کنترل pH فاضلاب در فاضلاب های صنعتی

تصفیه فاضلاب یکی از جنبه‌های کلیدی برای اطمینان از رفع آلودگی‌های موجود در پساب، پیش از استفاده مجدد یا تخلیه به محیط‌ زیست است. در فرآیند تصفیه فاضلاب، تعیین پارامترهای کیفی آب اهمیت ویژه‌ای دارد و این پارامترها راهنمای انجام تمامی آزمایش‌ها پیش و پس از تصفیه آب هستند.

یکی از مهم‌ترین شاخص‌هایی که برای تعیین کیفیت آب استفاده می‌شود، اندازه‌گیری pH است. مقدار pH آب نشان‌دهنده اسیدی یا قلیایی بودن آن است. در هنگام تصفیه فاضلاب صنعتی، می‌توان از کنترل pH برای تصفیه مؤثر آب و فیلتراسیون کافی آن به‌ منظور تخلیه به محیط‌ زیست یا استفاده مجدد بهره گرفت.

منظور از PH فاضلاب چیست؟

فاضلاب با pH پایین به طور کلی با استفاده از هیدروکسید سدیم (NaOH)، آهک (CaO)، هیدروکسید منیزیم (Mg(OH)2) یا هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)2) خنثی می شود. فاضلاب با pH بالا به طور کلی با اسید سولفوریک (H2SO4)، اسید هیدروکلریک (HC1) یا دی اکسید کربن (CO2) خنثی می شود.

اگرچه ترکیب آلاینده‌های موجود در هر جریان پساب متفاوت است، فرآیندهای تصفیه فاضلاب معمولاً بر حذف ترکیبات آلی و فلزات سنگین متمرکز هستند. با کنترل سطح pH در آب، می‌توان جنبه‌های مهم فرآیند تصفیه را اجرا کرد. افزودن مواد شیمیایی اسیدی یا قلیایی به آب باعث جدا شدن آلاینده‌های محلول از آن در طول فرآیند تصفیه می‌شود.

لازم به ذکر است که آب شامل یون هیدروکسید با بار منفی و یون هیدروژن با بار مثبت است. آبی که مقدار pH آن کمتر از ۷ باشد، اسیدی است و غلظت یون‌های هیدروژن در آن بیشتر است. از سوی دیگر، آب قلیایی با مقدار pH بیش از ۷ دارای سطوح بالای یون‌های هیدروکسید است. در آب خنثی که مقدار pH آن برابر ۷ است، غلظت یون‌های هیدروژن و هیدروکسید متعادل است.

کنترل pH در فرآیند تصفیه فاضلاب اهمیت دارد، زیرا به تأسیسات صنعتی کمک می‌کند تا سطح آلاینده‌ها را به حدی کاهش دهند که پساب هنگام تخلیه به محیط‌ زیست ایمن باشد. سازمان حفاظت از محیط‌ زیست (EPA) دستورالعمل‌های سخت‌گیرانه‌ای برای تأسیسات صنعتی و تولیدی تعیین کرده است که باید پیش از تخلیه فاضلاب رعایت شوند. تخطی از این دستورالعمل‌ها ممکن است منجر به جریمه‌های سنگین شود. در ادامه، راهنمایی جامع در مورد کنترل pH و نحوه استفاده از آن در تصفیه فاضلاب ارائه می‌شود.

الزامات PH در تخلیه فاضلاب

برای تخلیه فاضلاب به شبکه‌های فاضلاب شهری یا رودخانه‌ها و جویبارها، خنثی‌سازی فاضلاب‌هایی که بسیار اسیدی (pH پایین) یا بسیار قلیایی (pH بالا) هستند، ضروری است. محدوده قابل‌قبول pH برای تخلیه معمولاً بین ۶ تا ۹ واحد استاندارد (S.U.) است، اما بسته به منبع فاضلاب، می‌تواند بین ۵.۰ تا ۱۱.۰ نیز باشد. کنترل pH در فاضلاب به چهار دلیل اصلی انجام می‌شود:

1. حفاظت از سلامت انسان و محیط‌زیست: ازجمله حفاظت از ماهی‌ها و دیگر موجودات زنده در رودخانه‌ها و جویبارها.
2. محافظت از زیرساخت‌های فاضلاب در برابر خوردگی: به‌ویژه در مواجهه با فاضلاب‌های اسیدی.
3. حفاظت از فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی: که در اکثر تصفیه‌ خانه‌های فاضلاب عمومی انجام می‌شود.
4. نیاز بسیاری از سیستم‌های پیش‌ تصفیه: به تنظیم pH به‌ عنوان اولین مرحله در فرآیند تصفیه، مانند:
   • فرآیندهای انعقاد و لخته‌سازی برای حذف روغن و چربی، فسفات‌ها و مواد جامد معلق.
   • رسوب‌دهی فلزات در فرآیندهای حذف فلزات.

اهمیت کنترل pH در تصفیه‌ خانه‌های فاضلاب

1. بهینه‌سازی کارایی فرآیندها:
   pH تأثیر قابل‌ توجهی بر اثربخشی فرآیندهای مختلف تصفیه، مانند انعقاد و لخته‌ سازی تصفیه آب، ته‌نشینی و ضدعفونی دارد. حفظ محدوده مناسب pH تضمین می‌کند که این فرآیندها با کارایی بالا عمل کرده و آلاینده‌ها و مواد مضر از فاضلاب حذف شوند.
2. حفاظت از سیستم‌های بیولوژیکی:
   در مراحل بیولوژیکی تصفیه، میکروارگانیسم‌ها مواد آلی را تجزیه می‌کنند. این میکروارگانیسم‌ها به تغییرات pH حساس هستند و حفظ یک محدوده پایدار برای رشد و فعالیت آن‌ها ضروری است. انحراف از محدوده بهینه pH می‌تواند فعالیت میکروبی را مختل کرده و کارایی تصفیه را کاهش دهد.
3. جلوگیری از خوردگی و رسوب‌گذاری:
   کنترل pH از خوردگی تجهیزات و خطوط لوله در تصفیه‌ خانه‌ فاضلاب جلوگیری می‌کند. فاضلاب بسیار اسیدی یا قلیایی می‌تواند به سطوح فلزی آسیب زده و مشکلات ساختاری و عملیاتی ایجاد کند. همچنین، رسوب‌گذاری ناشی از تشکیل رسوبات معدنی در pHهای بسیار بالا یا پایین می‌تواند عملکرد مؤلفه‌هایی مانند فیلترها و غشاها را کاهش دهد.
4. رعایت مقررات قانونی:
   سازمان‌های نظارتی استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای برای کیفیت فاضلاب تخلیه‌شده، ازجمله محدوده pH، وضع کرده‌اند. حفظ pH در محدوده مشخص برای اطمینان از انطباق با مقررات زیست‌محیطی و جلوگیری از جریمه یا پیامدهای قانونی ضروری است.
5. حفاظت از اکوسیستم‌های آبی:
   تخلیه فاضلاب تصفیه‌ نشده یا ضعیف تصفیه‌ شده با pH نامناسب می‌تواند اثرات مخربی بر منابع آبی و اکوسیستم‌های آبی داشته باشد. مقادیر شدید pH می‌تواند حیات آبزیان را تهدید کرده، تعادل اکولوژیکی را مختل کرده و کیفیت آب را کاهش دهد که بر گیاهان و جانوران تأثیر منفی می‌گذارد.

طراحی سیستم کنترل pH فاضلاب های صنعتی

کنترل PH پساب‌های صنعتی به علت تغییرات مداوم شرایط و مشخصات شیمیایی و فیزیکی پساب، کار بسیار دشواری است. برای تنظیم PH پساب، با توجه به شرایط آن از مواد قلیایی یا اسیدی استفاده می‌شود. طراحی سیستم کنترل PH پساب، با بررسی داده‌های حاصل از آزمایشات انجام شده بر روی نمونه‌های جمع‌آوری شده از پساب صورت می‌گیرد. امروزه در اکثر موارد از نمونه‌گیری‌های اتوماتیک جهت بدست آوردن میزان قلیائیت و اسیدی بودن پساب استفاده می‌شود.

برای طراحی سیستم کنترل PH، نیاز به اطلاعاتی در مورد شرایط عملیاتی پساب نظیر دبی، PH و قلیائیت است. این اطلاعات از طریق نمونه‌برداری و تیتراسیون بدست می‌آیند و سپس با رسم منحنی‌های مربوطه می‌توان میزان ماده شیمیایی مورد نیاز برای خنثی‌سازی پساب را محاسبه کرد. در نهایت با در نظر گرفتن موارد فوق، طراحی و تعیین ظرفیت مناسب مخازن خنثی سازی و متعادل‌سازی انجام می‌شود.

لازم به ذکر است برای طراحی سیستم کنترل PH باید موارد زیر در نظر گرفته شوند.

• نمونه‌برداری پساب باید به دقت و با در نظر گرفتن شرایط سیستم انجام شود.
• طول دوره نمونه‌برداری باید به نحوی باشد که شرایط عمومی پساب را در بر گیرد.
• استفاده از یک مخزن متعادل‌ ساز می‌تواند باعث اختلاط پساب‌ها با یکدیگر و در نتیجه موجب کاهش میزان مصرف مواد شیمیایی مورد نیاز برای واکنش خنثی سازی در راکتور کنترل PH شود.

نظارت بر کنترل pH

اکثر سیستم‌های تصفیه آب که در تأسیسات صنعتی استفاده می‌شوند، پویا هستند و برای تطبیق با شرایط متغیر عملیاتی، تغییرات شیمیایی فصلی آب و قوانین زیست‌محیطی جدید، نیازمند تنظیمات منظم هستند. به همین دلیل، نظارت مداوم برای اطمینان از اجرای صحیح روش‌های کنترل pH ضروری است. مزایای نظارت بر برنامه کنترل pH شامل موارد زیر است:

• کاهش ریسک مشکلات ناشی از اضافه‌ تزریق یا کم‌ تزریق شدن مواد
• بهبود کیفیت عملیات کارخانه
• رعایت الزامات زیست‌محیطی
• افزایش بهره‌وری مجموعه
• صرفه‌جویی در مصرف انرژی و آب

شما می‌توانید برنامه کنترل pH را به‌ صورت دستی یا با استفاده از سیستم‌های اتوماسیون پیوسته نظارت کنید. در روش دستی، تکنسین‌های مجموعه یا تیم عملیاتی محدودیت‌های کنترل را بررسی می‌کنند. فرکانس آزمایش می‌تواند از یک بار در ساعت تا یک بار در روز متغیر باشد. پس از دریافت نتایج آزمایش pH، اپراتورها می‌توانند تنظیمات دستی لازم را انجام دهند. این روش زمانی مؤثر است که تصفیه آب اولویت اصلی مجموعه شما نباشد.

نظارت پیوسته برای تأسیسات صنعتی بزرگ یا مجموعه‌هایی که به کیفیت و قابلیت اطمینان بالاتر نیاز دارند، ضروری است. دقت در کنترل سطح pH و تضمین شیمی آب مناسب بسیار اهمیت دارد. برای دستیابی به دقت لازم، ممکن است به نظارت آنلاین مداوم با استفاده از ابزارهای خودکار نیاز باشد.

یکی از تجهیزات مورد استفاده برای نظارت بر pH، کنترل‌کننده نوع PID است که می‌تواند میزان مواد شیمیایی تزریقی برای افزایش یا کاهش pH را تنظیم کند. PID مخفف پارامترهای تناسبی (Proportional)، انتگرالی (Integral) و مشتقی (Derivative) است. این پارامترها یک سیگنال کنترلی بر اساس اندازه‌گیری مشخص ایجاد می‌کنند. کنترل پیشرفته pH به بهبود تلاش‌های تصفیه فاضلاب مجموعه و کاهش مصرف مواد شیمیایی کمک می‌کند که در نهایت سودآوری را افزایش می‌دهد.

برای اجرای مؤثر کنترل pH در هر زمان، سیستم تنظیم pH باید در مخزن فاضلاب نصب شود که می‌تواند به‌صورت دسته‌ای یا پیوسته کار کند. پس از نصب، فناوری‌های مختلفی برای نظارت بر مقدار pH و اثربخشی روش‌های تصفیه وجود دارد.

نحوه افزایش یا کاهش pH در سیستم‌های تصفیه فاضلاب

همان‌طور که قبلاً اشاره شد، افزایش یا کاهش سطح pH در سیستم‌های تصفیه فاضلاب نیازمند استفاده از سیستم تنظیم pH به‌ صورت دسته‌ای یا پیوسته است. در سیستم‌های پیوسته، مخزن تنظیم pH در مجموعه به‌ صورت مداوم کار می‌کند. به‌ محض اضافه شدن یک گالن آب به مخزن، یک گالن دیگر از محل تخلیه خارج می‌شود. مزیت اصلی سیستم‌های تنظیم پیوسته این است که کار با تجهیزات آسان است و می‌توانند جریان‌های بالا را بدون مشکل مدیریت کنند.

در تنظیمات دسته‌ای، از سنسور سطح، شیر تخلیه، مخزن تصفیه، پمپ‌های اندازه‌گیری مواد قلیایی و اسیدی، سنسور pH و کنترل‌کننده استفاده می‌شود. در این فرآیند، آب وارد مخزن شده و تا زمان تکمیل تصفیه در آن باقی می‌ماند. هیچ آبی از مخزن خارج نمی‌شود تا زمانی که پساب به‌طور کامل تصفیه شود. سیستم‌های دسته‌ای برای حجم‌های کوچک‌تر آب یا پساب مناسب هستند. مزیت اصلی این روش این است که امکان ایجاد تنظیمات بزرگ pH بدون هدر رفت مواد شیمیایی فراهم می‌شود.

صنایعی که معمولاً تنظیم pH را در هنگام تصفیه فاضلاب انجام می‌دهند عبارت‌اند از:

• صنایع نساجی
• تولید مواد غذایی
• ساخت و آبکاری فلزات
• رنگ‌آمیزی فلزات
• تولید کاغذ و مقوا
• فرآوری شیمیایی

توجه داشته باشید که تنها راه تعیین نحوه تنظیم pH، شناسایی انواع ناخالصی‌ها و آلاینده‌های موجود در آب است.

روش‌های کنترل pH

تصفیه آب اسیدی

در مواردی که آب بیش از حد اسیدی (pH پایین) است، با افزودن مواد قلیایی، آب خنثی می‌شود. این اقدام از خوردگی لوله‌ها و تجهیزات جلوگیری می‌کند. روش‌های رایج شامل استفاده از ستون‌های آهک و دستگاه‌های تغذیه خاکستر سودا است که با واکنش با آب، pH را افزایش می‌دهند.

تصفیه آب قلیایی

زمانی که آب بیش از حد قلیایی (pH بالا) باشد، می‌تواند باعث رسوب‌گذاری در لوله‌ها و کاهش کارایی مواد ضدعفونی‌کننده شود. برای کاهش pH، از مواد شیمیایی مانند اسید سولفوریک یا دی‌اکسید کربن استفاده می‌شود. این مواد با اجزای قلیایی آب واکنش داده و به‌طور مؤثری سطح pH را کاهش می‌دهند.

مواد شیمیایی مورد استفاده در تنظیم pH

آهک و خاکستر سودا

برای تصفیه آب اسیدی، از آهک (هیدروکسید کلسیم) و خاکستر سودا (کربنات سدیم) استفاده می‌شود. این مواد با دی‌اکسید کربن موجود در آب واکنش داده و بی‌کربنات تولید می‌کنند که pH را افزایش می‌دهد.

اسید سولفوریک و دی‌اکسید کربن

برای کاهش pH در آب قلیایی، معمولاً از اسید سولفوریک استفاده می‌شود. این اسید با انتشار یون‌های هیدروژن، قلیاییت آب را خنثی می‌کند. همچنین می‌توان دی‌اکسید کربن را از طریق حباب‌زنی به آب وارد کرد که با تشکیل اسید کربنیک، pH را کاهش می‌دهد.

سایر مواد شیمیایی

اسید هیدروکلریک، بی‌کربنات سدیم و اسید فسفریک نیز بسته به شرایط خاص آب استفاده می‌شوند. هر ماده شیمیایی بر اساس کارایی و تأثیر آن بر شیمی کلی آب انتخاب می‌شود. استفاده صحیح و پایش مداوم این مواد شیمیایی تضمین می‌کند که آب تصفیه‌شده ایمن، مطابق با استانداردهای بهداشتی و کم‌خطر برای زیرساخت‌ها و محیط‌ زیست باشد.

تنظیم pH در استخرها

حفظ سطح مناسب pH در استخرها برای راحتی شناگران و طول عمر تجهیزات استخر ضروری است. این بخش به شناسایی عدم تعادل pH و روش‌های حفظ سطوح بهینه می‌پردازد.

شناسایی عدم تعادل pH در استخرها

عدم تعادل pH در استخرها می‌تواند مشکلات مختلفی ایجاد کند، از جمله تحریک چشم و پوست شناگران تا آسیب به سطوح و تجهیزات استخر. سطح pH آب استخر باید بین 7.2 تا 7.8 باشد. سطوح پایین‌تر نشان‌دهنده اسیدی بودن و سطوح بالاتر نشان‌دهنده قلیایی بودن آب است.

برای شناسایی سطح pH، صاحبان استخر باید به‌طور منظم از کیت‌های تست pH یا دستگاه‌های دیجیتال استفاده کنند. اندازه‌گیری‌های مداوم خارج از محدوده توصیه‌شده نشان‌دهنده نیاز به تنظیم pH است.

