فراب زیست فراز | انواع سیستمها و تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب صنعتی
تصفیه شیمیایی فاضلاب از واکنش‌های شیمیایی برای تجزیه آلاینده‌ها استفاده می‌کند. این روش برای فاضلاب‌هایی که حاوی سطوح بالای سموم شیمیایی هستند، مانند فاضلاب صنایع شیمیایی و دارویی، کارخانجات تولید کاغذ و خمیر کاغذ، آزمایشگاه‌ها و تولیدکنندگان منسوجات ایده‌آل است. همچنین، این روش برای حذف فلزات سنگین موجود در فاضلاب‌های ناشی از فعالیت‌های معدنی بسیار مؤثر است. تصفیه‌خانه‌های شیمیایی فاضلاب (ETP) که این نوع فاضلاب‌ها را تصفیه می‌کنند، از روش‌های شیمیایی بهره می‌برند.
تصفیه شیمیایی فاضلاب چیست؟
تصفیه شیمیایی فاضلاب از واکنش‌های شیمیایی و مواد مختلف برای حذف یا تبدیل آلاینده‌ها، از جمله فلزات سنگین، ترکیبات آلی و عوامل بیماری‌زا، استفاده می‌کند تا آب را برای استفاده مجدد یا تخلیه ایمن‌تر سازد. در این فرآیند، مواد شیمیایی خاص (واکنش‌گرها) به فاضلاب اضافه می‌شوند تا ترکیب شیمیایی آلاینده‌ها تغییر کند و حذف آن‌ها آسان‌تر یا اثراتشان کمتر مضر شود.
این مواد شیمیایی می‌توانند به عنوان منعقد کننده، کمک منعقد کننده، تنظیم‌کننده pH، ضدعفونی‌کننده یا عوامل اکسیدکننده/کاهنده عمل کنند، بسته به نوع آلاینده‌ها و اهداف تصفیه مورد استفاده قرار بگیرند. تصفیه فاضلاب شیمیایی از واکنش‌های شیمیایی برای حذف آلاینده‌ها استفاده می‌کند و مشکلاتی مانند عدم تعادل pH، فلزات سنگین و مواد آلی را برطرف می‌سازد. این روش به ویژه برای صنایعی که دارای غلظت بالای سموم شیمیایی هستند، مناسب است.
روش‌های رایج تصفیه شیمیایی شامل رسوب دهی، خنثی سازی، ضد عفونی (مانند کلرزنی و ازن‌زنی)، اکسیداسیون و تبادل یونی هستند.
چه نوع آلاینده‌هایی توسط تصفیه شیمیایی فاضلاب حذف می‌شوند؟
فاضلاب‌هایی که حاوی مواد سمی، به ویژه فلزات محلول سمی هستند، معمولاً نیاز به تصفیه شیمیایی دارند. صنایعی که از مواد خام استخراج شده از زمین استفاده می‌کنند – مانند صنایع معدنی، تولید فولاد، استخراج و پالایش نفت و گاز – معمولاً فاضلاب‌هایی با فلزات محلول سمی تولید می‌کنند و به همین دلیل، بیشتر به روش‌های تصفیه شیمیایی متکی هستند.
برخی از آلاینده‌های رایجی که با استفاده از روش‌های مدیریت شیمیایی فاضلاب حذف می‌شوند، عبارتند از:
- ضد یخ: ضد یخ در فاضلاب‌های ناشی از صنایع خودروسازی، تعمیرگاه‌ها و صنایعی که از ماشین آلات سنگین نیازمند ضدیخ استفاده می‌کنند، رایج است.
- رنگ‌ها: فاضلاب کارخانجات تولید کاغذ، خمیر کاغذ و صنایع نساجی اغلب حاوی رنگ‌هایی است که برای رنگ‌آمیزی کاغذ و پارچه استفاده می‌شوند. سالانه تا ۲۰۰ هزار تن از این رنگ‌ها وارد فاضلاب میشود. به دلیل طراحی ویژه آن‌ها برای مقاومت در برابر نور شدید، دما و مواد شوینده، حذف این رنگ‌ها چالش برانگیز است.
- حلال‌ها: صنایع تولیدی که از رنگ‌ها و لاک‌ها برای تکمیل محصولات خود استفاده می‌کنند، ممکن است فاضلاب حاوی این ترکیبات داشته باشند. حلال‌ها نیز از فرآیندهای تمیزکاری محصولات نهایی یا تجهیزات پس از تولید وارد فاضلاب می‌شوند. علاوه بر این، برخی از حلال‌ها برای تجزیه مواد سخت مانند چوب و تبدیل آن به خمیر کاغذ به کار می‌روند.
- پسماندهای فلزی: بقایای فلزی در فاضلاب‌ها معمولاً شامل آلومینیوم، کبالت، مس، آهن، سرب، جیوه، نیکل و روی هستند. فلزات سنگین به ویژه به دلیل توانایی آن‌ها در پیوند با پروتئین‌ها و آنزیم‌های بدن و ایجاد تغییر در عملکرد آن‌ها سمی محسوب می‌شوند. این فلزات همچنین می‌توانند رادیکال‌های آزاد تولید کنند که باعث آسیب به سلول‌های بدن می‌شوند. تصفیه شیمیایی ساختار شیمیایی این فلزات را تجزیه کرده و آن‌ها را به موادی بی‌ضرر برای محیط زیست و سلامت انسان تبدیل می‌کند.
مراحل تصفیه شیمیایی فاضلاب
بسته به نوع آلاینده‌های موجود در آب و واکنش‌های شیمیایی مورد نیاز فرآیند تصفیه شیمیایی می‌تواند ساده یا پیچیده باشد. بیشتر فرآیندهای تصفیه شیمیایی فاضلاب شامل مراحل زیر هستند:
- خنثی سازی (Neutralization): تنظیم pH فاضلاب به محدوده مناسب (معمولاً بین ۶ تا ۹) پیش از انجام مراحل بعدی تصفیه. نحوه عملکرد بدین صورت است که از افزودن اسیدها یا بازهایی مانند آهک یا اسید سولفوریک برای خنثی‌سازی فاضلاب اسیدی یا قلیایی استفاده میشود. بسیاری از فرآیندهای تصفیه بعدی، از جمله تصفیه بیولوژیکی، به pH حساس هستند.
- رسوب گذاری (Precipitation): در این مرحله، مواد شیمیایی به فاضلاب اضافه می‌شوند تا فلزات از محلول خارج شده و به شکل رسوبات جامد درآیند. این کار با افزودن یون‌های دارای بار الکتریکی انجام میشود که با یون‌های فلزی موجود در آب واکنش داده و ترکیبات بی ضرری را تشکیل می‌دهند.
- انعقاد و لخته سازی (Coagulation and Flocculation): انعقاد به معنای افزودن مواد شیمیایی است که ذرات کوچک آلاینده را به هم متصل کرده و به ذرات بزرگ‌تر و سنگین‌تر تبدیل می‌کند. معمولاً این مواد شیمیایی شامل ترکیبات مبتنی بر آلومینیوم مانند آلوم (سولفات آلومینیوم) و پلی‌آلومینیوم کلرید هستند. در مرحله لخته سازی فاضلاب، ذرات معلق کوچک با یکدیگر ترکیب شده و توده‌های جامدی را تشکیل می‌دهند که به راحتی از آب جدا می‌شوند.
- تبادل یونی (Ion Exchange): در این مرحله، از رزین‌های حاوی یون استفاده میشود تا یون‌های سمی در آب با یون‌های بی‌خطر تعویض شوند. تبادل یونی یکی از روش‌های متداول در تصفیه آب است، به ویژه در فرآیندهایی که هدف آن تولید آب خالص برای نوشیدن یا استفاده‌های صنعتی است.
- جذب سطحی (Adsorption): حذف آلاینده‌ها از طریق جذب آن‌ها بر سطح یک ماده جاذب. نحوه عملکرد به این شکل است که عبور فاضلاب از یک ماده با سطح ویژه بالا (مانند کربن فعال) که امکان چسبیدن آلاینده‌ها به سطح آن را فراهم می‌کند. این روش برای حذف ترکیبات آلی و سایر آلاینده‌هایی که به سختی با روش‌های دیگر حذف می‌شوند، مؤثر است.
- گندزدایی (Disinfection): این مرحله، که معمولاً آخرین مرحله در تصفیه فاضلاب‌هایی است که نیاز به تصفیه شدید دارند، شامل از بین بردن میکروارگانیسم‌های مضر مانند ویروس‌ها و باکتری‌ها میشود. کلر یکی از رایج‌ترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین مواد ضدعفونی کننده است، اما گزینه‌های دیگری مانند ازن و استریل سازی با نور فرابنفش (UV) نیز وجود دارند.
بسته به نوع آلاینده‌ها، ممکن است مراحل میانی دیگری نیز در فرآیند تصفیه اعمال شود، مانند تنظیم pH برای بهبود انعقاد یا تنظیم دما برای بهینه‌سازی واکنش‌های شیمیایی.
کاربردهای تصفیه فاضلاب شیمیایی
۱. کاربردهای متداول مواد شیمیایی
- تنظیم pH: مواد شیمیایی مانند آهک، هیدروکسید سدیم و بی‌کربنات سدیم برای تنظیم pH فاضلاب استفاده می‌شوند تا مقدار آن در محدوده مجاز برای تخلیه یا تصفیه بیشتر قرار گیرد.
- انعقاد و لخته سازی: مواد منعقد کننده (مانند سولفات آلومینیوم) و لخته سازها (مانند پلیمرها) به فاضلاب اضافه می‌شوند تا ذرات کوچک به یکدیگر بچسبند و از طریق ته نشینی یا فیلتراسیون راحت‌تر جدا شوند.
- گندزدایی: مواد ضدعفونی کننده مانند کلر و هیپوکلریت سدیم برای از بین بردن یا غیرفعال سازی میکروارگانیسم‌های مضر در فاضلاب به کار می‌روند.
- حذف فلزات سنگین: مواد شیمیایی می‌توانند فلزات سنگین را به ترکیبات نامحلول تبدیل کرده و از فاضلاب جدا کنند.
- کنترل بو: مواد شیمیایی مانند کربن فعال و سیستم‌های شستشوی مرطوب برای کنترل بو در تأسیسات تصفیه فاضلاب استفاده می‌شوند.
- کنترل کف: مواد ضدکف و کف‌زدا برای جلوگیری از تشکیل یا کاهش کف در فرآیندهای تصفیه فاضلاب به کار می‌روند.
- جلوگیری از خوردگی و رسوب‌گذاری: مواد شیمیایی برای پیشگیری از خوردگی و تشکیل رسوبات در تجهیزات تصفیه پساب مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۲. صنایع و کاربردها
- صنایع شیمیایی و دارویی: این صنایع معمولاً فاضلابی با غلظت بالای مواد شیمیایی و سمی تولید می‌کنند که نیازمند فرآیندهای تصفیه شیمیایی تخصصی است.
- کارخانه‌های کاغذ و خمیر کاغذ: تصفیه شیمیایی برای حذف رنگ‌ها، لیگنین و سایر آلاینده‌های موجود در فاضلاب این صنایع به کار می‌رود.
- صنعت نساجی: برای حذف رنگ‌ها و سایر آلاینده‌های فاضلاب حاصل از فرآیندهای نساجی از تصفیه شیمیایی استفاده میشود.
- صنایع فرآوری مواد غذایی: تصفیه شیمیایی در این بخش برای حذف مواد آلی، چربی‌ها، روغن‌ها و گریس از فاضلاب به کار می‌رود.
- معادن و فرآوری مواد معدنی: این فرآیندها از تصفیه شیمیایی برای حذف فلزات سنگین و سایر آلاینده‌ها از فاضلاب معدنی استفاده می‌کنند.
- تصفیه فاضلاب شهری: در تصفیه فاضلاب شهری، از روش‌های شیمیایی برای حذف آلاینده‌ها و آماده‌سازی آب جهت استفاده مجدد یا تخلیه استفاده میشود.
- تصفیه فاضلاب صنعتی: در تصفیه فاضلاب صنعتی، روش‌های شیمیایی به کار گرفته می‌شوند تا آلاینده‌ها حذف شده و آب برای استفاده مجدد یا تخلیه آماده شود.
مزایای تصفیه شیمیایی فاضلاب
تصفیه شیمیایی پساب مزایای متعددی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به بهبود کیفیت آب از طریق حذف آلاینده‌ها، کاهش کدورت و رنگ، افزایش قابلیت تجزیه پذیری زیستی و در نهایت ایمن‌سازی آب برای استفاده مجدد و حفاظت از محیط زیست اشاره کرد. در ادامه، مزایای این روش با جزئیات بیشتری بررسی میشود:
بهبود کیفیت آب
- حذف آلاینده‌ها: تصفیه شیمیایی به طور مؤثری طیف گسترده‌ای از آلاینده‌ها، از جمله فلزات سنگین، مواد آلی و عوامل بیماری‌زا را از بین می‌برد و آب را برای مصارف انسانی و تخلیه در محیط زیست ایمن‌تر می‌کند.
- کاهش کدورت و رنگ: این روش می‌تواند کدورت (کدری) و رنگ فاضلاب را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، که باعث بهبود ظاهر آن و مناسب‌سازی برای برخی کاربردها میشود.
- افزایش قابلیت تجزیه‌پذیری زیستی: با حذف یا تجزیه برخی از آلاینده‌ها، تصفیه شیمیایی می‌تواند قابلیت تجزیه پذیری زیستی فاضلاب را افزایش داده و فرایندهای تصفیه بیولوژیکی بعدی را مؤثرتر کند.
- تنظیم pH: این روش می‌تواند برای تنظیم pH فاضلاب در سطح بهینه جهت پردازش‌های بعدی یا تخلیه ایمن در محیط زیست به کار رود.
حفاظت از محیط زیست
- کاهش آلودگی آب: با حذف آلاینده‌ها، تصفیه شیمیایی از آلودگی آب جلوگیری کرده و اکوسیستم‌های آبی و سلامت انسان را محافظت می‌کند.
- جلوگیری از بیماری‌های ناشی از آب: فرایندهای مؤثر تصفیه، از جمله تصفیه شیمیایی، به حذف عوامل بیماری‌زا کمک کرده و مانع از انتشار بیماری‌های ناشی از آب می‌شوند.
- بازیافت منابع: برخی از روش‌های تصفیه شیمیایی امکان بازیافت منابع ارزشمندی مانند فسفر و سایر مواد مغذی را فراهم می‌کنند که می‌توان از آن‌ها در تولید کودهای کشاورزی و سایر مصارف بهره برد.
- پایداری: تصفیه شیمیایی فاضلاب با کاهش آلودگی، ترویج بازیافت و حفظ منابع، به توسعه پایدار کمک می‌کند.
مزایای اقتصادی
- کاهش هزینه‌های تصفیه: در برخی موارد، این روش می‌تواند هزینه کلی تصفیه فاضلاب را کاهش داده و کارایی فرایندهای بیولوژیکی بعدی را افزایش دهد.
- امکان استفاده مجدد از آب: با بهبود کیفیت آب، تصفیه شیمیایی امکان استفاده مجدد از فاضلاب تصفیه‌شده را برای مصارف غیرشرب مانند آبیاری، فرایندهای صنعتی و تغذیه آب‌های زیرزمینی فراهم می‌کند.
- کاهش وابستگی به منابع آب تجدیدناپذیر: با تشویق به استفاده مجدد از آب، تصفیه شیمیایی فاضلاب می‌تواند وابستگی به منابع آب شیرین تجدیدناپذیر را کاهش دهد.
انواع مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه پساب
برای رعایت مقررات دولتی و استانداردهای صنعتی مرتبط با آلاینده‌های شیمیایی، راهکارهای متعددی در زمینه تصفیه شیمیایی پساب توسعه یافته‌اند. بسته به نوع کاربرد، ممکن است یک یا چند روش شیمیایی برای دستیابی به استانداردهای لازم مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه، به معرفی مواد شیمیایی اصلی مورد استفاده در این فرآیند و کاربردهای رایج آن‌ها می‌پردازیم.
منعقدکننده‌ها (Coagulants)
منعقدکننده‌ها ترکیباتی بر پایه آلومینیوم یا آهن هستند که بار مغناطیسی ذرات موجود در آب را تغییر داده و باعث می‌شوند این ذرات به جای دفع یکدیگر، به یکدیگر جذب شوند. در نتیجه، آلاینده‌ها به توده‌های بزرگ‌تری تبدیل شده و از طریق فرآیندهایی مانند صاف‌سازی یا فیلتراسیون از آب جدا می‌شوند. این مواد اغلب برای حذف آرسنیک، عوامل بیماری‌زا، مواد آلی، فلوراید و فسفر شیمیایی از فاضلاب استفاده می‌شوند.
کنترل بو (Odor Control)
کنترل بو در مقایسه با شناسایی و حذف مواد شیمیایی سمی، اهمیت کمتری دارد، اما روش‌های مؤثری برای کاهش بوهای نامطبوع وجود دارد. از جمله این روش‌ها می‌توان به بیوفیلتراسیون، حذف جامدات، اکسیداسیون، استفاده از نمک‌های آهن، جذب کربنی و فناوری مایع اشاره کرد.
برخی از آلاینده‌های سمی موجود در فاضلاب‌های صنعتی ممکن است بویی نداشته باشند، اما همچنان به تصفیه شیمیایی نیاز دارند. به عنوان مثال، کروم شش ظرفیتی می‌تواند به‌صورت نامحسوس وارد آب‌های زیرزمینی شده و باعث ایجاد نقص‌های مادرزادی، سرطان و سایر بیماری‌های مزمن و کشنده شود. آگاهی عمومی درباره این نوع آلاینده‌های بی‌رنگ و بی‌بو با فیلم ارین براکویچ در اوایل دهه ۲۰۰۰ افزایش یافت و از آن زمان، استانداردهای صنعتی اصلاح شده‌اند.
لخته‌سازها (Flocculants)
لخته سازها به سه دسته طبیعی، شیمیایی و پیوندی تقسیم می‌شوند. این ترکیبات، همراه با فرآیندهای هم‌زدن آب، ذرات زائد را از طریق پل‌سازی بار الکتریکی، اتصال الکترواستاتیکی و خنثی‌سازی مغناطیسی به یکدیگر متصل کرده و باعث تشکیل توده‌های بزرگ‌تر (فلوک) می‌شوند که به راحتی قابل حذف هستند.
ضدکف‌ها (Defoamers)
ضد کف‌ها برای کنترل و کاهش سطح هوای محبوس شده و کف ایجادشده در طی فرآیند تصفیه فاضلاب استفاده می‌شوند. این مواد به جلوگیری از سرریز شدن فاضلاب و بروز مشکلات ایمنی کمک می‌کنند.
پلیمرهای آلی (Organic Polymers)
پلیمرهای آلی نوعی لخته‌ساز طبیعی هستند که از طریق یونیزه شدن، ذرات را جذب کرده و به صورت فلوک درآورده و حذف آن‌ها را آسان‌تر می‌کنند. این ترکیبات اغلب همراه با منعقد کننده‌های معدنی بر پایه آهن یا آلومینیوم استفاده می‌شوند.
عوامل کاهنده (Reducing Agents)
این مواد که به‌عنوان عوامل اکسیدکننده نیز شناخته می‌شوند، شامل سدیم بی‌سولفیت، سدیم هیدروسولفیت و سولفات فرو می‌شوند. این ترکیبات معمولاً برای حذف مواد مضر مانند ازن، پراکسید هیدروژن، کلر و آلاینده‌های زیستی از فاضلاب به کار می‌روند. همراه با فرآیند هوادهی، این مواد به ترکیبات معلق متصل شده و آن‌ها را به اجزای کوچکتری تجزیه می‌کنند که به راحتی ته‌نشین، لخته و فیلتر می‌شوند.
مواد تنظیم‌کننده لجن (Sludge Conditioners)
رسوبات شیمیایی و زیست‌توده‌های زائد ممکن است به سختی فیلتر شوند و برای کاهش بو، حجم لجن و افزایش سهولت حذف آن، به فرآیندهای گرمایشی یا شیمیایی نیاز داشته باشند. این روش‌ها امکان دفع ایمن‌تر لجن را فراهم می‌کنند.
پاک‌کننده‌ها و چربی‌زداها (Cleaners and Degreasers)
ترکیباتی مانند پاک‌کننده‌های قوی و بازکننده‌های قلیایی لوله‌ها برای حل کردن چربی و روغن استفاده می‌شوند. این مواد از طریق حل کردن و تجزیه شیمیایی، چربی‌ها را برای حذف آسان‌تر آماده می‌کنند.
مواد ضدرسوب و پاک‌کننده غشا (Membrane Cleaners and Antiscalants)
این مواد پیش از فرآیند تصفیه به فاضلاب اضافه می‌شوند تا از تشکیل رسوبات معدنی محلول بر روی غشاهای فیلتراسیون جلوگیری کنند و از کاهش جریان مایعات جلوگیری شود. برخی از رایج‌ترین مواد ضد رسوب و پاک‌کننده‌های غشا در تصفیه آب شامل موارد زیر هستند:
- دی‌اکسید کلر
- اسید موریاتیک
- کربنات سدیم
- جلبک‌کش
- کلر
- بی‌کربنات سدیم
زیست‌کش‌ها و زیست‌پراکنده‌ها (Biocides and Bio-Dispersants)
این مواد باعث کاهش میزان میکروارگانیسم‌ها در فاضلاب شده و راندمان عملیاتی فرآیند تصفیه را افزایش می‌دهند. زیست‌کش‌ها شامل پاک کننده‌ها، حذف‌کننده‌های رسوب، مواد پراکنده‌کننده، مواد نفوذ دهنده و مواد گندزدایی هستند.
رسوب‌دهنده‌های فلزات سنگین (Heavy Metal Precipitants)
فلزات سنگین موجود در فاضلاب اغلب با عوامل کی‌لیت‌کننده یا ترکیبات پیونددهنده دیگر به‌صورت یونیک ترکیب می‌شوند که مانع از حل شدن آن‌ها میشود. رسوب‌دهنده‌های فلزات سنگین این پیوندها را تجزیه کرده و اجازه می‌دهند این فلزات خطرناک از محلول خارج شوند.
کنترل pH (pH Control)
برای تنظیم pH، مواد شیمیایی اسیدی یا بازی به فاضلاب افزوده می‌شوند. این امر به یون‌های هیدروکسید اجازه می‌دهد تا با فلزات سنگین پیوند برقرار کرده و از محلول جدا شوند. همچنین، افزایش اسیدیته می‌تواند با تخریب ساختار سلولی، باکتری‌ها و ترکیبات آلی را از بین ببرد.
جمع بندی
تصفیه شیمیایی فاضلاب، فرآیندی ضروری برای حذف آلاینده‌های مختلف از آب‌های آلوده است. این روش، با استفاده از مواد شیمیایی، قادر به حذف ذرات معلق، فلزات سنگین، مواد آلی و سایر آلاینده‌هایی است که به روش‌های فیزیکی یا بیولوژیکی قابل حذف نیستند.
مزایای تصفیه شیمیایی پساب عبارتند از:
- حذف موثر طیف گسترده‌ای از آلاینده‌ها
- سرعت بالای فرآیند تصفیه
- قابلیت تنظیم فرآیند برای انواع مختلف فاضلاب
با این حال، تصفیه شیمیایی فاضلاب معایبی نیز دارد، از جمله:
- هزینه بالای مواد شیمیایی
- تولید لجن شیمیایی
- احتمال ایجاد ترکیبات جانبی مضر
با وجود این معایب، تصفیه شیمیایی پساب همچنان یک روش موثر و ضروری برای حفاظت از محیط زیست و تامین آب سالم است. با پیشرفت فناوری، می‌توان انتظار داشت که روش‌های تصفیه شیمیایی فاضلاب کارآمدتر و مقرون به صرفه‌تر شوند.
در نهایت، انتخاب روش مناسب تصفیه فاضلاب به عوامل مختلفی از جمله نوع و میزان آلاینده‌ها، هزینه و الزامات قانونی بستگی دارد. تصفیه شیمیایی فاضلاب، در کنار روش‌های فیزیکی و بیولوژیکی، نقش مهمی در مدیریت پایدار منابع آب ایفا می‌کند.
