التلبد

التحكم في توزيع حجم الجسيمات لتطوير عملية موثوقة

طلب أسعار

ما هو الفرق بين التلبد والتخثر؟

التلبد والتخثر هما عمليتان تستخدمان غالبا معا لإزالة الشوائب والملوثات.

يتضمن التخثر إضافة مواد كيميائية ، تعرف باسم مواد التخثر ، إلى الماء أو المخزن المؤقت أو المذيبات التي تزعزع استقرار الجسيمات وتتسبب في تكتل بعضها البعض. تتضمن هذه العملية عادة إنشاء جسيمات يشار إليها باسم "الكتل" ، ولكن يتم وصفها بشكل أكثر دقة على أنها مجاميع. يتم فصل الركام بسهولة أكبر عن المكونات القابلة للذوبان (غالبا الماء) من خلال الترسيب أو الترشيح.

يأخذ التلبد هذه الركام الأصغر التي تم إنشاؤها أثناء التخثر ويجمعها في مجاميع أكبر تعرف باسم "الكتل". يتم تحقيق هذه العملية عادة من خلال إضافة مواد الندف ، وهي مواد كيميائية متخصصة تعزز تكتل الجسيمات.

في جوهرها ، التخثر هو الخطوة الأولى في تجميع الجسيمات ، في حين أن التلبد هو خطوة لاحقة تخلق كتلا متكتلة أكبر وأكثر سهولة في الإزالة. كلتا العمليتين حاسمتان في إزالة الشوائب والملوثات من الماء أو المصادر الأخرى القابلة للذوبان.

الخطوة 1: التخثر

مادة التخثر هي عامل يستخدم لتعزيز تجميع أو تكتل الجسيمات الدقيقة المعلقة في السائل. التخثر هو عملية كيميائية تتضمن إضافة مادة تخثر لتحييد شحنة الجسيمات المشتتة. غالبا ما تحمل الجزيئات البيولوجية والكيميائية الصغيرة دون الميكرون شحنات سطحية سالبة تعيق التجميع والاستقرار (1 أ).

يمكن للمواد الكيميائية المخثرة أن تمتز للجزيئات وتحييد الشحنات السالبة. يمكن التحييد ، أو في بعض الأحيان المعايرة بالتحليل الحجمي إلى درجة حموضة حمضية ، الجسيمات من الالتصاق ببعضها البعض ، مما يؤدي إلى تكوين جزيئات تخثر شبه ميكرون مستقرة ومعلقة جيدا تعرف باسم microflocs (1b).

الخلط السريع مطلوب للتشتت المناسب للمواد الكيميائية المخثرة لتعزيز تصادم الجسيمات وتشكيل التكتل (1 ج). لا تزال الجسيمات المرتبطة صغيرة جدا وغير مرئية للعين المجردة.

الخطوة 2: التلبد

يزيد التلبد من حجم كتل التخثر التي لا تزال تحت الميكرون مما يسهل فصلها. يتطلب هذا عموما خلطا لطيفا واستخدام مواد ندفية بوليمرية عالية الوزن الجزيئي أو مواد ندفية أيونية أخرى. يمتص الندف جزيئات التخثر ، ويعدل خصائص السطح ويسد الفجوات لتسهيل تكوينات الكتل (2 أ). من خلال تقريب الجسيمات ، يتم زيادة النطاق الفعال لقوى جذب فان دير فال ، وبالتالي تقليل حاجز الطاقة للتلبد. وهذا يتيح تشكيل مجموعات معبأة بشكل فضفاض من الكتل.

يستمر التكتل والربط والتقوية للكتل حتى تتشكل البلاعط المعلقة بشكل واضح (2 ب). سيحدث الترسيب بالنظر إلى وزن الجسيمات المناسب وحجمها وقوة التفاعل. إن الكتل الكبيرة حساسة للغاية للخلط ، وبمجرد تمزيقها بواسطة القص القوي ، يكون من الصعب أو المستحيل عليها الإصلاح.

يحدث التلبد بشكل طبيعي أثناء تكوين رقاقات الثلج والرواسب تحت سطح البحر ولكن يتم تطبيقه أيضا بشكل متعمد في صناعات التكنولوجيا الحيوية والبترول واللب والورق ومياه الصرف الصحي والتعدين.  

لماذا التلبد مهم؟

التطبيقات في الصناعة

المستحضرات الصيدلانية الحيوية
غالبا ما يكون من السهل ترشيح خلايا الثدييات الكاملة عالية الصلاحية بسبب حجمها وتوزيعها. ومع ذلك ، فإن الخلايا الميكروبية من الأنظمة البكتيرية والخميرة لها وحدات خلايا أحادية أصغر بكثير. يمكن أن يؤدي عبء الكتلة الحيوية للخلايا الميكروبية أو خلايا الثدييات ذات الصلاحية المنخفضة وحجم الجسيمات المتوسطة الصغيرة إلى إنشاء الكثير من شظايا الخلايا الصغيرة ، والتي تسد المرشحات وتبطئ معدلات الترشيح. يستخدم التلبد لتقليل العدد الإجمالي للجزيئات مع زيادة توزيع حجم الجسيمات ، وبالتالي تحسين الترشيح وضمان فصل فعال وفعال من حيث التكلفة لمواد الخلية عن المادة الطافية. يمكن أيضا تطبيق التلبد إذا كانت زراعة الخلية تنتج منتجات متعددة و / أو منتجات ثانوية يتم التعبير عنها داخل هياكل خلوية مختلفة أو بيئات دقيقة لمصفوفة التخمير. ومن الأمثلة على ذلك الفضاء المرتبط بالغشاء أو الفراغ بين الأغشية أو التعبير الطافي ، بالإضافة إلى المنتجات التي يتم امتصاصها في البوليمرات أو حتى في التقاط متعدد المراحل مثل المستحلب. 

معالجة المياه ومياه الصرف الصحي
يمكن أن تحتوي مياه الصرف الصحي على كميات كبيرة من الجسيمات العالقة ، والتي غالبا ما تستغرق وقتا طويلا حتى تستقر. تعمل معالجة مياه التلبد على تسريع الترسيب وتضمن الفصل الفعال بين المواد الصلبة والسائلة. يمكن معالجة كميات كبيرة من المياه المستخدمة بسرعة ، مما يقلل من التأثير البيئي عن طريق تقليل مقدار الوقت والمساحة اللازمين لتخزين المياه المستخدمة. 

اللب والورق
تعد ألياف السليلوز أحد المكونات الرئيسية في اللب والورق ، ولكنها تتطلب أيضا الغراء والتشريب والحشو لتحقيق خصائص الورقة المطلوبة لمنتج ورقي مقبول. يتم تطبيق التلبد بشكل متكرر أثناء عملية نزح المياه للجمع بين الألياف والمواد المالئة والمواد المضافة الأخرى بطريقة تضمن فصل المواد الصلبة بسرعة ويمكن إنتاجها بكميات كبيرة. 

تعدين المعادن الثمينة
غالبا ما تحتوي تدفقات المنتج على مجموعة واسعة من المعادن المختلفة التي يجب فصلها للحصول على منتج نقي. عادة ما يكون الترسيب الانتقائي للمعادن الفردية مصحوبا بالتلبد والترسيب لضمان الفصل السريع عن السائل المتبقي.

تحليل حجم الجسيمات لتحسين العملية

الاعتبارات الرئيسية لعمليات التلبد الفعالة

معلمات العملية وأداء المصب

التلبد هو عملية وحدة مهمة تتطلب التطوير والتحسين لتعمل بكفاءة. تشمل الاعتبارات الرئيسية ومعلمات العملية ما يلي: 

  1. نوع الندف أو التخثر والتركيز
  2. شدة الخلط وإجهاد القص ووقت الخلط
  3. معدل الجرعات والموقع ودرجة الحرارة 
  4. تركيز المواد الصلبة
  5. حجم الجسيمات وعددها
  6. تحليل أداء المصب:
    • اكتمال التلبد (الحركية)
    • وقت المعالجة والجهود المبذولة لإزالة المواد الصلبة
    • نقاء الطور السائل (بما في ذلك قياس الندف المتبقي)
    • قدرة الترشيح وكفاءته
    • اختراق غشاء المرشح للحطام أو المنتجات الثانوية

السوائل في التلبد

المواد الندفية والمخازن المؤقتة والمواد الخافضة للتوتر السطحي

إضافة الندف
التلبد مدفوع في المقام الأول بنوع وجرعة العوامل الكيميائية المضافة لبدء التخثر وتلبد الجسيمات. تتضمن المحركات الثانوية معلمات فيزيائية أكثر تقليدية (مثل الخلط ودرجة الحرارة وما إلى ذلك). إن توصيف استقرار المواد الندفية السائلة ، وحركية الخلط ، والتجانس ، والتركيز النهائي لا يقل أهمية أثناء توصيف العملية كما هو الحال خلال أهداف هندسة الجسيمات الأكثر وضوحا (على سبيل المثال ، توزيع حجم الجسيمات وعددها). يجب أيضا تمييز المواد الندفية أو السواغات المضافة لتأثيرها على نتائج التلبد ، وكذلك حركية العملية والآثار التنظيمية. 

يعد التحليل الطيفي ATR-FTIR و Raman في الموقع طرقا قوية متعددة السمات يمكنها تتبع وتحديد العديد من المواد الندفية أو السواغات في الوقت الفعلي في وقت واحد. يمكن أن يساعد الجمع بين هذه البيانات الطيفية والمعلومات حول توزيع الجسيمات والحركية في تحديد الكمية المثالية ، وغالبا ما تكون ضئيلة ، من مادة الندف اللازمة ، مما يقلل من العبء على إزالة المصب. يمكن أيضا توصيف المخازن المؤقتة والمواد الخافضة للتوتر السطحي بدقة والتحكم فيها في الوقت الفعلي.

