تصفیه فاضلاب صنعتی
تصفیه فاضلاب صنعتی
توليد فاضلابهای صنعتی با تركيبات متنوع شناخته و ناشناخته يكی از چالشهای بزرگ زيست محيطی جوامع بشری است كه سلامت جامعه را تهديد می كند. لذا شناخت دقيق آلاينده های صنايع مختلف و فرايندهای تصفيه و اصول بهره برداری از آنها امری مهم و شايان توجه است. از طرفی روند رو به افزايش مصرف آب در جوامع بشری و كم آبی پهنه وسيعی از خشكی های كره زمين سبب شده است تا موضوع حفاظت از آب از يك دانش تخصصی محض فراتر رفته و گستره مرزهای حقوقی، سياسی، اجتماعی و اقتصادی را در نوردد و به يكی از چالشهای مهم فرا روی بشر در قرن بيست و يكم تبديل شود.
كشور ما جزء مناطق كم آب دنياست و ميزان بارندگی سالانه حدود يك چهارم معيار جهانی (970 ميلی متر در سال) است. از اين رو بروز كم آبی و خشكسالی شديداً مشهود بوده. بنابراين اگر دفع پساب حاصل از تصفيه فاضلاب صنعتی به روش صحيح و اصولی انجام گيرد، علاوه بر پيشگيری از آلودگی های زيست محيطی و كاهش بيماريها، يك منبع ارزشمند آب محسوب می شود كه می توان آن را جهت مصارف مختلف استفاده نمود.
در شرکت آرکاگستر رسام تصفيه فاضلاب صنایعی ازجمله لبنی، نساجی، سیبزمینی، كشتارگاه و فرآوری گوشت، صنعت غذاهای دريايی، كاغذ و چوب، فلزات و صنايع انفجاری توسط کارشناسان موردبررسی قرار گرفته است و فرآیندهای مرتبط با هرکدام از صنایع مذکور توسط این شرکت اجرا میگردد.
1. فرآیندهای تصفیه فاضلاب صنعتی
1.1. فرایند فيزيكو شيميايی - تصفیه فاضلاب صنعتی
در این فرايند از عملكرد توأم فرآیندهای فيزيكی و شيميايی در تصفیه فاضلاب صنعتی استفاده میشود. در اين روش برای حذف برخی آلایندهها مانند فلزات سنگين، مقدار معينی مواد شيميايی به فاضلاب تزريق میکنند كه اين مواد شيميايی سبب تشكيل رسوبات اين فلزات سنگين در داخل فاضلاب میگردد. سپس با فرآیندهای فيزيكی مانند تهنشینی، اين رسوبات را در كف حوضچه، تهنشین كرده و با استفاده از فرايند فيلتراسيون، اين رسوبات را از فاضلاب جدا میکنند. از اين فرايند ها معمولاً در صنايع نساجی و فراوردههای فلزی استفاده میشود.
2.1. فرايند اكسيداسيون شيميايی
اكسيداسيون شيميايی به واکنشهایی گفته میشود كه در آنها يک ماده اکسیدکننده، الکترونهای ماده شيميايی مورد نظر را میگیرد و آن را اكسيد میکند. اين واکنشها بستگی به قدرت اكسيدكنندگی عامل اكسيدكننده دارد. که در جدول 1 مقدار آن برای برخی از مواد نشان داده شده است.
جدول 1. قدرت اكسيد كنندگی بعضی از عوامل اكسيد كننده
عامل اكسيد كننده | پتانسيل اكسيداسيون (ولت) |
فلوئور | 3.03 |
راديكال هيدروكسيل | 2.80 |
اكسيژن اتمی | 2.42 |
ازن | 2.07 |
پراكسيد هيدروژن | 1.77 |
پرمنگنات | 1.67 |
اسيد هيپو برومو | 1.59 |
دی اكسيد كلر | 1.50 |
اسيد هيپو كلرو | 1.49 |
اسيد هيپو يدو | 1.45 |
گاز كلر | 1.36 |
يد | 0.54 |
فرايندهای اكسيداسيون شيميايی در تصفیه فاضلاب صنعتی به دو دسته كلی تقسيم می شوند:
- - فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی کلاسیک
- - فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (Advanced Oxidation Processes (AOP))
1-2-1. فرايند اکسیداسیون شیمیایی کلاسیک
در تصفیه فاضلاب صنعتی به روشهای شیمیایی کلاسیک معمولاً يک عامل اکسیدکننده را به آب حاوی آلودگی اضافه میکنند تا آلودگیها توسط آن عامل اكسيدكننده، اکسیدشده و آلایندهها از پساب حذف شوند. اين افزودنیها كه سبب اكسيد شدن آلودگیها در پساب میشوند شامل موارد زير هستند:
- - كلر
- - پرمنگنات پتاسيم
- - پراكسيد هيدروژن
- - ازن
كه هر يک از اين عوامل اکسیدکننده طی واکنشهای مخصوص به خود سبب حذف آلودگیها از پساب موردنظر میشوند.
1-1-2-1. اكسيداسيون با كلر:
كلر، يک عامل اكسيدكننده میباشد كه يا به صورت عنصری و يا به صورت هيپوكلريت میتواند با قدرت سبب اكسيد كردن عوامل آلودگی همچون سيانيد شوند.
2-1-2-1. اكسيداسيون با پرمنگنات پتاسيم:
از این اکسید کننده جهت حذف برخی از ترکیبات آلی استفاده می شود.عمدتا در حذف آلدئیدها، مرکاپتانها، فنل و اسیدهای غیر اشباع به کار برده میشود. در طی واکنش، حلقه آروماتیک شکسته شده و مولکول با وضیعت خطی ایجاد میگردد. ترکیبات آلیفاتیک بیشتر اکسید شده و آب و دی اکسید کربن بوجود می آید. پیشرفت واکنش سریع بوده و بستگی زیادی به pH محیط دارند. pH به دلیل هزینه زیاد مواد مورد نیاز و سمیت آن برای آبزیان در مقیاس بزرگ توسعه نیافته است.
3-1-2-1. اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن:
پراکسید هیدروژن یک ترکیب اکسیدکننده بسیار قوی است که جهت اکسیداسیون ترکیباتی چون فنل ها، سیانیدها، ترکیبات گوگردی و یونهای فلزی به کار گرفتهشده است. ترکیب تجاری آن در آب محلولی بیرنگ و با درصد خلوص۷۰-۳۰ درصد است. این ترکیب در طی تجزیه، اکسیژن و گرمای زیادی ایجاد میکند. مقادیر كمی از بعضی فلزات میتواند نقش کاتالیزور را در فرآیندهای اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن ایفا كند. این اکسیدکننده یک ماده به نسبت بیخطر بوده و در تصفیه فاضلاب صنعتی و تصفیه بسیاری از مواد آلی و معدنی و حلقه بنزنی به كار گرفتهشده است. دامنه pH بهینه در این فرايند بين 4-3 متغیر است. پراکسید هیدروژن در حضور كاتاليزور، رادیکال هیدروکسیل ايجاد میکند که اين راديكال هيدروكسيل با مواد آلی ترکیبشده و ساختار آنها را متلاشی میکند. از مزايای مهم اين اکسیدکننده قيمت مناسب، سهولت حملونقل، عدم ايجاد محصولات سمي و حلاليت بالا در آب است.
4-1-2-1. اکسیداسیون با ازن:
ازن برای موارد مختلفی همچون حذف رنگ، گندزدايی، حذف بو و طعم، حذف منیزیم و ترکیبات آلی كاربرد دارد. ازن در شرایط دما و فشار استاندارد، حلاليت كمی دارد و همچنین ناپايدار است. حلاليت ازن تقریباً 10 برابر حلالیت اکسیژن در آب بوده و قدرت اکسیدکنندگی آن دو برابر قدرت اكسيدكنندگی پراکسید هیدروژن است. ازن در تصفيه پسابهای حاوی تركيبات فنی به كار میرود. هدف آن در تصفیه فاضلاب صنعتی و پساب محتوی ترکیبات فنلی، اکسید کردن این ترکیبات به مواد آلی واسطه بوده، این مواد اگرچه سمی هستند ولی کاملاً ازنظر زیستی قابلتجزیه هستند.
2-2-1. فرايند اكسيداسيون پيشرفته (AOP):
فرآيند اكسيداسيون پيشرفته يكی از روشهای مؤثر در تصفيه سابهای حاوی آلایندههای سمی و صنعتی است. با توجه به اينكه فرآیندهای بيولوژيكی متداول در تصفيه پسابهای صنعتی، در حذف و از بین بردن مقادير بالای تركيبات آلی، ناتوان هستند، از فرآیندهای اكسيداسيون شيميايی كه با توليد رادیکالهای هيدروكسيل در محل، موجب اكسيداسيون و تجزيه آنها میشود، استفاده میکنند. در اين روش اكسيژن خالص و ازن را در فواصل مختلف به فاضلاب میافزايند و اين فرآیندها در تصفيه پسابها و نيز تصفيه نهايی آب شرب مورداستفاده قرار میگيرند. اين كار سبب خاصيت اكسيدكنندگی قوی در فاضلاب شده و به حذف BOD فاضلاب منتهی میشود. كه باعث حذف تمامی باکتریها و ویروسها در تصفيه نهايی آب میشود.
راديكالهای هيدروكسيل از طرق مختلف توليد می شوند كه عبارتند از:
- 1- تركيب تابش ماورای بنفش و افزودن و افزودن آب اكسيژنه
- 2- افزودن توأم گاز ازن و آب اكسيژنه
- 3- تركيب تابش ماورای بنفش و افزودن ازن
- 4- تركيب تابش ماورای بنفش و TiO2
- 5- تركيب تابش ماورای بنفش و ازن و پراكسيد هيدروژن
- 6- فتوفنتون
- 7- الكتروفنتون
- 8- واكنش فنتون
- 9- افزودن آب اكسيژنه و نمک آهن به عنوان كاتاليزور
- 10- ازن زنی در PH قليايی
نمونههايی از كاربرد اين فرايند در تصفیه فاضلاب صنعتی:
- 1- تصفيه شيرابه زباله
- 2- از بين بردن مواد راديو اكتيو
- 3- تصفيه پسابهای نفتی و پترو شيمی
- 4- از بين بردن تركيبات شيميايی حاصل از سموم كشاورزی
- 5- تصفيه پسابهای با بار آلی بسيار بالا
- 6- حذف بو از گاز خروجی از صنايع
- 7- تصفيه خاكهای آلوده به تركيبات شيميايی
- 8- پيش تصفيه در شكست ماكرو مولكول های غير قابل تصفيه به روش بيولوژيكی
3-2-1. فرایند الكتروشيميايی
شماتیکی از تمامی مراحل تصفیه فاضلاب صنعتی و تصفیه لجن
فرایندهای الكتروشيميايی در اواخر قرن 19 ميلادی در انگلستان آغاز به کارکردند که در اوايل توسعه چندانی پيدا نكردند. اما در حال حاضر اين فناوری به دليل ساختار دوستدار محیطزیست آن، بسيار مورداستفاده قرار میگیرد. و اين روش در سالهای اخير برای تصفيه فاضلابهای صنعتی و آلی كاربردهای زيادی داشته است و در حال حاضر هم، ازلحاظ هزينه و كارايی در مقايسه با روشهای ديگر، مناسبتر است.
فرايند الکتروکواگولاسیون باوجوداینکه یک فرايند پیچیده است، اما کار کردن با آن ساده است و راندمان حذف بسیار بالايي دارد. اين فرايند با كمک گرفتن از چند مكانيسم بهصورت همزمان سبب حذف مقادير بالايی آلاينده، از فاضلاب میشود.
الکتروکواگولاسیون دارای يک اتاقک تصفيه است كه در آن جريان برق عبور میدهند و با اين جريان برق، سبب تصفیه محدوده وسیعی از فاضلابهای مختلف شامل فلزات سنگین، گندزدایی، علفکشها، آرسنیک، MTBE، سیانید، BOD ،TSS و TDS میشود. الکتروکواگولاسیون برای تصفیه فاضلابهای شهری، صنعتی و شیمیایی استفاده میشود.
مزیت اصلی این روش، فراهم نمودن کاتیونهای فعال بدون احتياج به افزودن نمک يا ساير مواد منعقد كننده به آب یا فاضلاب است که برای عمل انعقاد موردنیاز است.
موارد استفاده از فرايندهای الكتروشيميايی در تصفیه فاضلاب صنعتی :
- 1- بازيابی فلزات قيمتی
- 2- پرهيز از خوردگی
- 3- از بين بردن آلاينده های فلزی و آلی و معدنی
مزايای فرایندهای الكتروشيميايی در تصفیه فاضلاب صنعتی:
- 1- دوستدار محيط زيست و توليد لجن محدود
- 2- زمان ماند ناچيز
- 3- قابليت اضافه كردن مواد شيميايی جهت بهبود كارايی سيستم تصفيه.
- 4- كاربری آسان و عدم نياز به تجهيزات مكانيكی و الكترومكانيكی خاص
- 5- در شرايط دمايی سخت و فشارهای بالا ميتوان اين روش را به كار برد.
معايب فرايندهای الكتروشيميايی در تصفیه فاضلاب صنعتی:
- 1- نيروهای كارآزموده و متخصص در اين زمينه كم است.
- 2- واكنش های شيميايی در سطح الكترود مشكل ايجاد می كند و در صورت اشكال در سطح الكترود، عملكرد و عمر سيستم كم میشود.
انواع روشهای الكتروشيميايی در تصفیه فاضلاب صنعتی:
- - شناورسازی و انعقاد الكتروشيميايی
- - رسوب دهی الكتروشيميايی
- - اكسيداسيون و احيا الكتروشيميايی
4-2-1. فرایند بيولوژيكی
تصفیه فاضلاب صنعتی به روش فرایند بیولوژیکی انواع مختلف دارد.
- 1- فرایند تلفیقی بی هوازی - هوازی
- 2- فرایند بی هوازی
- 3- فرایند هوازی
- 4- فرایندهای حذف بیولوژیکی نوترینتها
1-4-2-1. فرايند تلفيقی بی هوازی - هوازی
2-4-2-1. فرايندهای تصفيه فاضلاب به روش بی هوازی
- - راكتور بافلدار بی هوازی (ABR)
- - راكتور بی هوازی با بستر شناور (AFBR)
- - راكتور بی هوازی با بستر لجن متحرک (AMBR)
- - راكتور بی هوازی دارای بستر لجن و جريان رو به بالا (UASB)
- - راكتور تماس بی هوازی (AC)
- - راكتور فيلتر بی هوازی
- - راكتور ناپيوسته متوالی بی هوازی
3-4-2-1. فرايندهای تصفيه فاضلاب به روش هوازی
فرايندهای هوازی با رشد چسبيده
فرايندهای هوازی با رشد معلق
- - بركه تثبيت
- - لاگون هوادهی
- - لجن فعال