انعقاد الکتریکی در مقابل انعقاد شیمیایی

رسوب شیمیایی در تصفیه فاضلاب شامل افزودن مواد شیمیایی برای تغییر وضعیت فیزیکی جامدات محلول و معلق و تسهیل حذف آنها با رسوب می باشد. مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب شامل آلوم، کلرید فریک، سولفات فریک، سولفات آهن و آهک است. معایب ذاتی مرتبط با اکثر فرآیندهای واحد شیمیایی (جذب کربن فعال یک استثنا است) این است که آنها فرآیندهای افزایشی هستند. (Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering Treatment Disposal Use Reuse , Third Edition, page 301-303). این مشکل در فرآیند انعقاد الکتریکی از بین می رود. این مواد شیمیایی نه تنها گران هستند، بلکه مهمتر از آن، افزایش خالص اجزای محلول در فاضلاب، استفاده مجدد از آن را غیرعملی یا غیرممکن می کند.

انعقاد الکتریکی از الکتریسیته برای رسوب دادن جامدات محلول و معلق استفاده می کند. کل مواد جامد محلول در مایع معمولاً بین 27 تا 60 درصد کاهش می یابد. این امکان استفاده مجدد از آب را در بسیاری از کاربردها، مانند استفاده مجدد از آب در عملیات تمیز کردن بخار فراهم می کند. استفاده مجدد از آب مزیت بزرگی را فراهم می کند زیرا این امر تمام نگرانی های مربوط به تخلیه EPA و POTW را از بین می برد و در مورد هزینه های جایگزینی خود آب صحبتی نمی شود.

انعقاد الکتریکی آب تمیزتری نسبت به رسوب شیمیایی یا رسوب تولید می کند ( مهندسی فاضلاب ، صفحه 488). با سخت‌تر شدن الزامات تخلیه، EC ضروری‌تر می‌شود.

 

آ . حذف 99 درصد TSS با EC تولید می کند: 60 درصد TSS (بدون مواد شیمیایی) 1100 پوند / لجن بر اساس ماده خشک (DMB) تولید می کند (حجم، 285 فوت مکعب در روز)

ب. حذف 85 درصد TSS، (با مواد شیمیایی) 3042 پوند/لجن تولید می کند (حجم، 619 فوت مکعب در روز)

1) 1560 پوند در روز لجن از TSS

2) 27 پوند در روز لجن از هیدروکسید فریک

3) 1455 پوند در روز لجن حاصل از کربنات کلسیم

3042 پوند کل لجن به صورت خشک.

ج. حذف 99 درصد TSS با EC باعث می شود:

1) 1817 پوند در روز لجن از TSS

2) 8 پوند در روز لجن از محفظه های آلومینیومی

1825 پوند کل لجن به صورت خشک (حجم، 285 فوت مکعب در روز)

کل لجن تولید شده توسط EC حاوی کمتر از 0.5 درصد منعقد کننده اضافه شده است. کل لجن تولید شده توسط رسوب شیمیایی حاوی 49 درصد منعقد کننده اضافه شده است. لجن اضافه تولید شده توسط رسوب شیمیایی به طور موثر حجم دفع لجن را دو برابر می کند. موضوع زباله های خطرناک ممکن است هزینه را 20 تا 30 برابر افزایش دهد.

در مقایسه با تیمار آلوم، انعقاد الکتریکی تقریباً 83 درصد حجم لجن کمتر و 76 درصد بهبود در نرخ فیلتراسیون ایجاد کرد.

هزینه های دفع لجن قابل توجه است. محل دفن زباله کلاس II در کالیفرنیای شمالی فقط زباله های غیر خطرناک را دفع یا تصفیه می کند. محل دفن زباله 18.00 دلار و بالاتر از حیاط برای پر کردن زمین کلاس II، جامدات غیرقابل شسته شدن در محدوده رطوبت 20 درصد دریافت می کند. بازیافت زباله‌های غیر خطرناک در کالیفرنیای شمالی بسته به مواد جامد و/یا محتوای هیدروکربن، هزینه‌های پردازش را از 0.45 تا 3.00 دلار در هر گالن دریافت می‌کنند. هزینه تخلیه زباله های خطرناک برای لجن فهرست شده F در شمال شرقی کلرادو از 400 تا 600 دلار در هر یارد متغیر است.

هزینه های حمل و نقل قابل توجه است و ممکن است بیشتر از هزینه انعام باشد. هزینه های حمل از 55 تا 70 دلار در ساعت برای مسیرهای کوتاه و 2.20 تا 2.50 دلار به ازای هر مایل بارگیری برای دویدن بیش از 100 مایل برای کامیون های 3500 تا 7000 گالن (10 تا 20 یارد) متغیر است. علاوه بر این، هزینه شستشوی کامیون 200 دلار است. صرفه جویی در حمل و نقل حاصل از EC در مقایسه با بارش شیمیایی معمولاً بیشتر از هزینه راه اندازی و نگهداری سیستم انعقاد الکتریکی عرضه شده توسط Raintech است.

در مثال B، در بالا، 85 درصد از TSS با مواد شیمیایی حذف شد و 3042 پوند لجن روی یک پایه ماده خشک (DMB) تولید کرد. حجم این لجن 619 فوت مکعب در روز بود که 49 درصد آن (1490 پوند DMB مجموعاً 303 فوت مکعب / 11 یارد مکعب) از مواد شیمیایی اضافه شده مورد نیاز برای حذف TSS حاصل می شد. با فرض دو ساعت دویدن برای یک کامیون 10 یاردی با 55 دلار در ساعت با هزینه شستشوی کامیون 200 دلار، هزینه حمل اضافی برای لجن افزوده شیمیایی 310 دلار است.

انعقاد الکتریکی آب فاضلاب شهری اکسیژن دار به شرح زیر است:

تشکیل دهنده	خام	تحت درمان	% حذف
BOD (mg/l)	1050	14	99%
TSS (mg/l)	4620	7	99%
باکتری (cfu)	110,000,000	2700	99%

هزینه انعقاد الکتریکی 0.24 دلار / 1000 گالن برای برق و تعمیر محفظه بود. هزینه عملیات انعقاد الکتریکی 240 دلار در هر 1.0 MGPD است. این صرفه جویی 70 دلاری در روز (310 تا 240 دلار) با انعقاد الکتریکی به تنهایی پس از کسر هزینه عملیاتی انعقاد الکتریکی است.

انعقاد الکتریکی می تواند لجن سازگار با محیط زیست در محدوده pH 6 تا 7 تولید کند. فلزات موجود در لجن در این محدوده pH به شکل غیرخطرناکی به عنوان اکسید تثبیت می‌شوند، که از آزمون‌های شسته‌شویی طبقه‌بندی سمی آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) (TCLP) و آزمون‌های شستشوی STLC و TTLC کالیفرنیا Title 22 عبور می‌کنند.

از سوی دیگر، رسوب شیمیایی معمولاً لجنی را در محدوده pH سوزاننده بالای 10 ایجاد می کند. فلزات به صورت هیدروکسید رسوب می کنند که شکل خطرناکی است زیرا فلزات دوباره در محدوده pH طبیعی در حدود 7 محلول می شوند.

به عنوان مثال، رسوب شیمیایی فسفر با افزودن نمک های یون های فلزی چند ظرفیتی که رسوبات فسفات های کم محلول را تشکیل می دهند، ایجاد می شود. یون های فلزی چند ظرفیتی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از کلسیم (Ca++)، آلومینیوم (Al+++) و آهن (Fe+++).

انعقاد شیمیایی نیاز به افزودن کلسیم دارد که معمولاً به شکل آهک معرفی می شود. با افزایش pH فاضلاب بیش از 10، یون های کلسیم اضافی با فسفات واکنش می دهند. مقدار آهک مورد نیاز برای رسوب فسفر در فاضلاب معمولاً حدود 1.4 تا 1.5 برابر کل قلیائیت بیان شده به عنوان CaCO3 است. از آنجایی که برای رسوب فسفات به مقدار pH بالایی نیاز است، pH معمولاً قبل از تصفیه یا دفع بعدی نیاز به تنظیم دارد.

در مورد زاج و آهن، 1 مول، 1 مول فسفات را رسوب می دهد. این واکنش‌های رسوب شیمیایی باید با توجه به بسیاری از واکنش‌های رقیب، ثابت‌های تعادل مرتبط با آن‌ها، اثرات قلیاییت، pH، عناصر کمیاب و لیگاندهای موجود در فاضلاب در نظر گرفته شوند. بنابراین، دوزها معمولاً بر اساس آزمایش‌های مقیاس رومیزی و گاهاً با آزمایش‌های مقیاس کامل تعیین می‌شوند ( مهندسی فاضلاب ، صفحه 308).

هنگامی که از رسوب شیمیایی استفاده می شود، هضم بی هوازی برای تثبیت لجن ممکن است به دلیل سمی بودن فلزات سنگین رسوب شده امکان پذیر نباشد. ( مهندسی فاضلاب ، صفحه 756). برای کاربرد لجن در زمین، غلظت فلزات سنگین اغلب میزان کاربرد لجن و عمر مفید محل کاربرد لجن را محدود می کند ( مهندسی فاضلاب ، صفحه 772).

کاربرد لجن در زمین برای چندین دهه با موفقیت انجام شده است. لجن ممکن است به (1) زمین کشاورزی، (2) زمین جنگلی، (3) زمین مختل، و (4) سایت های دفع زمین اختصاص داده شده اعمال شود. لجن به عنوان یک نرم کننده خاک برای تسهیل انتقال مواد مغذی، افزایش احتباس آب و بهبود شیب خاک عمل می کند. لجن همچنین به عنوان جایگزینی جزئی برای کودهای شیمیایی گران قیمت عمل می کند. ویژگی‌های لجن که بر مناسب بودن آن برای کاربرد زمین تأثیر می‌گذارد یا بر طراحی سیستم‌های کاربرد زمین تأثیر می‌گذارد شامل محتوای آلی (معمولاً به عنوان جامدات فرار اندازه‌گیری می‌شود)، مواد مغذی، پاتوژن‌ها، فلزات و مواد آلی سمی است. ( مهندسی فاضلاب ، صفحه 903). EC می تواند نگرانی های مربوط به پاتوژن ها و فلزات را از بین ببرد.

همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است، فلزات یک نگرانی عمده در لجن هستند ( مهندسی فاضلاب ، صفحه 772). محتوای فلزات معمولی در لجن فاضلاب:

لجن خشک، میلی گرم بر کیلوگرم

نگرانی های EPA در مورد تجمع فلزات سمی قابل شستشو در خاک ممکن است باعث شود لجن های زیادی در زمین های زباله های خطرناک رسوب کنند. این نه تنها هزینه دفع را چندین برابر افزایش می دهد، بلکه اثر افزودنی مفید خاک را که قبلاً بحث شد، حذف می کند.

واقعیت محدودیت زباله های خطرناک را می توان با محدودیت های قابل قبول دفع در تأسیسات دفع غیر خطرناک مانند Forward, Inc. Stockton, CA نشان داد. Forward, Inc. فقط می‌تواند زباله‌هایی را برای دفع بپذیرد که سطوح فلزات کمتر از محدودیت‌های فهرست‌شده قابلیت شستشوی زیر باشد:

فوروارد هیچ محدودیت ثابتی برای هیدروکربن های نفتی ندارد به جز:

بنزن در 0.5 میلی گرم در لیتر (TCLP).

انعقاد الکتریکی ممکن است به زودی از روش تصفیه اختیاری به روش تصفیه ضروری منتقل شود زیرا EPA ایالات متحده شروع به اجرای قوانین محافظت از محیط زیست در برابر زباله های سمی از جمله فلزات سنگین می کند. انعقاد الکتریکی اکثر جریان های فاضلاب را بهتر تمیز می کند، با هزینه عملیاتی کمتر، لجن کمتری تولید می کند و لجن کیفیت بهتری نسبت به رسوب شیمیایی دارد. فرصت های استفاده مجدد برای آب افزایش می یابد زیرا مواد جامد محلول به جریان فاضلاب اضافه نمی شوند. و محصولات قابل استفاده برداشت می‌شوند زیرا اکسیدهای فلزی آزمایش‌های آب‌شویی را پشت سر می‌گذارند و اجازه می‌دهند لجن به عنوان یک افزودنی خاک مورد استفاده قرار گیرد.