مطالب سایت

دوشنبه ۶ مرداد ۱۳۹۹

بررسی کارآیی فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی در تصفیه فاضلاب صنعت فرآوری محصولات لبنی

بررسی کارآیی فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی در تصفیه فاضلاب صنعت فرآوری محصولات لبنی

چکیده
زمینه و اهداف: فاضلاب صنایع لبنی از مهمترینترین منابع آلاینده برای محیطهای آبی و خاکی می باشد. هدف این مطالعه بررسی میزان
حذف ،CODکدورت و تغییرات pHتوسط فرایند انعقاد و شناورسازی الکتریکی در تصفیه فاضلاب لبنی است.


مواد و روشها

مطالعه حاضر یک مطالعه تجربی-آزمایشگاهی است که با رعایت موازین اخلاقی و اخذ مجوزهای لازم بر روی فاضلاب
کارخانه فرآوری محصولات لبنی هموطن دماوند در راکتور الکتروشیمیایی استوانهای شکل از جنس استیل (الکترود کاتد،) آلومینیوم (الکترودآند) با اتصال دوقطبی سری انجام و تاثیر متغیرهای ،pHزمان واکنش، هدایت و شدت جریان الکتریکی در کارآیی فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت.


یافته ها

نتایج بدست آمده نشان داد که ،pHشدت جریان الکتریکی و زمان واکنش تاثیر قابل ملاحظهای در عملکرد راکتور داشتند و مقادیر
بهینه به ترتیب 3 ،9آمپر و 60دقیقه حاصل گردید. تحت شرایط بهینه، راندمان حذف CODو کدورت به ترتیب برابر با 70/9و 99/08درصد
محاسبه شد و pHپساب خروجی از راکتور 1/6واحد افزایش یافت. همچنین هدایت الکتریکی محلول تاثیری بر روی حذف آلاینده مورد
مطالعه نشان نداد و شاخص حجمی لجن تحت شرایط بهینه 89/01 ml/gبدست آمد.


نتیجه گیری

نتایج نشان داد که فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی میتواند به عنوان یک روش سازگار با محیط زیست در تصفیه
فاضلاب صنایع لبنی به منظور تصفیه اولیه و آمادگی آن برای ورود به واحد بیولوژیکی به علت افزایش نسبت BOD5/CODاز( 0/41فاضلاب
خام) به (0/79پساب) مطرح گردد.


کلید واژه ها

فاضلاب صنایع لبنی، انعقاد و شناورسازی الکتریکی، ، CODکدورت

مقدمه


فاضلابهای صنایع غذایی اکسیژن مورد نیاز شیمیایی CODبالایی
دارند که این امر ناشی از محتوای آلی بالای آنهاست ] .[در این
میان صنایع لبنی به دلیل تولید حجم زیاد فاضلاب (تقریبا 0/2تا
10لیتر فاضلاب به ازاء هر لیتر شیر فراوری شده) از اهمیت خاصی
برخوردارند] .[در بعضی موارد چنین فاضلابهایی تصفیه نشده
و به سادگی در آبهای پذیرنده تخلیه شده و به دلیل دارا بودن
مقادیر بالای ،BOD5 ،CODنیتروژن، فسفر و جامدات معلق اثرات
نامطلوبی را در پیکرههای آبی پذیرنده به دنبال خواهند داشت. انتشار
بوهای شدید و آزار دهنده، چربی و روغن، امکان انتشار پاتوژنها
و محتوای پروتئینی این نوع فاضلاب از مهمترین مسائل مورد توجه
میباشند. دشوار بودن تصفیه فاضلاب صنایع لبنی توجهات زیادی را
در بسیاری از کشورها به خود جلب کرده است. بنابراین، فرایندهای
مختلفی برای تصفیه این نوع فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرد
] .[با توجه به نسبت BOD5/CODفاضلاب صنعت لبنیات
(حدود )0/5میتوان نتیجه گرفت که چنین فاضلابی به خوبی با
استفاده از روشهای بیولوژیکی قابل تصفیه است ] .[در نتیجه
طرح تصفیه ً خانه فاضلاب عمدتا بر پایه حذف بار BODو روغن
و چربی متمرکز بوده است. اکثر تصفیه خانههای فاضلاب صنایع
لبنیات دارای تجهیزات حذف روغن و چربی هستند که از آن جمله
میتوان به حوضهای چربیگیر و سیستمهای شناورسازی با هوای
محلول اشاره کرد. کارایی حوضهای چربیگیر در جداسازی روغن
و چربی آزاد مناسب است. اما نقاطی از تصفیه خانه که در آنها
تجهیزات به طور منظم تمیز نمیشوند، ممکن است به منابع ایجاد
بوهای ناخوشایند تبدیل شوند. این امر بدین علت است که تجزیه
بیولوژیکی مواد لبنی، تحت شرایط بیهوازی منجر به ایجاد ترکیبات
آلی بدبو میگردد. علاوه بر این حذف ترکیبات نیتروژن و فسفر طی
فرایند تصفیه بیهوازی مقدور نیست ] .[لذا بدون در نظر گرفتن
و بررسی محتوای مواد آلی فاضلاب، انتخاب فرایند بیهوازی قبل
از تصفیه هوازی جهت کاهش مواد آلی راهکار مناسبی نمیباشد.
استانداردهای زیست محیطی سختگیرانهتر در طی سالهای اخیر
فرایندهای جدیدی را برای تصفیه موثر و کافی انواع فاضلابهای
صنعتی با بهره برداری نسبتا آسان میطلبند.
براین اساس، فرایند انعقاد الکتریکی ()EC: Electro-Coagulation
با توجه به تطبیق پذیری، کارایی و سازگاری آن با محیط زیست
توجه زیادی را در تصفیه فاضلابهای صنعتی به خود جلب کرده
است. تجهیزات ساده، بهره برداری آسان، زمان واکنش کوتاهتر، عدم
نیاز به تزریق مواد شیمیایی و مقادیر کم رسوبات یا لجن که به آسانی
نیز تهنشین میشود از مهمترین ویژگیهای این روش میباشند ].[
کارایی فرایند انعقاد الکتریکی و موفقیت آن در تصفیه فاضلابهای
شهری ] ،[نساجی ] ،[مرغداری ] ،[شیرابه لندفیل ]،[
صنایع شیمیایی و مکانیکی ] ،[آبهای زیرزمینی آلوده به فلزات
سنگین  ،فاضلاب رستوران  ،صنایع رنگرزی ]
صنایع فراوری روغن زیتون و فاضلاب بازیافت کاغذ 
به اثبات رسیده است. اثر متقابل فرآیندهای الکتروشیمی انعقاد و
شناورسازی در یک راکتور، فرآیند انعقاد و شناورسازی الکتریکی
[. تشکیل]) استECF: Electro-Coagulation Flotation(
کوآگولانت با انحلال یونهای فلزی از الکترود واکنش دهنده
آند، ناپایدارسازی آلایندهها، تجمع فازهای ناپایدار و تشکیل
لخته، مکانیسم فرایند الکتروشیمیایی را شامل میگردند 
معادلات فرآیند با الکترود آلومینیوم به صورت زیر است 

واکنش در آند:
)1(
Al (s) → Al(aq)3+ + 3e-
واکنش در کاتد:
)2(
3H
2O (l) + 3e-→ H2(g) + 3OH(aq)-
واکنش کلی در محلول:
)3(
Al(aq)3++ 3H2O (l) → Al(OH)3 + 3H+


علیرغم تعداد قابل توجه تحقیقات علمی صورت گرفته بر روی
تصفیه فاضلابهای صنعتی توسط ،ECمطالعات اندکی بر روی
تصفیه فاضلاب صنایع لبنی با استفاده از این روش صورت گرفته
و اغلب این مطالعات بر روی فاضلابهای سنتتیک لبنی متمرکز
بودهاند. بنابراین در این مطالعه تاثیر متغیرهای کلیدی فرایند ECاز
قبیل pHاولیه، شدت جریان، زمان واکنش و غلظت اولیه الکترولیت
( )NaClبر روی حذف CODو کدورت با به کارگیری الکترودهای
آلومینیوم و استیل مورد توجه قرار گرفته است.
مواد و روشها
پژوهش حاضر یک مطالعه تجربی- آزمایشگاهی است که با رعایت
موازین اخلاقی و اخذ مجوزهای لازم بر روی فاضلاب واقعی
کارخانه فرآوری محصولات لبنی هموطن دماوند انجام گرفت.
متوسط میزان تولید فاضلاب این کارخانه 70مترمکعب در روز است
و برای تصفیه فاضلاب در حال حاضر از روش لجن فعال استفاده
میشود. نمونهبرداری هر 4ساعت یکبار در طول یک شبانهروز
متناسب با دبی خروجی از کانال سرریز استخر تهنشینی اولیه به
روش مرکب به حجم 60لیتر انجام شد. نمونه در ظرف پلیاتیلن
جمع آوری و تحت شرایط استاندارد به آزمایشگاه منتقل و در دمای
دوره . 4شماره .1بهار 1395جلیلوند و همکاران/3
4oCنگهداری شد. طول زمان ذخیره سازی قبل از شروع انجام
آزمایشات از یک روز تا دو هفته متفاوت بوده است. این طرح
پژوهشی با توجه به ماهیت آن منافاتی با مسائل اخلاقی نداشت.
آزمایشات در یک راکتور استوانهای شکل با جریان منقطع به ارتفاع
25سانتیمتر و قطر 13/4سانتیمتر از جنس استیل غیرمغناطیسی
ضد زنگ با شیر برداشت نمونه تعبیه شده در دیواره راکتور انجام
گرفتند.
همچنین از 3صفحه الکترود آلومینیوم به ابعاد22cm ×8cm× 2mm
به عنوان آند و مجموع 2صفحه الکترود استیل به همراه دیواره و کف
راکتور در نقش کاتد استفاده شد. نحوه اتصال الکترودها به صورت
دوقطبی سری و فاصله بین الکترودها 2سانتیمتر در نظر گرفته شد
(شکل .)1برای انجام آزمایشات انعقاد و شناورسازی الکتریکی، از
یک همزن مغناطیسی مدل JENWAY 1000با سرعت ثابت و یک
منبع تغذیه جریان برق مستقیم مدل RXN-605Dاستفاده شد.
کلیه ترکیبات و مواد شیمیایی مورد استفاده ساخت شرکت مرک
( )Merckآلمان بود. جهت اندازه گیری pHاز دستگاه pHمتر مدل
،CORNING-120کدورت از دستگاه کدورت سنج مدل2100N
Conductivity/ ازدستگاهEC وTDS ، و دماHACH شرکت
TDS Meterشرکت HACHاستفاده شد.
در این تحقیق تاثیر متغیرهای ،4( pHواقعی فاضلاب و ،)9زمان
واکنش ( 30 ،10و 60دقیقه،) هدایت الکتریکی با افزودن ،0/5 ،0/2
1و 1/5 gNaCl /Lبه نمونه فاضلاب واقعی تغییر داده شد و
شدتهای جریان الکتریکی 3 ،1 ،0/75 ،0/5 ،0/25و 5آمپر بر
کارآیی فرایند مورد ارزیابی قرار گرفت. قبل از انجام هر آزمایش،
الکترودها با اسکاچ نرم تمیز و با آب مقطر دو بار تقطیر شسته شده
و سپس با محلول اسید کلریدریک 1Nو آب مقطر آبکشی شدند.
کلیه آزمایشات در این تحقیق در دمای محیط آزمایشگاه 23 ±1 0C
انجام گرفتند. برای تنظیم pHاز اسیدسولفوریک 4Nو هیدروکسید
سدیم 4Nاستفاده شد. در هر مرحله آزمایش مقدار 1/4لیتر نمونه
فاضلاب پس از تنظیم pHو سایر متغیرها در راکتور تخلیه گشته
و با در نظر گرفتن متغیرهای مورد مطالعه، فرایند با زمان مشخص
بر روی نمونه انجام و سپس با نمونه برداری از مایع داخل راکتور
پس از 30دقیقه تهنشینی و از مایع رویی، آزمایشات جهت تعیین
محدوده پارامترهای بهینه انجام گرفت. کلیه آزمایشات مطابق با
روشهای استاندارد آزمایشهای آب و فاضلاب ] [20انجام گرفتند.
برای ارزیابی کارآیی فرایند ( % )Removal Effciencyاز پارامتر
CODو کدورت مطابق رابطه زیر استفاده گردید.
:C0غلظت )mg/L( CODیا کدورت ( )NTUنمونه پساب قبل
از انجام فرایند
:Cغلظت )mg/L( CODیا کدورت ( )NTUپساب خروجی از
راکتور با فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی
شکل -1شماتیک راکتور انعقاد و شناورسازی الکتریکی
یافتهها
نتایج میانگین 3بار آنالیز پساب خروجی استخر تهنشینی اولیه
کارخانه فرآوری محصولات لبنی هموطن دماوند در جدول 1آورده
شده است.
جدول -1مشخصات پساب خروجی استخر تهنشینی اولیه کارخانه فرآوری
محصولات لبنی هموطن دماوند

پارامتر واحد مقدار
6/5 --- pH
1277 NTU کدورت
3060 mg/L COD
BOD
5
1260 mg/L
380 mg/L کلرور
هدایت الکتریکی 2850 µs/cm
BOD
5/COD نسبت
0/41 ---


همانگونه که ملاحظه میگردد، فاضلاب مورد مطالعه از محتوای
آلی نسبتا بالایی برخوردار بوده، اما قابلیت تصفیه بیولوژیکی
متوسطی را نشان میدهد. نتایج حاصل از تاثیر تغییرات ،pHزمان
/4فصلنامه بهداشت در عرصه کارآیی انعقاد و شنا ور سازی الکتریکی در تصفیه فاضلاب لبنی
واکنش(دقیقه،) غلظت کلرید سدیم ( )g/Lو شدت جریان الکتریکی
(آمپر) بر راندمان حذف CODو کدورت در نمودارهای 1تا 4
آورده شده است.
نمودار -1تاثیر تغییرات pHبر راندمان حذف CODو کدورت (زمان واکنش
30دقیقه، هدایت الکتریکی 2850 µs/cmشدت جریان الکتریکی 3آمپر)
نمودار -2تاثیر زمان واکنش(دقیقه) بر راندمان حذف CODو کدورت
( ، pH=9هدایت الکتریکی ،2850 µs/cmشدت جریان الکتریکی 3آمپر)
نمودار -3تاثیر غلظت کلرید سدیم ( ، )g/Lبر راندمان حذف CODو
کدورت ( ، pH=9زمان واکنش 60دقیقه، شدت جریان الکتریکی 3آمپر)
نمودار -4تاثیر شدت جریان الکتریکی(آمپر) بر راندمان حذف CODو
کدورت ( ، pH=9زمان واکنش 60دقیقه، هدایت الکتریکی )2850 µs/cm
نتایج حاصل از تاثیر تغییرات pHاولیه فاضلاب ورودی، زمان
واکنش(دقیقه) و شدت جریان الکتریکی (آمپر) بر روی pHپساب
خروجی از راکتور در نمودارهای 5تا 7آورده شده است. در ادامه،
نتیجه تاثیر شدت جریان الکتریکی(آمپر) بر روی حجم لجن تشکیل
شده ( )ml/Lو شاخص حجمی لجن ( ) ml/gدر فرایند تلفیقی
انعقاد و شناورسازی الکتریکی در نمودار 8آورده شده است.
نمودار -5تاثیر تغییرات pHاولیه فاضلاب ورودی بر روی pHپساب
خروجی از راکتور با فرایند تلفیقی انعقاد و شناور سازی الکتریکی (زمان واکنش
30دقیقه، هدایت الکتریکی ،2850 µs/cmشدت جریان الکتریکی 3آمپر)
نمودار -6تاثیر زمان واکنش(دقیقه) بر روی pHپساب خروجی از راکتور
با فرایند تلفیقی انعقاد و شناور سازی الکتریکی ( ، pH=9هدایت الکتریکی
،2850 µs/cmشدت جریان الکتریکی 3آمپر)
دوره . 4شماره .1بهار 1395جلیلوند و همکاران/5
نمودار -7تاثیر شدت جریان الکتریکی(آمپر) بر روی pHپساب خروجی
از راکتور با فرایند تلفیقی انعقاد و شناور سازی الکتریکی ( ، pH=9هدایت
الکتریکی ، 2850 µs/cmزمان واکنش 60دقیقه)
نمودار - 8تاثیر شدت جریان الکتریکی(آمپر) بر روی حجم لجن تشکیل
شده ( )ml/Lو شاخص حجمی لجن ( )ml/gدر فرایند تلفیقی انعقاد و
شناورسازی الکتریکی ( ، pH=9زمان واکنش 60دقیقه، هدایت الکتریکی
) 2850 µs/cm
بحث
تاثیر pH
pHبه عنوان یک پارامتر مهم اثر قابل توجهی بر عملکرد فرایند
ECFدارد ] .[1مطابق نمودار 1افزایش pHاز 4به pHواقعی
فاضلاب ( )6/5منجر به کاهش و از pHواقعی فاضلاب بهpH= 9
منجر به افزایش کارآیی فرایند گردید. نتایج این مطالعه مشابه نتایج
مسعودینژاد و همکاران در سال 2012بر روی حذف رنگ از
فاضلاب صنایع نساجی پلی آکریلیک توسط فرایند انعقاد الکتریکی
است به طوری که کارایی حذف CODدر pHهای 7 ، 4و 9به
ترتیب برابر 31 ، 69و 46درصد گزارش شده است ] .[21این
نتایج عکس نتایج میرجی و همکاران در سال 2015بود که بالاترین
کارآیی حذف CODرا در pHحدود 7به علت استفاده از فاضلاب
سنتتیک لبنی (انحلال پودر شیرخشک در آب،) فاصله بین الکترودها
( ،)cm1اسید بوریک، غلظت کلرید سدیم ( ،)5 g/Lولتاژ( 8ولت)
و زمان واکنش ( 60دقیقه) گزارش دادهاند ].[22
همچنین نتایج این مطالعه عکس نتایج یاویوز و همکاران در سال
2011بود که بالاترین کارایی حذف CODرا در pHواقعی
فاضلاب 6/5-7نسبت به pH= 5و pH= 6به علت نوع مشخصات
فاضلاب صنعت لبنی مورد استفاده، نوع الکترود آند مصرفی (آهن،)
استفاده از ترکیبات آب اکسیژنه و سولفات سدیم در فرایند انعقاد و
شناورسازی الکتریکی گزارش دادهاند ] .[23با توجه به نتایج حاصل
از مطالعات میتوان گفت که تغییرات کارآیی فرایند در اثر تغییرات
pHبه ماهیت واکنش بین یونهای آلومینیوم و هیدروکسید وابسته
است. هنگامی که pHمطالعه بین 4-9باشد یونهای و
، گونههای متنوع مونومریک مانند و و
گونههای پلیمریک مانند و و
را تولید میکنند که سرانجام به غیر متبلور نامحلول
از طریق کینتیک ترسیب/ پلیمریزاسیون تغییر شکل میدهند ].[24
لختههای مساحت سطحی بزرگتری دارند که برای
جذب ترکیبات آلی محلول و به دام انداختن ذرات کلوئیدی مفیدند
] .[21مطالعات نشان داده است که در pH= 4احتمالاً عوامل منعقد
کننده موثر مانند و بیشتر است که منجر
به کارآیی بالاتر فرایند نسبت به pHفاضلاب واقعی گردیده است.
در pHفاضلاب واقعی، کارآیی حذف آلایندهها پایینتر است و
دلیل آن احتمالا" تراکم کمتر عوامل منعقد کننده به علت تشکیل
محلول از باشد ] .[25افزایش کارآیی
حذف آلایندهها در pH=9به دلیل تولید انواع مختلفی از گونههای
منعقد کننده موثر میباشد که منجر به افزایش کارآیی فرایند نسبت
به pHفاضلاب واقعی شده است ].[21در زمان واکنش 30دقیقه با
pHبرابر ،4واقعی فاضلاب ( )6/5و 9به ترتیب 99/76 ،98 /42
و 97/37درصد از کدورت طی فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی
الکتریکی حذف شد. این نتایج مطابق با نتایج شیوا یوقیمات و
همکاران در سال 2015است که بالاترین راندمان حذف کدورت
را در pH=7داشتند ] .[26بنابراین میتوان گفت که فرایند ECF
با الکترود آلومینیوم در pHهایی با محدوده قلیایی برای این نوع
فاضلابها موثرتر است.
تاثیر زمان واکنش
مطابق با قانون فارادی با افزایش زمان الکترولیز، غلظت یونهای
تولیدی و در نتیجه لختههای هیدروکسید افزایش مییابد و به این
ترتیب انعقاد شکل میگیرد ] .[27مطابق نمودار 2با افزایش زمان
واکنش از 10به 60دقیقه، کارآیی حذف CODاز 45/72درصد
به 71/86درصد افزایش مییابد. این نتایج مشابه نتایج میرجی و
همکاران در سال 2015بود که نشان دادند با افزایش زمان واکنش از
/6فصلنامه بهداشت در عرصه کارآیی انعقاد و شنا ور سازی الکتریکی در تصفیه فاضلاب لبنی
5به 30دقیقه راندمان حذف CODاز 30درصد به 88/54درصد
افزایش مییابد ] .[22همچنین افزایش زمان واکنش منجر به افزایش
کارآیی فرایند حذف کدورت گردید. این نتایج مطابق با نتایج شیوا
یوقیمات و همکاران در سال 2015است که نشان دادند با افزایش
زمان، راندمان حذف کدورت افزایش مییابد به طوری که از زمان
15دقیقه به 75دقیقه بر روی نمونه فاضلاب واقعی راندمان 92/2
درصد حاصل شد ].[26
تاثیر هدایت الکتریکی
اثر نوع و غلظت الکترولیت در کارایی فرایند ECFبه طور گستردهای
مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از کلرید سدیم برای افزایش
هدایت الکتریکی محیط اغلب نسبت به ترکیبات دیگر همانند کلرید
پتاسیم، نیترات سدیم، نیتریت سدیم و ... برتری دارد ] ،[28زیرا
یونهای کلراید اثرات نامطلوب آنیونهای دیگر مانند را
با جلوگیری از رسوب یونهای کلسیم موجود در فاضلاب کاهش
میدهند؛ بدلیل رسوب سولفاتها و کربناتها در سطح الکترود،
باعث کاهش راندمان فرایند میشود. در واقع رسوب به شکل یک
لایه عایق در سطح الکترود باعث مهار انحلال فلز میشود. در یک
شدت جریان الکتریکی ثابت، اثر افزایش غلظت الکترولیت، کاهش
ولتاژ بین الکترودها است. بر اساس مطالعه هانگ و همکاران در سال
2008یونهای کلرور در محلولهای حاوی Al(OH)3میتواند
AlCl
گونههای متوسطی از Al(OH)Cl2 ،Al(OH)2Clو 3
را تشکیل دهد. تشکیل یون AlCl4در حضور یون کلرور بیش
ازحد، کمک به انحلال گونههای ) Al(IIIمینماید. بنابراین مقدار
گونههای آلومینیوم قابل دسترس برای فرایند انعقاد کاهش یافته
و بنابراین منجر به کاهش راندمان تصفیه میشود ] .[29،30نتایج
نمودار 3نشان ميدهد که با افزایش کلرید سدیم جهت افزایش
هدایت الکتریکی فاضلاب، راندمان حذف CODدر شرایط هدایت
الکتریکی واقعی فاضلاب ( 2850 µs/cmو بدون افزودن کلرید
سدیم) و افزودن 1/5 g/Lکلرید سدیم به نمونه واقعی فاضلاب به
ترتیب از 70/9درصد به 62/72درصد کاهش یافت.
مطابق مطالعه بنسادوک و همکاران در سال 2011بر روی فاضلاب
سنتتیک لبنی با استفاده از ترکیب الکترودهای آلومینیوم و پلاتین/
تیتانیوم نتایج مشابهی حاصل شد، به نحوی که در مطالعه بنسادوک
و همکاران در سال 2011افزایش کلرید سدیم به نمونه فاضلاب
تا غلظت خاصی (از 0/5به ،)1/5 g/Lمنجر به افزایش راندمان
حذف CODشده است و افزایش بیشتر کلرید سدیم از غلظت
خاص (از 1/5به ،)2 g/Lبه نمونه فاضلاب منجر به کاهش راندمان
حذف CODشده است. علت این افزایش و کاهش در راندمان
حذف CODمرتبط با تاثیر مثبت و منفی کلرید سدیم است. اثر
مثبت غلظت کلرید سدیم، سرعت انحلال الکترود آلومینیوم توسط
خوردگی شیمیایی و الکتروشیمیایی را افزایش میدهد و اثر منفی
کلرید سدیم در غلظتهای بالاتر با انحلال گونههای ) Al(IIIتوسط
یونهای کلرور همراه است ] .[30جهت تایید نتایج حاصله و بررسی
بیشتر، تکرار آزمایشات انجام شد. در مرحله تکرار آزمایشات جهت
حذف بیشتر عوامل مداخله کننده در آزمایش CODمانند یونهای
کلرور، به علت افزایش غلظت کلرید سدیم ( )1/5 g/Lبه نمونه
فاضلاب واقعی و متعاقبا افزایش غلظت یونهای کلرور با هدف
جلوگیری از ترکیب یونهای کلرور با نقره و دی کرومات در
آزمایش CODو ایجاد خطا در نتیجه آزمایش، از 3برابر مقدار
استاندارد سولفات جیوه مصرفی در آزمایش CODاستفاده شد.
تحت این شرایط، راندمان حذف CODدر شرایط هدایت الکتریکی
واقعی فاضلاب (بدون افزودن کلرید سدیم) و افزایش غلظت کلرید
سدیم ( )1/5 g/Lبه نمونه فاضلاب واقعی به ترتیب از 70/9به
65/45درصد کاهش یافت. علت کاهش راندمان را میتوان به تاثیر
منفی کلرید سدیم در غلظتهای بالاتر جستجو نمود که پیشتر
بحث گردید. همچنین در این مرحله با افزایش غلظت کلرید سدیم
راندمان حذف کدورت از 99/08درصد به 92/33درصد کاهش
یافت. این نتیجه با نتایج مطالعه کوشواها و همکاران در سال 2010
که با هدف بررسی حذف مواد آلی از فاضلاب صنایع لبنی با روش
تصفیه الکتروشیمی انجام گرفت، مطابقت دارد ] .[31بنابراین انجام
فرآیند (بر روی فاضلاب واقعی صنایع لبنی) نیازمند افزودن کلرید
سدیم برای ایجاد تغییرات هدایت الکتریکی به این فاضلاب نیست
و این نکته از نظر اقتصادی و عدم تولید حجم بیشتر لجن شیمیایی
حایز اهمیت است.
تاثیر شدت جریان الکتریکی
مطابق قانون فارادی، تولید یونهای آلومینیوم درحذف CODبه شدت
جریان و زمان واکنش وابسته است. شدت جریان الکتریکی به عنوان
مهمترین پارامتر عملیاتی، تعیین کننده میزان دز فلز الکتروشیمیایی
به آب و تراکم تولید حباب الکترولیتی است ] .[32،33سطوح براق
مانند استیل ضد زنگ، بهترین حبابها را از نظر اندازه و شار تولید
میکند که نقش مهمی در شناورسازی ذرات با اندازههای مختلف
ایفا میکند؛ به طوری که با افزایش شدت جریان، اندازه حباب گاز
کاهش مییابد ] .[33بنابراین با کاهش اندازه و افزایش تراکم حباب
گاز، بهترین راندمان در فرایند شناورسازی الکتریکی حاصل میشود
] .[34مطابق نتایج نمودار 4با افزایش شدت جریان الکتریکی،
راندمان حذف آلاینده افزایش مییابد؛ به گونهای که کمترین میزان
حذف CODو کدورت در شدت جریان الکتریکی 0/25آمپر به
ترتیب 57/51و 96/82درصد و بیشترین میزان حذف CODو
دوره . 4شماره .1بهار 1395جلیلوند و همکاران/7
کدورت در شدت جریان الکتریکی 5آمپر به ترتیب 67/97و99/63
درصد حاصل شد. این نتیجه با نتایج مطالعه امام جمعه و همکاران
در سال 2009مطابقت دارد که با هدف بررسی حذف آلایندهها
توسط فرایندهای انعقاد الکتریکی، انعقاد و شناورسازی الکتریکی،
انجام گرفت ] .[18مطابق نمودار 8افزایش شدت جریان الکتریکی
از 0/25آمپر به 5آمپر، حجم لجن به ترتیب 62/5و 210میلیلیتر
بر لیتر و شاخص حجمی لجن به ترتیب 232/8و 547/82میلی
لیتر بر گرم حاصل شد. اما بر اساس مطالعه گولتیک و همکارش در
سال 2012شاخص حجمی لجن با تهنشینی خوب در شدت جریان
الکتریکی 3آمپر معادل 89/01میلی لیتر بر گرم آنالیز شد ].[35
تغییرات pHپساب خروجی
مطابق با نتایج نمودار ،5مقدار 3/16 ،1/96و 0/86واحد به مقادیر
pHاولیه در طی فرایند انعقاد و شناورسازی الکتریکی با زمان
واکنش 30دقیقه و شدت جریان 3آمپر افزوده گردید. افزایش pH
خروجی در محیط اسیدی ( ) pH=4و واقعی فاضلاب ( )6/5به
دلیل تولید تدریجی گاز هیدروژن در اطراف الکترود کاتد و تشکیل
یون است. افزایش pHخروجی در محیط قلیایی به مقدار کم،
ناشی از تشکیل Al(OH)3در اطراف الکترود آند است که باعث
آزاد شدن و کاهش pHمیشود یا میتواند ناشی از تشکیل
رسوبات هیدروکسید سایر کاتیونها باشد که قلیائیت را مصرف
میکنند ] .[21بر اساس نتایج نمودار 6با افزایش زمان از 30به60
دقیقه مقدار 1/6واحد نسبت به pHاولیه محلول افزوده میشود که
با افزایش زمان تولید یون هیدروکسیل در کاتد افزایش مییابد و
این عامل باعث افزایش pHپساب میگردد. مطابق با نتایج نمودار
،7افزایش شدت جریان الکتریکی از 0/25به 5آمپر به ترتیب مقدار
0/22و 1/3واحد به pHاولیه محلول افزوده میشود. نتایج این
مطالعه با نتایج مطالعه انجام شده توسط رویز در سال 2012که در
آن pHپساب طی فرایند انعقاد الکتریکی بر روی فاضلاب صنایع
لبنی با افزایش 1/5-2واحد و همچنین مطالعات براهمی و همکاران
در سال 2015مطابقت داشت ].[36،37
نتیجه گیری
تصفیه فاضلاب صنعتی کارخانه فرآوری محصولات لبنی هموطن
دماوند با استفاده از الکترودهای آلومینیوم به عنوان آند و الکترود
استیل به عنوان کاتد در یک فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی
الکتریکی در راکتور الکتروشیمیایی با جریان منقطع مورد مطالعه
قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر میزان
کارآیی فرایند نشان داد که pHمحلول، شدت جریان الکتریکی و
زمان واکنش از پارامترهای موثر بر کارآیی حذف CODو کدورت
است. محدوده شرایط عملیاتی بهینه به منظور دستیابی به بیشترین
کارآیی حذف در ،pH= 9شدت جریان الکتریکی 3آمپر و زمان
واکنش 60دقیقه حاصل شد که در این شرایط راندمان حذف COD
و کدورت به ترتیب 70/9و 99/08درصد و افزایش 1/6واحد در
pHپساب خروجی از راکتور نسبت به pHورودی به راکتور و
شاخص حجمی لجن 89/01 ml/gحاصل شد. در مجموع با توجه
به نتایج کسب شده میتوان اظهار داشت که این فرایند میتواند به
عنوان یک روش سازگار با محیط زیست در تصفیه فاضلاب کارخانه
فرآوری محصولات لبنی به منظور کاهش غلظت آلایندهها و آمادگی
آن برای ورود به سایر واحدهای تصفیه مانند واحد بیولوژیکی به
علت افزایش نسبت BOD5/CODاز ( 0/41فاضلاب خام) به
( 0/79پساب) با لحاظ نمودن جنبههای اقتصادی مطرح شود.

نظرات کاربران (۰)