إزالة الندف
يأتي قرار تضمين التلبد في عملية ما مع المفاضلة الكبيرة لمتطلبات المصب لإزالة المواد الوسيطة المضافة أو الفاعل بالسطح أو العملية تماما. غالبا ما يؤدي هذا المطلب إلى وقت معالجة إضافي وطرق تحليلية إضافية مطلوبة لتحديد أو التحقق من عدم وجود أي سواغ معالجة مضافة. على هذا النحو ، من المفيد تقليل كمية المواد الندفية أو المخثرة أو الفاعل بالسطح أو المكونات الأخرى المضافة.

عندما يتم دمج الطرق المضمنة مثل التحليل الطيفي ATR-FTIR أو التحليل الطيفي Raman قبل وبعد الكروماتوغرافيا ، يمكن أيضا تحديد قياسات نقل الكتلة الكمية للمنتج والندف والسواغات.  قد يكون هذا بمثابة مكمل محتمل للطرق التحليلية غير المتصلة بالإنترنت.

حركية كسر Floc
يظهر محلل حجم الجسيمات في الموقع أن الكتل متطورة بالكامل وأن كسر floc أصبح العملية السائدة
كيفية اختيار أفضل الندف
دعم تطبيق التلبد
أدوات مختبر التلبد

الاستشهادات والمراجع

الأسئلة الشائعة

الأسئلة المتداولة حول التلبد

ما هو تعريف التلبد؟

التلبد هو عملية تتجمع من خلالها الجسيمات الصغيرة في السائل معا لتكوين كتل أكبر متكتلة تسمى الكتل. يمكن أن يحدث هذا بشكل طبيعي أو من خلال إضافة مواد كيميائية معينة تسمى المواد الندفية. في التلبد الطبيعي ، قد تتجمع الجسيمات الصغيرة في السائل بسبب مجموعة متنوعة من العوامل مثل الجاذبية أو الحركة البراونية أو القوى الكهروستاتيكية. عندما تصطدم هذه الجسيمات وتلتصق ببعضها البعض ، فإنها تبدأ في تكوين كتل أكبر يمكن أن تستقر في النهاية خارج السائل.

يمكن أيضا إحداث التلبد من خلال إضافة مواد الندف ، وهي مواد تعزز تكوين الكتل. تعمل هذه المواد الكيميائية عن طريق تحييد الشحنات الكهربائية على سطح الجسيمات ، مما يجعلها تجذب بعضها البعض وتشكل كتلا أكبر. تستخدم المواد الندفية بشكل شائع في معالجة مياه الصرف الصحي والتعدين والصناعات الأخرى التي يكون فيها فصل المواد الصلبة عن السوائل ضروريا. بمجرد تكوين الكتل ، يمكن فصلها عن السائل من خلال مجموعة متنوعة من الطرق ، مثل الترسيب أو الترشيح أو الطرد المركزي. غالبا ما يكون السائل الناتج أكثر وضوحا وأسهل في التعامل معه مما كان عليه قبل التلبد.

ما هو التلبد في معالجة المياه؟

تستخدم عملية التخثر والتلبد بشكل شائع في معالجة مياه الصرف الصحي لإزالة التعكر والبكتيريا. يشجع التلبد الجسيمات العالقة على الارتباط معا وتكوين جسيمات كبيرة متكتلة تعرف باسم «الكتل». تطفو هذه الكتل بسهولة على السطح أو الرواسب في القاع ، مما يوفر وسيلة فعالة وفعالة من حيث التكلفة لتسريع فصلها.

ما هو الفرق بين التخثر والتلبد؟

التخثر والتلبد عمليتان متميزتان تستخدمان واحدة تلو الأخرى للتغلب على القوى التي تحافظ على استقرار الجسيمات العالقة. يتم تحييد شحنات الجسيمات عن طريق التخثر ، لكنها يمكن أن ترتبط معا وتنمو عن طريق التلبد ، مما يسهل إزالتها من السائل. اقرأ المزيد عن التلبد مقابل التخثر.

ما هو التعليق الملبد؟

يشير المعلق الملبد إلى خليط أو تشتت الجسيمات الصلبة في سائل حيث تتجمع الجسيمات وتشكل مجموعات أو مجاميع أكبر تسمى الكتل. يتم تثبيت هذه الكتل معا بواسطة قوى فيزيائية ضعيفة ، مثل قوى فان دير فال أو الجسور بين الجسيمات ، بدلا من توزيعها بشكل موحد في جميع أنحاء السائل. يؤدي تكوين الكتل في التعليق إلى ترسب أو فصل الجسيمات الصلبة ، مما يسهل إزالتها أو تصفيتها من الطور السائل. يستخدم التلبد بشكل شائع في العديد من الصناعات ، بما في ذلك معالجة مياه الصرف الصحي والتعدين والمعالجة الكيميائية ، لتسهيل فصل وتوضيح المواد الصلبة العالقة من السوائل.