بررسی امکان حذف آلومینیوم و سولفات از پساب صنایع آندایزینگ با استفاده از نانوفیلتراسیون

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران – محیط زیست، دانشگاه تهران*(مسئول مکاتبات).

2 استاد دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران.

3 کارشناس ارشد مهندسی عمران – محیط زیست، دانشگاه تهران

چکیده

چکیده
تصفیه پساب صنایع آبکاری به علت آلودگی زیاد و آلوده کردن آب و خاک، ضروری است. به علت مصرف زیاد آب این صنایع، استفاده مجدد و بازیابی پساب تصفیه شده، اهمیت خاصی دارد. در این تحقیق حذف آلومینیوم و سولفات از پساب صنایع آبکاری آلومینیوم با استفاده از پایلوت نانوفیلتراسیون مورد بررسی قرار گرفته است.
در ابتدا با خنثی سازی پساب، مقدار آلومینیوم در پساب کاهش داده شده و سپس امکان تصفیه پساب با استفاده از فرآیند نانوفیلتراسیون مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامترهای مؤثر در فرآیند که در پایلوت مورد مطالعه قرار گرفته عبارتند از: دما و فشار کاری دستگاه هنگام تصفیه با نانوفیلتراسیون. در این مطالعه از غشا 90NF که توسط شرکت فیلم­تک[1] ساخته شده است، به عنوان نانوفیلتر استفاده  می­شود. این تحقیق در دماهای 30، 35 و 40 درجه سانتی گراد و فشارهای 5 الی20 بار انجام شد.
نتایج مطالعات انجام شده نشان می­دهد که بهترین بازده حذف آلومینیوم و سولفات در فشارهای بین 5/7 تا 5/12 بار و دمای 30 درجه سانتی­گراد به دست می­آید. همچنین مشاهده می­شود با افزایش دما و فشار، فلاکس آب عبوری از نانوفیلتراسیون افزایش می­یابد.



[1] -Filmtec

کلیدواژه‌ها


علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دوره پانزدهم، شماره یک، بهار 92

 

بررسی امکان حذف آلومینیوم و سولفات از پساب صنایع آندایزینگ [1]

با استفاده از نانوفیلتراسیون[2]

 

شهاب فرج­اللهی [3]*

sfarajollahi@yahoo.com

علی ترابیان [4]

غلامرضانبی بیدهندی 4

علی اصغر قدیم­خانی 3

علی محمدپور3

نسیم زارع3

مهدی جانقربان3

تاریخ دریافت:5/5/88

تاریخ پذیرش:25/9/88

 

چکیده

تصفیه پساب صنایع آبکاری به علت آلودگی زیاد و آلوده کردن آب و خاک، ضروری است. به علت مصرف زیاد آب این صنایع، استفاده مجدد و بازیابی پساب تصفیه شده، اهمیت خاصی دارد. در این تحقیق حذف آلومینیوم و سولفات از پساب صنایع آبکاری آلومینیوم با استفاده از پایلوت نانوفیلتراسیون مورد بررسی قرار گرفته است.

در ابتدا با خنثی سازی پساب، مقدار آلومینیوم در پساب کاهش داده شده و سپس امکان تصفیه پساب با استفاده از فرآیند نانوفیلتراسیون مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامترهای مؤثر در فرآیند که در پایلوت مورد مطالعه قرار گرفته عبارتند از: دما و فشار کاری دستگاه هنگام تصفیه با نانوفیلتراسیون. در این مطالعه از غشا 90NF که توسط شرکت فیلم­تک[5] ساخته شده است، به عنوان نانوفیلتر استفاده  می­شود. این تحقیق در دماهای 30، 35 و 40 درجه سانتی گراد و فشارهای 5 الی20 بار انجام شد.

نتایج مطالعات انجام شده نشان می­دهد که بهترین بازده حذف آلومینیوم و سولفات در فشارهای بین 5/7 تا 5/12 بار و دمای 30 درجه سانتی­گراد به دست می­آید. همچنین مشاهده می­شود با افزایش دما و فشار، فلاکس آب عبوری از نانوفیلتراسیون افزایش می­یابد.

واژه های کلیدی: پساب صنایع آندایزینگ، جداسازی توسط غشا، نانوفیلتراسیون، پلاریزاسیون غلظتی.


مقدمه


آبکاری فرآیندی است که ضخامت یکنواختی بر روی تمامی سطوح قطعات مورد نظر صرف­نظر از شکل و هندسه قطعات ایجاد می­کند. ورق، پروفیل و قطعات آلومینیوم که در صنایع ساختمانی و دیگر صنایع تولید و استفاده می­شوند، بسته به کارایی و مقاومت­های متفاوت آبکاری می­شوند که این فرآیند به عنوان آندایزینگ آلومینیوم شناخته می­شود. در آندایزینگ آلومینیوم از روش­های مختلفی استفاده می­شود که معمول­ترین این فرآیندها، استفاده از اسید سولفوریک می­باشد. کل فرآیند معمولاً شامل چندین مرحله متوالی است که به ترتیب عبارتند از تمیزکاری، لکه گیری[6] با استفاده از سود، شفاف سازی و دود زدایی توسط اسید نیتریک، آندایزینگ در محلول اسید سولفوریک، رنگ آمیزی و در نهایت آب بندی[7] می­باشد که در شکل 1 به صورت شماتیک نشان داده شده است (1و2).

در فرآیند آندایزینگ همچون دیگر صنایع آبکاری به منظور جلوگیری از آسیب دیدن قطعات و آلودگی ناشی از محلول­های فرآیندی، قطعات در وان­هایی با آب شستشو داده می­شوند. این امر باعث ایجاد پساب­های مختلفی از جمله پساب­های اسیدی و بازی می­شود که میزان آلومینیوم، سولفات و سدیم در این پساب­ها زیاد است.

پساب­های شستشو معمولاً با استفاده از روش­های معمول همچون اکسایش-کاهش و یا ته­نشینی تا جایی که پساب از نظر استاندار تخلیه به سیستم فاضلاب شهری و یا آب­های سطحی مجاز باشد، تصفیه می­شود. جهت کاهش آب مصرفی در این صنایع، تکنولوژی­های جدیدی همچون فرآیندهای غشایی برای استفاده مجدد از آبی که در فرآیند آبکاری استفاده می­شود، وجود دارد. یکی از این روش­ها استفاده از فرآیند نانوفیلتراسیون است. نانوفیلتراسیون فرآیندی جذاب­تر نسبت به سایر تکنولوژی­ها برای حذف فلزات و دیگر آلودگی­ها همچون اسمز معکوس است. چرا که فشار عملیاتی در مقایسه با سیستم اسمز معکوس با ثابت نگه داشتن همان فلاکس، کمتر است. در نتیجه انرژی مصرف شده و سرمایه اولیه در لوله کشی و پمپ­ها کاهش می­یابد، از این رو از نظر اقتصادی  نسبت به اسمز معکوس بهینه­تر است.

اولین کاربردهای نانوفیلتراسیون به نیمه دوم دهه هشتاد میلادی بر می­گردد (3 و 4). در مطالعه­ای که توسط وانگ و همکاران در سال 2003 برای تصفیه و استفاده مجدد از آب شستشوی نهایی صنایع آبکاری غیر الکترونیکی انجام یافت، یک سیستم هیبرید شامل میکروفیلتر، تابش UV، کربن فعال، نانوفیلتر و تبادل یونی، مورد استفاده قرار گرفت. در این فرآیند تصفیه، فلزات پساب با استفاده از غشای نانوفیلتر حذف شدند. آب پیش تصفیه شده با استفاده از نانوفیلتر به دو جریان غلیظ (شامل نمک­ها و فلزات) و نفوذی (آب تمیز) مجزا گردید و در مرحله نهایی (ارتقاع کیفیت)، آب تمیز تصفیه شده توسط نانوفیلتر با استفاده از یک بستر ترکیبی یونی، عاری از یون شده و آب دمین[8] به دست آمد. سپس جریان آب نفوذی (تمیز شده) دمین به سیستم شستشوی عملیات آبکاری بازگردانیده شد. نتایج مطالعات اولیه نشان داد که توسط سیستم غشا نانوفیلتر، آب تولیدی با کیفیت بالا (بدون فلزات سنگین) به صورت مرتب و پیوسته و با ریکاوری کل در حدود 90 % تولید می­شود (5).

در مطالعه دیگر امکان تصفیه پساب شستشوی صنایع آبکاری که حاوی مس و کروم است با استفاده از سه نوع غشا نانوفیلتر (NTR-7450, DL, DK) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش فشار، حذف کروم و مس توسط هر سه نوع غشا اندکی افزایش می­یابد. حذف متوسط کروم توسط غشاهای DL و DK به ترتیب برابر 6/96 % و 7/94 % می­باشد. حذف مس نیز به صورت متوسط برابر 0/90 % و 8/82 % می­باشد. حذف مس (Cu) و کروم (Cr) توسط غشای NTR-7450 کمتر از 70% ­است. همچنین مشاهده شد که در محدوده این آزمایش با افزایش دما، در حذف مس (Cu) و کروم (Cr) تغییرات مشهودی دیده نمی­شود (6).

 

 

 

شکل 1- شماتیک فرآیند ساده شده در صنایع معمول آندایزینگ

 

 

 

کرمن[9] و همکاران روشی را برای تصفیه پساب حاوی مس، روی و کروم از آبکاری فلزات با استفاده از فرآیند اسمز معکوس به همراه ته­نشینی گزارش کرده­اند که در نهایت ریکاوری کلی برابر 95 % داشته است (7). آهن[10] و همکاران کارایی نانوفیلتر را در حذف آهن در پساب شستشوی آبکاری نیکل مورد بررسی قرار دادند. آن­ها فشار عملیاتی بهینه برای نانوفیلتر در این کاربرد و همچنین تاثیر معنی­دار pH در حذف کلراید را تشخیص دادند (8).

با توجه به کمبود تحقیقات انجام شده در تصفیه پساب صنایع آبکاری آلومینیوم، بالاخص توسط فرآیند نانوفیلتراسیون، در این تحقیق کارایی فرآیند نانوفیلتراسیون به همراه پیش تصفیه ترسیب شیمیایی، در میزان حذف یون­های سولفات و آلومینیوم از این پساب در دماها و فشارهای مختلف توسط پایلوت نانوفیلتراسیون بررسی شده است.

 

مواد و روش­ها

فرآیند انجام مطالعه تصفیه پساب صنایع آندایزیگ آلومینیوم با استفاده از نانوفیلتراسیون شامل دو مرحله است:

  1. پیش تصفیه - در این مرحله جریان آب ورودی به منظور کاهش آلومینیوم تصفیه می­شود.
  2. حذف کل مواد محلول باقی­مانده با استفاده از نانوفیلتراسیون - آب پیش تصفیه شده با استفاده از غشا نانوفیلتر به دو جریان غلیظ (شامل نمک­ها) و نفوذی (آب تمیز) تفکیک می­شود.

1- پیش تصفیه

پژوهش­های قبلی، ترکیبات سیلیکات آلومینیوم، هیدروکسید آلومینیوم و فسفات آلومینیوم را در هنگام تصفیه با غشا به عنوان علت گرفتگی معرفی کرده­اند (9 ، 10 و  11). بنابراین برای کاهش گرفتگی غشا، ما تلاش کردیم در این مرحله آلومینیوم محلول را از پساب جدا کنیم. لذا پیش تصفیه، یک مرحله کلیدی در فرآیند طراحی شده است.

بر اساس شکل 2 می­توان مشاهده کرد که در بازه pH 5/7 الی 5/6 محلولیت آلومینیوم کم­ترین مقدار را خواهد داشت. پس از جمع­آوری پساب­ها از کارخانه آبکاری آلومینیوم، با ترکیب جریان­های اسیدی و بازی، خنثی سازی انجام می­شود و در نتیجه آلومینیوم محلول به هیدروکسید آلومینیوم نامحلول تبدیل می­شود و در مخزن ته نشینی رسوب می­کند. بدین ترتیب مقدار زیادی آلومینیوم از پساب حذف می­شود. بنابراین محلولی با کدورت کم در حد کم­تر از NTU 1 به واحدهای نانوفیلتراسیون وارد می­شود (12).

 

شکل 2- حلالیت آلومینیوم دربازه pH

 

2- حذف سولفات با استفاده از نانوفیلتراسیون

در این تحقیق به منظور بررسی عملکرد دقیق عملیات نانوفیلتراسیون، یک پایلوت نانوفیلتر با مدول صفحه­ای در دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران طراحی و ساخته شد. پساب پیش تصفیه شده بعد از عمل خنثی سازی در مرحله قبل(که عمده آلودگی­ آن سدیم و سولفات است) در مخزن پایلوت جمع آوری می­شود.

در این پایلوت آب داخل مخزن با استفاده از یک پمپ با فشار کم از کارتریج فیلترها (10 میکرومتر، کربن فعال و 5 میکرومتر) به عنوان میکروفیلتر، به منظور حذف مواد معلق و اجتناب از گرفتگی کلوئیدی، عبور می­کند و سپس با استفاده از پمپ فشار قوی به غشا نانوفیلتر وارد می­شود. یک شیر کمکی بر روی لوله جریان ورودی تعبیه شده است که اجازه می­دهد نرخ جریان ورودی به نانوفیلتر تنظیم شود. همچنین فشار عملیاتی آب ورودی با استفاده از یک شیر قطع جریان که بر روی خط جریان غلیظ بعد از محفظه غشا نصب شده است و یک گیج فشار که فشار داخل مدول صفحه­ای را نشان می­دهد، تنظیم می­گردد (شکل 3).

همان طور که گفته شد، دمای آب عبوری از نانوفیلتر تاثیر به سزایی در فلاکس و بازده عملیاتی در حذف مواد دارد. لذا به منظور ثابت نگه داشتن دما از یک سیستم کنترلی دما شامل کویل خنک کننده، هیتر و یک سوییچ کنترلی استفاده شده است. بدین ترتیب می­توان پایلوت را در دمای ثابت و تلرانس 3/0 درجه سانتی گراد راهبری کرد.

در ابتدای راه اندازی در هر یک از مراحل، برای آن که عملیات نانوفیلتراسیون به صورت پایدار برسد، پایلوت به صورت پیوسته، به مدت دو ساعت کار می­کند. میزان فلاکس و مقدار مواد محلول در آب نفوذی تمیز اندازه گرفته می­شود، هنگامی که به مقادیر ثابتی برسد، نمونه برداری آغاز می­شود. مجدداً با تغییر فشار عملیاتی، زمانی داده می­شود تا تمام پارامترها به حالت پایدار برسد و بار دیگر ، نمونه برداری انجام شود. در هر نمونه برداری، سه نمونه با فاصله زمانی 10 دقیقه برداشت می­شود و در هر مرحله دبی آب نفوذی تمیز اندازه گیری می­شود.

 

 

 

 

شکل 3- نمودار طرح کلی پایلوت نانوفیلتراسیون

 

 

 بازده حذف و فلاکس در عملیات نانوفیلترایسون به پارامترهای مختلفی که شامل فشار عملیاتی، دما، pH و غلظت جریان ورودی، نرخ جریان و درصد ریکاوری است، بستگی دارد. در این مطالعه، تاثیر فشار عملیاتی و دما بر بازده حذف کل مواد محلول و یون­های سولفات و آلومینیوم باقی مانده از فرآیند پیش تصفیه مورد بررسی قرار گرفت.

در حین عملیات، نانوفیلتر یون­های سولفات، سدیم و آلومینیوم باقی مانده از فرآیند پیش تصفیه را  با بازده متفاوت فیلتر و جدا می­کند. این بازده به پارامترهای عملیاتی که شامل فشار عملیاتی، دما، pH و غلظت جریان ورودی، نرخ جریان و درصد ریکاوری است، بستگی دارد. در این مطالعه، تاثیر فشار عملیاتی و دما مورد بررسی قرار گرفت.

غشا نانوفیلتر از نوع NF90 است که ساخت شرکت فیلم­تک می­باشد. مشخصات این غشا با محدودیت وزن مولکولی بین 200 الی 300 دالتون، در جدول یک نشان داده شده است (13 و 14).


 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 1- مشخصات غشا NF90

جنس غشا

پلی آمید

بیشینه فشار بهره­برداری

(bar 41) psig 600

بیشینه دمای بهره­برداری

(bar 41) psig 600

نوع مدول غشا

مدول صفحه ای

محدوده pH در بهره برداری پیوسته

2 الی 11

محدودهpH، در شستشوی کوتاه­مدت

1 الی 12

بیشینه شاخص چگالی لای[11] ورودی

SDI 5

بیشینه فلاکس

m3/m2/h 4/0

جنس غشا

پلی آمید

بیشینه فشار بهره­برداری

(bar 41) psig 600

بیشینه دمای بهره­برداری

(bar 41) psig 600

نوع مدول غشا

مدول صفحه ای

محدوده pH در بهره برداری پیوسته

2 الی 11

محدودهpH، در شستشوی کوتاه­مدت

1 الی 12

بیشینه شاخص چگالی لای[12] ورودی

SDI 5

بیشینه فلاکس

m3/m2/h 4/0

 

آنالیز نمونه­ها

آنالیز بر روی نمونه­هایی که از پساب اصلی و در حین مطالعه پایلوتی جمع آوری شده­اند، انجام شد که شامل کل مواد محلول[13] (یا هدایت الکتریکی)، غلظت آلومینیوم و آنیون­ها، بر اساس استاندارد روش آزمایش آب و فاضلاب می­باشد. برای آنالیز کل مواد محلول نمونه، از دستگاه TDS-meter مدل sension378 ساخت شرکت هچ[14] استفاده شد. مقدار آلومینیوم با استفاده از دستگاه ICP و آنیون­ها، سولفات و نیترات در نمونه­ها با استفاده از اسپکتوفتومتر مدل DR 5000 ساخت شرکت هچ اندازه گیری گردید (15).

 

(1)

 
کارایی غشا نانوفیلتر بر اساس درصد حذف ترکیبات خاص، به طوری که از رابطه یک تعریف می­شود، مطالعه می­شود:

(Rejection) درصدحذف = (1−Cp/Cf) ×100 %

 

که در آن Cpو Cf  به ترتیب غلظت ترکیبات در خوراک و آب نفوذی تمیز می­باشند.

 

نتایج و بحث

نتایج در مرحله پیش تصفیه نشان می­دهد، هنگامی که جریان­های اسیدی و بازی با یکدیگر خنثی می­شوند، بازده حذف آلومینیوم به  97 تا 99 % می­رسد و مقدار باقی مانده نیز اکثراً به صورت ذرات کلوییدی است که قبل از ورود به نانوفیلتر توسط میکروفیلترها گرفته می­شود.

لذا ترکیبات آلومینیوم به عنوان عامل اصلی گرفتگی، در هنگام تصفیه با غشا نانوفیلتراسیون به مقدار قابل توجهی کاهش می­یابد. غلظت یون­ها در پساب پیش تصفیه شده به عنوان جریان ورودی به واحد نانوفیلتراسیون در جدول 2 نشان داده شده است.

 

جدول 2- غلظت یون­ها در پساب پیش تصفیه شده به عنوان جریان ورودی به پایلوت نانوفیلتراسیون

(ppm) غلظت

یون­ها

(ppm) غلظت

یون­ها

6970 ± 330

(TDS) کل مواد محلول

2080 ± 85

(Na +) سدیم

4230 ± 150

(SO4 2-) سولفات

4/2 ± 1/0

(Al 3+) آلومینیوم

185 ± 15

(NO3 -) نیترات

9/1 ± 1/0

(Mg 2+ ) منیزیم

 

 


آثار دما و فشار بر روی پارامترهای بهره­برداری و کارایی غشا نانوفیلتر در دماهای30، 35 و40 درجه سانتی گراد و فشارهای 5، 5/7، 10، 5/12، 15 و 20 بار مورد بررسی قرار گرفت. شکل 4 فلاکس آب نفوذی (مقدار جریان آب عبوری از واحد سطح نانوفیلتر) از غشای NF90 را در فشارهای مختلف نشان می­دهد.

همان طور که در شکل 4 نشان داده شده است، در هر دما با افزایش فشار، فلاکس آب نفوذی از غشای NF90 به صورت تقریباً خطی افزایش می­یابد. همچنین مشاهده می­شود دمای 40 درجه نسبت به دیگر دماها، فلاکس بیشتری دارد که علت این امر کاهش ویسکوزیته محلول به دلیل افزایش دما می­­باشد. از طرف دیگر با توجه به حداکثر دمای مجاز که 40 درجه سانتی گراد است، دماهای بالاتر آزمایش نشد.

 

 


 


شکل 4- تاثیر فشار و دمای کاربردی بر فلاکس عبوری در فرآیند نانوفیلتراسیون

 

 

در ادامه، بازده حذف مواد توسط غشا NF90 در دماها و فشارهای متفاوت بررسی شد. بازده فرآیند نانوفیلتراسیون در حذف کل مواد محلول، سولفات و آلومینیوم از پساب به ترتیب در نمودارهای 5 ، 6 و 7 نمایش داده شده است. همان طور که در شکل 5 نشان داده شده است، کل مواد محلول پساب به صورت موفقیت آمیز با بازده 89 تا 97% در دماهای مختلف با استفاده از نانوفیلتر حذف می­شود. نتایج مشابه را می­توان برای یون­های سولفات در آب تولیدی (تمیز) که به مقدار متوسط 142248 میلی­گرم می­رسد، مشاهده کرد. به عبارتی دیگر، سولفات به صورت متوسط 94% کاهش می­یابد. از طرف دیگر بازده حذف آلومینیوم با نانوفیلتر در محدوده 90 تا 96% قرار دارد (شکل 7). نتایج نشان می­دهد که تمام حذف­ها، در دامنه دوره آزمایشی 2 ساعته و در فشار معین، با تقریب خوبی ثابت باقی می­ماند. نتایج (شکل­های 6 و 7) نشان می­دهد که بهترین بازده حذف آلومینیوم و سولفات در فشار 5/7 تا 5/12 بار و دمای 30 درجه برای راهبری نانوفیلتراسیون با این پساب اتفاق می­افتد.

 

 

شکل 5- تاثیر فشار و دمای کاربردی بر بازده حذف کل مواد محلول در فرآیند نانوفیلتراسیون

 

 

شکل 6- تاثیر فشار و دمای کاربردی بر بازده حذف سولفات در فرآیند نانوفیلتراسیون

 

 


فشار مناسب در تمام دماها، برای راهبری پایلوت نانوفیلتراسیون با این پساب به عنوان جریان ورودی در حدود 10 بار است. زیرا نتایج نشان می­دهد که حذف کل مواد محلول و یون­ها، توسط غشا NF90 تا حدود فشار 10 بار افزایش می­یابد به عبارتی دیگر می­توان گفت با افزایش فشار کاربردی تا حدود 10 بار، غلظت­ها کاهش یافته و سپس با افزایش مجدد فشار، بازده حذف کل مواد محلول (TDS) و یون­ها کاهش می­یابد.

علت این امر را می­توان با پدیده پلاریزاسیون غلظتی توجیه کرد. در فشار بالاتر از 10 بار غلظت مواد محلول در لایه­ای بسیار نزدیک به غشا به مقدار قابل توجهی افزایش می­یابد، لذا با توجه به فشار و غلظت بالا و همچنین بار سطحی غشا، کاتیون­های پساب با توجه به جدول 2، که بیشتر یون سدیم است و از انرژی هیدرتاسیون کمی نیز بر خوردار است، از سطح غشا نانوفیلتر فرار می­کند. همچنین با توجه به این نکته که بار پساب باید در پشت غشا نانوفیلتر، خنثی باشد، با فرار سدیم، آنیون­ها نیز که بخش اعظمی از آن را یون سولفات تشکیل داده است، از سطح غشا نانوفیلتر عبور می­کنند. در نتیجه با افزایش فشار بیشتر از 10 بار،  بازده کاهش می­یابد. همچنین با ادامه افزایش فشار، پدیده پلاریزاسیون غلظتی تشدید می­شود و لذا با کاهش بیشتر بازده کل مواد محلول و یون­ها مواجه می­شویم (16).

مشاهده شده است که هرچقدر بار نانوفیلتر منفی­تر باشد، پس دهی و حذف آنیون­های دو ظرفیتی نسبت به آنیون­های تک ظرفیتی بهتر است. زیرا نیروی دافعه الکتریکی بین یون­های منفی و غشا با افزایش ظرفیت آنیون­ها بیشتر می­شود. هنگامی که یون­های تک ظرفیتی و دو ظرفیتی منفی همزمان در محلول موجود باشند، عبور یون­های یک ظرفیتی درحضور یون­های دو ظرفیتی، به ظاهر آسان­تر می­شود. شدت این اثر ممکن است به بار غشا و ترکیب یون­های محلول جریان ورودی وابسته باشد. این موضوع هنگامی قابل توجه است که غلظت سولفات در پساب ورودی بسیار بیشتر از نیترات ­باشد (جدول 2). لذا در چنین شرایطی که سولفات با غلظت بسیار بالا به عنوان یون­های دو ظرفیتی موجود است، حذف نیترات بسیار حساس به حذف سولفات می­باشد و بازده حذفش بسیار کمتر از سولفات می­گردد (17و 18).

با توجه به نتایج می­توان از جریان آب نفوذی از غشا نانوفیلتر در فرآیند آبکاری آلومینیوم استفاده مجدد نمود. جریان تغلیظ شده نیز به سیستم تصفیه پساب به روش معمول برای تصفیه، قبل از تخلیه به فاضلاب شهری هدایت می­شود.

 

 

شکل 7- تاثیر فشار و دمای کاربردی بر بازده حذف آلومینیم در فرآیند نانوفیلتراسیون

 

نتیجه گیری

قوانین و مقررات محیط زیستی، صنایع را ملــزم می­کنند تا پساب­هایی را که شامل آلودگی­هایی همچون یون سولفات هستند، قبل از تخلیه به محیط زیست، غلظتشان را تا سطح قابل قبولی کاهش دهند. از آنجا که صنایع متعددی، دارای پساب حاوی یون­های سولفات و سدیم هستند، این مطالعه، فرآیند نانوفیلتراسیون را تکنیکی موفق در حذف این یون­ها از جریان پساب می­داند و پیشنهاد می­کند که پساب صنایع به ویژه صنایع آندایزینگ آلومینیوم که محتوی یون­های مذکور هستند، بعد از تصفیه با نانوفیلتراسیون، به چرخه استفاده مجدد در صنایع  بازگردند.

از آن جا که غشا نانوفیلترایسون در حــذف آلـودگی­های پساب آندایزینگ مؤثر است، آب نفوذی تمیز را می­توان در شستشوی صنایع آندایزینگ مجدداً استفاده نمود. به منظور بررسی اثر دما بر کارآیی غشا، فلاکس عبوری و بازده حذف، در دماهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج (شکل­های 6 و 7)  نشان داد که بهترین شرایط حذف سولفات و آلومینیوم از این پساب، در فشار 5/7 تا 5/12 بار و در دمای 30 درجه سانتی گراد در فرآیند نانوفیلتراسیون بدست می­آید. البته با توجه به مسائل گرفتگی غشا، بهترین فشار عملیاتی فشار 5/7 بار است.

در فرآیند نانوفیلتراسیون با افزایش دما، فلاکس آب نفوذی افزایش و حذف کل مواد محلول، سولفات و آلومینیوم کاهش می­یابد. علاوه بر این، در حذف آلومینیوم با افزایش دما در این دامنه کاری تغییر مشهودی مشاهده نمی­شود. در انتها می­توان گفت، استفاده مجدد از پساب صنایع آبکاری آلومینیوم که شامل فلز آلومینیوم (که به صورت ته­نشینی جدا و تصفیه شده است) و آلودگی یون­ها همچون سولفات است، بعد از تصفیه با نانوفیلتراسیون امکان پذیر می­باشد و می­تواند با مشارکت در تأمین آب فرآیند، استفاده از منابع آب را کم کند. این موضوع مخصوصاً در کشوری همچون ایران که از گذشته کمبود منابع آب داشته، بسیار با ارزش است.

 

تقدیر و تشکر

از معاونت محترم پژوهشی دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران به خاطر حمایت مالی با شماره 5/1/8202003 از پروژه فوق تشکر و قدردانی می­گردد. در ضمن از تمام کارشناسان محترم آزمایشگاه دانشکده محیط زیست به خاطر همکاری و توصیه­های مفیدشان و همچنین از شرکت آندایزینگ آلومینیوم دورال برای تهیه پساب­های مورد نیاز در این تحقیق، سپاسگزاری می­شود.

 



[1] -Anodizing

[2] -Nanofiltration

[3]- کارشناس ارشد مهندسی عمران – محیط زیست، دانشگاه تهران*(مسئول مکاتبات). 

[4]- استاد دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران.

[5] -Filmtec

[6] -Etching

[7] -Sealing

[8] -Demin

 

[9] -Kremen

[10] -Ahn

[11] -Silt density index (SDI)

[12] -Silt density index (SDI)

[13] -Total Dissolved Solid (TDS)

[14] -HACH

منابع

  1. Álvarez-Ayuso E. (2009). Approaches for the treatment of waste streams of the aluminum anodizing industry, Journal of Hazardous Materials 164, pp.  409 – 414.
  2. Pajunen P. (2002). Chemical Recovery of Caustic Etch and Anodizing Baths, Presented at the 1st Annual "Intensive" Equipment Workshop, Grand Rapids, Michigan, USA.
  3. Erikson, P. (1988). Nanofiltration extends the range of membrane filtration, Environ. Prog., 7 (1), pp. 1-17.
  4. Conlon, W.J. & McClellan, S.A. (1989). Membrane softening: treatment process comes of age, Journal of AWWA 81 (11), pp. 47 -51.
  5. Wong F. S., Qin J. J., Wai M. N., Lim A. L., Adiga M. (2002). A pilot study on a membrane process for the treatment and recycling of spent final rinse water from electroless plating; Journal of Separation and Purification Technology 29, pp. 41–51.
  6. Wang Z., Liu G., Fan Z., Yang X., Wang J., Wang S. (2007). Experimental study on treatment of electroplating wastewater by nanofiltration, Journal of Membrane Science 305, pp. 185–195.
  7. Kremen SS, Hayes C, Dubos M. (1977). Large-scale reverse osmosis processing of metal finishing rinse water. Journal of Desalination 20, pp.71–75.
  8. Ahn KH, Song KG, Cha HY, Yeom IT. (1999). Removal of ions in nickel electroplating rinse water using low-pressure nanofiltration. Journal of Desalination 122, pp. 77–84.
  9. Gabelich C. J., Ishida K. P., Gerringer F. W., Evangelista R., Kalyan M., “Mel” Suffet I.H. (2006). Control of residual aluminum from conventional treatment to improve reverse osmosis performance, Journal of Desalination 190, pp.147–160.
  10. Gabelich C.J., Yun T.I., Coffey B.M., Chen W.R. and Suffet I.H (2005). The role of dissolved aluminum in silica chemistry for membrane processes. Journal of Desalination, 180, pp. 307–319.
  11.  Gabelich C.J., Yun T.I., Coffey B.M. and Suffet I.H. (2002). Effects of aluminum sulfate and ferric chloride coagulant residuals on polyamide membrane performance. Journal of Desalination 150, pp.15–30.
  12. Stumm W. and Morgan J.J. (1996). Aquatic Chemistry: Chemical Equilibria and Rates in Natural Waters, 3rd ed., John Wiley and Sons, New York.
  13. FILMTEC product information catalog, www.dow.com/liquidseps/lit/down_lit.htm.
  14. FILMTEC Technical Manual of Reverse Osmosis Membranes, www.dow.com/liquidseps/lit/down_lit.htm.
  15. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (2005). 21th edn, American Public Health Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington DC, USA.
  16. Baker R. W. (2004). Membrane Technology and Applications. Second Editon, John Wiley & Sons Ltd.
  17. Ratanatamskul C., Yamamoto K., Urase T. and Ohgaki S. (June, 1996) IAWQ 18th Biennial International Conference, Singapore.
  18. ترابیان. ع.، شکوهی، م. نبی بیدهندی. غ. و قدیم خانی. ع. (1386). بررسی کارایی غشا نانوفیلتراسیون در حذف نیترات از آب آشامیدنی در شرایط عملی مختلف. فصل نامه علمی-پژوهشی "آب و فاضلاب" 61، صفحات 15-23.