کلروفریک

 

کلروفریک چیست؟

یکی از روشهای متداول در تصفیه آب صنعتی جهت حذف ذرات، رنگ و مواد معلق استفاده از روشهای انعقاد و لخته گذاری می باشد. در واقع انعقادسازی و لخته گذاری فرایندهایی هستند که در آن ذرات بسیار ریز کلوئیدی، عوامل ایجاد کدورت و رنگ به صورت توده هایی باندازه کافی درشت درمی آیند. در این حالت حذف این توده ها به روش های مختلف فیزیکی مثل ته نشینی، فیلتراسیون و یا شناورسازی امکانپذیر می شود. یکی از مهمترین مواد منعقدکننده رایج در تصفیه آب و فاضلاب، کلروفریک است.

کلروفریک یا کلرید فریک یا کلرید آهن سه ظرفیتی با فرمول شیمیایی FeCl₃ یکی از مهمترین و پرمصرف ترین منعقدکننده هاست که در محدوده وسیعی از pH می تواند فعالیت داشته باشد. این ترکیب در آب قابلیت انحلال‌پذیری دارد و بعد از ترکیب با آن خاصیت اسیدی محیط افزایش پیدا می کند. انحلال کلروفریک در آب یک واکنش گرمازا می باشد. این ماده شیمیایی به دو شکل کلروفریک مایع و کلروفریک جامد وجود دارد.

 

کلروفریک پودری

کلروفریک جامد به شکل پودر خشک با فرمول مولکولی FeCl₃ و جاذب رطوبت می باشد. این ماده شیمیایی به صورت محلول در غلظت‌ های بالا با شش مولکول آب به شکل کریستال نارنجی یا زرد رنگ با فرمول ملکولی FeCl₃.6H₂O تبدیل می شود که دارای ۶۰ درصد جرمی کلرید آهن III می باشد. کلروفریک پودری فاقد آب است و قدرت جذب رطوبت بسیار بالایی دارد. رنگ این ترکیب در حالت پودری قهوه ای است و در صورت جذب رطوبت به نارنجی تبدیل می شود. درجه خلوص این ترکیب ۹۶ درصد می باشد. کلروفریک جامد یا بی آب یک بلور جامد با نقطه ذوب 307.6 درجه سانتیگراد است. رنگ آن بسته به انعکاس نور،  به دو صورت سبز تیره یا قرمز مایل به بنفش دیده می شود.

 

کلروفریک مایع

کلروفریک مایع به شکل ظاهری محلول شفاف به رنگ قهوه ای تیره می باشد. این ماده دارای درجه خلوص بین ۳۵ الی ۴۵ درصد می باشد. کلرفریک مایع 40 درصد به شکل ظاهری محلول شفاف به رنگ قهوه ای تیره می باشد. در صنعت هر دو شکل کلروفریک جامد و هم کلروفریک مایع کاربرد دارند.

 

ویژگیهای کلروفریک

• کلروفریک یک ماده غیر قابل اشتعال می باشد.
• نقطه جوش کلرید فریک حدود 316 درجه سانتی گراد می باشد.
• دانسیته کلرید فریک 2.9 گرم بر سانتی متر مکعب است.
• محلول آبی کلروفریک به رنگ قهوه ای و دارای بوی اسیدی مانند هیدروکلریک اسید می باشد.
• کلروفریک دارای خاصیت خورندگی است.

 

مکانیسم انعقاد Coagulation و لخته سازی Flocculation

ذرات بسیار ریز و یا کلوئیدی که دارای ابعادی حتی کمتر از میکرون هم هستند، معمولا در آب دارای بار الکتریکی منفی هستند. بارهای همنام ذرات باعث می شوند که این ذرات تمایلی به جمع شدن کنار یکدیگر نداشته باشند که اصطلاحا می گویند ذرات پایدار هستند. بنابراین جمع کردن این ذرات کنار یکدیگر، مستلزم حذف یا کاهش بار الکتریکی این ذرات تا حدی است که در اثر برخورد با یکدیگر، نیروهای جاذبه بین ذرات بر نیروهای دافعه الکتریکی ناشی از بارهای همنام فائق آیند. در آن صورت اصطلاحا می گویند ذرات ناپایدار شده اند.

فرایند ناپایدار کردن ذرات در اثر حذف یا کاهش دافعه الکتریکی و در نتیجه درشت شدن ذرات را انعقاد سازی Coagulation گویند. درشت تر شدن ذرات با جمع شدن دو یا چند ذره در کنار یکدیگر (در اثر حذف یا کاهش دافعه الکتریکی) که منجر به اجتماع ذرات می شود را لخته سازیFlocculation  گویند. موادی که باعث ناپایدار شدن کلوییدها می شوند منعقد کننده نام دارند. منعقدکننده هایی مانند کلروفریک و پلی آلومینیوم کلراید  PAC با ناپایدار کردن و کاهش بار الکتریکی ذرات دافعه بین آنها را کاهش داده باعث ایجاد ذرات درشت تر و کمک به ته نشینی می شوند. در بسیاری کتب و متون علمی بین انعقاد و لخته گذاری تفاوتی قائل نمی شوند و بطور کلی اجتماع ذرات ریز در اثر تزریق و اختلاط مواد شیمیایی را انعقاد و لخته سازی می گویند.

 

عوامل موثر در انعقاد و لخته سازی

• غلظت کل مواد معلق در آب (کدریت)
• قلیائیت آب مورد نظر
• PH محیط

به طور کلی هرچه کدریت و قلیائیت آب بیشتر باشد، انعقاد سازی راحت تر صورت می گیرد. این فرایند منجر به حذف کدورت ناشی از مواد کلوئیدی و حذف برخی از میکروارگانیسم ها نظیر ویروسها و باکتری ها می گردد. به طوری که حدود 95 درصد ذرات معلق و 60 درصد از مقدار BOD در فرایند تصفیه فاضلاب کم می شود.

 

دسته بندی عملکرد مواد منعقد کننده

مواد شیمیایی که در فرایند انعقاد نقش دارند را می توان در سه دسته طبقه بندی کرد. اول مواد شیمیایی که از طریق خنثی کردن بار الکتریکی کلوئیدها در ناپایدارسازی آنها مؤثر هستند. این مواد شیمیایی منعقد کننده ها هستند. دسته ای دیگر موادی هستند که باعث سنگین تر شدن و ته نشینی سریع تر کلوئیدهای ناپایدار می شوند که کمک منعقد کننده نام دارند. یکی از مهمترین مواد کمک منعقد کننده پلی الکترولیت ها هستند. شناخته شده ترین پلی الکترولیت ، پلی اکریل آمید PAM است. دسته سوم مواد شیمیایی هستند که با آماده سازی pH محیط باعث مؤثرتر شدن ناپایداری کلوئیدها می شوند.

 

عوامل مؤثر در انتخاب منعقد کننده

فاکتورهای زیادی هستند که باید برای انتخاب منعقد کننده مناسب در تصفیه آب صنعتی در نظر گرفت. قدرت بالای انعقاد، مقرون به صرفه بودن از لحاظ اقتصادی و باقی نگداشتن باقیمانده خطرناک و سمی در آب از جمله این عوامل هستند. همچنین باید به دمای آب مورد نظر توجه داشت. با توجه به دمای آب در فصول مختلف، ماده منعقد کننده موثر متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال یکی از ویژگیهای مهم کلروفریک قابلیت انعقاد سازی آن در دمای پایین می باشد.

 

مزایای کلروفریک

• کلرید فریک در مدت زمان کمتری می تواند، لخته های درشت تری ایجاد کند.
• کلراید آهن III در آب سرد هم قدرت انعقادسازی دارد.
• کلرید آهن سه ظرفیتی در فاضلاب ها می تواند حدود 90 درصد فسفات ها را کاهش دهد.
• کلرید فریک در فرایند ته نشینی ذرات، سریع عمل می کند.
• کلروفریک FeCl3 قیمت مناسب دارد و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است.

 

کاربردهای کلروفریک منعقد کننده در تصفیه آب و فاضلاب

در تصفیه آب آشامیدنی از کلروفریک به عنوان منعقد کننده در فرایند انعقاد و لخته سازی جهت کم کردن کدورت و کاهش رنگ آب استفاده می شود. همچنین کلروفریک مایع یا کلروفریک جامد در تصفیه فاضلاب به عنوان منعقد کننده جهت انواع فاضلاب صنعتی جهت کمک کردن به روش فیلتراسیون و حذف فلزات سنگین مانند آرسنیک کاربرد دارد. از دیگر کاربردهای آن می توان به حذف بو از آب و فاضلاب اشاره کرد. کلروفریک در حذف بوی نامطبوع H2S مؤثر واقع می شود. همچنین کلروفریک 40 درصد در تغلیظ و آبگیری لجن کاربرد زیادی دارد.

 

تولید کلروفریک منعقد کننده

کلروفریک به مقدار بسیار کم و محدود در طبیعت وجود دارد. لذا با توجه به مصرف بسیار گسترده و زیاد آن در صنایع مختلف، تولید عمده آن به صورت مصنوعی و از طریق واکنش‌های شیمیایی انجام می شود. بدین ترتیب که کلر خشک با آهن قراضه در دمای 700 تا 800 درجه سانتیگراد  ترکیب و در نتیجه آن کلروفریک تولید می شود. به دلیل فراوانی و سهولت تولید، قیمت کلروفریک مناسب و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است. این ماده به شکل کلروفریک مایع 40 درصد و کلروفریک جامد در بازار عرضه می گردد. کلروفریک 40 درصد یکی از رایج ترین شکل های این ماده شیمیایی است. فروش کلروفریک منعقد کننده به صورت مایع و جامد انجام می گردد.

 

دیگر کاربردها و ویژگی‌ها

کلروفریک علاوه بر آنکه در تصفیه آب و فاضلاب دارای کاربرد و دامنه عملکرد وسیعی می باشد، در بسیاری صنایع دیگر نیز استفاده می شود :

• آزمایشگاهی : به عنوان کاتالیست و اسید لوییس جهت واکنش هایی مثل فریدل-کرافت آروماتیک ها و کلرزنی ترکیبات آروماتیک
• صنایع آرایشی بهداشتی : به عنوان ماده اولیه
• صنایع دارویی : تهیه و تولید داروهای منعقدکننده خون
• صنعت رنگ سازی و تولید چسب های صنعتی
• صنایع کشاورزی : تهیه و تولید کودهای گیاهی
• صنایع کشتارگاهی : کلرو فریک جهت لخته نمودن خون در کشتارگاه‌ها
• صنعت چاپ و تولید کاغذ
• صنایع شیشه و سرامیک