تصفيه فاضلاب به روش الكتروكواگوليشن
تصفيه پساب ها به روش هاي مختلفي از جمله ته نشيني، سانتريفيوژ، شناورسازي، فيلتراسيون، اولترافيلتراسيون، اسمزمكعكوس، انعقاد و لخته سازي، جذب سطحي، اكسيداسيون شيميايي و بيولوژيكي و انعقاد الكتريكي يا تركيبي از آنها صورت مي پذيرد. كاربرد برخي از اين روش ها به دليل قطر كوچك قطرات روغن موجود در پساب دشوار و زمان بر است. انعقاد و لخته سازي مفاهيمي نزديك به هم هستند و گاهي به جاي يكديگر به كار مي روند.
مي توان انعقاد و لخته سازي را به ترتيب به مراحل اختلاط سريع ايجاد لخته نسبت داد. بعبارت ديگر فرآيند انعقاد به صورت ايجاد ناپايداري در ذرات معلق و كلوئيدي موجود در آب و انجام لخته سازي با نزديك كردن اين ذرات به يكديگر و تشكيل ذرات وزين تر تعريف شده است.
منظور از ناپايدار شدن ذرات، افزودن يك ماده شيميايي موسوم به ماده منعقد كننده به آب و در نتيجه خنثي كردن و يا كاهش بارهاي الكتريكي ذرات است. پس از ناپايدار شدن ذرات، در مرحله اختلاط كند، ذرات اجازه نزديك شدن به يكديگر را يافته و در نتيجه ذرات بزرگ تر و سنگين تري را ايجاد مي كنند. اين ذرات درشت تر با استفاده از روش هايي نظير ته نشيني، شناورسازي يا استفاده از فيلتر مي توانند به راحتي جدا شوند.
انعقاد الكتريكي ( الكتروكواگوليشن ) عبارت است از توليد مواد منعقدكننده در محل با استفاده از تجزيه الكتريكي الكترودهاي آلومينيوم يا آهن توليد يون هاي فلزي در آند و گاز هيدروژن در كاتد انجام مي گيرد.
در روش انعقاد الكتريكي ( الكتروكواگوليشن ) عمل تصفيه طي سه مرحله انجام مي گيرد:
- واكنش الكتروليت در سطح الكترود و شكل گيري منعقدكننده ها بوسيله ي اكسيداسيون الكتروليتي در فاز آبي
- جذب ذرات كلوئيدي بر روي منعقدكننده ها
- حذف آن بوسيله ته نشيني يا شناورسازي
در اين روش همزمان با خورده شدن آند، در كاتد گازهاي الكتروليت عموما گاز هيدروژن توليد مي شود كه منجر به شناورسازي بيش تر مي گردد.
مزاياي انعقاد الكتريكي
روش ( الكتروكواگوليشن ) به دليل داشتن چند مزيت از جمله وسعت عمل براي تصفيه انواع پساب هاي صنعتي، طراحي ساده سيستم، هزينه كم راه اندازي و بهره برداري، عدم نياز به مواد شيميايي، نياز به تجهيزات ساده، بهره برداري راحت هزينه ي اوليه و هزينه بهره برداري پايين، زمان واكنش كم، ته نشيني سريع لخته هاي ايجاد شده، توليد لجن كم، ايمني بالا، عدم نياز به حمل و نقل و جابجايي مواد شيميايي و توليد منعقدكننده در محل مي تواند به عنوان يك روش كارآمد در جداسازي تركيبات نفتي از آب عمل نمايد.
اين روش براي تصفيه ي آب هاي آلوده به جامدات، رنگ ها، فلزات سنگين، مواد آلي و غيرآلي محلول، به كار گرفته شده و بسيار كارآمد بوده است.
مكانيسم هاي اصلي الكتروليز براي تصفيه پيشرفته به شرح زير مي باشد:
اكسيداسيون و گندزدايي الكتروشيميايي فلوكولاسيون الكتروشيميايي و شناورسازي الكتروشيميايي يا هرتركيبي از اين مكانيسم ها
فرايند انعقاد الكتريكي از طريق كاربرد جريان مستقيم برق با ولتاژ بين 10 تا 60 ولت و شدت جريان هاي متغير كه بسته به ميزان آلودگي پساب تعيين مي شود با استفاده از الكترودهايي از جنس آلومينيوم، آهن معمولي، فولاد ضدزنگ، و يا ذغال صورت مي گيرد.
در اين فرآيند از يك منبع جريان برق مستقيم بين الكترودهاي فلزي فرورفته در آب آلوده استفاده مي شود. جريان الكتريكي منجر به انحلال صفحات فلزي در فاضلاب مي گردد.
ميزان انحلال فلزات و در نتيجه تجزيه فلز آند بستگي به مقدار جريان الكتريسيته عبوري از الكتروليت دارد. حباب هاي گاز هيدروژن توليد شده در كاتد نيز به ذرات منعقدكننده چسبيده و همانند روش شناورسازي با هواي محلول ذرات را با خود به سطح آب مي آورند. فرآيند الكترودياليز با در نظرگرفتن مزايايي از قبيل جنبه هاي بهداشتي و زيست محيطي مطلوب و بازده بالا در حذف انواع آلاينده ها از آب و فاضلاب و ساير مزاياي آن، چشم انداز بسيار مطلوبي در صنعت آب و فاضلاب كشور دارد.
وجود غلظت هاي بالاي انواع آلاينده هاي شيميايي و سمي كه داراي اثر بازدارندگي بر فعاليت بيولوژيكي ميكروارگانيزم ها مي باشند، كاربرد اين سيستم را در تصفيه فاضلاب هاي صنعتي بسيار زياد نموده و در محل هايي كه عملا كاربرد فرآيندهاي تصفيه بيولوژيكي به لحاظ وجود اين گونه آلاينده ها با محدوديت هاي زيادي روبروست مطلوب و از درجه اهميت بالايي برخوردار است.
به طور كلي اين فرآيند در سه مرحله قرار مي گيرد:
- الكترود قرباني شونده، دچار اكسيداسيون مي شود تا ماده ي منعقدكننده توليد كند.
- سپس سوسپانسيون ذره اي، دچار بي ثباتي مي شود و شكستن امولسيون اتفاق مي افتد.
- فاز بي ثبات شده، دوباره تجمع پيدا مي كند و توده ها تشكيل مي شوند.
پارامترهاي موثر بر انعقاد الكتريكي
شامل دانسيته جريان، جنس الكترود، pH، مدت زمان، فاصله بين الكترودها و تعداد الكترودها مي باشد. در فرآيند انعقاد الكتريكي ناخالصي در محصول نهايي نسبت به روش هاي انعقاد شيميايي كمتر خواهد بود.
در فرآيند انعقاد الكتريكي، الكترودهاي آند كه الكترود قرباني شونده است، از جنس فلزات چندظرفيتي است و در اثر برقراري جريان برق، يون هاي مثبت فلزي از خود آزاد مي كند در نتيجه ذرات معلق پايداري خود را در محيط از دست داده و در كنار هم تجمع يافته و تشكيل لخته مي دهند. در اطراف الكترود كاتد گاز هيدروژن توليد مي شود. عوامل مختلفي بر فرآيند انعقاد الكتريكي موثر مي باشند.
مقايسه انعقاد شيميايي و انعقاد الكتريكي
اصول انعقاد الكتريكي همانند انعقاد شيميايي است، تفاوت بين اين دو روش در اضافه كردن منعقدكننده است. در روش انعقاد الكتريكي، منعقدكننده به صورت الكتريكي توليد مي شود و پساب در يك سل الكتروشيميايي تصفيه مي شود. زماني كه سيستم در تماس با يك منبع برق خارجي قرار مي گيرد، آندهاي قرباني به دليل اكسيداسيون در محلول خورده مي شوند و باعث آزادسازي كاتيون هاي منعقدكننده در سل مي شوند. در صورتيكه بين الكترودها يك اختلاف پتانسيل ايجاد شود، آندها مي توانند باعث آزادسازي منعقدكننده ها شوند.
در انعقاد الكتريكي، منعقدكننده از اكسايش الكتروليتي يك آند قرباني، بطور معمول از جنس آلومينيوم يا آهن، كه منجر به انحلال الكترودي كاتيون هاي فلزي همانند انعقاد شيميايي مي شود، بدست مي آيد. هم در انعقاد شيميايي و هم در انعقاد الكتريكي، اين كاتيون ها منجر به باردار شدن ذرات موجود معلق مي شود.
مثلا انعقاد الكتريكي براي رنگبري و حذف كدورت رنگ فاضلاب نساجي واقعي، با وجود بازده حذف كمتر به طور معمول ارزان تر از انعقاد شيميايي است.
فرآيند انعقاد الكتريكي
- مهاجرت به سمت الكترود با بار مخالف و تراكم بعلت خنثي سازي بار
- تشكيل رسوب با آلاينده توسط كاتيون يا يون هيدروكسيل
- برهم كنش كاتيون فلزي با يون هيدروكسيل براي تشكيل هيدروكسيد، كه داراي خواص جذب بالا هستند و با آلاينده ها پيوند ايجاد مي كنند.
- تشكيل هيدروكسيدهاي با ساختار مشبك مانند بزرگ كه از طريق آب جاروب مي شوند.
- اكسايش آلاينده ها به گونه هاي با سميت كمتر
- حذف توسط شناورسازي يا ته نشيني و چسبندگي به حباب ها
تصفيه فاضلاب از طريق رقيق نمودن
تصفيه پساب رنگرزي