حذف آلاینده های صنعتی
آلایندههای صنعتی: دستهبندی، منشأ و اثرات زیستمحیطی
آلایندههای صنعتی را میتوان بر اساس ماهیت شیمیایی یا منشأ صنعتی دستهبندی کرد. مهمترین دستهبندی در تصفیه آب، بر اساس نوع ماده آلی یا غیرآلی بودن آنها است.
۱. آلایندههای آلی (Organic Pollutants)
این مواد، که موضوع بحث قبلی ما بودند، عمدتاً بر محور COD و BOD تعریف میشوند و شامل ترکیبات حاوی کربن هستند.
|
دسته آلاینده آلی |
منابع اصلی صنعتی |
نمونههای شاخص |
|
هیدروکربنهای آروماتیک |
صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، ککسازی، تولید رنگ. |
بنزن، تولوئن، زایلن (BTEX)، PAHs. |
|
فنولها و مشتقات آنها |
صنایع شیمیایی، دارویی، تولید رزینها، چوببری (تولید مواد نگهدارنده). |
فنول، کرزولها (به شدت سمی حتی در غلظتهای پایین). |
|
حلالهای کلردار |
صنایع خشکشویی، تولید حلالها، صنایع الکترونیک (استفاده به عنوان چربیزدا). |
تتراکلرواتیلن (PCE)، تریکلرواتیلن (TCE). |
|
آفتکشها و سموم |
صنایع کشاورزی و دارویی (تولید سموم دفع آفات). |
ارگانوکلرها، فسفاتهای آلی. |
|
رنگها و رنگدانهها |
صنایع نساجی، چاپ، چرمسازی. |
رنگهای آزو (Azo Dyes)، رنگهای گوگردی. |
۲. آلایندههای غیرآلی (Inorganic Pollutants)
این مواد شامل فلزات سنگین و مواد شیمیایی معدنی هستند که عموماً در تصفیه بیولوژیکی حذف نمیشوند و نیاز به فرآیندهای فیزیکی/شیمیایی (مانند تهنشینی، تبادل یونی یا اسمز معکوس) دارند.
الف) فلزات سنگین (Heavy Metals)
فلزات سنگین به دلیل خاصیت پایدار و غیرقابل تجزیه بودن در محیط و تمایل به تجمع زیستی (Bioaccumulation) در زنجیره غذایی، بسیار خطرناک تلقی میشوند.
منشأ:
-
- صنایع آبکاری و الکترونیک: کروم (Cr)، نیکل (Ni)، کادمیوم (Cd).
- صنایع باتریسازی و معدن: سرب (Pb)، جیوه (Hg)
- صنایع ریختهگری و متالورژی: مس (Cu)، روی (Zn).
- نفت و گاز: آرسنیک (As) (به ویژه در پسابهای تولیدی).
ب) اسیدها، بازها و نمکها
این مواد بر خاصیت فیزیکی آب تأثیر میگذارند:
- pH بالا یا پایین: ناشی از فرآیندهای اسیدی یا قلیایی در صنایع شیمیایی، پاکسازی سطوح، و تولید مواد شوینده. (مثلاً اسید سولفوریک یا سود سوزآور).
- افزایش سختی (Total Dissolved Solids - TDS): ناشی از شستشو، دیگهای بخار، و عملیات خنککاری. افزایش TDS عموماً از طریق املاح محلول مانند کلریدها و سولفاتها صورت میگیرد.
۳. آلایندههای فیزیکی و حرارتی
این دستهبندی شامل موادی است که ساختار شیمیایی ندارند اما اثر مخرب ایجاد میکنند:
- آلایندههای حرارتی: آب خنککننده از نیروگاهها یا کارخانههای فرآیندی که دمای آن بسیار بالاتر از دمای محیط است. رهاسازی این آب باعث شوک حرارتی شده و حلالیت اکسیژن محلول (DO) را کاهش میدهد و حیات آبزیان را مختل میکند.
- روغنها و گریسها: تولید شده در صنایع ماشینسازی، حمل و نقل و پتروشیمی. این مواد با ایجاد لایه روی سطح آب، تبادل اکسیژن را مختل میکنند.
نتیجهگیری برای تصفیه:
آلایندههای صنعتی به دلیل تنوع و مقاومت خود، نیازمند یک رویکرد سیستمی هستند:
- جداسازی در مبدأ (Source Control): بهترین روش، جلوگیری از ورود آلاینده است.
- پیشتصفیه شیمیایی/فیزیکی: برای حذف فلزات سنگین (تهنشینی شیمیایی) و روغنها (شناور سازی).
- تصفیه پیشرفته (AOPs): برای شکستن مواد آلی مقاوم که با روشهای بیولوژیکی حذف نمیشوند (مانند استفاده از ازن).
منشأ آلایندههای صنعتی: جدول دستهبندی بر اساس صنعت
|
صنعت تولیدکننده (منبع) |
آلایندههای آلی اصلی |
آلایندههای غیرآلی اصلی |
ملاحظات کلیدی/چالش تصفیه |
|
صنایع شیمیایی و دارویی |
حلالهای آلی، واسطههای شیمیایی، ترکیبات هتروسیکلیک، ترکیبات آلی سمی. |
اسیدها و بازها، نمکهای با TDS بالا. |
بالاترین سطح پایداری و سمیت؛ نیاز مطلق به AOPs برای شکستن ترکیبات مقاوم. |
|
صنایع نساجی و چرمسازی |
رنگها (Dyes)، مواد تثبیتکننده، مواد کمکی فرآیند (Surfactants). |
سولفیدها، کروم (در دباغی چرم). |
COD بالا، رنگ و پایداری نوری (به شدت مقاوم در برابر نور خورشید و بیولوژیکی). |
|
صنایع غذایی و لبنی |
چربیها، روغنها و گریسها (FOGs)، پروتئینها، کربوهیدراتها، اسیدهای آلی. |
نیتروژن آلی و آمونیاکی، فسفاتها. |
BOD/COD بسیار بالا؛ تصفیه بیولوژیکی در ابتدا مؤثر است، اما FOGs نیاز به پیشتصفیه دارد. |
|
صنایع متالورژی و آبکاری |
مقدار کمی حلالها و مواد چربیزدا. |
فلزات سنگین (کروم، نیکل، کادمیوم، روی)، سیانید (در برخی آبکاریها). |
آلایندههای غیرآلی غالب هستند؛ نیاز به تهنشینی شیمیایی و کنترل pH شدید. |
|
صنایع نفت، گاز و پتروشیمی |
هیدروکربنهای آروماتیک و آلیفاتیک، ترکیبات گوگردی. |
فلزات سنگین (مانند آرسنیک)، TDS بالا. |
آلایندههای آلی با وزن مولکولی متفاوت؛ پتانسیل آلودگی نفتی و نیاز به جداسازی روغن. |
|
صنایع تولید کاغذ و خمیر |
لیگنین و مشتقات آن، آلدئیدها، مواد شیمیایی سفیدکننده (کلر یا پراکسید). |
ترکیبات گوگردی (در خمیر سولفاتی)، BOD بالا. |
وزن مولکولی بالا و پایداری لیگنین؛ نیاز به اکسیداسیون شیمیایی پس از تصفیه بیولوژیکی. |
جمعبندی:
این جدول نشان میدهد که هر صنعت مجموعهای منحصر به فرد از چالشهای شیمیایی را ایجاد میکند. به طور خلاصه:
- برای صنایع شیمیایی و نساجی، چالش اصلی مواد آلی مقاوم است که حذف آنها به شدت به فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) وابسته است.
- برای صنایع متالورژی و آبکاری، چالش اصلی فلزات سنگین است که حذف آنها نیازمند کنترل دقیق pH و استفاده از تهنشینی است.
- برای صنایع غذایی، چالش اصلی حجم بالای آلایندههای زیستتخریبپذیر (BOD بالا) است که به بهینهسازی فرآیندهای بیولوژیکی و ازنژنراتورهاست که بسیار اثر بخش است
رویکرد استاندارد تصفیه شامل یک زنجیره از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی است که برای هدف قرار دادن دستهبندی خاصی از آلایندهها طراحی شدهاند.
در اینجا، روشهای اصلی حذف و کاهش اثرات مخرب آلایندههای صنعتی را به سه دسته اصلی تقسیم کردهایم:
روشهای حذف و کاهش آلایندههای صنعتی
۱. روشهای فیزیکی (Physical Treatment Processes)
این روشها بر اساس خواص فیزیکی آلایندهها (مانند اندازه، چگالی، یا قابلیت تعلیق) عمل میکنند و معمولاً برای جداسازی اولیه آلایندهها به کار میروند.
|
روش |
مکانیسم عمل |
کاربرد اصلی (آلاینده هدف) |
|
غربالگری و دانهگیری (Screening & Grit Removal) |
حذف مواد جامد درشت (تجهیزات محافظتی اولیه). |
آشغالها، مواد پلاستیکی، شن و ماسه. |
|
تهنشینی و شناورسازی (Sedimentation & Flotation) |
جداسازی مواد جامد بر اساس اختلاف چگالی. شناورسازی (DAF) برای مواد سبکتر است. |
روغنها، گریسها (FOGs)، مواد جامد معلق (SS). |
|
فیلتراسیون (Filtration) |
عبور دادن مایع از بستر یا غشاء برای به دام انداختن ذرات ریزتر. |
ذرات ریز باقیمانده، برخی میکروارگانیسمها. |
|
جذب سطحی (Adsorption) |
استفاده از مواد جاذب (اغلب کربن فعال) برای اتصال شیمیایی/فیزیکی آلایندهها به سطح جاذب. |
حذف ترکیبات آلی میکرودستهای (رنگها، بوها، برخی آلایندههای نوظهور). |
|
اسمز معکوس (Reverse Osmosis - RO) |
استفاده از فشار برای عبور آب از غشاهای نیمهتراوا، مسدود کردن تقریباً همه مواد محلول. |
کاهش شدید TDS (املاح محلول)، فلزات سنگین با غلظت پایین. |
۲. روشهای شیمیایی (Chemical Treatment Processes)
این روشها با استفاده از واکنشهای شیمیایی، ساختار یا حالت فیزیکی آلایندهها را تغییر میدهند.
|
روش |
مکانیسم عمل |
کاربرد اصلی (آلاینده هدف) |
|
تعدیل pH (Neutralization) |
افزودن اسید یا باز برای رساندن pH پساب به محدوده خنثی (۶ تا ۹). |
خنثیسازی پسابهای اسیدی یا قلیایی صنایع شیمیایی. |
|
تخثیـر و انعقاد (Coagulation & Flocculation) |
افزودن مواد شیمیایی (مانند نمکهای آلومینیوم یا آهن) برای خنثی کردن بار ذرات معلق و ایجاد لختههای بزرگتر. |
بهبود کارایی حذف مواد جامد معلق و فلزات سنگین قبل از تهنشینی. |
|
اکسیداسیون/کاهش (Redox) |
تغییر حالت اکسیداسیون آلایندهها به فرمهای کمخطرتر یا قابل تهنشینی. |
کاهش کروم ششظرفیتی () سمی به کروم سهظرفیتی () قابل تهنشینی. |
|
روشهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) |
تولید رادیکالهای هیدروکسیل آزاد () بسیار واکنشپذیر که آلایندههای آلی پایدار را به مولکولهای کوچکتر و قابل تجزیه بیولوژیکی تبدیل میکنند. |
حذف فنولها، رنگها، آفتکشها و دیگر مواد آلی مقاوم (Refractory Organics). (مانند یا که قبلاً ذکر شد). |
۳. روشهای بیولوژیکی (Biological Treatment Processes)
این روشها از میکروارگانیسمها برای مصرف مواد آلی به عنوان منبع انرژی و کربن استفاده میکنند. این روشها عمدتاً برای کاهش BOD و COD مؤثر هستند.
|
روش |
مکانیسم عمل |
کاربرد اصلی (آلاینده هدف) |
|
فعالسازی لجن (Activated Sludge) |
استفاده از هوادهی گسترده برای رشد توده زیستی فعال که مواد آلی را تجزیه میکند. |
حذف بخش عمده مواد آلی زیستتخریبپذیر (مانند فاضلاب غذایی، قندها). |
|
راکتورهای بستر متحرک با غشای بیولوژیکی (MBBR) |
استفاده از حاملهای پلاستیکی برای نگهداری بیومس زیاد در حجم کوچکتر. |
تصفیه پسابهایی با آلایندههای متوسط در فضاهای محدود. |
|
بیوفیلمهای بیهوازی (Anaerobic Processes) |
تجزیه مواد آلی در غیاب اکسیژن، تولید بیوگاز (متان). |
تصفیه پسابهای با BOD بسیار بالا (مانند صنایع تخمیر و لبنیات)؛ بازیافت انرژی. |
|
بیولوژیکی پیشرفته (Advanced Biological) |
فرآیندهایی مانند رشد فیلم (Biofilm) برای تجزیه ترکیبات خاص. |
تبدیل مواد آلی مقاوم (پس از AOP) به فرمهای سادهتر. |
انتخاب استراتژی:
انتخاب نهایی متکی بر مشخصات پساب (Effluent Characteristics) است. به عنوان مثال:
- برای پساب آبکاری، اولویت با تعدیل pH و تهنشینی شیمیایی فلزات سنگین است.
- برای پساب صنایع شیمیایی با فنول بالا، ابتدا AOP (مثلاً ازن) برای شکستن فنولها و سپس تصفیه بیولوژیکی برای حذف محصولات جانبی حاصل از اکسیداسیون، استفاده میشود.
با توجه به اینکه ازن () یکی از قدرتمندترین اکسیدکنندههای شناخته شده در تصفیه آب است، نقش آن در مقابله با آلایندههای صنعتی (بهویژه آلایندههای مقاوم و سمی که در روشهای بیولوژیکی شکست نمیخورند) حیاتی است.
نقش ازن عمدتاً در گروه روشهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) قرار میگیرد، اما خواص اکسیدکنندگی مستقیم آن نیز بسیار مهم است.
نقش حیاتی ازن () در تصفیه آلایندههای صنعتی
ازن به دو روش اصلی برای تصفیه آلایندههای صنعتی عمل میکند: اکسیداسیون مستقیم و تولید رادیکالهای آزاد قوی (AOPs).
۱. اکسیداسیون مستقیم توسط ازن ( Direct Oxidation)
در این حالت، مولکول ازن مستقیماً با آلاینده واکنش میدهد. این فرآیند نسبتاً انتخابی است و برای آلایندههایی که دارای پیوندهای دوگانه یا گروههای عاملی با قابلیت واکنشپذیری بالا هستند، مؤثر است.
- آلایندههای هدف: برخی از رنگها (بهویژه رنگهای آزو)، فنولها (در غلظتهای بالا)، و ترکیبات حاوی پیوندهای اشباعنشده.
- مزیت: نیازی به افزودن مواد شیمیایی دیگر (مانند پراکسید هیدروژن) نیست.
۲. تولید رادیکالهای هیدروکسیل () - هسته AOPs
این مهمترین و قویترین نقش ازن در صنعت است. در شرایط مناسب (معمولاً با افزودن یا استفاده از UV)، ازن به رادیکالهای هیدروکسیل تبدیل میشود.
رادیکال هیدروکسیل ():
- قدرت اکسیدکنندگی فوقالعاده: این رادیکالها دهها برابر قویتر از ازن در حالت مولکولی عمل میکنند و تقریباً با همه ترکیبات آلی واکنش میدهند.
- واکنشدهی غیرانتخابی: آنها به صورت زنجیرهای و سریع با آلایندهها واکنش داده و آنها را به قطعات کوچکتر اکسید میکنند.
مزایای کلیدی ازن در تصفیه آلایندههای صنعتی:
الف) افزایش زیستتخریبپذیری (Biodegradability Enhancement)
بسیاری از آلایندههای صنعتی سمی (مانند برخی رنگها یا داروها) برای باکتریهای تصفیهخانه بسیار مقاوم هستند (به دلیل ساختار حلقوی یا کلردار بودن).
نقش ازن: ازن با شکستن ساختار مولکولی پیچیده این مواد، آنها را به مولکولهای آلی کوچکتر و سادهتر (مانند اسیدهای آلی کوتاه) تبدیل میکند. این امر باعث افزایش نسبت پساب شده و آن را برای مرحله تصفیه بیولوژیکی بعدی آماده میسازد.
ب) حذف رنگ و کدورت
در صنایع نساجی، رنگها (Dyes) که معمولاً مولکولهای بزرگ و مزدوج هستند، باعث تیرگی شدید آب میشوند.
نقش ازن: ازن به سرعت کروموفورها (بخشهای مولکولی مسئول رنگ) را از بین میبرد، که منجر به حذف رنگ (Decolorization) در مراحل اولیه میشود، حتی اگر COD به طور کامل حذف نشده باشد.
ج) کاهش سمیت (Toxicity Reduction)
بسیاری از آلایندههای سمی (مانند فنولها) در غلظتهای پایین نیز برای میکروارگانیسمها مضر هستند.
نقش ازن: اکسیداسیون فنولها توسط ازن، ساختار سمی آنها را تخریب کرده و سمیت کلی پساب را به شدت کاهش میدهد، که این امر از آسیب دیدن توده میکروبی در مراحل بعدی تصفیه جلوگیری میکند.
د) ضدعفونی و اکسیداسیون ترکیبات معدنی خاص
ازن میتواند به عنوان یک ضدعفونیکننده قوی عمل کند و همچنین برخی آلایندههای معدنی را اکسید نماید (مانند اکسید کردن آهن و منگنز به فرمهای قابل تهنشینی).
در مجموع، ازن در تصفیه فاضلابهای صنعتی نقش یک “تسهیلکننده” قدرتمند را ایفا میکند که آلایندههای مقاوم را از حالت غیرقابل نفوذ خارج کرده و مسیر را برای تصفیههای مؤثرتر بعدی (مانند تصفیه بیولوژیکی) هموار میسازد.
تأثیر فرآیندهای مبتنی بر ازن (AOPs) بر آلایندههای صنعتی
|
دستهبندی آلاینده |
مثال شاخص |
دامنه غلظت تقریبی در پساب خام (mg/L یا واحد) |
پارامتر کلیدی هدف |
بهبود پس از ازنزنی (AOP) |
|
آلی مقاوم (Refractory Organics) |
فنولها، آفتکشها، برخی مواد شیمیایی واسطه |
COD / سمیت |
شکست ساختار مولکولی؛ افزایش از به . |
|
|
رنگها (Dyes) |
رنگهای آزو و آنتراکوئینونی (صنایع نساجی) |
ppm (یا واحد رنگ) |
رنگ (Color) |
حذف کامل رنگ (Decolorization) از طریق شکست پیوندهای کروموفور. |
|
ترکیبات حلقوی کلردار (AOX) |
حلالها و بقایای کلردار (صنایع دارویی) |
/ سمیت |
تجزیه پیوندهای کربن-کلر و کاهش سمیت کلی پساب. |
|
|
بو و طعم (Odor & Taste Compounds) |
ترکیبات آلی فرار (VOCs) |
تا |
بو/طعم |
اکسیداسیون کامل و تبدیل به ترکیبات غیرفعال. |
|
فلزات سنگین (بهصورت جانبی) |
کروم ششظرفیتی () |
سمیت/حلالیت |
کاهش حالت اکسیداسیون (تبدیل به ) که منجر به تهنشینی آسانتر میشود. |
توضیح بهبودها:
-
افزایش زیستتخریبپذیری ( Ratio):
- در بسیاری از فاضلابهای صنعتی، درصد بالایی از آلایندهها “غیرزیستتخریبپذیر” هستند (COD بالا، BOD پایین). این یعنی میکروارگانیسمها نمیتوانند از آنها استفاده کنند.
- بهبود: AOPها این مولکولهای مقاوم را به مولکولهای کوچکتر و سادهتر اکسید میکنند. این مولکولهای جدید توسط باکتریها به راحتی مصرف شده و (تقاضای اکسیژن بیوشیمیایی) افزایش مییابد. این امر کارایی مرحله تصفیه بیولوژیکی بعدی را به شدت بهبود میبخشد.
-
حذف رنگ (Decolorization):
- رنگها در پسابهای نساجی، اگرچه ممکن است COD بالایی نداشته باشند، اما به دلیل ساختار مولکولی بزرگشان، نور را جذب کرده و پساب را کدر میکنند.
- بهبود: رادیکالهای هیدروکسیل به سرعت پیوندهای دوگانه مزدوج (که مسئول جذب نور و ایجاد رنگ هستند) را از بین میبرند، در نتیجه آب شفاف میشود.
-
کاهش سمیت:
- بسیاری از مواد شیمیایی سمی، مانند فنولها یا برخی آفتکشها، به عنوان مهارکننده رشد باکتری عمل میکنند.
- بهبود: ازنزنی ساختار شیمیایی این سموم را تخریب میکند، سمیت کلی پساب را کاهش میدهد و محیطی مناسب برای فعالیت بیولوژیکی سالم فراهم میسازد.
به طور خلاصه، ازن در این زمینه به عنوان یک ضربه اولیه (Pre-treatment) عمل میکند که آلایندههای سرسخت را شکسته و تصفیهپذیری نهایی پساب را تضمین میکند.
مزایای کلیدی ازن در تصفیه آلایندههای صنعتی:
|
دستهبندی آلاینده |
مثال شاخص |
پارامتر کلیدی هدف |
بهبود پس از ازنزنی (AOP) |
|
آلی مقاوم |
فنولها، آفتکشها |
COD / سمیت |
شکست ساختار مولکولی؛ افزایش |
|
رنگها |
رنگهای آزو (صنایع نساجی) |
رنگ (Color) |
حذف کامل رنگ از طریق شکست پیوندهای کروموفور. |
|
ترکیبات کلردار (AOX) |
حلالها و بقایای کلردار |
سمیت |
تجزیه پیوندهای کربن-کلر و کاهش سمیت کلی. |
|
فلزات سنگین |
کروم ششظرفیتی () |
حلالیت |
کاهش حالت اکسیداسیون (تبدیل به ) جهت تهنشینی. |
۳. اهمیت تجهیزات تولید کننده ازن و نقش تولیدکنندگان تخصصی
اجرای مؤثر فرآیندهای مبتنی بر ازن، به ویژه AOPها، وابسته به تولید و تزریق دقیق ازن با ظرفیت (دبی) و خلوص مناسب است. اینجاست که نقش شرکت ازن آب به عنوان تولید کننده تخصصی تجهیزات ازنساز (ازن ژنراتور) اهمیت بسیار بالایی دراین صنایع دارد.
- تأمین ظرفیت متناسب: پسابهای صنعتی دارای بارهای آلایندگی بسیار متفاوتی هستند (از فاضلابهای سبک تا پسابهای بسیار آلوده پتروشیمی یا دارویی). تولیدکنندگانی مانند ازن آب دستگاههای ازنساز را با ظرفیتهای مختلف (از چند گرم در ساعت تا صدها کیلوگرم در روز) طراحی میکنند تا دقیقاً با نیاز دبی فرآیند تصفیه (که معمولاً بر اساس COD ورودی محاسبه میشود) مطابقت داشته باشند.
- تضمین خلوص ازن: کارایی AOPها مستقیماً به درصد خلوص ازن تولیدی بستگی دارد؛ هرچه خلوص بالاتر باشد، ازن کمتری برای رسیدن به هدف اکسیداسیون لازم است. شرکت ازن آب با به کار گیری تکنولوژیهای پیشرفته و به روز (مانند تخلیه کرونا با دیالکتریکهای پیشرفته) بالاترین درصد را تولید کنند.
- سیستمهای ترکیبی (Ozone Co-Feed Systems): برای اجرای فرآیندهای یا ، نیاز به تجهیزاتی است که بتوانند تزریق ازن، پراکسید هیدروژن و/یا نور UV را به صورت هماهنگ و ایمن در راکتور انجام دهند. این تخصص در طراحی و ساخت تجهیزات شرکت دانش بیان ازن آب تأمین میشود.
- ایمنی و پایداری: ازن یک گاز فعال و قوی است. تجهیزات باید دارای سیستمهای ایمنی مناسب برای کنترل فشار، مدیریت گازهای باقیمانده (Off-gas destruction) و کنترل مداوم عملکرد باشند که این موارد نیز بخشی از خدمات مهندسی شرکت ازن آب است.