علائم عدم تعادل pH:

• pH پایین (اسیدی): خوردگی قطعات فلزی، خارش پوست و تحریک چشم.
• pH بالا (قلیایی): آب کدر، رسوب‌گذاری بر سطوح و کاهش کارایی کلر.

آزمایش‌های مکرر و مشاهده مداوم برای حفظ تعادل ضروری است.

تجهیزات تنظیم pH

تنظیم دقیق pH به اندازه‌گیری و کنترل دقیق وابسته است. ابزارهای اصلی شامل مترهای pH و کیت‌های تست و همچنین سیستم‌های خودکار برای پایش و تنظیم مداوم هستند.

مترهای pH و کیت‌های تست

مترهای pH دستگاه‌های الکترونیکی هستند که برای اندازه‌گیری اسیدیته یا قلیاییت محلول استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها شامل یک پروب متصل به یک نمایشگر الکترونیکی هستند که قرائت‌های دقیق و سریع ارائه می‌دهد.

کیت‌های تست ساده‌تر و ارزان‌تر هستند و معمولاً شامل نوارهای pH یا معرف‌های مایع هستند که بر اساس pH محلول تغییر رنگ می‌دهند. این کیت‌ها برای بررسی‌های سریع مفید هستند و نیازی به آموزش تخصصی ندارند.

سیستم‌های خودکار کنترل pH

سیستم‌های خودکار شامل حسگرها، کنترلرها و پمپ‌های دوزبندی برای حفظ سطح pH موردنظر به‌صورت خودکار هستند. این سیستم‌ها به‌طور مداوم pH را پایش کرده و مواد شیمیایی لازم را برای تنظیم pH اضافه می‌کنند.

این روش برای عملیات‌های بزرگ‌مقیاس یا شرایطی که تنظیم دستی عملی نیست، ایده‌آل است. با وجود هزینه اولیه بیشتر، این سیستم‌ها به دلیل دقت و کارایی بالا هزینه‌ها را در بلندمدت کاهش می‌دهند.

دستورالعمل‌های ایمنی و مدیریت

هنگام کار با مواد شیمیایی تنظیم pH، رعایت دستورالعمل‌های صحیح و اتخاذ اقدامات ایمنی برای جلوگیری از حوادث و استفاده ایمن ضروری است.

استفاده صحیح از مواد شیمیایی تنظیم pH

مواد شیمیایی تنظیم pH باید با دقت مدیریت شوند. این مواد می‌توانند اسیدی یا قلیایی باشند و در صورت استفاده نادرست آسیب‌زا شوند.

• مواد شیمیایی باید در ظروف برچسب‌دار و امن، دور از مواد ناسازگار نگهداری شوند.
• هنگام افزودن مواد شیمیایی، این کار باید به‌آرامی انجام شود تا از واکنش‌های ناگهانی جلوگیری شود.
• آموزش کارکنان برای مدیریت ایمن این مواد و آگاهی از روش‌های اضطراری ضروری است.

اقدامات ایمنی و تجهیزات حفاظت فردی (PPE)

پوشیدن تجهیزات حفاظت فردی شامل دستکش، عینک ایمنی، شیلد صورت و لباس‌های آزمایشگاهی هنگام کار با مواد شیمیایی ضروری است. همچنین، استفاده از تهویه مناسب و وجود دوش‌های اضطراری و ایستگاه‌های شستشوی چشم توصیه می‌شود.

ملاحظات زیست‌ محیطی

تنظیم pH آب باید با درک تأثیرات بر اکوسیستم‌ها و رعایت مقررات انجام شود. این اقدامات تضمین می‌کنند که کیفیت آب برای کاربران و محیط‌ زیست ایمن باقی بماند.

تأثیر تنظیم pH بر اکوسیستم‌ها

تغییرات ناگهانی pH می‌تواند به گونه‌های حساس گیاهی و جانوری آسیب برساند و اکوسیستم‌های آبی را مختل کند. حفظ pH در محدوده‌ای ایمن برای سلامت این اکوسیستم‌ها ضروری است.

مقررات و انطباق

تأسیسات تصفیه آب باید با مقررات سخت‌گیرانه‌ای که توسط سازمان‌هایی مانند EPA تعیین شده‌اند، مطابقت داشته باشند. این مقررات برای محافظت از سلامت انسان و محیط‌زیست طراحی شده‌اند.