فرآیند تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتریکی EC

رشد روزافزون جمعیت و فعالیت‌های صنعتی، منجر به افزایش تولید فاضلاب شده است. این فاضلاب‌ها حاوی آلاینده‌های مختلفی از جمله ذرات معلق، مواد آلی، فلزات سنگین و ترکیبات مضر هستند که می‌توانند سلامت انسان و محیط زیست را به طور جدی به خطر اندازند. در میان روش‌های مختلف تصفیه فاضلاب، انعقاد الکتریکی EC به عنوان یک فناوری نوین و کارآمد توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این روش بر خلاف روش‌های سنتی تصفیه که از مواد شیمیایی منعقدکننده استفاده می‌کنند، از جریان الکتریکی برای بی‌ثبات کردن و حذف آلاینده‌ها از فاضلاب بهره می‌برد. تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتریکی EC یکی از موثرترین فرآیندهای تصفیه فاضلاب است که ترکیبی از انعقاد، شناورسازی و اکسیداسیون در آن اجرا میشود. در این روش بدون نیاز به مواد شیمیایی جانبی و تنها با صفحات آلومینیومی و آهن و جریان برق جداسازی ذرات معلق در فاضلاب انجام میشود. در ادامه نحوه تصفیه فاضلاب به روش EC یا الکتروکواگولیشن (Electrocoagulation)، مزایا، معایب، کاربرد و عوامل موثر بر راندمان آن بررسی خواهند شد.

تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتریکی چیست؟

یکی از چالش های همیشگی در تصفیه فاضلاب صنعتی، وجود تعداد زیاد ذرات کلوئیدی، فلزات سنگین و چربی معلق در پساب است. این ذرات دارای بار الکتریکی منفی هستند و به همین دلیل یکدیگر را دفع می کنند. انعقاد الکتریکی شرایطی را فراهم می کند که یون با بار مثبت در فاضلاب ایجاد شود و اتصال آنها با ذرات معلق فراهم گردد. در این روش از مواد منعقدکننده شیمیایی استفاده نمیشود، بلکه جریان الکتریکی و الکترودهای آهن و آلومینیوم اصلی ترین نقش را در جداسازی ذرات معلق دارند.
این روش از سال 1909 در تصفیه فاضلاب رواج پیدا کرد و برای اولین بار در سال 1989 معرفی شد. بعد از بهینه سازی های متعدد این روش در انواع پکیج تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار گرفت.

مکانیسم عمل انعقاد الکتریکی

در فرآیند EC، الکترودهای فلزی (معمولاً آلومینیوم یا آهن) در تماس با فاضلاب قرار می‌گیرند. با اعمال جریان الکتریکی مستقیم، واکنش‌های اکسایش-کاهش در الکترودها رخ می‌دهد. در آند، فلز الکترود اکسید شده و یون‌های فلزی آزاد می‌شوند.

همزمان در کاتد، آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود. یون‌های فلزی و هیدروکسیدهای تولید شده در محلول، نقش منعقدکننده را ایفا می‌کنند و ذرات معلق و کلوئیدی موجود در فاضلاب را خنثی می‌کنند.

ذرات خنثی شده به یکدیگر متصل شده و لخته‌های بزرگتر را تشکیل می‌دهند. این لخته‌ها به راحتی قابل ته نشینی یا جداسازی از طریق فیلتراسیون هستند.

نحوه تصفیه پساب به روش انعقاد الکتریکی

مراحل تصفیه پساب به روش EC به صورت زیر است:

• الکترودهای آهن و آلومینیوم با توجه به نوع فاضلاب، دما، PH و نوع ذرات معلق در پساب ها انتخاب می شوند.
• فاضلاب داخل مخزن وارد شده و الکترودها با فاصله استاندارد درون آن قرار میگیرند.
• با توجه به نوع و مقدار ذرات معلق، ولتاژ جریان الکتریکی انتخاب میشود. سپس جریان الکتریکی وارد مخزن فاضلاب می شود.
• با ورود جریان برق به فاضلاب، الکترودها واکنش برقرار نموده و یون های AL(OH)3 و FE(OH)3 ایجاد میشوند.
• ذرات کلوئیدی با بار منفی به این یون های مثبت جذب میشوند. در اثر اتصال ذرات به این یون ها وزن آنها افزایش پیدا نموده و در کف مخزن ته نشین می شوند.
• در اثر هیدرولیز، هیدروژن در فاضلاب افزایش پیدا می کند. ذرات ریز به گاز هیدروژن موجود در فاضلاب متصل شده و روی سطح شناور میشوند.
• مواد ته نشین شده از کف مخزن تخلیه و لخته های ایجاد شده در سطح توسط تجهیزات مناسب از قبیل اسکیمرها جمع آوری میشوند.

واکنش های انجام شده در الکترولیز و انعقاد ذرات معلق در فضالاب در این روش به صورت زیر است:

عوامل موثر بر راندمان فرآیند EC

در افزایش راندمان EC برای تصفیه فاضلاب پارامترهای متعددی وجود دارد که از مهم ترین آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• در انتخاب ولتاژ جریان الکتریکی به PH، دما و نوع فاضلاب باید توجه شود. هر اندازه ولتاژ بالاتر باشد، ذرات با سرعت بیشتری به یون های مثبت متصل شده و ته نشین می شوند. البته با افزایش ولتاژ هزینه های مصرف انرژی نیز بیشتر میشود.
• نوع الکترودها باید بر اساس نوع ذرات معلق در فاضلاب انتخاب شود.
• در تعیین مدت زمان تصفیه باید PH و دما مد نظر قرار بگیرند.
• برای افزایش بهره وری این روش بهتر است از NACL به عنوان الکترولیت پشتیبان استفاده شود. غلظت nacl بر اساس شرایط فاضلاب باید تعیین گردد؛ غلظت بیش از اندازه پایین کارایی انعقاد را کاهش می دهد.

علاوه بر موارد فوق، جنس الکترودها، فاصله بین آنها و مدت زمان روند تصفیه همگی بر راندمان تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتریکی تاثیر مستقیم دارند.

مقایسه روش انعقاد الکتریکی و انعقاد با مواد شیمیایی

هر یک از روش های EC و انعقاد با مواد شیمیایی دارای نقاط مثبت و منفی خاصی هستند و متناسب با شرایط و نوع و مقدار فاضلاب می توان آنها را انتخاب کرد. یکی از مهم ترین تفاوت های روش EC و انعقاد الکتریکی در نوع مواد استفاده شده در آنها است. در روش انعقاد الکتریکی مواد شیمیایی جانبی استفاده نشده و ترکیبات مضر جانبی تولید نخواهند شد. در لخته سازی با مواد شیمیایی از مواد منعقدکننده استفاده میشود که می تواند منجر به تولید ترکیبات مضر جانبی شود.
علاوه براین، در روش انعقاد الکتریکی مقدار مواد ته نشین شده در کف مخزن وزن بسیار سبک تری نسبت به روش های ترسیب و انعقاد با مواد شیمیایی دارد.

بیشتر بخوانید: فرآیندهای تصفیه فاضلاب

مزایای تصفیه فاضلاب به روش EC

در حالت کلی انعقاد الکتریکی چند مزیت مهم را به همراه دارد که عبارتند از:

• کاهش مصرف مواد شیمیایی: EC در مقایسه با روش‌های سنتی انعقاد شیمیایی، به مواد شیمیایی کمتری نیاز دارد. این امر منجر به کاهش هزینه‌ها و خطرات زیست‌محیطی ناشی از مواد شیمیایی می‌شود.
• تولید لجن کم: فرآیند EC لجن کمتری نسبت به روش‌های شیمیایی تولید می‌کند. این موضوع، چالش‌های مربوط به دفع و مدیریت لجن را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• قابلیت حذف طیف وسیعی از آلاینده‌ها: EC طیف وسیعی از آلاینده‌ها از جمله ذرات معلق، مواد آلی، فلزات سنگین، فسفر و ترکیبات نفتی را به طور مؤثر حذف می‌کند.
• سادگی و سهولت کار: فرآیند EC نسبتاً ساده و آسان است و به تجهیزات پیچیده و اپراتورهای ماهر نیاز ندارد.
• سازگاری با محیط زیست: EC به عنوان یک روش دوستدار محیط زیست شناخته می‌شود، زیرا از مواد شیمیایی مضر و فرآیندهای انرژی‌بر استفاده نمی‌کند.
• تولید لخته های سبک با وزن کم در مرحله شناورسازی
• عدم تولید ترکیبات مضر جانبی
• قابلیت حذف باکتری ها در کنار ذرات معلق فاضلاب
• قابلیت اجرا در فضای کم
• تعمیر و نگهداری کم دستگاه تصفیه فاضلاب به روش EC
• تاثیر زیاد بر حذف بو و بهبود رنگ فاضلاب
• پیاده سازی و اجرای سریع روش EC در تصفیه خانه
• راندمان بالا در حذف ذرات معلق فاضلاب و بهبود شاخص های TDS، COD
• دارای قابلیت حذف ذرات کلوئیدی بسیار کوچک از فاضلاب
• قابلیت حذف نیترات و فسفر از فاضلاب

