محاسبات انعقاد/لخته سازی

هدف، واقعگرایانه

در این بخش نحوه انجام محاسبات زیر مربوط به انعقاد/لخته سازی را یاد خواهیم گرفت:

• دوز پلیمر، پوند در روز
• دوز پلیمر، میلی گرم در لیتر
• درصد غلظت پلیمر، %
• رقیق سازی پلیمری

 

محاسبات

عملکرد صحیح فرآیندهای واحد لخته سازی و انعقاد مستلزم محاسباتی برای تعیین دوز پلیمر، درصد غلظت و رقت است.

 

ابتدا، بیایید نحوه انجام محاسبات اولیه ای را که ممکن است به آن نیاز داشته باشید، خلاصه کنیم.

 

حجم اتاق و حوضه

فرآیندهای انعقاد و لخته سازی در داخل یک محفظه یا حوضه اتفاق می افتد، بنابراین برای اپراتور مهم است که بتواند حجم آن حوضه را تعیین کند. برای تعیین حجم یک محفظه یا حوضچه مربع یا مستطیل از رابطه زیر استفاده کنید:

حجم، فوت ³ = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت

یا

حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x 7.48 گال/فوت ³

 

 

مثال:

یک حوضچه لخته سازی 50 فوت طول و 22 فوت عرض دارد و حاوی آب تا عمق 11 فوت و 6 اینچ است. چند گالن آب در مخزن وجود دارد؟

ابتدا 6 در قسمت اندازه گیری عمق را به فوت تبدیل کنید:

اساساً 6 ÷ 12 = 0.5 فوت است. بنابراین 11 فوت، 6 اینچ = 11.5 فوت.

 

اکنون می توانید حجم حوضه را محاسبه کنید:

حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x 7.48 گال/فوت ³

حجم، گال = 50 فوت x 22 فوت x 11.5 فوت x 7.48 گال/فوت ³

حجم، gal = 94622 gal

 

 

 

زمان بازداشت

از آنجایی که واکنش‌های انعقادی سریع هستند، زمان نگه‌داری برای میکسرهای فلاش بر حسب ثانیه اندازه‌گیری می‌شود، در حالی که زمان نگهداری حوضه‌های لخته‌سازی معمولاً بین 5 تا 30 دقیقه است. قبل از اینکه بتوانید زمان بازداشت را تعیین کنید، باید قبلاً حجم اتاق یا حوضچه را بشناسید. زمان بازداشت را می توان با معادله زیر تعیین کرد. واحدها باید سازگار باشند:

 

 

مثال 1:

یک محفظه مخلوط فلاش به طول 6 فوت در عرض 4 فوت با آب تا عمق 3 فوت است. اگر جریان به محفظه مخلوط فلاش 6 MGD باشد، زمان نگهداری محفظه بر حسب ثانیه چقدر است (با فرض اینکه جریان ثابت و پیوسته باشد. )؟

ابتدا نرخ جریان را از gpd به gps تبدیل کنید تا واحدهای زمانی مطابقت داشته باشند:

ببینید چگونه با تبدیل‌ها ادامه می‌دهید تا زمانی که واحدهای مورد نظرتان باقی بماند: گالن و ثانیه.

 

برای محاسبه زمان بازداشت، باید حجم محفظه میکس فلاش را نیز بدانید:

حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x 7.48 گال/فوت ³

حجم، gal = 6 فوت x 4 فوت x 3 فوت x 7.48 گال/فوت ³

حجم، gal = 538.56 gal

 

اکنون می توانید زمان بازداشت را تعیین کنید:

این بدان معناست که محلول منعقد کننده و آب قبل از حرکت به فرآیند انعقاد/لخته‌سازی، 7.8 ثانیه در محفظه مخلوط فلاش باقی می‌مانند، اگر سرعت جریان 6 MGD باشد.

