هل فكرت يوماً في كيفية تصبح مياه الصرف الصحي الغامضة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي واضحة؟ كيف تحول محطة المياه الطين والمياه في النهر إلى مياه صالحة للشرب؟التكنولوجيا الرئيسية هنا هي تفاعل التدفقاليوم، دعونا نتحدث بلغة بسيطة عن كيفية هذه الجسيمات الصغيرة غير المرئية طاعة "مسك اليدين" والاستقرار!
دعونا نفهم أولاً: كيف تبدو الأشياء القذرة في الماء؟
المياه التي نراها في حياتنا اليومية تحتوي على العديد من الأشياء الصغيرة الخبيثة:
-المواد الصلبة المعلقة: الرواسب المرئية وحطام الأوراق، كبيرة الحجم والتي يمكن إيقافها بالمرشح.
الجسيمات الكولويدية: قطرها ما بين نانومتر و ميكرومتر، أصغر من البكتيريا، غير مرئية للعين المجردة، ومتمردة بشكل خاص - تحمل شحنات سلبية،يرفضون بعضهم البعضو يرفضون التجمع معاً
جوهر تفاعل التدفق هو حل مشكلة "العناد" للجسيمات الكولويدية!
ثلاث "حركات قاتلة" رئيسية للتدفق: ضغط الطبقة المزدوجة، محايدة الامتصاص، وتأثير الجسر
1طبقة مزدوجة مضغوطة: إزالة "غطاء الحماية" للجسيمات
لماذا لا تتجمع الجسيمات الكولويدية معاً؟ لأنها تحمل شحنة سلبية على سطحهاويحيط بها "درع إلكتروني" (طبقة مزدوجة)في هذه المرحلة، نحتاج إلى دعوة "جيش" الكاتيونات في المادة المتدلية، مثل أملاح الألومنيوم (كبريت الألومنيوم، كلوريد البولي الألومنيوم) وأملاح الحديد (كلوريد الحديد).
بمجرد أن تدخل هذه الكاتيونات الماء، فإنها تتصرف كجماعة من المتخلّطين المهرة، تحيّد بجنون الشحنات السلبية على السطح الكولويدي.عندما يتم تحييد الشحنة السلبية بمستوى مماثل، يتم ضغط الطبقة المزدوجة لتصبح رقيقة أكثر فأكثر، وتختفي القوة الرافضة بين الجسيمات، تقترب تدريجيا.
2محايدة الامتصاص: تطبيق شريط مزدوج الجانب على الجسيمات
بعض المكوثات أكثر ذكاءً، لأنها لا تحيد الشحنات فحسب بل لديها أيضاً "التلصق" الخاص بها. على سبيل المثال،فلوكولنتات البوليمر لها شحنة إيجابية في نهاية واحدة وسلسلة كربونية طويلة في الطرف الآخرتنتهى السلسلة الكربونية مثل شريط مزدوج الجانبينلصق جسيمات أخرى معاً.
تخيل مجموعة من الأطفال يرتدون " القبعات السلبية " و يكرهون بعضهم البعضشخص ما علّق عليهم "ملصقات إيجابية" و التقطوا أيديهم بينما كانوا يرقصون في دوائر - هذا هو التأثير السحري لاستيعاب الكهرباء وتحييدها!
3وظيفة بناء الجسور: "الخبير الاجتماعي" في عالم الجسيمات
فلوكولنتات البوليمر لديها أيضاً تأثير أكثر قوة في بناء الجسر. سلاسل الكربون الخاصة بهم طويلة بشكل خاص ويمكنها امتصاص العديد من الجسيمات الكولويدية في وقت واحد.مثل استخدام الحبال لخيط الحبات المتناثرة في سوار.
سلسلة البوليمر يمكن أن تحتوي في نفس الوقت على عشرات أو حتى عشرات الجسيمات، وتنسجها إلى أجزاء كبيرة.في نهاية المطاف تصبح ثقيلة لدرجة أنها لا يمكن حتى دعم تدفق المياه ويمكن فقط الغرق طاعة.
"النص" الكامل لتفاعل التجفيف: من الميكرو إلى الميكرو
مرحلة الخلط السريع: دعوا المنتج "يركض"
عند صب المادة في الماء، يجب استخدام تحريك قوي لتفريق العامل بسرعة.يجب أن تخلطها بسرعة لكي تجعل كل قطرة من الماء تلتصق بالعصير السحريهذه العملية عادة ما تستغرق بضع عشرات من الثواني فقط، بهدف السماح للأيونات المتدفقة بالاتصال بالكامل بالجسيمات الكولويدية.
مرحلة الخلط البطيئة: السماح للجسيمات بـ "التجميع والنمو"
عندما تكون الشحنة محايدة تقريباً، عليك أن تقلل من سرعة التحريك وتدخل "الوضع اللطيف".و تحت تأثير الجسر من البوليمرات، فإنها تنمو تدريجيا من جزيئات صغيرة من بضعة ميكرومترات إلى مجموعات كبيرة من عدة مئات من الميكرومترات. هذه العملية قد تستمر لمدة 15-30 دقيقة، مثل لفة كرة الثلج،مع تجمعات تصبح أكبر وأكبر كما أنها تدور.
مرحلة هطول الأمطار: دعوا القطعان "تستلقي وتستريح"
عندما تكون الفراغات كبيرة بما فيه الكفاية، فإنها تدخل الخطوة الأخيرة - هطول الأمطار. خفض سرعة تدفق المياه إلى الحد الأدنى والسماح للفراغات أن تغرق إلى قاع الماء بسبب الجاذبية.في هذه المرحلة، تصبح الطبقة العليا من الماء واضحة وشفافة، في حين يمكن تنظيف الطحالب السفلية (المعروفة أيضًا باسم "الوحل") بانتظام.
"السر الصغير" في التطبيقات العملية
إختيار المادة المناسبة يمكن أن يحقق ضعف النتيجة بنصف الجهد
فالمياه ذات الجودة المختلفة تتطلب مواد تجميد مختلفة:
- مياه الصرف الصحي المنزلية: الكلوريد البولي الألومنيوم (PAC) المستخدم بشكل شائع ، رخيص وفعال.
- مياه الصرف الصناعي: قد تتطلب استخدام بوليا أكريلاميد الكاتيني (CPAM) لمعالجة الملوثات المعقدة على وجه التحديد.
- معالجة مياه الشرب: إيلاء المزيد من الاهتمام للسلامة واختيار المواد الغذائية.
درجة حرارة المياه وقيمة الـ pH كلاهما "رؤساء كبار"
درجة حرارة المياه: الماء البارد جداً سيبطئ تفاعل التدفق، تماماً كما يجف الغراء ببطء في فصل الشتاء.
-قيمة الحموضة: يمكن أن تؤثر الحموضة أو القليّة القوية على فعالية المكوّمات. على سبيل المثال، تمتلك أملاح الألومنيوم أفضل تأثير عند درجة الحموضة 5-7.في حين أن أملاح الحديد مناسبة للبيئات ذات الحموضة 7-9.
سرعة الخلط: لا سريعة جدا ولا بطيئة جدا
تتطلب مرحلة الخلط السريع خليطًا "سريعًا ودقيقًا وحساسًا" ، ولكن إذا تم تطبيق قوة كبيرة جدًا أثناء الخلط البطيء ، فقد يتم تشتيت الطحالب التي تتشكل في النهاية ،وكل الجهود السابقة قد تكون عبثية!
الاتجاه المستقبلي: تكنولوجيا التجفيف الأكثر صديقة للبيئة والذكاء
الآن العلماء يدرسون التخثرات الخضراء، مثل استخدام الكيتوزان المستخرج من النباتات الطبيعية بدلا من العوامل الكيميائية؛هناك أيضا نظام التحكم الذكي الذي يضبط تلقائيًا جرعة المواد الزهرية من خلال مراقبة جودة المياه في الوقت الحقيقيربما يوماً ما، حتى جهاز تنقية المياه في المنزل يمكنه استخدام هذه التقنيات السوداء لجعلنا نشرب مياه أكثر نظافة!
في المرة القادمة التي ترى فيها مياه واضحة، ستعرف كم من "قصص اجتماعية للجسيمات الصغيرة" مخفية بداخلها!تفاعل التدفق مثل "أداء سحري" في العالم المجهريحراسة سلامة المياه
