دستگاه تصفیه آب و فاضلاب کارواش‌ با استفاده از منعقدکننده‌های طبیعی و سیستم تصفیه آب آرشیو مقالات

فاضلاب حاصل از کارواش یکی از منابع اصلی فاضلاب است که به علت خصوصیات شیمیایی از پسماندهای ماشین، کمک موثری به افزایش آلودگی محیط زیست می‌کند.

هدف این تحقیق، توسعه‌ی یک سیستم تصفیه آب یکپارچه برای فاضلاب کارواش براساس انعقاد و لخته‌سازی با استفاده از مورینگا اولیفرا Moringa oleifera و سولفات آهن (FeSO₄.7H₂O) همچنین سیستم فیلتراسیون طبیعی است. نمونه فاضلاب کارواش از کارواشی در پاریت راجا Parit Raja، جوهور مالزی (پاریت راجا یک منطقه مسکونی در مالزی است که در جوهور واقع شده است.) جمع‌آوری شد.

 

سیستم تصفیه فاضلاب کارواش در مقیاس آزمایشگاهی در چهار مرحله طراحی شده بود از جمله :

• هوادهی
• انعقاد و لخته‌سازی
• ته نشینی
• فیلتراسیون

 

دستگاه انعقاد و لخته‌سازی با استفاده از دوزهای مختلف (35، 70، 105 و 140 میلی گرم در لیتر به توان منفی) به ترتیب از ام اولیفرا M. oleifera و FeSO₄.7H₂O  انجام شد.

کارایی سیستم تصفیه یکپارچه برای تصفیه فاضلاب کارواش و مطابقت با قانون کیفیت محیط زیست (EQA 1974) براساس تحلیل pH، اکسیژن محلول (DO)، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)و میزان کدری (NTU) ارزیابی شد. سیستم تصفیه یکپارچه برای تصفیه آب و فاضلاب خام کارواش موثر بود.

فاضلاب تصفیه شده کارواش مطابق قانون EQZ 1974 سال 2009 (استاندارد A) برحسب pH و اکسیژن محلول است در حالیکه میزان کدری و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی در فاضلاب کاهش یافته تا مطابق استاندارد B باشد.

سیستم تصفیه آب یکپارچه طراحی شده در اینجا با منعقد کننده طبیعی (ام اولیفرا) و دستگاه تصفیه آب و فاضلاب برای تصفیه اولیه فاضلاب کارواش پیش از تخلیه نهایی یا استفاده دوباره برای فرایند کارواش موثر بود.

 

مقدمه

در میان انواع مختلف فاضلاب، فاضلاب کارواش یکی از آلوده‌ترین فاضلاب‌ها با ناخالصی بالا است. علت آن وجود شن و ذرات، روغن و گریس، سورفکتانت ها (مواد فعال سطحی) ، مواد شوینده، فسفات و هیدروفلوئوریک اسید بود.

بنابراین، تخلیه مستقیم آن در فاضلاب باعث تشدید آلودگی آب طبیعی خواهد شد. از طرف دیگر، به علت وجود فلزات سنگین یا حداقل وجود بار در تصفیه خانه فاضلاب، تخلیه مستقیم فاضلاب کارواش در شبکه فاضلاب می‌تواند اثر منفی بر کارایی فرایند تصفیه فاضلاب داشته باشد.

علاوه بر این، تصفیه آب و فاضلاب در نقطه منبع ساده تر و موثرتر از جمع‌آوری آن در تصفیه خانه خواهد بود. علت این است که فرایند تصفیه آب ، زمان کافی برای حذف بیشتر ناخالصی‌ها و آلوده‌کننده‌ها را خواهد گرفت. 

در واقع، تصفیه مقدار کمی از فاضلاب، برای تولید فاضلاب تصفیه شده با کیفیت بالا به سیستم پیچیده‌ی تصفیه آب نیازی ندارد. علاوه بر این، سیستم فیلتراسیون ساده برای تولید فاضلاب تصفیه شده با کیفیت خوب، مناسب استفاده دوباره در کارواش، می‌تواند کارایی بیشتری داشته باشد.

هیچ مقرراتی در مورد کیفیت آب استفاده شده در کارواش وجود ندارد. بنابراین، فاضلاب تولیدی کارواش‌ها با کدری بالا را می‌توان با استفاده از روش انقعاد و لخته‌سازی تصفیه نموده و مجددا استفاده کرد. هردو روش برای رفع کدری آب کارآمد و مقرون به صرفه هستند. به منظور بهبود خصوصیات کیفیت آب، یک سیستم تصفیه آب یکپارچه می‌تواند فراهم شود.

تصفیه آب بوسیله انعقاد و لخته‌سازی یکی از مراحل مهم در فرایندهای تصفیه آب و فاضلاب است. چندین ماده شیمیایی مانند سولفات آهن ferric  sulphate ، سولفات آهن ferrous  sulphate ، کلرید آهن ferric  chloride و سولفات کلرید آهن ferric chloride  sulphate به عنوان منعقد کننده و لخته‌‌ساز استفاده شده‌اند. هرچند، روش جدید این است که از مواد طبیعی استفاده شود. بکارگیری این مواد شامل محصولات سمی مانند ترکیبات سرطان زا و کم هزینه است.

استفاده از منعقدکننده‌های طبیعی راهی جایگزین برای کم کردن هزینه منعقد کننده‌ها و لخته‌سازها فراهم کرده و خصوصیات کیفی آب را برای استفاده امن بهبود می‌دهد.

 در یک بررسی، کارایی دانه‌های مورینگا اولیفرا Moringa oleifera و استریکنوس پتاتوروم Strychnos Potatorum به عنوان منعقدکننده‌های طبیعی با منعقد‌کننده‌های مصنوعی معمول برای تصفیه فاضلاب کارواش مقایسه شد.

این بررسی نشان داد که هم دانه‌های ام اولیفرا M. oleifera و همه اس پتاتوروم S. potatorum حاوی موادی هستند که قادر به حذف کدری، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)، اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD) و جامدات محلول (TSS) می‌باشند.

در مطالعه حاضر، فرایند تصفیه فاضلاب کارواش بر اساس بررسی قبلی طراحی شده است. این فرایند تصفیه آب با یک سیستم یکپارچه شامل هوادهی، انعقاد و لخته‌سازی، رسوب‌گذاری (ته نشینی) و دستگاه فیلتراسیون بهبود یافت تا فاضلاب تصفیه شده با کیفیت بالا تولید کند.

منعقد کننده مورد استفاده ام اولیفرا  M. oleifera  و سولفات آهن (FeSO₄.7H₂O) بود. کارایی سیستم تصفیه یکپارچه در تصفیه فاضلاب کارواش و تطابق با قانون کیفیت محیطی 1974 بر اساس تحلیل pH، اکسیژن محلول (DO)، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و کدری (NTU) مورد ارزیابی قرار گرفت.

 

مواد و روش‌ها

 

2.1 جمع‌آوری نمونه‌های فاضلاب کارواش

نمونه‌های فاضلاب کارواش از Pusat Cuci Kereta Automatic Parit Raja جمع‌آوری شد. کارواش در Jalan Manis ، پاریت راجا، راهور مالزی واقع شده بود. نمونه‌ها بصورت هفتگی طی ژانویه تا  مارس 2015 جمع‌آوری شدند. نمونه‌ها بین ساعت 9 تا 11 صبح جمع‌آوری شدند. که براساس داده‌های جمع‌آوری شده از مدیریت، تعداد زیادی از خودروها برای شستشو می‌آمدند.

نمونه‌ها با استفاده از تکنیک نمونه‌برداری در بطری‌های پلاستیکی (2 لیتر) جمع‌آوری و به ترتیب به آزمایشگاه منتقل شدند. نمونه‌های فاضلاب از نظر pH، کدری، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)، و اکسیژن محلول (DO) مورد آزمایش قرار گرفتند.

مقدار pH نمونه با استفاده از pH سنج کالیبره شده (پروب EC سنج) تعیین شد. کدری نمونه فاضلاب با استفاده از روش تابش ضعیف (Method 3750, HACH DR 6000) آزمایش شد. سرانجام، اکسیژن محلول با استفاده از اکسیژن محلول سنج (پراب EC سنج)  آزمایش شد. تمام تحلیل طبق  روش های استاندارد برای بررسی آب و فاضلاب انجمن بهداشت عمومی آمریکا انجام شد.

 

2.2 آماده‌سازی مورینگا اولیفرا و سولفات آهن

دانه‌های مورینگا اولیفرا (شکل زیر) از یک فروشگاه محلی خریداری و در نور آفتاب خشک شدند تا سطح پلی الکترولیت نشان داده شده در هسته ها بهبود یابد. سپس، دانه‌ها به ذرات ریز ( 0 تا 0.20 میلی متر) تبدیل و در دمای 100 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت خشک شدند.

 

دانه‌های خشک شده با استفاده از مخلوط کن پودر شده و سپس طبق روش انعقاد از الک 50 مش رد شدند. سولفات آهن (FeSO₄.7H₂O) نمک (CAS:7782-63-0, Fisher Scientific)  از شرکت صادرات واردات مواد شیمیایی تای ان مینگ شن Tai`an Ming Chen تهیه شدند.

 

2.3 طراحی سیستم تصفیه آب و فاضلاب یکپارچه

سیستم تصفیه مورد استفاده در این بررسی در شکل زیر ارائه شده است. این سیستم شامل چهار مرحله است از جمله :

• هوادهی Aeration
• دستگاه انعقاد و لخته‌سازی Coagulation and Flocculation
• رسوب‌گذاری یا ته نشینی Sedimentation
• فیلتراسیون Filtration

در این سیستم، یک لیتر نمونه فاضلاب بصورت دستی به مخزن هوادهی(25cm×17cm×18cm)  منتقل و به مدت 30 دقیقه هوادهی شد. فاضلاب با استفاده از پمپ آب  (شاندا ) 120ولت به مخزن لخته‌سازی و انعقاد منتقل شد. 

مخزن لخته سازی و انعقاد از پلی اتیلن شفاف با تراکم بالا (HDPE) (14cm×20cm×14cm)  و موتور دی سی (موتور دی سی 12 ولت) با 1.1 وات، 103 دور در دقیقه، 410 میلی آمپر،  127.4 mN  و 8 میلیمتر قطر محور ساخته شده است.

35 میلی گرم ام اولیفرا M. oleiferra به مخزن لخته‌سازی و انعقاد اضافه شد. نمونه فاضلاب برای یک ساعت مخلوط شد.پس از آن، بخش شناور روی سطح، آهسته به مخزن رسوب‌دهی پمپ شد و به مدت یک ساعت امکان ته‌نشین شدن یافت. سپس بخش شناور روی سطح با استفاده از سیستم فیلتراسیون طبیعی شن و ماسه تصفیه شد.

فرایند تصفیه با مقدارهای مختلف ام اولیفرا M. oleiferra  و  FeSO₄. 7H₂O به ترتیب (۷۰ ، ۱۰۵ و ۱۴۰ میلی گرم) تکرار شد.

فاضلاب تصفیه شده از نظر پارامترهای  pH، کدری، اکسیژن محلول و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

 

نتایج و بحث

 

3.1 خصوصیات فاضلاب خام کارواش

متوسط pH، کدری، اکسیژن محلول و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی فاضلاب خام کارواش در جدول 1 نشان داده شده‌اند.

 

پارامتر	فاضلاب کارواش خام	استاندارد فاضلاب توسط قانون کیفیت محیط زیست 1974
pH	6.96	6-9
کدری (Turbidity (NTU	275.1	<5
اکسیژن محلول  (DO) (mg/L)	2.55	>7
اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) (mg/L)	220	<50

جدول 1. پارامترهای نمونه‌های فاضلاب خام کارواش

 

مشخص شد که کدری، اکسیژن محلول و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی بالاتر از معیارهای استاندارد قانون کیفیت محیط زیست 1974 بودند. در حالی که pH در حد استاندارد بود. این نتایج مطابق توافقات گزارش شده در مالزی و هند بودند. هرچند، متفاوت از گزارش‌های بررسی قبلی بودند.

کدری در فاضلاب کارواش در این بررسی بیش از بررسی قبلی بود. برعکس، غلظت‌های اکسیژن مورد نیاز شیمیایی کمتر از غلظت‌های ثبت شده در بررسی قبلی بود. این تفاوت‌ها می‌تواند مربوط به فاضلاب کارواش منبع و نوع خودروها باشد.

مقدار بالای کدری به علت وجود گل و لای، لجن و ذرات ترمز در فاضلاب بود که از خودروها شسته شده و اندازه مولکول آلوده کننده‌ها از نظر مقایسه‌ای بزرگ بود. افزایش کدری فاضلاب نشان داد که فاضلاب غلظت بالاتری از مجموع ذرات معلق (TSS) دارد. هرچند، ذرات معلق در بررسی فعلی بررسی نشده‌اند.

غلظت بالای اکسیژن مورد نیاز شیمیایی می‌تواند با وجود مواد شوینده مورد استفاده طی فرایند شستشو مرتبط باشد، که باعث اکسیداسیون ترکیب ارگانیک و سپس افزایش اکسیژن مورد نیاز شیمیایی می‌شود.

می‌توان نشان داد که پارامترهای فاضلاب خام کارواش، بالاتر از حد استانداردهای مورد نیاز برای تخلیه هستند. بنابراین، این فاضلاب‌ها باید تصفیه شوند تا خصوصیات آنها بهبود یافته و از آلودگی محیط زیست جلوگیری شود.

 

3.2 کارایی سیستم تصفیه آب یکپارچه

کارایی سیستم تصفیه یکپارچه طراحی شده در  اینجا برای تصفیه فاضلاب کارواش ارزیابی شده براساس pH، کدری، اکسیژن محلول و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی در بخش مواد و روش مورد ارزیابی قرار گرفت.

خصوصیات فاضلاب تصفیه شده با دوز‌های مختلف ام اولیفرا M. oleiferra  و FeSO₄.7H₂O در جدول 2 آورده شده‌اند.

 

 

می‌توان اشاره کرد که pH و اکسیژن محلول فاضلاب تصفیه شده کاهش یافته تا مطابق EQA 1974 مقررات 2009 باشد. بیشترین مقدار pH با 70 mg L-1 ام اولیفرا ثبت شد. برعکس، pH با افزایش FeSO₄.H₂O به pH 3.93 با 140 mg L-1 کاهش یافت.

این نتایج نشان می‌دهد که منعقد کننده طبیعی برای تنظیم مقدار pH فاضلاب کارامدتر از منعقد کننده شیمیایی است.

با این حال، در آن بررسی نویسنده گزارش کرد که آلومینیوم و FeSO4  به عنوان منعقد کننده بهتر بود، زیرا افزودن کم یا بیشتر مواد شیمیایی برای تصحیح pH نهایی آب مورد نیاز بود. برعکس، این بررسی نشان داد که ام اولیفرا بهترین منعقد کننده است زیرا مقدار pH همچنان مطابق استاندارد 9-6 حتی در غلظت‌های بالا است، در حالی که تا pH 5.65 در غلظت‌های پایین FeSO4 کاهش یافته است. 

منعقدسازی با استفاده از ام اولیفرا اکسیژن محلول فاضلاب از 2.55 تا 7.22 میلی گرم بر لیتر به 105 میلی گرم بر لیتر (  105mg L1) افزایش یافت. در حالی که FeSO₄.7H₂O تا 6.78 در همان غلظت افزایش یافت. بنابراین، برحسب اکسیژن محلول تنها فاضلاب کارواش تصفیه شده با ام اولیفرا مطابق 1974 EQA، مقررات 2009 (استاندارد A) بود.

هردو منعقد کننده برای کاهش کدری از 275.1 NTU تا  8.42 NTU و 18.3 NTU به ترتیب در غلظت 40 mg L-1   (140mg L^-1) موثر بودند. غلظت کدری همچنان بیشتر از EQA 1974، مقررات 2009 (استاندارد A ) است. هرچند، فاضلاب تصفیه شده با ام اولیفرا M. oleifera تقریبا نزدیک به برآوردن حد استانداردها (<5 NTU)  بود، درصد حذف> 97٪ بود همچنین نشان داد که انعقاد فاضلاب با ام اولیفرا بیش از 99% کدری را کاهش داد.

اکسیژن مورد نیاز شیمیایی پاسخ کمتری برای هر دو ماده منعقد کننده نشان داد، از  220mg L-1  به 143 و  169mg L1 با  140mg L-1 به ترتیب با ام اولیفرا و FeSO₄7H₂O  کاهش یافت. هرچند، فاضلاب مطابق مقررات الزامی استانداردهای B است. بیشترین کاهش اکسیژن مورد نیاز شیمیایی 35  و 23.1%  در 40 mg L-1 به ترتیب در ام اولیفرا و FeSO₄ ثبت شد.

این درصد حذف کمتر از درصد گزارش شده است که 60% کاهش برای اکسیژن مورد نیاز شیمیایی در 60 mg L-1 ام اولیفرا مشاهده شد.

این تفاوت‌ها می‌تواند به علت غلظت کدری فاضلاب خام کارواش، NTU 1/257 در این کار در مقایسه با NTU 173-39 در بررسی انجام شده توسط [7] بود. بنابراین، در بررسی فعلی، تعامل بین کدری و حذف اکسیژن مورد نیاز شیمیایی در05/0 p< تحلیل شد. اشاره شد که غلظت کدری و حذف اکسیژن مورد نیاز شیمیایی همبستگی معناداری با R2 =0.96 داشت.

در کل، ام اولیفرا در تصفیه آلودگی‌های کارواش خام موثرتر از FeSO4.7H2O  در غلظت‌های مختلف بررسی‌ شده در این بررسی بود. این تفاوت‌ها می‌تواند مربوط به طبیعت ام اولیفرا به عنوان جذب کننده یون‌های H+ و TSS باشد و توانایی خنثی‌سازی محلول را دارد. بنابراین، کدری در فاضلاب تصفیه شده با ام اولیفرا کمتر از مقدار تصفیه شده با FeSO4.7H2O  بود.

علاوه بر کارایی ام اولیفرا در مقایسه با FeSO4.7H2O ، این یک محصول خنثی، کم قیمت و سازگار با محیط زیست است زیرا در فرایند انقعاد هیچ افزودنی شیمیایی مورد نیاز نیست محصول جانبی سمی از آن تولید نمی‌شود.

 

نتیجه‌گیری

می‌توان نتیجه گرفت سیستم تصفیه یکپارچه که در اینجا با منعقد کننده طبیعی (ام اولیفرا M. oleifera) و دستگاه تصفیه آب طراحی شده، برای تصفیه اولیه فاضلاب کارواش موثر بود. ام اولیفرا به عنوان منعقد کننده تصفیه فاضلاب‌ خام کارواش موثر بود.

فاضلاب تصفیه شده با غلظت پایین ام اولیفرا M. oleifera مطابق مقررات الزامی استاندارد A برحسب pH و اکسیژن محلول است. کاهش کدری و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی کاهش‌یافته تا مطابق EQA 1974 مقررات 2009 (استاندارد B) باشد.  علاوه بر این، پارامترهای فاضلاب تصفیه شده کارواش مناسب استفاده دوباره برای شستشوی ماشین است. 

 

 

 

*ن