مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تنظیم pH در تصفیه آب و فاضلاب: روش‌ها

۱. اهمیت تنظیم pH

• بهینه‌سازی فرآیندها:

  • انعقاد و لخته‌سازی (بهینه در pH ۶–۸ برای آلوم).

  • گندزدایی (کلر در pH < ۸ مؤثرتر است).

• جلوگیری از خوردگی: حفظ pH نزدیک خنثی (۷–۸.۵) برای کاهش خوردگی لوله‌ها.

• حذف فلزات سنگین: رسوب‌دهی فلزات (مانند آهن و منگنز) در pH خاص.

۲. روش‌های تنظیم pH

الف. افزایش pH (قلیایی‌سازی)

• مواد شیمیایی:

  • آهک (CaO یا Ca(OH)₂): ارزان، اما تولید لجن زیاد.

  • سود سوزآور (NaOH): گران‌تر، اما محلول‌پذیری بالا.

  • کربنات سدیم (Na₂CO₃): مناسب برای سیستم‌های با قلیاییت کم.

• واکنش شیمیایی:

  CaO + H₂O → Ca(OH)₂  
  Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O  

ب. کاهش pH (اسیدی‌سازی)

• مواد شیمیایی:

  • اسید سولفوریک (H₂SO₄): رایج، اما خطر خوردگی بالا.

  • اسید هیدروکلریک (HCl): سریع‌العمل، اما انتشار گاز سمی.

  • CO₂ تزریقی: ایمن‌تر، مناسب برای سیستم‌های حساس.

• واکنش شیمیایی:

  H₂SO₄ + 2HCO₃⁻ → 2CO₂ + 2H₂O + SO₄²⁻  

۳. محاسبات و فرمول‌های کلیدی

الف. محاسبه دوز مواد شیمیایی

• فرمول پایه:

  دوز (mg/L) = (ΔpH × قلیاییت (mg/L CaCO₃)) / (وزن معادل ماده × خلوص ماده)  

• مثال:

  • برای کاهش pH از ۹ به ۷ با اسید سولفوریک (H₂SO₄، خلوص ۹۸%):

    • قلیاییت آب = ۱۵۰ mg/L CaCO₃

    • وزن معادل H₂SO₄ = ۴۹ g/mol

    • دوز ≈ (۲ × ۱۵۰) / (۴۹ × ۰.۹۸) ≈ ۶.۲ mg/L

ب. اصلاح قلیاییت

• رابطه قلیاییت و pH:

  قلیاییت = [HCO₃⁻] + 2[CO₃²⁻] + [OH⁻] - [H⁺]  

۴. طراحی سیستم‌های تنظیم pH

• انتخاب ماده شیمیایی:

  • هزینه: آهک ارزان‌تر از سود سوزآور.

  • ایمنی: CO₂ ایمن‌تر از اسیدهای معدنی.

  • لجن: آهک لجن بیشتری تولید می‌کند.

• تجهیزات:

  • مخازن ذخیره: ضد خوردگی (فایبرگلاس یا استیل ضدزنگ).

  • سیستم تزریق: پمپ‌های دوزینگ با کنترلر pH.

  • میکسرها: اختلاط سریع برای جلوگیری از لکه‌گیری (Channeling).

۵. مقایسه مواد شیمیایی

ماده مزایا معایب کاربرد

آهک ارزان ، در دسترس لجن زیاد، رسوب‌گیری فاضلاب‌های صنعتی

NaOH واکنش سریع، لجن کم گران، خطرناک سیستم‌های کوچک

CO₂ایمن، بدون لجن هزینه بالای تجهیزات آب شرب و استخرها

H₂SO₄ مؤثر، ارزان خوردگی، خطر انفجار صنایع شیمیایی

۶. مراحل اجرا

۱. آزمایش آب: اندازه‌گیری pH اولیه، قلیاییت، و دما.
۲. انتخاب ماده: بر اساس هزینه، ایمنی، و کارایی.
۳. محاسبه دوز: با استفاده از آزمون‌های جارتست یا فرمول‌های شیمیایی.
۴. تزریق ماده: استفاده از پمپ‌های دوزینگ با کنترلر اتوماتیک.
۵. میکس و ماند: اطمینان از اختلاط کامل (حداقل ۱–۲ دقیقه).
۶. پایش مداوم: سنسورهای pH آنلاین و تصحیح دوز.

۷. چالش‌های رایج

• تغییرات ناگهانی کیفیت آب: نیاز به سیستم‌های کنترل تطبیقی.

• خوردگی تجهیزات: استفاده از مواد مقاوم در برابر اسید/باز.

• مدیریت لجن: بهینه‌سازی دوز برای کاهش تولید لجن.

۸. پیشرفت‌های نوین

• سیستم‌های هوشمند: کنترلرهای PID با قابلیت یادگیری ماشین.

• نانوذرات: استفاده از نانوذرات اکسید فلزی برای تنظیم pH و حذف آلاینده‌ها.

• مواد دوست دار محیط زیست: جایگزینی CO₂ به جای اسیدهای قوی.

۹. مثال طراحی

شرایط:

• دبی آب: ۱۰۰۰ m³/day

• pH اولیه: ۹ → pH هدف: ۷

• ماده انتخابی: CO₂ (با خلوص ۹۹%)

محاسبات:

• دوز CO₂ ≈ ۲ mg/L (بر اساس آزمون جارتست)

• مقدار کل CO₂ مورد نیاز: m³/day ۱۰۰۰ × ۲ mg/L = ۲ kg/day

تجهیزات:

• مخزن ذخیره CO₂ تحت فشار.

• پمپ دوزینگ با دقت ±۰.۱ pH.

۱۰. نتیجه‌گیری

تنظیم pH یکی از مراحل حیاتی در تصفیه آب و فاضلاب است که به دقت بالا در محاسبات، انتخاب مواد شیمیایی، و طراحی سیستم نیاز دارد. استفاده از کنترلرهای خودکار و مواد سازگار با محیط زیست می‌تواند راندمان و پایداری فرآیند را افزایش دهد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب