مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف چربی و روغن در تصفیه آب و فاضلاب به دلیل ایجاد مشکلاتی مانند انسداد لوله‌ها، کاهش اکسیژن محلول، و اختلال در فرآیندهای بیولوژیکی، از اهمیت بالایی برخوردار است. چربی‌ها معمولاً در فاضلاب صنایع غذایی، رستوران‌ها، کشتارگاه‌ها و صنایع پتروشیمی یافت می‌شوند. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف چربی، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف چربی:

۱. تله‌های چربی (Grease Traps):

• مکانیسم: جداسازی چربی‌های سبک (مانند روغن) از آب بر اساس اختلاف چگالی.

• ساختار: مخازن با صفحات جداکننده که چربی در سطح آب جمع می‌شود.

• مزایا: ساده و کم‌هزینه برای فاضلاب‌های با جریان کم (مانند رستوران‌ها).

• معایب: نیاز به تمیزکاری دوره‌ای و عدم کارایی برای ذرات ریز.

۲. انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation):

• استفاده از مواد شیمیایی مانند آلوم (Al₂(SO₄)₃)، کلرید فریک (FeCl₃) یا پلیمرهای کاتیونی برای خنثی‌سازی بار سطحی چربی و تشکیل لخته.

• فرمول واکنش آلوم:

  ↑Al3++3HCO3−​→Al(OH)3​↓+3CO2

• مزایا: کاهش ذرات معلق و چربی.

• معایب: تولید لجن و نیاز به دفع مواد شیمیایی.

۳. شناورسازی با هوای محلول (DAF - Dissolved Air Flotation):

• تزریق حباب‌های ریز هوا به آب برای شناورسازی چربی و جمع‌آوری آن از سطح.

• مزایا: بازده بالا (~۹۰٪) برای چربی‌های امولسیونه.

• معایب: هزینه بالای انرژی و تجهیزات.

روش‌های نوین حذف چربی:

۱. بیوراکتورهای هوازی و بی‌هوازی:

• استفاده از باکتری‌های تجزیه‌کننده چربی (مانند Pseudomonas و Bacillus) در سیستم‌های هوازی (فیلترهای بیولوژیکی) یا بی‌هوازی (هاضم‌ها).

• فرمول تجزیه بیولوژیکی:

  CO2​+H2​O+زیست‌توده → میکروب‌ها--- چربی (C57​H104​O6​)+O2​ ​

• مزایا: سازگار با محیط زیست و تبدیل چربی به بیوگاز (در بی‌هوازی).

۲. فناوری نانو (نانو جاذب‌ها):

• استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe₃O₄) یا نانوکامپوزیت‌های کربنی برای جذب و جداسازی چربی.

• مکانیسم: سطح ویژه بالا و گروه‌های عاملی (-OH، -COOH) برای جذب مولکول‌های چربی.

• مزایا: امکان بازیابی جاذب با میدان مغناطیسی و بازده بالا (~۹۵٪).

۳. امواج فراصوت (Ultrasonic Treatment):

• استفاده از امواج با فرکانس بالا (~۲۰–۴۰ kHz) برای شکستن امولسیون چربی-آب.

• مکانیسم: ایجاد حفره‌های ریز (کاویتاسیون) که چربی را به ذرات ریزتر تبدیل می‌کنند.

• مزایا: کاهش نیاز به مواد شیمیایی.

• معایب: هزینه بالای انرژی.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • انعقاد شیمیایی: pH ~۶–۷ برای آلوم و ~۴–۵ برای کلرید فریک.

  • بیوراکتورها: pH ~۶.۵–۸.۵ برای فعالیت بهینه میکروبی.

• دما:

  • بیوراکتورهای بی‌هوازی: دمای بهینه ~۳۵–۳۷°C (مزوفیل).

• زمان ماند هیدرولیکی (HRT):

  • ~۴–۸ ساعت در DAF و ~۱۲–۲۴ ساعت در بیوراکتورها.

• غلظت مواد شیمیایی:

  • دوز آلوم: ۵۰–۱۵۰ mg/L بر اساس غلظت چربی.

فرمول‌های کلیدی:

• محاسبه بار آلی (COD):

  COD=هزار 1000/(غلظت چربی (mg/L)×2.9)​

  (ضریب ۲.۹ برای تبدیل چربی به COD استفاده می‌شود.)

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

ساخت و اجرا:

۱. طراحی سیستم:

• صنایع غذایی: ترکیب تله چربی با DAF و بیوراکتور هوازی.

• رستوران‌ها: استفاده از تله چربی ساده و فیلترهای بیولوژیکی.

• صنایع پتروشیمی: امواج فراصوت + نانو جاذب‌ها.

۲. مواد و تجهیزات:

• مواد شیمیایی (آلوم، پلیمرها)، نانوذرات Fe₃O₄، دستگاه‌های DAF، ژنراتورهای فراصوت.

۳. نصب و راه‌اندازی:

• ساخت مخازن تله چربی، نصب پمپ‌های تزریق مواد شیمیایی، و راه‌اندازی بیوراکتورها.

• استفاده از سنسورهای pH، دما و سطح چربی برای کنترل فرآیند.

۴. نگهداری:

• تمیزکاری دوره‌ای تله‌های چربی، احیای نانو جاذب‌ها، و مدیریت لجن تولیدی.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند تله‌های چربی و DAF به دلیل سادگی و هزینه پایین، هنوز در صنایع کوچک کاربرد دارند. اما روش‌های نوین مانند بیوراکتورهای پیشرفته، نانو جاذب‌ها و امواج فراصوت به دلیل بازده بالا و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های صنعتی بزرگ توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس نوع چربی (امولسیونه یا آزاد)، غلظت، و هزینه پروژه انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، دما و زمان ماند، نقش کلیدی در افزایش بازده دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب