تصفیه فاضلاب صنعتی

تصفیه فاضلاب صنعتی به فرآیندها و مکانیسم هایی اطلاق می شود که در جهت خالص سازی و تصفیه آب هایی انجام می گیرند  که به طریقی در فعالیت های صنعتی انسان آلوده شده و مناسب تخلیه در طبیعت و یا مصرف دوباره نیستند. آب تمیز و با کیفیت تقریبا در تمام صنایع به عنوان یک جز مهم در بخش های مختلف تولید مورد استفاده قرار می گیرد و در طی این فرآیندها دچار انواع آلودگی می شود که نوع و میزان این آلودگی ها به آن صنعت بستگی دارد. در این جا به بعضی از عوامل آلوده کننده آب های صنعتی و اثرات آن بر محیط زیست اشاره می کنیم:

فلزات سنگین: این عناصر یکی از مهمترین و معمول ترین عوامل آلودگی در پساب های صنعتی هستند. سرب، مرکوری، کادمیوم و مس نمونه هایی از فلزات سنگین هستند که در فاضلاب های صنعتی یافت می شوند. فلزات سنگین معمولا در پساب صنایعی همچون آبکاری فلزی، معدن و الکترونیک وجود دارند. یکی از نگرانی ها در مورد فلزات سنگین قابلیت جمع شدن آنها در محیط زیست و همچنین در بدن موجودات زنده است که این به معنای ورود آنها به زنجیره غذایی و در نهایت بدن انسان می باشد. این دسته از فلزات از تهدیدات جدی برای سلامتی انسان بخصوص نوزادان هستند و حضور آنها در آب های آشامیدنی، خاک و مواد غذایی مشکلات عدیده ای ایجاد کرده و سلامت کل جامعه را به خطر می اندازد. از جمله مشکلاتی فلزات سنگین که برای سلامتی انسان ایجاد می کنند شامل اختلالات عصبی، آسیب های کلیوی، بروز سرطان، مشکلات تولید مثل، ایجاد اختلال در رشد و تکامل مغز نوزاد و مشکلات تنفسی است.

مواد آلی: فعالیت های صنعتی بخصوص در بخش کشاورزی و نفتی غالبا با تولید مواد آلی در پساب ها همراه است. از جمله این آلودگی ها می توان به آفت کش ها، علف کش ها در بخش کشاورزی، حلال ها و رنگ ها  در تولیدات شیمیایی، آنتی بیوتیک ها، هورمون ها و دترجنت ها در بخش داروسازی، روغن، گریس و هیدروکربن ها در بخش نفت و گاز اشاره کرد. این مواد می توانند سمی، مقاوم به فرآیندهای تجزیه و قابل تجمع در بدن موجودات زنده باشند. 

مواد معدنی: وجود ترکیبات معدنی مانند نیترات، فسفر و آمونیاک در فاضلاب های صنعتی می توانند با ایجاد پدیده اوتریفیکاسیون (شکوفه جلبکی) در محیط های آبی نه تنها از نفوذ نور خورشید به عمق آب جلوگیری کند بلکه باعث مسموم شدن اکوسیستم شده و همچنین با کاهش اکسیژن محلول در آب جان موجودات آبزی را به خطر اندازند. 
دما: بعضی صنایع با تخلیه آب گرم به محیط های آبی دمای آن را افزایش داده که منجر به کاهش اکسیژن محلول در آب و مرگ موجودات آبزی شوند.
به طور کلی %70 از فاضلاب های تولید شده در کشورهای پیشرفته تصفیه می شوند. این در حالی است که در کشورهایی با درآمد متوسط رو به بالا %38 و در کشورهایی به درآمد متوسط رو به پایین %28 و در کشورهایی با درآمد پایین این مقدار تنها %8 می باشد. بررسی ها نشان داده که به طور میانگین %80 فاضلاب تولید شده در دنیا بدون تصفیه و اعمال استانداردهای مورد نیاز به طبیعت تخلیه می شود. این میزان پایین از تصفیه فاضلاب و مشکلات ذکره شده ناشی از فاضلابهای صنعتی نشان دهنده تهدید بزرگ سلامت انسان ها و موجودات در اکوسیستم های مختلف است. با افزایش روزافزون جمعیت، مصرف گرایی و صنعتی شدن جوامع میزان تولید پساب های صنعتی روز به روز افزایش پیدا می کند و برای حفظ کره زمین، اکوسیستم ها و انسان ها بایستی در جهت بهبود این شرایط در سطح بین المللی اقدام کرد. برای این منظور بایستی پساب تمامی صنایع بررسی شده و نوع و شدت آلودگی برای هر صنعت و با توجه به مقیاس آن اندازه گیری و راه حل های مناسب و مقرون به صرفه برای پاکسازی پساب  ها در نظر گرفته شود. در این جا به برخی از مهمترین این صنایع اشاره می کنیم. 

صنعت نساجی: تولید پارچه و پوشاک به مصرف قابل توجهی آب نیاز دارد که این عدد با توجه به جنس پارچه متفاوت می باشد. به طور متوسط برای تولید تنها یک تیشرت ساده به حدود 2,700 لیتر آب نیاز است.  مهمترین عوامل آلوده کننده در صنعت نساجی، رنگ ها، فلزات سنگین و دترجنت ها می باشند. مرحله رنگرزی پارچه از میان سایر فرایندهای تولید در آلودگی پساب های صنایع نساجی نقش دارد. در این مرحله آب زیادی مورد استفاده قرار می گیرد چرا که علاوه بر قرار دادن پارچه ها در حمام رنگ بایستی شستشوی آنها نیز در ادامه انجام گیرد که این فرآیندها نیاز به مصرف زیادی آب دارد.

علاوه بر این انواع مواد شیمیایی و آلی، عوامل اکسید کننده، کف زدا و رقیق کننده ها در این مرحله به پساب ها راه پیدا می کنند. به طور کلی بخش اعظم فاکتورهای آلودگی  پساب های صنایع نساجی در این مرحله تولید می شود. میزان دقیق هر کدام از فاکتورهای آلودگی به نوع پارچه و نوع پروسه تولید بستگی دارد. جدول زیر اطلاعات کلی از پارامترهای آلودگی در پساب های نساجی و میانگین مقدار آن ها در واحدهای تولیدی مختلف را نشان می دهد:

جهت تصفیه فاضلاب صنایع نساجی از روش های مختلفی همچون انعقاد و لخته سازی، تصفیه بیولوژیکی، فیلتراسیون غشایی و اکسیداسیون الکتروشیمیایی کمک گرفته می شود.

صنعت معدن: تصفیه آبی که در مراحل مختلف استخراج مواد معدنی ارزشمند استفاده شده  برای بازیایی این مواد از پساب ها اهمیت دارد. تصفیه فاضلاب معدن نه تنها از نظر استانداردهای محیط زیستی و سلامت اهمیت بالایی دارد بلکه چنانچه این پساب ها به روش اصولی پاکسازی و بازیابی نشوند، میزان راندمان کل معدن پایین می آید و منجر به ضرر مالی خواهد شد. فاضلاب حاصل از شستشو و غنی سازی سنگ های معدنی، حاوی مقادیر بالای روی و سرب است. همچنین  شستشوی زغال سنگ با استفاده از شیب های چگالشی و استفاده از روغن های هیدرولیک میزان بالایی از انواع مواد آلی و معدنی را روانه پساب ها می کند. سولفات موجود در پساب معادن باعث ایجاد محیط اسیدی شده که در نهایت با ایجاد لایه ای رسوبی در محیط شده و همراه با  سایر ترکیبات سمی به محیط زیست آسیب میرساند.

عوامل آلودگی در صنعت معدن شامل رواناب های اسیدی از زهکشی معادن، پساب حاوی نمک بالا، فلزات سنگین، سیانید (بخصوص در استخراج طلا) و معرف های آلی استفاده شده در مراحل  استخراج می باشند.  جدول زیرنوع و میزان آلودگی پساب های معادن مختلف را نشان می دهد: 

جهت تصفیه فاضلاب معادن از فرایندهایی مانند انعقاد و لخته سازی، رسوب شیمیایی، لجن فعال، تبادل یونی و روش های الکتروشیمیایی و غشایی استفاده می شود.

صنعت فولاد: مقدار مصرف آب در این صنعت بسیار بالاست به طوری که حدود %46 کل مصرف آب در بخش  صنعت در کل کشور را به خود اختصاص داده است. این میزان به معنای حدود 275 میلیون متر مکعب آب در هر سال می باشد. بنابراین تصفیه و مصرف دوباره پساب در واحدهای تولید فولاد از اهمیت بالایی برخوردار است. از طرف دیگر این پساب در کنار بار آلایندگی بالا حاوی مواد شیمیایی و فلزی با ارزشی است که بازیابی آنها از فاضلاب مهم است. در این صنعت در طی فرآیندهایی پیچیده سنگ معدن استخراج شده به فولاد و آهن تبدیل می شود.  بیشترین سهم آب در صنعت فولاد برای خنک سازی و تمیز کردن و در بخش کک سازی به کار برده می شود. این مرحله شامل گرم کردن زغال سنگ در غیاب هوا برای تولید کک می باشد. میزان PH در هر مرحله با توجه به فرایندی که انجام می گیرد متفاوت است. برای مثال در مرحله اسید شویی که جهت از بین بردن اکسیدها و رسوبات انجام می گیرد، PH به زیر 3  می رسد و سپس در مرحله تمیز سازی قلیایی که فرآیندی برای رفع چربیها و روغنها است، PH به بالای 10 می رسد.  سایر عوامل آلودگی در فاضلاب فولادسازی شامل ذرات جامد معلق همچون خرده فلزات و خاکستر، انواع نمک ها، روغن و گریس، مواد آلی همچون نفتالین و فنول، مواد معدنی همچون نیترات، سیانید و فلزات سنگین می باشد. جدول زیر مهمترین پارامترهای آلودگی در صنعت فولاد را نشان می دهد:

جهت پساب های صنایع فولاد از انواع روش های انعقاد و لخته سازی، فرآیند جذب، اکسیداسیون پیشرفته و روشهای بیولوژیکی استفاده می شود.

صنعت داروسازی: پساب تصفیه نشده از کارخانه های داروسازی شامل انواع مواد شیمیایی و ترکیبات آلی فعال و  واکنش پذیر همچون آنتی بیوتیک ها، هورمون ها، فلزات سنگین، حلال های آلی و نمک های معدنی است.علاوه بر این چنانچه تولید دارو و ترکیب خاصی نیاز به فرایند استریلیزاسیون داشته باشد، امکان تولید پساب با دمای بالا هم وجود دارد. ورود این مواد شیمیایی به محیط زیست میتواند سلامت جامعه را به خطر اندازد و بهمین جهت تصفیه فاضلاب های حاصل از کارخانه های داروسازی اهمیت بالایی دارد. کیفیت پساب صنایع داروسازی به دلیل تغییر در میزان مصرف بعضی داروها در فصول مختلف در طول سال تغییر می کند. جدول زیر مقدار کلی پارامترهای آلودگی در پساب های صنعت داروسازی را نشان می دهد:

برای تصفیه فاضلاب کارخانه های داروسازی از روش هایی همچون انعقاد و لخته سازی، جذب با کربن فعال، اکسیداسیون پیشرفته و فرآیندهای غشایی کمک گرفته می شود.

صنعت نفت و گاز: صنعت نفت و گاز در تمام مراحل استخراج، بهره برداری، و پالایش مقدار قابل توجهی پساب تولید می کند. آب تولیدی حاصل از استخراج نفت در مناطق فراساحلی، حاوی مقدار بسیار زیادی نمک است و تخلیه ی این آب به محیط های آبی،  اکوسیستم و جان موجودات آبزی را به خطر می اندازد. آب تولیدی مهمترین فاکتور آلودگی در صنایع بالادستی نفت است و علاوه بر نمک، انواع هیدروکربن ها و فلزات سنگین را به آب دریا تخلیه می کند. هیدروکربن های کوچک فرار بوده و باعث آلودگی هوا می شوند و هیدروکربنهای بزرگتر منجر به انواع آلودگی ها در محیط های زیست آبی خواهند شد. از طرف دیگر اسیدهایی که به چاه های نفتی تزریق می شوند می توانند PH محیط را تغییر داده و اکوسیستم اطراف چاه های نفتی را به خطر اندازند. 

