انعقاد الکتریکی و پیش تصفیه فاضلاب
معضل کم آبی در جهان یکی از بزرگترین چالش‌های حال حاضر و آینده بشر است. رشد جمعیت و مصرف آب روز به روز در حال افزایش است. همین امر باعث شده تا محققان به فکر راه‌های جدیدی برای تامین آب باشند. راه کارهایی که علاوه بر مقرون به صرفه بودن، قابل اجرا بوده و دوست دار محیط زیست باشد. یکی از راه‌کارهای که اخیراً بسیار مورد توجه قرار گرفته است، تصفیه فاضلاب‌های صنعتی است.
مکانیزم روش انعقاد الکتریکی
در حال حاضر از فناوری‌های مختلفی برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی استفاده می‌شود. مشکل عمده این فناوری‌ها مصرف انرژی زیاد از منابع سوخت‌های فسیلی است. منابعی که علاوه بر تجدید ناپذیر بودن، باعث تولید و انتشار دی اکسید کربن نیز می‌شوند. روش‌های تصفیه فاضلاب را می‌توان به سه دسته فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تقسیم کرد.
در این بین، فناوری‌هایی که در آن از جریان برق برای تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود، جدید بوده و بسیار مورد توجه قرار گرفته است. فناوری‌هایی که در آن از مفاهیم الکتروشیمی استفاده شده است، مثل انعقاد الکتریکی، اکسیداسیون الکتریکی و … .
در طی دو دهه گذشته فناوری‌های تصفیه فاضلاب الکتروشیمیایی بعنوان یک روش نوین و دوست دار محیط زیست بسیار مورد توجه بوده است. در این روش‌ها مقدار لجن تولید شده تا حداقل ممکن کاهش پیدا کرده و دیگر نیازی به استفاده از مواد شیمیایی افزودنی نیست.
معضلات فاضلاب صنعتی
در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی وجود انواع رنگ، دترجنت، عوامل بالای کدورت و TDS و همچنین فلزات سنگین، موجب ایجاد مشکل در فرآیندهای تصفیه فاضلاب به روش‌های بیولوژیکی (واحدهای هوازی و بی هوازی) و فرایندهای غشایی می‌شوند. بر همین اساس مهندسین و طراحان واحدهای تصفیه فاضلاب در تلاش هستند غلظت آلاینده‌های مخرب را پیش از ورود به واحدهای اصلی به حداقل ممکن برسانند. به این مرحله از کار پیش تصفیه گفته می‌شود.
مشکلات عمده‌ای که در سیستم‌های اصلی فاضلاب‌های صنعتی با آن روبرو هستند و می‌توان آن‌ها با استفاده از روش‌های پیش تصفیه انعقاد الکتریکی رفع کرد عبارتند از:
مشکل ذرات معلق و چربی در روش‌های فیلتراسیون مکانیکی
در روش‌های فیلتراسیون مکانیکی دو مشکل عمده وجود دارد؛ وجود ذرات معلق بزرگتر از ۳۰ میکرومتر و حضور روغن و چربی. وجود روغن و چربی معلق در فاضلاب باعث آسیب رساندن به فیلتر یا غشاء می‌شود که در نتیجه آن هزینه تعمیر و نگهداری را افزایش می‌دهد.
انعقاد الکتریکی به حذف هر گونه ذره جامد معلق در آب کمک می‌کند. ذرات مخرب بزرگتر از ۳۰ میکرومتر و فلزات سنگین که می‌تواند برای محیط مضر باشد.
گران قیمت بودن مواد شیمیایی در روش‌های تصفیه شیمیایی
با استفاده از روش‌های شیمیایی می‌توان به خوبی ذرات معلق، روغن و چربی و تعدادی از فلزات سنگین را حذف کرد. این کار مستلزم استفاده از ۳ ماده پلیمری به صورت همزمان و تنظیم دقیق pH است. این فناوری به دلیل استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت، بسیار پر هزینه است. علاوه بر آن این روش نیازمند استفاده از فشار هوا برای شناورسازی لخته‌های آلودگی است.
فناوری انعقاد الکتریکی به هیچ نوع فرایند اضافی و ماده شیمیایی نیاز ندارد و قابلیت حذف تمامی ذرات معلق، روغن و چربی و فلزات سنگین را دارد.
بنابراین فناوری انعقاد الکتریکی بسیار کارامد بوده و می‌تواند بعنوان یک روش پیش تصفیه مناسب در حذف آلاینده‌های مخرب در فاضلاب‌های صنعتی عمل کند. صنایعی همچون:
- تصفیه فاضلاب پتروشیمی و فرآورده‌های نفتی به منظور حذف روغن‌های سنگین، پارافین و برخی ترکیبات آلی و هیدروکربنی؛
- تصفیه فاضلاب لاستیک سازی به منظور حذف پلیمرها و مواد هیدروکربنی؛
- تصفیه فاضلاب صنایع لبنی به منظور حذف چربی محلول و کاهش TSS؛
- تصفیه فاضلاب نساجی و رنگرزی به منظور حذف رنگ و اسیدهای چرب غیر محلول؛
- تصفیه فاضلاب نشاسته و گلوکز به منظور کاهش چربی و از بین بردن کربوهیدرات‌های نامحلول؛
- تصفیه فاضلاب کارواش به منظور از بین بردن کف و دترجنت و کاهش TSS پساب و ATPE ها؛
- تصفیه فاضلاب کشتارگاه‌ها به منظور حذف و کاهشTSS و چربی‌های موجود در فاضلاب؛
- تصفیه فاضلاب صنایع آبکاری فلزات به منظور حذف فلزات سنگین از قبیل کروم.
