تصفیه شیمیایی فاضلاب
تصفیه شیمیایی فاضلاب
فرمت: pdf تعداد صفحات: 23
فهرست:
- مقدمه و جایگاه تصفیه شیمیایی در تصفیه فاضلاب
- تأثیر مواد شیمیایی بر مواد خارجی محلول در فاضلاب
- الف) خنثی‌سازی و تنظیم pH
- ب) اکسیداسیون
- ج) احیاء
- روش‌های خنثی‌سازی و تنظیم pH در تصفیه فاضلاب
- اختلاط فاضلاب قلیایی و اسیدی
- خنثی‌سازی با بستر سنگ آهک
- اختلاط فاضلاب اسیدی با دوغاب آهک / هیدروکسید سدیم
- خنثی‌سازی فاضلاب‌های بازی با اسید
- پارامترهای انتخاب عامل خنثی‌سازی و تنظیم pH
- تأثیر مواد شیمیایی بر مواد خارجی نامحلول در فاضلاب
- الف) انعقاد و لخته‌سازی
- ب) شنارسازی (فلوتاسیون)
- دستگاه‌های افزودن مواد شیمیایی به فاضلاب
- انواع منعقدکننده‌ها در پکیج تصفیه فاضلاب
- منعقدکننده‌های آلومینیوم‌دار
- منعقدکننده‌های آهن‌دار
- عوامل مؤثر در انعقاد
- جمع‌بندی
۱. مقدمه و جایگاه تصفیه شیمیایی در تصفیه فاضلاب
فاضلاب خام، بسته به منشأ آن (شهری، صنعتی، کشاورزی)، حاوی طیف گسترده‌ای از آلاینده‌هاست: مواد معلق، مواد کلوئیدی، مواد محلول آلی و معدنی، فلزات سنگین، ترکیبات نیتروژن‌دار و فسفر، عوامل بیماری‌زا و ترکیبات سمی. تصفیه فاضلاب معمولاً ترکیبی از روش‌های فیزیکی (ته‌نشینی، صاف‌سازی، شناورسازی)، بیولوژیکی (هوازی و بی‌هوازی) و شیمیایی است. در این میان، تصفیه شیمیایی نقش مکمل و در بسیاری از موارد نقش کلیدی دارد؛ به‌ویژه در فاضلاب‌های صنعتی که ترکیبات آن‌ها برای باکتری‌ها سمی است، تجزیه‌پذیری بیولوژیکی پایینی دارند یا نوسانات شدید pH و بار آلودگی در آن‌ها مشاهده می‌شود.
فایل حاضر با عنوان «تصفیه شیمیایی فاضلاب» تألیف دکتر محبوبه چراغی (هیأت علمی تمام‌وقت واحد اهواز) به‌صورت نظام‌مند کاربرد مواد شیمیایی را در دو حوزه اصلی بررسی می‌کند:
– مواد خارجی محلول در فاضلاب: موادی که به‌صورت یون یا مولکول در فاز آبی حل شده‌اند و با ته‌نشینی ساده جدا نمی‌شوند؛ مانند اسیدها و بازها، نیترات، فلزات محلول و ترکیبات آلی محلول. برای تأثیر بر این مواد از خنثی‌سازی، اکسیداسیون و احیاء استفاده می‌شود.
– مواد خارجی نامحلول در فاضلاب: مواد معلق و کلوئیدی که به دلیل اندازه بسیار کوچک یا بار سطحی یکسان، در حالت تعلیق پایدار باقی می‌مانند و بدون کمک مواد شیمیایی ته‌نشین نمی‌شوند. برای جداسازی این مواد از انعقاد و لخته‌سازی و شنارسازی (فلوتاسیون) استفاده می‌شود.
در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری، بخش عمده تصفیه بر عهده باکتری‌های هوازی است و مواد شیمیایی عمدتاً در موارد خاص (گندزدایی با کلر، تنظیم pH، حذف فسفر و کمک به ته‌نشینی) به کار می‌روند. اما در فاضلاب‌های صنعتی، تصفیه شیمیایی می‌تواند به‌عنوان پیش‌تصفیه، تصفیه اصلی یا پس‌تصفیه عمل کند و گاهی حتی جایگزین بخشی از تصفیه بیولوژیکی شود. تصویر ابتدایی فایل (بشرهای آزمایشگاهی حاوی نمونه فاضلاب زردرنگ با همزن) بیانگر آن است که طراحی و کنترل فرآیندهای شیمیایی تصفیه، پیش از هر چیز بر پایه آزمایش‌های جارتست و تعیین دوز بهینه مواد شیمیایی انجام می‌شود.
۲. تأثیر مواد شیمیایی بر مواد خارجی محلول در فاضلاب
مهم‌ترین کاربردهای مواد شیمیایی برای تأثیر بر مواد محلول عبارت‌اند از: خنثی‌سازی، اکسیداسیون و احیاء. هر یک از این فرآیندها هدف مشخصی را دنبال می‌کند: خنثی‌سازی شرایط مناسب برای فعالیت بیولوژیکی و جلوگیری از خوردگی را فراهم می‌کند؛ اکسیداسیون مواد محلول پایدار را به ترکیبات قابل جداسازی یا بی‌خطر تبدیل می‌کند؛ و احیاء برای حذف ترکیبات اکسیدشده مانند نیترات به کار می‌رود.
الف) خنثی‌سازی
همان‌طور که در تصفیه بیولوژیکی نیز مشاهده می‌شود، درجه اسیدی فاضلاب (pH) تأثیر چشمگیری بر میزان فعالیت باکتری‌ها دارد. باکتری‌های تصفیه‌خانه در محدوده pH نزدیک به خنثی بهترین فعالیت را دارند؛ بنابراین فاضلابی که با pH بسیار پایین (اسیدی) یا بسیار بالا (قلیایی) وارد تصفیه‌خانه می‌شود، فعالیت میکروبی را مختل می‌کند و راندمان حذف مواد آلی را به‌شدت کاهش می‌دهد. بر این اساس، در ورودی تصفیه‌خانه باید pH فاضلاب در محدوده مناسب تنظیم شود؛ در متن فایل آمده است که در صورت داشتن درجه اسیدی کمتر از ۶/۵ و یا بیشتر از ۸/۵ باید با افزودن مواد بازی یا اسیدی، pH را اصلاح کرد. این محدوده (۶/۵ تا ۸/۵) معمولاً به‌عنوان محدوده مجاز فعالیت میکروبی و همچنین محدوده قابل قبول برای تخلیه به آب‌های سطحی شناخته می‌شود.
نکته مهم آن است که فاضلاب‌های شهری برخلاف فاضلاب‌های صنعتی، به دلیل حالت تقریباً خنثی، معمولاً نیاز به عمل خنثی‌سازی ندارند. pH فاضلاب شهری معمولاً در محدوده ۷ تا ۸ است و تنها در مواردی مانند نفوذ فاضلاب صنعتی به شبکه، باران‌های اسیدی یا تخلیه غیرمجاز، pH خارج از محدوده می‌شود. در مقابل، فاضلاب‌های صنعتی می‌توانند pH بسیار پایین (مانند پساب آبکاری، تولید باتری، صنایع شیمیایی) یا بسیار بالا (مانند پساب صنایع نساجی، کاغذسازی، شوینده‌سازی) داشته باشند و خنثی‌سازی در آن‌ها اجتناب‌ناپذیر است.
برای انجام خنثی‌سازی، تجهیزاتی طراحی شده است که در فایل با عنوان «دستگاه خنثی‌ساز pH» معرفی شده‌اند. این دستگاه‌ها شامل مخازن اختلاط مجهز به همزن، سیستم تزریق ماده شیمیایی (پمپ دوزینگ)، pH متر و سیستم کنترل خودکار هستند. تصویر صفحه ۴ فایل، مجموعه‌ای از مخازن بتنی مستطیلی با همزن‌های عمودی و لوله‌کشی‌های مربوطه را در یک تصفیه‌خانه صنعتی نشان می‌دهد که در آن‌ها فاضلاب به‌صورت پیوسته با مواد خنثی‌کننده مخلوط می‌شود. کنترل pH در این دستگاه‌ها معمولاً به‌صورت خودکار انجام می‌شود؛ به این صورت که pH متر خروجی، سیگنالی به کنترل‌کننده می‌فرستد و پمپ تزریق بر اساس آن دبی ماده شیمیایی را تنظیم می‌کند. این امر از مصرف بیش‌ازحد مواد شیمیایی و نوسان pH جلوگیری می‌کند.
ب) اکسیداسیون
گاهی از مواد شیمیایی اکسیدکننده برای پایدار کردن و جداسازی مواد خارجی محلول در تصفیه شیمیایی فاضلاب استفاده می‌شود. اکسیداسیون شیمیایی باعث تبدیل ترکیبات محلول به ترکیباتی می‌شود که یا بی‌خطر هستند (مانند تبدیل سیانید به سیانات و سپس به نیتروژن و دی‌اکسید کربن)، یا به‌صورت گاز از آب خارج می‌شوند، یا به شکل جامد ته‌نشین می‌شوند (مانند تبدیل آهن دوظرفیتی محلول به هیدروکسید آهن سه‌ظرفیتی نامحلول)، یا به ترکیباتی با تجزیه‌پذیری بیولوژیکی بالاتر تبدیل می‌شوند.
در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری، معمولاً این کار به عهده باکتری‌های هوازی است؛ یعنی میکروارگانیسم‌ها با مصرف اکسیژن، مواد آلی محلول را اکسید می‌کنند. تنها در مورد کاربرد کلر، از آن برای جداسازی استفاده می‌شود؛ کلر علاوه بر گندزدایی، می‌تواند مواد آلی و معدنی خاصی را اکسید کند (مانند اکسیداسیون سولفید هیدروژن، آهن و منگنز، و شکستن ترکیبات فنلی). امروزه اکسیدکننده‌های قوی‌تری مانند ازن (O₃)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂)، پرمنگنات پتاسیم و فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOP) نیز در تصفیه فاضلاب صنعتی به کار می‌روند که در فایل به‌طور مختصر به مفهوم کلی اکسیداسیون اشاره شده است.
تصویر صفحه ۱۰ فایل، شمای مفهومی یک فرآیند اکسیداسیون پیشرفته (احتمالاً فتوکاتالیستی) را نشان می‌دهد: یک فوتون (نور) به سطح کاتالیزور برخورد می‌کند، اکسیدان فعال می‌شود و رادیکال‌های آزاد تولید می‌شوند؛ این رادیکال‌ها با مولکول‌های آلی واکنش داده و آن‌ها را به آب (H₂O) و دی‌اکسید کربن (CO₂) تبدیل می‌کنند. این تصویر به‌خوبی نشان می‌دهد که هدف نهایی اکسیداسیون پیشرفته، معدنی‌سازی کامل آلاینده‌های آلی است. مزیت این روش‌ها آن است که آلاینده را صرفاً از فاز آبی به فاز دیگر (مانند لجن) منتقل نمی‌کنند، بلکه آن را به مواد بی‌خطر تبدیل می‌کنند؛ اما هزینه بالا و نیاز به تجهیزات پیچیده، کاربرد آن‌ها را محدود می‌کند.
ج) احیاء
برای تجزیه مواد خارجی محلول در فاضلاب، مانند نیترات‌زدایی، می‌توان از مواد شیمیایی مانند متانول و یا از روش تبادل یونی به جای باکتری‌ها برای احیاء و جداسازی ازت و نظایر آن استفاده کرد. در فرآیند نیترات‌زدایی بیولوژیکی، باکتری‌های بی‌هوازی (دنیتریفایر) در غیاب اکسیژن، نیترات را به نیتروژن گازی تبدیل می‌کنند و برای این کار به یک منبع کربن آلی (مانند متانول) نیاز دارند. در روش شیمیایی، متانول به‌عنوان عامل کاهنده عمل می‌کند و نیترات را به نیتروژن تبدیل می‌کند. تبادل یونی نیز روشی فیزیکی-شیمیایی است که در آن رزین‌های آنیونی نیترات را از آب جذب و در عوض یون کلر یا بی‌کربنات آزاد می‌کنند.
تصویر صفحه ۱۲ فایل، شمای تبادل یونی را نشان می‌دهد: در سمت چپ، رزین کاتیونی (Cation Resin) با یون‌های H⁺ اشباع شده است و کاتیون‌های محلول (مانند Na⁺) را جذب می‌کند؛ در سمت راست، رزین آنیونی (Anion Resin) با یون‌های OH⁻ اشباع شده و آنیون‌ها (مانند Cl⁻) را جذب می‌کند. وقتی محلول نمک (Na⁺Cl⁻) از بستر هر دو رزین عبور می‌کند، یون‌های Na⁺ و Cl⁻ جذب رزین‌ها می‌شوند و به جای آن‌ها H⁺ و OH⁻ آزاد می‌شوند که با هم ترکیب شده و آب (H₂O) تشکیل می‌دهند. این فرآیند «دِمينرالیزاسیون» نامیده می‌شود و در تصفیه فاضلاب برای حذف نیترات، فلزات سنگین و سختی به کار می‌رود. مزیت تبادل یونی، بازیابی مواد و عدم تولید لجن زیاد است؛ اما هزینه رزین، نیاز به احیای دوره‌ای با اسید و باز، و تولید پساب شور از محدودیت‌های آن است.
۳. روش‌های خنثی‌سازی و تنظیم pH در تصفیه فاضلاب
فایل چهار روش اصلی را برای خنثی‌سازی و تنظیم pH معرفی می‌کند که انتخاب هر یک به نوع فاضلاب، دبی، نوسانات pH و امکانات موجود بستگی دارد.
۳-۱. اختلاط جریان فاضلاب قلیایی و اسیدی
کارخانه‌ها انواع مختلفی از فاضلاب با خاصیت اسیدی یا قلیایی تولید می‌کنند. به این ترتیب، با تعبیه مخزن متعادل‌ساز مناسب و در تقابل قرار دادن جریان فاضلاب‌های متفاوت می‌توان به درجه‌ای از خنثی‌سازی و تنظیم pH دست یافت. این روش که «خنثی‌سازی متقابل» نامیده می‌شود، اقتصادی‌ترین حالت است زیرا نیازی به خرید مواد شیمیایی ندارد و صرفاً با اختلاط دو جریان با pH متضاد، pH نهایی به محدوده خنثی می‌رسد. مخزن متعادل‌ساز (Equalization Tank) وظیفه یکنواخت‌سازی دبی و کیفیت فاضلاب را نیز بر عهده دارد و از شوک‌های pH به تصفیه‌خانه جلوگیری می‌کند. شرط موفقیت این روش، تولید هم‌زمان و پیوسته فاضلاب اسیدی و قلیایی در کارخانه و امکان اختلاط کنترل‌شده آن‌هاست؛ در غیر این صورت باید از روش‌های دیگر استفاده کرد.
ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی (تایپ شده و باکیفیت) مشاهده کنید.
برای دیدن لینک دانلود در سایت ثبت نام و اکانت خود را ویژه کنید
ورود یا ثبـــت نــــاممزایای اشتراک ویژه : دسترسی به آرشیو هزاران مقالات تخصصی، درخواست مقالات فارسی و انگلیسی، مشاوره رایگان، تخفیف ویژه محصولات سایت و ...
حتما بخوانید:
⇐ مکانیسم های تصفیه فاضلاب های سمی
⇐ تصفیه فاضلاب صنایع مواد شیمیایی آلی و معدنی
⇐ تصفیه پیشرفته فاضلاب (جامع)
نویسنده: سیروان شیخی
هر آنچه می‌خوانید، حاصل یک کوشش تیمی است؛ کوششی در جهت یافتن درست‌ترین پاسخ به مسائل و انتقال آن به شما و تمام کسانی که از گذشته تا به امروز همراه ما بوده‌اند. امیدواریم تاثیری هر چند کوچک در بهبود کیفیت وب محتصصین داشته باشیم.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.