تصفیه فاضلاب آبکاری

shamimsharifتصفیه فاضلاب صنعتیLeave a Comment

تصفیه فاضلاب آبکاری شمیم شریف

مقدمه

تصفیه فاضلاب آبکاری به دلیل حجم زیاد آلاینده های موجود در این صنایع اهمیت زیادی دارد. صنایع آبکاری فلزات تولیدکننده گستره وسیعی از اجزای فلزی مانند قوطی های فلزی، ابزارهای دستی، سخت‌افزارها و بسیاری از تولیدات ساختمانی است. تولید و ساخت فلزات بخش اعظمی از صنایعی همچون اتومبیل‌ سازی، الکترونیک، صنایع دفاعی، هوا فضا، سخت‌افزار، تجهیزات سنگین، ارتباط مخابراتی و جواهرسازی را تشکیل می­ دهد.

در صنایع آبکاری فلزات از مواد شیمیایی متنوعی استفاده می‌ شود. این مواد شامل حلال‌ها، اسیدها، بازها، پاک‌کننده ها، مواد آلی پیچیده و نمک های فلزی همچون نمک های فلزی کادمیوم، نیکل و کروم می‌باشد. صنعت آبکاری فلزات یکی از بزرگ ترین مصرف‌کننده های مواد شیمیایی سمی است.

قسمت قابل توجهی از مواد زاید این صنعت به منظور تصفیه و یا بازیافت به بیرون از کارخانه ها فرستاده می شوند. همین امرباعث توجه بیشتر بر روی کنترل آلاینده های محیط­‌زیست و فعالیت های پیشگیرانه و توسعه بسیاری از محدودیت‌ها و استانداردها در صنعت آبکاری فلزات شده است. بنابراین صنعت آبکاری فلزات در مقایسه با صنایع دیگر از فن‌آوری­‌‌‌‌های تصفیه بسیار متنوع‌تری برخوردار است. هزینه‌های زیاد و سردرگمی و گمراهی در روش­ های تصفیه باعث شده است تا این صنعت به کنترل آلاینده‌‌ها در درون خود روی آورد، این امر باعث شده است که محدودیت­ های کنترل و تصفیه مواد شیمیایی، ناکافی و غیر قابل اعتماد باشد. همچنین این صنعت کاربرد بسیاری از مواد شیمیایی به ویژه حلال‌ها را محدود و بسیاری از فن‌آوری­‌ها و فعالیت­ ها را برای پیشگیری از انتشار این آلاینده‌ها به کار بسته است.

الزامات و عملیات­ های پیشگیری از آلایندگی در صنعت آبکاری فلزات بیشتر مرتبط با روش ­های تولید و گزینه ­های بازیافت است. بی ­شک ارزیابی فعالیت‌های پیشگیری از آلایندگی مستلزم آشنایی با واحد بهره‌برداری و تولید است.

ac

شکل ۱- توالی عملیات­ های به کار گرفته شده در آبکاری فلزات

منشا و منابع فاضلاب صنعت آبکاری

به موازات تعداد زیادی از فرآیندهای تولید و فعالیت های جنبی دیگر، منابع متعدد دیگری از تولید فاضلاب در صنایع آبکاری فلزات وجود دارد. به هر حال این چنین منابعی را می‌توان به منظور سهولت در ارزیابی گروه ‌بندی نمود. هر گروه شامل منابعی است که فاضلاب تولیدی آن ها از نظر مقدار و مشخصات مشابه یکدیگر است. همچنین این گروه ‌بندی ممکن است در ارزیابی کنترل داخلی فاضلاب تولیدی کارخانه نقش موثری داشته باشد. گروه‌های اصلی تولیدکننده فاضلاب عبارتند از:

  • آبکشی[۱]؛
  • حوضچه ­های انباشتی[۲]؛
  • محلول‌های استفاده شده یا مصرف‌ شده در فرآیند[۳]؛
  • شستشوها[۴]؛
  • نشت‌ها و سرریزها[۵]؛
  • تصفیه درون کارخانه‌ای و بازیافت[۶].

واحد آبکشی تولید کننده حجم زیادی از فاضلاب است. به طور کلی میزان غلظت آلاینده‌ در فاضلاب این واحد کم است اما به علت حجم بالا آلاینده‌هایی که از این واحد سرچشمه می‌گیرند ممکن است دارای اهمیت زیادی باشند. فاضلاب حاصل از آبکشی مهم‌ترین گروه تعیین ظرفیت سیستم کنترل فاضلاب برای صنایع آبکاری فلزات است.

از واحد آبکشی در بخش پاک­‌سازی تجهیزات و شستشوی کف نیز استفاده می‌شود. آبکشی یکی از متداول‌ترین واحدهایی است که در تمام واحدهای عملیاتی حتی در فرآیندهایی با جریان­ های زائد صفر نیز وجود دارد.

گروه حوضچه­ های انباشتی شامل حوضچه­ های روکش‌کاری، حوضچه­ های آبکشی، حوضچه­ های پاک ‌سازی و حوضچه ­های دیگر است. این حوضچه‌ها به صورت دوره‌ای انباشت می‌شوند. بیشترین بار آلودگی فاضلاب زمانی است که این واحدها میزان کمی فاضلاب تولید کنند. بنابراین این بخش نقش کلیدی در کنترل، بازیافت و استفاده مجدد فاضلاب و همچنین مدیریت و مشخصات سیستم دفع لجن حاصل از تصفیه فاضلاب آبکاری ایفا می‌کند.

گروه محلول‌های استفاده شده یا مصرف‌ شده در فرآیند به علت ایجاد منبع اصلی فاضلاب­ های تولیدی در بیشتر فرآیندها و عملیات­ ها از اهمیت خاصی برخوردار است. مقدار فاضلاب تولیدی در این بخش شبیه به حوضچه‌های انباشت است، اما آن ها مقادیر کمی از فاضلاب با میزان قابل توجه بار آلایندگی تولید می ­کنند.

نشت­ ها، سرریزها، و پاشش محلول‌های موجود در فرآیند ممکن است به صورت تصادفی و یا در نتیجه آزمایش در یک فرآیند ایجاد شوند. اینچنین مواردی با توجه به شدت نشت، باعث تولید فاضلاب شده و ممکن است مشکلات عدیده ­ایی را برای کنترل فاضلاب ایجاد نماید. بسیاری از برنامه‌های کنترل درون کارخانه‌ای و معیارهای ایمنی برای کنترل این منابع در نظر گرفته می ­شوند.

میزان فاضلاب تولیدی در صنایع آبکاری فلزات گسترۀ وسیعی دارد. تعیین نسبت مشخص از فاضلاب تولیدی بر حسب میزان تولیدات برای این چنین صنایعی دشوار است. اما در بعضی موارد، جریان‌های مخصوص به یک واحد و یا گروه را تحت شرایط خاص می‌توان تعیین نمود. جریان فاضلاب اغلب در گستره ۰ تا ۴۰۰ متر مکعب بر روز متغییر است. با این وجود میزان جریان روزانه برای کارگاه­ ها کمتر از ۱۰۰ متر مکعب می‌باشد.

 مشخصات فاضلاب‌ صنایع آبکاری

فاضلاب تولیدی حاصل از منابع ذکر شده در فاضلاب صنایع آبکاری فلزات حاوی ترکیبات شیمیایی استفاده‌ شده و تکه‌های فلزات است. با توجه به مقادیر متفاوت و متنوع مواد شیمیایی و مصرفی فاضلاب تولیدی حاوی گستره ی وسیعی از آلاینده‌ها شامل فلزات، زائدات آلی، مواد جامد معلق، فسفات، فلورید است. فسفات و فلوراید از پارامترهای مهمی هستند که اثرات‌شان بر روی محیط‌زیست مشخص شده و قوانینی نیز برای کنترل آنها وضع شده است. جامدات معلق یک پارامتر کنترلی قدیمی در عملکرد تصفیه و دفع پارامترهای سمی آلی و غیرآلی است. فلزات گروه مهمی از آلاینده ها مشتمل بر ۳۰ فلز را به خوداختصاص می‌دهند. بعضی از فلزات مانند آهن، منیزیم، منگنز و تیتانیوم سمی نیستند. برای این چنین ترکیباتی هیچ قانونی وضع نشده است. این فلزات تا حد زیادی از طریق فرآیندهای حذف فلزات جداسازی می‌شوند. برای فلزات سمی کادمیوم، کروم، مس، سرب، نیکل، روی و نقره که در غلظت‌های قابل توجه در فاضلاب صنایع آبکاری فلزات یافت می ­شوند محدودیت‌های دفع ویژه‌ای وضع شده ‌است و عموما برای حذف و میزان دفع آن ها قوانین خاصی وجود دارد.

زائدات آلی از نظر ساختار و اثراتشان بر محیط‌زیست در گستره ی وسیعی قرار می‌گیرند. ۲ پارامتر روغن و چربی و مواد آلی ‌سمی در مورد تعیین و کنترل جریان زائدات آلی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. روغن و چربی از پارامترهای متداولی هستند که تعریف منابع آن و تصفیه و اندازه‌گیری آنها به سهولت امکان‌پذیر است. در کنترل روغن و چربی واحدهای متداول و پیشرفته وجود دارند که از راندمان بالایی برخوردارند. حذف روغن و چربی، کاهش بسیاری از موا دآلی ایجاد کننده اکسیژن مورد نیاز شیمیایی را به دنبال دارد. همچنین با حذف آن ها مقادیری از ترکیبات آلی سمی نیز حذف می‌شوند. از این رو روغن و چربی از جمله پارامترهای دارای قوانین ویژۀ کنترلی در فاضلاب صنایع آبکاری فلزات است.

منشا مواد آلی سمی کاملا پیچیده است اما برای سهولت در ارزیابی، ۳ گروه از مواد استفاده شده بیشتر مورد توجه هستند. اولین گروه که مهم‌ترین بخش در قسمت مواد سمی است مربوط به استفاده از حلال ­ها­ است. این قسمت منبع اصلی آلاینده های اولیه در فاضلاب‌های صنایع آبکاری فلزات است. کنترل این مواد بیشتر درون کارخانه‌ای و به روش‌های تصفیه مجزا صورت می­ گیرد. بنابراین به طور کلی این گروه از منابع به عنوان یک زیرمجموعه مجزا برای مدیریت کیفیت آب نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. دومین گروه شامل مواد آلی کمپلکس ‌دهنده‌ است که اغلب به طور گسترده به عنوان عوامل شلاته ‏کننده در حوضچه‌های روکش کاری و مخلوط­ های فلزی استفاده می ­شوند. این مواد تداخل زیادی در حذف فلزات داشته و نیازمند توجه و کنترل ویژه‌ای می‌باشند. این گروه نیز به عنوان یک زیرمجموعه مجزا شناخته می‌شود. در گروه سوم بقیه مواد آلی قرار می‌گیرند. در این میان از مهم‌ترین مواد شیمیایی دارای مواد آلی سمی در فاضلاب می‌توان به جریان­ های فلزکاری، عوامل امولسیون کننده، روغن‌های محلول، عوامل ضد باکتریایی و پاک‌کننده‌ها اشاره داشت. کنترل این گروه تا حد زیادی به کنترل‌های درون کارخانه‌ای، بازیافت مواد و تغییرات مواد نسبت به تصفیه بستگی دارد. فهرستی از مهم‌ترین پارامترهای آلی در جدول زیر ارائه شده است.

جدول ۱-  مواد آلی مصنوعی موجود در فاضلاب صنایع آبکاری          
اسنافتن ۳،۱- دی کلروپروپیلن فنل ۴،۴-  DDE p,p)-DDX)
آکرولین ۴،۲- دی متیل فنل بیس(اتیل هگزیل) فتالات ۴،۴-  DDDp,p)-TDE)
آکریلونیتریل ۴،۲- دی نیترو تولوئن بوتیل بنزیل فتالات آلفا- ایندوسولفان
بنزن ۶،۲- دی نیترو تولوئن دی-  N- بوتیل فتالات بتا- ایندوسولفان
بنزیدین ۲،۱- دی فنیل هیدرازین دی-  N- اکتیل فتالات سولفات ایندوسولفان
تتراکلریدکربن اتیل بنزن دی اتیل فتالات ایندرین
کلروبنزن فلوئورانتن دی متیل فتالات ایندرین آلدئید
۴،۲،۱ –تری کلروبنزن ۴، کلرو فنیل فنیل اتر ۲،۱- بنزن تراسن هپتاکلر
هگزاکلروبنزن ۴، برمو فنیل فنیل اتر بنزوپیرن هپتاکلر اپوکسید
۱،۱- دی کلرواتان بیس(۲-کلرو ایزوپروپیل)اتر ۴،۳- بنزو فلوئورتراسن BHC  هگزا کلرو سیکلوهگزان
۲،۱،۱- تری کلرواتان بیس(۲-کلرو اتوکسی)متان ۱۲،۱۱- بنزو فلوئورتراسن آلفا  BHC
۲،۲،۱،۱- تتراکلرواتان کلرید متیلن کریزن بتا BHC
کلرواتان کلرید متیل اسنافتیلن گاما BHC
بیس(۲-کلرواتیل) اتر برومید متیل آنتراسن (PCB) پلی کلرینیته بی فنیل
۲-کلرواتیل ونیل اتر دی کلرو برومو متان ۱۲،۱- بنزو پریلن PCB-1242
۲-کلرونفتالن کلرو دی برمو متان فلوئورین PCB -1254
۲-۴-۶ تری کلروفنل هگزا کلرو بوتادین فناترسن آرا کلر- ۱۲۴۲
پارا کلرو متا کروزول هگزا کلرو سیکلو پنتادین ۶،۵،۲،۱- دی بنزن ترسن PCB-1221 آرا کلر ۱۲۲۱
کلروفرم ایزوفرون ایندنو(۳،۲،۱- سی دی)پیرن PCB- 1232 آرا کلر ۱۲۳۲
۲- کلروفنل نفتالن ۳،۲-فلن پیرن PCB- 1248 اراکلر ۱۲۴۸
۲،۱- دی کلروبنزن نیترو بنزن پیرن PCB- 1260 آرا کلر ۱۲۶۰
۳،۱- دی کلروبنزن ۲- نیترو فنل تترا کلرواتیلن PCB- 1016 آراکلر ۱۰۱۶
۳،۱- دی کلروبنزن ۴- نیترو فنل تولوئن توکسافن
۴،۱- دی کلروبنزن ۴،۲- دی نیترو فنل تری کلرو اتیلن ۸،۷،۲،۳- تترا کلرو دی بنزو- p- دی اکسین
۳،۳- دی کلروبنزیدین ۶،۴- دی نیترو-او- کروزول کلرید ونیل
۱،۱-دی کلرواتیلن N- نیتروزو دی متیل آمین آلدرین
۲،۱- ترانس- دی کلرواتیلن N- نیتروزو دی فنیل آمین دیلدرین
۴،۲- دی کلروفنل N- نیتروزو- N- پروپیل آمین کلردان
۲،۱- دی کلروپروپان پنتا کلروفنل ۴،۴- DDT

  

فلزات متداول

فلزات آلاینده‌های اصلی این فاضلاب­ ها را تشکیل می‌دهند. غلظت فلزات ممکن است در گسترۀ چند میلی‌گرم بر لیتر تا چند صد میلی‌گرم بر لیتر قرار داشته باشد. عموما غلظت دیگر آلاینده‌ها پایین است و مقادیر واقعی آن ها به وسیله جداسازی جریان مشخص می‌شود.

کروم شش ظرفیتی

مشابه با فاضلاب‌های حاوی سیانید، فاضلاب‌های کروم شش ظرفیتی نیز باید به دقت جداسازی شوند. تعداد منابع فاضلاب‌های حاوی این عنصر ممکن است حتی از فاضلاب‌های سیانید و فاضلاب‌های کمپلکس‌شده‌ نیز فراتر باشد. غلظت کروم بسیار متغییر است اما در بعضی مواقع با غلظت‌های بسیار بالای آن نیز روبرو می‌شویم.

فاضلاب‌های روغنی

روش تصفیه و کنترل فاضلاب‌های روغنی به میزان غلظت روغن در فاضلاب وابسته است. در جدول ۷ واحدهای عملیاتی با مشخصات ترکیبات روغنی ارائه شده است. در برخی از منابع متمرکز، غلظت روغن ممکن است به میزان چند هزار میلی‌گرم بر لیتر و حتی بالاتر از این میزان هم برسد. لازم به ذکر است که فاضلاب‌های روغنی حاوی بخش عظیمی از آلاینده‌های سمی هستند.

روش‌شناسی تصفیه فاضلاب آبکاری

 

جداسازی فاضلاب‌ها و گروه ‌بندی آن ها بخش مهمی از فرآیند تصفیه فاضلاب و از جمله آن تصفیه فاضلاب آبکاری است. جداسازی جریان باعث تسهیل در تصفیه می‌شود، دلیل اصلی این است که اختلاط این فاضلاب‌ها با یکدیگر سبب عدم راندمان مناسب تصفیه و حتی کاهش راندمان به اندازه­ای که فاضلاب ورودی و خروجی با یکدیگر تفاوت چندانی ندارند. علاوه بر آن اختلاط این فاضلاب‌ها با یکدیگر باعث ایجاد خطرات بهداشتی و افزایش هزینه­ های تصفیه می‌شود. در نتیجه تصفیه این فاضلاب‌ها بر اساس جداسازی آن ها صورت می‌گیرد. نمودار طرح کلی جداسازی و تصفیه فاضلاب­ ها در شکل ۲ نشان داده شده است.

بعضی از فلزات سنگین ممکن است به طور کافی با فرآیندهای متداول مورد تصفیه قرار نگیرند، که این امر به واسطه وجود محدودیت‌های وضع شده دفع برای این مواد است. کنترل این فلزات ممکن است نیازمند توجه ویژه، جداسازی جریان و تصفیه مناسب باشد. کادمیوم و جیوه مثال‌هایی از این گروه هستند. pH بهینه برای حذف کادمیوم بسیار بالا است و کاربرد متداول ته‌نشینی با هیدروکسید نیز ممکن نیست بتواند میزان غلظت جریان خروجی را تا حد مناسب برساند. از این رو جریان‌های فاضلاب حاوی مقادیر بسیار زیاد کادمیوم جداسازی شده و با روش‌های بازیافتی همانند تبخیر و تبادل یون تصفیه می‌شوند. بعضی اوقات جیوه اصلی‌ترین ترکیب فاضلاب جداسازی شده است و برای کنترل آن ممکن است روش‌های تصفیه مناسب همانند ته‌نشینی با سولفید مورد استفاده قرار گیرد.

ab

شکل ۲- نمودار طرح کلی انواع فاضلاب­ های تولید شده در صنایع آبکاری فلزات و روش­ های تصفیه آن ها

 

حذف کروم از 

فلز کروم برای اکثر موجودات زنده یک ماده‌ی سمی است. برای حذف فلزات سنگین، روش‌های مختلفی بررسی‌شده است ازجمله جذب، ته‌نشینی، انعقاد شیمیایی و انعقاد الکتروشیمیایی. جذب و ته‌نشینی علاوه بر هزینه‌بر بودن، به زمان زیادی هم نیاز دارند. درنتیجه راندمان عمل حذف کم خواهد بود. انعقاد شیمیایی نیز نیاز به تزریق مداوم منعقد کننده دارد. از طرفی امروزه ثابت‌شده است که عملیات انعقاد الکتروشیمیایی جایگزین مناسب و منطقی برای انعقاد شیمیایی است. انعقاد الکتروشیمیایی روش ساده، قابل‌اعتماد و کم‌هزینه و درعین‌حال بدون نیاز به افزودن مواد شیمیایی است. لازم به ذکر است که آلاینده ثانویه هم در این روش تولید نمی­ شود. حجم لجن تولیدی در این روش کمتر از روش انعقاد شیمیایی است.

حذف آلاینده کروم از فاضلاب صنعتی به کمک فرایند انعقاد الکتروشیمیایی، از موضوعاتی است که تاکنون در سطح جهان موردبررسی زیادی قرارگرفته است. در سال‌های اخیر مقالات داخلی و خارجی متعددی در این زمینه به چاپ رسیده است و همگی به‌اتفاق نظر معتقد هستند که با به‌کارگیری انعقاد الکتروشیمیایی می‌توان با راندمان بالایی کروم را حذف کرد. به‌طوری‌که حتی حذف ۱۰۰% هم امکان‌پذیر است.

کروم شش ظرفیتی انحلال‌پذیری بالایی در آب دارد. درحالی‌که کروم سه‌ظرفیتی از انحلال‌پذیری پایینی برخوردار است. از این ویژگی استفاده می­ شود و آلاینده کروم از فاضلاب آبکاری جدا می ­شود. در فرایند انعقاد الکتروشیمیایی نیز، کروم شش ظرفیتی به کروم سه‌ظرفیتی کاهیده شده، لخته سازی انجام می­ شود و کروم نامحلول به‌صورت لجن از فاضلاب جدا می ­شود. Cr(OH)3 که ته‌نشین شده است و از فاضلاب جداشده و به لجن انتقال‌یافته، ازنظر سمیت ۱۰۰۰ برابر کمتر از Cr6+ است.

حذف روغن

از دیگر آلاینده‌هایی که در صنعت آبکاری وارد فاضلاب می ­شود، روغن است. خوشبختانه روغن نیز از آلاینده‌هایی است که در فرایند انعقاد الکتروشیمیایی با راندمان بالایی حذف می ­شود. حباب‌های هیدروژن آزادشده هنگام حرکت به سمت بالا ذرات روغن را با خود همراه می ­کنند. از طرف دیگر، در اثر یون‌های آزادشده تعادل بار ذرات کلوئیدی نیز به هم می ­ریزد و عمل لخته سازی انجام می ­شود. همه‌ی این‌ها دست‌به‌دست هم داده و راندمان حذف بالای ۹۰ درصد را در حذف روغن منجر می ­شوند.

 

پیشنهاد  شمیم شریف برای تصفیه فاضلاب آبکاری

فرایند­های الکتروشیمیایی روش­ های بسیار مناسب برای جلوگیری و تصفیه و پالایش آلودگی­ های زیست محیطی می­ باشند. در سه دهه اخیر تلاش­ های بسیاری برای ارتقا فرایندهای تصفیه فاضلاب آبکاری با فرایندهای الکتروشیمیایی برای حذف آلاینده­ های خطرناک در محیط­ های آبی شده است. مهمترین مزیت این تکنیک ­ها سازگاری با محیط زیست است. به این دلیل که واکنش گر اصلی در این فرایندها تنها الکترون­ ها می ­باشند. بنابراین از این روش­ ها به عنوان فرایند پاک یاد می ­شود. از دیگر مزایای این فرایندها می­توان به تطبیق پذیری این فرایندها در شرایط مختلف ذکر کرد. همچنین عدم به کارگیری مواد شیمیایی به طور مستقیم موجب کاهش آلودگی محیط زیست می­ شود. فرایندهای متداول الکتروشیمیایی در حذف آلاینده­ ها از محیط آبی عبارتند از:

۱- انعقاد الکتریکی (Electrocoagulation)

۲- شناورسازی الکتریکی (Electroflotation)

۳- احیای الکتروشیمیایی (Electroreduction)

۴- الکترواکسیداسیون (Electrooxidation)

[۱]. Rinsing

[۲]. Bath Dumps

[۳]. Used/spent process solutions

[۴]. Washing

[۵]. Spills, Leaks

[۶]. In-plant treatment and recovery

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *