كلوريد الحديديك 40% أم بولي ألومنيوم كلوريد (PAC)؟ مقارنة عملية لاختيار المخثّر
بقلم فريق Egy Chem Hub
يسأل كثير من مشغّلي محطات المياه ومهندسي المشتريات: هل نعتمد على كلوريد الحديديك (ويُعرف علميًا بكلوريد الحديد الثلاثي، Iron(III) Chloride أو Ferric Chloride) أم على بولي ألومنيوم كلوريد (Polyaluminium Chloride، ويُختصر PAC أو PACl)؟ المادتان من أكثر المخثّرات غير العضوية استعمالًا، ولكل منهما نقاط قوة واضحة. لا يوجد مخثّر «أفضل» لكل المياه، لكن معرفة الفروق تساعد على تضييق الخيارات قبل الاختبار، وعلى كتابة مواصفة شراء صحيحة.
ما هو بولي ألومنيوم كلوريد (PAC)؟
بولي ألومنيوم كلوريد ليس ملحًا بسيطًا مثل الشبّة، بل هو كلوريد ألومنيوم مُحلمَه جزئيًا مسبقًا (pre-hydrolysed). أي أن جزءًا من أيونات الكلوريد استُبدل بمجموعات هيدروكسيل أثناء التصنيع، فتتكوّن أنواع متعددة الأنوية من الألومنيوم. وتُكتب صيغته العامة بالشكل Aln(OH)mCl(3n-m).
القاعدية (Basicity): هي أهم صفة تميّز درجات PAC. وتعبّر عن نسبة مجموعات الهيدروكسيل إلى الألومنيوم، وتُحسب هكذا: القاعدية (%) = (OH/Al) ÷ 3 × 100. كلما ارتفعت القاعدية زادت نسبة الأنواع البوليمرية في المنتج.
ماذا يعني «PAC 18%»؟ هو اسم تجاري شائع لمحلول PAC السائل. وتُظهر نشرات المنتجين أن محتواه من أكسيد الألومنيوم (Al2O3) يبلغ نحو 17%، في نطاق يقارب 16.5–18% بحسب المنتِج، أي نحو 9% ألومنيوم. وتقع قاعديته عادةً بين 35 و45% تقريبًا. وتتوفر أيضًا محاليل أخف تركيزًا، ودرجات صلبة (مسحوق) بمحتوى أعلى من Al2O3. لذلك اطلب دائمًا نسبة Al2O3 والقاعدية في شهادة التحليل، ولا تكتفِ بالاسم التجاري.
المواصفات القياسية: في أوروبا تغطي المواصفة EN 17034:2018 بولي ألومنيوم كلوريد المستخدم في معالجة مياه الشرب، وقد حلّت محل المواصفة الأقدم EN 883. أما كلوريد الحديديك فتغطيه المواصفة EN 888، وأحدث إصداراتها صدر عام 2023.
وماذا عن محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40%؟
الصيغة FeCl3 تخص المركّب اللامائي. أما المنتج المستعمل في المحطات فهو محلول مائي بنّي محمرّ شديد الحموضة. فمحلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% (Ferric Chloride Solution 40%) من Egy Chem Hub، مثلًا، تذكر ورقة بياناته الفنية أن محتواه من الحديد 13–14%، وكثافته النوعية 1.42 عند 20 °م، أي نحو 568 غ من كلوريد الحديديك في اللتر.
عند الإضافة إلى الماء يتحلّل ملح الحديد ويكوّن هيدروكسيد الحديديك غير الذائب. يعادل هذا الراسب شحنات الدقائق العالقة ويحتجزها في ندفة. ويحدث الشيء نفسه تقريبًا مع الألومنيوم في PAC. الفرق أن جزءًا من هذا التحلّل في PAC قد حدث مسبقًا في المصنع، وهذا يفسّر معظم الفروق التالية.
