پلی الکترولیت‌ها
پلی الکترولیت‌ها یا همان پلیمرها زنجیره‌های طولانی از مولکول‌های کربن هستند که با حل شدن در آب، یون‌های با بار زیاد تولید می‌کنند. به تازگی مصرف این مواد به عنوان کمک منعقد کننده در تصفیه آب و فاضلاب مرسوم شده است. این مواد به شکل‌های غیر یونی (پلی‌آکریل‌آمید)، آنیونی (پلی آکریل آمیدوسود) و کاتیونی (پلی‌وینیل‌آمین) می‌باشند. این مواد با غلظت حدودا 1ppm به عنوان کمک منعقد کننده مورد استفاده قرار می گیرند و در مواردی حتی به عنوان یک کمک منعقد کننده اصلی باعث تشکیل لخته و ته‌نشین ساختن ذرات کلوئیدی میشوند و اگر فقط به عنوان کمک منعقدکننده استفاده شوند باعث کاهش غلظت ماده منعقد کننده و در نتیجه کم کردن میزان مصرف آنها حتی تا 10 برابر میشوند، این مواد تحت نام های تجاری سوپر فلوک یا کت‌فلوک نیز عرضه می شوند.
با پیشرفت فناوری انعقاد، پلی‌الکترولیت‌های سنتزی، به عنوان کمک منعقد کننده در تصفیه آب و پساب استفاده شده‌اند. این پلی الکترولیت‌ها، پلیمر با پایه‌ی اکریلامید هستند که موجب کاهش حجم لجن تولید شده می‌گردند و عملیات آبگیری و دفع لجن در آنها با سهولت انجام می‌گیرد. استفاده از این پلیمرها نه تنها مقدار تزریق ماده‌ی منعقد کننده اولیه را کم می‌کند بلکه سبب افزایش استحکام ذرات منعقد شده می‌شود. ساز و کار انعقاد و لخته‌سازی هنگام استفاده از این پلی الکترولیت‌ها بدین صورت است که ابتدا گروه‌های عامل و فعال پلیمر روی سطح ذرهی کلوئید جذب سطحی شده سپس بین هر دو ذره پلی شیمیایی از راه پلیمرهای جذب شده برقرار می‌شود. عوامل متعددی نظیر گروه‌های عاملی موجود در مولکول پلیمر، وزن مولکولی، چگالی بار الکتریکی مولکول پلیمر و مقدار شاخه‌ای بودن آن در کارایی پلی‌الکترولیت‌ها نقش دارد. همچنین pH محیط نیز در باردار شدن گروه‌های عامل و فعال پلیمر حائز اهمیت است. این پلی الکترولیت ها از طریق ساز و کار پل زدن یا خنثی‌سازی بار و یا هر دو موجب انعقاد میشوند، اما اکثر این پلی‌الکترولیت‌ها فاقد خاصیت تجزیه‌ی زیستی‌اند و سرطان‌‌زا می‌باشند یا ایجاد جهش می‌کنند. پلی‌الکترولیت‌ها به سه دسته‌ی زیر تقسیم میشوند:
آنیونی
این ترکیبات دارای بار منفی روی ماکرومولکول هستند و می‌توانند جایگزین گروه آنیون جمع شده در اطراف ذره کلوئیدی شوند و اتصال بین ذرات کلوئیدی و خود ایجاد نمایند. همچنین این نوع از پلی الکترولیت‌ها علاوه بر کمک به تشکیل لخته‌های بزرگتر و محکم‌تر، تحت تاثیر pH، قلیاییت، سختی و یا کدورت قرار نمی‌گیرند.
کاتیونی
این مواد شامل بارهای مثبت در روی ماکرومولکول خود هستند و توانایی منعقدسازی ذرات کلوئیدی با بار منفی را دارا می‌باشند. همچنین این پلی الکترولیت‌ها حساسیت کمتری به pH دارند و به ته نشینی بهتر و راحت‌تر فلوک‌ها کمک می‌کنند. هنگام استفاده از آنها نیز به منعقد کننده کمتری نیاز می‌باشد.
غیر یونی
این پلی الکترولیت‌ها که بار خنثی دارند، در حد بسیار کم و به کندی یونیزه میشوند و می‌توانند بین سطح ذرات معلق و گروه قطبی مولکول خود، پیوند هیدروژنی برقرار کنند.
پلی‌الکترولیت‌ها هم به عنوان منعقد کننده اولیه و هم به عنوان کمک منعقد کننده بکار می‌روند ولی مصرف عمده آنها به عنوان کمک منعقد کننده است. پلی‌الکترولیت‌های منعقد کننده اولیه از نوع کاتیونی، با وزن مولکولی (حدود 500000) و دانسیته بار کاتیونی بسیار زیاد می باشند. این پلی‌الکترولیت‌ها با جذب سطحی روی ذرات، بار منفی آنها را خنثی می‌کنند و اثر دافعه ذرات را از بین می‌برند. با استفاده از این مواد دیگر نیازی به منعقد کننده‌ی معدنی نیست و در ضمن این گروه از پلی الکترولیت‌ها روی pH آب تاثیری نمی‌گذارد.
پلی الکترولیت ها را می توان در دو دسته ی طبیعی و مصنوعی دسته بندی کرد. پلی الکترولیت های طبیعی و مهم عبارتند از پلیمرهای دارای منشا زیستی شناختی و پلیمرهای استخراج شده از محصولات نشاسته‌ای، سلولزی و آلژنیت‌ها. پلی الکترولیت های مصنوعی از منومر های ساده‌ای تشکیل شده‌اند که به صورت مواد با وزن مولکولی زیاد پلیمر میشوند. این‌گونه الکترولیت‌ها را بسته به بار منفی، خنثی و مثبت آنها در هنگام قرار گرفتن در آب، به ترتیب در دسته‌های آنیونی، نانیونی و کاتیونی دسته بندی می‌کنند.
مزایای استفاده از پلی الکترولیت‌ها
به علت کارایی و مزایای زیاد پلی‌الکترولیت‌ها امروزه مصرف آنها در امر انعقاد و لخته‌سازی بیشتر از سایر مواد معدنی، مورد نظر است. از جمله محاسن این ترکیبات عبارت است از:
1. حجم کم لجن تولیدی در مقایسه با لجن ایجاد شده توسط نمک‌های معدنی (50-90 درصد کمتر).
2. غلیظ‌تر بودن لجن تولیدی در مقایسه با لجن تولید شده با آلوم (زودتر خشک میشوند)
3. کم بودن خاصیت اسیدی لجن در مقایسه با لجن تولید شده توسط آلوم
4. عدم نیاز به مواد تنظیم کننده pH مانند آهک و سدیم کربنات
5. عدم افزایش TDS آب (هر ppm از آلوم حدود0.45ppm یون سولفات وارد آب می‌کند)
این مواد گران قیمت می‌باشند ولی مقدار کم آنها (حدود 1ppm) برای عمل انعقاد کافی است پلی‌الکترولیت‌ها به دلیل خاصیت فیزیکی- شیمیایی خود در محدوده خاصی از غلظت موثر هستند و اگر مقدار اضافه شده این مواد به محیط از این محدوده خارج شود قدرت انعقاد سازی آنها کاهش می‌یابد. پلی‌الکترولیت‌ها در حذف بعضی از میکروارگانیسم‌ها نیز موثراند.
عملکرد پلی الکترولیت ها
افزایش غلظت یک پلی الکترولیت خاص باعث کاهش پتانسیل زتا و کاهش متناظری در نیروهای دفعی می‌شود. اگر بار الکتریکی الکترولیت نیز افزایش یابد، آثار مشابهی مشاهده می شود.
عملکرد پلی الکترولیت‌ها را می توان به سه نوع کلی تقسیم کرد:
در نوع اول، پلی الکترولیت ها به شکل لخته سازهایی عمل می‌کنند که بار الکتریکی ذرات فاضلاب را کاهش می‌دهند. از آنجا که ذرات فاضلاب به طور طبیعی بار منفی دارند، برای این منظور از پلی الکترولیتهای کاتیونی استفاده می شود. پلی الکترولیتهای کاتیونی را در این نوع مصرف لخته سازهای اولیه می نامند.
نوع دوم عملکرد پلی‌الکترولیت‌ها پل زنی بین ذره‌ای است. در این مورد پلیمرهایی که آنیونی و نانیونی باشند (یعنی در آب تا حد کمی آنیونی باشند در ناحیه‌های مختلف جذب سطحی، به سطح ذرات موجود در خروجی ته‌نشین شده می‌چسبند. وقتی دو یا چند ذره در امتداد طول پلیمر جذب شوند، یک پل تشکیل می‌شود. در خلال فرایند لخته سازی، ذرات پل‌دار با سایر ذرات پل‌دار به هم بافته میشوند. اندازه ذرات سه بعدی به دست آمده آنقدر بزرگ می‌شود که به راحتی با ته نشینی جدا شوند.
نوع سوم کنش پلی‌الکترولیتی را می‌توان پدیده‌ی پل زنی- لخته سازی خواند، که از مصرف پلی‌الکترولیت‌های کاتیونی با وزن مولکولی بسیار زیاد حاصل می‌شود. این پلی الکترولیت‌ها، علاوه بر کاهش بار الکتریکی، پل بین ذره‌ای نیز تشکیل می‌دهند.
