تصفیه فاضلاب به روش ECF

تصفیه فاضلاب به روش انعقاد و شناورسازی الکتریکی (ECF)

تصفیه فاضلاب به روش انعقاد و شناورسازی الکتریکی با استفاده از جریان الکتریکی برای تصفیه و لخته شدن آلودگی‌ها بدون نیاز به افزودن مواد منعقدکننده شیمیایی است. در روش تصفیه فاضلاب ECF، با اعمال جریان الکتریکی و ایجاد خواص مواد منعقدکننده با استفاده از الکتریسیته، قادر به حذف ذرات کوچک از جریان مستقیم و حرکت دادن آن‌هاست. هم‌چنین روش تصفیه فاضلاب ECF می‌تواند باقیمانده فریندهای تصفیه آب و فاضلاب را کاهش دهد.

روش کار در تصفیه فاضلاب به روش انعقاد و شناورسازی الکتریکی ECF

تصفیه فاضلاب ECF از یک جفت ورق فلزی به نام الکترود تشکیل شده است که به‌صورت دوتایی (آند و کاتد) قرار گرفته‌اند. با استفاده از اصول الکتروشیمی، کاتد اکسید می‌شود، در حالی که آب کاهش می‌یابد، در نتیجه باعث تصفیه بهتر فاضلاب می‌شود. هنگامی که الکترود کاتد با فاضلاب تماس پیدا می‌کند، فلز وارد سیستم می‌شود و ذرات با تشکیل کمپلکس‌های هیدروکسید به‌منظور تشکیل دانه‌ها خنثی می‌شوند.

این سنگ‌دانه‌ها در انتهای مخزن تشکیل می‌شوند و می‌توانند از طریق فیلتراسیون صاف شوند. در روش تصفیه فاضلاب ECF، ذرات با استفاده از حباب‌های هیدروژن حاصل از کاهش آند، به بالای مخزن شناور می‌شوند. ذرات شناور را می‌توان از بالای مخزن از محیط حذف کرد. برای بررسی مؤثر بودن راکتور روش تصفیه فاضلاب ECF، باید ورودی‌های زیر را در نظر گرفت.

نوع فاضلاب، pH، چگالی جریان، نوع الکترودهای فلزی (آلومینیوم، فولاد، آهن)، تعداد الکترودها، اندازه الکترودها و پیکربندی فلزات.

این متغیرها روی زمان تصفیه فاضلاب ECF، سینتیک و کارایی حذف ذرات موجود در فاضلاب تأثیر می‌گذارند. یک روش جایگزین برای انعقاد شیمیایی کلاسیک، فرایندهای الکتروکواگولاسیون – شناور کردن است.

با توجه به اینکه الکترودها ماده منعقدکننده را تأمین می‌کنند، روش تصفیه فاضلاب ECF قادر به کاهش نیاز به مواد شیمیایی است. به‌طور سنتی، انعقاد شیمیایی شامل استفاده از آلوم (سولفات آلومینیوم)، فریک کلرید (FeCl3) یا سولفات آهن (Fe2SO4) است که بنا به حجم آب تصفیه‌شده می‌تواند بسیار گران باشد. هنگام استفاده از منعقدکننده، ماده منعقدکننده عملکردی مشابه الکترودها را انجام می‌دهد، بار ذرات را خنثی می‌کند و در نتیجه باعث می‌شود آن‌ها جمع و در ته مخزن مستقر شوند. علاوه بر این، روش تصفیه فاضلاب ECF قادر به کاهش تولید پسماند ناشی از تصفیه فاضلاب است و هم‌چنین زمان لازم برای تصفیه را کاهش می‌دهد.

مکانیسم تصفیه فاضلاب به روش انعقاد و شناورسازی الکتریکی (ECF)

در روش تصفیه فاضلاب ECF، استفاده از شناورسازی، یک فرایند تصفیه فیزیکوشیمیایی، مزایای بیشتری نسبت به ته‌نشینی برای جداسازی مواد جامد دارد از جمله:

بارهای هیدرولیکی بالاتر، یعنی زمان ماند کوتاه‌تر
حذف بهتر ذرات کوچک‌تر
نیاز به فضای کمتر

با این حال، جداسازی توسط الکتروفلوتاسیون به یک فرایند الکتروکواگولاسیون یا حتی کموکواگولاسیون قبلی نیاز دارد. لخته شدن و انعقاد کلاسیک، به مواد شیمیایی نیاز دارد تا لخته‌سازی در مخزن انجام شود. موادی که برای انعقاد به محفظه تزریق می‌شود باید با یک مخلوط‌کن مخلوط شوند که انرژی وارد شده بر اثر اختلاط، نیروهای برشی ایجاد می‌کند که ممکن است اجازه ندهد یک فرایند انعقادی بهینه اتفاق بیفتد.

تصفیه فاضلاب به روش انعقاد و شناورسازی الکتریکی ECF، باعث انعقاد و رسوب آلاینده‌ها توسط یک فرایند الکترولیتی جریان مستقیم و جداسازی لخته (ته‌نشینی یا شناورسازی) یا بدون افزودن مواد شیمیایی ناشی از لخته شدن می‌شود. آب از طریق واحدی که الکترودهای ساخته‌شده از آهن یا آلومینیوم در آن نصب شده است، پمپ می‌شود. یک میدان الکتریکی جریان مستقیم برای القای واکنش‌های الکتروشیمیایی موردنیاز در روش انعقاد و شناورسازی الکتریکی برای دستیابی به انعقاد، به الکترودهای مصرفی اعمال می‌شود. فاضلاب تصفیه‌شده برای استفاده دوباره یا دفع از سیستم تخلیه می‌شود. آلاینده‌های غلیظ به‌صورت بیوسولیدها برای دفع یا احیای مجدد جمع می‌شوند.

در مقایسه با انعقاد سنتی – لخته‌سازی و ته‌نشینی، از نظر تئوری روش تصفیه فاضلاب ECF از مزیت حذف کوچک‌ترین ذرات کلوئیدی برخوردار است. این ذرات باردار به‌دلیل وجود میدان الکتریکی که آن‌ها را به حرکت درمی‌آورد، احتمال انعقاد بیشتری دارند. روش تصفیه فاضلاب ECF این مزیت را نیز دارد که مقدار کمی لجن تولید می‌کند.

نظریه انعقاد الکتریکی

تشکیل عوامل منعقدکننده از طریق اکسیداسیون الکترولیتی الکترود قربانی

در انعقاد الکتریکی، برق متناوب یا جریان مستقیم به سیستم کاتد-آند اعمال می‌شود تا هرگونه آلودگی یونی یا الکترواستاتیک معلق در محلول را بی‌ثبات کند. در فرایند انعقاد الکترولیتی، گونه‌های کاتیونی فلز آند در آب، حل می‌شوند. این کاتیون‌ها با آلاینده‌های بی‌ثبات ایجاد اکسیدهای فلزی و هیدروکسیدهایی که رسوب می‌کنند و واکنش نشان می‌دهند، می‌کنند. اگر از آندهای آلومینیوم استفاده شود، اکسیدها و هیدروکسیدهای آلومینیوم تشکیل می‌شود. در صورت استفاده از آندهای آهن، اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن تشکیل می‌شود. تشکیل اکسیدها و هیدروکسیدها و رسوبات بعدی آن‌ها، شبیه فرایندهایی است که در طی لخته شدن با استفاده از آلوم یا سایر مواد منعقدکننده شیمیایی رخ می‌دهد. آند در آب حل می‌شود و الکترود فدا شونده یا قربانی شونده، امکان ایجاد لخته را به‌وجود می‌آورد.

۱- اکسیدها نسبت به هیدروکسیدها پایدارترند و در برابر تجزیه توسط اسیدها مقاومت بیشتری دارند.
۲- گاز اکسیژن در آند توسط الکترولیز مولکول‌های آب، تولید می‌شود.
در طول الکترولیز تولید کاتیون‌ها، واکنش‌های هم‌زمان در کاتد تولید گاز هیدروژن از مولکول‌های آب رخ می‌دهد.
۴- دیگر واکنش‌های مهم کاتدی شامل کاهش کاتیون‌های فلز محلول به حالت اولیه، است.
۵- فلزات کاهش‌یافته روی کاتد قرار می‌گیرند.

در محلول، یون‌های فریک تولیدی با انحلال آند در واکنش‌های خودبه‌خودی بیشتر برای تشکیل اکسیدها و هیدروکسیدها شرکت می‌کنند. محققین دریافتند که اکسیدها در آزمایش‌های روش تصفیه فاضلاب ECF تشکیل می‌شوند زیرا انرژی تأمین‌شده توسط سیستم بیش از انرژی فعال‌سازی برای تشکیل آن‌ها است. این واکنش‌ها آلاینده‌های محلول را در ساختار مولکولی گنجانده و رسوبات مقاوم در برابر اسید تشکیل می‌دهد. این رسوبات معمولاً قادر به عبور از TCLP یا Toxicity characteristic leaching procedure هستند. این موضوع می‌تواند هزینه‌های دفع لجن‌های حاصل را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. واکنش‌های مشابه هنگام استفاده از آند‌های آلومینیوم رخ می‌دهد.

اجزای سیستم و عملکرد

روش تصفیه فاضلاب ECF برای حذف آلاینده‌هایی از جمله گونه‌های یونی حل نشده مانند فلزات، مواد کلوئیدی معلق مانند باکتری‌ها و ذرات باردار، فسفر، مواد روغنی امولسیون شده و مواد آلی پیچیده از آب‌های زیرزمینی یا فاضلاب بسیار کارآمد و مفید است. این سیستم با استفاده از یک فرایند الکترولیتی جریان مستقیم باعث انعقاد آلاینده‌ها می‌شود. لخته‌های تشکیل‌شده توسط این فرایند به کمک حباب‌های تولید شده توسط الکترولیز آب روی سطح می‌آیند و در نهایت یک پارو از آلاینده‌ها را حذف می‌کند. آب تصفیه‌شده برای استفاده دوباره یا دفع تخلیه می‌شود.

پارامتر عملیاتی سیستم روش تصفیه فاضلاب ECF

۱. طول الکترودها در روش تصفیه فاضلاب ECF
۲. فاصله بین الکترودها در روش تصفیه فاضلاب ECF
۳. تعداد الکترودها در روش تصفیه فاضلاب ECF
۴. مواد سازنده الکترودهای روش تصفیه فاضلاب ECF مانند آهن یا آلومینیوم
۵. توالی تصفیه
۶. میزان جریان و زمان ماند مربوط به آب در روش تصفیه فاضلاب ECF
۷. آمپر و ولتاژ ورودی به روش تصفیه فاضلاب ECF

ویژگی‌های کلیدی روش تصفیه فاضلاب ECF

روش تصفیه فاضلاب ECF از آن جهت منحصربه‌فرد است که می‌تواند رادیو نوکلئیدها و فلزات را بدون افزودن مواد شیمیایی از آب حذف کند. با بهره‌گیری از روش تصفیه فاضلاب ECF، با عبور آب آلوده از واحد تصفیه فاضلاب با روش تصفیه فاضلاب ECF، از الکتریسیته برای تصفیه کردن یون‌های آهن از الکترودهای انعقاد الکتریکی استفاده می‌شود. یون‌های فریک یا آهن با آلاینده‌های محلول یا کلوئیدی در فاضلاب‌ها ترکیب می‌شوند که در یک صاف‌کننده از بین می‌روند یا به کمک حباب‌های ناشی از الکترولیز آب بر روی سطح فاضلاب می‌آیند و پارو می‌شوند. استفاده از روش تصفیه فاضلاب ECF می‌تواند به‌طور قابل توجهی حجم مدیاهای آلوده را از حجم آب آلوده جدا کرده و فاضلاب تمیزتر و بی‌خطرتری را بر جا گذارد. علاوه بر این موضوع، در روش تصفیه فاضلاب ECF میزان لجن باقیمانده نیز کاهش می‌یابد.

شیمی آب و فاضلاب

فناوری روش تصفیه فاضلاب ECF می‌تواند طیف گسترده‌ای از فاضلاب‌ها را برای از بین بردن آلاینده‌های محلول و معلق تصفیه کند. شیمی فاضلاب، از جمله PH، پتانسیل اکسیداسیون / کاهش (Eh)، اکسیژن محلول، TDS ، TSS و فرم شیمیایی آلاینده‌ها می‌تواند بر تشکیل لخته‌ها تأثیر بگذارد، در نتیجه توانایی حذف این روش تصفیه فاضلاب ECF را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

مزایای روش تصفیه فاضلاب ECF

روش تصفیه فاضلاب ECF تمایل به حذف آلاینده‌های غیر آلی ندارد چرا که مانند سدیم و پتاسیم رسوب ایجاد نمی‌کنند. اگر یک آلاینده تمایل به تشکیل رسوب یا جذب مواد جامد نداشته باشد، انعقاد الکتریکی یک روش تصفیه کارآمد و مطمئن نیست. اگرچه برخی از ترکیبات آلی بزرگ مانند تانن و رنگ را می‌توان از بین برد، اما انعقاد الکتریکی در حذف مواد آلی سبک مانند اتانول، کلرید متیلن، بنزن، تولوئن یا بنزین موثر و کارآمد نیست.

فناوری‌هایی که می‌توانند از روش تصفیه فاضلاب ECF استفاده کنند:

روش تصفیه فاضلاب ECF می‌تواند برای حذف بسیاری از آلاینده‌های محلول و معلق در آب از جمله فلزات، اورانیوم، رادیوم، سلنیوم، فسفات‌ها، باکتری‌ها، روغن‌ها، خاک‌ها، رنگ‌ها، مواد آلی، سیلیس و هم‌چنین سختی (کربنات کلسیم) استفاده شود. پساب‌هایی که می‌توانند به طور مؤثر توسط این فناوری تصفیه شوند عبارتند از: