انعقاد الکتریکی یا Electrocoagulation یکی از رایج ترین و کاربردی ترین روش ها در تصفیه فاضلاب صنعتی به شمار می رود که هدف اصلی در آن جمع آوری فلزات و ذرات کلوئیدی معلق در پساب می باشد. با توجه به محدودیت هایی که در سایر روش های انعقاد و ترسیب فاضلاب با مواد شیمیایی وجود دارد، در سال های اخیر استفاده از الکتروکو گولاسیون با رشد زیادی در تصفیه خانه های مختلف از قبیل نساجی و مواد معدنی و رنگرزی رایج شده است. گروه صنعتی هفت در ادامه به هر آنچه که باید درباره نحوه تصفیه و پیش تصفیه فاضلاب با انعقاد الکتریکی بدانید و موارد مهم در بهینه سازی آن اشاره خواهد داشت.
آنچه در این مطلب می خوانید:
انعقاد الکتریکی چیست؟
ذرات کلوئیدی موجود در پساب ها دارای بار منفی و هم نام بوده و به همین دلیل یکدیگر را دفع نموده و در سطح فاضلاب شناور و معلق می باشند. به همین دلیل لازم است به روش های مختلف این ذرات را از نظر بار الکتریکی خنثی نمود تا بتوان آنها را ته نشین و به عنوان لجن جمع آوری کرد. انعقاد الکتریکی به فرآیند استفاده از الکترودهای آلومینیومی یا آهن به عنوان کاتد و آند در فرآیند انعقاد گفته میشود که با کمک جریان مستقیم برق عمل می کنند. پس از قرار گرفتن الکترودها درون فاضلاب و با کمک جریان الکتریکی، دو قطب مثبت و منفی در واکنش با آب هیدرولیز شده و بار مثبت در محیط ایجاد می کنند. ورود یون های مثبت به فاضلاب منجر به خنثی سازی ذرات کلوئیدی با بار منفی خواهند شد.
به عبارت دیگر، برخلاف سایر روش های انعقاد سازی با کمک مواد شیمیایی، در انعقاد الکتریکی در محل و به کمک الکترولیز صفحات آند و کاتد آلومینیومی و آهنی شرایط برای خنثی سازی ذرات کلوئیدی از نظر بار الکتریکی و ته نشینی آنها فراهم می گردد.
لازم به ذکر است که این روش برای اولین بار در سال 1889 در لندن معرفی و به مرور در سال 1909 به کمک یکی از دانشمندان آمریکایی به نام هریس بهبود پیدا کرد و در تصفیه فاضلاب های صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به تاثیرات منفی که استفاده از مواد پلیمری و شیمیایی منعقد کننده به همراه دارد، استفاده از EC در تمام دنیا در سالهای اخیر رواج زیادی پیدا نموده و بدون هیچگونه اثر شیمیایی نامطلوب می باشد و در طراحی پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی به آن توجه میشود.
نحوه انعقاد الکتریکی در تصفیه فاضلاب
یکی از چالش های بسیار بزرگ در تصفیه فاضلاب صنعتی، وجود فلزات سنگین بسیار زیاد در پساب ها می باشد و به همین دلیل فاکتورهای مختلفی از قبیل TSS، COD و BOD را تغییر می دهند. به منظور حذف این ذرات روش های مختلفی تا امروز معرفی شده است که از جمله آنها می توان به استفاده از مواد منعقد کننده پلیمری اشاره نمود که جزئیات بیشتر این روش را می توانید در مطلب کاربرد منعقد کننده ها در تصفیه آب مطالعه کنید. این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و به همین دلیل تصفیه فاضلاب با انعقاد الکتریکی معرفی و مورد استفاده قرار گرفته است. فرآیند تصفیه و منعقد سازی ذرات کلوئیدی در این روش به شرح زیر می باشد:
- با توجه به نوع مواد آلی و فلزات سنگین موجود در پساب ها از صفحات آلومینیومی و آهنی به عنوان الکترود استفاده میشود.
- دو صفحه الکترود به کمک جریان برق مستقیم به هم متصل شده و در فاضلاب قرار خواهند گرفت و یک صفحه آند و دیگری کاتد خواهد شد.
- الکترودها در تماس با آب واکنش شیمیایی برقرار نموده و هیدورلیز میشوند. در اثر این واکنش ها AL(OH)3 و FE(OH)3 تولید میشوند که قدرت جذب بسیار بالایی دارند.
- تولید یون هایی با بار مثبت در گام قبل باعث میشود تا بار منفی ذرات کلوئیدی خنثی شود.
- ذرات کلوئیدی به AL(OH)3 و FE(OH)3 متصل شده و در ته مخزن تصفیه ته نشین خواهند شد.
- گازهای هیدروژن بسیار زیادی که در فرآیند هیدرولیز الکترودها تولید میشود نیز باعث میشوند تا حجم بسیار زیادی از ذرات سبک وزن به آنها متصل شده و روی سطح فاضلاب شناور شوند.
- در آخرین مرحله از این فرایند، لجن ته نشین شده در کف تصفیه خانه با کمک تجهیزات مختلف جمع آوری شده و فاکتورهای TSS، COD و BOD تا حد زیادی بهبود پیدا خواهند کرد.
به طور خلاصه مجموعه واکنش های شیمیایی که در فرآیند تصفیه فاضلاب با انعقاد الکتریکی انجام میشوند، شامل موارد زیر می باشند:
مزایا تصفیه فاضلاب با انعقاد الکتریکی
دلایل زیادی برای استفاده از منعقد سازی با کمک جریان الکتریکی در فرایندهای تصفیه و پیش تصفیه وجود دارد که از مهم ترین آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- عدم نیاز به مواد شیمیایی به طور مداوم برخلاف انعقاد سازی با مواد پلیمری و کاهش هزینه های اقتصادی
- کاهش مقدار لجن تولید شده پس از فرآیند ته نشینی به دلیل عدم استفاده از مواد شیمیایی جانبی
- سرعت بالا در ته نشینی ذرات معلق و حذف فلزات
- پیاده سازی و اجرا آسان در مدت زمان کوتاه
- قدرت و بازدهی بالا در حذف فلزات و ذرات کلوئیدی و تاثیر زیاد بر حذف بو و رنگ و کدورت در پساب ها
- ایجاد لخته های بزرگتر نسبت به سایر روش های ترسیب و انعقاد و انجام فیلتراسیون آسان تر
- قابلیت حذف 90 درصد از فلزات سنگین، بهبود 50 تا 80 درصدی TSS و 50 درصد راندمان در کاهش COD
معایب تصفیه فاضلاب با الکترو کوگولاسیون
به عنوان محدودیت در تصفیه فاضلاب با EC می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- کوچک شدن الکترودها به مرور به دلیل هیدرولیز شدن و نیاز به تعویض آنها
- نیاز به جریان الکتریکی در محیط هایی که به آن دسترسی وجود ندارد
- نیاز به تعویض کاتد و آند به منظور حفظ راندمان انعقاد
بهینه سازی انعقاد الکتریکی در تصفیه فاضلاب
از ابتدای معرفی روش EC برای تصفیه فاضلاب همیشه تلاش میشود تا به شیوه های مختلف قدرت حذف ذرات کلوئیدی و فلزات سنگین تا حد زیادی بهبود پیدا کند. در تمام این روش ها ابتدا فاکتورهای مختلفی از قبیل TSS، COD و BOD و دما و ولتاژ و غیره مورد بررسی قرار گرفته و بر همین اساس جنس الکترودها و ولتاژ و دما و غیره تغییر پیدا نموده تا در نهایت به بهترین کارایی دست پیدا شود.
لازم به ذکر است که در تمام روش های بهینه سازی انعقاد الکتریکی معرفی شده در تحقیقات مختلف، تنها یک پارامتر را بررسی نمی کنند، بلکه مجموعه ای از عوامل مختلف از قبیل دما، PH، اندازه و مقدار فلزات سنگین و ذرات کلوئیدی و غیره در کنار هم بررسی و در نهایت نتایج ارائه می گردد. به عنوان مثال، ممکن است برای بهینه سازی تصفیه فاضلاب با انعقاد الکتریکی برای فاضلاب های بیمارستانی نیاز باشد تا با ثابت نگه داشتن مقدار PH، ولتاژ های مختلف بررسی شده تا به بهترین نتایج در حذف مواد آلاینده و فلزات دست پیدا نمود.
کاربرد انعقاد الکتریکی در تصفیه فاضلاب
همان طور که اشاره شد، مهم ترین هدف در استفاده از انعقاد الکتریکی برای تصفیه فاضلاب، حذف فلزات سنگین و ذرات کلوئیدی معلق با بار منفی در پساب های صنعتی می باشد. به همین دلیل می توان از اصلی ترین موارد کاربرد این روش تصفیه به گزینه های زیر اشاره کرد:
- حذف فلزات سنگین در فاضلاب معادن و کارخانجات تولید مواد معدنی
- حذف اسیدهای چرب و رنگ در تصفیه فاضلاب نساجی
- تصفیه صنایع آبکاری و حذف فلزات
- حذف مواد پلیمری موجود در فاضلاب کارخانجات تولید لاستیک
- حذف ذرات چربی معلق در پساب های تولید شده در کارخانجات تولید مواد لبنی و شوینده و بهداشتی
- تصفیه فاضلاب پالایشگاه ها و صنایع نفت و پتروشیمی
- تصفیه فضلاب کشتارگاه و حذف ذرات چربی معلق در پساب ها
- استفاده از انعقاد الکتریکی در مرحله پیش تصفیه فاضلاب به منظور تسهیل در تصفیه بیولوژیکی هوازی و بی هوازی