علاوه بر این، صنایع پایین دستی هم با انواع مشکلات  آلودگی شیمیایی و بیولوژیکی حاصل از پساب ها مواجه هستند. هیدروکربن ها و آروماتیک های حلقوی، چربی و گریس که در حین فرآیندهای انتقال و پالایش نفت و گاز به آب و هوا منتقل می شوند انواع آلودگی ها در محیط زیست را ایجاد می کنند. از مرحله اکتشاف تا استخراج و پالایش نفت فرآیندها و عملیات زیاد و متنوعی صورت می گیرد که هر کدام از آنها نوعی از آلودگی را در این صنعت ایجاد می کنند. جدول زیر برخی از این فاکتورهای آلودگی در صنعت نفت و گاز را نشان می دهد: 

جهت تصفیه پساب صنایع نفت و گاز از روش های جداسازی ثقلی،انعقاد و لخته سازی، اکسیداسیون شیمیایی، خنثی سازی، فرآیند اسمز معکوس، تصفیه بیولوژیکی هوازی و بیهوازی کمک گرفته می شود

صنایع لبنی: این صنعت از نظر حفظ سلامت جامعه و تامین مواد مورد نیاز بدن اهمیت بالاییی دارد. میزان تولید پساب در صنایع لبنی بسیار بالاست. مهمترین فاکتورهای آلودگی در این صنعت میزان بالای  BOD (اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی) و COD (اکسیژن مورد نیاز شیمیایی) ناشی از لاکتوز موجود در پساب است. ورود فاضلاب هایی با BOD و COD بالا، اکسیژن موجود در محیط های آبی را مصرف کرده و جان موجودات آبزی از جمله ماهی ها را به خطر انداخته و اکوسیستم آبی را تهدید می کند. عوامل آلودگی پساب های صنایع لبنی شامل شیر، دترجنت های مورد استفاده برای شستشوی سالن ها، نمک، چربی ها و پروتئین های موجود در محصولات لبنی است. رنگ فاضلاب صنایع لبنی سفید و در ابتدا قلیایی است اما با تخمیر لاکتوز موجود در فاضلاب PH محیط به سرعت اسیدی می شود. از طرف دیگر فرایند پاستوریزه کردن و استریلیزاسیون، دمای پساب را بالا برده که این عامل باعث کاهش حلالیت اکسیژن می شود. تولیدات صنایع لبنی شامل طیف وسیعی از محصولات همچون شیر، پنیر، ماست و کره است و میزان آلودگی پساب های لبنی به نوع محصول فرآوری شده و مقیاس واحد تولیدی بستگی دارد. جدول زیر خصوصیات کلی فاضلاب های لبنی را نشان می دهد:

جهت تصفیه فاضلاب صنایع لبنی انواع روش های تصفیه بیولوژیکی همچون لجن فعال، راکتورهای ناپیوسته متوالی، دیسک های چرخان و لاگون و برکه های تصفیه استفاده می شود.

کشتارگاه:  فاضلاب حاصل از واحدهای کشتارگاه یکی از مهمترین منابع تولید پساب غیر بهداشتی می باشند که بایستی برای حفظ سلامت جامعه و پیشگیری از انتشار بیماری های واگیردار بسیار مورد توجه قرار بگیرند. این فاضلاب حاوی انواع پاتوژن های بیماری زا مانند عامل هپاتیت، سالمونلا، اسهال خونی و کیست و انگل ها می باشد. خون و تکه های گوشت موجود در این پساب باعث بالا رفتن BOD و COD شده که هم اکسیژن موجود در آب را کاهش داده و هم باعث ایجاد بوهای نامطبوع می شوند. 

از طرف دیگر میزان چربی و گریس موجود در فاضلاب کشتارگاه ها بالاست که باعث ایجاد یک لایه چربی  بر روی آب شده و از نفوذ اکسیژن به لایه های عمیق تر آب جلوگیری می کند. نیتروژن و فسفر حاصل از مواد آلی در این پساب ها باعث ایجاد پدیده اوتریفیکاسیون (شکوفه جلبکی) می شود و همچنین مواد جامد معلق همچون مو، پشم و استخوان ها لوله های واحد کشتارگاه را مسدود کرده و منجر به آلودگی و آسیب به تجهیزات می شوند. خصوصیات کلی فاضلاب های کشتارگاه مشابه فاضلاب واحدهای لبنی می باشد. 
جهت تصفیه فاضلاب کشتارگاه ها از روش هایی همچون شناورسازی هوای محلول، انعقاد الکتریکی و شیمیایی، روش های بیولوژیکی هوازی و بیهوازی، اکسیداسیون پیشرفته و روش های غشایی کمک گرفته می شود.

صنایع چرم سازی: این صنعت یکی از پیچیده ترین و آلوده کننده ترین پساب ها را در میان صنایع تولید می کند و دلیل آن مصرف زیاد آب همراه با انواع مواد شیمیایی برای تبدیل پوست حیوانات به چرم می باشد. پساب تولیدی در ابتدا محیط قلیایی داشته و سپس با شستشوی چرم در مرحله دباغی میزان بالایی از نمک کروم به آن اضافه می شود.میزان COD و BOD این فاضلاب بالاست و همچنین رنگ های اضافه شده در طول فرایند انواع مواد شیمیایی مانند فرمالدهید، پلی استرها و دی استرها را به پساب اضافه می کنند. از میان مواد شیمیایی موجود در این فاضلاب، کروم غلظت بالاتری دارد و به عنوان یک فلز سنگین موجب نگرانی است.  پساب حاصل از فرایند چرم سازی به رنگ قهوه ای تیره و دارای بوی نامطبوع و قوی است. وجود نیتروژن و فسفر بالای حاصل از پروتئین، چربی و کراتین نیز مشکل شکوفه جلبکی را ایجاد می کند. جدول زیر خصوصیات مهم فاضلاب چرم سازی را نشان می دهد:

جهت تصفیه فاضلاب صنایع چرمی از متدهایی مختلفی چون خنثی سازی، انعقاد و لخته سازی، نهرهای اکسیداسیون، انواع روش های بیولوژیکی هوازی و بیهوازی، اکسیداسیون بر پایه ازن و فنتون کمک گرفته می شود.

پساب بیمارستان: فاضلاب بیمارستان عمدتا کیفیتی مشابه با فاضلاب خانگی دارد و پسابی است که از همه فعالیت های پزشکی و غیر پزشکی ایجاد می شود. این پساب می تواند شامل پاتوژن های بیماری زا، دترجنت ها، ایزوتوپ های رادیواکتیوی و مواد ضدعفونی کننده و مواد دارویی همچون آنتی بیوتیک ها باشد. به طور کلی در کشورهای پیشرفته به ازای هر تخت بیمارستان حدود 1200 - 400 متر مکعب فاضلاب تولید می شود. این عدد برای کشورهای در حال توسعه چیزی در حدود 1000 - 200 متر مکعب می باشد. فاضلاب بیمارستان به دلیل وجود پاتوژن های خطرناک، بخوصص میکروب های مقاوم به آنتی بیوتیک بایستی به صورت %100 گندزدایی شود. گندزدایی فاضلاب بیمارستان با کلرزنی، ازن زنی یا استفاده از اشعه UV امکان پذیر است. چنانچه فاضلاب های بیمارستانی به صورت اصولی تصفیه نشوند به سرعت بیماری های واگیردار ابتدا در محیط بیمارستان و سپس در کل جامعه پخش خواهد شد و مشکل سلامتی و مالی بسیاری را برای کشورها به بار خواهد آورد. فاضلاب های حاصل از بخش رادیولوژی جزو پساب های خاص محسوب شده و با فرآیندهای معمول تصفیه پاکسازی نخواهند شد و بایستی فرآیندهای خاصی روی آنها صورت بگیرد. 

در هر صورت در کشورهای پیشرفته که مصرف آب در بیمارستان بسیار بالاست این فاضلاب بسیار رقیق شده و از آنجایی که غلظت مواد آلوده کننده در هر متر مکعب کاهش پیدا می کند، این فاضلاب مستقیم به شبکه فاضلاب شهری تخلیه می شود و صرفا در زمان شیوع بیماری های واگیردار به صورت جداگانه و اختصاصی تصفیه می شوند.