الفروق الأساسية في جدول
| المعيار | محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% | بولي ألومنيوم كلوريد (PAC 18%) |
|---|---|---|
| المعدن الفعّال | الحديد | الألومنيوم (نحو 17% كـ Al2O3) |
| نطاق الأس الهيدروجيني | واسع جدًا، من نحو 4–5 إلى 11 | أضيق من الحديد، وأوسع من الشبّة |
| استهلاك القلوية | مرتفع (نحو 0.92 ملغ/لتر كـ CaCO3 لكل 1 ملغ/لتر FeCl3) | منخفض، وأقل من الشبّة لأنه مُحلمَه مسبقًا |
| المياه الباردة | يُختبر عند أدنى حرارة موسمية | أقل حساسية للبرودة من الشبّة |
| ترسيب الكبريتيد والتحكم في الروائح | نعم، يكوّن كبريتيد الحديد غير الذائب | ليس من وظائفه المعروفة |
| إزالة الفوسفور | نعم | نعم |
| المعدن المتبقي في مياه الشرب | حديد: الحد المرجعي جمالي (لون وطعم) لا صحي | ألومنيوم: يُراقَب وفق مستويات عملية توصي بها WHO |
| التآكل | شديد التآكل لمعظم المعادن | أكّال لمعظم المواد ويحتاج مواد مقاومة للأحماض والكلوريدات |
الأس الهيدروجيني والقلوية
هنا يظهر أول فرق عملي. كلوريد الحديديك يعمل في نطاق أس هيدروجيني أوسع بكثير من مخثّرات الألومنيوم. وهذه ميزة حقيقية في المياه التي يتقلب أسّها، وفي مياه الصرف الصناعي التي قد تصل إلى المحطة حمضية أو قلوية.
في المقابل، يستهلك كلوريد الحديديك من قلوية الماء أكثر مما تستهلكه الشبّة. أما PAC فيستهلك أقل مما تستهلكه الشبّة، لأن جزءًا من الحموضة عولج أثناء التصنيع. النتيجة أن PAC يخفض الأس الهيدروجيني بدرجة أقل، وغالبًا يحتاج إلى قدر أقل من الجير أو الصودا للتصحيح.
ماذا يعني ذلك للمشتري؟ في المياه منخفضة القلوية قد يوفّر PAC تكلفة مادة التعديل. أما في المياه ذات القلوية الكافية، أو حين يكون خفض الأس الهيدروجيني مطلوبًا أصلًا، فيتضاءل أثر هذا الفرق، ويبرز اتساع نطاق عمل كلوريد الحديديك.
الحرارة والمياه الباردة
تتفق عدة دراسات على أن PAC أقل تأثرًا بانخفاض الحرارة من الشبّة. ففي تجارب على مياه أنهار وبحيرات عند نحو 5–12 °م، حافظت ندفة PAC على حجمها وترسيبها، وكان الألومنيوم المتبقي أقل من نظيره مع الشبّة. ويُعزى ذلك إلى الأنواع البوليمرية المتكوّنة مسبقًا في PAC.
أما المقارنة المباشرة بين كلوريد الحديديك وPAC في المياه الباردة، فلم نجد فيها نتيجة ثابتة في المراجع التي راجعناها. لذلك ننصح بإجراء اختبار المقارنة عند أدنى حرارة متوقعة للمياه الخام خلال العام، لا في الصيف فقط.
الندفة والترسيب والحمأة
ندفة الحديد كبيرة عادةً وتترسّب بسرعة، وهذا مفيد في أحواض الترسيب التقليدية. أما PAC فيكوّن ندفة متماسكة نسبيًا، وكثيرًا ما يحتاج إلى جرعة أقل من الشبّة لتحقيق النتيجة نفسها.
الحمأة في الحالتين هيدروكسيد معدني يضاف إلى حمأة المحطة. كميتها وقابليتها لنزع الماء تتوقفان على الجرعة ونوع الماء، لذلك تُقاس على عيّنات الاختبار نفسها بدل الاعتماد على قاعدة عامة.
المعدن المتبقي في مياه الشرب
في مياه الشرب، يترك كل مخثّر أثرًا من معدنه إذا لم تُضبط العملية:
- الألومنيوم: لا تضع منظمة الصحة العالمية (WHO) قيمة استرشادية صحية له، لكنها تحدد مستويات عملية يمكن بلوغها بضبط التخثير: 0.1 ملغ/لتر أو أقل في المحطات الكبيرة، و0.2 ملغ/لتر أو أقل في المحطات الصغيرة. وتشير دراسات إلى أن PAC يترك ألومنيومًا متبقيًا أقل من الشبّة.
