تصفیه فاضلاب
- به دلیل کمبود آب در دنیا تصفیه فاضلاب و بازگرداندن آب مصرف شده به چرخه اهمیت پیدا کرده است.
- توسعه تصفیه‌خانه‌های فاضلاب مستلزم رفع موانع موجود و ارائه راه‌کارهای جدید است.
- قدیمی بودن لوله‌های انتقال و فناوری‌های به کار رفته یکی از مهمترین چالش‌های پیش روی صنعت تصفیه فاضلاب ایران است.
یک نمونه بلوئر روتس
فاضلاب چیست؟
به آبی گفته می‌شود که در نتیجه مصرف شدن آلوده شده و دیگر قابل استفاده نیست. فاضلاب‌ها را می‌توان به صورت زیر تقسیم بندی کرد.
- فاضلاب بهداشتی یا انسانی: شامل فاضلاب خانگی، فاضلاب اماکن تجاری و فاضلاب مؤسسات عمومی
- فاضلاب خانگی: شامل فاضلاب سرویس‌های بهداشتی خانه‌ها، مغازه‌ها، فروشگاه‌ها
- فاضلاب صنعتی: آب تولید شده از مصرف کارخانه‌ها، کارگاه‌ها و مجموعه‌های صنعتی
- فاضلاب کشاورزی: فاضلاب‌های بوجود آمده از فعالیت‌های کشاورزی
- فاضلاب سطحی یا سیلاب: شامل آب‌های ناشی از ذوب برف و یخ و یا بارندگی
در این بین فاضلاب‌های صنعتی به دلیل مصرف بالا و تنوع نوع آلاینده‌ها از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و همواره تصفیه فاضلاب‌های صنعتی چالش‌های بیشتری دارد.
فاضلاب‌های صنعتی، محصولات جانبی کارخانجات تولیدی هستند. کارخانجات مختلفی که می‌توانند مواد غذایی، پوشاک، نوشیدنی، کاغذ و انواع مواد شیمیایی مورد نیاز ما را تولید کنند. در تمامی این محصولات آب بعنوان یک ماده مصرفی در بخشی از فرایند تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد.
با توجه به تنوع کارخانجات صنعتی و حجم بالای فاضلاب صنعتی در کشور نیازمند شناسایی روش‌های مناسب برای مدیریت فاضلاب‌های صنعتی هستیم.
یک نمونه اویل اسکیمر
اهمیت تصفیه فاضلاب
تصفیه فاضلاب به فرایندی گفته می‌شود که در آن فاضلاب تبدیل به آبی می‌شود که بتوان از آن استفاده مجدد کرده یا بدون آسیب و خطر در محیط رها کرد.
آب پاک و سالم یکی از اساسی‌ترین منابع انسان‌ها برای زندگی بر روی کره زمین است. یکی از روش‌های دست‌یابی به آب سالم تصفیه فاضلاب است. فاضلاب‌ها امروزه یکی از منابع با ارزش و ضروری تامین آب به شمار می‌آیند. در گذشته فاضلاب‌ها به دلایل مختلف به عنوان زباله‌های به درد نخور و بی ارزش شمرده می‌شدند.
امروزه روش‌های تصفیه فاضلاب از دو جنبه اهمیت دارند:
- مشکلات ناشی از کمبود آب
- آلوده کردن محیط زیست در اثر رها کردن در طبیعت
دسته بندی فاضلاب‌های صنعتی
انتخاب روش تصفیه فاضلاب وابسته به نوع و مقدار آلاینده‌های موجود در فاضلاب یا در اصطلاح کیفیت فاضلاب است. پارامترهای مختلفی در تعیین کیفیت فاضلاب‌های صنعتی مورد توجه قرار می‌گیرند، مثل دمای فاضلاب خروجی، غلظت مواد آلاینده، دبی خروجی فاضلاب، بوی فاضلاب و … .
کیفیت و کمیت فاضلاب‌های صنعتی در کارخانجات مختلف متفاوت است به همین دلیل روش های تصفیه آن نیز متفاوت است .از این رو شناسایی آلاینده‌ها و ناخالصی‌ها اهمیت بالایی دارد.
ناخالصی‌های موجود در فاضلاب‌های صنعتی را می‌توان به دو گروه کلی آلاینده‌های آلی و آلاینده‌های غیرآلی طبقه‌بندی کرد.
آلاینده‌های غیرآلی
شامل انواع نمک‌های معدنی، مواد قلیایی، کلر، آمونیاک، اسیدهای معدنی و … .
آلاینده‌های آلی
شامل انواع قندها، چربی‌ها، روغن، پروتئین‌ها، هیدروکربن‌ها، اسیدهای آلی و… .
در جدول شماره ۱ انواع آلاینده‌های موجود در فاضلاب‌های صنعتی به تفکیک صنعت آورده شده است.
جدول شماره 1 خلاصه انواع آلاینده‌های موجود در فاضلاب‌های صنعتی
| بخش صنعتی | نوع آلاینده |
|---|---|
| آهن و فولاد | BOD، COD، روغن، فلزات، اسید، فنول و سیانید |
| چرم و نساجی | BOD، ذرات جامد، سولفات و کروم |
| کاغذ و خمیر کاغذ | BOD، COD، ذرات جامد، مواد آلی کلردار |
| نفت و پتروشیمی | BOD، COD، روغن‌های صنعتی، فنول و کروم |
| شیمیایی | COD، مواد آلی، فلزات سنگین، ذرات جامد معلق و سیانید |
| صنایع غذایی | BOD و ذرات جامد |
| الکترونیک | COD و مواد آلی |
| معدن | ذرات جامد معلق ، فلزات، اسید و نمک |
برخی از آلاینده‌های آلی نسبت به تجزیه مقاوم هستند و وجود آنها برای زندگی آبزیان سمی و خطرناک است. از طرف دیگر وجود آلاینده‌های آلی در آب موجب کاهش مقدار اکسیژن محلول در آب می‌شود. درصورتی که مقدار اکسیژن محلول در آب از حداقل مجاز آن کمتر باشد، آن آب آلوده محسوب می‌شود.
باتوجه به این موضوع، حذف یا کاهش غلظت آلایندهای آلی برای حفظ سلامت محیط و موجودات از اهمیت بالایی برخوردار است.
چالش‌های پیش روی صنعت تصفیه فاضلاب
چالش‌های توسعه تصفیه خانه‌های فاضلاب عبارتند از:
- کمبود آب: یکی از عوارض تغییر آب و هوا، کمبود آب است. گرم‌تر شدن کره زمین موجب بوجود آمدن دوره‌های خشکسالی مختلف در نقاط مختلف جهان شده است. کمبود آب مسئله‌ای است که امروزه برای توسعه و تامین آب بسیار مورد توجه است.
- استفاده از فناوری‌های جدید: آب سیاه یا همان فاضلاب امروزه بسیار با ارزش شده است. مهندسان و طراحان به دنبال ساخت و به کار بردن فناوری‌های جدید در استفاده مجدد از فاضلاب‌ها و بازیابی و تصفیه فاضلاب‌ها هستند. اهمیت توسعه فناوری‌های جدید تصفیه فاضلاب بسیار بالا است.
- بازچرخانی فاضلاب‌ها و فاکتورهای بهینه‌سازی: جمع‌آوری فاضلاب و استفاده مجدد از آن، یکی از معضلات مهم در صنعت فاضلاب محسوب بوده است. هزینه‌ها و فناوری‌های مورد نیاز برای جمع‌آوری و بهینه‌سازی از جمله موارد مهم و مورد توجه در بازچرخانی فاضلاب‌ها هستند.
- اتوماسیون پایش: یکی از نکات مهم در امر استفاده از آب و همچنین تصفیه فاضلاب، پایش لحظه به لحظه کیفیت فاضلاب خروجی است که باید به صورت اتوماتیک صورت گیرد.
- آنالیز فاضلاب: کنترل ترکیب شیمیایی فاضلاب و خنثی سازی آن نیازمند ابزارهای دقیق اندازه‌گیری است. امروزه یکی از چالش‌های پیش روی صنعت فاضلاب تجهیزات دقیق اندازه‌گیری و دقت آنها در شرایط مختلف است.
- آموزش در زمینه‌های فناوری‌های تصفیه آب: یکی از مسائلی که در زمینه توسعه فناوری‌های تصفیه آب باید انجام شود، بحث آموزش و ترویج عمومی در تمامی سطوح تحصیلی و سنی است.
- کاهش سمیت: یکی از مسائل موجود در صنعت آب و فاضلاب حذف یا کاهش درصد عناصر فلزات سنگین است. حذف فلزات سنگین از فاضلاب‌های صنعتی، نیازمند استفاده از فناوری‌های پیشرفته است که بتواند مقدار این فلزات را در آب تصفیه شده به حد مجاز برساند.
- الگوی مصرف انسان‌ها: الگوی مصرف آب توسط جوامع مختلف بشری متفاوت است. با اصلاح این الگو می‌توان مقدار آلودگی موجود در فاضلاب‌ها را کنترل و تا حد مناسبی کاهش داد.
- سیستم مدیریتی و کنترل فرایندها: نیاز به سازمان یا همکاری نهادهای مختلف ملی در زمینه کنترل و تصفیه آب بسیار حائز اهمیت است.
- زیرساخت‌ها: قدیمی بودن زیرساخت‌ها از چالش‌های اصلی تصفیه خانه‌ها در آینده خواهد بود. ما به تکنیک‌هایی مثل شناسایی از راه دور برای یافتن محل لوله‌ها و ارزیابی وضعیت آنها و نیز روش‌های تعویض غیرقهری لوله‌ها نیاز داریم
نقش فناوری‌های نوین در تصفیه فاضلاب
- استفاده از فناوری‌های پیشرفته باعث کاهش و به حداقل رساندن ضایعات و زباله‌های جانبی تولیدی و بازیابی محصولات با ارزش از ضایعات می‌شود، ضایعاتی که یکی از بزرگترین مشکلات قرن حاضر هستند.
- فرایندهای معمول و قدیمی تصفیه آب و فاضلاب مصرف انرژی بالایی دارند.
- همچنین در این روش‌ها تجهیزات و سرمایه گذاری اولیه بالایی نیاز است
- و علاوه بر آن هزینه تعمیرات و نگهداری تجهیزات در این روش‌ها بسیار بالا است.
- یکی از معضلات روش‌های سنتی دفع لجن و تجزیه لجن بوجود آمده در فرایند تصفیه فاضلاب است.
- این معضلات در حالی در مورد روش‌های سنتی مطرح می‌شود
- که در فناوری‌های جدید تصفیه فاضلاب، بازیابی و تولید انرژی مطرح است.
- روش‌های جدید از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده
- و نیاز به تجهیزات، انرژی و هزینه اولیه کمتری هستند.
- علاوه بر این در فرایند تصفیه فاضلاب در روش‌های جدید لجن تولید یا ضایعات جامد تولید نمی‌شود.
براساس گزارش موسسه Lux Research تقریباً یک چهارم شرکت‌های استارتاپی یا نوپا بر روی مباحثی همچون مانیتور کردن، پیش بینی و کنترل از طریق سنسورها و اینترنت اشیاء کار می‌کنند؛ به همین نسبت شرکت بر روی سیستم‌های تصفیه آب تمرکز کرده‌اند. نمودار شکل ۱ نشاندهنده حوزه فعالیت شرکت‌های استارتاپی فعال در حوزه آب و فاضلاب است که توسط موسسه Lux Research بررسی شده‌اند.
روش‌های مختلف تصفیه فاضلاب
در فناوری‌های تصفیه آب، فرایندهای پیش تصفیه فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلفی بر روی فاضلاب اولیه انجام می‌شود. از جمله روش‌های فیزیکی-شیمیایی می‌توان فیلتراسیون، منعقد کردن، ته نشین سازی، شناور سازی ، جذب، تبادل یون، اکسیداسیون پیشرفته، الکترولیز و احیای شیمیایی را نام برد.
سیستم‌های تصفیه بیولوژیکی به طور موثری باعث از بین بردن آلاینده‌های سمی می‌شوند. این روش‌ها نسبتاً ارزان قیمت بوده و نسبت به سایر روش‌ها ارجحیت دارند. از جمله روش‌های بیولوژیکی می‌توان جذب بیولوژیکی، اضمحلال بیولوژیکی به صورت هوا زی، بی هوا زی یا فرایندهای ترکیبی با استفاده از باکتری، مخمر، گیاهان، جلبک، قارچ و آنزیم‌ها.
عمدتاً فاضلاب‌ها بسیار رنگی بوده و حاوی اکسیژن بیولوژیکی و شیمیایی بالایی هستند؛ هدایت الکتریکی بالایی داشته و از نظر شیمیایی قلیایی محسوب می‌شوند. بر همین اساس پارامترهای مختلفی بر روی هزینه تمام شده برای انتخاب روش تصفیه فاضلاب اثر گذار هستند.
فاکتورهای مختلفی بر روی انتخاب روش اثر گذار هستند. فاکتورهایی همچون نوع آلاینده‌هایی که باید تصفیه شوند، ترکیب شیمیایی فاضلاب، هزینه مواد شیمیایی مورد نیاز، هزینه عملیاتی، هزینه جمع آوری زباله تولید شده در اثر فرایند تصفیه.
در ادامه به بررسی چند فناوری جدید در تصفیه فاضلاب می‌پردازیم:
استفاده از ازن و ازن ژنراتور
از بین فناوری های متعدد موجود در فرایندهای تصفیه آب و فاضلاب، استفاده از فناوری ازن به دلیل قابلیت گندزدایی بالاتر و سایر مزایایی که نسبت به کلر دارد در صنایع مختلف بسیار رواج یافته است.
ازن مولکولی با ۳ اتم اکسیژن، گازی آبی رنگ با بوی زننده است که به دلیل دارا بودن خاصیت اکسیدکنندگی قوی به صورت یک ضدعفونی کننده در فرایند تصفیه آب و فاضلاب در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. خاصیت گندزدایی و ضدعفونی کنندگی ازن بسیار بیشتر از کلر، دی اکسید کلر، کلروآمین ها و سایر ضدعفونی کننده ها می باشد که به همین دلیل از بین برنده‌ی بسیاری از باکتری ها، ویروس ها، تخم ها و کیست های انگلی می باشد که بسته به نوع صنعت و ترکیبات فاضلاب، کاربردهای مختلفی می‌یابد.
ازن کمک می‌کند تا مواد مضر، رنگ، بو و میکروارگانیسم‌ها مستقیما و بدون ایجاد محصولات جانبی مضر یا مواد باقی مانده از بین روند. عدم توانایی کلر در حذف کامل آلودگی های میکروبی، تغییر در کیفیت آب و اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از استفاده از کلر، سبب گردید تا استفاده از گاز ازن بیشتر مورد توجه قرار گیرد.
فناوری پلاسما
فناوری پلاسما به عنوان نسل جدید فناوری‌های تصفیه فاضلاب در دنیا شناخته می‌شود. این فناوری نسبت به سایر فناوری‌های موجود دارای مزایایی است که موجب شده تحقیقات گسترده‌ای در راستای صنعتی کردن آن انجام شود. از جمله مزایای مهم این فناوری در تصفیه آب مقرون به صرفه بودن در کاربردهای صنعتی، افزایش ظرفیت تصفیه خانه‌های فاضلاب و عدم استفاده از مواد شیمیایی است.
جرقه‌های ایجاد شده در داخل آب یا فاضلاب صنعتی، در اثر برخورد با ذرات محلول و مولکول‌های آب باعث افزایش انرژی و در نتیجه دمای موضعی در محیط می‌شوند. در اثر این پدیده، کاویتاسیون پلاسمایی رخ داده و حباب‌هایی در ابعاد نانو و میکرو متری در داخل محیط آبی ایجاد می‌شود.
در اثر واپاشی حباب‌ها دمای موضعی آب یا پساب بالا رفته و می‌تواند باعث از بین رفتن باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌های موجود در آب یا پساب شود. از طرفی این جباب ها حاوی الکترون و یون می‌باشند که با واپاشی آنها انواع رادیکال‌های قوی و گندزدا تشکیل می‌شوند. وجود پرتو فرابنفش و آزادسازی رادیکال‌های O و OH باعث اکسیداسیون مواد محلول در آب یا فاضلاب می‌شود. این رادیکال‌ها در نهایت باعث ایجاد لخته و رسوب در فاضلاب می‌شوند که در نهایت به صورت جامد قابل جداسازی است.
جاذب‌های طبیعی
با توجه به فعالیت صنایع پتروشیمی و صنایع غذایی در کشور، آلاینده‌های آلی سهم بسزایی در فاضلاب‌های صنعتی دارند. از این رو راه‌کارهای حذف آلاینده‌های آلی از فاضلاب‌های صنعتی در کشور بسیار مورد توجه هستند.
آیروژل الیاف کربن یک جاذب بسیار قوی، غیر سمی، طبیعی و قابل بازیافت است. آیروژل الیاف کربن می‌تواند انواع آلاینده‌های آلی موجود در فاضلاب‌های صنعتی را جذب کند. این ماده را می‌توان از مواد سلولزی مختلف مثل کتان یا کاغذ باطله تولید کرد.
آیروژل الیاف کربن یک ماده با سطح ویژه بسیار بالا و دانسیته کم است که می‌تواند مواد آلی مختلف را بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ برابر وزن خود جذب کند. این ماده یکی از بهترین جاذب‌های روغن و انواع آلاینده‌های آلی است.
روش‌های غشایی
غشاهای پلیمری شامل انواع اولترا فیلتراسیون (UF)، نانو فیلتراسیون (NF)، میکرو فیلتراسیون (MF)، اسمز معکوس (RO) است که کاربردهای بسیاری در صنایع آب و فاضلاب دارند. در اغلب موارد طراحی و ساخت تصفیه خانه های آب و فاضلاب با استفاده از سیستم‌های تصفیه غشایی به صورت پکیج تصفیه فاضلاب غشایی و سیستم های اسمز معکوس RO می باشد.
استفاده از این فرایندها به دلیل دارا بودن مزایایی مانند کاهش مصرف انرژی، انتقال جرم با راندمان بالا و سهولت کاربرد ، اهمیت بسزایی در صنایع مختلف از جمله تصفیه خانه‌های صنعت آب و فاضلاب صنعتی همچون تصفیه فاضلاب پتروشیمی‌ها دارند.
