بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
تصفیه فاضلاب صنایع باتريسازي با استفاده از فرآیند انعقاد شیمیایی
به منظور استفاده مجدد از آب
چکیده
در پژوهش حاضر امکان استفاده از فرآیند انعقاد شیمیایی به منظور تصفیه فاضلاب صنایع باتريسـازي به نحوي که امکان استفاده مجدد از آن در کشاورزي و آبیاري فراهم باشد، مـورد بررسـی قـرار گرفتـه است. در این پژوهش به منظور حذف یونهـاي سـرب از فاضـلاب، از آلـوم بـه عنـوان منعقـدکننـده و پلیالکترولیت کاتیونی به عنوان کمک منعقدکننده استفاده شد. بر اساس نتایج آزمایشات، بهترین pH و غلظت بهینه براي آلوم بهترتیب برابر با 5 و 20ppm میباشد، که در این شرایط، درصد حذف سرب حدود %68 مشاهده گردید. با صرف هزینه بسیار اندك (در حدود 45 ریـال بـه ازاي هـر متـر مکعـب) براي افزودن 0/3 ppmکمک منعقدکننده، میتوان درصد حذف سرب را تا حدود %90 افزایش داد بـه طوري که امکان استفاده مجدد از فاضلاب فراهم شود.
کلمات کلیدي
تصفیه فاضلاب، انعقاد شیمیایی، سرب، باتريسازي، بازیافت آب.
مقدمه
آلودگی ناشی از فلزات سنگین، امروزه، به عنوان یکی از بزرگترین معضلات زیستمحیطی میباشد. اما فلـزات سنگین بر خلاف مواد آلی قابل تجزیه زیستی نیستند و در بافتهاي زنده انباشته میشوند. از آنجا که فلـزات سـنگین، سمی و یا سرطانزا هستند، جلوگیري از انتشار فلزات سنگین و پاكسازي محیط از آن، اهمیت ویژهاي دارد. در تصفیه فاضلابهاي صنعتی حذف کروم، کادمیوم، جیوه، نیکل، روي، مس و سرب به طور ویژه مورد توجه قرار میگیرد .[1]
در پژوهش حاضر تصفیه فاضلاب صنایع باتريسازي به نحوي که امکان استفاده مجدد از آن فراهم باشد مورد بررسی قرار گرفته است. صنایع باتريسازي از جمله صنایع راهبردي میباشد که در بسیاري از کشورها از جملـه ایـران فعالیت دارد. در ایران بیش از 65 واحد صنعتی در زمینه تولیدپیلِ تر کار میکنند. مصرف آب و تولید فاضلاب در این صنایع حجم قابل توجهی میباشد. آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا در سیستم ملی حذف تخلیه آلایندههـا، ضـمن وضع مقررات ویژه براي تصفیه و پیشتصفیه فاضلاب صنایع باتري سازي تصریح میکند که در زیرگروه سرب براي این صنایع، میبایست میزان سرب، مس و pH فاضلاب را در خروجی تصفیه خانه مورد پایش قرار داد.
سرب فلزي سمی است که بهویژه براي سلامتی کودکان خطرناك است. این فلز سنگین همچنین باعث آسـیب رسیدن به کلیه، کبد، سیستم تولید مثل، فرآیندهاي درون سلولی و عملکرد مغز میشود. علائـم مسـمومیت بـا سـرب عبارتند از کمخونی، بیخوابی، سردرد، سرگیجه، بدخلقی، توهم و ضعف ماهیچـههـا .[2] مطـابق بـا رهنمـود سـازمان بهداشت جهانی((WHO درباره کیفیت آب آشامیدنی، مقدار سرب محلول در آب آشامیدنی میبایسـت کمتـر از 0/01میلیگرم در لیتر باشد. همچنین حداکثر مقدار سرب قابل تحمل براي انسان هفتهاي 25 میکروگرم بر وزن بدن (معادل3.5 میکروگرم بر وزن بدن در هر روز) میباشد. کودکان نورس، 4 تا 5 برابر بیشتر از بالغین سرب را جذب مینمایند و نیمهعمر بیولوژیکی سرب در بدن کودکان به طور قابل توجهی بیشتر از بالغین است .[3]از جمله روشهاي حذف یونهاي فلزات سنگین از فاضلاب میتوان به ترسیب، جذب، جذب بیولوژیکی، تبـادل یونی و فیلتراسیون غشایی اشاره کرد .[4] هر یک از این روشها مزایا و معایبی دارد. به عنوان مثال تبادل یونی توانایی بالایی در زدایش بسیاري از یونهاي فلزي دارد. اما رزینهاي تبادل یونی نیاز به احیا و جـایگزینی دارنـد کـه مسـتلزم هزینه بالایی است. استفاده از غشاهاي اسمزمعکوس و نانو فیلتراسیون از جملـه روشهـاي نـوین و کارآمـد در تصـفیه فاضلابهاي صنعتی به شمار میآید اما روشهاي بسیار پرهزینهاي هستند .[5]
مواد و روشها
در بین روشهاي گوناگون حذف فلزات سنگین از فاضلاب، باید پذیرفت که روش انعقـاد بسـیار کارآمـد اسـت.
انعقادمعمولاً پس از مرحله رسوبگذاري انجام میشود. رسوبگذاري در اثر افزایش pH اتفاق میافتد که بدین منظـور معمولاً pH آب و فاضلاب را با افزودن آهک یا سود بالا میبرند. انعقاد هم با افزودن مواد منعقدکننده مانند آهن کلرید(FeCl3) یا آلوم (Al2(SO4)3) به محیط آبی انجام میشود .[6] انعقاد بـه معنـی تثبیـت کلوئیـدها و خنثـیسـازي نیروهایی است که آنها را از هم جدا نگه میدارد. بسیاري از منعقدکنندهها مانند سولفات آلومینیـوم، سـولفات آهـن و کلرید آهن در فرآیندهاي رایج تصفیه فاضلاب بهکار میروند. نتیجه این فرآیند حذف موثر ذرات ریـز و ناخالصـیهـاي فاضلاب از طریق خنثیسازي بارهاي ذرات و به دام انداختن ناخالصیها در رسوبات هیدروکسید فلزي میباشـد. انعقـاد یکی از مهمترین روشهاي تصفیه فاضلاب است، امـا هـدف اصـلی انعقـاد کلوئیـدهاي آب گریـز و ذرات سوسپانسـون میباشند. لختهسازي عبارت است از عملکرد پلیمرها در تشکیل پل بین تودهها و پیوند دادن فلاكها بـراي تـودههـاي قابل تهنشینی. وقتی که ذرات سوسپانسیون به صورت ذرات بزرگتر لخته میشوند،معمولاً میتوانند تهنشین شوند یا با استفاده از فیلتراسیون، صاف کردن یا شناوري جدا شوند. امروزه انواع زیادي از لختـه سـازها ماننـد PAC، پلـیفریـک سولفات و پلیاکریل آمید (PAM) در تصفیه فاضلاب به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند .[7]
ذرات کلوییديعمدتاً داراي بار منفی هستند و وزن آنها ناچیز است. بنابراین نیروي دافعه ناشی از بار الکتریکی بسیار بزرگتر از نیروي گرانشی بین آنهاست. براي غلبه نیروي واندروالسی بر نیروي دافعه، لازم است تـا نیـروي دافعـه کاهش یابد. این کار با افزودن یونهاي مزاحم یا افزودن الکترولیت انجام میشود. با توجه به حجم بالاي یونهاي مـورد نیاز این کار براي تصفیه فاضـلابهـا عملـی نیسـت. راه دیگـر افـزودن یـک پلـیالکترولیـت بـه فاضـلاب اسـت. ایـن پلیالکترولیتها از طربق خنثیسازي بار و تشکیل پل پلیمري منجر به حذف آلاینده ها میشوند .[8]
استفاده از فلزات هیدرولیز شده به منظور حذف مواد کلوییدي و نیز یونهاي نامطلوب از محیطهاي آبی بسیار متداول است. در گذشته نه چندان دور تصور میشد که نقش اصلی در فرآیند انعقاد بر عهده یونهاي فلزي اسـت. امـا اکنون میدانیم که فرآوردههاي ناشی از هیدرولیز فلزات مزبور این نقش را بازي مـیکننـد. ایـن فـرآوردههـا بـه شـکل گونههاي تکهستهاي یا چند هستهاي ظاهر شده و از طریق مکانیزمهاي جذب و خنثیسازي بار، جـذب و ایجـاد پـل بین ذرات و نیز جاروب کردن لختهها منجر به حذف آلایندهها میشوند .[8]
با افزودن آلوم به عنوان منعقد کننده، یونهاي Al3+ و OH- میتوانند با هم واکـنش داده و گونـه هـاي تـک هسـتهاي ماننــد ، و و گونـههـاي پلیمـري ماننــد ، ، ، و را تشکیل دهند. همه این گونهها در ابتدا بـه شـکل و در نهایت به شکل در میآیند 9]، 10 و .[11 شکلگیري هر یک از گونههـاي مزبـور بـه pH محـیط بستگی دارد 9] و .[12 به دلیل مساحت زیادي که دارد، جاذب بسیار مناسبی بوده و مـیتوانـد فلـزات سنگین را از فاضلاب جدا کند .[11] به منظور تعیین pH و غلظت بهینه منعقدکننده از جار تست استفاده شد. در هر مرحله جارتست 6 ظرف در اختیار داشتیم. در مرحله اول غلظت ماده منعقدکننـده در تمـام ظـروف ثابـت و برابـر بـا 10 ppm فرض شد. در این مرحله pH در ظرفهاي مختلف از 4/5 تا 7/5 متغیر بود تا pH بهینه به دسـت آیـد. در مرحله بعد pH تمام ظروف ثابت و برابر با pH بهینه تنظیم شد ولی غلظت منعقدکننـده در ظـروف مختلـف از ppm 10 تا 60 ppm متغیر بود. هر مرحله جار تست هم به این صورت انجام شد که ابتدا فاضلاب به مدت 1 دقیقه بـا دور تند (100 rpm) و سپس به مدت 15 دقیقه با دور کند دستگاه (50 rpm) مخلوط شد. پـس از پایـان اخـتلاط،30 دقیقه زمان تهنشینی به نمونهها داده شد. به منظور تنظیم pH فاضلاب، از محلول 2 نرمال NaOH مرك استفاده شد. اندازه گیري فلز سرب با استفاده از دستگاه جذب اتمی انجام شد. همه اندازهگیريها بر مبناي سنجش فلـزات محلـول انجام شد. براي آنالیز فلزات، حجم مناسبی از فاضلاب تصفیه شده از پایلوت گرفته میشد. سپس این نمونه با اسـتفاده از کاغذ صافی Chmlab با اندازه 1 میکرون صاف میشد تا ذرات معلق آن جدا شود.
