مقدمه:
صنعت آبکاری یکی از صنایع مهم در تولید محصولات گوناگون است. با استفاده از روشهای مختلف آبکاری، پوششهای مقاوم بر سطح فلزات داده میشود تا مقاومت در برابر زنگزدگی و خوردگی پیدا نماید. واحدهای آبکاری به دو صورت مستقل و یا بخشی از یک خط تولید در کارخانههای صنعتی وجود دارند. واحدهای آبکاری زیادی در کشور وجود دارد و چون یونهای فلزی نیکل، کروم، روی، مس و سرب از عناصر فلزات سنگین محسوب میشوند، تخلیه پسابهای حاوی این ترکیبات به چاههای جذبی و آبهای سطحی خطرناک است.
تصفیه پسابهای واحدهای آبکاری یکی از راهکارهای جلوگیری از آلودگی محیطزیست است. با استفاده از روشهای ساده رسوبدهی شیمیایی میتوان علاوه بر خنثیسازی، فلزات سنگین نظیر روی، نیکل و کروم را بهصورت هیدروکسیدهای نامحلول رسوب داد. در انجام تصفیه پساب آبکاری انجام دو فرایند تصفیه احیاي کروم شش ظرفیتی به کروم قابل رسوبدهی سه ظرفیتی و نیز اکسیداسیون ترکیبات سیانوری نیز ضروری هست.
در این مقاله روش متداول در انجام فرایند تصفیه مورد بحث و بررسی قرارگرفته است. سعی شده تا فناوریهای متداول در انجام عملیات تصفیه به دو صورت ناپیوسته و پیوسته تشریح شود. تجربیات بهدستآمده از هر یک از روشهای فوق و معایب و مزایای آن توضیح داده شده است. بهعلاوه مفاهیم و روش تصفیه اتوماتیک و دستی با استفاده از دستگاههای کنترلکننده pH و ORP به زبان ساده بیان شده است.
تولید پساب در واحد آبکاری
اساسيترين قسمت در فرايند آبكاري، فروبردن قطعات در محلول فرايند و سپس شستوشوي فيلم يا لایه مواد شيميايي از روي آنها است كه در اصطلاح به آن لايروبه گفته ميشود.
چنانچه عمليات آبكاري به نحو مطلوب صورت نگيرد، مواد شيميايي با ارزش موجود در وانهاي آبكاري اتلاف خواهد شد. بيرون كشيدن قطعات و انتقال آن به وانهاي شستوشو بعدي، اگر صحيح و با دقت انجام نگیرد و زمان لازم براي ريخته شدن محتويات محلول وانها به محل اصلي خود داده نشود، مقادير قابلتوجهي از محلول وانهاي آبكاري به همراه قطعات خارج ميشوند. در برخي از واحدهاي آبكاري مشاهده ميشود كه قطعات به دليل سنگين بودن، از درون وانها بدون هيچ وقفهاي به وانهاي شستوشو هدايت ميشوند و مقاديري از محتويات وانهاي آبكاري را با خود به همراه ميبرند. بهطور اصولي در بالاي وانهاي آبكاري محلي براي امكان آويزان كردن قطعات گذاشته ميشود تا برگشت قطرات محتويات وان مانده بروي قطعات به درون وان فراهم شود. عدم رعايت اين اصول، موجب آلوده شدن سريع وانهاي آبكش و هدر رفت آب و صرف هزينههاي بيشتر براي تصفيه پساب خواهد بود.
