بخشی از مقاله
خلاصه
در مطالعه حاضر از فرآیند انعقاد شیمیایی، لختهسازی و تهنشینی توسط منعقدکننده آلومینیوم سولفات - آلوم - برای تصفیه پساب دارای کدورت بالا ناشی از سنگ تراورتن استفاده گردید و تاثیر دوز منعقدکننده برای حذف حداکثری کدورت موردمطالعه قرار گرفت. همچنین تغییرات پارامترهای pH، EC و TDS در حین فرآیند انعقاد و حذف کدورت اندازهگیری و کینتیک فرآیند بررسی شد. نتایج نشان داد که، آلومینیوم سولفات با غلظت 50mg/L توانایی حذف کدورت تا %98 را دارا میباشد و باعث کاهش کدورت پساب از110 NTU به 1/67 NTU میشود. فرآیند انعقاد باعث کاهش pH، افزایش EC و TDS در پساب گردید. همچنین مطالعات کینتیک واکنش نشان داد، که در پنج دقیقه ابتدایی پس از شروع تهنشینی، فرآیند کاهش کدورت با سرعت بالایی 90% - حذف کدورت - رخ میدهد. انتظار میرود که یافتههای این مطالعه بتواند در تدوین یک برنامهریزی جامع بهمنظور مدیریت پساب خروجی از صنایع فرآوری سنگ با رویکرد زیستمحیطی کمک کند.
کلمات کلیدی: سنگ تراورتن، آلومینیومسولفات، فرآیند انعقاد، کدورت
1. مقدمه
صنعت سنگبری درواقع برش، شکلدهی و صیقلدهی سنگ بهمنظور استفاده از آن در موارد مختلفی ازجمله ساختمانسازی میباشد. در صنعت سنگبری برای تسهیل برش، خنک کردن تجهیزات و حذف ذرات ریز گردوغبار نیاز به حجم زیاد آب میباشد. ازاینرو این صنعت جزء صنایع آببر بهحساب میآید .[1,2] مصرف متوسط سالیانه آب در این صنعت 0/5میلیون مترمکعب است و یکی از راههای کاهش مصرف آب استفاده مجدد از پساب است .[3] ازجمله ویژگیهای این پساب حضور یک سوسپانسیون پایدار دارای ذرات ریز است که کدورت را تاحد زیادی بالا میبرد. برای مثال، در برش سنگ مرمر، پساب تولیدی دارایتقریباً 30-40% - درصد وزنی - ذرات ریز پودر سنگ میباشد .[1] ازآنجایی که تخیلهی این پساب بدون تصفیه، به محیطزیستخصوصاً منابع آبی میتواند مشکلات جدی برای انسان و محیطزیست ایجاد کند، لذا تصفیه آن و ایجاد یک پساب خروجی استاندارد امری ضروری است .[4,5] ازجمله روشهای متداول جهت تصفیه پساب و کاهش کدورت آن استفاده از حوضچههای تهنشینی، فرآیندهای انعقاد/ لختهسازی و فیلتراسیون است .[6] هدف اصلی در فرآیند انعقاد، استفاده از منعقدکنندههای شیمیایی برای لختهسازی ذرات کلوئیدی است، این منعقدکنندهها انواع مختلفی دارند و عوامل فیزیکی و شیمیائی، مانند شرایط اختلاط، pH و کدورت بر کارایی یک منعقدکننده تأثیر می-گذارد .[7]
نصرالدین و همکاران در سال 2007 مدیریت زیستمحیطی صنعت سنگبری را در هربن1مورد بررسی قراردادند. ده طرح آزمایشی، برای کاهش دادن و از بین بردن تخلیهی نادرست پساب صنعت سنگبری به محیطزیست و همچنین بهبود کیفیت پساب خروجی ساخته شد. بررسی روش-های موجود با استفاده از آزمایشهای جار برای بهینهسازی تصفیه آب انجام پذیرفت. با توجه به نتایج آزمایشات بهینهسازی، منعقدکننده در غلظت 1/5mg/L کارایی قابلقبولی را در حذف کدورت نشان داد. تکمیل پروژههای آزمایشی منجر به جلوگیری از تخلیه پساب به محیطزیست و بهبودکیفیت آب بازیافتی شد .[8] کردمصطفیپور و همکاران در سال 1387 کارایی منعقدکنندههای آلومینیوم سولفات، پلیآلومینیومکلراید و فریک کلرید رادر حذف کدورت ناشی از کائولین بررسی کردند. با توجه به نتایج، منعقدکنندهی آلومینیوم سولفات بالاترین کارایی در حذف کدورت را در بین سایر منعقدکنندهها نشان داد. طبق نتایج بدست آمده این منعقدکننده بهترین کارایی را در غلظت 0/2 g/L دارد. کدورت اولیه بر درصد حذف کدورت تأثیر میگذارد، به صورتی که با افزایش کدورت اولیه درصد حذف کدورت بیشتر میشود .[9] دوزیل در سال 2015 کارایی منعقدکننده های پلیآکریلآمید - کاتیونی، آنیونی و بدون بار - و نشاسته را در حذف کدورت از پساب سنگ مرمر بررسی کرد. طبق نتایج بهدستآمده، منعقدکنندهی پلیآکریلآمید - نوع بدون بار - بالاترین کارایی در حذف کدورت را در بین سایر منعقدکنندهها نشان داد .[10]
در تحقیق حاضر بهینهسازی حذف کدورت در غلظتهای مختلف منعقدکننده از پساب سنگبری تراورتن، با استفاده از منعقدکننده آلومینیوم سولفات یا آلوم مطالعهشدهاست. همچنین، تغییر پارامترهای pH، EC و TDS پساب در طی فرآیند حذف کدورت بررسی شد و کینتیک فرآیند انعقاد - در مرحله تهنشینی - موردمطالعه قرارگرفت.
2. مواد وروشها
1؛2 مواد
- سنگ تراورتن مورداستفاده پودر گردید و از الک شماره 200 عبور داده شد.
- منعقدکننده آلومینیوم سولفات یا آلوم از شرکت رسوبگیری در تهران خریداری شد.
2؛2 روشها
1؛2؛2 روش تهیه پساب سنگبری
برای تهیه پساب موردنظر، مخلوط70 گرم پودر سنگ تراورتن با 600 میلیلیتر آب مقطر به مدت یک ساعت روی استیرر با سرعت 1500 rpm قرار داده شد. پس از اتمام مرحله اختلاط بهمنظور تهنشین شدن ذرات معلق، پساب یک ساعت در شرایط ساکن باقی ماند؛ و سپس 500 میلیلیتر از پساب رویی بهآرامی برداشته شد. پارامترهای اولیه پساب تهیهشده در جدول 1 آورده شده است. برای سنجش کدورت پساب از دستگاه کدورتسنج مدل TB 210 IR ساخت شرکت Lovibond استفاده شد. برای اندازهگیری pH، EC و TDSدستگاه pHمتر EC - متر - مدل YK-2001CT ساخت شرکت Lutron به کار گرفته شد.
جدول -1 پارامترهای اولیه پساب فرآوری سنگ تراورتن
پس ازتهیه پساب با کدورت موردنظر و اندازهگیری پارامترهای اولیه، بهمنظور انجام آزمایشات انعقاد، لختهسازی و تهنشینی از دستگاه جارتست مدل JTR90 ساخت شرکت زاگ شیمی استفاده گردید. در ابتدا پس از افزودن منعقدکننده به پساب، فرآیندهای اختلاط سریع و اختلاط آرام در دستگاه جارتست به ترتیب با سرعتهای 160 rpm و 60 و در مدت زمانهای 2 و 10 دقیقه انجام شد. سپس پساب به مدت 30 دقیقه در شرایط تهنشینی قرارگرفت .[11] در این مرحله از پساب رویی نمونهبرداری شد و پارامترهای کدورت، pH، EC و TDS پساب قبل و پس از انجام فرآیند انعقاد اندازهگیری شد.
برای محاسبه درصد حذف کدورت پساب از رابطه 1 استفاده گردید.
در این رابطه T1 و T2 بهترتیب کدورت اولیه و ثانویه برحسب NTU میباشند.
- بررسی تاثیر دوز منعقدکننده بر حذف کدورت
جهت بررسی تأثیرغلظت منعقدکننده بر درصد حذف کدورت از چهار غلظت مختلف آلوم، برابر با50، 100، 150 و 200mg/L استفاده گردید. سایر شرایط مطابق با موارد مندرج در جدول 1 لحاظ گردید.
- بررسی تغییر پارامترهای pH، TDSو EC در طی فرآیند حذف کدورت
در تمامی آزمایشهای انجام شده میزان تغییرات پارامترهای pH، TDS وEC قبل و پس از فرآیند انعقاد اندازهگیری شد؛ و نتایج بهصورت نمودار بیان گردید.
3؛2؛2 بررسی کینتیک فرآیند
جهت بررسی کینتیک فرآیند پس از آغاز مرحله تهنشینی در بازههای زمانی 5، 10، 15، 20 و 30 دقیقه از محلول در عمق 2 سانتیمتری ظرف، نمونه-برداری صورت گرفت و کدورت آن اندازهگیری و تطابق کینتیک فرآیند انعقاد با مدلهای کینتیک مرتبه صفر، مرتبه اول و دوم بررسی شد.
3. نتایج و بحث
1؛3 تأثیر غلظت منعقدکننده بر حذف کدورت از پساب
برای بررسی تأثیر غلظت منعقدکننده، چهار غلظت مختلف50، 100، 150 و 200mg/L از آلوم مورد آزمایش قرار گرفت. شکلهای 1و2، به ترتیب نتایج تأثیرغلظت منعقدکننده بر کدورت نهایی و درصد حذف کدورت را نشان میدهد. براساس نتایج ارائهشده، افزایش غلظت منعقدکننده ازmg/L 150 به mg/L 200 باعث کاهش 4 درصدی حذف کدورت میگردد. از آنجا که مقدار آن ناچیز است، میتوان گفت تمامی غلظتهای منعقدکننده استفادهشده کارایی بالایی در حذف کدورت داشته و میزان کدورت را از 110 NTU به محدوده 5/89 - 1/35 NTU میرساند - حدود 98 درصد حذف کدورت - .
