بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به رشد روزافزون جمعیت، گسترش صنایع، محدودیت منابع و ذخیره آبی، قرار گرفتن کشور ایران در منطقه خشک و بیابانی؛ حفظ کیفیت آبها به لحاظ آلودگی از اهمیت ویژه ای برخوردار است . اگر این منابع مهم حیاتی دستخوش آلودگی های میکروبی و شیمیایی شوند، آ سیب های فراوانی بر محیط زی ست و در نهایت به ب شریت وارد خواهد شد که جبران آن با صرف هزینههای ب سیار زیادی همراه ا ست . از جمله صنایعی که سهم عمدهای در آلودگی آبهای پذیرنده دارند، صنایع سلولزی و خمیر کاغذ ا ست .
میزان آب مصرفی یا پسآب تولیدی مذکور به عوامل گوناگونی مانند میزان تولید مح صول، نوع فناوری به کارگرفته شده و کیفیت مواد اولیه مصرفی بستگی دارد. لازم است که پسآب صنایع سلولزی و خمیر کاغذ قبل از ورود به آبهای پذیرنده، توسط سیستم مناسبی تصفیه شوند که روش نانوفیلتراسیون بعد از تیمار بیولوژیکی لجن فعال روش مناسبی برای خالص سازی پسآب برای استفاده مجدد در فرآیند تولید کاغذ می باشد.
-1مقدمه
با پیشرفت تکنولوژی و تعدد صنایع مختلف، پسآب حاصل از فرایندهای صنعتی تهدیدی جدی برای محیط زیست به شمار میرود. در این بین صنایع با بار آلودگی بالا که BOD و COD زیادی دارند، نقش عمدهای در آلودگی زیست محیطی ایفا میکنند. BOD و COD بالا سبب ایجاد مشکلاتی در تصفیه فاضلاب این صنایع میشود که این امر لزوم متمایز کردن روشهای تصفیه فاضلاب این صنایع را بیش از پیش بیان میکند و صنایع سلولزی از جمله صنایع مهم و زیربنایی کشور است که طیف وسیعی از فعالیتها را به خود اختصاص میدهد. یکی از مهمترین صنایع سلولزی، کارخانجات تولید خمیر و کاغذ و تخته و فیبر است که به عنوان آلاینده زیست محیطی مطرح میباشد. مصرف زیاد آب در این صنایع و نوع فرآیندهای موجود، سبب شده تا مقادیر زیادی پسآب با بار آلودگی بالا در بخشهای مختلف فرآیند، تولید شود. مواد خام مصرفی و نیز مواد شیمیایی بکار رفته در قسمتهای مختلف و نوع بهره برداری، باعث آلودگی فزاینده پسآب شده است
در فناوری نوین نانو با بکارگیری روشهای متنوعی میتوان آب را از پسآبهای آلوده برای مصارف کشاورزی، صنعتی و حتی خانگی بازیافت کرد. همچنین استفاده از فناوری نانو در راستای کاهش اثرات سوء زیست محیطی بهعنوان یکی از راهکارهای مدیریتی مطرح است و نانو تکنولوژی به عنوان جبران کننده زیانهای زیست محیطی ناشی از ضایعات صنعتی شناخته میشود
پسآب حاصل از صنایع سلولزیعموماً از فرآیندهای شستشو و تبدیل آن به روش مکانیکی یا شیمیایی منشاء میگیرد. چوبعمدتاً از سه ترکیب اصلی سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده است که سلولز به عنوان مهمترین هیدرات کربن - از نظر حجم، اندازه و مقاومت در برابر تجزیه - در پسآب صنایع سلولزی وجود دارد. لیگنین و مشتقات آن به واسطه وجود زنجیرههای به هم پیوسته کربن از نوع بی فنیل و سایر زنجیره ها در برابر تجزیه مقاوم بوده و علاوه بر ایجاد رنگ در پسآب، از فرآیند فتوسنتز در آبهای پذیرنده توسط گیاهان، جلوگیری میکند. ثبات اکوسیستمهای آبی و حیات آبزیان و مصرف کنندگان ثانویه به دلیل این اثرات نامطلوب مورد تهدید قرار میگیرد
پسآب صنایع سلولزی ممکن است شامل ترکیبات پیچیده آروماتیک و ترکیبات مونومریک با وزن مولکولی زیاد باشند. مشتقات لیگنین، تاننها و ترکیبات فنل کلرینه شده با وزن مولکولی کم در شرایط بیهوازی قابل تجزیه هستند. لیگنین و تاننها با وزن مولکولی بالا به شرایط بیهوازی مقاوماند. وجود مواد آلی مقاوم در برابر پسآب این صنایع، باعث محدودیت در قابلیت حذف بار آلی در تصفیه بی هوازی میشود و همچنین مواد سمی پسآب صنایع سلولزی ممکن است
از متابولیسم مواد قابل تجزیه زیستی جلوگیری کند. این مواد سمی شامل ترکیبات رزین چوب، ترکیبات فنل کلرینه شده و تاننها هستند که در غلظتهای ناچیز دارای سمیت زیادی برای باکتریهای متان در تصفیه بیهوازی میباشند. مشتقات لیگنین تا حدودی از عمل متان سازی جلوگیری میکند. ترکیبات رزین چوب نظیر اسیدهای رزین و ترپنهای فرار نیز میزان قابل توجهی از پسآب این صنایع در حدود 10 درصد از اکسیژن خواهی شیمیایی - - COD را به خود اختصاص میدهند
هدف این مقاله شناخت پسآبهای صنایع سلولزی و خمیرکاغذ و ارائه راهکارهای لازم جهت جلوگیری از آلودگی آب به منظور حفاظت از محیط زیست میباشد.
-2 ویژگی پسآبهای صنعتی صنایع خمیرکاغذ
به طور کلی صنایع خمیر و کاغذ سازی از جمله صنایعی به شمار میرود که مقدار آلایندهها در پسآب آنها زیاد میباشد و لذا تیمار پسآب در این صنعت ضروری میباشد. قسمت اعظم پسآبهای صنعتی صنایع خمیر و کاغذ از فرآیند خمیر سازی ناشی میشود، که عمدتاً حاوی آلاینده جامدات معلق، رنگ و مواد کلوئیدی میباشند. به صورت عام، عملیات تیمار پسآب برپایه حذف مواد جامد و اکسیژن خواهی بیولوژیکی متمرکز میباشد. تیمار بیولوژیک پسآب تا آنجایی انجام میشود که پسآب نهایی فاقد مواد سمی باشند.
در غیر این صورت، اگر میزان عامل رقیقسازی پسآب تیمار شده نهایی در حد کمی بوده و آن را در محیط زیستهایی مثل دریاچهها، رودخانهها یا دره ها رها کنیم، علاوه بر تأثیر منفی روی زیبایی آن محیط، وجود مواد آلاینده و سمی برای طبیعت بسیار مضر و بحرانی محسوب میشود. همچنین، وجود مواد جامد آلی در پسآب تخلیه شده در آبهای طبیعی مشکل رسوب این مواد را به دنبال داشته و بسیار مضر تلقی میشود زیرا در شرایط کمبود اکسیژن، فعالیت باکتریهای غیر هوازی روی رسوب مواد جامد آلی منجر به تولید متان و سولفید هیدروژن میشود. این گاز بوی تخم مرغ گندیده دارد و همچنین سمی نیز میباشد
-1-2 روشهای مختلف تصفیه پسآب های صنعتی صنایع خمیر و کاغذ
-1-1-2 تیمار اولیه
این مرحله تیمار برای زدودن مواد جامد و الیاف معلق از پسآب انجام میگیرد. زدودن مواد جامد قابل رسوب و معلق با زمان ماندگاری مناسب در زلال ساز بطور مطلوبی صورت می گیرد . مواد جامد - لجن اولیه - ته نشین شده در کف زلال ساز توسط دو بازوی مکانیکی به صورت دوره ای در یک چاه فاضلاب دفع می شوند . این بازوها به وسیله سیستم متحرک دستگاه زلال ساز به هم متصل شده اند و مواد زائد را با یک سرعت ثابت به چاه تخلیه می کنند. سرعت بازوهای مکانیکی می تواند بسته به نیاز از سریع تا آرام متغیر باشد. کیفیت عمل دستگاه زلال ساز از طریق ضریب حذف مواد جامد ، که خود تابعی از سرعت ورود آب به درون زلال ساز است اندازه گیری می شود .معمولا زلال ساز اولیه برای میزان بین 3000 تا 4000 لیتر آب در فوت مربع در روز ، طراحی می شود
در حدود 25-35 درصد از BOD کل نیز در مرحله تیمار اولیه حذف می شود . این مقدارBOD به همراه مواد جامد ته نشین شده در زلال ساز بوده و بعنوان لجن اولیه حذف می شود . در بعضی موارد در عملیات تیمار اولیه بجای یک زلال ساز ته نشین کننده از یک زلال ساز بر پایه سیستم شناور سازی استفاده می شود. در این نوع زلال ساز، هوا ابتدا تحت فشار به آب - حل شده - دمیده شده و سپس بصورت حبابهای ریزی آزاد می شود . ذرات معلق ومواد جامد به این حباب های ریز هوا متصل می شوند و این عمل دانسیته ذرات منفرد راکاهش داده و سبب می شود در سطح مایع شناور شوند. سپس ذرات شناور شده در سطح ، لایه ای از مواد
2
جامد شناور را تشکیل می دهند و این لایه توسط یک بازوی مکانیکی متحرک از روی سطح مایع زدوده شده وبه یک مخزن یا چاه ریخته می شود. در مرحله بعد این مواد برای آب گیری بیشتر به یک مخزن ذخیره لجن پمپ می شوند.گاهی اوقات برای بهبود ته نشینی مواد جامد ،از برخی پلیمرها استفاده می شود .این عمل سبب افزایش هزینه عملیات شده ولی کارآیی تیمار اولیه را بهبود می بخشد . - 9 -
-2-1-2 تیمار ثانویه
معمولا جریان سرریز خروجی از زلال ساز اولیه به مرحله بعدی یعنی جایی که نیاز به اکسیژن مواد آلاینده بصورت بیولوژیک و تحت شرایط هوازی برآورده می شود ، می رود. میکرو ارگانیزم ها - اغلب باکتریها - آلاینده های آلی را به عنوان غذا مصرف می کنند. حذف BOD سبب تشکیل برخی از مواد جامد بیولوژیک می شود که در سایر زلال سازها ،که زلال ساز ثانویه نامیده می شوند ، ته نشین می شوند. یک بخش مهم در اغلب فرآیند های بیولوژیک هوازی، هوادهی و هم زدن کافی است تا از ایجاد شرایط غیرهوازی جلوگیری شود. فرآیند غیرهوازی اغلب برای تیمارپسآب های بهداشتی مورد استفاده قرار می گیرد اما معمولا برای تیمار پسآب کارخانه خمیر وکاغذ استفاده نمی شود زیرا حجم این پسآب زیاد بوده و حاوی مقادیر زیاد گوگرد نیز می باشد
تیمار بیولوژیک هوازی را می توان با روشهای مختلفی انجام داد، که به عواملی مثل ویژگی های پسآب، سطح در دسترس و درجه تیمار مورد نیاز برای رفع محدودیت ها بستگی دارد. هر روش به پایداری جمعیت زنده ای از میکرو ارگانیسم های ویژه بستگی دارد. در بیشتر موارد لازم است مواد تغذیه کننده شیمیایی مانند نیتروژن و فسفر برای انجام فعالیت متابولیک افزوده شوند .
ساده ترین شکل تیمار هوازی، تالاب های بزرگ هوادهی است که در آنها از هواده ها یا پراکنده سازهای مکانیکی برای حل کردن مقادیر زیاد اکسیژن در پسآب استفاده می شود. افزودن حدود 0/5 میلی گرم بر لیتر اکسیژن در سرتاسر تالاب و زمان نگهداری حدود 5-10 روز متداول است. اگر فضای کافی در اختیار باشد، تالاب هوادهی روش مطلوب اکسیداسیون بیولوژیک است، زیرا تغییرات بار BOD ورودی را کاملا تحمل کرده و لجن بیولوژیک کمتری نیز تولید می کند. همچنین هزینه های سرمایه ای و عملیاتی نیز معمولا در این روش کمتر از هزینه های سیستم لجن فعال است . سیستم لجن فعال و بسیاری از مدل های عملیاتی اصلاح شده آن ، متداولترین روش تیمارپسآب به شمار می رود
-3-1-2 زدودن رنگ
رنگ قهوه ای پسآب کارخانه خمیر از عملیات خمیر سازی شیمیایی و رنگ بری منشاء می گیرد .وجود رنگ به ترکیبات تانن و لیگنین موجود در چوب نسبت داده می شود. تجزیه و تخریب بیولوژیک این ترکیبات بسیار کند است. همانگونه که ذکر شد تنها در مواردی که فاکتور رقیق سازی جریان آب دریافت کننده پسآب نسبتا کم باشد وجود رنگ ایجاد مشکل می کند . روش مورد استفاده یک روش انعقاد فیزیکی- شیمیایی است . این روش موجب انعقاد ذرات رنگ شده و با استفاده ازمواد کمک کننده به ته نشینی، میزان ته نشین شدن مواد جامد بهبود می یابد. مواد شیمیایی مورد استفاده عبارتند از :
-1 آهک
-2 آلوم به همراه پلیمر
-3 پلیمر هر سه روش موثر ولی گران هستند زیرا منجر به هزینه های زیاد برای تولید لجن اضافی و آب گیری زیاد و دفع زائدات می شوند .
-4-1-2 نانوفیلتراسیون
یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانو فیلترها است که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی شناخته می شود. نانو فیلترها براساس منافذشان به3گروه: میکرو، اولترا و نانوفیلترها طبقه بندی شده اند. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از2 لایه تشکیل می شود. لایه های نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاها در اشکال مختلف مارپیچی، صفحه ای، لوله ای و فیبری هستند