پساب آبكاريها داراي مقاديري از فلزی است كه در فرايند آبكاري مورد استفاده قرار ميگيرد. بهعنوان مثال در واحدهاي آبکاری كروم تزئيني، فلزات نيكل و كروم شش ظرفيتي وجود دارد که اسيدي و زردرنگ است. در پساب واحدهاي آبكاري گالوانيزه اسيدي نيز فلزات روي و كروم به همراه ساير تركيبات وجود دارد و رنگ آن هم به دليل فرايند كروماته كردن، زردرنگ است. پساب گالوانيزه سيانوري نيز علاوه بر فلزات روي و كروم، دارای مقاديري از تركيبات سيانوري مانند سيانور سديم و سيانور روي است. در اين نوع از واحدهاي آبكاري باید پساب سيانوري از ساير پسابها جداسازي و به مخازن جمعآوری مجزا هدايت شود؛ چراكه فرايند تصفيه آن در يك محيط دارای pH قليايي با استفاده از ترکیبات کلردار مانند هیپوکلریت کلسیم (پركلرين) صورت ميپذيرد.
اصول تصفیه پساب واحدهای آبکاری
از دو روش تصفیه ناپیوسته و پیوسته میتوان برای انجام عملیات تصفیه پساب آبکاری استفاده کرد. در روش ناپیوسته هر یک از مراحل تصفیه بهصورت متوالی در یک راکتور صورت میپذیرد. در روش پیوسته هر یک از مراحل در راکتورهای مجزا انجام میشود.
در تصفيه شيميايي پساب واحدهاي آبكاري، مراحل مختلفي صورت ميپذيرد. ابتدا لازم است پسابها بهصورت تفکیکشده وارد مخازن جمعآوری و متعادلکننده شوند. بهطورکلی پسابهاي اسيدي، كروم، نيكل و ساير فلزات به يك مخزن ذخيره و پسابهاي سيانوري مانند پسابهاي حاوي سيانور سديم، سيانور مس و سيانور روي در يك مخزن ذخيره مجزا جمعآوری شوند. مرحله بعد عمليات تصفيه شيميايي در مخازن تصفيه صورت ميپذيرد. در تصفیه شيميايي فاضلاب آبکاری باید پنج مرحله عملیات زیر صورت پذیرد:
• اكسيداسيون سیانور
• احیای کروم
• خنثیسازی شیمیایی
• تهنشینی
• فيلتراسيون
پس از انجام تصفيه شيميايي (احیای کروم شش ظرفیتی، اکسیداسیون سیانور و خنثیسازی از طریق رسوبدهی هیدروکسیدی فلزات)، مرحله تهنشینی رسوبات از فرايند تصفيه صورت میگیرد. اين مرحله ميتواند در همان راكتور واكنش شيميايي (در صورت قيفي بودن راكتور) و يا در يك راكتور تهنشینی مجزا انجام شود. پس از تهنشین شدن رسوبات، مرحله تخليه پساب تصفیهشده زلال و تخليه لجن است. بهطور معمول براي آبگيري از لجن از بستر فيلتر شني و يا فيلترپرس استفاده ميگردد.
براي انجام عمليات تصفيه پساب آبکاری ميتوان از دو روش تصفيه ناپيوسته و يا تصفيه پيوسته استفاده كرد. در تصفیه ناپيوسته انجام هر يك از مراحل تصفيه بهصورت متوالي يكي پس از ديگري در يك راكتور صورت ميگيرد. براي اين منظور تنها به يك مخزن واكنش و نيز يك عدد كنترلرpH و كنترلرORP نیاز است. درحالیکه در تصفيه پيوسته هر يك از مراحل اکسیداسیون سيانور، احيای كروم و خنثیسازی در راكتورهاي مجزا انجام ميشود و براي هر مخزن متناسب با نوع واكنش به كنترلر pH و در صورت لزوم به كنترلر ORP نیاز است.
تصفیه پساب سیانوری
محلولهای سیانوری در وانهای آبکاری روی، کادمیوم، مس، برنج، نقره و طلا مورد استفاده قرار میگیرد. آبهای سمّی حاصل از شستوشو و مواد سیانوری که در خلال انجام عملیات از وانهای آبکاری به بیرون ریخته میشوند، باید قبل از رها ساختن در محیطزیست تصفيه شوند (اصولاً به غلظت زیر 1/0 میلیگرم در ليتر برسند)[1].
روش تجزیه و تصفیه سیانور
روشی که بهطور معمول برای تخریب و از بین بردن سیانور مورد استفاده قرار میگیرد، یک فرایند تصفیه شیمیایی دو مرحلهای است. در مرحله اول pH محلول بالا برده میشود و سیانور به ماده کمتر سمّی سیانات اکسید میشود. در مرحله دوم، خنثیسازی و اکسید شدن بیشتر سیانور به نیتروژن و کربنات بیضرر صورت میپذیرد. این خنثیسازی موجب میشود که فلزات رسوب یابند و از محلول جدا شوند. تصفیه باثبات و کنترل پایدار در این نوع فرایند با داشتن مخازن واکنش با اختلاطی خوب و حجمی مناسب برای تأمین زمانماند کافی بهدست میآید. زمانماند لازم را میتوان از تقسیم کردن حجم مخزن پرشده یا قابل استفاده بهسرعت جریان پساب بهدست آورد. اصولاً این زمانماند باید 10 دقیقه یا بیشتر باشد.
مرحله اول: تخریب و از بین بردن سیانور
افزایش pH و اکسید شدن سیانور
در مرحله اول از هیدروکسید سدیم (سود) برای بالا بردنpH محلول پساب به pH بیش از 11 استفاده میشود. این کار موجب پیشبرد اکسیداسیون و اطمینان از انجام تصفیه کامل میگردد. معمولاً برای تخریب و از بین بردن سیانور، از عامل اکسیدکننده هیپوکلریت سدیم (NaOCl) برای تخریب و از بین بردن سیانور بهره میگیرند. واکنش مرحله اول با استفاده از NaOCl و سیانوری که به شکل یونی (CN-1) در معرض واکنش قرارگرفته است، صورت میپذیرد. نتیجه این واکنش تشکیل سیانات سدیم (NaCNO) و یون کلر (Cl-) است.
NaOCl + CN- → NaCNO + Cl-
افزوده شدن سود از راه کنترل pH و اضافه شدن عامل اکسیدکننده با کنترل ORP (پتانسیل ردکس یا پتانسیل اکسیداسیون و احیا) صورت میپذیرد. بهطورمعمول از کنترلهای روشن/خاموش و با استفاده از شیرهای برقی یا پمپهای تزریق دارای قابلیت تنظیم میتوان استفاده کرد. کنترل کننده pH در زمانی که pH به کمتر از 11 افت میکند، فرمان تزریق بیشتر سود داده میشود. کنترل کننده ORP نیز هرگاه میزان پتانسیل ORP به کمتر از 450+ ميلي ولت رسد فرمان تزریق بیشتر هیپوکلریت را میدهد[1].
منحنی تیتراسیون
در شکل زیر منحنی تیتراسیون ORP، کل محدوده تغییرات میلیولت را در هنگامیکه سیانور بهصورت ناپیوسته (batch) تصفیه میشود، نشان میدهد. برای انجام فرایند تصفیه بهصورت پیوسته، شرایط عملیاتی واکنش در حالت اکسیدکنندگی، یعنی ناحیه مثبت منحنی نزدیک به نقطه تنظیم 450+ ميليولت حفظ میشود. عدد این نقطه تنظیم ORP در بین دستگاههای مورد استفاده در تصفیه پسابهای آبکاری متفاوت بوده و به عواملی نظیر pH، عامل اکسیدکننده، وجود انواع فلزات در محلول پساب و نوع الکترود رفرانس مورد استفاده بستگی دارد. تعیین دقیق نقطه تنظیم ORP بهصورت تجربی به نحوی صورت میگیرد که تمام سیانور بدون خوراکدهی اضافی هیپوکلریت اکسید شده باشد. این نقطه را میتوان با یک کیت حساس آزمون رنگسنجی و یا آزمونهای مشابه برای اندازهگیری سیانور تعیین کرد.
شکل 3 - منحنی شاخص تیتراسیون اکسیداسیون سیانور[1].
میزان pH اثر مستقیمی بر ORP دارد؛ بهویژه اگر از هیپوکلریت بهعنوان عامل اکسیدکننده استفاده شود، بایستی برای دستیابی به کنترل مناسب ORP، مقدار pH بهدقت كنترل شود. اضافه شدن هیپوکلریت موجب تغییر pH و کاهش پتانسیل ORP میشود. در نتیجه با فرمان افزوده شدن بیشتر هیپوکلریت، مقدار بیشتری از این ماده از دست میرود. برای اجتناب از چنین وضعیتی باید همزمان با کنترل pH، الکترود ORP نیز در مکانی با فاصله مناسب از محل ریخته شدن هیپوکلریت به پساب قرار گیرد.
مرحله دوم: تکمیل تجزیه سیانور
خنثیسازی و ادامه اکسید شدن سیانات
بهمنظور ادامه یافتن اکسیداسیون و کاملتر شدن آن و دست یافتن به محدوده pH قابل تخلیه، باید مرحله خنثیسازی پساب از نظر pH صورت پذیرد. بهطورمعمول از اسیدسولفوریک برای کاهش دادن pH به حدود 5/8 استفاده میشود. در این pH واکنش دوم اکسیداسیون سریع صورت میپذیرد.
نکته: قبل از افزودن اسید به این محلول باید از اکسید شدن کامل تمام سیانور اطمینان حاصل کرد. عدم رعایت این موضوع میتواند به تولید سیانور هیدروژن بسیار سمّی منجر گردد.
کلر یا هیپوکلریت سدیم (NaOCl) اضافی را میتوان به نسبتی که در مرحله اول اضافه شده بود، به پساب در حال تصفیه افزود و یا با استفاده از یک کنترل کننده ORP جداگانه واکنش اکسیداسیون به بیکربنات سدیم (NaHCO) را مطابق واکنش زیر کامل کرد.
2NaCNO + 3NaOCl + H2O → 2NaHCO3 + N2 + 3NaCl
كنترل ميزان ORP در مرحله دوم بسيار شبيه مرحله اول است؛ بهجز اينكه نقطه كنترل نزديك 600+ ميليولت انتخاب ميشود. چون نقطه کنترل نزدیک به منطقه حساس بوده، كنترل pH در مرحله دوم، نسبت به مرحله اول سختتر است.
حذف هیدروکسیدهای فلزی معلق
پس از انجام مرحله دوم تصفيه، از یک مخزن تهنشینی و یا یک فیلتر میتوان برای حذف هیدروکسیدهای فلزی معلق استفاده کرد. با اینحال، براي كاهش غلظت برخي از فلزات به ميزاني پايينتر از غلظت حلاليت هيدروكسيد آنها، ممكن است نیاز به تصفيه بيشتري باشد.
تصفيه پساب سیانوری به روش ناپيوسته
انجام متوالي هريك از مراحل
در شكل زیر انجام فرايند تصفيه بهصورت متوالي نشان داده شده است. با اینحال، میتوان تمام اين واكنشهاي تصفيه را با كنترل نيمه اتوماتيك بهصورت تصفيه ناپيوسته انجام داد. براي اين منظور تنها به يك مخزن واكنش و يك كنترلر pH و يك كنترلر ORP نیاز است.
انجام هر يك از مراحل تصفيه بهصورت متوالي يكي پس از ديگري صورت ميگيرد و نقاط تنظيم هريك از كنترلرهاي pH و ORP براي كسب همان نتايجي كه در فرايند تصفيه متوالي صورت ميپذيرفت، بهنوبت تغيير داده ميشوند. ابتدا سود اضافه ميشود تا pH به عدد 11 برسد. سپس ماده هيپوكلريت افزوده ميشود تا ميزان پتانسيل ORP به حدود 450+ ميلي ولت برسد و همزمان (در صورت نياز و بهمنظور حفظ pH روي عدد 11)، ماده سود اضافه میشود.
در مرحله بعد ميتوان اسيد را برای خنثیسازی، به اين محلول پساب در حال تصفيه اضافه نمود تا ادامه اكسيداسيون و تبدیلشدن سیانات به کربنات بهطور کامل صورت پذيرد.
يك مرحله زماني براي تهنشینی لازم است تا حذف مواد جامد انجام گیرد و يا اينكه كل اين محلول پساب تصفیهشده مستقیماً به يك مخزن يا حوضچه تهنشینی پمپ شود[1].
تصفيه شيميايي كروم
اين فرايند بر مبناي احيای كروم شش ظرفيتي به كروم سه ظرفیتی در يك محيط اسيدي و سپس ترسيب هيدروكسيدي فلزي به كمك شير آهك و يا سود است. براي احيای يون كروم شش ظرفيتي موجود در فاضلاب كه به رنگ زرد تا سبز وجود دارد، از متابي سولفيت سديم استفاده شده است.
4CrO3 + 6NaHSO3 + 3H2SO4 → 2Cr2 (SO4)3 + 6H2O + 3Na2SO4
اين واكنش به pH و زمان بستگي دارد، در pHهاي كمتر از 5/2 به نحو مطلوبي صورت ميگيرد. با انجام واكنش؛ رنگ محلول از زرد و يا سبز به آبي تبديل میشود. در سيستم تصفیه، پس از انتقال فاضلاب به راكتور در ابتدا pH پساب روي 2 تنظيم ميگردد. مقدار لازم متابي سولفیت سديم برای انجام واكنش افزوده و اگر پساب نياز به تنظيم pH داشته باشد، از اسيدسولفوريك صنعتي استفاده ميشود.
نتایج بهدست آمده از واحدهای تصفیه پساب حاوی کروم نشان میدهد که مقدار متابي سولفيت موردنیاز براي هر بار واكنش در حدود 2 گرم متابي سولفيت صنعتي در ليتر است. اين مقدار برحسب ميزان كروم پساب متغير است. نكته قابلتوجه در انجام اين فرايند، تعيين مقدار لازم متابي سولفيت بوده كه از محاسبه مقدار كروم اوليه و يا از تغيير رنگ محلول از سبز به آبي بهصورت آزمايشي هنگام افزودن متابي سولفيت سديم بهدست ميآيد. پس از افزودن متابي سولفيت به مقدار لازم، عمل مخلوط شدن پساب باید به مدت 30 دقيقه صورت پذيرد.
پس از احيای كروم شش ظرفيتي به كروم سه ظرفیتی، در خنثیسازی پساب با استفاده از آهك يا سود و ترسيب هيدروكسيدي در راكتور، قسمت عمدهای از فلزات سنگين بهصورت هيدروكسيدهاي فلزي ترسيب ميشوند (خنثیسازی شیمیایی).
محلول خنثیشده سپس بهصورت ثقلي تهنشین ميشود. رسوبات هيدروكسيدي فلزات به همراه سولفات كلسيم در مخزن تهنشین ميگردد. اين رسوبات باید مرتب تخليه شوند.
اگرچه متابیسولفیت سديم بهطور متداول در جهت احيای كروم شش ظرفيتي به كروم سه ظرفیتی به كار ميرود، از ساير مواد احياءكننده مانند سولفات فروّ و دي سولفيد گوگرد نيز ميتوان استفاده كرد (جدول 2).
روش اجرایی تصفیه پساب حاوی كروم
روش اصلي كه اغلب براي جدا کردن كروم استفاده میشود، روش دو مرحلهای شيميايي است. در مرحله اول pH كاهش پيدا ميكند و ماده احياءكننده به پساب اضافه میشود تا Cr+6 به Cr+3 تبديل شود. در مرحله دوم پساب خنثیشده و هيدروكسيد كروم تشكيل میگردد كه رسوبکرده و جدا میشود. اين روش نيازمند هم زدن خوب و زمانماند كافي است تا در نهایت عمليات پايدار و يكنواخت بهدست آيد (شكل 4-9). زمانماند، نسبت حجم تانك به دبي پساب بوده كه معمولاً 10 دقيقه يا بيشتر است[1].
مرحله اول كاهش pH و اضافه نمودن ماده احياءكننده:
از اسیدسولفوریک براي كاهش pH تا عدد 5/2 اضافه میشود. از دیاکسید گوگرد، بي سولفيت سديم، متابي سولفيت سديم، هيدروسولفيت سديم يا سولفات فروّ بهعنوان ماده احياءكننده استفاده میشود. واكنش انجامشده به شرح زیر است.
2CrO3 + 3Na2SO3 + 3H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 3H2O
اين مرحله با دو لوپ مستقل آناليز و كنترل میشود. اضافه کردن اسيد با كنترل pH و افزودن ماده احياءكننده با پتانسيل اكسيداسيون - احياء (ORP) انجام میگیرد. معمولاً از شیر سلونوئید دوحالته (باز يا بسته) يا دوزينگ پمپ براي اين كار استفاده میشود. كنترلر pH با صدور فرمان اضافه كردن اسيد، pH را به 5/2 و كنترلر ORP با صدور فرمان اضافه كردن ماده احياءكننده ORP را به حدود 250 ميلي ولت ميرساند.
پسابهای حاوی کروم به رنگ زرد هستند. عملیات احیای کروم شش ظرفیتی به کروم سه ظرفیتی یک واکنش رنگی است. احیای کروم شش ظرفیتی به سه ظرفیتی موجب تغییر رنگ محلول از زرد به آبی یا بنفش میشود. در مرحله بعد، افزودن سود یا آهک موجب تشکیل رسوبات هیدروکسیدی فلزی از جمله هیدروکسید کروم (Cr(OH)3) میشود که پس از تهنشینی محلول رویی پساب تصفیهشده بیرنگ و زلال خواهد بود. درصورتیکه هنوز در محلول پساب تصفیهشده، رنگ زرد باقی مانده باشد، نشان نمیدهد واکنش احیای کروم (به دلیل اسیدی نبودن pH و یا استفاده کم از ماده احیاءکننده متابی سولفیت سدیم) کامل نبوده است.
مرحله دوم خنثي كردن و جدا کردن كروم
در اين مرحله پساب خنثي میشود تا Cr+3 بهصورت هيدروكسيد كروم رسوب کند. دليل ديگر براي خنثي کردن pH، محدوديت برايpH پساب خروجي است. از هیدروکسید سدیم يا آب آهک براي افزايش pH به 5/7 تا 5/8 استفاده میشود و واكنش انجامشده به شرح زیر است.
Cr2 (SO4)3 + 6NaOH → 2Na2SO4 + 2Cr(OH)3
جداسازي ذرات معلق هيدروكسيد كروم
در مرحله بعدي، از تانك تهنشین كننده و يا فيلتر براي جدا کردن رسوبات هيدروكسيد كروم استفاده میشود. اضافه كردن ماده منعقد كننده در اين مرحله مفيد است.
تصفيه پساب کروم به روش ناپيوسته
اجراي متوالي هريك از مراحل
فرايند پیوسته جداسازي كروم شرح داده شد. با اینحال همه واكنشها بهصورت نيمه اتوماتيك در فرايند تصفيه ناپيوسته نيز انجام میشود. براي انجام فرايند تصفيه ناپيوسته، فقط يك مخزن با كنترلرpH و ORP موردنیاز است. مراحل عمليات بهصورت مرحلهای و براي بهدست آوردن نتايج نظير فرايند تصفيه به روش پیوسته، نقطه تنظيم pH تغيير داده میشود. ابتدا اسيد اضافه میشود تا pH به 5/2 برسد. سپس ماده احياءكننده اضافه میشود تا ORP به 250 ميلي ولت برسد. بعد از چند دقيقه واكنش كامل و هيدروكسيد سديم اضافه میشود تا pH مانند مرحله دوم فرايند تصفيه به روش پیوسته به 8 برسد. سپس زمان تهنشین شدن آغاز يا محصول مخزن تصفیه ناپیوسته به مخزن تهنشینی ارسال میشود.
همانطور که در بخش تصفیه پیوسته پسابهای حاوی کروم اشاره شد، پسابهای حاوی کروم به رنگ زرد و عملیات احیای کروم شش ظرفیتی به کروم سه ظرفیتی یک واکنش رنگی است. احیای کروم سه ظرفیتی به شش ظرفیتی موجب تغییر رنگ محلول از زرد به آبی یا بنفش میشود. در مرحله بعد، افزودن سود یا آهک موجب تشکیل رسوبات هیدروکسیدی فلزی از جمله هیدروکسید کروم (Cr(OH)3) میشود که پس از تهنشینی محلول رویی پساب تصفیهشده بیرنگ و زلال خواهد بود. درصورتیکه هنوز در محلول پساب تصفیهشده رنگ زرد باقی مانده باشد، نشاندهنده کامل نبودن واکنش احیای کروم (به دلیل اسیدی نبودن pH و یا استفاده کم از ماده احیاءکننده متابی سولفیت سدیم) است.
نکته: در فرایند تصفیه ناپیوسته احیای کروم این امکان وجود دارد که پس از انجام مرحله واکنش احیای کروم با استفاده از متابی سولفیت سدیم در محیط اسیدی و قبل از افزودن ماده قلیا برای خنثیسازی، از کامل بودن واکنش احیای کروم از طریق مشاهده رنگ محلول اطمینان حاصل شود. برای این منظور نمونهای از پساب احیاء شده از مخزن واکنش تصفیه برداشتهشده و عمل خنثیسازی با سود و آهک در آن انجام میگیرد. درصورتیکه محلول رویی پس از تهنشینی رسوبات بیرنگ باشد نشاندهندهی کامل بودن واکنش است و میتوان عملیات تصفیه را در مخزن تصفیه روی حجم اصلی پساب ادامه داد.
تصفیه پساب گالوانیزه اسیدی، نیکل و مس
واحدهای آبکاری گالوانیزه اسیدی، نیکل و مس اسیدی، دارای پسابهای اسیدی حاوی فلزات روی، نیکل و مس هستند. برای تصفیه این نوع پسابها لازم است تنها خنثیسازی شیمیایی از طریق رسوبدهی با استفاده از سود یا آهک صورت پذیرد که به تفضیل به آن پرداخته شد.
تصفیه پساب کروم و سیانور در یک نگاه
مواد شيميايي لازم برای تصفیه پساب حاوی کروم و پساب سیانوری:
• آهك هیدراته
• متابي سولفيت سديم صنعتي
• اسیدسولفوریک صنعتي
• سود صنعتي
• پرکلرین صنعتی
• کاغذ اندازهگیری pH (Merck)
تصفيه پساب حاوي کروم
در بسیاری از فرایندهای آبکاری نظیر آبکاری کروم سخت، گالوانیزه و نیکل-کروم از ترکیبات مختلف کروم استفاده میشود. اگرچه فلز کروم به هر دو صورت سه ظرفیتی (Cr3+) و شش ظرفیتی (Cr6+) در محلولها و پسابها وجود دارد، اما گونه غالب Cr6+است. برخلاف اکثر فلزات که با تنظیم pH در محدوده خنثی، بهراحتی به شکل رسوبهای هیدروکسیدی در میآیند، در مورد کروم شش ظرفيتي (Cr6+) ابتدا باید به حالت سه ظرفیتی احياء شود. شکلهاي شش ظرفيتي کروم، به شکل کمپلکس کرومات (مونو کرومات (CrO4 2-) و دي کرومات (Cr2O7 2-)) بوده و آنيونی است. از اینرو نمیتواند به شکل هيدروکسيدهاي نامحلول رسوب یابد. با استفاده از ماده متابی سولفیت سديم در يک محيط اسيدي، کروم شش ظرفيتي به کروم سه ظرفیتی احياء میشود.
H2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 3H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 4H2O
• هم زدن پساب حاوی کروم برای یکنواخت شدن و شروع اجرای عملیات خنثیسازی
• تنظيم pH روي عدد 5/2 يا کمتر از آن: برای این منظور با تزریق اسیدسولفوریک به میزان لازم، pH تنظیم میشود. میزان pH از روی کنترل کنندههای pH قرائت میشود و یا با استفاده از کاغذ pH متر، اندازهگیری صورت میپذیرد.
• افزودن متابیسولفیت سدیم: اضافه کردن ماده احياءکننده متابی سولفیت سديم به نحوی که تغيير رنگ پساب از زرد به سبز-آبی صورت گیرد. این تغییر رنگ نشانگر انجام واکنش احيای کروم شش ظرفيتي به کروم سه ظرفیتی است. مخلوط شدن پساب به مدت 10 دقیقه ادامه مییابد. میزان ماده احياءكنندهي اضافهشده تا رسیدن ORP به 250+ ميلي ولت است.
• افزودن سود یا آهک: افزودن و یا تزریق سود یا آهک تا رسیدنpH به 8 است.
• تهنشین شدن رسوبات هیدروکسیدی فلزات.
• تخلیه پساب تصفیهشده و انتقال رسوبات به بستر شنی یا فیلترپرس
تصفيه پساب سيانوري
محلولهاي سيانوري در وانهای آبکاری روی، نقره و طلا مورد استفاده قرار میگیرد. پساب سمّي حاصل از اين نوع عمليات آبکاري مستلزم تخريب و تجزيه کامل سيانور قبل از تخليه در محیطزیست به ميزان کمتر از 1/0 ppm است. براي تخريب سيانور ابتدا pH محلول را بالابرده و با استفاده از ترکيبات کلره، سيانور به سيانات داراي سميّت کمتر اکسيد ميشود. در مرحله دوم، خنثیسازی صورت میگیرد تا سيانات به کربنات و نيتروژن بیضرر تبدیل شود.
NaOCl + CN- → NaCNO + Cl-
2NaCNO + 3NaOCl + H2O → 2NaHCO3 + N2 + 3NaCl
• هم زدن پساب حاوی سیانور برای یکنواخت شدن و شروع اجرای عملیات خنثیسازی
• تنظيم pH روي عدد 11: برای این منظور میتوان با تزریق سود به میزان لازم، pH را تنظیم کرد. میزان pH از روی کنترل کنندهی pH قرائت شده و یا با استفاده از کاغذ pH متر، اندازهگیری صورت میگیرد.
• افزودن تدريجي ماده اکسیدکننده هیپوکلریت کلسیم: اضافه کردن ماده اکسیدکننده پرکلرین بر اساس فرمان تعریفشده در کنترل کننده ORP تا رسیدن به پتانسيل اکسيداسيون و احيای 450+ میلیولت صورت میگیرد.
• افزودن اسیدسولفوریک: افزودن و یا تزریق اسیدسولفوریک صورت میپذیرد تا pH به 8 برسد.
• تهنشین شدن رسوبات هیدروکسیدی فلزات.
• تخلیه پساب تصفیهشده و انتقال رسوبات به بستر شنی یا فیلترپرس.
منابع:
[1] NMFRC, National Metal Finishing Resource Center, “Pollution Prevention and Control Technologies for Plating Operations: Section 6 –
Wastewater Treatment”, 2005, http://www.nmfrc.org/bluebook/sec624.htm
[2] Elliott, P.; Ragusa, S.; Catcheside, D.; “Growth of sulfate-reducing bacteria under acidic conditions in an upflow anaerobic bioreactor as a treatment system for acid mine drainage”. Water Research.32, p.p. 3724-3730, 1998.
لینک مقاله :
