بازیابی و تصفیه پساب نساجی
مطالعه موردی و توسعه مفهوم بازیابی
چکیده
در این مطالعه برای یک شرکت تکمیل نساجی خاص، استراتژی‌های بازیابی آب و مواد شیمیایی با ارزش توسعه یافته است[ ایجاد شده است.] . مطالعه جامعی روی منبع مصرفی و پساب خروجی شرکت به اجرا درآمد . بر این اساس روش « انتهای لوله » و گزینه‌های بازیابی یکپارچه با جزئیات بیشتری مورد بررسی قرار گرفت . در تصفیه جریان مخلوط پساب، انجام پالایش ترکیب توسط بیوراکتورهای غشایی و نانوفیلتراسیون در گام بعدی ، دستیابی به کیفیت لازم برای مصرف مجدد را امکان پذیر می‌سازد .به هرحال این شیوه نیازمند تلاش قابل توجه تکنولوژیکی و قابلیت بالایی از صرف هزینه است. به عنوان یک گزینه یک فرایند نسبتا ساده و آسان تصفیه آلودگی‌های شستشو توسط آلترافیلتراسیون تست شد و با توجه به نتایج بدست آمده از آزمایش آلترافیلتراسیون، یک فرایند بازیابی یکپارچه پیشنهاد شد. با این پیاده‌سازی ، مصرف آب در فرایند شستشو می‌تواند تا 5/87% کاهش یابد. بعلاوه COD کل خروجی تا 80% کاهش یافته و مواد شوینده تا حدودی بازیابی می‌شود و مصرف برای فرایند شستشو تا 20% می‌تواند پایین‌تر بیاید .
کلمات کلیدی
نساجی صنعتی، استفاده مجدد از پساب، بازیابی، بیوراکتورهای لایه‌ای، آلترافیلتراسیون
مدل تصفیه پساب
http://education.melbournewater.com.au/images/05/water_model3_lrg.jpg
مقدمه
1.1 پیشینه
نساجی صنعتی TPI با مصرف نسبتا بالای آب و استفاده از مواد شیمیایی خود مشخصه یافته است.TPI آب را به عنوان یک اصل میانی برای برطرف کردن آلودگی ها ،بکاربستن رنگزا ها . عوامل تکمیلی استفاده می کند . برای هر تن تولید کالای نساجی 20350 مترمکعب آب مصرف می شود که دامنه وسیع این مقدار بیان گر تنوع فرایندها و ترتیب آنهاست. در میان بزرگ ترین صنایع مصرف کننده آب نساجی صنعتی اولین کاندید برای توسعه استراتژی های بازیابی آب مصرفی و بازیافت محصولات شیمیایی باارزش است . در بررسی مشکلات وابسته به آلودگی های نساجی مطالعات زیادی بر روی جوی های آلوده نزدیک به منبع ( رویکرد یکپارچه ) و روی تصفیه آلودگی های نهایی(رویکرد انتهای پایپ) صورت گرفته است .
هدف این مقاله بررسی امکان انجام موارد مختلف بازیابی در مورد خاصی است . به این دلیل مطالعه جامعی بر روی مواد شرکت و منابع مصرفی و مقادیر خروجی انجام شد. بر روی یافته های پایه ای انتخاب های متنوع تصفیه برای یافتن یک راه حل بهینه بررسی شد .
1.2 تصفیه تحقیق شده / فرایندهای بازیابی
end-of-pipe روش تصفیه اولی بود که مورد آزمایش برای پاک کردن جریان آلودگی کل قرار گرفت با توجه به رسیدن به استاندارد ها برای استفاده مجدد. به هر حال ارتقای پساب تصفیه شده به خصوصیاتی که مطابق نیازهای سختگیرانه آب برای فرایند مصرح نساجی صنعتی باشد نیازمند برطرف سازی گسترده محتویات آلی و غیر آلی به خوبی این که کاملا رنگبری شود دارد .بنابراین این روش تصفیه شامل چندین مرحله فرایند ترکیبی است به عنوان نمونه شامل روش های بیولوژیک و شیمی فیزیکی است . هنگامی که تصفیه بیولوژیک در اصل برپایه فرایند لجن فعال باشد polishing trains شیمی فیزیکی زیادی پیشنهاد می شود .
فرایند های اکسیداسیونی نمایش می دهند بیشترین استفاده متناوب روش شیمی فیزیکی به خصوص وقتی که دیکلره کردن اهمیت اصلی باشد . این خیلی موثر است که ساختارهای کروموفوریک رنگزا ها اکسید شوده و رنگ برطرف شود که فاکتور اصلی توزیع برای بازیابی آب در صنعت نساجی است .
عوامل بررسی شده اکسیداسیون کلر و مشتقات آن است ؛ پراکسید هیدروژن معمولا در حضور نمک های آهن 11 با معرف فنتون شناسایی می شود ؛ ازن و تشعشع ماورائ بنفش در ترکیب با ازن و پراکسید هیدروژن است. در مرحله عمل ازناسیون تکنیکی است که بطور گسترده بکار می رود .
روش های تصفیه فیزیکی پساب مبتنی بر جذب از کربن فعال و مواد جاذب ارزان قیمت تر (مثل ذغال و خاکستر ) استفاده می کنند ؛ لخته سازی و فلوکولاسیون ؛ الکتروفلوکولاسیون و تصفیه لایه ای . اخیرا تمایل به کاربرد فرایند های غشاء در استفاده مجدد از پساب نساجی مرهون نوآوری های تکنولوژیکی است که آن ها را شدنی و قابل اعتماد متناوب برای سیستم های دیگر ساخته است .
در این مطالعه بیوراکتورهای غشایی برای هدف تصفیه کامل آلودگی پیشنهاد شده است . MBR ترکیبی از فرایند لجن فعال مرسوم و آلترا یا میکرو فیلتراسیون برای جدا سازی لجن و تصفیه پساب است . اثر دوگانه تصفیه بیولوژیک و فیلتراسیون غشایی بعدی باعث شده این فرایند یک فرایند قوی و ابزار موثر در پاکسازی پساب صنعتی باشد .
به هرحال مطالعات یاد شده در قسمت بالا مشخص می کند که تصفیه با MBR ممکن است برای دستیابی به استاندارد های استفاده مجدد کافی نباشد . بنابراین گام های پیش تصفیه اضافی شامل فرایند های اکسیداسیون و نانوفیلتراسیون برای ارتقای پساب تصفیه شده با MBRپیشنهاد می شود .
3روش یکپارچه
بسیاری از واحدهای نساجی تمایل به طرف روش end-of-pipe دارند بطوریکه تداخلی با فرایندهای تکمیل بلند مدت ندارد . بعلاوه این فناوری نسبتا انعطاف پذیر بوده و می تواند به راحتی با فرایند های تولید جدید هماهنگ شود که متناوبا در صنعت نساجی در حال تغییر است . در طرف دیگر با توجه به تلاشهای شایان ضروری در پاکسازی پساب مخلوط بسیاری از محققان end-of-pipe را بسیار هزینه بردار یا نهایتا محدود در راندمان خودش یافته اند .
بنابراین در تلاش دوم تنها پاکسازی و بازیابی یک جریان جزئی از پساب ، آلودگی های فرایند شستشو تست شد . آب شستشو حاوی مقدار قابل توجهی از مواد روغنی است که از فرایند گردباف آمده است . آلترافیلتراسیون به عنوان ابزار مناسب تصفیه انتخاب شد برای فرایند جداسازی غشایی بصورت گسترده بکاررفت برای پاکسازی پساب روغنی . مطالعات مختلفی نشان داده است که آلودگی های قلیایی که تخلیه می شود می تواند به صورت پیوسته پاکسازی شود اگر بتوان آن ها را از آلودگی جداسازی کرد . هنگامی که ذرات معلق و روغن های امولسیون شده نگهداشته شوند دترجنت ها و عوامل پاکسازی قلیایی می تواند در فرایند بازیابی شود .
2. مواد و روش ها
201 بیوری اکتور غشایی
MBR استفاده شده در این مطالعه یک ری‌اکتور لجن فعال متصل به یک واحد UF لوله ای شکل خارجی است. ری‌اکتور هوازی دارای حجم کار 20 لیتر بود. ری‌اکتور توسط یک افشانه غشایی در بستر بیوری‌اکتور هوادهی می شد و غلظت اکسیژن نامحلول در محدوده 3-2 mg/L در سراسر مراحل آزمایش نگهداشته می شد . ری‌اکتور از طریق یک حلقه بازیابی pump-driven به صورت جفتی یک مدول PVDFدر آمد. غشاء لوله ای دارای یک فیلتر به محیط 28/0 متر مربع ، یک میان بر 15 KDa یک لوله با قطر 7/12 mm است . واحد فیلتراسیون با سرعت جریان m/s 2 و فشار تراغشایی 6/0-4/0 بار عمل می کند .
202 نانوفیلتراسیونNF آلودگی های MBR
NF با استفاده از مدول چرخشی که توسط Dsal پشتیبانی می شود اجرا شده که از مخلوط استات سلولز با مساحت سطحی 5/2 متر مربع ساخته شده است . تجهیزات آزمایشگاهی در TPM 6 بار و جریان 5/0 مترمکعب بر ساعت کارمی کند.
203 آلترافیلتراسیون آلودگی های شستشویی
در این مطالعه یک غشاء لوله ای پلی اکریلونیتریلی با MWCO 40.000 مورد استفاده قرار گرفت . این مدول دارای ابعاد زیر بود :
طول 1.332 mm ،قطر داخلی 1/14 mm ، مساحت سطحی 1 متر مربع ، TPM 4/1 میلیمتر و سرعت جریان 2 m/s . سیستم در حالت یک حلقه بسته که هرگونه نشتی و بازداری دوباره به چرخش در می آید درون 200-L تغذیه محلول . برای مطالعه فیلتراسیون رفتار آن در افزایش فاکتور غلظت حجمی از 20-1 نشتی تشخیص داده شده است تا جایی که کاهش حجم مورد قبول از میزان تغذیه کسب شود . هر فاز برای 1 ساعت به شرایط پایدار رسید. آزمایش هنگامی که محلول تغذیه 1 به 20 حجم اولیه خودش رسد متوقف شد .
204 تجزیه و تحلیل
سطح COD ، نیتروژن کل (NT) و فسفات با استفاده از تست cuvette اندازه گیری شد . رنگ توسط SAC با نمونه های فیلتر شده 45/0 میکرومتر اندازه گیری شد در سه طول موج مختلف 436،525،620 nm با استفاده از یک UV/V که اسپکترومتر Lambda توضیح داده شده در EN ISO 7887 است . تست های تجزیه بیولوژیک با توجه به روش Zahn-Welles انجام شد
EN ISO 9888 مواد چربی دوست محتوی مطابق با DIN 38409/17 اندازه گیری شد محاسبه مواد چربی دوست غیر فرار با نقطه جوش بالای 350 درجه سانتیگراد.
03 نتایج و بحث
301 توصیف مورد
این مطالعه موردی در یک کارخانه تکمیل پلی استر اجرا شده است . خط تولید کالاهای گردباف برای صنعت اتومبیل سازی تولید می کند برای محصولاتی همچون پانل های داخلی و روکش صندلی اتومبیل . در 2002 این واحد نساجی 7/7 میلیون متر از کالای تکمیل شده ا استفاده از بالغ بر 3.933 تن مواد اولیه تولید کرد . جدول 1 نمایی از سطوح مصرف وابسته به پساب و خروجی را نشان می دهد. ورودی ها و خروجی های اصلی خاص با توجه به میزان کالای تولید شده محاسبه شده است .
استفاده از رنگزاهای نساجی ، مواد شیمیایی پایه و مواد تعاونی به اندازه مصرف انرژی در محدوده های بارزی از کارخانه جات گردباف پلی استر قراردارد. آب مورد نیاز خاص واحد نساجی مورد آزمایش تصادفا کم است که نشان دهنده کاربرد تجهیزات پیشرفته با مصرف نرخ پایین آب است . برخلاف آن فاکتور COD خروجی در مقایسه بالا است. هم اکنون کارخانه روزانه 600 مترمکعب پساب و 1.600 کیلوگرم COD به یک تصفیه خانه عمومی آزاد می کند .
در ابتدای خط تولید نخ های رنگرزی شده و سفید بافته می شوند . برای کاهش اصطکاک میان نخ ها در فرایند بافندگی به مواد اولیه روان کننده زده می شود . این مواد آماده سازی غالبا حاوی نفت سفید . چربی های استر است که در طول فرایند شستشو برطرف می شود و مقدار آن تقریبا یک چهارم COD کل خروجی است . روغن های معدنی برای روان سازی اضافی قطعات مکانیکی و سوزن های ماشین های بافندگی استفاده می شود . بیشتر این روغن برروی کالا انتقال یافته و بعد هم در پساب که تقریبا 10% COD خروجی را تشکیل می دهد .
پارچه های ساخته شده از نخ رنگی از اصلی ترین تولیدات شرکت است . بعد از بافت فرایند نهایی شامل شستشو و تکمیل آنتی استاتیک است . برطرف کردن روان کننده ها در فرایند شستشو نیازمند حجم زیادی از مواد شوینده است که بیش از 50% COD خروجی را تشکیل می دهد . دترجنت های مورد استفاده در شستشو از سطح فعال های غیر یونی و مشتقات آن ها ساخته شده اند . بیش از 90% کالاهای بافته شده از مراتب بالا می گذرند که نمایان گر سهم بالایی در بالا بردن بار COD در پساب می باشد . مصرف مخصوص آب L/Kg 5/15 است که نتیجه m3/d 200 جریان پساب دارد .
پاچه ای که سفید بافته شده است تنها کسر کوچکی از تولید خروجی کارخانه است که با تکنیک رمق کشی رنگرزی می شود . رنگرزی به صورت بچ با ماشین های جت است . این مورد نیاز به مصرف مخصوص آب بالایی دارد .67 L/Kg و استفاده گسترده از مواد شیمیایی g/Kg 134 در مقایسه با ماشین هایی که به صورت رنگرزی مداوم کار می کنند .
در این مورد خاص ترتیب رنگرزی شامل 8 حمام است . در ابتدا 3 حمام برای برطرف کردن روان کننده ها . در ادامه یک حمام رنگرزی و احیا کننده بعدی ، آبکشی و مراحل اسیدیفیکاسیون . سطح فعال ها بیش از 75%در COD خروجی این جریان خاص پساب بوده بطوری که رنگزاها فقط 5% بوده است . در مورد استفاده از رنگزاهای دیسپرس مقدار قابل توجه عوامل دیسپرس کننده استفاده می شوند .که نمایانگر 17% COD خروجی از فرایندهای رنگرزی می باشند .
آرایش پساب تولیدی مراحل مختلف فرایند در جدول 2 خلاصه شده است . آلودگی های حاصل از مراحل شستشو به وضوح غلظت بالای COD رانشان می دهد زیرا شستشو شامل استفاده وسیعی از
سطح فعال ها و همچنین به علت حضور روان کننده های امولسیفایر شده در فاضلاب است . همه انواع پساب محتوی نیتروژن و فسفر پایین را نشان می دهند بجز فاضلاب حاصل از حمام کاهش که از میان مواد شیمیایی دیگر آلیل تیو اوره به عنوان ماده کاهنده استفاده می شود . تنوع pH در توالی فرایندهای رنگرزی پلی استر از مشخصه های ان است . رنگرزی تحت شرایط اسیدی انجام می شود . پاکسازی کاهشی سپس در حمام دیگری با استفاده از هیدروسولفیت در شرایط قلیایی صورت می گیرد. کالا در نهایت در شرایط اسیدی آبکشی می شود با استفاده از اسید استیک تا از زردی کالا جلوگیری شود .
اندازه گیری رنگ برای فضلاب از توالی شستشو بطور شگفت آوری SACs بالاتری در مقایسه با مقدار یافت شده فاضلاب حمام رنگرزی دارد . واضح است که نتایج توسط حضور روان کننده ها ی امولسیون شده که قسمتی از فیلتر 45/0 میکرومتری برای آماده سازی نمونه مناسب است تحت تاثیر قرار می گیرد .
برای تعیین تجزیه پذیری بیولوژیک ، تست های Zahn-Welles روی فاضلاب شستشو و حمام های رمق کشی متوالی رنگرزی انجام شد . بجز گام نهایی اسیدی کردن تجزیه پذیری بیولوژیک محتویات پساب رنگرزی متوالی در مقایسه با فرایند شستشوی مسطح پایین تر بود . بسیار جالب اینکه زوج پساب حاصل از گام های شستشوی اولیه رنگرزی متوالی تجزیه پذیری بیولوژیک پایین تر را از خود نشان داد. علت بسیار مشابه استفاده از مواد شوینده ماشینی اضافه است که تجزیه پذیری بیولوژیک پایین 10% است مطابق نسخه های داده های محصول که نمایشگر نمایی از جزئیات آب ورودی و خروجی از نظر COD در خط تولید است . طرح جرم جریان از پایه یک میانگین تولید t/d 1/12 نشات گرفته است . به هرحال باید یادآوری کرد که فرایندهای تکمیل دستخوش تغییرات متناوب با توجه به نیازمندی های فرایند و موقعیت بازار می شوند .
اجزا آلی بار اصلی پساب کارخانه مورد آزمایش را به خوداختصاص داده است . وجود عناصر قابل تجزیه بیولوژیک در سطحی بین 63% و 91% تصفیه برپایه فرایند بیولوژیک را پیشنهاد می دهد .
با توجه به اینکه پساب مخلوط شده در انتهای جریان در مخزن برابرسازی نهایی جمع می شوند ، تغییرات زیادی در هر پارامتر آزمایش شده یاقت می شود که بیان کننده کل فرایند جاری تکمیل کامل واحد نساجی است . این شکل غلظت سیال ورودی و خروجی را از نقطه نظر بهبود برطرف سازی مواردی همچون COD ، رنگ و رسانایی مطرح می کند .
برای توسعه شرایط فرایند بهینه MBR ،نرخ بار آلی آن افزایش یافت . بهترین نتایج زمانی بدست امد که نرخ بار گذاری بین g/L.d 55/0 و35/0 بود در جایی که غلظت های COD نفوذی بین mg/L 350 تا 225 و نرخ برطرف سازی متناظر COD بالای 90% بوده است .
روش MBR در برطرف سازی BOD و COD بسیار کارا اثبات شد . در حالی که در کاهش رنگ قانع کننده نبود . هنگامی که روان کننده های امولسیونی توسط غشاء کاملا نگهداشته شوند پسماندهای رنگ فرایند رنگرزی فقط تا حدودی حذف می شوند . راندمان برطرف سازی به وضوح افت می کند زمانی که پساب مورد آزمایش کاملا از مراحل متوالی رنگرزی ناشی شده باشد . رسانایی ،پارامتر مهم دیگری در امکان استفاده مجدد توسط تصفیه MBR تغییری نمی کند .
بنابراین طرح های ارتقاء یافته برای تعریف فرایند های قابل اجرا مکمل برپایه سیستم بازیابی MBR مورد بررسی قرار گرفت . تجربه اکسیداسیون شیمیایی که اخیرا در جای دیگری ارائه شده ، برطرف سازی مخصوص بالایی را با ازوناسیون هنگامی که کلره کردن و H2O2 غیر موثر بوده است نشان داده . هرچند تصفیه ازونی منجر به افزایش BOD توسط تبدیل سخت COD در اجزای آلی قابل تجزیه بیولوژیک می شود . اساسا بالا بردن قابلیت تجزیه پذیری بیولوژیک می تواند به عنوان یک اثر مثبت در ارتقاء برطرف سازی COD باشد . اما در مورد به کارگیری تکنولوژی ازون برای سیال خروجی دوم نیاز برای سایر گام های باقی مانده تصفیه برای جلوگیری از رشد دوباره بیولوژیکی است که می تواند هزینه های تصفیه را افزایش دهد .
NF به عنوان یک گزینه فرایند پاکسازی فاضلاب انتخاب شده است . تست ها بر روی فاضلاب خروجی جمع آوری شده از MBR انجام شده است . کیفیت تغذیه و نفوذ کننده در جدول 4 نشان داده شده است . نتایج نشان می دهد که کلیه مقادی راهنما برای استفاده مجدد شامل COD به اندازه رنگ و رسانایی می تواند قابل دستیابی باشد زمانی که NF به عنوان پیش تصفیه بکار رود . گزارش شده است که MBR با توالی NFکیفیت فاضلاب بهتر و مشخصه های پایدار تری را تامین می کند در مقایسه با تصفیه ای که بر روش بیولوژیک مرسوم شامل ازوناسیون بعلاوه گرانول های فعال شده فیلتراسیون کربن انجام می شود .
با توضیحات اخیر فرایند شستشو به عنوان اولین منبع تولید پساب معرفی شد . تست های UF بر روی نمونه مستقیم در محل خروج پساب فرایند شستشو انجام شد . رد کردن COD و ذرات چربی دوست به خوبی فلوی نفوذ بازبینی شد . افزایش حجم فاکتور غلظت در محدوده 1 تا 20 تست شد . جدول 5 نشان دهنده خواص غلظت و نفوذ در مقدار COD و ذرات چربی دوست در تحقیق CFs است . سطح بالای نگهداری ذرات چربی دوست بین 9/83 و 1/88 % مشاهده شد در فرایند UF با یک کاهش مینیمال در فاکتورهای غلظت بالاتر . سطح فعال های باقی مانده از غشاء عبور داده می شوند و می تواند در فرایندها بازیابی شود . در زمینه تعادل COD یک میانگین بازیافت سطح فعال در حدود 33 % تخمین زده می شود .
در زمان فرایند نرخ فلوی به آرامی از 5/19 تا 23 L/m2h افزایش یافت که می تواند منسوب به افزایش موازی دما از 30 به 40 درجه سانتیگراد به علت بار القا شده انرژی پمپ کردن باشد . برای اصلاح اثر دما نرخ فلوی در برابر فلوی آب پاک در همان دمابه عنوان تابع CF رسم شود .
فلوی نفوذ امولسیون در ابتدا به حدو 40% فلوی آب پاک افت می کند . نسبت به افزایش CFs ذر شرایط پایدار تا 29 % افت یافته با توجه به غلظت پلاریزاسیون و ته نشینی .
04 نتیجه گیری
تصفیه MBR به عنوان یک ابزار کارآمد برای تصفیه پساب نساجی اثبات شد . با این حال امکان دست یابی به استانداردهای مورد نیاز برای استفاده مجدد مستقیم وجود ندارد . برای انجام این کار یک فرایند پیش تصفیه اضافی اجرا می شود . در تست های انجام شده روش پیش تصفیه ، NF بهترین انتخاب است .با یک MBR و NF متوالی امکان دستیابی به کلیه نیازهای استفاده مجدد وجود دارد .
با این حال باید یادآوری کرد که این رویکرد وابسته به تلاش ها ی تکنولوژیکی قابل توجه و پتانسیل هزینه بالای است .
به عنوان یک گزینه ، یک فرایند نسبتا ساده و سر راست برای تصفیه بخشی از پساب در نقطه منبع تست شد . UF آزمایش شده بر روی فاضلاب شستشو برای جدا سازی انتخابی ذرات چربی دوست موفق بود . بر مبنای نتایج بدست آمده از UF یک فرایند یکپارچه بازیابی پیشنهاد می شود .
ادعا می شود که نرخ بازیافت نفوذ 95% آب مصرفی می تواند در فرایند شستشو تا 5/87% پایین بیاید . بعلاوه COD کل خروجی می تواند کاهش یابد تا حد 80% . هنگامی که مواد شوینده تا حدی بازیابی شوند مصرف فرایند شستشو می تواند پایین باید تا حد 20% . مزیت اضافه ای که تا به حال به آن اشاره نشده است بازیافت حرارت است ؛ زمانی که آب شستشو در دمای فرایند می تواند تصفیه و بازیابی شود به معنای این است که آب تازه کمتری گرم شده است . این مسئله به ذخیره انژی در فرایند شستشو اشاره می کند .
مهم است که موفقیت اجرای فرایند UF برجسته شود بسته به یک خط سیر کافی موجود برای مواد غلیظ شده . در این مورد سوزاندن مواد غلیظ شده در ژنراتور حرارتی شرکت بعد از کاهش حجم پیشنهاد می شود . در نتیجه در شرکت مورد بررسی فرایند یکپارچه بازیابی سیالات شستشو نشان دهنده مزیت واضحی بیش از تصفیه end-of-pipe می باشد .
