که مانند یک آهن‌ربای شیمیایی ذرات ریز، مواد آلی و بخشی از فلزات سنگین را در خود جمع می‌کند.
این فرایند شامل دو مرحله اصلی است:
- انعقاد (Coagulation): خنثی‌سازی بار الکتریکی ذرات ریز در اثر تزریق آلوم و اختلاط سریع.
- لخته‌سازی (Flocculation): درهم‌آمیزی آرام ذرات منعقدشده و تشکیل لخته‌های درشت قابل‌ته‌نشینی.
«در فرایند انعقاد لخته‌سازی، آلوم هم ذرات را شیمیایی بی‌بار می‌کند، هم با تولید هیدروکسید آلومینیوم، آن‌ها را فیزیکی به سمت ته‌نشینی هدایت می‌کند.»
منبع: Water Online – Coagulants Used in Water Treatment
واکنش شیمیایی اصلی سولفات آلومینیوم در آب
Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂SO₄
محصول این واکنش یعنی هیدروکسید آلومینیوم، همان لخته‌ی اصلی است که ذرات را در خود به دام می‌اندازد.
همزمان، اسید سولفوریک (H₂SO₄) باعث کاهش pH می‌شود؛ بنابراین قلیائیت آب برای تثبیت pH حیاتی است.
مراحل عملی فرایند لخته‌سازی با آلوم در تصفیه‌خانه‌ها
در یک تصفیه‌خانه استاندارد، فرایند انعقاد–لخته‌سازی با سولفات آلومینیوم معمولاً شامل مراحل زیر است:
- تزریق آلوم در خط: به‌وسیله دوزینگ‌پمپ یا وِنتوری در خط ورودی کانال خام.
- اختلاط سریع (Rapid Mixing): ایجاد اختلاط شدید طی ۲۰ تا ۶۰ ثانیه برای توزیع یکنواخت آلوم و شروع انعقاد.
- لخته‌سازی (Flocculation): ایجاد جریان آرام و چرخشی طی ۱۵ تا ۳۰ دقیقه تا لخته‌های درشت و پایدار شکل بگیرد.
- ته‌نشینی (Sedimentation): جداسازی لخته‌ها و تولید آب زلال.
- فیلتراسیون: حذف لخته‌های ریز باقیمانده و تثبیت نهایی کیفیت آب.
📘 راهنمای طراحی از EPA
بر اساس مستندات EPA Coagulation Guidance، طراحی صحیح واحد اختلاط سریع و لخته‌سازی به‌اندازه انتخاب نوع منعقدکننده اهمیت دارد.
اگر G در اختلاط سریع کم باشد، آلوم خوب پخش نمی‌شود؛ اگر بیش از حد زیاد باشد، لخته‌های اولیه قبل از رشد، شکسته می‌شوند.
تأثیر pH، قلیائیت و دما بر لخته‌سازی با سولفات آلومینیوم
۱. محدوده pH بهینه
سولفات آلومینیوم در بازه‌ی pH برابر با ۶ تا ۷٫۵ در تصفیه آب آشامیدنی، بهترین عملکرد را دارد. در pH خیلی پایین (<۵)، لخته‌ها ضعیف و ژله‌ای می‌شوند و در pH بالا (>۸)، هیدروکسید آلومینیوم به ذرات بسیار ریز و غیرچسبنده تبدیل می‌شود. بر اساس راهنمای Health Canada، حفظ pH در بازه ۶٫۲ تا ۷٫۲ کمک می‌کند آلومینیوم باقیمانده در آب معمولاً زیر ۰٫۱ mg/L باقی بماند.
۲. نقش قلیائیت
آلوم برای انجام واکنش، قلیائیت مصرف می‌کند. معمولاً هر ۱۰ mg/L آلوم، حدود ۵۰–۵۵ mg/L قلیائیت (بر حسب CaCO₃) را می‌تواند تحت‌تأثیر قرار دهد.
در آب‌هایی که قلیائیت کمتر از ۵۰ mg/L است، تزریق آهک، سود کاستیک یا سدیم کربنات برای جلوگیری از افت شدید pH ضروری است.
۳. تأثیر دما
در دماهای پایین (زیر ۱۰ درجه سانتی‌گراد)، سرعت واکنش‌ها و تشکیل لخته کاهش می‌یابد؛ بنابراین معمولاً نیاز به زمان ماند بیشتر در حوضچه‌های لخته‌سازی و گاهی افزایش دوز آلوم وجود دارد.
طراحی واحد اختلاط سریع و لخته‌سازی با آلوم
اختلاط سریع (Rapid Mix)
- زمان ماند معمول: ۲۰ تا ۶۰ ثانیه
- شدت اختلاط (G): حدود ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ s⁻¹
- هدف: پخش یکنواخت آلوم و آغاز فرآیند خنثی‌سازی بار ذرات
لخته‌سازی (Flocculation)
- زمان ماند معمول: ۱۵ تا ۳۰ دقیقه (در ۲ یا ۳ حوضچه متوالی)
- شدت اختلاط (G): ۲۰ تا ۸۰ s⁻¹ (از حوضچه اول به آخر، به‌صورت نزولی)
- Gt توصیه‌شده: ۲۰٬۰۰۰ تا ۸۰٬۰۰۰ s⁻¹·s
🔹 نکته طراحی و بهره برداری
اگر کدورت آب خروجی از ته‌نشینی، در بازه‌های زمانی مختلف نوسان شدید دارد، تنها به دوز آلوم شک نکنید؛ G و زمان ماند لخته‌سازی، pH، قلیائیت و عملکرد پلیمر را هم بررسی کنید. خیلی وقت‌ها مشکل در هیدرولیک حوض است نه در کیفیت آلوم.
تست جار (Jar Test)؛ ابزار اصلی بهینه‌سازی لخته‌سازی با آلوم
برای تعیین دوز بهینه آلوم، هیچ روشی به‌اندازه تست جار مطمئن نیست. در این تست، چند بشر حاوی آب خام با دوزهای متفاوت آلوم و پلیمر آماده می‌شود؛
سپس مراحل زیر اجرا می‌گردد:
- اختلاط سریع ۳۰–۶۰ ثانیه (شبیه Rapid Mix)
- لخته‌سازی آرام ۱۵–۲۰ دقیقه
- ته‌نشینی ۲۰–۳۰ دقیقه
- اندازه‌گیری کدورت، رنگ و در صورت نیاز فسفر باقیمانده
بر اساس مطالعات منتشرشده در ResearchGate – Optimizing Coagulant Dosage بهینه‌سازی دوز آلوم با تست جار می‌تواند:
- مصرف آلوم را تا حدود ۱۵–۲۰٪ کاهش دهد،
- تولید لجن شیمیایی را کم کند،
- و نوسانات کیفیت آب خروجی را به حداقل برساند.
جدول محدوده های طراحی در فرایند لخته‌سازی با سولفات آلومینیوم
| پارامتر | محدوده توصیه‌شده | واحد | توضیح |
|---|---|---|---|
| دوز آلوم در آب آشامیدنی | ۱۰ تا ۴۰ | mg/L | بسته به کدورت و رنگ |
| دوز آلوم در فاضلاب صنعتی | ۵۰ تا ۲۰۰ | mg/L | برای حذف رنگ، TSS و فسفر |
| pH بهینه | ۶٫۰ تا ۷٫۵ | – | در آب آشامیدنی و زلال‌سازی |
| قلیائیت حداقل | > ۶۰ | mg/L (CaCO₃) | برای جلوگیری از افت شدید pH |
| G اختلاط سریع | ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ | s⁻¹ | ۲۰ تا ۶۰ ثانیه |
| G لخته‌سازی | ۲۰ تا ۸۰ | s⁻¹ | ۱۵ تا ۳۰ دقیقه |
| Gt کل لخته‌سازی | ۲۰٬۰۰۰ تا ۸۰٬۰۰۰ | s⁻¹·s | طراحی استاندارد AWWA و EPA |
مشکلات رایج در لخته‌سازی با آلوم و راه‌حل‌ها
- کدورت خروجی بالا: دوز نامناسب آلوم، pH خارج از محدوده، اختلاط ناکافی یا بیش از حد، عملکرد ضعیف پلیمر.
- تشکیل لجن زیاد: دوز بیش از حد آلوم، عدم تنظیم قلیائیت، استفاده از آلوم با خلوص پایین.
- رسوب روی لوله‌ها و تجهیزات: واکنش آلوم در pH نامناسب و تشکیل رسوب هیدروکسید آلومینیوم.
- نوسان شدید کیفیت آب: عدم انجام منظم تست جار، تغییر ناگهانی کیفیت آب خام، یا تنظیم‌نبودن سیستم دوزینگ.
⚙️ نکته عملی برای بهره‌برداران
در بسیاری از تصفیه‌خانه‌ها، مشکل «مصرف بالای آلوم» در واقع مشکل نبود برنامه تست جار منظم است.
پیشنهاد می‌شود پس از هر تغییر محسوس در کدورت یا دبی آب خام، حداقل یک بار تست جار انجام شود و دوز آلوم و پلیمر، دوباره تنظیم شود.
خرید، قیمت و انتخاب گرید مناسب سولفات آلومینیوم برای فرایند لخته‌سازی
برای اینکه فرایند لخته‌سازی با آلوم پایدار و قابل‌اعتماد باشد، انتخاب گرید مناسب سولفات آلومینیوم اهمیت زیادی دارد. در کاربردهای آب آشامیدنی، معمولاً از گریدهای تصفیه‌ای با خلوص ۱۷٪ یا ۱۸٪ Al₂O₃ و میزان پایین آهن و فلزات سنگین استفاده می‌شود. در فاضلاب صنعتی، بسته به هدف (حذف رنگ، فسفر یا TSS)، می‌توان از گریدهای صنعتی اقتصادی‌تر نیز استفاده کرد.
در سایت aluminium-sulfate می‌توانید مشخصات فنی گریدهای مختلف، برگه‌های MSDS، آنالیز شیمیایی و انواع بسته‌بندی (کیسه ۲۵ کیلوگرمی، جامبوبگ یک‌تنی یا محلول فله‌ای) را مشاهده کنید.
🌍 استعلام قیمت و صادرات سولفات آلومینیوم برای تصفیه آب و فاضلاب
سولفات آلومینیوم تولید داخل، به‌دلیل خلوص مناسب و قیمت رقابتی، یکی از گزینه‌های جدی برای پروژه‌های تصفیه آب شهری، صنعتی و صادرات به کشورهای منطقه است.
امکان تأمین گریدهای تصفیه‌ای و صنعتی، در بسته‌بندی‌های متنوع و همراه با مدارک کامل صادراتی (CO، MSDS، آنالیز) فراهم است.
برای دریافت قیمت روز، پیش‌فاکتور رسمی و مشاوره فنی در انتخاب گرید و دوز مناسب، کافی است فرم درخواست زیر را تکمیل کنید:’
سولفات آلومینیوم — از اولین میلی‌گرم در لیتر تا آخرین واحد کدورت؛
هنوز هم یکی از مطمئن‌ترین ابزارهای مهندسان برای کنترل فرایند لخته‌سازی در تصفیه آب و فاضلاب است.