تصفیه فاضلاب صنایع مواد شوینده، با توجه به توسعه مواد بهداشتی و استفاده روزافزون از آن به یک معضل تبدیل شده است. صابون طبیعی یکی از اولین مواد شیمیایی بود که به وسیله انسان تولید شد. تعدادی از جانشین های صابون برای اولین بار در طول جنگ جهانی اول توسعه یافت، اما تولید عوامل سنتیک با سطح فعال در مقیاس بزرگ (سورفاکتانت) تنها بعد از جنگ جهانی دوم به طور تجاری امکان پذیر شد. از ابتدای دهد 1970، سورفاکتانت ها در فرمولاسیون پودرهای لباس شویی و تمیز کننده ها تقریباً در همه کشورها جایگزین صابون شدند. بیش از 40 سال گذشته، تولید دترجنت ها در کل جهان افزایش یافته و حدوداً 50 برابر شده است. تصفیه فاضلاب مواد شوینده بسیار مشابه تصفیه فاضلاب کارواش است. چون در هر دو شوینده و انواع چربی ها و لکه ها وجود دارد و ماهیت این ها تقریبا مشابه است.
طبقه بندی سورفاکتانت ها
صابون و شوینده ها (دترجنت ها) محصولات طراحی شده ای هستند که از نظر هزینه ها و استانداردهای اجرایی بررسی می شوند. فرمولاسیون این محصولات حاوی ترکیبات بسیاری می باشد مانند سورفاکنانت هایی که با موادی ناخواسته ترکیب شده اند. دترجنت های تجاری معمولاً حاوی 10-30% سورفاکتانت می باشند.
ساختار یا نمک های پل فسفات برای بهبود فرایند سورفاکتانت و حذف کلسیم و منیزیم و سفید کننده ها برای افزایش بازتابش نور استفاده می شود. همچنین، نمک های پل فسفات حاوی مواد اضافی متفاوتی هستند که برای حذف لک ها (آنزیم ها)، جلوگیری از رسوب در خاک، تنظیم کف، درخشان کردن رنگ ها، ایجاد بوی دلپذیر، جلوگیری از چروک و کمک به پردازش دترجنت ها اضافه می شوند.
سورفاکتانت های آنیونیک
سورفاکتانت آنیونیک حاوی یون های منفی در سورفاکتانت هستند که معمولا مشتق از سولفات، کربن اگزالات یا گروه های سولفانات است. انواع معمول این ترکیبات اسید کربوکسیلیک و مشتقات آن (تا حد زیادی بر پایه روغن های طبیعی می باشد.) ، مشتقات اسید سولفونات، استرهای اسید سولفوریک و نمک ها می باشند. الکیل سولفات به آسانی قابل تجزیه پذیر زیستی هستند و اغلب بعد از 24 ساعت در آب رودخانه یا تصفیه خانه ها ناپدید می شوند. به دلیل این بی ثباتی در شرایط اسیدی،آن ها به طور گسترده ای مورد بررسی قرار گرفتند و به وسیله ABS و LAS جایگزین شدند، که به دلیل پاک کننده گی بسیار خوب، ثبات شیمیایی و هزینه کم به طور گسترده ای در سورفاکتانت ها استفاده شدند. تجذیه پذیر بودن زیستی سورفکتنت های آنیونیک موضوع بسیاری از تحقیقات در سال های اخیر بوده است.
نانیونیک سورفاکتانت
سورفاکتانت های نانیونیک به طور عمده از آمیدهای کربکسیلیک آمید و استرها و مشتقات آن ها و اترها ساخته شده اند و به تدریج جایگزین ABS ها در فرمولاسیون دترجنت ها شدند. (به خصوص به عنوان اجزایی که بسیار در فرمولاسیون پودرهای ماشین های لباسشویی به کار رفته شده اند)
سورفاکتانت های آمفوتریک
سورفاکتانت های آمفوتریک در حال حاضر جزء کوچکی از کل تولیدات سورفاکتانت ها را با استفاده خاصی تشکیل می دهند. آن ها ترکیباتی هستند با هر دو خصوصیت آنیونیک و کاتیونیک در محلول های آبی وابسته به PH سیستمی که در آن کار می کنند.
منابع دترجنت ها در آب و فاضلاب
غلظت های واقعی از دترجنت که در فاضلاب و آب های سطحی پیدا می شوند، دارای منشأ های گوناگونی می باشند:
الف) صابون و شوینده ها، و نیز ترکیبات آن ها که از نقاط مختلف یک کارخانه ، وسایل ذخیره سازی و انبارها وارد فاضلاب و آب های سطحی شده
ب) منشأ صنعتی شوینده ها که نتیجه ایی از استفاده سورفاکتانت ها در صنایع مختلف مانند منسوجات، لوازم آرایشی، چرم و محصولات آن، کاغذ، فلزات، رنگ، تولیدات صابون و شوینده های خانگی، و استفاده از مواد شوینده (دترجنت ها) در لباس شویی های صنعتی و تجاری و پاک کننده های خشک می باشد.
ج) روان آب های سطحی که با سورفاکتانت های موجود در حشره کش ها و قارچ کش ها در فعالیت های کشاورزی ترکیب می شوند.
د) فاضلاب های مناطق شهری به خصوص پس از افزایش مصرف خانگی دترجنت ها.
سمیت دترجنت ها
یکی از محدودیت های غلظت زیاد سورفاکتانت ها در آب های طبیعی این است که وجود زندگی در محیط های آبی، به خصوص زندگی حیوانات بزرگتر، در خطر می باشد. ماهی قزل آلا حساسیت خاصی به غلظت های کمتر از ppm1 دارد و علایمی مانند خفگی در او ایجاد می شود.
صنایع دترجنت و فاضلاب آن ها
صنایع صابون و دترجنت سازی یکی از کارخانجات بر پایه مواد شیمیایی می باشد که هر دو فعالیت اختلاط و واکنش های شیمیایی مواد اولیه در محصولات آن ها درگیر می باشد. همچنین، ذخیره و انبارداری مواد شیمیایی در کوتاه مدت و بلند مدت و نیز بارگیری، تخلیه و انتقال مواد شیمیایی در اجرای عملیات، مسئله پیچیده ایی می باشد.
ساخت و فرمولاسیون تصفیه فاضلاب صنایع مواد شوینده
دترجنت ها می توانند به طور کلی به دو طبقه تقسیم شوند (شکل 1) :
الف) صابون های ساخته شده که پایه فرایندی آن ها چربی های طبیعی می باشد.
ب) دترجنت های ساخته شده که پایه فرایند آن ها از مواد شیمیایی نفتی می باشد اطلاعات موجود در این زمینه عمدتاً شامل کارخانجات درگیر در تولید صابون و دترجنت های آلی سنتتیکی، دترجنت های قلیایی معدنی، یا ترکیبات دیگری از این ها، و کارخانجات تولید کننده مواد خام و گلیسیرین ها تصفیه شده از گیاهان و چربی های حیوانی و روغن ها می باشد.
ساخت صابون شامل دو عملیات اصلی می باشد، تولید صابون از چربی گاوی (70-65% محلول صابون گرم) و تهیه و بسته بندی محصولات پایانی به صورت تکه های کوچک و پودرها ، صابون و صابون مایع .بسیاری از صابون های ساخته شده از چربی گاوی گلیسیرین را به عنوان یک محصول جانبی برای غلظت های بعدی بازیافت و تقطیر (عصارهگیری) می کنند.
خصوصیات فاضلاب صنایع مواد شوینده
فاضلاب حاصل از ساخت، پردازش و فرمولاسیون مواد شیمیایی آلی مانند صابون و دترجنت ها را نمی توان دقیقاً مشخص کرد. جریان فاضلاب مورد انتظار حاوی عناصر یا غلظت های زیادی از همه مواد اولیه استفاده شده در دستگاه ها، ترکیبات تولید شده حد واسط در طول ساخت، تولیدات نهایی، محصولات مشترک و محصولات جانبی و مواد شیمیایی پردازش کننده یا کمکی به کار گرفته شده می باشد.
روش های تصفیه فاضلاب صنایع مواد شوینده
صنایع سازنده دترجنت و صابون به معمولااز روش های پیش تصفیه فیزیکو شیمیایی و بیولوژیکی برای کنترل کیفیت پساب خود استفاده می کنند.
شناور سازی یا جداسازی کف ها
یکی از کاربردهای اصلی شناورسازی با خلأ و فشار (هوا) در تأسیسات تجاری با کمک زائدات کلوئیدی حاصل از کارخانه های صابون و دترجنت می باشد
جذب کربن فعال
مواد آلی محلول و کلوئیدی را می توان از طریق کربن فعال پودر شده یا گرانوله حذف کرد، مانند سورفاکتانت های سخت و به خصوص مزاحم، مواد مقاوم به تجزیه بیولوژیکی مانند ABS که به سختی به وسیله روش های تصفیه بیولوژیکی معمول حذف می شوند، که اغلب به وسیله فرایند جذب با کربن فعال طی چندین مرحله حذف می شوند.
انعقاد/ لخته سازی/ته نشینی/ شناور سازی در تصفیه فاضلاب صنایع مواد شوینده
فرایند انعقاد/لخته سازی تحت تاثیر حضور سورفاکتانت ها در آب خام یا فاضلاب قرار می گیرد. این گونه مداخلات برای منعقد کننده های آهن و آلوم مشاهده شده اما استفاده از پلیمرهای آلی خاص به عنوان لخته ساز نشان می دهد که می توان بر این مشکل غلبه کرد. فاضلاب های حاوی روغن های امولسیونه می توانند به وسیله انعقاد پاکسازی شوند . برای کنترل فرایندهای انعقاد ، لخته سازی، ته نشینی و شناورسازی، بسیاری از روش های تحلیل و آزمایشات تکمیلی توسعه یافته است.
حذف و تعویض یون
فرایند تعویض یون (تبادل یون) به مکررا در زمینه دفع فاضلاب ها استفاده شده است. استفاده مستمر از تبادل یون و سیستم های باز تولید رزین پیشرفت زیادی داشته است.
تصفیه بیولوژیکی
با توجه به تخریب بیولوژیکی، سورفاکتانت ها به عنوان یک عامل ایجاد کننده مشکل به دلیل کف کردن و سمیت در تأسیسات تصفیه فاضلاب شهری شناسایی می شوند. رفتار این مواد بسته به نوع آن ها که دترجنت های آنیونی و غیریونی می باشند باعث افزایش مقدار لجن فعال می شود، و در عوض دترجنت های کاتیونی آن ها را کاهش می دهد، و همچنین ترکیبات مختلف به درجه های متفاوتی تجزیه می شوند. فرایند لجن فعال ممکن است برای تصفیه پساب دترجنت و صابون استفاده شود. کف کردن در تانک دفیوزر هوادهی به دلیل آشفتگی رخ می دهد، و همچنین وجود صابون و دترجنت باعث کاهش جذب مؤثر حباب های هوا در مایع هوادهی به وسیله افزایش مقاومت فیلم بر روی مایع می شود.
انعقاد الکتروشیمیایی
هاریس در سال 1909 در ایالات متحده ، تکنولوژی الکتروشیمیایی برای تصفیه فاضلاب با استفاده از الکترودهای آلومینیوم و آهن را معرفی کرد و امروزه در سراسر دنیا موارد مختلفی از آن جهت تصفیه پساب صنایع با بالاترین کیفیت خروجی آماده به کار می باشد.
کاربرد فن آوری های الکتروشیمیایی در صنعت آب و فاضلاب بسیار متنوع می باشد. این تکنیک در موقعیتها و صنایع مختلف در حذف دامنه وسیعی از آلاینده ها به کار گرفته شده است. از جمله موارد کاربرد این تکنیک در صنعت آب و فاضلاب می‌توان به تصفیه آب، شکستن امولسیون های چربی و نفت در آب، حذف مواد آلی طبیعی از آب، فلوئورزدایی، حذف ترکیبات سولفاته، تصفیه فاضلاب های شهری و رستوران، حذف فلزات سنگین، حذف آرسنیک، حذف ترکیبات فنلی، تصفیه فاضلاب صنایع لبنی و تولید چیپس، تصفیه فاضلاب صنایع تولید مخمر و خمیر ترش، تصفیه فاضلاب صنایع پرداخت فلزی، فاضلاب‌های رخشویخانه‌ها و صنایع نساجی و همچنین تصفیه فاضلاب‌های رادیواکتیو اشاره نمود. روش های الکتروشیمیایی شامل: الکتروکواگولاسیون، الکتروفلوکولاسیون و الکتروفلوتاسیون میباشد. روش الکتروشیمیایی الکتروکواگولاسیون عوامل ناپایدار کنندهای که باعث خنثی سازی لازم جهت جداسازی آلایندهها می شود را تامین مینماید. الکتروفلوکولاسیون نیز تولیدکننده عواملی است که پلسازی ذرات یا انعقاد را به پیش میبرند. الکتروفلوتاسیون روشی است که طی آن آلایندههایی نظیر چربی و روغن با حبابهای گاز که در سطح الکترود تشکیل شدهاند (H2,O2) مورد حمله قرار گرفته و همراه با این حبابها به سطح محلول منتقل می شوند. بدین ترتیب حذف آلایندهها از سیستم با انجام کفاب گیری قابل حصول خواهد بود.
انعقاد و شناورسازی الکتریکی با استفاده از آند قربانی شونده به طور گسترده ای برای حذف ذرات معلق، ترکیبات آلی، رنگ، یون های فلزی و آنیون های غیر آلی و انواع ترکیبات مختلف از آب و فاضلاب مورد بررسی قرار گرفته است.
مراحل انجام فرایند تصفیه فاضلاب صنایع مواد شوینده
- تشکیل کوآگولانت از طریق انحلال یون های فلزی از الکترود واکنش دهنده آند؛
- ناپایدارسازی آلاینده ها، ذرات معلق و شکستن امولسیون ها؛
- تجمع فازهای ناپایدار و تشکیل لخته.
مکانیسم کلی انعقاد و شناورسازی الکتریکی ترکیبی از عملکرد مکانیسم های مختلف به طور هم زمان است که به طور زنجیر وار باعث تشدید عملکرد یکدیگر می شوند. مکانیسم اصلی در فرآیند ممکن است از طریق فرآیندهای دینامیکی به عنوان واکنش های پیش رونده عمل کند و با توجه به نوع آلاینده و پارامترهای محیطی و عملیاتی تغییر نماید.