تصفیه پساب صنعتی و آبگیری لجن با فیلتر پرس

کارخانه‌ای که روزانه حجم زیادی آب برای شست‌وشو، خنک‌کاری، انتقال مواد، آماده‌سازی محصول یا فرآوری مواد اولیه مصرف می‌کند، هم‌زمان با مسئله دیگری نیز روبه‌رو است: جریان بزرگی از پساب که دیگر ویژگی‌های آب ورودی را ندارد.

این پساب ممکن است حاوی ذرات معدنی، روغن، چربی، مواد آلی، رنگ، الیاف، فلزات، نمک‌ها یا مواد شیمیایی باشد. تخلیه مستقیم آن می‌تواند منابع آب و خاک را آلوده کند و نگهداری غیراصولی آن نیز به اشغال فضا، ایجاد بو، نشت و افزایش هزینه‌های عملیاتی منجر شود.

تصفیه پساب صنعتی فقط به معنی شفاف‌کردن آب نیست. یک سیستم مناسب باید آلاینده‌های هدف را کاهش دهد، تغییرات جریان را کنترل کند، آب خروجی را برای مصرف یا تخلیه موردنظر آماده سازد و برای لجن تولیدشده نیز راهکار مشخصی داشته باشد.

راهنماهای فنی صنایع مختلف نیز تأکید می‌کنند که روش تصفیه باید با نوع صنعت، ترکیب آلاینده‌ها و کیفیت موردنیاز آب خروجی هماهنگ شود. یک فرآیند ثابت را نمی‌توان بدون آزمایش و بررسی به تمام کارخانه‌ها تعمیم داد.

چرا تصفیه پساب در صنایع آب‌بر اهمیت بیشتری دارد؟

در صنایع آب‌بر، حتی یک اتلاف محدود در هر مرحله می‌تواند در مقیاس روزانه به حجم قابل‌توجهی تبدیل شود. اهمیت این موضوع فقط به هزینه خرید یا انتقال آب محدود نیست. تأمین آب، پمپاژ، گرم‌کردن، خنک‌کردن و تصفیه آن نیز انرژی و تجهیزات نیاز دارد.

از طرف دیگر، افزایش تولید معمولاً بدون مدیریت آب به افزایش حجم پساب منجر می‌شود. اگر ظرفیت تصفیه‌خانه با توسعه خط تولید هماهنگ نشود، مخازن متعادل‌سازی پر می‌شوند، زمان ماند تغییر می‌کند و کیفیت خروجی نوسان بیشتری خواهد داشت.

تصفیه مناسب می‌تواند بخشی از آب را برای مصارفی متناسب با کیفیت آن آماده کند. آب تصفیه‌شده ممکن است بسته به نتیجه آزمایش و الزامات کارخانه در شست‌وشوی محوطه، کنترل گردوغبار، خنک‌کاری، آبیاری فضای سبز مجاز یا بخش‌هایی از فرآیند استفاده شود. بازگشت آب به خط اصلی تولید به کیفیت موردنیاز همان فرآیند وابسته است و نباید بدون کنترل انجام شود.

UNIDO استفاده مجدد از پساب و بازیابی مواد و محصولات جانبی را از فرصت‌های مهم مدیریت آب صنعتی معرفی می‌کند. بااین‌حال، هر جریان باید بر اساس آلاینده‌های موجود و مصرف بعدی خود تصفیه شود.

کدام صنایع بیشتر با مسئله پساب روبه‌رو هستند؟

نوع و شدت مسئله در هر صنعت متفاوت است.

برای نمونه، پساب صنایع غذایی معمولاً از شست‌وشوی مواد اولیه و تجهیزات، انتقال آبی مواد و باقی‌ماندن محصول یا مواد آلی در جریان آب تأثیر می‌گیرد. راهنماهای صنعتی برای این بخش، جداسازی روغن و مواد شناور، متعادل‌سازی جریان، ته‌نشینی، تصفیه زیستی و آبگیری مواد باقی‌مانده را از گزینه‌های متداول می‌دانند.

در معادن، بخش مهمی از آب در فرآوری مواد و جریان باطله درگیر می‌شود. مدیریت موازنه آب، کاهش آب جبرانی و استفاده مجدد از آب فرآیند، بخشی از برنامه مدیریت آب معدن محسوب می‌شود.

در صنعت کاغذ نیز جداسازی جامدات معلق، بازیابی الیاف، ته‌نشینی و تصفیه زیستی می‌توانند بخش‌هایی از مسیر تصفیه باشند.

اولین راهکار، جلوگیری از ورود آلودگی به پساب است

تصفیه‌خانه نباید نخستین و تنها ابزار مدیریت پساب باشد. در بسیاری از کارخانه‌ها می‌توان بخشی از بار آلودگی را پیش از رسیدن جریان به تصفیه‌خانه کاهش داد.

اقدامات مؤثر می‌توانند شامل این موارد باشند:

• جلوگیری از ورود مواد اولیه سالم به کف‌شور
• جمع‌آوری جداگانه روغن و حلال
• تفکیک جریان‌های بسیار آلوده از آب‌های کم‌آلودگی
• تعمیر نشتی شیرها و اتصالات
• استفاده از شست‌وشوی مرحله‌ای
• جمع‌آوری خشک مواد پیش از شست‌وشو
• بازگرداندن آب کم‌آلودگی به همان مرحله
• کنترل مصرف آب در شست‌وشوی تجهیزات
• جداسازی آب باران از شبکه پساب صنعتی

هر مقدار ماده‌ای که وارد شبکه پساب نشود، به مواد شیمیایی، انرژی، حجم مخزن و تجهیزات کمتری برای حذف نیاز خواهد داشت.

مراحل تصفیه پساب صنعتی چگونه تعیین می‌شوند؟

تصفیه پساب معمولاً یک زنجیره چندمرحله‌ای است. تعداد و ترتیب مراحل به نتایج آزمایش، نوع آلاینده و هدف نهایی بستگی دارد.

1. آشغال‌گیری و حذف مواد درشت

در ابتدای مسیر، قطعات درشت، الیاف بلند، پلاستیک، چوب یا مواد شناور جدا می‌شوند. این مرحله ساده از گرفتگی پمپ‌ها، شیرها و لوله‌ها جلوگیری می‌کند.

در برخی صنایع، واحدهای جداسازی روغن و چربی نیز در همین بخش اولیه قرار می‌گیرند. روغنی که در سطح شناور است، باید پیش از ورود به مراحل زیستی یا فیلتراسیون جدا شود.

2. متعادل‌سازی جریان

پساب کارخانه در تمام ساعات شبانه‌روز یکسان نیست. هنگام شست‌وشوی خط ممکن است دبی ناگهان افزایش یابد و در زمان تغییر محصول، غلظت آلاینده‌ها تغییر کند.

مخزن متعادل‌سازی این نوسان‌ها را کاهش می‌دهد تا مراحل بعدی با خوراک یکنواخت‌تری روبه‌رو شوند. اختلاط این مخزن باید به‌اندازه‌ای باشد که از ته‌نشینی کنترل‌نشده جلوگیری کند، اما باعث مشکلاتی مانند کف شدید یا انتشار بو نشود.

3. تنظیم pH

بسیاری از فرآیندهای شیمیایی و زیستی در محدوده مشخصی از pH بهتر عمل می‌کنند. جریان‌های اسیدی یا قلیایی ممکن است پیش از ورود به مرحله بعد خنثی شوند.

تنظیم pH همچنین می‌تواند برای رسوب‌دادن بعضی فلزات یا آماده‌سازی پساب جهت انعقاد و لخته‌سازی لازم باشد.

4. انعقاد و لخته‌سازی

بعضی ذرات به‌اندازه‌ای ریز هستند که به‌سادگی ته‌نشین نمی‌شوند. با افزودن منعقدکننده و سپس ایجاد اختلاط کنترل‌شده، ذرات کوچک به مجموعه‌های بزرگ‌تری تبدیل می‌شوند.

نوع و مقدار ماده شیمیایی باید با آزمایش تعیین شود. مصرف بیش از حد ماده منعقدکننده همیشه کیفیت خروجی را بهتر نمی‌کند و ممکن است حجم لجن و هزینه بهره‌برداری را افزایش دهد.

5. ته‌نشینی یا شناورسازی

پس از لخته‌سازی، مواد جامد باید از آب جدا شوند. ذرات سنگین‌تر در حوض ته‌نشینی به پایین می‌روند. مواد سبک، چربی‌ها و برخی لخته‌ها نیز ممکن است با شناورسازی به سطح منتقل و جمع‌آوری شوند.

در این مرحله یک جریان نسبتاً شفاف‌تر و یک جریان غلیظ‌تر به نام لجن ایجاد می‌شود.

6. تصفیه زیستی

اگر پساب حاوی مواد آلی قابل‌تجزیه باشد، میکروارگانیسم‌ها می‌توانند بخشی از این مواد را مصرف کنند. فرآیندهای هوازی و بی‌هوازی بر اساس بار آلی، دما، فضای موجود و ویژگی پساب انتخاب می‌شوند.

تصفیه زیستی برای تمام پساب‌های صنعتی مناسب نیست. وجود مواد سمی، شوری بالا، نوسان شدید pH یا ترکیبات غیرقابل‌تجزیه می‌تواند عملکرد آن را محدود کند.

7. تصفیه تکمیلی

آب خروجی ممکن است برای رسیدن به کیفیت موردنظر به فیلتراسیون، جذب سطحی، اکسیداسیون، حذف مواد محلول، ممبران یا گندزدایی نیاز داشته باشد.

نوع تصفیه تکمیلی باید بر اساس مصرف بعدی آب انتخاب شود. آبی که برای کنترل گردوغبار استفاده می‌شود الزاماً به همان کیفیت آب ورودی یک فرآیند حساس نیاز ندارد.

بانک فناوری EPA نیز نشان می‌دهد که تصفیه صنعتی می‌تواند ترکیبی از انعقاد، لخته‌سازی، جداسازی جامد و مایع، آبگیری و فرآیندهای بازیابی باشد.

لجن؛ مسئله‌ای که پس از شفاف‌شدن آب باقی می‌ماند

بخش مهمی از آلاینده‌هایی که از آب حذف می‌شوند از بین نمی‌روند؛ بلکه در قالب لجن متمرکز می‌شوند. ته‌نشینی، انعقاد، تصفیه زیستی و رسوب‌دادن فلزات، همگی می‌توانند لجن تولید کنند.

لجن اولیه معمولاً آب زیادی دارد. نگهداری آن در مخزن بدون برنامه مشخص می‌تواند باعث بروز مشکلات زیر شود:

• اشغال سریع حجم مخزن
• افزایش تعداد دفعات تخلیه
• حمل مقدار زیادی آب همراه مواد جامد
• ایجاد بو در لجن‌های آلی
• نشت هنگام جابه‌جایی
• افزایش هزینه انتقال
• اختلال در عملکرد تصفیه‌خانه
• بازگشت بخشی از آلودگی به جریان آب

به همین دلیل، مدیریت لجن باید از ابتدای طراحی تصفیه‌خانه دیده شود. ساخت تصفیه‌خانه‌ای که آب را شفاف می‌کند اما برای لجن آن فضای تغلیظ، آبگیری و تخلیه ندارد، فقط شکل مسئله را تغییر می‌دهد.

پیش از آبگیری، لجن چگونه آماده می‌شود؟

لجن خروجی ته‌نشینی یا فرآیند زیستی معمولاً مستقیماً بهترین خوراک برای دستگاه آبگیری نیست. در بسیاری از پروژه‌ها ابتدا غلظت آن افزایش داده می‌شود تا حجم آب آزاد کاهش یابد.

بسته به ویژگی لجن، آماده‌سازی می‌تواند شامل این موارد باشد:

• ذخیره و یکنواخت‌سازی
• تغلیظ ثقلی یا مکانیکی
• تنظیم pH
• افزودن منعقدکننده
• تزریق فلوکولانت
• کنترل اختلاط
• حذف مواد درشت
• ثابت‌کردن نسبی دبی خوراک

دوز و نوع مواد شیمیایی باید با آزمایش تعیین شوند. لخته ضعیف ممکن است از پارچه عبور کند و لخته بسیار شکننده نیز در پمپ یا لوله از بین برود.

نقش فیلتر پرس در تصفیه پساب صنعتی چیست؟

فیلتر پرس معمولاً در انتهای خط مدیریت لجن قرار می‌گیرد، نه در ابتدای ورود پساب خام. خوراک دستگاه، لجنی است که در مراحل قبلی تشکیل و تا حدی تغلیظ شده است.

لجن به فضای میان صفحات پمپ می‌شود. پارچه روی صفحات اجازه عبور مایع را می‌دهد و بخش جامد را نگه می‌دارد. با ادامه تغذیه، لایه جامد ضخیم‌تر می‌شود و به شکل کیک درمی‌آید. پس از پایان سیکل، صفحات باز و کیک تخلیه می‌شود.

EPA فیلتر پرس صفحه‌ای فرورفته را تجهیز آبگیری مواد باقی‌مانده مایع معرفی می‌کند که پس از جداسازی آب، ماده‌ای غیرمایع به نام کیک تولید می‌کند. این تجهیزات در کاربردهای صنعتی نیز به‌طور گسترده استفاده می‌شوند.

استفاده مناسب از فیلتر پرس صنعتی می‌تواند حجم لجن مایع را کاهش دهد، حمل کیک را منظم‌تر کند و بخشی از آب همراه لجن را به جریان تصفیه بازگرداند. مجموعه فیلتر پرس 24 امکان بررسی مدل‌های مختلف دستگاه بر اساس نوع لجن و شرایط بهره‌برداری را فراهم می‌کند.

فیلترات خروجی دستگاه نباید بدون بررسی مستقیماً به مصرف نهایی بازگردد. این جریان معمولاً به مخزن مشخصی در تصفیه‌خانه هدایت می‌شود و محل بازگشت آن به کیفیت فیلترات و طراحی فرآیند وابسته است.

انتخاب فیلتر پرس از چه اطلاعاتی شروع می‌شود؟

برای برآورد اولیه دستگاه، 3 گروه اطلاعات اهمیت حیاتی دارند:

حجم یا دبی جریان

باید مشخص باشد در هر ساعت یا روز چه مقدار لجن یا سیال وارد بخش آبگیری می‌شود. حجم کل پساب کارخانه با حجم لجن ورودی فیلتر پرس یکسان نیست.

درصد ذرات جامد یا نوع فعالیت

درصد جامدات مشخص می‌کند چه مقدار از خوراک واقعاً ماده جامد است. اگر آزمایش دقیق در دسترس نباشد، نوع فعالیت و تجربه پروژه‌های مشابه می‌تواند برای برآورد اولیه استفاده شود؛ اما طراحی نهایی به نمونه واقعی نیاز دارد.

تعداد ساعات کاری

دستگاه ممکن است در یک شیفت، 2 شیفت یا به‌صورت شبانه‌روزی کار کند. زمان در دسترس برای پرکردن، تشکیل کیک، بازکردن صفحات، تخلیه و شست‌وشو بر انتخاب مدل اثر می‌گذارد.

پس از این مرحله، اطلاعات رده دوم بررسی می‌شوند:

• pH
• دما
• غلظت
• اندازه و شکل ذرات
• چسبندگی یا سایندگی
• رطوبت مورد انتظار کیک
• کیفیت مطلوب فیلترات

این داده‌ها به انتخاب پمپ، پارچه، فشار کاری، مدار باز یا بسته و کلاس کاری دستگاه کمک می‌کنند.

در مرحله سوم، شرایط فضای نصب، ارتفاع تخلیه، انتقال کیک، برق، آب شست‌وشو، نیروی انسانی، اتوماسیون و برنامه توسعه خط بررسی می‌شوند.

پارچه فیلتر پرس چه تأثیری بر آبگیری لجن دارد؟

پارچه مرز میان مایع خروجی و جامدات باقی‌مانده است. انتخاب اشتباه آن می‌تواند عملکرد یک دستگاه مناسب را نیز مختل کند.

پارچه‌ای با منافذ نامتناسب ممکن است ذرات ریز را عبور دهد و فیلترات کدر تولید کند. پارچه بسیار متراکم نیز ممکن است زودتر مسدود شود و زمان آبگیری را افزایش دهد.

عوامل مهم انتخاب پارچه عبارت‌اند از:

• اندازه ذرات
• ساختار و شکل ذرات
• pH
• دما
• میزان چسبندگی
• مواد شیمیایی موجود
• کیفیت مورد انتظار فیلترات
• نحوه جداشدن کیک
• روش شست‌وشو

نصب پارچه نیز اهمیت دارد. چین‌خوردگی، جابه‌جایی، دوخت نامناسب یا باقی‌ماندن مواد روی سطح آب‌بندی صفحات می‌تواند باعث نشتی شود.

کاهش تدریجی دبی فیلترات نیز ممکن است نشانه گرفتگی بافت پارچه باشد. شست‌وشو باید با جنس پارچه و نوع رسوب هماهنگ شود؛ زیرا فشار یا شوینده نامناسب می‌تواند عمر آن را کاهش دهد.

پمپ فیلتر پرس فقط وظیفه انتقال لجن را ندارد

در ابتدای سیکل، اتاقک‌های دستگاه خالی هستند و خوراک با دبی بیشتری وارد می‌شود. با تشکیل کیک، مقاومت افزایش می‌یابد و پمپ باید در دبی پایین‌تر، فشار لازم را تأمین کند.

انتخاب پمپ فقط بر اساس بیشترین دبی می‌تواند باعث پرشدن نامتوازن، فشار ناگهانی و نشتی شود. پمپ ضعیف نیز ممکن است زمان سیکل را طولانی کند یا نتواند مرحله نهایی آبگیری را کامل کند.

در انتخاب پمپ باید موارد زیر بررسی شوند:

• دبی اولیه
• فشار انتهای سیکل
• غلظت لجن
• سایندگی ذرات
• ویسکوزیته
• فاصله و ارتفاع مخزن
• افت فشار لوله‌ها
• جنس قطعات در تماس
• امکان کنترل سرعت

در لجن‌های معدنی یا ساینده، مقاومت پمپ و اتصالات در برابر سایش اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. در لجن‌های شیمیایی نیز سازگاری جنس قطعات با pH و ترکیبات خوراک باید بررسی شود.

مدار باز یا مدار بسته؟

در فیلتر پرس مدار باز، خروجی مایع هر صفحه قابل مشاهده است. اپراتور می‌تواند صفحه‌ای را که خروجی کدر یا نشتی دارد سریع‌تر شناسایی کند.

در مدار بسته، فیلترات در مسیر داخلی صفحات جمع و از یک یا چند خروجی مشترک خارج می‌شود. این طراحی می‌تواند جمع‌آوری مایع را منظم‌تر کند، اما تشخیص محل پارگی پارچه یا عبور ذرات به بررسی بیشتری نیاز دارد.

هیچ‌کدام برای همه پروژه‌ها بهترین نیستند. انتخاب باید بر اساس ماهیت سیال، نیاز به مشاهده خروجی، حساسیت محیط، روش جمع‌آوری فیلترات و شرایط شست‌وشو انجام شود.

خطاهای رایج در پروژه‌های تصفیه پساب صنعتی

خرید تجهیزات پیش از آزمایش پساب

نام صنعت برای طراحی کافی نیست. حتی 2 کارخانه مشابه ممکن است به دلیل تفاوت مواد اولیه، شوینده‌ها یا روش تولید، پساب متفاوتی داشته باشند.

نادیده‌گرفتن تغییرات تولید

نمونه‌ای که در یک ساعت مشخص برداشته شده است ممکن است نماینده کل شبانه‌روز نباشد. شست‌وشوی خط، تغییر محصول و توقف تولید ترکیب پساب را تغییر می‌دهند.

تمرکز بر آب و فراموش‌کردن لجن

اگر مسیر تغلیظ، آبگیری، نگهداری و حمل کیک مشخص نباشد، لجن به گلوگاه تصفیه‌خانه تبدیل می‌شود.

استفاده از پارچه یکسان برای همه لجن‌ها

نوع پارچه باید با ذرات، دما، pH و کیفیت خروجی هماهنگ باشد. یک پارچه ثابت نمی‌تواند برای تمام صنایع بهترین عملکرد را داشته باشد.

انتخاب پمپ صرفاً با دبی بالا

پمپ باید رفتار کل سیکل را پوشش دهد. دبی زیاد در ابتدای کار بدون کنترل مناسب ممکن است عملکرد را بهتر نکند.

نصب نامناسب دستگاه

تراز نبودن شاسی، لوله‌کشی غیراصولی، نبود فضای تخلیه و ارتفاع نامناسب خروج کیک می‌توانند بهره‌برداری را دشوار کنند.

بازگرداندن فیلترات بدون بررسی

شفاف‌بودن ظاهری مایع به معنی مناسب‌بودن آن برای هر مصرفی نیست. ترکیبات محلول ممکن است همچنان در آب باقی مانده باشند.

نداشتن برنامه برای کیک

خشک‌ترشدن لجن به معنی بی‌خطرشدن آن نیست. سرنوشت کیک باید بر اساس ترکیب شیمیایی و ضوابط مربوط به پسماند تعیین شود.

آب تصفیه‌شده چگونه دوباره استفاده می‌شود؟

اصل مهم در بازچرخانی آب، تناسب کیفیت با مصرف است. لازم نیست تمام آب خروجی به کیفیت یکسانی برسد.

ممکن است کارخانه چند سطح مصرف داشته باشد:

• شست‌وشوی محوطه
• کنترل گردوغبار
• خنک‌کاری
• شست‌وشوی اولیه مواد
• آب فرایندی
• آب بویلر
• آبیاری مجاز
• تخلیه به محیط یا شبکه

هرکدام از این مصارف کیفیت متفاوتی نیاز دارند. جداسازی جریان‌ها و استفاده مرحله‌ای از آب می‌تواند از تصفیه بیش از حد تمام پساب جلوگیری کند.

گزارش‌های UN-Water و UNIDO نیز بازچرخانی پساب را هم‌زمان راهکاری برای مدیریت کمیت آب و کاهش آلودگی می‌دانند، اما بر لزوم تصفیه متناسب با مصرف بعدی تأکید دارند.

کیک فیلتر پرس پسماند است یا ماده قابل بازیابی؟

پاسخ به منشأ و ترکیب کیک وابسته است.

کیک بعضی فرآیندهای معدنی ممکن است حاوی ماده قابل بازیابی باشد. در سنگ‌بری، امکان استفاده از بخشی از مواد به ویژگی‌های گل سنگ و مصرف موردنظر بستگی دارد. در صنایع غذایی نیز بعضی مواد جانبی تنها در صورت تأیید بهداشتی و فنی قابلیت استفاده دارند.

در مقابل، کیک حاوی فلزات، مواد خطرناک یا ترکیبات شیمیایی باید طبق ضوابط پسماند مدیریت شود. ظاهر جامد و خشک کیک، خطرات شیمیایی آن را از بین نمی‌برد.

پیش از انتخاب روش دفع یا بازیابی باید موارد زیر مشخص شوند:

• ترکیب شیمیایی
• مقدار رطوبت
• وجود فلزات یا مواد خطرناک
• پایداری در انبار
• امکان نشت
• روش حمل
• محل تحویل
• کاربرد احتمالی

جمع‌بندی

تصفیه پساب صنعتی در صنایع آب‌بر فقط برای رسیدن به یک آب ظاهراً شفاف انجام نمی‌شود. هدف، کنترل آلاینده‌ها، کاهش فشار بر منابع آب، آماده‌سازی آب برای مصرف مناسب و مدیریت اصولی مواد باقی‌مانده است.

مسیر تصفیه می‌تواند شامل آشغال‌گیری، متعادل‌سازی، تنظیم pH، انعقاد، ته‌نشینی، تصفیه زیستی و مراحل تکمیلی باشد. انتخاب هر مرحله به نوع پساب و کیفیت موردنیاز خروجی وابسته است.

لجن تولیدشده نیز باید تغلیظ و آبگیری شود. فیلتر پرس در این بخش، آب را از لجن جدا و مواد جامد را به کیکی قابل‌مدیریت‌تر تبدیل می‌کند. عملکرد دستگاه به هماهنگی لجن، پمپ، پارچه، فشار، ساعات کار و روش تخلیه وابسته است.

یک تصفیه‌خانه زمانی کامل است که برای آب ورودی، آب خروجی، لجن، فیلترات و کیک نهایی، مسیر مشخص و قابل‌کنترلی داشته باشد.