تصفیه شیمیایی پساب یکی از روش‌های اصلی در مدیریت آلودگی‌های صنعتی و شهری است که با استفاده از واکنش‌های شیمیایی، آلاینده‌ها را به ترکیبات بی‌ضرر یا قابل جداسازی و حذف تبدیل می‌کند. هدف اصلی این فرآیند کاهش غلظت آلاینده‌ها و مواد سمی به حدی است که پساب قابل تخلیه به محیط زیست یا بازیافت مجدد باشد. این روش‌ها برای حذف مواد محلول، فلزات سنگین و کنترل pH مؤثر بوده و به دلیل کارایی بالا در تصفیه ترکیبات شیمیایی پیچیده و خطرناک، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله، به بررسی تکنیک‌های مختلف تصفیه شیمیایی، مواد مورد استفاده، فرآیند فیلتراسیون و شاخص‌های تکمیل فرآیند خواهیم پرداخت.
تکنیک‌های تصفیه شیمیایی
انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation and Flocculation)
- مواد مورد استفاده
در این روش از مواد منعقد کننده و لخته‌ساز مانند آلومینیوم سولفات (آلوم)، کلرید آهن (FeCl₃)، و پلی‌الکترولیت‌ها استفاده می‌شود. این مواد با ایجاد بارهای مثبت و منفی باعث جمع شدن ذرات معلق در پساب می‌شوند.
- فرآیند فیلتراسیون
ابتدا مواد منعقدکننده به پساب افزوده می‌شوند تا ذرات کلوئیدی موجود بار خود را از دست بدهند و به هم بچسبند. سپس با افزودن مواد لخته‌ساز، این ذرات به صورت لخته‌های بزرگ‌تر در می‌آیند که به راحتی قابل جداسازی هستند.
- شاخص‌های تکمیل فرآیند
- شفافیت پساب:
کاهش کدورت و افزایش شفافیت نشان‌دهنده کارایی فرآیند است. پس از فرآیند کدورت باید به کمتر از NTU5-10 (واحد کدورت نفلومتری) برسد. کدورت اولیه معمولاً بیش از NTU100 است.
- TSS (مواد جامد معلق):
کاهش میزان مواد جامد معلق شاخص اصلی تکمیل فرآیند لخته‌سازی است. مقدار مواد جامد معلق باید به کمتر از mg/L 10 کاهش یابد. قبل از فرآیند، این مقدار می‌تواند بیش از mg/L 300 باشد.
اکسیداسیون شیمیایی (Chemical Oxidation)
- مواد مورد استفاده
مواد اکسیدکننده متداول شامل کلر (Cl₂)، ازن (O₃)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂) و پرمنگنات پتاسیم (KMnO₄) است. این مواد قادرند ترکیبات آلی و غیرآلی آلاینده را به ترکیبات ساده‌تر و بی‌خطرتر تبدیل کنند.
کلر: برای اکسیداسیون مواد آلی و میکروارگانیسم‌ها.
ازن: به عنوان یک اکسیدکننده قوی برای حذف آلاینده‌ها.
هیدروژن پراکسید: برای تجزیه مواد آلی و کاهش بار آلودگی.
پرمنگنات پتاسیم: اکسیدکننده‌ای قوی برای حذف ترکیبات آلی و معدنی.
- فرآیند فیلتراسیون
در این روش، ماده اکسیدکننده به پساب افزوده می‌شود و با آلاینده‌های آلی و معدنی موجود در پساب واکنش داده و آن‌ها را به ترکیبات پایدارتر مانند آب، دی‌اکسید کربن و نمک‌های محلول تبدیل می¬کند. از این فرآیند برای حذف ترکیبات سمی، فلزات سنگین و مواد آلی پیچیده استفاده می‌شود.
- شاخص‌های تکمیل فرآیند
- -کاهش COD (نیاز اکسیژنی شیمیایی یا Chemical Oxygen Demand):
کاهش مقدار COD پساب نشان‌دهنده تکمیل موفقیت‌آمیز فرآیند اکسیداسیون است. COD پس از اکسیداسیون باید به کمتر از mg/l 50-100 برسد. قبل از اکسیداسیون، مقادیر COD می‌تواند تا mg/L 500-1000 یا بیشتر باشد. مقدار BOD(نیاز اکسیژنی بیوشیمیایی یا Biochemical Oxygen Demand) نیز باید کمتر از mg/l10 باشد.
- افزایش DO (اکسیژن محلول):
افزایش سطح اکسیژن محلول می‌تواند نشان‌دهنده تجزیه کامل ترکیبات آلی باشد. سطح DO باید پس از اکسیداسیون mg/L5-7.5 برسد. سطح DO در پساب‌های آلوده معمولاً کمتر از mg/L2 است.
خنثی‌سازی (Neutralization)
- مواد مورد استفاده
در این روش از اسیدها (مانند اسید سولفوریک یا هیدروکلریک) و قلیاها (مانند آهک یا سدیم هیدروکسید) برای تنظیم pH پساب استفاده می‌شود.
- فرآیند فیلتراسیون
پساب‌های اسیدی یا قلیایی از طریق افزودن ماده مناسب به محدوده pH خنثی (بین 6 تا 8) تنظیم می‌شوند. تنظیم pH برای جلوگیری از خوردگی و آسیب‌های محیطی ضروری است.
- شاخص‌های تکمیل فرآیند
– pH نهایی: پس از خنثی‌سازی، pH پساب باید به محدوده 6 تا 8 برسد. قبل از خنثی‌سازی، pH ممکن است کمتر از 4 (برای پساب‌های اسیدی) یا بیشتر از 10 (برای پساب‌های قلیایی) باشد.
تبادل یونی (Ion Exchange)
- مواد مورد استفاده
رزین‌های تبادل یونی، که به صورت کاتیونی و آنیونی یا مخلوط(mixed-bed) موجود هستند، از جمله مواد اصلی در این فرآیند هستند. این رزین‌ها قادرند یون‌های آلاینده مانند کلسیم، منیزیم، سدیم، و سایر یون‌ها را جذب کنند.
- رزین کاتیونی: با کاتیون‌ها مثلاً Ca²⁺ واکنش داده و H⁺ یا Na⁺ آزاد می‌کند.
- -رزین آنیونی: با آنیون‌ها مثلاً NO₃⁻ واکنش داده و OH⁻ آزاد می‌کند.
- -رزین میکس: برای تصفیه کامل پساب و رسیدن به کیفیت آب بدون یون (DI) استفاده شده و با آنیون ها و کاتیون ها واکنش می¬دهد.
- فرآیند فیلتراسیون
پساب از میان یک بستر رزین عبور داده می‌شود. یون‌های آلاینده با یون‌های موجود در رزین جایگزین می‌شوند و پساب خالص از سیستم خارج می‌شود. این فرآیند به طور ویژه برای حذف یون‌های فلزی و نمکی مناسب است. این روش برای حذف فلزات سنگین و نرم کردن آب مؤثر است. در این روش، معمولاً نیازی به فیلتراسیون اضافی نیست، زیرا رزین‌ها خود قادر به جداسازی یون‌ها هستند.
- شاخص‌های تکمیل فرآیند
- - هدایت الکتریکی (Electrical Conductivity ):
کاهش هدایت الکتریکی به دلیل حذف یون‌های محلول نشان‌دهنده کارایی فرآیند است. هدایت الکتریکی باید پس از تبادل یونی به µS/cm 500-1500 کاهش یابد. قبل از تبادل یونی، هدایت الکتریکی ممکن است بیش از µS/cm5000 باشد.
- - غلظت یون‌ها (یون‌های هدف مانند کلسیم، سدیم، و غیره):
غلظت یون‌های فلزی باید به کمتر از mg/L2-1 برای فلزات سنگین برسد. قبل از تبادل یونی، این غلظت‌ها ممکن است تا mg/L50-100 یا بیشتر باشد.
الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation)
- مواد مورد استفاده
در این فرآیند از الکترودهایی (معمولاً آلومینیوم یا آهن) استفاده می‌شود که تحت یک جریان الکتریکی قرار می‌گیرند. یون‌های آزاد شده از این الکترودها به عنوان عوامل منعقدکننده عمل می‌کنند.
- فرآیند فیلتراسیون
در الکتروکواگولاسیون، جریان الکتریکی از طریق الکترودها به پساب منتقل می‌شود. یون‌های فلزی آزاد شده از الکترودها با ذرات آلاینده واکنش داده و تشکیل لخته‌های جامد می‌دهند که می‌توانند از طریق ته‌نشینی یا فیلتراسیون جدا شوند. بعد از ایجاد یون های آهن و آلومینیوم فرآیند مشابه فرآیند انعقاد و جداسازی است.
- شاخص‌های تکمیل فرآیند
- -مواد جامد معلق (Total Suspended Solids) :
- - مقدار TSS باید پس از فرآیند به کمتر از mg/L10-30 برسد. قبل از الکتروکواگولاسیون، این مقدار ممکن است بیش از mg/L300 باشد.
- - کاهشCOD :
– COD پس از الکتروکواگولاسیون باید به حدود mg/L50-150 کاهش یابد. قبل از فرآیند، COD ممکن است mg/L500-1000 یا بیشتر باشد.
تصفیه شیمیایی پساب شامل مجموعه‌ای از روش‌های کارآمد و انعطاف‌پذیر است که با استفاده از واکنش‌های شیمیایی مختلف به حذف آلاینده‌های مختلف از جمله فلزات سنگین، ترکیبات آلی و کلوئیدی کمک می‌کند. روش‌هایی مانند انعقاد و لخته‌سازی برای جداسازی ذرات معلق، اکسیداسیون شیمیایی برای تجزیه ترکیبات سمی و آلاینده های آلی و معدنی، خنثی‌سازی برای تنظیم pH و جلوگیری از آلودگی سفره های آب زیر زمینی، تبادل یونی برای حذف یون‌ها و کاهش سختی آب، و الکتروکواگولاسیون برای ته‌نشینی و لخته سازی آلاینده‌ها، هر یک برای شرایط و نیازهای مختلف قابل استفاده بوده و مزایا و محدودیت هایی را دارا هستند. انتخاب صحیح هر تکنیک بر اساس نوع و غلظت آلاینده‌ها و شرایط پساب، نقش مهمی در موفقیت فرآیند تصفیه دارد. این روش‌ها، همراه با شاخص‌های تکمیل فرآیند، به صنایع امکان می‌دهند تا به طور موثر پساب‌های خود را مدیریت کنند و از تأثیرات منفی زیست‌محیطی جلوگیری کنند و به بهره وری سیستم خود بیافزایند.