- الحديد: لا توجد له قيمة استرشادية صحية، والقيمة المرجعية الشائعة 0.3 ملغ/لتر قيمة جمالية تتعلق بالطعم وتلوين الغسيل والأدوات الصحية.
بعبارة أخرى، كلوريد الحديديك لا يضيف ألومنيومًا إلى الماء المعالج، وهذا اعتبار تهتم به بعض الجهات المشغّلة. وفي الحالتين يبقى ضبط الجرعة والأس الهيدروجيني والترشيح هو ما يحافظ على المعدن المتبقي منخفضًا.
مجالات يتفوّق فيها كلوريد الحديديك في مياه الصرف
هنا تظهر القيمة المضافة الأوضح لكلوريد الحديديك، فهو لا يعمل مخثّرًا فقط:
- التحكم في الكبريتيد والروائح: أملاح الحديد ترسّب الكبريتيد الذائب على هيئة كبريتيد الحديد غير الذائب. لذلك تُستعمل في شبكات الصرف وخطوط الضخ وداخل المحطات للحد من انبعاث كبريتيد الهيدروجين (H2S) ورائحته، وتُستعمل أيضًا لخفض H2S في الغاز الحيوي الناتج من هواضم الحمأة اللاهوائية. هذه خاصية مرتبطة بالحديد، ولا تُذكر مخثّرات الألومنيوم بين مرسِّبات الكبريتيد في المراجع التي راجعناها.
- إزالة الفوسفور: أملاح الحديد والألومنيوم كلاهما يُستعمل في الإزالة الكيميائية للفوسفور، فهذا مجال مشترك. وقد تناولناه بالتفصيل في مقال سابق عن إزالة الفوسفور بكلوريد الحديديك.
- فصل الزيوت: تذكر ورقة البيانات الفنية لمنتج Egy Chem Hub استخدامه في إزالة الزيوت بوحدات التعويم بالهواء المذاب (DAF) في المصافي، وفي أنظمة الحقن المائي بحقول النفط.
في المحطات التي تعاني من الروائح أو تحتاج إلى خفض الفوسفور، قد يؤدي كلوريد الحديديك أكثر من وظيفة بمادة واحدة. لكن يُراعى أن الجرعة الإضافية تزيد الحمأة، وأن المادة تستهلك القلوية.
التآكل والتداول والتخزين
كلا المنتجين حمضي وأكّال، ولا يصح افتراض أن أحدهما «آمن» في التداول:
- محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% شديد التآكل لمعظم المعادن، وأسّه الهيدروجيني أقل من 1، وتصنّفه نشرة السلامة (SDS) الخاصة بمنتجنا تحت H290 وH302 وH314 وH318. وتُستعمل معه خزانات وخطوط من الألياف الزجاجية (FRP) أو البولي إيثيلين أو البولي بروبيلين أو PVC، أو فولاذ مبطّن بالمطاط.
- PAC أكّال لمعظم المواد أيضًا، ويحتاج إلى مواد مقاومة للأحماض والكلوريدات، مثل البلاستيك المقوّى بالألياف الزجاجية والفولاذ المبطّن بالمطاط وPVC، مع تجنّب وصلات النحاس الأصفر والفولاذ الطري. ومحاليل PAC محدودة الثبات عند التخزين الطويل، خاصة الدرجات عالية القاعدية.
النقطة العملية: إذا كانت المحطة مجهّزة لأحد المنتجين، فالتحول إلى الآخر يتطلب مراجعة الخزانات والمضخات وخطوط الحقن ونقطة الإضافة. وقد تطرّقنا إلى قواعد تخزين كلوريد الحديديك وتداوله في مقال مستقل.
متى يميل الاختيار إلى كل منهما؟
يميل الاختيار إلى PAC غالبًا حين:
- تكون قلوية المياه الخام منخفضة ولا يُراد خفض الأس الهيدروجيني كثيرًا.
- تكون المياه باردة معظم العام وكانت الشبّة تعاني فيها.
- تكون المحطة مجهّزة أصلًا لمخثّرات الألومنيوم.
ويميل إلى كلوريد الحديديك غالبًا حين:
- يتقلب الأس الهيدروجيني للمياه الخام أو يخرج عن نطاق مخثّرات الألومنيوم.
- يكون المطلوب، إلى جانب التخثير، التحكم في الكبريتيد والروائح أو خفض H2S في الغاز الحيوي.
- يُفضَّل ألا يضيف المخثّر ألومنيومًا إلى الماء المعالج.
- تكون قلوية الماء كافية، وتتوفر مواد تداول مقاومة للتآكل.
اختبار الجرّة هو الفيصل
القواعد السابقة ترتّب الأولويات ولا تحسم القرار. الحسم يكون بـاختبار الجرّة (Jar Test) على الماء الفعلي، مع مقارنة المنتجين على أساس واحد. فجرعة PAC تُذكر عادةً كمنتج بتركيز معيّن من Al2O3، وجرعة الحديد قد تُذكر كمحلول أو كمادة لامائية أو كحديد. ويُقيَّم في الاختبار: العكارة المتبقية، والأس الهيدروجيني والقلوية بعد التخثير، وحجم الحمأة، والمعدن المتبقي، ثم التكلفة الكلية للمتر المكعب المعالج، لا سعر الطن وحده.
محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% من Egy Chem Hub
تقدّم Egy Chem Hub محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% (Ferric Chloride Solution 40%، الاسم التجاري ECH-FR4014)، ومنشؤه مصر. وفق ورقة البيانات الفنية: التركيز حتى 40% (±2%) وزنًا، والحديد 13–14%، والحديد الثنائي (Fe2+) 1% كحد أقصى، والحموضة الحرة 1% كحد أقصى. ويمكن حقنه مركّزًا أو بعد التخفيف، مع تحديد الجرعة المثلى باختبار الجرّة.
المنتج مصنَّع في منشأة مدرجة لدى NSF International وفق المواصفة NSF/ANSI/CAN 60 (مواد معالجة مياه الشرب)، لاستخدام التخثير والتلبيد، بحد أقصى للاستخدام 100 ملغ/لتر. ويُعبَّأ في براميل HDPE سعة 280 كغ وخزانات IBC سعة 1,400 كغ، ويتوفر سائبًا. وتتوفر ورقتا البيانات الفنية (TDS) والسلامة (SDS) عند الطلب. وننوّه إلى أن Egy Chem Hub لا تورّد بولي ألومنيوم كلوريد، والمقارنة هنا لمساعدتك على الاختيار الصحيح.
لطلب عرض سعر أو مواصفات فنية، تواصل مع فريق Egy Chem Hub، وأرفق تحليل مياهك وتطبيقك.
أسئلة شائعة
ماذا يعني «PAC 18%»؟
هو اسم تجاري لمحلول بولي ألومنيوم كلوريد السائل، ومحتواه من أكسيد الألومنيوم (Al2O3) نحو 17%، في نطاق يقارب 16.5–18% بحسب المنتِج. تحقق دائمًا من نسبة Al2O3 والقاعدية في شهادة التحليل.
هل يمكن استبدال PAC بكلوريد الحديديك مباشرة بالجرعة نفسها؟
لا. المعدن مختلف، والتركيز مختلف، واستهلاك القلوية مختلف. لذلك تُحدَّد الجرعة الجديدة باختبار الجرّة، وتُراجَع مواد الخزانات وخطوط الحقن قبل التحويل.
أيهما أنسب لمياه الشرب؟
كلاهما مستعمل في مياه الشرب ضمن مواصفات أوروبية خاصة به (EN 888 لكلوريد الحديديك، وEN 17034 لـ PAC). يميل PAC إلى المياه الباردة منخفضة القلوية، ويميل كلوريد الحديديك إلى المياه متقلبة الأس الهيدروجيني وحين يُفضَّل ألا يضاف ألومنيوم إلى الماء. والقرار النهائي لاختبار الجرّة.
لماذا يُفضَّل كلوريد الحديديك في محطات الصرف ذات الروائح؟
لأن الحديد يرسّب الكبريتيد الذائب على هيئة كبريتيد الحديد غير الذائب، فيحد من انبعاث كبريتيد الهيدروجين، ويسهم في الوقت نفسه في التخثير وإزالة الفوسفور.
