مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تصفیه شیمیایی فاضلاب، واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. مقدمه

تصفیه شیمیایی فاضلاب با استفاده از واکنش‌های شیمیایی برای حذف آلاینده‌ها (مانند مواد آلی، فلزات سنگین، و عوامل بیماری‌زا) انجام می‌شود. این روش‌ها معمولاً در ترکیب با فرآیندهای فیزیکی یا بیولوژیکی استفاده می‌شوند.

۲. انواع روش‌های تصفیه شیمیایی

۲.۱. انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation)

• هدف: حذف ذرات ریز معلق و کلوئیدی.

• مواد شیمیایی:

  • منعقدکننده‌ها (Coagulants): آلوم (Al₂(SO₄)₃)، کلروفریک (FeCl₃)، پلی‌آلومینیوم کلراید (PAC).

  • لخته‌سازها (Flocculants): پلی‌آکریل آمید (PAM).

• واحدها:

  • مخزن اختلاط سریع (Rapid Mix Tank): تزریق منعقدکننده با سرعت بالا (G ≥ ۳۰۰ s⁻¹).

  • مخزن لخته‌سازی (Flocculation Basin): اختلاط آهسته (G = ۲۰–۸۰ s⁻¹) برای تشکیل لخته.

  • حوضچه ته‌نشینی (Clarifier): جداسازی لخته.

• محاسبات:

  • دوز منعقدکننده: دوز (mg/L)=(mg/L)راندمان انعقاد/(غلظت آلاینده)

  • زمان ماند: ۱–۲ دقیقه در اختلاط سریع، ۱۵–۳۰ دقیقه در لخته‌سازی.

۲.۲. رسوب‌سازی شیمیایی (Chemical Precipitation)

• هدف: حذف فلزات سنگین (مانند کروم، سرب، روی) و فسفر.

• مواد شیمیایی:

  • آهک (Ca(OH)₂): برای رسوب فلزات به صورت هیدروکسید.

  • سولفید سدیم (Na₂S): برای تشکیل سولفیدهای فلزی.

• واحدها:

  • مخزن تنظیم pH: افزودن آهک یا اسید برای رسیدن به pH بهینه (معمولاً ۸–۱۱).

  • مخزن رسوب‌سازی: تشکیل رسوب.

  • فیلتر پرس یا سانتریفیوژ: جداسازی رسوبات.

• محاسبات:

  • مقدار آهک: دوز (kg)=راندمان/(غلظت فلز (mg/L)×Q×۰.۰۰۱)

  • pH مورد نیاز: بسته به نوع فلز (مثلاً pH ≈ ۹ برای رسوب آهن).

۲.۳. اکسیداسیون شیمیایی (Chemical Oxidation)

• هدف: تجزیه مواد آلی سمی (مانند فنل، سیانید) و گندزدایی.

• مواد شیمیایی:

  • کلر (Cl₂)، ازن (O₃)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂)، پتاسیم پرمنگنات (KMnO₄).

  • فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs): ترکیب ازن/UV، Fenton (H₂O₂ + Fe²⁺).

• واحدها:

  • راکتور اکسیداسیون: تماس فاضلاب با اکسیدان.

  • سیستم تزریق گاز (برای ازن یا کلر).

• محاسبات:

  • نیاز اکسیدان: دوز (mg/L)=راندمان/(غلظت آلاینده (mg/L)×ضریب استوکیومتری)

  • زمان تماس: ۱۵–۶۰ دقیقه بسته به نوع آلاینده.

۲.۴. تبادل یونی (Ion Exchange)

• هدف: حذف یون‌های فلزی (مانند کلسیم، منیزیم، نیترات).

• مواد: رزین‌های تبادل یونی (کاتیونی یا آنیونی).

• واحدها:

  • ستون تبادل یونی: پر از رزین.

  • سیستم احیا: استفاده از اسید (HCl) یا نمک (NaCl) برای احیای رزین.

• محاسبات:

  • ظرفیت رزین: (eq/L)=۱۰۰۰/(بار یونی (meq/g)×چگالی رزین (g/L)(eq/L))

  • زمان چرخه: (h)=(بار یونی ورودی (eq/h))/(ظرفیت رزین (eq/L)×حجم رزین (L))​.

۲.۵. گندزدایی (Disinfection)

• هدف: حذف پاتوژن‌ها (باکتری‌ها، ویروس‌ها).

• مواد شیمیایی:

  • کلر، دی اکسید کلر، ازن، UV.

• واحدها:

  • مخزن تماس کلر: زمان تماس ۱۵–۳۰ دقیقه.

  • سیستم UV: لامپ‌های فرابنفش در کانال.

• محاسبات:

  • CT Value: CT=غلظت (mg/L)×زمان تماس (min)

  • دوز UV: (mJ/cm²)=((s)سطح (cm²))/(انرژی لامپ (W)×زمان)

۳. ساخت و شیوه اجرا

۳.۱. مراحل ساخت واحدهای شیمیایی

۱. طراحی:

• تعیین دوز مواد شیمیایی بر اساس آنالیز فاضلاب.

• انتخاب جنس تجهیزات (فولاد ضدزنگ، PVC، بتن پوشش‌دار).
  ۲. ساخت:

• نصب مخازن اختلاط، پمپ‌های تزریق، و سیستم‌های کنترل.

• ساخت راکتورهای مقاوم در برابر خوردگی (برای اسیدها یا بازها).
  ۳. راه‌اندازی:

• کالیبراسیون پمپ‌های تزریق و سنسورهای pH/ORP.

• تست عملکرد با دوزهای پایین و افزایش تدریجی.

۳.۲. چالش‌های اجرایی

• خوردگی تجهیزات: استفاده از مواد مقاوم مانند Hastelloy یا تفلون.

• مدیریت پسماندهای شیمیایی: جمع‌آوری و دفع لجن‌های خطرناک مطابق استانداردهای EPA.

• اتوماسیون: نصب سیستم‌های کنترل پی‌السی (PLC) برای تنظیم دوز.

۴. مثال کاربردی

• تصفیه فاضلاب صنعتی حاوی کروم:

  • مراحل:
    ۱. تنظیم pH به ۲–۳ با اسید سولفوریک.
    ۲. اکسیداسیون کروم III به VI با بی‌سولفیت سدیم.
    ۳. رسوب‌سازی با آهک در pH ≈ ۸.۵.
    ۴. فیلتراسیون و دفع لجن.

  • مواد مصرفی: H₂SO₄, NaHSO₃, Ca(OH)₂.

۵. ملاحظات زیست‌محیطی

• کاهش مصرف مواد شیمیایی: بازیافت مواد (مانند احیای رزین).

• استانداردهای خروجی: رعایت حد مجاز BOD، COD، TSS و فلزات سنگین.

• انرژی‌دهی سبز: استفاده از اکسیدان‌های طبیعی یا انرژی خورشیدی در AOPs.

تصفیه شیمیایی یک ابزار قدرتمند برای حذف آلاینده‌های پیچیده است، اما نیاز به طراحی دقیق، مدیریت مواد شیمیایی و رعایت الزامات ایمنی دارد. انتخاب روش مناسب به نوع آلاینده، هزینه و مقررات محلی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب