مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در ادامه سه طرح متداول برای تصفیه فاضلاب صنایع چرم‌سازی (حاوی کرومات‌ها و فلزات سنگین) ارائه می‌کنم. هر طرح را از نظر سرمایه‌گذاری اولیه (CAPEX)، فضای لازم و نرخ بازگشت سرمایه (ROI) مقایسه شده و سپس اجزای هر طرح را با عملکرد و حذف‌کننده‌های اصلی توضیح می‌گردد.

طرح ۱: فرایند فیزیکوشیمیایی ساده (خنثی‌سازی–ته‌نشینی–فیلتر شنی)

• مقایسه اقتصادی، فضایی و ROI
  این طرح پایین‌ترین هزینه سرمایه‌گذاری را دارد و تجهیزات آن (مخازن pH، حوضچه ته‌نشینی و بستر شنی) ساده و ارزان هستند، اما به‌ خاطر ابعاد بزرگ مخازن و حوض‌ها فضای زیادی را می‌طلبد. نرخ بازگشت سرمایه نسبتاً کند است زیرا با وجود حذف قابل قبول کرومات و فلزات (تا ۷۰–۸۰٪)، حجم بالای لجن تولیدی و هزینه دفع آن، هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد.

• اجزای اصلی و عملکرد

  1. مخزن برابرسازی (Equalization): اصلاح نوسانات دبی و غلظت کرومات و فلزات در جریان ورودی؛ شرایط یکنواخت pH و دما را برای مراحل بعد فراهم می‌کند.

  2. واحد خنثی‌سازی با آهک (Lime Softening): افزودن آهک جهت افزایش pH به حدود 10–11، باعث رسوب هیدروکسیدهای کروم (Cr(OH)₃) و فلزات سنگین (Fe, Al, Zn) می‌شود.

  3. رسوب‌گذاری ثانویه (Secondary Sedimentation): لجن هیدروکسیدی تشکیل‌شده در حوضچه ته‌نشین و از جریان پساب جدا می‌شود.

  4. فیلتر شنی (Sand Filtration): حذف ذرات معلق باقیمانده و ارتقای شفافیت پساب تا حدود ۱۰–۲۰ NTU.

طرح ۲: ترکیب الکتروکوآگولاسیون + جذب زیستی (Biosorption) + اولترافیلتراسیون

• مقایسه اقتصادی، فضایی و ROI
  CAPEX متوسط و OPEX کم‌متوسط دارد؛ سلول‌های الکتروکوآگولاسیون و بسترهای بیوسوربنت فضای کمتری از مخازن بزرگ می‌گیرند و هزینه برق و تعویض صفحات فلزی نسبتاً پایین است. با حذف بالای کرومات و فلزات (تا ۹۰–۹۵٪) و قابلیت احیای بسترهای زیستی، ROI در میان‌مدت مناسب می‌شود.

• اجزای اصلی و عملکرد

  1. الکتروکوآگولاسیون (Electrocoagulation): با عبور جریان مستقیم بین آندهای آهن یا آلومینیوم، یون‌های فلزی آزاد و به‌صورت هیدروکسید رسوب می‌کنند. این روش باعث حذف همزمان کرومات (تبدیل Cr⁶⁺ به Cr³⁺ و رسوب Cr(OH)₃) و فلزات سنگین تا حدود ۹۰٪ می‌شود.

  2. بستر بیوسوربنت (Biosorption Bed): پساب رسوب‌گذاری‌شده از بستر چوب پنبه یا پوسته نارگیل عبور می‌کند که باکتری‌ها/مواد آلی روی آن نشسته و یون‌های باقیمانده فلزی را جذب می‌کنند. این مرحله حذف نهایی فلزات تا ۹۵٪ را تضمین می‌کند.

  3. اولترافیلتراسیون (UF): ماژول‌های غشایی UF ذرات معلق کوچک و کلوییدها را جدا می‌کنند و کیفیت پساب را برای تخلیه یا استفاده مجدد به زیر ۵ NTU و SDI ≤ 3 می‌رسانند.

طرح ۳: MBR بیولوژیک + اکسیداسیون الکتروشیمیایی + تبادل یونی

• مقایسه اقتصادی، فضایی و ROI
  بالاترین CAPEX و OPEX را دارد ولی به‌دلیل فشردگی راکتور MBR و سیستم الکتروشیمیایی، فضای کلی زیر ۵۰۰ مترمربع است. کیفیت پساب خروجی بسیار بالا (Cr⁶⁺ و فلزات زیر حد تشخیص، شفافیت کم‌تر از ۱ NTU) است و امکان بازیابی کروم و فلزات به‌صورت نمک خالص در واحد تبادل یونی، درآمد جانبی ایجاد می‌کند؛ در نتیجه ROI بلندمدت عالی است.

• اجزای اصلی و عملکرد

  1. راکتور غشایی بیولوژیک (MBR): تجزیه آلی و فیلتر شدن ذرات و تا ۸۰–۸۵٪ حذف اولیه فلزات سنگین در فاز بیولوژیک و غشایی. BOD تا ۹۵٪ کاهش می‌یابد.

  2. اکسیداسیون الکتروشیمیایی (Electrochemical Oxidation): استفاده از الکترود تیتانیوم با پوشش اکسید روده‌ای برای تولید رادیکال •OH و ClO⁻؛ تجزیه ترکیبات پایدار کرومات و بخش باقیمانده فلزات تا خالص‌سازی بیشتر.

  3. رزین‌های تبادل یونی (Ion‑Exchange): پساب الکتروشیمیایی‌شده از ستون‌های کاتیونی و آنیونی عبور می‌کند تا یون‌های Cr³⁺، Fe²⁺/³⁺ و سایر فلزات سنگین را به‌صورت نمک‌های خالص بازیابی کند و آب نهایتاً زیر ۱۰ µg/L فلز باشد.

مقایسه نهایی
طرح ۱ از نظر هزینه اولیه کم‌ترین مقدار را دارد اما به‌دلیل فضای زیاد و تولید لجن بالا، ROI محدودی ارائه می‌کند. طرح ۲ با سرمایه‌گذاری متوسط و تجهیزات جمع‌و‌جور، حذف بالای کرومات و فلزات تا ۹۵٪ و هزینه عملیاتی کنترل‌شده، ROI مطلوبی در میان‌مدت دارد. طرح ۳ هرچند گران‌ترین گزینه است، اما در فضای فشرده‌ای پیاده می‌شود، کیفیت پساب صادراتی می‌شود و با قابلیت بازیابی فلزات و درآمد جانبی، در بلندمدت بهترین نرخ بازگشت سرمایه را به همراه دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در ادامه سه طرح پیشنهادی برای تصفیه فاضلاب صنایع نساجی و رنگرزی (حاوی رنگ‌های محلول و نمک‌های سنگین) آورده شده است. هر طرح از نظر سرمایه‌گذاری اولیه (CAPEX)، فضای مورد نیاز و نرخ بازگشت سرمایه (ROI) مقایسه شده و پس از آن اجزای هر طرح به‌طور کامل و عملکرد حذف هر آلاینده تشریح می‌گردد.

طرح ۱: فرایند فیزیکوشیمیایی (رسوب‌گذاری و انعقاد–لخته‌سازی) همراه با تصفیه بیولوژیک ساده

• مقایسه اقتصادی، فضایی و ROI
  این طرح کمترین سرمایه‌گذاری اولیه را نیاز دارد؛ تجهیزاتی مثل مخازن انعقاد و حوضچه ته‌نشینی ساده و پمپ‌های کم‌قدرت کافی است. به‌دلیل ابعاد وسیع مخازن و حوض‌ها، فضای زیادی (معمولاً بیش از ۱۵۰۰ مترمربع برای ظرفیت متوسط) می‌طلبد. نرخ بازگشت سرمایه متوسط رو به پایین است، چون حجم لجن تولیدی بالاست و بخش عمده نمک‌های محلول و رنگ‌های مقاوم حذف نمی‌شوند.

• اجزای اصلی طرح و عملکرد حذف آلاینده‌ها

  1. مخزن برابرسازی (Equalization): دبی و رنگ‌دهی پساب یکنواخت می‌شود؛ از نوسانات شدت رنگ و شوری جلوگیری و شرایط pH برای مراحل بعد آماده می‌گردد.

  2. واحد انعقاد–لخته‌سازی (Coagulation–Flocculation): افزودن سولفات آلومینیوم یا کلرید فریک باعث خنثی‌سازی بار ذرات رنگ‌زا (مولکول‌های آنیونی) و تشکیل لخته‌های بزرگ می‌شود؛ بخش عمده رنگ‌های محلول و ذرات معلق با لخته‌ها همراه و در حوضچه ته‌نشین می‌گردد.

  3. ته‌نشینی (Sedimentation): لجن سنگین حاوی رنگ‌های جذب‌شده و ذرات معلق رسوب داده می‌شود؛ حذف تقریباً ۶۰–۷۰٪ از COD و ۵۰–۶۰٪ از رنگ (در واحد ADMI) در این مرحله حاصل می‌شود.

  4. فیلتراسیون شنی (Sand Filtration): با عبور از بستر شن، ذرات باقی‌مانده و بخش از لخته‌های ریز گرفته شده و شفافیت پساب افزایش می‌یابد.

  5. راکتور بیولوژیک ساده (Activated Sludge): مواد آلی قابل تجزیه (COD/BOD) تخریب می‌شوند؛ حذف BOD تا ۷۰–۸۰٪ و COD تا ۵۰–۶۰٪ در این مرحله انجام می‌شود. نمک‌های محلول از این بخش عبور می‌کنند و تغییری در شوری ایجاد نمی‌شود.

طرح ۲: جذب روی کربن فعال + اکسیداسیون پیشرفته (AOP) + غشاهای نانو/اولترا‌فیلتراسیون

• مقایسه اقتصادی، فضایی و ROI
  هزینه سرمایه‌گذاری متوسط دارد و فضای لازم میانه است (حدود ۵۰۰–۷۰۰ مترمربع). تجهیزات ستون‌های کربن، راکتور UV/H₂O₂ و ماژول‌های غشایی هزینه‌برند ولی پاک‌کنندگی بالا و کاهش چشمگیر مصرف مواد شیمیایی، ROI نسبتاً خوبی برای پروژه‌های متوسط به بالا رقم می‌زند.

• اجزای اصلی طرح و عملکرد حذف آلاینده‌ها

  1. مخزن برابرسازی و پیش‌فیلتراسیون: جریان و رنگ‌دهی یکنواخت و ذرات بزرگ‌تر گرفته می‌شوند تا از گرفتگی ستون‌های بعدی جلوگیری گردد.

  2. ستون جذب کربن فعال (GAC): مولکول‌های رنگی هیدروفوب و ترکیبات آلی متوسط وزن (آزوکربن‌ها، فنل‌ها) روی سطح کربن می‌نشینند؛ حذف ۷۰–۸۰٪ از رنگ و COD اولیه.

  3. واحد اکسیداسیون پیشرفته (UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂): تولید رادیکال •OH منجر به شکستن حلقه‌های آروماتیک و مولکول‌های سخت تجزیه می‌شود؛ حذف بیش از ۸۰٪ از ترکیبات مقاوم رنگزا و کاهش نیتروژن آلی.

  4. غشاهای نانو‌فیلتراسیون (NF) یا اولترافیلتراسیون (UF): NF بخش بزرگی از نمک‌های سبک (مثلاً NaCl) و تقریباً تمام نمک‌های سنگین (نمک‌های مولیبدات، کرومات، سرب) را جدا می‌کند، همچنین ذرات ریز و کلوئیدها را حذف می‌نماید. UF برای حذف میکروارگانیسم‌ها و ذرات معلق بسیار ریز کاربرد دارد. شوری پساب تا ۳۰–۵۰٪ کاهش و رنگ به کمتر از ۱۰٪ مقدار اولیه می‌رسد.

طرح ۳: راکتور غشایی بیولوژیک (MBR) + الکتروکوآگولاسیون + تبخیر و کریستالیزاسیون نمک

• مقایسه اقتصادی، فضایی و ROI
  بیشترین CAPEX و OPEX را دارد، اما به‌واسطه فشردگی تجهیزات (راکتور MBR و سل‌های الکتروشیمیایی) فضای کلی زیر ۴۰۰ مترمربع است. کیفیت پساب خروجی به اندازه‌ای بالاست که حتی قابل استفاده مجدد در فرآیند رنگرزی می‌شود؛ بازیابی نمک‌ها از طریق تبخیر و کریستالیزاسیون، درآمد جانبی قابل توجهی ایجاد و ROI بلندمدت را بسیار بالا می‌برد.

• اجزای اصلی طرح و عملکرد حذف آلاینده‌ها

  1. راکتور غشایی بیولوژیک (MBR): با ترکیب هوادهی و فیلتراسیون غشایی (UF/MF) در یک واحد، ذرات معلق، باکتری‌ها و بخش عمده COD/BOD حذف می‌شوند؛ حذف بیش از ۹۰–۹۵٪ آلودگی آلی و رنگ‌های محلول.

  2. الکتروکوآگولاسیون (Electrocoagulation): عبور جریان برق از سل‌های میله‌ای (آهن یا آلومینیوم) یون‌های فلزی در محلول آزاد می‌شوند؛ این یون‌ها با بار رنگ‌ها و ذرات معلق ترکیب شده و لخته‌های ریزتری نسبت به انعقاد شیمیایی شکل می‌دهند. حذف رنگ تا ۹۰–۹۸٪ و فلزات سنگین تا ۹۵٪ با مصرف برق نسبتاً پایین.

  3. واحد تبخیر تحت خلأ و کریستالیزاسیون: بخش آب نمک‌دار پس از NF یا MBR به داخل تبخیرکننده تحت فشار کم هدایت می‌شود؛ بخار آب بازیافت و تغلیظ نمک‌ها انجام می‌گیرد. در نهایت نمک‌های سنگین (Cr, Pb, Zn salts) به‌صورت کریستال خالص برداشت می‌شوند و آب مقطر بازیابی‌شده می‌تواند مجدداً وارد خط تولید گردد.

مقایسه نهایی
طرح ۱ از نظر هزینه اولیه کم‌ترین مقدار و از نظر فضای لازم بیشترین مساحت را می‌طلبد؛ ROI آن محدود است زیرا حذف رنگ مقاوم و نمک‌های محلول صورت نمی‌گیرد. طرح ۲ سرمایه‌گذاری و فضای متوسط دارد ولی با ترکیب جذب کربن، اکسیداسیون پیشرفته و غشاها، می‌تواند بخش بزرگی از رنگ‌ها و نمک‌های سنگین را حذف کند و ROI معقولی ارائه نماید. طرح ۳ گرچه گران‌ترین گزینه است، اما در فضا فشرده بوده و به واسطه کیفیت عالی پساب خروجی و امکان بازیابی مجدد آب و نمک‌ها، در بلندمدت بالاترین نرخ بازگشت سرمایه را خواهد داشت.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در ادامه سه طرح متداول و کارا برای تصفیه فاضلاب کارخانه‌های داروسازی که حاوی ترکیبات فعال زیستی (API) و هلگرها (هالوکربن‌ها، هالیدها) هستند، ارائه شده است. هر طرح از نظر سرمایه‌گذاری اولیه (CAPEX)، فضای مورد نیاز و نرخ بازگشت سرمایه (ROI) مقایسه و سپس اجزای هر طرح با جزئیات عملکرد و آلاینده‌های حذف‌شونده تشریح می‌شود.

طرح ۱: فرایند ترکیبی خنثی‌سازی – ته‌نشینی شیمیایی – زلال‌سازی – بیوفیلتر

• مقایسه اقتصادی و فضایی و ROI
  این طرح کم‌هزینه‌ترین گزینه است و تجهیزات ساده‌ای نیاز دارد، اما به‌دلیل استفاده از مخازن و حوضچه‌های متعدد فضای نسبتاً زیادی می‌طلبد. نرخ بازگشت سرمایه متوسط است چون بخش عمده حذف مواد آلی باکتریایی و رسوب‌گذاری انجام می‌شود اما بازه بازیابی ترکیبات فعال زیستی پایین است. هزینه عملیاتی (مواد شیمیایی و لجن‌برداری) متوسط ارزیابی می‌شود.

• اجزای اصلی و عملکرد

  1. مخزن برابرسازی (Equalization): جریان نوسانی کارخانه را یکنواخت کرده و pH و دبی را برای مراحل بعدی تثبیت می‌کند.

  2. واحد خنثی‌سازی شیمیایی (Chemical Neutralization): هالیدها و ترکیبات هالوکربنی می‌توانند در pH معین با افزودن اسید یا باز خاص تا حدی هیدرولیز یا رسوب دهند. کنترل pH نزدیک ۶–۷ باعث ته‌نشینی برخی نمک‌های هالیدی می‌شود.

  3. لخته‌سازی و ته‌نشینی (Coagulation–Flocculation–Sedimentation): با افزودن پلی‌الکترولیت‌ها، ذرات معلق، کلوئیدها و ترکیبات مولکولی بزرگ (تیلوز، مواد معلق زیستی) در حوضچه ته‌نشین می‌شوند.

  4. زلال‌سازی (Clarification): لجن سنگین رسوب داده‌شده جدا و به فرآیند لجن‌پالایش منتقل می‌شود.

  5. بیوفیلتر (Packed-Bed Biofilter): جریان پس از زلال‌سازی از بستر پرشده (پلیمر یا شن گرانوله) عبور کرده و میکروارگانیسم‌های چسبیده ترکیبات آلی قابل تجزیه (COD/BOD) و برخی APIهای ساده را تجزیه می‌کنند. حذف BOD تا ۸۰–۹۰ درصد و کاهش قابل توجه فلزات و مواد کلاته‌شده در این مرحله رخ می‌دهد.

طرح ۲: راکتور کُندریز (SBR) + اکسیداسیون پیشرفته (AOP) + جذب کربن فعال

• مقایسه اقتصادی و فضایی و ROI
  CAPEX و OPEX متوسط‌به‌بالا دارد (به‌دلیل تجهیزات UV/پراکسید و ستون‌های جذب) ولی فضای کمتر نسبت به طرح ۱ می‌برد، چون راکتورهای SBR به مخزن بزرگ زلال‌سازی نیاز ندارند. ROI مطلوب است زیرا با بازیابی بخشی از APIها و حذف کامل ترکیبات مقاوم، هزینه‌های جریمه زیست‌محیطی کاهش می‌یابد و کیفیت پساب به اندازه‌ای بالا می‌رود که قابلیت استفاده مجدد در فرایندهای کم‌خطر را دارد.

• اجزای اصلی و عملکرد

  1. راکتور ناپیوسته متوالی یا SBR (Sequencing Batch Reactor): فازهای خوراک‌دهی، هوا‌دهی و سکون متوالی، تجزیه بخش عمده BOD و TSS و مقداری از ترکیبات فعال زیستی را انجام می‌دهد. مزیت: کنترل دقیق زمان ماند و pH هر فاز برای بهینه‌سازی حذف مواد خاص.

  2. واحد اکسیداسیون پیشرفته (AOP): پساب خروجی SBR تحت تابش UV همراه H₂O₂ (یا ترکیب اوزون/پراکسی) قرار می‌گیرد تا رادیکال‌های •OH تولید و مولکول‌های پایدار API (مثل آنتی‌بیوتیک‌ها، هورمون‌ها) و هالوکربن‌ها به قطعات کوچک‌تر و قابل تجزیه تبدیل شوند.

  3. ستون جذب کربن فعال (GAC): پساب از ستون کربن عبور کرده و حلال‌های آلی باقی‌مانده، کلورفرم، تری‌هالومتان‌ها و مولکول‌های بزرگ تجزیه‌نشده روی سطح جذب می‌شوند. این مرحله تضمین حذف ۹۵–۹۹٪ ترکیبات هیدروفوب و هالوکربنی است.

طرح ۳: غشایی MBR (MBR) + اکسیداسیون الکتروشیمیایی + الکترودیالیز

• مقایسه اقتصادی و فضایی و ROI
  بالاترین CAPEX و OPEX را دارد، اما در فضا بسیار فشرده است و کیفیت پساب خروجی بسیار بالا (قابل ورود به چرخه تولید یا تخلیه بدون محدودیت) می‌شود. ROI در بلندمدت عالی است، زیرا هزینه پساب صفر شده و می‌توان بخش قابل توجهی از آب و نمک‌های ارزشمند را بازیافت کرد.

• اجزای اصلی و عملکرد

  1. راکتور غشایی بیولوژیک (MBR – Membrane Bioreactor): ترکیبی از راکتور هوادهی و فیلتراسیون غشایی (UF یا MF) که تمام ذرات معلق، باکتری‌ها، و بخش عظیمی از ترکیبات آلی درون فازی را جدا می‌کند. حذف BOD، TSS نزدیک به ۹۹٪ اتفاق می‌افتد.

  2. اکسیداسیون الکتروشیمیایی (Electrochemical Oxidation): جریان الکتریکی در سل الکترولیتیک بین الکترودهای خاص (گرافیتی یا تیتانیوم با پوشش اکسید فلزی) تولید رادیکال‌های قوی و اکسیدان‌هایی مانند •OH و ClO⁻ می‌کند. این بخش ترکیبات API با پیوندهای پایدار و هالیدها را اکسید و معدنی‌سازی می‌کند.

  3. الکترودیالیز (Electrodialysis): پساب غلیظ غشاءشده حاوی یون‌های هالید و نمک‌ها است؛ در این مرحله با عبور جریان الکتریکی از غشاءهای تبادل یونی، یون‌های خاص (Cl⁻، Br⁻، و سایر کاتین‌ها/آنیون‌ها) جدا شده و می‌توان آن‌ها را به‌صورت نمک خالص بازیافت کرد.

مقایسه نهایی
طرح ۱ از لحاظ سرمایه‌گذاری اولیه کمترین هزینه را دارد و نگهداری ساده است اما به فضای بزرگ و هزینه عملیاتی متوسط نیاز دارد و ROI آن محدود است. طرح ۲ هزینه و فضای متوسط می‌طلبد ولی با حذف پیشرفته ترکیبات مقاوم و بازیابی حلال/API، ROI مناسبی دارد. طرح ۳ گران‌ترین و پیچیده‌ترین گزینه است اما به لطف انعطاف‌پذیری بالا و کیفیت آب خروجی ممتاز و امکان بازیابی نمک‌ها و آب، در درازمدت بیشترین بازگشت سرمایه را رقم می‌زند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در ادامه سه طرح برای تصفیه فاضلاب صنایع شیمیایی و پتروشیمی ارائه شده، هر کدام را از نظر هزینه سرمایه‌گذاری (CAPEX)، حجم فضای مورد نیاز و نرخ بازگشت سرمایه (ROI) مقایسه شده و سپس اجزای هر طرح را با شرح عملکردشان توضیح می‌گردد.

طرح ۱: واحد خنثی‌سازی و جداسازی روغن-آب + تصفیه بیولوژیکی

• مقایسه اقتصادی و فضایی و ROI
  این طرح کمترین هزینه اولیه را دارد و از فضای نسبتاً زیادی (به‌خاطر مخازن خنثی‌سازی، شناورسازی و حوضچه بیولوژیک) بهره می‌برد. نرخ بازگشت سرمایه آن متوسط است؛ چرا که قابلیت بازیابی حلال‌های آلی کم و سرعت تصفیه محدود است، اما هزینه عملیاتی پایین است و اپراتوری ساده دارد.

• اجزای اصلی طرح و عملکرد هر بخش

  1. مخزن برابرسازی (Equalization): جریان ورودی یکنواخت می‌شود تا نوسانات دبی و غلظت اسیدی/بازی تعدیل گردد.

  2. واحد خنثی‌سازی (Neutralization): اسید و باز با تزریق آهک یا اسید سولفوریک کنترل شده به pH حدود 7 رسانده می‌شود؛ بدین‌ترتیب فلزات سنگین و برخی کمپلکس‌ها به صورت هيدروکسید رسوب می‌کنند.

  3. شناورسازی با هوای محلول (DAF): روغن‌های آزاد و ذرات سبک معلق با ایجاد حباب‌های ریز جدا می‌شوند.

  4. راکتور بیولوژیک (Activated Sludge): آلاینده‌های قابل بیولوژیک (COD/BOD) تجزیه می‌شوند و بخش عمده مواد آلی باکتریایی‎زُدایی (بیش از ۸۰ – ۹۰%) حذف می‌گردد.

  5. رسوب‌گذاری ثانویه و لخته‌سازی (Secondary Clarifier): لجن فعال از پساب جدا و به چرخه برگشت می‌گردد؛ لجن اضافی به فرایند لجن‌پالایش منتقل می‌شود.

طرح ۲: فرایند ترکیبی شیمیایی پیشرفته + جذب کربن فعال + تصفیه غشایی

• مقایسه اقتصادی و فضایی و ROI
  هزینه سرمایه‌گذاری متوسط رو به بالا دارد، ولی به‌دلیل کوچک‌تر شدن حجم مخازن و توان بالای بازیابی حلال (و در نتیجه فروش حلال بازیافت‌شده) نرخ بازگشت سرمایه مطلوب است. فضای مورد نیاز کمتر از طرح ۱ است، اما تجهیزات پیشرفته (پمپ‌ها، فیلترها و ستون‌های جذب) هزینه بر هستند.

• اجزای اصلی طرح و عملکرد هر بخش

  1. مخزن برابرسازی و خنثی‌سازی: مشابه طرح ۱ اما با دقت pH پایین‌تر (مثلاً pH = 5–6) تا برخی ترکیبات آلی تثبیت‌شده قبل از جذب آماده شوند.

  2. پیش‌فیلتراسیون (Sand/Cartridge): ذرات درشت و کدری‌ها گرفته می‌شوند تا از گرفتگی ستون جذب و ممبران جلوگیری شود.

  3. ستون جذب کربن فعال (GAC): حلال‌های آلی (BTEX, هیدروکربن‌های فرار) و مولکول‌های بزرگ آلی روی سطح کربن نشسته و حذف می‌گردند.

  4. فیلتر ممبران اولترافیلتراسیون (UF): ذرات معلق کوچک، کلوئیدها و باکتری‌ها جدا می‌شوند و پساب برای مرحله بعد شفاف می‌شود.

  5. رزین تبادل یونی یا زیرفیلتراسیون معکوس (RO): یون‌های باقیمانده، فلزات سنگین و املاح محلول حذف می‌شوند و آب با کیفیت بسیار بالا (قابل بازچرخش صنعتی) تولید می‌شود.

  6. واحد بازیابی حلال (Solvent Recovery): خوراک متراکم RO یا بخشی از جریان غلیظ‌شده وارد برج تقطیر یا استخراج فازی می‌شود تا حلال‌های آلی بازیافت و بهای فروش آنها جبران هزینه تجهیزات گردد.

طرح ۳: اکسیداسیون پیشرفته (AOP) + تقطیر خلأ + تصفیه ثانویه

• مقایسه اقتصادی و فضایی و ROI
  بیشترین CAPEX را دارد و از نظر فضای لازم بسیار فشرده است (چون برج تقطیر و راکتور AOP ابعاد کوچکی دارند). با این حال، به‌واسطه‌ی امکان بازیابی کامل حلال و تبدیل آلاینده‌های مقاوم به ترکیبات ساده قابل بیولوژیک، ROI بالایی دارد. هزینه انرژی و نگهداری بالاست ولی درآمد جانبی از حلال‌های خالص بازیابی‌شده جبران‌کننده است.

• اجزای اصلی طرح و عملکرد هر بخش

  1. راکتور اکسیداسیون پیشرفته (Fenton/Ozone/UV): رادیکال‌های •OH تولید شده، ترکیبات مقاوم نظیر فنل‌ها، کلروفنولات‌ها و سایر هیدروکربن‌های معطر را به اسیدهای کوچک‌تر، دی‌اکسید کربن و آب تبدیل می‌کنند.

  2. برج تقطیر خلأ (Vacuum Distillation): حلال‌های آلی فرار (مثل استون، تولوئن و سایر هیدروکربن‌های سبک) در فشار پایین جدا و خالص‌سازی شده، بدون دمای بالا که باعث تجزیه حرارتی شود.

  3. واحد خنثی‌سازی و رسوب‌گذاری (Post‑Neutralization): پساب اسیدی یا بازی المنتج از AOP با خنثی‌سازی نهایی به pH مناسب برای ورود به بخش بیولوژیک یا پساب خروجی تنظیم می‌شود.

  4. بیوفیلتر یا راکتور بیولوژیک باریک (Packed‑Bed Bioreactor): اسیدها و COD باقی‌مانده پس از AOP، توسط میکروارگانیسم‌های چسبیده روی بستر (مثل رزین یا گرانول) حذف می‌شود و کیفیت پساب به استاندارد می‌رسد.

مقایسه نهایی
از منظر سرمایه‌گذاری اولیه، طرح ۱ کم‌هزینه و با پیچیدگی عملیاتی پایین است اما فضایی بزرگ می‌طلبد و بازیابی حلال ندارد؛ ROI آن به دلیل عدم درآمدزایی جانبی متوسط است. طرح ۲ تعادلی میان هزینه و پیچیدگی دارد: فضای متوسط، هزینه متوسط، ولی قابلیت بازیابی حلال و تولید آب صنعتی باکیفیت، ROI مناسبی فراهم می‌کند. طرح ۳ بالاترين هزينه سرمايه‌ای و بهره‌برداری را دارد ولی در فضا بسيار فشرده است و با بازیابی کامل حلال‌ها و حذف اکثر آلاینده‌ها، بالاترين ROI را در بلندمدت به‌دنبال دارد.

هر سه طرح می‌توانند بسته به مقیاس تولید، نوع دقیق پساب (غلظت اسیدی/بازی و نوع حلال) و قیمت انرژی/مصالح در منطقه، تنظیم و بهینه‌سازی شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تصفیه آب خاکستری و استفاده مجدد – مثال های عملیاتی، هزینه ها، فواید، و بازگشت سرمایه

مقدمه

آب خاکستری (Greywater) به پساب ناشی از فعالیتهای غیرتوالت مانند دوش، سینک، ماشین لباسشویی، و شستشوی محیط اطلاق میشود که حاوی آلاینده های آلی و شیمیایی کمتری نسبت به فاضلاب سیاه (Blackwater) است. استفاده مجدد از آب خاکستری به عنوان راهکاری پایدار، نه تنها مصرف آب شیرین را کاهش میدهد، بلکه فشار بر سیستم های فاضلاب شهری را نیز کم میکند. این مقاله به بررسی نمونه های عملی تصفیه آب خاکستری، هزینه های اجرایی، فواید زیست محیطی-اقتصادی، و محاسبه بازگشت سرمایه (ROI) میپردازد.

۱. مثالهای عملیاتی تصفیه آب خاکستری

مثال ۱: سیستم تصفیه در مجتمع مسکونی (کالیفرنیا، آمریکا)

• مشخصات سیستم:

  • منبع آب خاکستری: دوش و سینک ۱۰۰ خانوار (≈ ۱۵ مترمکعب در روز).

  • فناوری: فیلتراسیون + ضدعفونی UV.

  • هزینه نصب: ۳۵,۰۰۰ دلار.

  • مصارف مجدد: آبیاری فضای سبز و فلاش تانکها.

• نتایج:

  • کاهش ۴۰٪ مصرف آب شیرین.

  • بازگشت سرمایه در ۵ سال (با صرفه جویی ۷,۰۰۰ دلار سالانه).

مثال ۲: پروژه اکو-ویلج (BedZED، انگلستان)

• مشخصات سیستم:

  • فناوری: تالاب مصنوعی + فیلتر کربن فعال.

  • ظرفیت: ۲۰ مترمکعب در روز.

  • هزینه: ۵۰,۰۰۰ دلار.

  • مصارف مجدد: آبیاری پارک ها و شارژ آب های زیرزمینی.

• نتایج:

  • کاهش ۳۰٪ مصرف انرژی برای پمپاژ آب.

  • کاهش ۵۰٪ هزینه آب شهری.

مثال ۳: استادیوم المپیک سیدنی (استرالیا)

• مشخصات سیستم:

  • فناوری: بیوراکتور غشایی (MBR).

  • ظرفیت: ۱۰۰ مترمکعب در روز.

  • هزینه: ۲۵۰,۰۰۰ دلار.

  • مصارف مجدد: آبیاری زمین چمن و سیستم های خنک کننده.

• نتایج:

  • بازیابی ۷۰٪ آب خاکستری.

  • بازگشت سرمایه در ۸ سال (با صرفهجویی ۳۰,۰۰۰ دلار سالانه).

۲. هزینه های اجرایی سیستم های تصفیه آب خاکستری

هزینه ها به عوامل زیر وابسته است:

• مقیاس سیستم (خانگی، تجاری، صنعتی).

• فناوری انتخابی (ساده تا پیشرفته).

• هزینه نیروی کار و نصب.

جدول مقایسه هزینهها (بر اساس ظرفیت ۳۰ مترمکعب در روز):

سیستم هزینه نصب (دلار) هزینه سالانه تعمیرات (دلار)

فیلتر شنی + کلرزنی ۲۰,۰۰۰–۴۰,۰۰۰ ۲,۰۰۰–۵,۰۰۰

MBR (بیوراکتور غشایی) ۷۰,۰۰۰–۱۲۰,۰۰۰ ۱۰,۰۰۰–۱۵,۰۰۰

تالاب مصنوعی ۳۰,۰۰۰–۵۰,۰۰۰ ۱,۰۰۰–۳,۰۰۰

۳. فواید استفاده مجدد از آب خاکستری

الف) زیست محیطی:

• کاهش مصرف آب شیرین (تا ۵۰٪ در مصارف غیرشرب).

• کاهش بار آلودگی ورودی به رودخانه ها و دریاها.

• حفظ منابع آب زیرزمینی.

ب) اقتصادی:

• صرفه جویی در هزینه آب و فاضلاب (تا ۳۰٪ کاهش صورتحساب).

• کاهش نیاز به توسعه زیرساخت های آبی جدید.

• امکان فروش آب تصفیه شده به صنایع (در سیستمهای پیشرفته).

ج) اجتماعی:

• افزایش آگاهی عمومی درباره مدیریت پایدار آب.

• بهبود تصویر سازمان ها و شرکت ها به عنوان بازیگران مسئولیت پذیر.

۴. محاسبه بازگشت سرمایه (ROI)

فرمول کلی:

مثال محاسباتی (سیستم MBR برای یک هتل):

• هزینه نصب: ۱۰۰,۰۰۰ دلار.

• صرفه جویی سالانه: ۲۵,۰۰۰ دلار (کاهش مصرف آب و انرژی).

• هزینه های سالانه: ۱۲,۰۰۰ دلار.

• بازگشت سرمایه:

• دوره بازگشت سرمایه: ≈ ۷.۷ سال.

۵. چالشها و راهکارها

• چالش ۱: فضای مورد نیاز برای نصب

  • راهکار: استفاده از سیستمهای فشرده مانند MBR یا فیلترهای عمودی.

• چالش ۲: قوانین محلی

  • راهکار: همکاری با نهادهای نظارتی برای تدوین استانداردهای آب خاکستری.

• چالش ۳: نگهداری سیستم

  • راهکار: آموزش پرسنل و استفاده از فناوری های خودتمیزکننده (مثل غشاهای MBR).

۶. مطالعه موردی: شهر سبز دبی (UAE)

• پروژه: استفاده از آب خاکستری تصفیه شده برای آبیاری ۱۰۰ هکتار فضای سبز.

• سیستم: ترکیب فیلتراسیون چندمرحله ای + اسمز معکوس (RO).

• هزینه: ۲ میلیون دلار.

• نتایج:

  • صرفه جویی ۵۰,۰۰۰ مترمکعب آب در سال.

  • بازگشت سرمایه در ۱۰ سال.

۷. توصیه ها برای پیادهسازی

• برای مناطق شهری: سیستمهای MBR یا فیلتراسیون پیشرفته با فضای کم.

• برای مناطق روستایی: تالابهای مصنوعی یا سیستمهای خورشیدی.

• ساختمان های نوین: ادغام سیستم تصفیه آب خاکستری در طراحی اولیه.

نتیجه گیری

استفاده مجدد از آب خاکستری نهتنها یک ضرورت زیستمحیطی، بلکه یک فرصت اقتصادی است. با انتخاب فناوری مناسب و محاسبه دقیق هزینهها و بازگشت سرمایه، میتوان به کاهش فشار بر منابع آب و دستیابی به توسعه پایدار کمک کرد. پروژههای موفق جهانی نشان میدهند که حتی در مناطق خشک، بازچرخانی آب خاکستری امکانپذیر و سودآور است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

طراحی کامل تصفیه خانه فاضلاب شهری برای ۱ میلیون نفر

فرضیات:

• مصرف سرانه آب: ۲۰۰ لیتر/نفر/روز (استاندارد جهانی).

• ضریب تبدیل آب به فاضلاب: ۸۰٪ → ۱۶۰ لیتر/نفر/روز.

• دبی فاضلاب:

  ۱۶۰,۰۰۰مترمکعب/روز(۱.۸۵مترمکعب/ثانیه)

۱. روش سنتی

واحدها و محاسبات:

۱. آشغالگیری (Screening):

• سرعت عبور: ۰.۶ متر/ثانیه.

• سطح مقطع:

  A≈۳.۰۸ مترمربع→ابعاد:۲×۱.۵ متر

• مساحت کل: ۵۰ مترمربع.

۲. ته نشینی اولیه (Primary Sedimentation):

• زمان ماند: ۲ ساعت.

• حجم مخزن:

  V=۱.۸۵×۷۲۰۰=۱۳,۳۲۰ مترمکعب

• تعداد مخازن: ۴ عدد.

• ابعاد هر مخزن: ۴۰ × ۲۰ × ۴ متر → مساحت کل: ۳,۲۰۰ مترمربع.

۳. لجن فعال (Activated Sludge):

• زمان ماند: ۸ ساعت.

• حجم مخزن:

  V=۱.۸۵×۲۸,۸۰۰=۵۳,۲۸۰ مترمکعب

• تعداد مخازن: ۶ عدد.

• ابعاد هر مخزن: ۵۰ × ۳۰ × ۴ متر → مساحت کل: ۹,۰۰۰ مترمربع.

۴. ته نشینی ثانویه (Secondary Sedimentation):

• مساحت مشابه ته نشینی اولیه: ۳,۲۰۰ مترمربع.

۵. کلرزنی:

• زمان تماس: ۳۰ دقیقه.

• حجم مخزن: ۳,۳۳۰ مترمکعب → مساحت: ۵۰۰ مترمربع.

مساحت کل روش سنتی: ≈ ۱۶,۰۰۰ مترمربع.

۲. روش نوین (MBR - Membrane Bioreactor)

واحدها و محاسبات:

۱. بیوراکتور غشایی:

• شار غشا: ۲۵ لیتر/مترمربع/ساعت.

• مساحت غشا:

  A≈۲۶۶,۶۶۷ مترمربع

• تعداد ماژولها: ۵۰۰ عدد → مساحت واحد: ۲,۰۰۰ مترمربع.

۲. تهنشینی اولیه: ۱,۵۰۰ مترمربع.
۳. سیستم UV: ۳۰۰ مترمربع.

مساحت کل روش نوین: ≈ ۳,۸۰۰ مترمربع.

۳. روش بهینه (هضم بیهوازی + انرژی سبز)

واحدها و محاسبات:

۱. هضم بی هوازی (Anaerobic Digestion):

• زمان ماند: ۲۰ روز.

• حجم مخزن:

  V=۱۶۰,۰۰۰×۲۰=۳,۲۰۰,۰۰۰ مترمکعب.

• تعداد مخازن: ۸ عدد → ابعاد: ۶۰ × ۴۰ × ۱۰ متر → مساحت: ۱۹,۲۰۰ مترمربع.

۲. فیلتراسیون زیستی (Biofilters):

• مساحت: ۵,۰۰۰ مترمربع.

۳. پنلهای خورشیدی:

• انرژی مورد نیاز: ۱۰ مگاوات → مساحت: ۵۰,۰۰۰ مترمربع.

مساحت کل روش بهینه: ≈ ۷۴,۲۰۰ مترمربع.

۴. هزینه ها

روش هزینه اجرا (میلیون دلار) هزینه بهره برداری سالانه (میلیون دلار)

سنتی۱۲۰ ۲۵

نوین۲۵۰ ۲۰

بهینه۱۸۰ ۱۲

هزینه کل پس از ۳ سال:

• سنتی: ۱۲۰ + (۲۵ × ۳) = ۱۹۵ میلیون دلار.

• نوین: ۲۵۰ + (۲۰ × ۳) = ۳۱۰ میلیون دلار.

• بهینه: ۱۸۰ + (۱۲ × ۳) = ۲۱۶ میلیون دلار.

۵. نتیجه گیری

• بهترین روش پس از ۳ سال:

  • روش سنتی با ۱۹۵ میلیون دلار کمترین هزینه را دارد، اما روش بهینه با ۲۱۶ میلیون دلار از نظر پایداری و کاهش هزینه های بلندمدت (مانند تولید انرژی از هضم بیهوازی) برتری دارد.

  • روش نوین (MBR) به دلیل هزینه بالای غشاها، گرانترین گزینه است.

جزییات مساحت واحدها:

• سنتی: ۱۶,۰۰۰ مترمربع.

• نوین: ۳,۸۰۰ مترمربع.

• بهینه: ۷۴,۲۰۰ مترمربع (شامل ۵۰,۰۰۰ مترمربع پنل خورشیدی).

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف BOD (نیاز اکسیژن بیوشیمیایی) و COD (نیاز اکسیژن شیمیایی) از آب و فاضلاب، یکی از اهداف اصلی در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی است. این دو پارامتر نشان‌دهنده میزان آلاینده‌های آلی و معدنی در آب هستند که کاهش آن‌ها برای حفظ کیفیت آب و محیط زیست ضروری است. در ادامه، روش‌های سنتی و نوین، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

۱. روش‌های سنتی حذف BOD و COD:

الف. روش‌های بیولوژیکی:

• لجن فعال (Activated Sludge):

  • مکانیسم: استفاده از باکتری‌های هوازی برای تجزیه مواد آلی.

  • فرمول تجزیه:

    ​ ​CO2​+H2​O+زیست‌توده →میکروب‌ها --- مواد آلی+O2

  • پارامترهای بهینه:

    • زمان ماند هیدرولیکی (HRT): ۶–۱۲ ساعت

    • غلظت اکسیژن محلول (DO): ۲–۴ mg/L

• لاگون‌های هوادهی (Aerated Lagoons):

  • مزایا: ساده و کم‌هزینه برای جوامع کوچک.

  • معایب: نیاز به فضای زیاد و بازده پایین در هوای سرد.

ب. روش‌های شیمیایی:

• اکسیداسیون شیمیایی:

  • کلرزنی:

    Cl2​+H2​O→HOCl+HCl

  • محدودیت: تشکیل ترکیبات سرطان‌زای تری‌هالومتان‌ها (THMs).

۲. روش‌های نوین حذف BOD و COD:

الف. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs):

• ازن/UV یا H₂O₂/UV:

  • مکانیسم: تولید رادیکال‌های هیدروکسیل (•OH) برای تجزیه ترکیبات مقاوم.

  • فرمول واکنش:

    H2​O2​+UV→2•OH

  • بازده: کاهش ۹۰–۹۵٪ COD در زمان کوتاه.

• فنتون (Fenton’s Reagent):

  • فرمول واکنش:

    −Fe2++H2​O2​→Fe3++•OH+OH

  • نسبت بهینه: ۵:۱ تا H2​O2​:Fe2+=۱:۱.

ب. فناوری غشایی (Membrane Technology):

• بیورآکتورهای غشایی (MBR):

  • مزایا: ترکیب لجن فعال با فیلتراسیون غشایی (UF/MF) برای حذف همزمان BOD و جامدات.

  • بازده: ~۹۵٪ کاهش BOD و COD.

ج. الکتروشیمیایی (Electrochemical Oxidation):

• مکانیسم: استفاده از الکترودهای Ti/PbO₂ یا BDD (الماس دوپ شده با بور) برای اکسیداسیون مستقیم آلاینده‌ها.

• فرمول کلی:

  ​CO2​+H2​O --الکترولیز → آلاینده

۳. بهینه‌سازی روش‌ها:

پارامتر مقدار بهینه

pH در فرآیند فنتون ۲٫۵–۴

دمای راکتور بیولوژیکی ۲۰–۳۵°C

غلظت لجن (MLSS) ۳۰۰۰–۵۰۰۰ mg/L

ولتاژ در الکتروشیمیایی ۵–۲۰ ولت

فرمول‌های کلیدی:

• نرخ رشد میکروبی (Monod Equation):

  μ=μmax (s/(Ks​+S))​))))( ​

  • μ: نرخ رشد، S: غلظت سوبسترا، Ks​: ثابت نیمه اشباع.

• راندمان حذف BOD/COD:

  η=((Cورودی/​Cخروجی​​)-1)×100

۴. ساخت و اجرا:

۱. طراحی سیستم:

• برای فاضلاب شهری: ترکیب لجن فعال + MBR + کلرزنی.

• برای فاضلاب صنعتی: AOPs + الکتروشیمیایی + فیلتر کربن فعال.

۲. مواد و تجهیزات:

• بیولوژیکی: هواده‌های سطحی، پمپ‌های برگشت لجن.

• شیمیایی: ژنراتورهای ازن، تانک‌های واکنش فنتون.

• غشایی: غشاهای پلیمری (PVDF، PES).

۳. نصب و راه‌اندازی:

• ساخت راکتورهای هوازی با حجم متناسب با دبی فاضلاب.

• نصب سیستم‌های UV/Ozone با کنترل خودکار دوز.

• استفاده از الکترودهای BDD در سلول‌های الکتروشیمیایی.

۴. نگهداری:

• تمیزسازی غشاها با محلول‌های اسیدی/بازی هر ۳ ماه.

• جایگزینی کاتالیزورهای آهن در فرآیند فنتون.

نتیجه‌گیری:

• روش‌های سنتی مانند لجن فعال و کلرزنی به دلیل سادگی و هزینه پایین، هنوز کاربرد گسترده‌ای دارند.

• روش‌های نوین مانند AOPs، MBR و الکتروشیمیایی به دلیل بازده بالا (~۹۵–۹۹٪) و سازگاری با محیط زیست، برای صنایع پیشرفته توصیه می‌شوند.

• بهینه‌سازی: تنظیم پارامترهای عملیاتی (pH، دما، غلظت مواد شیمیایی) و ترکیب روش‌ها برای دستیابی به حذف کامل.

• اجرا: انتخاب روش باید بر اساس نوع فاضلاب (شهری/صنعتی)، غلظت BOD/COD و بودجه انجام شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف جامدات معلق (TSS - Total Suspended Solids) و جامدات محلول (TDS - Total Dissolved Solids) از آب و فاضلاب، یکی از اهداف اصلی در فرآیندهای تصفیه است. این دو نوع آلاینده به دلیل تأثیرات منفی بر کیفیت آب، سلامت انسان و محیط زیست نیاز به روش‌های متفاوتی برای حذف دارند. در ادامه، روش‌های سنتی و نوین، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

۱. حذف جامدات معلق (TSS):

روش‌های سنتی:

• ته‌نشینی (Sedimentation):

  • مکانیسم: استفاده از گرانش برای جداسازی ذرات سنگین (مانند شن، گل و لای) در مخازن ته‌نشینی.

  • فرمول استوکس (Stokes' Law):

    (9η)/(v=(2r2(ρp​−ρf​)g​

    • v: سرعت ته‌نشینی، r: شعاع ذره، ρp​: چگالی ذره، ρf​: چگالی سیال، g: شتاب گرانش، η: ویسکوزیته سیال.

  • مزایا: کم‌هزینه و ساده.

  • معایب: عدم کارایی برای ذرات ریز و کلوئیدی.

• انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation):

  • مواد شیمیایی: آلوم (Al2(SO4)3Al2​(SO4​)3​)، کلرید فریک (FeCl3FeCl3​) یا پلیمرهای کاتیونی.

  • فرمول واکنش آلوم:

    ↑Al3++3HCO3−​→Al(OH)3​↓+3CO2

  • مزایا: کاهش کدورت و ذرات ریز.

  • معایب: تولید لجن شیمیایی.

روش‌های نوین:

• فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration):

  • انواع:

    • میکروفیلتراسیون (MF): حذف ذرات >۰٫۱ میکرون.

    • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات >۰٫۰۱ میکرون.

  • مزایا: بازده بالا (~۹۹٪) و عدم نیاز به مواد شیمیایی.

  • معایب: هزینه بالای نگهداری و گرفتگی غشاها.

• الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

  • مکانیسم: استفاده از جریان الکتریکی و الکترودهای آهن/آلومینیوم برای تولید هیدروکسیدهای فلزی و جذب ذرات.

  • فرمول واکنش:

    (آند)−Fe→Fe2++2e
  • ↓Fe2++2OH−→Fe(OH)2​

۲. حذف جامدات محلول (TDS):

روش‌های سنتی:

• تبادل یونی (Ion Exchange):

  • مکانیسم: جایگزینی یون‌های محلول (مانند +Ca2+, Na) با یون‌های بی‌خطر روی رزین.

  • فرمول کلی:

    +2R−Na+Ca2+→R2​−Ca+2Na

  • مزایا: مناسب برای حذف سختی آب.

  • معایب: نیاز به احیای دوره‌ای با نمک (NaClNaCl).

• تقطیر (Distillation):

  • مکانیسم: تبخیر آب و تقطیر مجدد برای جداسازی املاح.

  • مزایا: حذف کامل نمک‌ها و فلزات سنگین.

  • معایب: انرژی‌بر و گران.

روش‌های نوین:

• اسمز معکوس (Reverse Osmosis - RO):

  • مکانیسم: استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا تحت فشار برای جداسازی یون‌ها و مولکول‌های کوچک.

  • فرمول شار جریان:

    Jw​=A(ΔP−Δπ)

    • Jw​: شار آب، A: نفوذپذیری غشا، ΔP: اختلاف فشار، Δπ: اختلاف فشار اسمزی.

  • بازده: ~۹۵–۹۹٪ حذف TDS.

• الکترودیالیز (Electrodialysis - ED):

  • مکانیسم: استفاده از غشاهای انتخابی و جریان الکتریکی برای انتقال یون‌ها.

  • مزایا: مناسب برای آب‌های شور و صنعتی.

بهینه‌سازی روش‌ها:

پارامتر مقدار بهینه

pH برای انعقاد ۶–۷ (آلوم)، ۴–۵ (کلرید فریک)

دوز مواد شیمیایی ۵۰–۲۰۰ mg/L (بسته به کدورت)

زمان تماس در RO ۱–۴ ساعت

ولتاژ در الکتروشیمیایی ۱۰–۳۰ ولت

دمای تقطیر ۱۰۰°C (با کاهش فشار)

فرمول‌های کلیدی:

• راندمان حذف (η):

  η=(1−Cf/Ci)×100

• ایزوترم جذب لانگمویر (Langmuir):

• Ce/qe=1/(KL*qm)+Ce/qm

• نرخ انتقال جرم در RO:

  N=Kw​⋅A⋅(ΔP−Δπ)

ساخت و اجرا:

۱. طراحی سیستم:

• برای TSS: ترکیب ته‌نشینی + انعقاد + فیلتراسیون غشایی.

• برای TDS: ترکیب تبادل یونی + RO + الکترودیالیز.

۲. مواد و تجهیزات:

• TSS: مخازن ته‌نشینی، پمپ‌های تزریق مواد شیمیایی، غشاهای UF/MF.

• TDS: رزین‌های تبادل یونی، غشاهای RO، الکترودهای گرافیتی.

۳. نصب و راه‌اندازی:

• ساخت مخازن با شیب مناسب برای ته‌نشینی.

• نصب سیستم‌های کنترل خودکار (PLC) برای تنظیم pH و دوز مواد شیمیایی.

• استفاده از پمپ‌های فشار بالا در RO.

۴. نگهداری:

• شستشوی معکوس (Backwash) فیلترها هر ۴۸–۷۲ ساعت.

• تعویض غشاهای RO هر ۳–۵ سال.

• نظارت مداوم بر TDS و TSS با استفاده از سنسورهای آنلاین.

نتیجه‌گیری:

• TSS: روش‌های فیلتراسیون غشایی و الکتروکواگولاسیون به دلیل بازده بالا (~۹۹٪) و کاهش لجن، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند.

• TDS: اسمز معکوس و الکترودیالیز بهترین گزینه برای حذف املاح و نمک‌ها هستند.

• ترکیب روش‌ها: در سیستم‌های صنعتی، ترکیب روش‌های فیزیکی، شیمیایی و غشایی بهینه‌ترین راهکار است.

• هزینه و انرژی: بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، دوز مواد شیمیایی و فشار عملیاتی، نقش کلیدی در کاهش هزینه‌ها دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب