تصفیه فاضلاب صنعتی

روش های تصفیه فاضلاب صنعتی
روش های مختلفی برای تصفیه فاضلاب صنعتی وجود دارد. اغلب آنها برای اینکه بعدا فاضلاب صنعتی به فاضلاب شهری مستقیما تخلیه شود واینکه یک آلودگی خاصی هم از آن حذف شده باشد، انجام پذیر و قابل توصیه هستند. درصورتیکه تاسیسات تصفیه خانه تصفیه فاضلاب شهری به خوبی عمل کند، می تواند بخش عمده تصفیه صنعتی ( به غیر از آلودگی هایی مانند سیانید ها، فنول ها در غلظت های بالا و فلزات سنگین) را انجام دهد. pH فاضلاب باید نزدیک محدوده خنثی نگه داشته شود. عموما، فاضلاب صنعتی باید عاری از موادی باشد که در فرآیند تصفیه خلل ایجاد می کنند یا کیفیت فاضلاب تصفیه شده را بر هم می زنند. از این رو اولین امکانی که باید به جد در نظر گرفته شود این است که صنایع و شهرداری ها باید در ساخت و بهره برداری تصفیه خانه فاضلاب شهری با هم همکاری داشته باشند. در بسیاری موارد تصفیه مشترک فاضلاب صنعتی و شهری میتواند اقتصادی و به نفع هر دو باشد.
یک تفکیکی بین فاضلاب های غیر قابل تصفیه وجود دارد و تنها یک ترکیب است که اگر با سایر فاضلاب ها مخلوط گردد قابل تصفیه نیست. برای مثال، فاضلاب یک کارخانه ابکاری و فاضلاب خانگی در صورتی میتوانند با هم تصفیه شوند که pH آنها اول در حدود 7 تثبیت گردد و سیانید ها و بخش زیادی از کروم آن در واحد تصفیه فاضلاب محلی حذف گردد. کوتاه ترین مسیر تخلیه فاضلاب صنعتی تصفیه نشده بطور مستقیم به جریان شهری، بعد از یک بررسی دقیق توسط مهندسین بهداشت که مطمئن شوند فاضلاب دارای شرایط مجاز است، می باشد. امروزه این مورد بطور قطع به عنوان یک استثناء در نظر رگفته می شود. تصفیه کامل فاضلاب صنعتی قبل از تخلیه مستقیم یا استفاده دوباره در یک کارخانه به تدریج توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در حقیقت تصفیه کامل(یا تصفیه پیشرفته) در حال حاضر در بسیاری از صنایع بزرگ در حال انجام است بطور مثال نساجی، پالپ و کاغذ، استیل و صنایع شیمیایی. روش های مورد استفاده یا تصفیه فاضلاب میتوان به صورت واحد تصفیه فیزیکی و شیمیایی و فرآیندهای بیولوژیکی تقسیم بندی کرد.خلاصه ای از واحدهای بهره برداری و فرایند های معمول مورد استفاده در تصفیه و بازیابی فاضلاب و حذف آلودگی های اصلی، در جدول 1 ارائه شده است.

سطوح مختلف تصفیه
سطوح میزان تصفیه اغلب به صورت اولیه، ثانویه و پیشرفته شناخته می شوند. تصفیه اولیه شامل جداسازی بخشی از جامدات معلق از فاضلاب را گویند. آشغالگیر و ته نشینی معمولا این فرایند جداسازی را انجام میدهد. بطور معمول خروجی تصفیه اولیه بطور قابل توجهی حاوی مواد آلی خواهند بو د و BOD نسبتا بالایی خواهند داشت. در تصفیه ثانویه، فاضلاب بیشتر تصفیه می شود. عموما فرآیند بیولوزیکی برای حذف مواد الی و مواد جامد معلق باقیمانده در فاضلاب انجام می گردد. معمولا پساب بعد از تصفیه ثانویه BODکمی در حدود 30ppm و جامدات معلق کمی در حدود 30ppm دارد. بیشتر مواد آلی تجزیه پذیر بیولوژیکی در طی تصفیه بیولوژیکی حذف می گردند ولی حدود 40-100ppm از مواد آلی مقاوم بیولوزیکی و محلول “تجزیه ناپذیر” در پساب باقی می مانند. این مواد ممکن است محصول نهایی تخریب بیلوژیکی طبیعی یا محصولات مصنوعی مانند دترجنتهای سنتزی، آفت کش ها، کلروفنل ها، ترکیبات نیترو، TCE، PCE، PCB، و غیره باشند. زیست تخریب پذیری برخی ترکیبات آلی در جدول 2 آمده است.

عملیات واحد
هر دو بخش تصفیه اولیه و ثانویه مورد بحث قرار گرفتند و این بخش به تصفیه مرحله سوم یا تصفیه پیشرفته اختصاص دارد. فرایند ها و عملیات های این واحد(انعقاد، فیلتراسیون، جذب کربم اکتیو، الکترو دیالیز، اسمز مکعوس، ازن زنی، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته و …) که در عین حال اغلب برای تصفیه موضعی پساب صنعتی استفاده می شوند. یک فلودیاگرام مفهومی از فرایندهای تصفیه پیشرفته فاضلاب که قادر به تولید آب اشامیدنی از فاضلاب شهری که در شکل 1 نشان داده شده است.

انعقاد
انعقاد ممکن است برای زلال سازی فاضلاب صنعتی که حاوی ذرات جامد معلق و کلوئیدی است استفاده شود. ضایعات کاغذی به راحتی با دز های پایین ماده آلوم منعقد می شود. سیلیکا یا پلی الکترولیت ها به تشکیل فلاک و ته نشینی سریع کمک می کنند. اطلاعات رایج در جدول 3 که مربوط به تصفیه شیمیایی ضایعات کاغذ و مقوا است، خلاصه شده اند.

ضایعات حاوی روغن های امولسیون شده که می تواند با انعقاد زلال سازی شود. قطات روغن در آب تقریبا 5-10 cm می باشند و با جذب یونها تثبیت شده اند. عوامل امولسیون کننده شامل انواع صابون و عوامل فعال آنیونی هستند. امولسیون میتواند با نمک زنی با اضافه کردن نمک هایی مانند کلسیم کلراید شکسته شود. کاهش pH محلول ضایعات میتواند همچنین باعث شکیته شدن امولسیون شود. برای مثال ضایعات پلیمر کارخانجات لاتکس یا 500ppm فریک کلراید و 200ppm لایم در pH9.6 به ترتیب سبب کاهش BOD و COD تا 75-94 از مقادیر اولیه 1000,120ppm.
لجن حاصل حاوی1.2% وزنی مواد جامد است. نتایج بدست آمده از انعقاد فاضلاب نساجی در جدول 4و حذف رنگ از پساب پالپ- خمیرکاغذ در جدول 5 آمده است. از جدول 4 و 5 اینطور بر می آید که عمل انعقاد در کاهش زنگ پساب های صنعتی بسیار موثر است(بطور نرمال حذف رنگ 85% و اغلب 92-95% می باشد)، ولی حذف COD کمی کمتر است و حدود 30-60% آن را می کاهد.


رسوب گذاری- حذف فلزات سنگین
رسوب گذاری جهت حذف فلزات سنگین از پساب صنعتی بکار گرفته می شود. فلزات سنگین عموما به صورت هیدروکسید رسوب میکنند با افزودن لایم(آهک) یا سود(NaOH) تا رساندن به pH ی که حداقل حلالیت را در آن داشته باشند. pH حداقل حلالیت بسته فلز متفاوت است. برای مثال حداقل حلالیت کروم و روی به ترتیب در pH7.5 و 10.2 می باشد.
در هنگام تصفیه فاضلاب صنعتی حاوی فلزات سنگین، لازم است که ذرات معلقی را که ممکن است در فرایند رسوب گذاری فلزات مداخله کنند زا از قبل حذف کرده باشیم.
سیانید ها و امونیاک با بسیاری از فلزات کمپلکس می دهند، که حذف انها را محدود میکند. برای بسیاری از فلزات مانند آرسنیک و کادمیوم، کمک رسوب دهنده هایی مانند اهن یا آلومینیوم بسیار در حذف آنها بسیار موثر اند در حالتیکه در سطح بسایر کمی باقیمانده اند. به منظور رفع نیازمندیهای فاضلاب کم، ممکن است نیاز باشد که فلاک هایی که از واحد رسوب گذاری آمده اند را فیلتراسیون کنیم. فیلتراسیون غلظت پساب را تا 0.5ppm یا کمتر کاهش می دهد.
برای تصفیه فاضلاب حاوی کروم 6 ظرفیتی، ابتدا باید آن را به کروم 3 ظرفیتی کاهش داد یعنی احیا کرد و سپس با استفاده از لایک آن را رسوب داد. عامل کاهنده کروم 6 معمولا سولفات آهن (2)، سدیم متا بی سولفیت یا سولفور اکسید است. خلاصه ای از حذف فلزات در جدول 6 آمده است.

شناورسازی(جداسازی روغن)
در جداسازی روغن، روغن ازاد به سطح یک تانک شناور می شود و سپس از سطح جمع می شود. طراحی یک جداساز وزنی بر اساس حذف تمام لکه های روغنی آزاد بزرگتراز 0.15mm می باشد. عدد رینولدز کمتر از 0.5 استف بنابراین قانون استوک اعمال می شود. بطور معمول پسابی با غلظت روغن حدود 50ppm بدست می اید. بار هیدرولیکی یک جدساز صفحه ای کروگیت شده جریان متقاطع به نسبت دما و گراویته مخصوص روغن تغییر میکند(شکل2). نرخ جریان اسمی برای یک دمای 20 درجه سانتی گراد و یک گراویته مخصوص 0.9 برای یک روغن تعیین شده است. یک بار هیدرولیکی 0.5m³/m²/h سطح واقعی صفحه، معمولا باعث جداسازی قطرات 0.06mm می گردد. امولسیون روغن می تواند قبل از جداسازی با اسید زنی، اضافه کردن آلوم یا نمکهای آهن یا استفاده از پلیمرهای ضد امولسیون(پخش کننده) بشکند.

جذب کربن اکتیو
فاضلاب بسیاری از صنایع حاوی مواد آلی مقاوم است که حذف انها از فاضلاب به روشهای معمول تصفیه بیولوژیکی غیر ممکن و یا بسیار دشوار است. این مواد را می توان با جذب از طریق کربن اکتیو و یا سطح جامدات فعال سنتزی(مصنوعی) از فاضلاب حذف کرد. درصد جذبی که رخ خواهد داد و روابط معادلات نتایج با توجه به معادلات تجربی فرندیچ یا برآورد شده از تئوری روابط لانگمیر، حاصل شده است. برای کابرد های عملی ایزوترم فراندیچ مناسبتری بصورت زیر بیان شده است:

مقدار ثابت k برای تعدادی از آلاینده های مهم و مقدم(نیترو بنزن، استایرن، کلروبنزن، بروموفرم و …) در رنج 60-360 mg/g و مقدار 1/n= 0.12-0.98 می باشد.در عملکرد ستون های کربن اکتیو گرانولی، ظرفیت جذب کربن هنگام عبور و ماهیت فاضلاب در شکل3 نشان داده شده است. یک ماده ارگانیک تنها، مانند دی کلرو اتان، یک منحنی عبور شارپ خواهد داد که نشان دهنده 90% راندمان است. در مقابل یک فاضلاب پتروشیمی که حاوی چندین ماده است، یک منحنی خمیده دارد که به دلیل سرعت جذب و واجذب های مختلف این مواد گوناگون در فاضلاب است.

بسته به ماهیت فاضلاب، چندین نوع مختلف ستون کربن می توان طراحی کرد: جریان رو به پایین(Downflow in series)، بستر سیار(Moving-bed)، جریان رو به پایین موازی(Downflow in parallel)، جریان رو به بالا که به صورت سری گسترده(Upflow expanded in series) شده است و ….(شکل4)

به طور کلی امکان بازیافت اقتصادی کربن اکتیو وجود دارد. روشهای بازیافت مانند حرارت دادن، بخار دادن، استخراج با حلال، تصفیه اسیدی یا بازی و اکسیداسیون شیمیایی هستند. با این حال،در بسیاری از فاضلابها، بازیافت حرارتی مورد نیاز است. بازیافت حرارتی یعنی خشک کردن، جذب حرارتی و حرارت با دمای بالا(650-980 درجه سانتیگراد) در حضور مقدار بسیار کمی بخار آب، گاز کوره و اکسیژن است. کوره های چندگانه یا کوره های بستر مایع می توانند در این مورد استفاده شوند. پروسه بازیافت تلفیقی میان سوختن مقدار زیادی کربن و در عین حال خارج شدن دوده های نسوخته که باعث گرفتگی حفره های کربن اکتیو ها می شوند. بسته به نوع کربن و عملیات کوره، کاهش وزن کربن در مسیر بازیافت معمولا بین 5-10% وزنی کربن اولیه می باشد. اخیرا کربن اکتیو پودری به فرایند لجن فعال برای بهبود عملکرد این پروسه اضافه می گردد. دیاگرام این فرایند در شکل5 نشان داده شده است. مزایای استفاده از کربن اکتیو پودری شامل کاهش تنوع مواد باقی مانده در پساب و حذف از طریق جذب مواد آلی مقاوم تجزیه ناپذیر و رنگ می باشد. کربن اکتیو پودری همچنین مزایایی مانند توانایی فراهم آوردن تصفیه بیولوژیکی با حداقل هزینه است. با افزودن کربن اکتیو پودری ته نشینی لجن، زلال سازی ثانویه مرسوم اغلب بهینه تر است حتی با افزودن دوز کربن اکتیو پودری بیشتر(300-500ppm).