مکانیزم فرایند انعقاد الکتریکی
ذرات معلق و آلودگی‌های موجود در فاضلاب‌های صنعتی عمدتاً مواد کلوئیدی هستند که به دلیل دارا بودن بار الکتریکی در سطح، همدیگر را دفع می‌کنند. دفع ذرات بوسیله یکدیگر باعث پایداری آن‌ها در محیط آبی شده و حذف و ته نشینی آن‌ها را مشکل می‌کند. راه‌کار اصلی در حذف این مواد، خنثی کرد بار سطح ذرات است. این عمل موجب چسبیدن این ذرات به یکدیگر شده و در نتیجه سنگین شده و می‌توانند ته نشین شوند.
در تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتریکی از فلزاتی مثل آلومینیوم و آهن بعنوان الکترود استفاده می‌شود. این فلزات در اثر عبور جریان و قرار گرفتن در داخل آب، هیدرولیز شده و تولید یون‌هایی با بار مثبت می‌کنند. در ادامه ذرات کلوئیدی با بار منفی، یون‌های مثبت را جذب کرده و خنثی می‌شوند. در نتیجه این خنثی سازی هسته اصلی انعقادی که قابلیت ته نشین شدن را دارد، تشکیل می‌شود.
به طور خلاصه می‌توان مراحل روش انعقاد الکتریکی را به صورت زیر بیان کرد:
مراحل روش انعقاد الکتریکی
- ایجاد منعقد کننده با اکسیداسیون الکترود؛
- ناپایدار شدن آلاینده‌های آلی و ذرات معلق موجود در فاضلاب؛
- تجمع ذرات ناپایدار شده و لخته‌سازی.
در اثر عبور جریان از الکترودهای داخل فاضلاب، علاوه بر فرایند لخته‌سازی و ته نشین شدن آلاینده‌ها، در اثر الکترولیز آب و تولید هیدروژن، مقداری از آلودگی‌ها با اتصال به حباب‌های هیدروژن به سطح آب آمده و شناور می‌شوند. این فرایند شناورسازی به حذف بهتر آلاینده‌ها کمک می‌کند.
مزایای روش انعقاد الکتریکی
لخته‌هایی که بوسیله روش انعقاد الکتریکی ایجاد می‌شود، بسیار بزرگتر از لخته‌های ایجاد شده توسط مواد منعقد کننده شیمیایی است و همچنین پایداری بیشتری در برابر اسیدها دارند.
یکی از مهمترین مزیت‌های این روش شناورسازی آلاینده‌ها در سطح است که نسبت به روش شیمیایی مزیت به شمار می‌آید و باعث افزایش بازده روش می‌شود.
از جمله مهمترین مزیت‌های این روش عبارتند از:
- عدم نیاز به ماده شیمیایی اضافی که ممکن است بعدها باعث تولید آلودگی ثانویه شود؛
- حباب‌های تولید شده در اثر فرایند الکترولیز آب در روش انعقاد الکتریکی موجب شناورسازی و حذف بهتر آلاینده‌ها می‌شود؛
- فرایند انعقاد الکتریکی به دلیل سادگی تجهیزات، قابلیت اتوماسیون خوبی دارد؛
- آب تصفیه شده بوسیله فرایند انعقاد الکتریکی بدون رنگ، بدون بو و شفاف است؛
- لخته‌های تشکیل شده در اثر فرایند انعقاد الکتریکی بسیار بزرگ بوده و با استفاده از فیلتراسیون به راحتی حذف می‌شوند؛
- مقدار لجن تولید شده در این روش بسیار کم بوده و این لجن بسیار پایدار و غیر سمی است؛
- حتی ریزترین ذرات کلوییدی نیز می‌توانند بوسیله روش انعقاد الکتریکی حذف شوند.
معایب و چالش‌های روش انعقاد الکتریکی
از مهمترین چالش‌های مورد توجه در فرایند الکتریکی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- با گذر زمان باید آند را جایگزین کرد، چون در طی فرایند آند در داخل محلول فاضلاب حل می‌شود؛
- غیرفعال شدن کاتد می‌تواند باعث کاهش بازده فرایند انعقاد الکتریکی شود؛
- در مناطقی که برق فراوان نیست، این روش می‌تواند گران قیمت باشد.
شتاب دهنده واتک در این مقاله به بررسی روش انعقاد الکتریکی بعنوان یکی از روش‌های نوین در پیش تصفیه فاضلاب پرداخت. در مقالات بعدی در مورد روش‌های نوین و توسعه یافته بیشتر بحث خواهد شد.
شتاب دهنده واتک به عنوان مرکز تخصصی نوآوری و شتاب دهی در حوزه آب، بستری است برای پرورش و تجاری سازی ایده‌های خلاقانه و نوآورانه حوزه آب.
[…] تصفیه فاضلاب نساجی و رنگرزی از تکنولوژی‌های مختلف انعقاد و لخته‌سازی، ممبران‌ها (میکروفیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز […]