تصفیه فاضلاب انعقاد اکتروشیمیایی یکی از شیوه‌های نسبتاً جدید در صنعت آب و فاضلاب است. نیروی برق اولین بار در سال 1900 میلادی، جهت تصفیه مورد استفاده قرار گرفت. در گذشته شاید هزینه روش‌های الکتروشیمایی با دیگر روش‌های تصفیه قابل قیاس نبود اما امروزه آنها با یکدیگر قابل رقابت شده‌اند و گاهی هزینه روش‌های الکتروشیمیایی کمتر است. به عنوان اولین کشور نیز انگلستان در اوایل قرن بیستم این روش را برای تصفیه بکار برد. اما بعدها استفاده از فرآیندهای انعقادسازی الکتریکی به دلیل هزینه عملیاتی بالا متوقف شد. همچنانکه منعقدکننده‌های شیمیایی به راحتی دردسترس بودند و نیاز به این روش احساس نمی‌شد. اما دو دهه گذشته همان طور که عرض شد، روش انعقادسازی الکتریکی و دیگر روش‌های الکتروشیمی جهت تصفیه پساب، شیرابه و…، به طور فزاینده ای مورد مطالعه و استفاده قرار گرفته است.
انعقاد الکتریکی چیست؟
انعقاد الکتریکی عبارتست از تولید مواد منعقدکننده، که با استفاده از خورده شدن الکترودهای فلزی(خصوصا آلومینیوم و آهن)، تولید یون‌های فلزی در آند و گاز هیدروژن در کاتد انجام می گیرد. مراحل انجام انعقاد الکتریکی به طورکلی به صورت زیر است:
- شکل‌گیری منعقد‌کننده‌ها در فاز آبی
- جذب ذرات کلوئیدی و آلودگی‌های فاضلاب
- حذف آلاینده‌ها
در این روش همزمان با خورده شدن آند، عموما گاز هیدروژن در کاتد تولید می‌شود که منجر به شناورسازی بیشتر می گردد. در انعقاد الکتریکی فلزاتی از قبیل آهن و آلومینیوم اغلب به عنوان آند استفاده می شوند که با اکسیدشدن، هیدروکسیدها، اُکسی هیدروکسیدها و هیدروکسیدهای پلیمری تولید می‌شود. این مواد باعث لخته‌سازی شده و آنگاه با شناورسازی و یا ته‌نشینی موجب حذف آلاینده‌ها می‌شوند. تصفیه پساب‌های زیر، فقط بخشی از کاربردهای انعقاد الکتریکی است:
مکانیسم تصفیه فاضلاب انعقاد الکتریکی
تصفیه فاضلاب از طریق انعقاد الکتریکی مبتنی بر واکنش‌های شیمیایی و اکسیداسیون است. به طور کلی نمی‌توان واکنش‌های الکتروشیمیایی در اکسیداسیون پیشرفته را به دلیل پیچیدگی و وسعت واکنش‌هایی موجود، به طور دقیق یافت. اما همیشه بر محتمل‌ترین گزینه، صحّه گذاشته می‌شود.
مکانیسم فرآیند انعقادسازی الکتریکی شدیدا وابسته به واسطه‌هایی است که در محلول تحت تصفیه تشکیل می‌شوند. از بین خصوصیات آن واسطه‌ها هم رسانایی از همه مهم‌تر است. اگر الکترود مورد استفاده، آهن باشد. در آند، واکنش زیر انجام و موجب تولید یون‌های آهن در محلول می‌شود:
در کاتد نیز، واکنش هیدرولیز آب انجام می‌شود که به صورت زیر است:
حال یون‌های آهن با هیدروکسیدهای تولید شده ناشی از هیدرولیز آب، هیدروکسیدها را تشکیل می‌دهند که ساده‌ترین آن واکنش‌ها، واکنش زیر است:
البته هیدروکسیدهای دیگری از جمله Fe(OH)3 و دیگر هیدروکسیدهای پلیمری نیز تشکیل می‌شوند. اما به طور کلی وظیفه تمام این هیدروکسیدها ناپایدارسازی آلاینده‌ها موجود در شیرابه، پساب و… است تا مقدمه‌‌ای جهت تشکیل لخته‌ها باشد. سپس آلاینده ها و ذرات کلوییدی و امولسین‌های بی‌ثبات شده به شکل توده‌هایی در کنار یکدیگر جمع آوری می‌شوند. آنگاه به دو صورت شناورسازی یا ته نشینی حذف آلاینده‌ها انجام می‌شود. بیشتر فرآیند شناورسازی به کمک حباب‌های ریز گاز H2 که از هیدرولیز آب تهیه می‌شوند صورت می‌پذیرد و ذرات سنگین‌تر ته نشین می شوند. واکنش کلی نیز به ترتیب زیر است:
شکل زیر پایلوتِ یک فرآیند انعقاد الکتریکی را نمایش می‌دهد:
عوامل موثر بر تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی
عوامل متعددی بر فرآیند تصفیه فاضلاب انعقاد الکتریکی، موثر هستند. برخی از مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار بر فرآیند در زیر شرح داده می‌شود:
- جنس الکترود اند
- PH فاضلاب
- چگالی جریان
- دما
- انفعال اکترود
تأثیر جنس الکترود آند در تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی
الکترودهای متعدد با جنس های متفاوتی در فرآیند تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی استفاده می‌شود. از آن جمله می توان به آلومینیوم، نقره، استرانسیوم، باریم، سرب، کلسیم، کادمیم، آهن، منیزیم و… اشاره کرد. اما به طورکلی فلزات چند ظرفیتی مثل آلومینیوم و آهن بیش از بقیه عناصر مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته در کنار این دو فلز، فولاد ضد زنگ هم به نسبت عملکرد خوبی دارد که البته گران قیمت است. نکته بعد اینکه از بعضی از الکترودها به دلایل خاصی دیگر استفاده نمی‌شود. مثلا سرب که نسبتا هم دردسترس می باشد، به دلیل اینکه مقدار زیادی فراورده Pb2+ که سمی می باشد، تولید میکند و در واقع آلودگی ثانویه هم به محیط اضافه میکند، استفاده نمی‌شود. لذا، از آهن و آلومینیوم بیش از بقیه موارد استفاده می‌شود. علت برتری این دو نسبت به بقیه عناصر اول در دسترس بودن آنها، دوم صرف هزینه کمتر برای آنها و سوم قابلیت حلالیت بهتر در آب می‌باشد.
تأثیر pH در انعقاد الکتروشیمیایی
یکی از مشخصه‌هایی که در تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی دارای نقش کلیدی است، pH می‌باشد که بر رسانایی محلول، انحلال الکترودها در محلول، هیدروکسیدزایی و… موثر است. محدوده کیفی pH را میتوان اینطور توضیح داد که این فرآیند بسته به شرایط در pH های اسیدی، خنثی و کمی قلیایی کار میکند. در pH های قلیایی بالا یونهایی تشکیل می‌شوند که خاصیت لخته‌کنندگی پایینی دارند. اما محدوده pH عموما در همان pH های کمی قلیایی بهتر است.
تأثیر چگالی جریان در تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی
در تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتروشیمیایی تنها فاکتور عملیاتی که مستقیما کنترل می‌شود، چگالی جریان است. از همین منظر بسیار با اهمیت می‌باشد. چگالی جریان هر دو عملیات نرخ تولید حباب‌های گازی در کاتد و نرخ حضور لخته‌کننده‌ها در محلول از سمت آند را مستقیماً کنترل میکند. زمانی که چگالی جریان بالا می‌رود، انحلال فلز آند در آب بیشتر می‌شود و به تبع آن کمپلکس‌های هیدروکسیدی کاتیونی، تولید بیشتری خواهند داشت و در نتیجه حذف رنگ و COD بهتر انجام می‌شود. در تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی نرخ تولید حباب‌های هیدروژن هم که جهت شناورسازی استفاده می‌شود، افزایش می‌یابد. اما نکته با اهمیت این است که بهترین چگالی جریان، بیشترین چگالی جریان ممکن نیست. زیرا برای تعیین بهترین چگالی جریان، نیازمند بهینه‌سازی بین چگالی جریان و هزینه اقتصادی می‌باشیم.
تأثیر دما در تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتروشیمیایی
مطالعات زیادی بر روی تاثیر دما بر واکنش الکتروشیمایی موجود در فرآیند تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتروشیمیایی انجام نشده است. اما بعید است که این فرآیند در دمایی بالاتر از دمای 60 سانتی‌گراد هم انجام بگیرد. ضمنا دما در رآکتور فرآیند انعقاد الکتریکی به دلیل نتیجه واکنش الکتروشیمیایی انجام شده، به مرور و با شیب بسیار ملایمی افزایش می‌یابد.
تأثیر انفعال الکترود در تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی
یکی از بزرگترین مشکلات عملیاتی در فرآیند تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی که تاثیر بسزایی بر تعیین طول عمر فرآیند دارد، انفعال الکترود می‌باشد. به عنوان مثال در انفعال الکترود آلومینیوم، گاهی در کاتد رسوب کلسیم کربنات و منیزیم هیدروکسید و در آند نیز یک لایه اکسیدی تشکیل می‌شود. برای عدم انفعال الکترود روش های زیادی نظیر تعویض قطب‌های الکترود، تمیزکردن مکانیکی یا هیدرومکانیکی الکترودها و یا سایر روش ها پیشنهاد می گردد.
رابطه‌ی فاصله بین دو الکترود و کیفیت تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی
در تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی فاصله بین دو الکترود، یک مشخصه کنترلی است. که علاوه بر اندازه رآکتور، بر مصرف انرژی تاثیر قابل توجهی دارد. اگر بتوانیم فاصله را بین دو الکترود به حداقل مقدار به گونه‌ای که موثر باشد، برسانیم، انرژی زیادی را ذخیره کرده‌ایم. بسته به نوع پساب، حداقل فاصله الکترودها بین 3 تا 8 میلی‌متر متغیر است. اما یکی از موارد مهمی که تاثیر قابل توجهی بر محاسبات الکتروشیمیایی دارد، افت پتانسیل اهمی است که به خاطر مقاومت محلول حاصل می شود. اثر این افت پتانسیل بر پتانسیل مورد نیاز جهت انتقال الکترون و حرکت یون‌ها، منفی است و آن را کاهش می‌دهد.
شکل زیر، یک پکیج صنعتی الکتروکواگولیشن(Electrocoagulation) ویا همان انعقاد الکتریکی را نمایش می‌دهد:
ملاحظات و عوامل موثر بسیار زیادی در طراحی رآکتور و عملیات فرآیند انعقاد الکتریکی دخیل هستند که بررسی تمامی آنها در مجال نمی‌گنجد.
مزایا و معایب تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی
تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتروشیمیایی مزایای بسیاری دارد که می‌تواند به عنوان یک روش کارآمد استفاده شود. به طورکلی برخی از مزایای تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی را میتوان چنین برشمرد:
هزینه کم راه اندازی و بهره‌برداری و تولید لجن کم از مهم ترین مزایای این روش است. همچنین انعقادسازی الکتریکی می‌تواند برای انواع پساب های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. تجهیزات ساده و طراحی ساده سیستم، نیاز نداشتن به مواد شیمیایی خارجی، سرعت ته نشینی و تولید منعقدکننده در ظرف واکنش از دیگر مزایای این روش است. ضمنا در فرآیند انعقادسازی الکتریکی، ناخالصی در محصول نهایی به دلیل عدم افزودن مواد شیمیایی کمتر خواهد بود.
مزیت تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتروشیمیایی از نظر زیست‌محیطی
در نگاهی دیگر میتوان گفت، فرآیند الکترولیز، مزایایی از قبیل جنبه های بهداشتی و زیست محیطی مطلوب برخوردار است و چشم‌انداز بسیار مطلوبی در صنعت آب و فاضلاب کشور دارد. برخی از آلایند‌ه‌های شیمیایی و سمی موجود در شیرابه ها اثر بازدارندگی بر فعالیت میکروارگانیسم‌ها دارند. لذا در زمانی که پسابی مثل شیرابه‌ها حاوی مواد مقاوم آلی باشد، روش‌های تصفیه الکتروشیمایی که از جمله آنها انعقادسازی الکتریکی است، توصیه می‌شود. چرا که در روش‌های بیولوژیکی محدودیت‌های فراوانی برای این گونه آلودگی‌ها وجود دارد.
معایب انعقاد الکتروشیمیایی
در کنار این مزایا، باید گفت مصرف برق بالا، انفعال الکترود که هر از چند گاهی روی می‌دهد و موجب تعویض الکترود و در نتیجه افزایش هزینه جاری فرآیند خواهد شد؛ از جمله معایب انعقادسازی الکتریکی است.
مشاوره جهت استفاده از شیوه انعقاد الکتروشیمیایی
تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتروشیمیایی دارای پیچیدگی‌هایی است که برای استفاده درست و بهینه از آن باید تجربه و تخصص کافی وجود داشته باشد. ضمن اینکه فاکتورهای زیادی بر کارکرد بهینه‌ی شیوه انعقاد الکتروشیمیایی تأثیرگذار است. از این شیوه برای تصفیه فاضلاب کشتارگاه ، تصفیه فاضلاب پتروشیمی و … استفاده می شود. لذا توصیه می‌کنیم برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص تصفیه فاضلاب انعقاد الکتروشیمیایی با کارشناسان ما در شرکت شمیم شریف تماس بگیرید.
راه‌های ارتباطی برای دریافت مشاوره در خصوص سیستم‌های تصفیه فاضلاب
برای دریافت مشاوره در خصوص سیستم‌های تصفیه فاضلاب از جمله روش انعقاد الکتروشیمیایی و همچنین قیمت دستمزد و راه‌اندازی این سیستم تصفیه و یا سایر محصولات شرکت نظیر آب شیرین کن صنعتی می‌توانید از طریق شماره‌های زیر با کارشناسان ما در شرکت شمیم شریف در تماس باشید: