تغليظ لجن تصفيه خانه بهداشتي شركت ايران¬خودرو با استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي
محورهای موضوعی : آلودگی منابع آبليلي معصومي قلعه 1 , علي صيادي ملكامي 2 , امیر امامی 3 , نعيمه شيراكبري 4 , جواد مدبر 5 , مجيد جواديان سرچشمه 6
1 - مسئول آزمايشگاه كيفي آب ايران خودرو
2 - كارشناس ايرانخودرو
3 - كارشناس آزمايشگاه كيفي آب ايران خودرو
4 - كارشناس كيفي مواد شيميايي ايران خودرو
5 - رئيس اداره بهينه سازي مصرف انرژي ايران خودرو
6 - كارشناسي آزمايشگاه كيفي آب ايران خودرو
کلید واژه: راكتوركاويتاسيون پلاسمايي, تغليظ لجن بهداشتي, تصفيه¬خانه, سانتريفيوژ,
چکیده مقاله :
به منظور متراكم سازي لجن هاي بهداشتي معمولا از دو نوع دستگاه آبگيري تكميلي سانتريفيوژ و اسكروپرس استفاده مي شود. در اين مقاله به منظور افزايش راندمان و رطوبت گيري حداكثر در مرحله نهايي تصفيه خانه از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي استفاده شد. نمونه ورودي سيستم مورد بررسي، لجن خروجي فرآيند تصفيه خانه فاضلاب بهداشتي شركت ايران خودرو پس از ورود به حوض هاضم و ماند يك ساعت است. با استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي توسط ركتيفاير، ولتاژ 50 ولت و جريان 110 آمپر به 5 الكترود آهني موجود در مخزن راكتور كاويتاسيون به حجم 1 متر مكعب اعمال شده و نمونه طي مدت 8 روز و هر روز به مدت زمان 8 ساعت تست شد. سپس تاثير حضور راكتور كاويتاسيون بر روي ميزان درصد ماده خشك در مقايسه با زماني كه سيستم سانتريفيوژ و مولتي ديسك اسكرو پرس به تنهايي استفاده مي شد مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج صنعتي و آزمايشگاهي، كاهش بيش از ٨٠ درصد حجم لجن مرطوب روزانه (تبديل ١٠٠ مترمكعب لجن دفعي روزانه به حدود ٢٠ مترمكعب) مشاهده شد. همچنين،COD آب خروجي از مخزن نهايي كاويتاسيون كمتر از 200 ميليگرم بر ليتر بود، به علاوه، ميزان كدورت پس از تصفيه با گذشتن از فيلتر هاي شني در مراحل نهايي به زير 50 NTU رسيد كه اين ميزان قابليت استفاده در مصارف آبياري و كشاورزي را دارد . استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي در كاهش زمان ته نشيني و حجم نهايي لجن مرطوب تاثيرگذار بود.
In order to condensing the sanitary sludge, two types of complementary centrifugal and screw press devices are usually used. In this paper, in order to increase the efficiency and maximum dewatering in the final stage of the treatment plant, plasma cavitation reactor was used. The input sample of the studied system is the output sludge of the sanitary wastewater treatment plant process of IKCO after entering the digestion tank and staying for one hour. Using a plasma cavitation reactor by rectifier, a voltage of 50 volts and a current of 110 amps was applied to 5 iron electrodes in the cavitation reactor tank with a volume of 1 m3 and the sample was tested for 8 days and every day for 8 hours. Then, the effect of the presence of cavitation reactor on the percentage of dry matter is compared with the centrifuge and multi-disc screw press system when they used alone. Based on industrial and laboratory results, a decrease of more than 80% of wet sludge (conversion of 100 m3 of sludge to about 20 m3 daily) was observed daily. Also, the COD of the outlet water from the final cavitation tank was less than 200 mg/L, also, the amount of its turbidity reached below 50 NTU after passing through sand filters in the final stages which can be used for irrigation and agriculture. Using plasma cavitation reactor was effective in reducing settling time and the final volume of wet sludge.
كاظم گوديني، زينب معصومي، قاسم آذربان، زهرا عطافر، امير باقي، (1393). "بررسي آبگيري لجن فعال فاضلاب شهري با استفاده از فرآيند الكتروفلوتاسيون: بهينه سازي پارامترهاي بهرهبرداري و مصرف انرژي"، مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي و خدمات بهداشتي درماني همدان، دوره بيست ويكم، شماره 4، شماره مسلسل74
عليرضا رحماني، سمانه شانه ساز، کاظم گودینی، قاسم آذریان، (1394). "کارايي فرآيند الکترواکسيداسيون در تصفيه فاضلاب کارخانه هاي کشمش پاک کنی شهرستان ملایر"، مجله علمي پژوهان، دوره 14، شماره 1، صفحات 3 تا 30
مقداد پیرصاحب، عبداله درگاهی، هانیه باصری نیا، امیرحسام حسنی، (1392). "بررسی کارایی واحدهای تغلیظ، هضم هوازی و آبگیری در تصفیه لجن تصفیه‌خانه فاضلاب شهرک قدس تهران"، شانزدهمین همایش ملی بهداشت محیط ایران، تبريز، https://civilica.com/doc/237564
محسن سعيدي، امين خلوتي فهلياني، (1389)، "كاهش COD پساب خروجي پالايشگاه گازي پارس جنوبي به روش انعقاد الكتريكي" مجله آب و فاضلاب، سال 1، 1389 ، صفحات 40-48
محسن اربابي، محمد علی احمدی، مرتضی سدهی، (1393)، " بهينه سازي حذف COD و رنگ حاصل از فاضلاب خمير مايه با استفاده از اكسيداسيون فنتون" مجله سلامت و محيط، فصلنامه ي علمي پژوهشي انجمن علمي بهداشت محيط ايران، دوره هفتم، شماره سوم، صفحات 375 تا 384
An, C., Huang, G., Yao, Y., & Zhao, S. (2017). Emerging usage of electrocoagulation technology for oil removal from wastewater: A review. Science of the Total Environment, 579, 537-556.
Abbas, S. H., & Ali, W. H. Electrocoagulation Technique Used To Treat Wastewater: A.
Barrera-Díaz, C. E., Balderas-Hernández, P., & Bilyeu, B. (2018). Electrocoagulation: Fundamentals and prospectives. In Electrochemical water and wastewater treatment (pp. 61-76). Butterworth-Heinemann.
Chakchouk, I., Elloumi, N., Belaid, C., Mseddi, S., Chaari, L., & Kallel, M. (2017). A combined electrocoagulation-electrooxidation treatment for dairy wastewater. Brazilian journal of chemical engineering, 34, 109-117.
Chaturvedi, S. I. (2013). Electrocoagulation: a novel waste water treatment method. International journal of modern engineering research, 3(1), 93-100.
Dular, M., Griessler-Bulc, T., Gutierrez-Aguirre, I., Heath, E., Kosjek, T., Klemenčič, A. K., ... & Kompare, B. (2016). Use of hydrodynamic cavitation in (waste) water treatment. Ultrasonics sonochemistry, 29, 577-588.
Espinoza-Cisternas, C., & Salazar, R. (2018). Application of electrochemical processes for treating effluents from landfill leachate as well as the agro and food industries. In Electrochemical Water and Wastewater Treatment (pp. 393-419). Butterworth-Heinemann.
Fanun, M. (Ed.). (2014). The role of colloidal systems in environmental protection. Elsevier.
Standard Methods For The Examination Of Water And Waste Water, 2005, 2540 B
Hendricks, D. (2016). Fundamentals of water treatment unit processes: physical, chemical, and biological. Crc Press.
Jing, G., Ren, S., Pooley, S., Sun, W., Kowalczuk, P. B., & Gao, Z. (2021). Electrocoagulation for industrial wastewater treatment: an updated review. Environmental Science: Water Research & Technology, 7(7), 1177-1196.
Koparal, A. S., & Öğütveren, Ü. B. (2002). Removal of nitrate from water by electroreduction and electrocoagulation. Journal of hazardous materials, 89(1), 83-94.
Kumar, P. R., Chaudhari, S., Khilar, K. C., & Mahajan, S. P. (2004). Removal of arsenic from water by electrocoagulation. Chemosphere, 55(9), 1245-1252.
Kumar, A. N., Bandarapu, A. K., & Mohan, S. V. (2019). Microbial electro-hydrolysis of sewage sludge for acidogenic production of biohydrogen and volatile fatty acids along with struvite. Chemical Engineering Journal, 374, 1264-1274.
Kumar, A. N., Bandarapu, A. K., & Mohan, S. V. (2019). Microbial electro-hydrolysis of sewage sludge for acidogenic production of biohydrogen and volatile fatty acids along with struvite. Chemical Engineering Journal, 374, 1264-1274.
Linares Hernández, I., Barrera Díaz, C., Valdes Cerecero, M., Almazan Sanchez, P. T., Castaneda Juarez, M., & Lugo Lugo, V. (2017). Soft drink wastewater treatment by electrocoagulation–electrooxidation processes. Environmental technology, 38(4), 433-442.
Priya, M., & Jeyanthi, J. (2019). Removal of COD, oil and grease from automobile wash water effluent using electrocoagulation technique. Microchemical Journal, 150, 104070.
Wang, L., Yang, C., Thangavel, S., Guo, Z., Chen, C., Wang, A., & Liu, W. (2021). Enhanced hydrogen production in microbial electrolysis through strategies of carbon recovery from alkaline/thermal treated sludge. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 15(4), 1-10.
Zeman, F. (Ed.). (2012). Metropolitan sustainability: Understanding and improving the urban environment. Elsevier.
پژوهش و فناوری محیط زیست، 1401 7(11)، 69-78
| |||
تغليظ لجن تصفيه خانه بهداشتي شركت ايرانخودرو با استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي |
| ||
1- ايران خودرو، معاونت خدمات فني، مديريت انرژي، آزمايشگاه كنترل كيفي آب 2- ايران خودرو، معاونت كيفيت، مديريت تضمين كيفيت مواد شيميايي | ||
چکیده | اطلاعات مقاله | |
به منظور متراكمسازي لجنهاي بهداشتي معمولا از دو نوع دستگاه آبگيري تكميلي سانتريفيوژ و اسكروپرس استفاده ميشود. در اين مقاله به منظور افزايش راندمان و رطوبتگيري حداكثر در مرحله نهايي تصفيهخانه از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي استفاده شد. نمونه ورودي سيستم مورد بررسي، لجن خروجي فرآيند تصفيه خانه فاضلاب بهداشتي شركت ايرانخودرو پس از ورود به حوض هاضم و ماند يك ساعت است. با استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي توسط ركتيفاير، ولتاژ 50 ولت و جريان 110 آمپر به 5 الكترود آهني موجود در مخزن راكتور كاويتاسيون به حجم 1 متر مكعب اعمال شده و نمونه طي مدت 8 روز و هر روز به مدت زمان 8 ساعت تست شد. سپس تاثير حضور راكتور كاويتاسيون بر روي ميزان درصد ماده خشك در مقايسه با زماني كه سيستم سانتريفيوژ و مولتي ديسك اسكرو پرس به تنهايي استفاده ميشد مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج صنعتي و آزمايشگاهي، كاهش بيش از ٨٠ درصد حجم لجن مرطوب روزانه (تبديل ١٠٠ مترمكعب لجن دفعي روزانه به حدود ٢٠ مترمكعب) مشاهده شد. همچنين،COD آب خروجي از مخزن نهايي كاويتاسيون كمتر از 200 ميليگرم بر ليتر بود، بهعلاوه، ميزان كدورت پس از تصفيه با گذشتن از فيلتر هاي شني در مراحل نهايي به زير 50 NTU رسيد كه اين ميزان قابليت استفاده در مصارف آبياري و كشاورزي را دارد . استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي در كاهش زمان تهنشيني و حجم نهايي لجن مرطوب تاثيرگذار بود. | نوع مقاله: پژوهشی
تاریخ دریافت: 28/10/1400 تاریخ پذیرش: 13/02/1401 دسترسی آنلاین: 25/06/1401
كليد واژه‌ها: راكتوركاويتاسيون پلاسمايي، تغليظ لجن بهداشتي، تصفيهخانه، سانتريفيوژ | |
| ||
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: emami.a.88@gmail.com
Journal of Environmental Research and Technology, 7(11)2022. 69-78
|
Use of plasma cavitation reactor in condensation of sanitary treatment plant sludge in IKCO Javad Modaber1, Leili, Masoumi Ghaleh1, Ali Sayadi Malakami1, Amir Emami1* , Naeemeh Shirakbari2, Majid javadyan Sarcheshme11
1. IKCO, Deputy of Technical Services, Energy Management, Water Quality Control Laboratory 2. IKCO, Deputy of Quality, Management of Chemicals Quality Assurance | ||
Article info | Abstract | |
Article type: Research Article
Keywords: Plasma Cavitation reactor, Condensation of sanitary sludge, Water treatment, Centrifuge. | In order to condensing the sanitary sludge, two types of complementary centrifugal and screw press devices are usually used. In this paper, in order to increase the efficiency and maximum dewatering in the final stage of the treatment plant, plasma cavitation reactor was used. The input sample of the studied system is the output sludge of the sanitary wastewater treatment plant process of IKCO after entering the digestion tank and staying for one hour. Using a plasma cavitation reactor by rectifier, a voltage of 50 volts and a current of 110 amps was applied to 5 iron electrodes in the cavitation reactor tank with a volume of 1 m3 and the sample was tested for 8 days and every day for 8 hours. Then, the effect of the presence of cavitation reactor on the percentage of dry matter is compared with the centrifuge and multi-disc screw press system when they used alone. Based on industrial and laboratory results, a decrease of more than 80% of wet sludge (conversion of 100 m3 of sludge to about 20 m3 daily) was observed daily. Also, the COD of the outlet water from the final cavitation tank was less than 200 mg/L, also, the amount of its turbidity reached below 50 NTU after passing through sand filters in the final stages which can be used for irrigation and agriculture. Using plasma cavitation reactor was effective in reducing settling time and the final volume of wet sludge. | |
| ||
| ||
[1] * Corresponding author E-mail address: emami.a.88@gmail.com
مقدمه
لجن بهداشتي، لجن حاصل از فرآيند تصفيه فاضلابهاي بهداشتي در تصفيهخانه است كه به دليل جلوگيري از اختلال در فرآيند تصفيه لازم است بطور دائم و حتي روزانه از سيستم خارج و به بيرون از تصفيه خانه منتقل شود. دفع و انتقال اين لجن نيز تابع ضوابط و استانداردهاي سخت گيرانهاي است كه در صورت عدم رعايت آن، دفع آن به سادگي انجام نميگيرد.
لجن بهداشتي بهدليل نوع و ماهيت فاضلاب انساني آن، فاقد هرگونه فلزات سنگين، سميت و مواد شيميايي خطرناك است اما بهدليل رطوبت بالا، به لحاظ الزامات محيط زيستي جزء لجن ويژه تلقي و لازم است با آبگيري مؤثر و كاهش رطوبت، دفع آن مطابق قوانين محيط زيستي و به راحتي انجام گيرد. لجنهاي حاصل از تصفيه فاضلابهاي شهري در صورتي كه خشك يا كم رطوبت باشند، در دسته پسماندهاي عادي قرار ميگيرند .(Hendricks, 2010)
لجن حاصل از فرآيند تصفيه فاضلاب بهداشتي به دليل حجم بسيار زياد آب وآبگيري نسبتا ضعيف با استفاده از تجهيزات سانتريفيوژ و يا مولتي ديسك اسكرو پرس، به لحاظ الزامات محيط زيستي در رده لجن ويژه قرار دارد كه امحاء اين لجن معضلي فراگير براي همه تصفيهخانههاي فاضلاب بهداشتي است (Koparal & Ogutveren, 2002).
سامانه راكتور كاويتاسيون پلاسمايي با استفاده از ايجاد پلاسما و ميکروجرقه در داخل آب عمل میکند. اين جرقهها در اثر تخليه الکتريکی در نانوثانيه توليد میشوند. جرقههای ايجاد شده در داخل آب يا فاضلاب، در اثر برخورد باذرات محلول و مولکولهای آب باعث افزايش انرژی و در نتيجه دمای موضعی در محيط میشوند. دراثر اين پديده، کاويتاسيون پلاسمايی رخ داده و حبابهايی در ابعاد نانو و ميکرومتر در داخل آب ايجاد میشود. در اثر واپاشی حبابها دمای موضعی آب يا پساب بالا رفته و میتواند باعث از بين رفتن باکتریها و ميکروارگانيسمهای موجود در آب يا پساب شود. از طرف ديگر، اين حبابها حاوی الکترون و يون میباشند که با واپاشی آنها انواع راديکالهای قوی و گندزدا تشکيل میشوند. وجود پرتو فرابنفش و آزادسازی راديکالهای O و OH باعث اکسيداسيون مواد محلول در آب يا فاضلاب میشود. اين راديکالها در نهايت باعث ايجاد لخته و رسوب در فاضلاب میشوند که به صورت جامد قابل جداسازی است
.(Kumar, et al, 2004; MatevžDular et al 2016; Fanun, 2014)
معمولا الكتروليز در زماني رخ ميدهد كه واكنش الكتروشيميايي بين آند و كاتد انجام گردد و واكنشهاي محلولي اغلب نقش مهمي را در اين فرايند ايفا مينمايد كه اين واكنشها به شرح ذيل است:
(1) |
(2) |
3 H2O +3e- 3OH- +1.5 H2o |
(3) |
كارلوس1 و پاتريشيا2 (2018) نشان دادند كه در واكنش 1 آند اكسيده شده و كاتيونهاي آهن آزاد ميگردند سپس آب در كاتد الكتروليز گرديده و تجمعي از يونهاي هيدروژن و هيدروكسايد توليد ميشوند و در نهايت واكنشهاي محلولي رخ داده به طوريكه يونهاي آهن با يونهاي هيدروكسايد وارد واكنش شده و تشكيل كمپلكسهاي هيدوكسايد آهن ميدهد كه اين كمپلكسها با جذب لجنها، تشكيل لخته داده و با تهنشيني آن، باعث رسوب و جدا شدن لجن از آب ميشود (Carlos et al. 2018).
شكل 1 نشاندهنده واكنشهاي الكتروشيميايي است كه در الكترودها (الف) و محلول آبي (ب) رخ ميدهد.
شكل(1) (الف) واكنشهاي الكتروليتي (ب) واكنشهاي محلولي (Carlos et al. 2018)
در شكل 2 فرآيند ته نشيني لجن به صورت شماتيك نشان داده شده است.
شكل(2) فرآيند شماتيك ته نشيني لجن (Carlos et al. 2018)
كاظم گوديني و همكارانش (1393) با استفاده از يك راكتور الكتروشيميايي، اثر متغيرهاي pH، شدت جريان الكتريكي، زمان ماند هيدروليكي و تغييرات حجم/ سطح الكترود بر ميزان آبگيري لجن و مقدار كل جامدات در لجن آبگيري شده و در آب جدا شده از لجن را مورد بررسي قرار دادند. به علاوه در اين تحقيق مقدار TSS، TS و COD موجود در آب جدا شده از لجن نيز مورد بررسي قرار گرفت. سپس مقدار انرژي الكتريكي مصرفي محاسبه و با بهينهسازي متغيرهاي مورد مطالعه مقدار آن كاهش داده شد. نتايج نشان داد كه بهترين راندمان آبگيري لجن در pH مساوي 2 حدود 6/81 درصد، شدت جريان الكتريكي mA/cm27/1، زمان ماند 30 دقيقه و مقدار سطح به حجم الكترود cm2/L 178 با مقدار انرژي الكتريكي مصرفي به ميزان kWh/m3 723/0-33/0 ميباشد. به طور كلي فرآيند الكترفلوتاسيون به دليل ميزان كارايي بالا، سهولت ساخت و پايين بودن هزينههاي ساخت و ميزان مصرف انرژي در مقايسه با روشهاي سنتي ميتواند به طور موثر در آبگيري لجن فاضلاب به كار گرفته شود (كاظم گوديني و همكاران 1393).
رحماني و همكارانش (1394) فاضلاب یکی از کارگاه های کشمش پاک کنی ملایر را با استفاده از الکترودهای دی اکسید سرب و طی فرآیند الکترواکسیداسیون مورد تصفیه قرار دادند كه اين مطالعه در مقياس آزمايشگاهی و در راکتوری با جریان منقطع و حجم مؤثر80 میلی لیتر انجام گرفت. جهت بررسی میزان کارایی این فرآیند در حذف مواد آلی، COD نمونه قبل و بعد از فرآیند مورد آزمایش قرار گرفت و تأثیر پارامترهاي pH ، شدت جریان الکتریکی و مدت زمان واکنش مورد بررسی قرار گرفته و انرژی الکتریکی مصرفی اندازه گیری گردید. نتايج تحقيق نشان دارد كه در pH=3، شدت جريان الكتريكي برابر با 40 ميليآمپر بر سانتيمترمربع و مدت زمان 360 دقيقه، اين روش قادر به حذف 86 درصد COD بوده، به گونهاي كه افزايش ميزان شدت جريان الكتريكي و مدت زمان واكنش منجر به افزايش راندمان حذف ميگردد و در شرايط بهينه ميزان مصرف انرژي الكتريكي به ميزان 4/5 كيلو وات ساعت به ازاي هر كيلوگرم COD است (عليرضا رحماني و همكاران 1394).
پيرصاحب و همكارانش (1392) به بررسی کارایی واحدهای تغلیظ، هضم هوازی و آبگیری در تصفیه لجن تصفیه‌خانه فاضلاب شهرک قدس تهران پرداختند. همچنین، همبستگی بین تغلیظ به نسبت COD و TSS و راندمان حذف آن دو را مورد بررسي قرار دادند. در این تحقیق عملکرد سیستم از لجن خروجی ته نشینی اولیه، لجن مازاد، لجن تغلیظ شده خروجی از واحد تغلیظ کننده ثقلی، محتویات هاضم هوازی و نیز لجن هضم شده خروجی از این واحد به تعداد 15 نمونه از هر واحد نمونهبرداری گردید و پارامترهای درجه حرارت، pH،TSS ، COD و VSSبرای هر یک از نمونهها مورد اندازهگیری قرار گرفت. نتایج حاصل از اين مطالعه نشان داد که میزان تغلیظ به نسبت TSS بطور میانگین 33/3 درصد با راندمان حذف 75/87 درصد و به نسبت 24/3 درصدCOD با راندمان حذف 25/87 درصد بدست آمده است که نشانگر عملکرد صحیح این واحد میباشد. با توجه به کیفیت لجن خروجی از تغلیظ کننده، میزان حذف مواد آلی 35 الی 50 درصد و حذف مواد آلی فرار به میزان 38 الی 50 درصد در این بدست آمد (پيرصاحب و همكاران 1392).
سعيدي وخلوتي (1389) به بررسي تصفيهپذيري پساب توليدي پالايشگاه پارس جنوبي به روش انعقاد الكتريكي و با استفاده از الكترودهاي آلومينيومي پرداختند. در آزمايشهاي انجام شده اثرات عوامل موثر مانند pH اوليه، شدت جريان و افزايش مقدار سولفات سديم و پليكلريد آلومينيوم بر حذف آلودگيهاي آلي و كارايي جداسازي COD بررسي شد. بر اساس نتايج حاصل، نرخ جداسازي آلودگيهاي آلي و حذف COD با اعمال شدت جريان بيشتر و افزودن مقاديري از مواد كمكي سولفات سديم و پليكلريد آلومينيوم، بيشتر شده و حداكثر ميزان جداسازي در pH برابر 7 حاصل ميشود. همچنين، نتايج نشان داد كه بيش از 95 درصد از ميزان COD پساب با اعمال شدت جريان 40 ميليآمپر بر سانتيمتر مربع و در مدت زمان 90 دقيقه از شروع تصفيه الكتريكي، حذف گرديد. به علاوه ميزان انرژي الكتريكي مصرفي در اين حالت 48/19 كيلو وات ساعت به ازاي حذف هر كيلوگرم COD اندازه گيري شد
(سعيدي وخلوتي 1389).
اربابي و همكارانش (1393) اثر زمان واکنش، دوز پراکسايد هيدروژن و Fe2+ به منظور حذف COD و رنگ فاضلاب خميرمايه را مورد بررسي قرار دادند. در اين تحقيق براي به دست آوردن شرايط بهينه از آناليز تاگوچي استفاده گرديد. بر اساي نتايج حاصل از روش تاگوچي، بهترين نسبت مقدار پراکسايد هيدروژن به آهن II براي حذف حداكثر COD و رنگ، درpH برابر با 3 و زمان 30 دقيقه حاصل شد(اربابي و همكاران 1393).
مواد و روشها
سيستم رطوبتگيري لجن بهداشتي
سيستم رايج رطوبتگيري شامل حوض هاضم، حوض تغليظ و نهايتا سانتريفيوژ يا ديسك اسكروپرس است. اما، در اين تحقيق براي افزايش راندمان تغليظ، از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي پس از مرحله حوض هاضم استفاده شده و اثر تعداد الكترود، ميزان پليالكتروليت و هوادهي بر روي راندمان نهايي رطوبت گيري مورد بررسي قرار گرفته است، همچنين در اين بررسي درصد رطوبت لجن نهايي در حالتي كه از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي استفاده ميشود با زمانيكه عمل رطوبت گيري در غياب راكتور كاويتاسيون پلاسمايي انجام ميگيرد مقايسه شده است. (Linares et al. 2017; Kumar et al. 2019; Wang et al. 2021; Jing, et al. 2021; Chunjiang, et al. 2017)
راكتور كاويتاسيون شامل یک راکتور است که از جنس کربن استیل با روکش اکسید روی در نظر گرفته شده است. راکتور شامل الکترود کاتد آهن و فریم آند متشكل از 92 درصد آهن،4 درصد كربن و 2 درصد سيليسخواهد بود كه عمر مفید آن 10 روز در نظر گرفته شده است. متوسط برق مصرفی سیستم کاویتاسیون پلاسمایی 16 کیلو وات بوده و حداقل برای کل سیستم 20 کیلو وات سه فاز مورد نیاز است. در شكل 3 شماي كلي راكتور كاويتاسيون پلاسمايي نشان داده شده است. (Priya & jeyanthi. 2019; Yargeau 2012; Carolina 2018)
شكل (3) شماي كلي راكتور كاويتاسيون پلاسمايي
الف) الكترودهاي استفاده شده از جنس آهن سياه، ب) مخزن اصلي به حجم يك متر مكعب
روش انجام كار
در اين تحقيق اثر حضور يا عدم حضور راكتور كاويتاسيون در حد فاصل حوض هاضم و سانتريفيوژ و يا مولتي ديسك اسكرو پرس مورد بررسي قرار گرفت.
بدين صورت كه پس از خروج لجن بهداشتي از حوض هاضم، قبل از ورود به سانتريفيوژ يا مولتي ديسك اسكرو، به داخل راكتور كاويتاسيون پلاسمايي توسط پمپ با دبي 1 مترمكعب در ساعت هدايت شد. در ابتدا، از دو الكترود استفاده شد و به تدريج با پيشرفت كار الكترودهاي بيشتري در مدار قرار گرفت و مقدار بهينه براي حجم 1 متر مكعب برابر با 5 الكترود برآورد گرديد. بررسيها برروي 8 نمونه انجام گرديد كه به هر نمونه به مدت زمان 8 ساعت جريان اعمال گرديد و در طول اين زمان به طور مداوم رسوب از انتهاي راكتور خارج و لجن تازه به داخل آن شارژ شد. ميانگين ولتاژ دستگاه منبع تغذيه برابر 50 ولت و جريان مورد استفاده برابر 110 آمپر تنظيم شد.
(Wail. 2018; Chakchouk. 2017; Chaturvedi 2013)
در اين بررسي شرايط آزمون مطابق جدول زير در نظر گرفته شد:
جدول (1) طراحي سيستم رطوبتگيري لجن بهداشتي
رديف | سيستم | راكتور | پلي الكتروليت | هوادهي |
1 | سانتريفيوژ | بدون راكتور | ü | ü |
2 | × | ü | ||
3 | با راكتور | × | ü | |
4 | ü | × | ||
5 | مولتي ديسك اسكرو پرس | بدون راكتور | ü | ü |
6 | ü | × | ||
7 | با راكتور | ü | ü | |
8 | ü | × |
همانطور كه از جدول 1 مشخص است در سيستم سانتريفيوژ، به منظور حصول روش بهينه به منظورتغليظ لجن نهايي، لجنها پس از خروج از راكتور كاويتاسيون در دو حالت داراي پلي الكتروليت و بدون آن و با شرايط مختلف هوادهي و غير هوادهي به سانتريفيوژ ارسال گرديد. درحاليكه در سيستم مولتي ديسك اسكروپرس، در تمامي حالت ها از پلي الكتروليت استفاده شد و اثر هوادهي مورد ارزيابي و بررسي قرار گرفت
يافتههاي پژوهش
سيستم سانتريفيوژ
در اين بخش آبگيري از طريق حوض هاضم، راكتور كاويتاسيون و سانتريفيوژ انجام شد و نتايج حاصل با زمانيكه از راكتور استفاده نميشد مقايسه گرديد. به علاوه اثر حضور يا عدم حضور پليالكتروليت و هوادهي و همچنين اثر ميزان پليالكتروليت مورد بررسي قرار گرفت كه نتايج حاصل در جداول 2 و 3 آورده شده است. با توجه به جدول 2 مشخص ميشود كه درصد ماده خشك نهايي در سيستم سانتريفيوژ در حضور و عدم حضور راكتور كاويتاسيون پلاسمايي تقريبا
برابر ميباشد با اين تفاوت كه زمان تهنشيني لجن در زمان استفاده از راكتور كاهش محسوسي نسبت به زمان عدم استفاده از آن به ميزان يك سوم خواهد داشت.
رديف | سيستم سانتريفيوژ | راكتور | پلي الكتروليت | هوادهي | درصد ماده خشك (TS) (w/w) |
1 | لجن ورودي سانتريفيوژ: از حوض هاضم و هوادهي با ماده خشك 55/0 % | بدون راكتور | ü | ü | 31/11 |
2 | × | ü | 91/15 | ||
3 | با راكتور | ü | ü | 46/12 | |
4 | × | ü | 84/16 | ||
5 | لجن ورودي سانتريفيوژ: از لجن كف مخزن ته نشيني ، هوادهي با ماده خشك 81/0 % | بدون راكتور | ü | ü | 23/8 |
6 | × | ü | 36/12 | ||
7 | با راكتور | ü | ü | 49/10 | |
8 | × | ü | 07/14 | ||
9 | لجن ورودي سانتريفيوژ: از لجن كف مخزن ته نشيني | بدون راكتور | ü | × | 16/9 |
10 | ü | ü | 73/9 | ||
11 | با راكتور | ü | × | 72/10 | |
12 | ü | ü | 71/11 |
جدول (2) مقايسه درصد ماده خشك در سيستمهاي مختلف سانتريفيوژ
جدول (3) بررسي اثر ميزان پلي الكتروليت بر روي درصد مواد خشك و مواد آلي فرار
رديف | نمونه | الكتروليت | درصد ماده خشك TS(w/w) | درصد مواد آلي فرار VSS(w/w) |
1 | لجن خروجي سانتريفيوژ | با پلي الكتروليت | 16/12 | 70/7 |
2 | با پلي الكتروليت تازه شارژ شده | 29/18 | 41/13 | |
3 | با افزايش غلظت 50 درصد پلي الكتروليت | 93/24 | 35/21 |
در جدول 3 اثر حضور پلي الكتروليت و ميزان آن بر روي درصد مواد خشك و مواد آلي فرار آورده شده است. با توجه به اين جدول مشاهده ميشود كه با افزايش غلظت پلي الكتروليت ميتوان درصد خشكي لجن خروجي سانتريفيوژ را بالا برد. با توجه به جدول مشخص ميشود كه تازه بودن پلي الكتروليت نيز بر روي ميزان آبگيري لجن تاثيرگذار است.
از درصد ماده خشك ذكر شده در جدول شماره 3 ميتوان نتيجه گرفت كه افزايش ميزان پلي الكتروليت و درصد ماده خشك رابطه مستقيم دارد و با افزايش 50 درصد پلي الكتروليت، ميزان درصد ماده خشك نسبت به حالت عادي دو برابر شده است. با افزايش استفاده از پلي الكتروليت ميزان درصد مواد آلي فرار نيز با آن افزايش يافته است.
سيستم مولتي ديسك اسكرو پرس
در اين بخش آبگيري از طريق حوض هاضم، راكتور كاويتاسيون و مولتي ديسك اسكرو پرس انجام شده و نتايج حاصل با زمانيكه از راكتور استفاده نميشد، مقايسه شده است. در اين سيستم تمامي حالتها در حضور پليالكتروليت انجام شده و اثر استفاده از هوادهي مورد بررسي قرار گرفته است. به علاوه آزمونها در مولتي ديسك اسكرو پرس با سرعت يا فركانس30RPM انجام گرديد. نتايج حاصل در جدول 4 آورده شده است.
همانطور كه در جدول 4 مشاهده ميشود، لجن حاصل از حضور راكتور كاويتاسيون پلاسمايي داراي ماده خشك بيشتر نسبت به زمان عدم حضور آن ميباشد وليكن در نتيجه استفاده از آبگيري نهايي در صد خشك نهايي ماده تقريبا يكسان برآورد شد.
رديف | سيستم مولتي ديسك اسكرو پرس | راكتور | هوادهي | درصد ماده خشك (TS) (w/w) | حجم آب خروجي اسكرو در پنج دقيقه (ليتر) | وزن لجن خروجي اسكرو در پنج دقيقه (كيلوگرم) | وزن آب و لجن خروجي اسكرو در يك ساعت (كيلوگرم) |
1 | لجن ورودي اسكرو: از مخزن هاضم با مشخصات: TS: 0.49% و VSS: 0.27% | بدون راكتور | ü | 74/12 | 75 | 200/3 | 900 ليتر آب و 4/38 كيلو لجن |
2 | لجن ورودي اسكرو: از لجن ته نشين شده كف مخزن هاضم با مشخصات: TS: 0.62% و VSS: 0.41% | × | 14/12 | 75 | 4 | 900 ليتر آب و 48 كيلو لجن | |
3 | لجن ورودي اسكرو: از لجن ته نشين شده مخزن تهنشيني با مشخصات: TS: 1.22% و VSS: 0.61% | با راكتور | × | 61/10 | 3/27 | 750/4 | 6/327 ليتر آب و 57 كيلو لجن |
4 | لجن ورودي اسكرو: از لجن ته نشين شده مخزن تهنشيني با مشخصات : TS: 2.31% و VSS: 1.42% | ü | 51/11 | 45 | 700/4 | 540 ليتر آب و 4/56 كيلو لجن |
جدول (4) مقايسه درصد ماده خشك، حجم آب خروجي، وزن لجن خروجي در سيستمهاي مختلف ديسك اسكرو پرس
پس از انجام فرايندهاي فوق، پارامترهاي اوليه پيش از تصفيه پارامترهاي نهايي پس از تصفيه با يكديگر مقايسه گرديد كه نتايج آن در جدول 5 آورده شده است.
جدول (5) مقايسه پارامترهاي پيش از تصفيه و پس از تصفيه
رديف | آزمايشهاي فيزيكي و شيميايي | علامت اختصاري | پيش ازتصفيه | پس از تصفيه | واحد |
|---|---|---|---|---|---|
1 | دما | T | 4/23 | 6/23 | °C |
2 | كل مواد جامد محلول | TDS | --- | 1063 | mg/lit |
3 | كل مواد جامد معلق | TSS | --- | 8/0 | mg/lit |
4 | هدايت الكتريكي | EC | 1213 | 1413 | uS/cm |
5 | كدورت | Turb | 130 | 5/7 | NTU |
6 | رنگ | Color | --- | 43 | Pt.Co |
7 | pH | pH | 35/7 | 16/7 | --- |
9 | اكسيژن مورد نياز شيميايي | COD | 640 | 34 | mg/lit |
10 | نيتريت | NO2ˉ | --- | 06/0 | mg/lit |
11 | نيترات | NO3ˉ | 3/32 | 17/7 | mg/lit |
12 | فسفات كل بر حسب فسفر | PO43ˉ | 15 | 12/5 | mg/lit |
13 | كلرايد | Cl- | --- | 372 | mg/lit |
14 | كلر باقيمانده آزاد | ClOˉ | 0/0 | 8/2 | mg/lit |
15 | پاك كننده ها | ABS | --- | 33/0 | mg/lit |
بحث و نتيجهگيري
با توجه به ميزان اهميت درصد آب موجود در لجن بهداشتي، از روشهاي مختلف و نوين استفاده ميشود كه يكي از اين روشها طراحي راكتور كاويتاسيون پلاسمايي بعد از حوض هاضم ميباشد. در اين دستگاه توسط تخليه الکتريکی، در نانو ثانيه حبابهايی در ابعاد نانو و ميکرومتر در داخل آب ايجاد میشود. اين حبابها داراي راديكالهاي اكسيژن و هيدروكسيل ميباشند كه باعث اکسيداسيون و در نتيجه لختهسازي و تهنشيني ميشوند. استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي قبل از سيستم سانتريفيوژ و مولتي ديسك اسكرو پرس، موجب جداسازي 80 درصد از آب و باقي ماندن 20 درصد از لجن شد . لازم به ذكر است كهCOD آب خروجي از مخزن نهايي كاويتاسيون كمتر از 200 ميليگرم بر ليتر بود، همچنين ميزان كدورت پس از تصفيه با گذشتن از فيلتر هاي شني در مراحل نهايي به زير 50 NTU رسيد كه اين ميزان قابليت استفاده در مصارف آبياري و كشاورزي را دارد . استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي در كاهش زمان تهنشيني و حجم نهايي لجن مرطوب تاثيرگذار بود.
منابع
كاظم گوديني، زينب معصومي، قاسم آذربان، زهرا عطافر، امير باقي، (1393). "بررسي آبگيري لجن فعال فاضلاب شهري با استفاده از فرآيند الكتروفلوتاسيون: بهينه سازي پارامترهاي بهرهبرداري و مصرف انرژي"، مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي و خدمات بهداشتي درماني همدان، دوره بيست ويكم، شماره 4، شماره مسلسل74
عليرضا رحماني، سمانه شانه ساز، کاظم گودینی، قاسم آذریان، (1394). "کارايي فرآيند الکترواکسيداسيون در تصفيه فاضلاب کارخانه هاي کشمش پاک کنی شهرستان ملایر"، مجله علمي پژوهان، دوره 14، شماره 1، صفحات 3 تا 30
مقداد پیرصاحب، عبداله درگاهی، هانیه باصری نیا، امیرحسام حسنی، (1392). "بررسی کارایی واحدهای تغلیظ، هضم هوازی و آبگیری در تصفیه لجن تصفیه‌خانه فاضلاب شهرک قدس تهران"، شانزدهمین همایش ملی بهداشت محیط ایران، تبريز، https://civilica.com/doc/237564
محسن سعيدي، امين خلوتي فهلياني، (1389)، "كاهش COD پساب خروجي پالايشگاه گازي پارس جنوبي به روش انعقاد الكتريكي" مجله آب و فاضلاب، سال 1، 1389 ، صفحات 40-48
محسن اربابي، محمد علی احمدی، مرتضی سدهی، (1393)، " بهينه سازي حذف COD و رنگ حاصل از فاضلاب خمير مايه با استفاده از اكسيداسيون فنتون" مجله سلامت و محيط، فصلنامه ي علمي پژوهشي انجمن علمي بهداشت محيط ايران، دوره هفتم، شماره سوم، صفحات 375 تا 384
An, C., Huang, G., Yao, Y., & Zhao, S. (2017). Emerging usage of electrocoagulation technology for oil removal from wastewater: A review. Science of the Total Environment, 579, 537-556.
Abbas, S. H., & Ali, W. H. Electrocoagulation Technique Used To Treat Wastewater: A.
Barrera-Díaz, C. E., Balderas-Hernández, P., & Bilyeu, B. (2018). Electrocoagulation: Fundamentals and prospectives. In Electrochemical water and wastewater treatment (pp. 61-76). Butterworth-Heinemann.
Chakchouk, I., Elloumi, N., Belaid, C., Mseddi, S., Chaari, L., & Kallel, M. (2017). A combined electrocoagulation-electrooxidation treatment for dairy wastewater. Brazilian journal of chemical engineering, 34, 109-117.
Chaturvedi, S. I. (2013). Electrocoagulation: a novel waste water treatment method. International journal of modern engineering research, 3(1), 93-100.
Dular, M., Griessler-Bulc, T., Gutierrez-Aguirre, I., Heath, E., Kosjek, T., Klemenčič, A. K., ... & Kompare, B. (2016). Use of hydrodynamic cavitation in (waste) water treatment. Ultrasonics sonochemistry, 29, 577-588.
Espinoza-Cisternas, C., & Salazar, R. (2018). Application of electrochemical processes for treating effluents from landfill leachate as well as the agro and food industries. In Electrochemical Water and Wastewater Treatment (pp. 393-419). Butterworth-Heinemann.
Fanun, M. (Ed.). (2014). The role of colloidal systems in environmental protection. Elsevier.
Standard Methods For The Examination Of Water And Waste Water, 2005, 2540 B
Hendricks, D. (2016). Fundamentals of water treatment unit processes: physical, chemical, and biological. Crc Press.
Jing, G., Ren, S., Pooley, S., Sun, W., Kowalczuk, P. B., & Gao, Z. (2021). Electrocoagulation for industrial wastewater treatment: an updated review. Environmental Science: Water Research & Technology, 7(7), 1177-1196.
Koparal, A. S., & Öğütveren, Ü. B. (2002). Removal of nitrate from water by electroreduction and electrocoagulation. Journal of hazardous materials, 89(1), 83-94.
Kumar, P. R., Chaudhari, S., Khilar, K. C., & Mahajan, S. P. (2004). Removal of arsenic from water by electrocoagulation. Chemosphere, 55(9), 1245-1252.
Kumar, A. N., Bandarapu, A. K., & Mohan, S. V. (2019). Microbial electro-hydrolysis of sewage sludge for acidogenic production of biohydrogen and volatile fatty acids along with struvite. Chemical Engineering Journal, 374, 1264-1274.
Kumar, A. N., Bandarapu, A. K., & Mohan, S. V. (2019). Microbial electro-hydrolysis of sewage sludge for acidogenic production of biohydrogen and volatile fatty acids along with struvite. Chemical Engineering Journal, 374, 1264-1274.
Linares Hernández, I., Barrera Díaz, C., Valdes Cerecero, M., Almazan Sanchez, P. T., Castaneda Juarez, M., & Lugo Lugo, V. (2017). Soft drink wastewater treatment by electrocoagulation–electrooxidation processes. Environmental technology, 38(4), 433-442.
Priya, M., & Jeyanthi, J. (2019). Removal of COD, oil and grease from automobile wash water effluent using electrocoagulation technique. Microchemical Journal, 150, 104070.
Wang, L., Yang, C., Thangavel, S., Guo, Z., Chen, C., Wang, A., & Liu, W. (2021). Enhanced hydrogen production in microbial electrolysis through strategies of carbon recovery from alkaline/thermal treated sludge. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 15(4), 1-10.
Zeman, F. (Ed.). (2012). Metropolitan sustainability: Understanding and improving the urban environment. Elsevier.
[1] Carlos
[2] Patricia