معایب تصفیه فاضلاب به روش انعقاد الکتریکی

علیرغم مزایای متعدد، انعقاد الکتریکی نقاط منفی نیز دارد که برخی از آنها عبارتند از:

• هزینه‌های اولیه بالا: سیستم‌های EC ممکن است در مقایسه با برخی از روش‌های سنتی، هزینه اولیه بالاتری داشته باشند.
• مصرف انرژی: فرآیند EC به مصرف برق نیاز دارد که می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد.
• تولید گاز هیدروژن: در فرآیند EC، گاز هیدروژن در کاتد تولید می‌شود. این گاز قابل اشتعال است و باید به طور ایمن جمع‌آوری و دفع شود.
• نیاز به بهینه‌سازی: کارایی فرآیند EC به عوامل مختلفی مانند نوع فاضلاب، ولتاژ و شدت جریان، نوع الکترودها و فاصله بین آنها بستگی دارد. بهینه‌سازی این پارامترها برای دستیابی به بهترین نتیجه ضروری است.
• الکترودهای آهن و آلومینیومی به مرور به دلیل اکسیداسیون مداوم دچار خوردگی شده و باید تعویض شوند
• اجرای این روش در مقیاس بالا نیاز به هزینه زیاد دارد؛ چون مصرف انرژی این روش زیاد است.
• در این روش نیاز به تخلیه لجن کف مخزن است و می تواند هزینه ها را افزایش دهد.

کاربرد انعقاد الکتریکی در تصفیه فاضلاب

در اغلب پساب های صنعتی و بهداشتی ذرات کلوئیدی به مقدار زیاد وجود دارد و به همین دلیل انعقاد الکتریکی کاربرد گسترده ای دارد. برخی از موارد کاربرد این روش شامل گزینه های زیر می شوند:

• تصفیه فاضلاب‌های صنعتی: EC برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی از جمله فاضلاب صنایع چرم، رنگ، مواد غذایی و صنایع شیمیایی به طور مؤثر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• تصفیه فاضلاب‌های شهری: از EC می‌توان برای تصفیه فاضلاب‌های شهری و روستایی به منظور حذف آلاینده‌ها و ارتقای کیفیت آب برای مصارف کشاورزی یا دفع در محیط زیست استفاده کرد.
• تصفیه آب آشامیدنی: EC در برخی موارد برای تصفیه آب آشامیدنی و حذف آلاینده‌هایی مانند ذرات معلق، مواد آلی و فلزات سنگین به کار می‌رود. با این حال، به دلیل نگرانی‌هایی در مورد تولید محصولات جانبی potentially harmful، استفاده از EC در تصفیه آب آشامیدنی به طور گسترده رایج نیست.
• تصفیه فاضلاب نساجی
• تصفیه فاضلاب بیمارستان
• تصفیه فاضلاب کارخانه کاغذسازی
• تصفیه فاضلاب کارخانه تولید روغن
• تصفیه فاضلاب کارواش
• تصفیه فاضلاب آشپزخانه
• تصفیه فاضلاب صنایع فلزی و آبکاری
• تصفیه فاضلاب قالیشویی

طراحی و ساخت پکیج تصفیه فاضلاب انعقاد الکتریکی

اجرای این روش به تنهایی برای تصفیه فاضلاب موثر نیست و ترکیبی از چند فرآیند در کنار EC در یک پکیج پیاده سازی میشود. در طراحی پکیج تصفیه فاضلاب به روش EC، لازم است ابتدا فاضلاب به طور دقیق آنالیز شود و بر اساس دما، PH و نوع آلاینده ها در نهایت الکترودها و میزان فاضلاب آنها از هم تعیین گردد. آبسازه تمام مراحل طراحی دستگاه را به صورت اختصاصی انجام داده و در نهایت آن را با متریال فلزی، پلی اتیلن و فایبرگلاس تولید می کند. جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره این محصولات می توانید با کارشناسان فروش آبسازه تماس بگیرید.

چالش‌های انعقاد الکتریکی

• هزینه‌های اولیه: سیستم‌های EC ممکن است در مقایسه با برخی روش‌های سنتی، هزینه اولیه بالاتری داشته باشند. این امر به دلیل نیاز به تجهیزات الکتریکی، الکترودها و سیستم‌های کنترل است.
• مصرف انرژی: فرآیند EC به مصرف برق نیاز دارد که می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد. بهینه‌سازی فرآیند و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر می‌تواند به کاهش این هزینه‌ها کمک کند.
• تولید گاز هیدروژن: در فرآیند EC، گاز هیدروژن در کاتد تولید می‌شود. این گاز قابل اشتعال است و باید به طور ایمن جمع‌آوری و دفع شود. سیستم‌های تهویه مناسب و تجهیزات اطفاء حریق برای جلوگیری از خطرات احتمالی ضروری هستند.
• نیاز به بهینه‌سازی: کارایی فرآیند EC به عوامل مختلفی مانند نوع فاضلاب، ولتاژ و شدت جریان، نوع الکترودها و فاصله بین آنها بستگی دارد. بهینه‌سازی این پارامترها برای دستیابی به بهترین نتیجه ضروری است. این امر نیاز به تخصص و دانش فنی در زمینه EC دارد.
• تولید لجن: EC لجن کمتری نسبت به روش‌های شیمیایی تولید می‌کند، اما هنوز هم مقداری لجن تولید می‌شود. دفع و مدیریت این لجن باید به طور صحیح و مطابق با مقررات زیست‌محیطی انجام شود.

عوامل موثر بر تصفیه فاضلاب به روش EC

• نوع و غلظت آلاینده‌ها: EC در حذف طیف وسیعی از آلاینده‌ها از جمله ذرات معلق، مواد آلی، فلزات سنگین، فسفر و ترکیبات نفتی مؤثر است. با این حال، کارایی آن ممکن است برای هر نوع آلاینده متفاوت باشد. به طور کلی، EC برای حذف ذرات معلق و فلزات سنگین کارآمدتر از حذف مواد آلی است.
• pH: pH فاضلاب نقش مهمی در فرآیند EC ایفا می‌کند. pH بهینه برای EC معمولاً بین 6 تا 8 است. در خارج از این محدوده، کارایی فرآیند ممکن است کاهش یابد.
• هدایت الکتریکی: هدایت الکتریکی فاضلاب نشان‌دهنده میزان نمک‌های محلول در آن است. هدایت الکتریکی بالا می‌تواند بر کارایی EC تأثیر منفی بگذارد.

عوامل مرتبط با سیستم EC

• نوع الکترود: جنس الکترودها (معمولاً آلومینیوم یا آهن) بر کارایی فرآیند EC تأثیر می‌گذارد. الکترودهای مختلف می‌توانند نرخ‌های مختلفی از یون‌های فلزی را آزاد کنند که بر فرآیند انعقاد و لخته‌سازی تأثیر می‌گذارند.
• ابعاد و فاصله الکترودها: ابعاد و فاصله بین الکترودها بر توزیع جریان الکتریکی در فاضلاب و کارایی فرآیند EC تأثیر می‌گذارند.
• چگالی جریان: چگالی جریان الکتریکی به میزان جریان عبوری از الکترودها در واحد سطح اشاره دارد. چگالی جریان مناسب برای EC باید به گونه‌ای انتخاب شود که تعادل بین کارایی فرآیند و مصرف انرژی برقرار شود.
• زمان واکنش: زمان واکنش به مدت زمانی اطلاق می‌شود که فاضلاب در معرض جریان الکتریکی قرار می‌گیرد. زمان واکنش مناسب برای EC باید بر اساس نوع فاضلاب و آلاینده‌های موجود در آن تعیین شود.

مزایای بالقوه انعقاد الکتریکی

• قابلیت تصفیه فاضلاب‌های پیچیده: EC می‌تواند برای تصفیه فاضلاب‌های پیچیده که حاوی طیف وسیعی از آلاینده‌ها هستند، مورد استفاده قرار گیرد. این امر EC را به یک گزینه مناسب برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی که به طور سنتی با روش‌های شیمیایی به طور کامل تصفیه نمی‌شوند، تبدیل می‌کند.
• قابلیت ارتقا: EC یک تکنولوژی نسبتاً جدید است و پتانسیل قابل توجهی برای ارتقا و بهبود در آینده دارد. تحقیقات و نوآوری‌های جدید می‌توانند کارایی فرآیند را افزایش دهند، هزینه‌ها را کاهش دهند و مشکلات زیست‌ محیطی مرتبط با آن را به حداقل برسانند.