 

 

مثال 2:

جریان به یک حوضه لخته سازی با طول 50 فوت در عرض 12 فوت و عمق 10 فوت 2100 گرم در دقیقه است. مدت زمان نگهداری در مخزن چقدر است (بر حسب دقیقه)؟

ابتدا حجم حوضه را تعیین کنید:

حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x 7.48 گال/فوت ³

حجم، گال = 50 فوت x 12 فوت x 10 فوت x 7.48 گال/فوت ³

حجم، gal = 44880 gal

 

اکنون زمان بازداشت را تعیین کنید:

 

بنابراین هنگامی که محلول آب به حوضه لخته سازی می رسد، اگر سرعت جریان به حوضه 2100 گرم در دقیقه باشد، 21.4 دقیقه در آنجا می ماند.

 

 

تبدیلات افزودنی شیمیایی

یکی از مهمترین وظایفی که شما به عنوان یک اپراتور باید انجام دهید، افزودن مواد شیمیایی مختلف به فرآیندهای واحد است. در اینجا نحوه محاسبه مقدار مورد نیاز مواد شیمیایی را نشان خواهیم داد.

 

 

مقدار مورد نیاز مواد شیمیایی

با فرمول زیر می توانید مقدار ماده شیمیایی مورد نیاز برای یک ماده فعال را تعیین کنید:

شیمیایی، پوند در روز = دوز مورد نیاز، mg/L x جریان، MGD x 8.34 پوند/MG/mg/L

 

مثال:

آزمایش شیشه آزمایشگاهی دوز مورد نیاز 4.8 میلی گرم در لیتر کلرید آهن را نشان می دهد. نرخ جریان 4.25 MGD است. روزانه چند پوند کلرید آهن مورد نیاز است؟

شیمیایی، پوند در روز = دوز مورد نیاز، mg/L x جریان، MGD x 8.34 پوند/MG/mg/L

شیمیایی، پوند در روز = 4.8 mg/L x 4.25 MGD x 8.34 پوند/MG/mg/L

شیمیایی، پوند در روز = 170.14 پوند در روز

 

 

از آنجایی که مواد شیمیایی با قدرت صنعتی معمولاً کمتر از 100٪ ماده فعال هستند، مقدار ماده شیمیایی باید برای جبران اجزای غیرفعال با استفاده از فرمول زیر تنظیم شود:

 

مثال:

برای دستیابی به حذف مطلوب فسفر، 192 پوند کلرید آهن باید به جریان روزانه اضافه شود. محلول خوراک 55% کلرید آهن است. چند پوند محلول خوراک مورد نیاز خواهد بود؟

 

 

اگر از قبل دوز را بر حسب پوند در روز نمی دانید، باید آن را محاسبه کنید. این را می توان با فرمول انجام داد:

پوند/روز = جریان، gpd x دوز، % x 8.34 پوند/گال x وزن مخصوص

 

مثال:

اگر پمپ تغذیه 300 گرم در روز از محلول 5 درصد را تحویل دهد، پلیمر تحویل شده را بر حسب پوند در روز محاسبه کنید. وزن مخصوص محلول 1.03 است.

پوند در روز = 300 گرم در روز x 0.05 × 8.34 پوند بر گرم x 1.03

پوند در روز = 129 پوند در روز

 

polyacrylamide msds

اگر جریان و پوند ماده شیمیایی تحویلی در روز را بدانید، اما دوز واقعی میلی گرم در لیتر مورد نیاز را بدانید. شما می توانید با دستکاری فرمول lb/day آن را تعیین کنید:

پوند در روز = جریان، MGD x دوز، mg/L x 8.34 پوند در گال

از آنجایی که می خواهید دوز را بر حسب میلی گرم در لیتر حل کنید، برای حل آن به یک طرف نیاز دارید. برای انجام این کار باید هر دو طرف را بر «جریان، MGD x 8.34 پوند/گال» تقسیم کنید. با این کار آن را در سمت راست لغو کرده و به سمت چپ منتقل می‌کنید. فرمول اکنون تبدیل می شود:

 

مثال:

دوز واقعی آلوم را بر حسب میلی گرم در لیتر برای گیاهی که جریان 5 MGD را با نرخ خوراک زاج 250 پوند در روز درمان می کند، محاسبه کنید.

پوند در روز = جریان، MGD x دوز، mg/L x 8.34 پوند در گال

شما آن را به صورت زیر وارد ماشین حساب می کنید:

250 ÷ (5 x 8.34) *پرانتز ( ) را فراموش نکنید!

 

 

تعیین تنظیمات فیدر شیمیایی

هنگامی که اپراتورها بهترین دوز منعقد کننده را برای شرایط کیفی آب خام فعلی بر اساس آزمایش های شیشه و سایر داده های آزمایشگاهی تعیین می کنند، باید بتوانند فیدرهای شیمیایی را برای اعمال مقدار مناسب منعقد کننده تنظیم کنند. به عنوان بخشی از روال، یک اپراتور باید با تهیه محلول از مواد شیمیایی خشک و برای آزمایش شیشه سروکار داشته باشد.

 

 

تعیین تنظیم فیدر شیمیایی خشک (پوند در روز)

هنگام افزودن (دوز) مواد شیمیایی به جریان آب، مقدار اندازه گیری شده از مواد شیمیایی مورد نیاز است که معمولاً از رویه آزمایش شیشه تعیین می شود. مقدار ماده شیمیایی مورد نیاز به عواملی مانند نوع ماده شیمیایی مورد استفاده، دلیل دوز و سرعت جریان تحت درمان بستگی دارد. برای تبدیل mg/L به پوند در روز از معادله زیر استفاده می شود:

مواد شیمیایی اضافه شده (تنظیم)، پوند در روز = شیمیایی، میلی گرم در لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند در گال

 

 

مثال:

آزمایشات شیشه ای نشان می دهد که بهترین دوز آلوم برای آب 8 میلی گرم در لیتر است. اگر جریانی که باید تصفیه شود 2,100,000 گرم در روز باشد، ته نشین شدن پوند در روز روی فیدر آلوم خشک چقدر باید باشد؟

ابتدا باید جریان را از gpd به MGD تبدیل کنید:

 

اکنون می توانید تنظیمات فیدر را تعیین کنید:

تنظیم شیمیایی، پوند در روز = شیمیایی، میلی گرم در لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند در گال

تنظیم شیمیایی، پوند در روز = 8 میلی گرم در لیتر x 2.1 MGD x 8.34 پوند بر گرم

تنظیم شیمیایی، پوند در روز = 140 پوند در روز

 

 

 

تعیین تنظیم فیدر محلول شیمیایی (gpd)

هنگامی که غلظت محلول به صورت پوند ماده شیمیایی در هر گالن محلول بیان می شود، نرخ خوراک مورد نیاز را می توان با شروع با همان فرمولی که برای تنظیم فیدر خشک استفاده کردیم تعیین کرد:

شیمیایی، پوند در روز = شیمیایی، میلی گرم در لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند در گال

 

اکنون پوند/روز ماده شیمیایی خشکی را که محاسبه کردیم به محلول gpd تبدیل کنید:

 

 

مثال:

آزمایشات شیشه ای نشان می دهد که بهترین دوز آلوم برای آب 7 میلی گرم در لیتر است. جریانی که باید درمان شود 1.52 MGD است. اگر زاج مایع حاوی 5.36 پوند زاج در هر گالن محلول باشد، تنظیم gpd را برای فیدر محلول آلوم تعیین کنید.

ابتدا پوند در روز زاج خشک مورد نیاز را با استفاده از فرمول mg/L تا lb/day محاسبه کنید:

زاج خشک، پوند/روز = شیمیایی، میلی گرم/لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند/گال

زاج خشک، پوند در روز = 7 میلی گرم در لیتر x 1.52 MGD x 8.34 پوند بر گرم

زاج خشک، پوند در روز = 89 پوند در روز

 

اکنون که به چند پوند زاج خشک در روز نیاز دارید، زمان محاسبه گالن در روز (gpd) محلول مورد نیاز است:

 

شما باید فیدر محلول آلوم مایع را روی 16.6 gpd تنظیم کنید تا به جریان گیاه دوز مناسبی از مواد شیمیایی مورد نیاز برای انعقاد/لخته سازی بدهید.

 

 

 

تعیین تنظیم فیدر محلول شیمیایی (mL/min)

برخی از فیدرهای محلول شیمیایی مواد شیمیایی را به صورت میلی لیتر در دقیقه (میلی لیتر در دقیقه) توزیع می کنند. برای محاسبه mL/min محلول مورد نیاز، از معادله زیر استفاده کنید:

 

 

مثال:

نرخ خوراک محلول مورد نظر 9 gpd محاسبه شد. این نرخ خوراک به صورت میلی لیتر در دقیقه چقدر است؟

 

 

گاهی اوقات شما نیاز دارید که نرخ خوراک محلول را بر حسب میلی لیتر در دقیقه بدانید، اما نرخ خوراک محلول gpd را نمی دانید. اگر چنین است، ابتدا باید نرخ خوراک محلول gpd را با استفاده از معادله زیر محاسبه کنید:

 

 

مثال:

آزمایشات شیشه ای نشان می دهد که بهترین دوز آلوم برای آب 7 میلی گرم در لیتر است. جریانی که باید درمان شود 1.52 MGD است. اگر زاج مایع حاوی 5.36 پوند زاج در هر گالن محلول باشد، تنظیم میلی لیتر در دقیقه را برای فیدر محلول آلوم تعیین کنید.

 

همانطور که می بینید فرمول بالا اساساً ترکیبی از فرمول فیدر خشک زاج و فیدر محلول مایع است.

اکنون که نرخ خوراک gpd را می دانید، می توانید نرخ خوراک را بر حسب میلی لیتر در دقیقه تعیین کنید:

 

 

 

تعیین درصد راه حل ها

قدرت یک محلول اندازه گیری مقدار املاح شیمیایی حل شده در محلول است. برای تعیین درصد قدرت یک محلول از معادله زیر استفاده می کنیم:

 

 

مثال 1:

اگر در مجموع 10 اونس. پلیمر خشک به 15 گال آب اضافه می شود، درصد استحکام (به وزن) محلول پلیمری چقدر است؟

قبل از محاسبه درصد استحکام، اونس پلیمر باید به پوند پلیمر تبدیل شود:

هنگام انجام تبدیل هایی مانند مورد بالا، به یاد داشته باشید که می توانید آن را به عنوان 10 x (1/16) محاسبه کنید یا فقط بدانید که اگر عدد در پایین (مخرج) باشد، به طور خودکار می دانید که 10/16 را از عدد دیگر تقسیم کنید. (شمار) 1 است.

از آنجایی که معادله آب را بر حسب پوند می خواهد، باید 15 گال آب را به پوند آب تبدیل کنیم:

 

اکنون می توانیم درصد استحکام محلول پلیمری را محاسبه کنیم:

 

 

مثال 2:

اگر 90 گرم پلیمر خشک در 6 گال آب حل شود، قدرت محلول چند درصد است؟

ابتدا گرم ماده شیمیایی را به پوند ماده شیمیایی تبدیل کنید:

*توجه: 1 گرم = 0.0022 پوند

 

همچنین باید گالن آب را به پوند آب تبدیل کنیم:

 

اکنون درصد قدرت محلول را محاسبه کنید:

 

 

رقیق سازی پلیمری

گاهی اوقات لازم است پلیمر را قبل از وارد کردن آن به سیستم خود رقیق کنیم. برای تعیین مقدار رقیق شده، از فرمول استفاده کنید:

C ₁ V ₁ = C ₂ V ₂

جایی که:

C ₁ = غلظت محلول پلیمری

V ₁ = حجم پلیمر

C ₂ = غلظت نهایی

V ₂ = حجم نهایی

 

مثال:

یک تصفیه خانه آب یک محلول پلیمری 10% دریافت می کند. محاسبه کنید که چه مقدار پلیمر باید با 500 گالن آب مخلوط شود تا محلول 0.5٪ تولید شود.

C ₁ V ₁ = C ₂ V ₂

 

ابتدا فرمول را دوباره مرتب کنید تا حجم پلیمر مورد نیاز را حل کنید. حجم پلیمر به صورت V ₁ نشان داده می شود . به یاد داشته باشید که همیشه درصدها را در قالب اعشاری آنها وارد کنید.

 

 

 

کالیبراسیون فیدر شیمیایی خشک

گاهی اوقات ما نیاز به انجام یک محاسبه کالیبراسیون برای مقایسه نرخ خوراک شیمیایی واقعی با نرخ خوراک نشان داده شده توسط ابزار دقیق داریم. برای محاسبه نرخ واقعی خوراک برای یک فیدر شیمیایی خشک، ظرفی را زیر فیدر قرار دهید، ظرف را وقتی خالی بود وزن کنید، سپس ظرف را پس از مدت زمان مشخص (یعنی 30 دقیقه) دوباره وزن کنید. نرخ خوراک شیمیایی واقعی را می توان با استفاده از معادله زیر محاسبه کرد:

 

در صورت تمایل، نرخ خوراک شیمیایی را می توان به پوند در روز تبدیل کرد:

نرخ خوراک، پوند در روز = نرخ خوراک، پوند در دقیقه x 1440 دقیقه در روز

 

 

مثال:

در صورتی که ظرفی در زیر تغذیه کننده مواد شیمیایی قرار گیرد و در یک دوره 20 دقیقه ای 1.6 پوند جمع آوری شود، نرخ خوراک واقعی مواد شیمیایی را بر حسب پوند در روز محاسبه کنید.

ابتدا نرخ خوراک پوند در دقیقه را محاسبه کنید:

 

اکنون نرخ خوراک پوند در روز را محاسبه کنید:

نرخ خوراک، پوند در روز = نرخ خوراک، پوند در دقیقه x 1440 دقیقه در روز

نرخ تغذیه، پوند در روز = 0.08 پوند در دقیقه x 1440 دقیقه در روز

نرخ خوراک، پوند در روز = 115.2 پوند در روز

 

 

 

 

 

تعیین میزان استفاده از مواد شیمیایی

اکنون می دانید چه مقدار ماده شیمیایی باید به سیستم تغذیه کنید تا انعقاد/لخته سازی به درستی کار کند، اما چقدر طول می کشد تا مواد شیمیایی با این سرعت تمام شود؟ این سوال بعدی است که به آن پاسخ خواهیم داد. یکی از وظایف اصلی که توسط اپراتورهای آب انجام می شود، ثبت داده ها است. lb/day یا gpd مصرف شیمیایی بخشی از داده هایی است که از آن می توان میانگین استفاده روزانه از مواد شیمیایی و محلول ها را تعیین کرد. این اطلاعات در پیش‌بینی استفاده از مواد شیمیایی مورد انتظار، مقایسه آن با مواد شیمیایی موجود در انبار و تعیین اینکه چه زمانی به مواد شیمیایی اضافی نیاز است، مهم است. برای تعیین میانگین استفاده از مواد شیمیایی، از یکی از معادلات زیر استفاده می کنیم:

برای پوند در روز:

 

برای gpd:

 

 

اکنون می توانید روزهای عرضه مواد شیمیایی موجود در انبار را تعیین کنید:

برای پوند در روز:

 

برای gpd:

 

 

مثال 1:

ماده شیمیایی مورد استفاده برای هر روز در طول یک هفته در زیر آورده شده است. بر اساس این داده ها، میانگین پوند در روز ماده شیمیایی مورد استفاده در طول هفته چقدر بوده است؟

دوشنبه	88 پوند در روز
سهشنبه	93 پوند در روز
چهار شنبه	91 پوند در روز
پنج شنبه	88 پوند در روز
جمعه	96 پوند در روز
شنبه	92 پوند در روز
یکشنبه	86 پوند در روز

 

در نگاه کردن به فرمول، کل ماده شیمیایی مورد استفاده را به پوند می‌پرسد. بنابراین اولین گام این است که تمام دوزهای هفته را اضافه کنید تا ببینید مجموع چقدر است: 88 + 93 + 91 + 88 + 96 + 92 + 86 = 634 پوند

اکنون مقادیر را به فرمول وصل کنید:

 

 

مثال 2:

میانگین استفاده از مواد شیمیایی در یک گیاه 77 پوند در روز است. اگر موجودی مواد شیمیایی 2800 پوند باشد، این عرضه چند روزه است؟

مرور

• رایج ترین فیدر محلول مورد استفاده برای منعقد کننده های مایع و کمک منعقد کننده، پمپ اندازه گیری است.
• پمپ های اندازه گیری شیمیایی پمپ های جابجایی مثبت هستند. انواع متداول عبارتند از: پریستالتیک، دیافراگمی و پیستونی.
• آلوم در محدوده pH 5.8 تا 8.5 بهترین عملکرد را دارد.
• سولفات آهن اغلب با نرم کننده آهک استفاده می شود.
• مزیت اصلی استفاده از سیلیس فعال این است که لخته را تقویت می کند.
• آلومینات سدیم وقتی با زاج استفاده می شود انعقاد را بهبود می بخشد.
• جامدات قابل ته نشینی بدون کمک در کف حوضه ته نشینی با 4 ساعت ته نشین می شوند.
• پتانسیل زتا تعداد الکترون های اضافی موجود در سطح تمام ذرات معلق در محلول آب را اندازه گیری می کند.
• نقطه ضعف پمپ های پریستالتیک این است که نیاز به تعویض دوره ای لوله های انعطاف پذیر دارند.
• در حال حاضر، شایع ترین بیماری های ناشی از آب در ایالات متحده، کریپتوسپوریدیوم و ژیاردیازیس هستند.
• بیماری ژیاردیا به احتمال زیاد از طریق تماس فرد به فرد منتقل می شود.
• همه مواد معلق در آب را کدورت می گویند.
• هنگام استفاده از سولفات مس برای کنترل جلبک ها، 0.5 میلی گرم در لیتر دوز ایمن برای اکثر گونه های ماهی است.
• افزودن آهک، سود سوزآور یا بی کربنات سدیم ممکن است برای کمک به انعقاد و لخته سازی آب های کم قلیایی لازم باشد.
• پتانسیل زتا نیروی الکتریکی طبیعی است که ذرات کلوئیدی را در تصفیه آب جدا نگه می دارد.
• هنگامی که آلوم با آب خام در فلاش میکسر مخلوط می شود، فقط 1-2 ثانیه طول می کشد تا بارهای منفی خنثی شود.
• ذرات معلق و کلوئیدی در آب معمولا دارای بار منفی هستند.
• آب سرد معمولا باعث انعقاد، لخته شدن و ته نشین شدن ضعیف می شود.
• کدورت کم و قلیائیت کم می تواند باعث انعقاد، لخته سازی و ویژگی های ته نشینی ضعیف شود.
• نیروهای واندروالس ذرات را در انعقاد و لخته سازی به هم می کشند.
• پتانسیل زتا نیرویی است که ذرات را از هم جدا نگه می دارد و قبل از اینکه ذرات به هم برسند باید خنثی شود.
• سیلیس فعال شده با کمک منعقد کننده در محل توسط اپراتور تصفیه خانه با استفاده از سیلیکات سدیم (Na ₂ SiO ₃ ) تهیه می شود.

 

 

وظیفه

لطفا  کاربرگ ریاضی  این درس را تکمیل کنید. برای تکمیل این تکلیف باید وارد Canvas شوید.

 

 

امتحان

به سوالات آزمون درس 5 پاسخ دهید .   برای شرکت در مسابقه باید وارد Canvas شوید. در صورت نیاز می توانید 3 بار در آزمون شرکت کنید و از تلاش های شما برای محاسبه نمره نهایی میانگین گرفته می شود.