کاربرد بهینه فرات سدیم در فرایند حذف کدورت آب رودخانه زاینده‌رود (کدورت معمولی و بالا)

در تصفیه‌خانه‌های آب شرب به‌منظور ته‌نشینی ذرات کلوییدی از مواد منعقدکننده مختلفی مانند سولفات آلومینیوم (آلوم)، پلی آلومینیوم کلراید و کلرید فریک استفاده می‌شود. این مواد تاثیرات مثبتی در حذف کدورت دارند، اما به‌دلیل محدودیت‌ها و مشکلاتی مانند خورندگی، تولید محصول جانبی مضر و محدودیت‌های دیگر، اثرات نامطلوبی بر روی سلامت انسان و محیط زیست دارند. بنابراین لازم است از مواد شیمیایی کارآمدتر که مشکلات ذکر شده را به حداقل رسانند و باعث ارتقای کیفیت فرایند شوند، استفاده شود. هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر فرات سدیم تولید شده به روش شیمیایی، بر حذف کدورت آب رودخانه زاینده‌رود در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت بالا بود. این پژوهش در چهار حالت پیشنهادی توسط نرم‌افزار design expert که حالت‌های (30×40،60×30، 60×60،40×60) نامیده می‌شود، انجام گرفت. در هر حالت یکی از متغیرهای مستقل اثرگذار روی کدورت از جمله میزان تزریق ماده، سرعت اختلاط آرام، زمان اختلاط سریع و ph آب تغییر داده شد و تاثیر فرات سدیم بر ارتقای راندمان حذف کدورت سنجیده شد. به‌منظور طراحی آزمایش، آنالیز و بهینه‌سازی مجموعه متغیرهای مستقل موثر بر حذف کدورت، از روش سطح پاسخ استفاده شد. به‌علاوه در این پژوهش میزان آهن کل باقیمانده ناشی از کاربرد فرات سدیم بر اساس روش استاندارد متد اندازه‌گیری شد. نتیجه پژوهش نشان داد با کاربرد 54/1 میلی‌گرم در لیتر فرات سدیم، در شرایط بهینه ph معادل 5/8، سرعت اختلاط آرام ‌نوسانی 60 دور در دقیقه به‌مدت 7 دقیقه، 50 دور در دقیقه به مدت 7 دقیقه و 40 دور در دقیقه به مدت 6 دقیقه و زمان اختلاط سریع 30 ثانیه با سرعت 120 دور در دقیقه بهینه‌ترین نتایج حذف کدورت در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت وضعیت سیلابی به‌ترتیب با مقادیر حذف 27/95 و 07/95 درصد به‌دست می‌آید. این مقادیر در شرایط متداول‌ تصفیه‌خانه‌های آب معادل 40 دور در دقیقه به‌صورت ثابت به مدت 20 دقیقه و شرایط اختلاط 60 دقیقه است. در این پژوهش همچنین مقایسه‌ای بین تاثیر تزریق پلی‌آلومینیوم کلراید (در حالات سیلابی به همراه پلی الکترولیت) با تاثیر فرات سدیم بر حذف پارامتر کدورت آب انجام شد. نتایج حاصل تاثیر بالاتر فرات سدیم با میزان تزریق کمتر را نشان داد. همچنین نتایج پژوهش نشان داد آهن باقیمانده در هر دو مقطع قبل و پس از فیلتر در دامنه استاندارد بود که این امر به‌دلیل خاصیت واکنش‌پذیری فرات در حذف فلزات است. نتایج پژوهش نشان می‌دهد که فرات سدیم در فرایند حذف کدورت، در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت بالا، دارای تاثیر مثبت است بدون اینکه آهن کل باقیمانده از حد استاندارد تجاوز نماید.

Application of Optimum Sodium Ferrate in Zayandehrud River Water Turbidity Removal (Normal and High Turbidity)

In drinking water treatments, for coagulation and sedimentation of suspended particles, several coagulants are used such as Alum, PAC and ferric chloride. In spite of their positive effect on turbidity removal, these chemicals cause some problems like corrosion and harmful byproducts which result in bad effects on human and environmental health. Therefore, finding and using better and more effective materials without such adverse effects is a necessity. The aim of this research was to study the effect of chemically synthetized sodium ferrate (S.F.) in liquid state for the turbidity removal from Zayandehrud River in two conditions: normal turbidity (less than 100 NTU) and high turbidity (more than 900NTU). This research was performed in four states of 30×60, 40×60, 60×60, and 30×40; in each state, one of the water independent variables effective on water turbidity was changed. These four states were S.F. dosing rate, gentile mixing speed, rapid mixing time and pH. For the experiment design, analysis and optimization of independent variables effective on turbidity removal were used. In addition, the surface response method (RSMDOptimal) plus Design Expertv10 optimization software were used for this study. Finally, in this research, according to the standard methods, the residual total Fe (due to sodium ferrate) was checked in the research in order to ensure that its value was in the allowable range for drinking water. The results showed optimum conditions as: pH of 8.5 and gentle mixing oscillating speed of 60rpm for 7min, 50rpm for 7min and 40rpm for 6min, (instead of 40rpm constant speed for 20min) and rapid mixing time of 30s with 120rpm (instead of  60s, which was conventional in Esfahan water treatment plant). In addition, the results showed that by using only 1.54mg/L of S.F. in the abovementioned optimum condition, the water turbidity removal efficiencies were 95.17% and 99.07% for normal and high turbidity states, respectively. A comparison was made in this research between using S.F. and poly aluminum chloride (PAC) for both normal and high turbidity. The results showed the better effect of S.F. than PAC. The results also showed that the residual total Fe was in the allowable range before and after the filter (because of the reactivity of ferrate with Fe). From the results of this research, it can be concluded that using S.F. has a positive effect, technically and economically, on water turbidity removal (better effect than conventional chemicals) in both normal and high turbidity. Moreover, the results showed that residual total Fe remains in the allowable range.