השוואה בין קואגולנטים לטיפול במים

תהליך הקואגולציה ( הפתתה) הוא תהליך כימי ופיזיקלי מאוד חשוב בטיפול במים ובשפכים שנועד להרחיק חלקיקים זעירים מרחפים וקולואידים כמו חרסיות, חומרים אורגניים ,סיליקה, זרחן ומיקרואורגניזמים שאינם שוקעים. גודל החלקיקים בדר"כ פחות מ- 1 מיקרון. הם גורמים לעכירות ותורמים צבע למים.  רוב החלקיקים המרחפים האלו טעונים במטענים שלילים .הם דוחים אחד את השני .כתוצאה מכך הם לא מתלכדים לגושים ולא שוקעים . חלקיקם אלו שומרים על יציבות ופיזור במים.  

תהליך הקואגולציה הוא בן שלושה שלבים:

שלב 1 – נטרול המטענים השליליים

מוסיפים מלחי מתכות כמו אלומיניום וברזל (בעלי יון Al⁺³ או Fe⁺³ ). מלחים אילו מנטרלים את המטען השלילי של החלקיק המרחף . החלקיקים המרחפים מפסיקים לדחות אחד את השני .

שלב 2 – הפתתה (אגלומרציה)

לאחר נטרול המטענים, המים עוברים ערבוב איטי ועדין באגן הפתתה. ערבוב עדין זה מעודד את המיקרו-חלקיקים (מיקרו-פלוק) שלא יוצבו ליצור מגע ולהתנגש זה בזה. כשהם מתנגשים, הם נדבקים זה לזה, ויוצרים גושים גדולים יותר ויותר, הנקראים "פלוקים".

שלב 3 - שיקוע

לאחר שהפלוקים גדלו והם כבדים וצפופים , המים מועברים לאגן שקוע או לניקוי עם מערבולת מינימלית. הפלוקים הכבדים שוקעים בתחתית המיכל ויוצרים שכבת בוצה. המים בחלק העליון, נשפכים לאחר מכן לטיפול נוסף (כגון סינון וחיטוי).

בשוק קיימים מספר קואגולנטים עיקריים, שכל אחד מהם בעל מאפיינים שונים: יעילות, טווח pH, השפעה על הבסיסיות, יכולת הסרת זרחן, נפח בוצה ועלויות תפעול.

במאמר זה נסקור ארבעה קואגולנטים נפוצים:

• פריק כלוריד - FeCl₃)
• אלום – Al₂(SO₄)₃
• סודיום אלומינט NaAlO₂
• פוטסיום אלומינט- K₂Al₂O₄ 

1. פריק כלוריד (Ferric Chloride)

פריק כלוריד הוא אחד הקואגולנטים היעילים ביותר להסרת עכירות, זרחן, מתכות וחומרים אורגניים.

יתרונות

• עובד בטווח pH רחב יחסית (4–7), ואף יעיל ב־pH נמוך יותר ביחס לאלום. ‎ טווח pH תפעולי רחב וזהו כנראה היתרון התפעולי המשמעותי ביותר של ברזל כלוריד.  
• מתקבל פלוק צפוף, כבד השוקע במהירות: הוא עובר הידרוליזה במים ליצירת משקעים של ברזל הידרוקסיד [Fe(OH)₃].   פלוק הברזל ההידרוקסיד שנוצר הוא צפוף, כבד וקומפקטי משמעותית מהפלוק הקל, האוורירי והג'לטיני המיוצר על ידי אלום. דבר זה מסייע למפעל להגדיל את התפוקה ההידראולית שלו (לטפל ביותר מ"ק לדקה)
• האופי החזק והפחות ג'לטיני של בוצת הברזל מאפשר לסחוט אותה לאחוז מוצקי עוגה גבוה בהרבה (כלומר פחות מים בבוצה הסופית) באמצעות ציוד מכני סטנדרטי כמו מכבשי סינון, מכבשי סרט או צנטריפוגות.
• עלויות הסילוק כמעט תמיד מבוססות על נפח או כמות, הדבר מוביל להפחתה ישירה ומשמעותית בהוצאות התפעול של הובלת בוצה והטמנה.
• ברזל כלוריד חומר משקע טוב להרחקת זרחן  מהמים.
• יעיל במים קרים – הידרוליזה מהירה.

חסרונות

• קורוזיבי מאוד ודורש ציוד מותאם. ‎ הדבר מחייב שימוש בחומרים עמידים בפני קורוזיה מתאימים עבור מכלי אחסון, משאבות ומערכות מינון (למשל, FRP, PVC, פלדה מרופדת גומי או סגסוגות איכותיות ספציפיות.
• יכול לתרום צבע למים המטופלים עקב שימוש לא נכון או לא מבוקר.

2. אלום  - אלומיניום סולפט (Aluminum Sulfate / Potash Alum)

אלום הינו אחד הקואגולנטים הוותיקים והנפוצים ביותר בעולם, יעיל במיוחד במי שתייה ובמפעלי טיפול בשפכים בעלי pH (5.5–7.5). כאשר מוסיפים אלום למים בעלי בסיסיות מספקת, הוא עובר הידרוליזה ליצירת אלומיניום הידרוקסיד Al(OH)₃)). הוא יוצר גוש אמורפי, דביק, ג'לטיני, בעל שטח פנים גבוה. גוש זה פועל כרשת כימית, הגולש פיזית דרך עמודת המים, לוכד קולואידים עדינים וסופח מולקולות אורגניות מומסות, ומטהר ביעילות את המים.

יתרונות

• עלות נמוכה יחסית בהשוואה לקואגולנטים אחרים. ‎זמין ונפוץ בתעשייה. יעיל בהסרת עכירות ומתכות כבדות באמצעות יצירת אלומיניום הידרוקסיד.
• הפלוק הנוצר הוא לבן ואוורירי ולא תורם צבע למים לעומת ברזל כלוריד שיכול להעניק צבע שיורי למים.  דבר זה יכול להיות מקור לדאגה בשימוש בקואגולנטים מבוססי ברזל אם המינון אינו מבוקר בצורה טובה.
• קיימת העדפה בטיפול במי שתייה באלום. מתקנים רבים הוקמו בעבר והם מבוססים על הידע בשימוש באלום.  בבריכות שחיה מקובל להשתמש להצללת המים באלום.

חסרונות

• רגישות גבוהה ל־pH – מתפקד בצורה אופטימלית רק בטווח צר של pH  6.0 -7.5. עקב היותו חומצי נדרשות התאמות pH. ההתאמה נעשית ע"י הוספת חומר בסיס כמו סודה קאוסטית .דבר שעלול לייקר את הטיפול.
• מתקבל נפח בוצה גבוה יחסית עם תכולת מים גדולה ולכן קיים קושי בייבוש ובעיבוי הבוצה. ‎אלום קושר כמות גדולה של מים בתוך מבנה הפלוקים שלו, וכתוצאה מכך נפחי בוצה המתקבלים הם גדולים. בתקופה שבו עלויות הטמנה והובלה גבוהות יש לזה השפעה כלכלית שלילית.
• סילוק הזרחן שלה בינוני עד נמוך ודורשת מינונים גבוהים יחסית למלחי ברזל.

3. סודיום אלומינט (Sodium Aluminate)

סודיום אלומינט הוא  קואגולנט אנאורגני יעיל המשמש כאלטרנטיבה לאלום או כתוספת לאלום .סודיום אלומינט הוא בסיסי מאוד (אלקלי) ובעל מסיסות גבוהה בעוד שהאלום הוא חומצי. הוא מספק גם אלומיניום וגם בסיסיות, ולכן מתאים במיוחד למים בעלי אלקליניות נמוכה. טווח pH אפקטיבי 7.3–8.2. הוא משמש להסרת זרחן, הסרת סיליקה ושיפור פלוקולציה.  נתרן אלומינט מיוצר על ידי שילוב תחמוצת אלומיניום עם עודף סודה קאוסטית.

יתרונות

• מעלה את אלקליניות המים – בניגוד לפריק כלוריד ואלום שמורידים אותה.
• ‎ יעיל בהסרת זרחן (יכול להגיע ל- 90%) מתכות וצבעים, לעיתים ברמה הדומה לאלום. ‎ מסייע בשיפור תהליכי פלוקולציה.
• שילוב של אלום עם סודיום אלומינט נותן שליטה מדוייקת ב- pH ללא הצורך להוספת כימיקלים נוספים לוויסות ה- pH ויוצר פתיתים חזקים וגדולים ששוקעים מהר.
• טיפול בשפכים תעשייתיים עתירי שומנים

חסרונות

• יקר יותר לתפעול בהשוואה לקואגולנטים אחרים. ‎
• חומר בסיסי מאוד (pH≈14), ולכן דורש זהירות וציוד מתאים.
• חומר קורוזיבי מאוד דורש ציוד עמיד

4. פוטסיום אלומינט (Potassium Aluminate / Potash Alum / K₂Al₂O₄)

פוטסיום אלומינט פחות נפוץ, אך בעל יתרונות ייחודיים לתעשייה. משמש כקואגולנט יעיל להסרת עכירות, זרחן, מתכות כבדות וחומרי צבע. ‎ טווח pH אפקטיבי 7.3–8.2.

יתרונות

• יעיל מאוד בהסרת זרחן ממי שפכים. יוני האלומיניום מגיבים עם יוני פוספט ליצירת משקעי אלומיניום פוספט בלתי מסיסים. מתקבלים פלוקים איכותיים שקל לסלקם.
•  מסיר ביעילות צבעים מרחפים וחלק מהצבעים המומסים. המנגנון כרוך בנטרול מטען של מולקולות צבע ולכידתן לאחר מכן בתוך פתיתי האלומיניום הידרוקסיד. היעילות יכולה להשתנות בהתאם למבנה הכימי ולמטען של מולקולות הצבע.
• הסרת מתכות כבדות
• אלטרנטיבה לשימוש במקום סודיום אלומינט טיפול בשפכים שבהן נתרן מפריע
• טיפול בשפכים תעשייתיים עתירי שומנים

חסרונות

• עלות גבוהה יותר בהשוואה לאלום או פריק כלוריד.
• במקרים מסוימים נדרשת התאמה ל־pH.
• פחות יעיל בהרחקת מתכות בהשוואה לפריק כלוריד.
• חומר בסיסי מאוד (pH≈14), ולכן דורש זהירות וציוד מתאים.
• חומר קורוזיבי מאוד דורש ציוד עמיד

התאמת מינון – Jar Test

‎ בחירת  הקואגולנט תלויה במספר פרמטרים:

• יעד שיקוע/הסרה – האם המטרה המרכזית היא עכירות, זרחן או מתכות?

• מאפייני המים – pH, אלקליניות, עכירות, מזהמים ספציפיים.

• עלויות תפעול ובוצה – עלות חומר, טיפול בבוצה, התאמות pH.

• תשתית קיימת – רמת קורוזיה מותרת, ציוד מינון ואחסון.

הדרך המקובלת לקביעת מינון קואגולנט היא באמצעות מבחן ג’אר (Jar Test):

מבצעים סדרת ניסויים במבחנות ערבול שונות. מודדים pH, עכירות, פוספט, צבע. מחפשים את מינון ה־Sweet Spot – מינון מינימלי לקבלת הפלוק הטוב ביותר.

טבלת השוואה מסכמת:

שם הקואגולנט	יעוד הקואגולנט	מינון אופיני	pH טווח	מאפיינים	חסרונות אופייניים	יתרונות ייחודיים	בוצה
פריק כלוריד FeCl₃	לטיפול במים, להרחקת פוספטים ועכירות	10–50 mg/L ‎	7-4	יוצר פלוקים חזקים מאוד, יעיל בהרחקת זרחן, יציב בטווחי טמפרטורה רחבים (5–40°C) ‎	קורוזיבי, מצריך ציוד עמיד	מתקבל פלוק צפוף, כבד השוקע במהירות	דחוסה (צפופה ומתקשה מהר) ‎
אלומיניום סולפט  (אלום) Al₂(SO₄)₃	קואגולנט נפוץ למי שתייה ובריכות שחיה, מוריד עכירות יעיל	10–50 mg/L ‎	6–8	זול, אמין, יעיל בעכירות גבוהה, נפוץ מאוד	רגיש מאוד ל‑pH, יוצר יותר בוצה לעומת אחרים, מושפע מטמפרטורות נמוכות ‎	עלות נמוכה בהשוואה לקואגולנטים אחרים	בינונית (ג'לית ופחות דחוסה)
סודיום אלומינט NaAlO₂	קואגולנט עזר  מעלה אלקליניות, משפר פלוקולציה ועוזר במים עם אלקליניות נמוכה	2–60 mg/L ‎	7.3 -8.2	מוסיף אלקליניות, משפר משמעותית היווצרות פלוקים, יכול להחליף אלומיניום סולפט בחלק מהיישומים	קשה יותר לתפעול, קורוזיבי לבטון דורש ציוד מתאים	יוצר פחות בוצה מאלום יעיל בשפכים שומניים	בינונית–גבוהה (בגלל Al גבוה ותמיסות מרוכזות)
פוטסיום אלומינט K₂Al₂O₄	קואגולנט אלומיניום טהור, יעיל בעכירות ופוספטים	10–50 mg/L	7.3 -8.2	טוהר גבוה, יעילות גבוהה בשיפור עכירות והסרת פוספטים ‎	יקר יותר, פחות נפוץ, ביצועים יורדים בטמפרטורות נמוכות ‎	מסיר ביעילות צבעים מרחפים וחלק מומסים	גבוהה (פלוקים יציבים מאוד)

מסקנות:

פריק כלוריד – הבחירה הטובה ביותר להסרת זרחן ומזהמים קשים.

אלום – מתאים למערכות מי שתייה ולמקומות עם אילוצי תקציב.

סודיום אלומינט – מצוין למים דלי אלקליניות ובשילוב עם אלום.

פוטסיום אלומינט – גמיש, איכותי במיוחד בתעשיות כבדות

סיכום:

הפתתה-ושיקוע זהו אבן יסוד בטיפול במי שתייה ובשפכים ברחבי העולם, והוא יעיל ביותר בהסרת עכירות, צבע, חומר אורגני טבעי ואפילו פתוגניים הלכודים בתוך הפלוקים הנוצרים. הבחירה בין פריק כלוריד, אלום, סודיום אלומינט ופוטסיום אלומינט תלויה ב־אופי המים, רמת העכירות, תכולת המלחים, מגבלות סביבתיות, ו־עלות.

חברתנו דשנים וחומרים כימיים מספקת קואגולנטים אילו לכל סוגי טיפול בשפכים מיום היוסדה לפני 80 שנים.

לחברתנו יש תו תקן למי שתייה לאלום .

להזמנות : 1-800-77-88-77