Reduction of fluoride ions from phosphate tank overflow water in an automotive paint shop using the electrocoagulation method
1
(
)
Ali Sayadi malakami
2
(
IKCO Expert
)
Amir Emami
3
(
)
Naeemeh Shirakbari
4
(
IKCO Expert
)
زهره رشمئي
5
(
)
Keywords: Fluoride ions, Phosphate tank, Electrocoagulation, Industrial wastewater,
Abstract :
Various methods such as ion exchange, membrane processes, chemical coagulation, and electrocoagulation are employed to reduce fluoride ions from water. In this study, electrocoagulation was applied to reduce fluoride concentration in the overflow water from the phosphate chemical tank in the pre-treatment section of an automotive paint shop. The influent, which is the continuously flowing rinsing overflow from the phosphate tank, contained fluoride concentrations ranging from 22 to 35 mg/L, pH between 5.2 and 6.3, turbidity of 31–35 NTU, electrical conductivity of 1815–2008 μS/cm, and TDS levels between 909 and 952 mg/L. A rectifier supplying 50 volts and 110 amperes was used to energize 2, 3, 4, and 5 aluminum and iron electrodes in a 1 m³ electrocoagulation reactor. The system was operated over four days, with samples taken at 15, 30, 45, and 60-minute intervals each day. The effects of electrode number and retention time on fluoride removal efficiency were evaluated. Results from pilot-scale and laboratory experiments showed that the electrocoagulation process achieved fluoride removal efficiencies between 75% and 85%. The highest fluoride reduction—from 24.2 to 3.7 mg/L—was observed in the system with 4 electrodes and a retention time of 60 minutes. Notably, as the initial fluoride concentration decreased over time, turbidity and current intensity also declined. However, the pH of the treated water became strongly alkaline, reaching as high as 10.27 in one of the tests.
جواد مدبر، ليلي معصومي قلعه، علي صيادي، امير امامي، نعيمه شيراكبري، مجيد جواديان سرچشمه (1401). "تغليظ لجن تصفيه خانه بهداشتي شركت ايران¬خودرو با استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي"، مجله پژوهش و فناوري محيط زيست، دوره7، شماره 11، صفحه¬ها 69 تا 78
گيتى كاشي، شهرزاد خرم نژاديان، نيلوفر ناصحى(1393)."بررسي كارايى فرآيند تلفيقى انعقادشيميايى و الكتريكى در حذف فلوئور از آب آشاميدنى"، مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي دانشكده بهداشت، دوره 2، شماره 2، صفحه¬ها 43 تا 52
شهرزاد عليان نژاد، گيتی کاشی، سيد مصطفی خضری، علی ماشينچيان مرادی(1393). "بررسي حذف فلوراید از آب آشاميدني به روش الکترو واگولاسيون: رآكتور ناپيوسته"، مجله ارتقاي ايمني و پيشگيري از مصدوميتها، دوره 2، شماره 1، صفحه¬ها 47 تا 54
سارا نام آور، سیمین ناصري، امیرحسین محوي، رامین نبی زاده(1391). "بررسی کارایی فرایند نانوفیلتراسیون در حذف فلوراید از آب". مجله دانشگاه علوم پزشکی خراسان شمالی، دوره4، شماره4، صفحه¬ها 30 تا 38
فریبرز ریاحی و محبوبه رادگودرزی (1384). "کاربرد ترکیبات تیتانیم در کاهش یون فلوراید از منابع آب و پساب حاوی غلظت بالای این یون". مجله آب و فاضلاب، دوره16، شماره54، صفحه¬ها 82تا 89
علی اکبر عظیمی، غلامرضا نبی بید هندی، سید حسین هاشمی، یونس مهام(1382). "بررسی غلظت یون فلوراید در منابع سطحی تامین آب شرب شهر تهران". مجله علمي محیط شناسی، دوره 29، شماره 32، صفحه¬ها 40تا 35
Arindam Sinharoy, Chong Min Chung. (2024). Fluoride removal from wastewater and potential for resource recovery:
Comparative studies between different treatment technologies. Environmental Engineering Research 2024; 29(6): 240179. Yonghai Gan, Xiaomeng Wang, Li Zhang, Bingdang Wu, Guoyang Zhang, Shujuan Zhang, 2019, Coagulation removal of fluoride by zirconium tetrachloride: Performance evaluation and mechanism analysis. ChemospHere, Volume 218, March 2019, Pages
860-868 Afshin Takdastan Saeed Emami Tabar- Abdolkazem Neisi.(2014), Fluoride Removal From Drinking Water by Electrocoagulation
Using Iron and Aluminum Electrodes, Jundishapur Journal of Health Sciences: Vol.6, issue 3; e21718 Salaheddine Aoudj, Nadjib Drouiche, Mouna Hecini, Tarik Ouslimane, Baya Palaouane.(2012). Coagulation as a Post-Treatment Method for the Defluoridation of PHotovoltaic Cell Manufacturing Wastewater. Unité de Développement de la Technologie
du Silicium (UDTS)2, Bd Frantz Fanon BP140, Alger – 7 merveilles, 16200, Algeria
پژوهش و فناوری محیط‌زیست، 1404،(17)10، 15-27
| |||
كاهش يون فلورايد بعد از حوض فسفاته سالن رنگ شركت خودروسازي به روش الكتروكواگولاسيون
|
| ||
1- معاونت خدمات فني، مديريت انرژي، آزمايشگاه كنترل كيفي آب 2- معاونت كيفيت، مديريت تضمين كيفيت مواد شيميايي
| ||
چکیده | اطلاعات مقاله | |
به منظور كاهش يون فلورايد از آب، از روشهاي جذب - تبادل یون، فرایندهای غشایی، انعقاد و لخته‌سازی شيميايي و الکتروکواگولاسیون استفاده ميشود. در اين مقاله جهت كاهش حداكثري يون فلورايد از آب سرريز بعد از حوض شيمي فسفاته سالن پيش رنگ خودروسازي، از روش الكتروكواگولاسيون استفاده شد. از آب سرريز آبكشيهاي بعد از حوض شيمي فسفاته سالن پيش رنگ كه به‌صورت مداوم در جريان است به عنوان ورودي استفاده شد. پساب سالن پیش‌رنگ حاوی فلوراید به ميزان mg/L 22-35، pH 2/5 الي3/6، كدورت NTU 31-35، هدايت الكتريكي μS/cm 2008- 1815 وTDS به ميزان mg/L 909-952 است. با استفاده از ركتيفاير، ولتاژ 50 ولت و جريان 110 آمپر به ترتيب به 2، 3، 4 و 5 الكترودهاي آلومينيوم و آهن موجود در راكتور الكتروكواگولاسيون به حجم 1 مترمكعب اعمال شده و نمونه طي 4 روز و هر روز به مدت زمانهاي 15، 30، 45 و 60 دقيقه تست شد. سپس، تأثير حضور تعداد الكترودها و مدت زمان ماند نمونه در راستاي تشخيص نتايج بهينه مورد بررسي قرار گرفت. براساس نتايج نيمه‌صنعتي و آزمايشگاهي با روش راكتور الكتروكواگولاسيون، كاهش بيش از 85-75 درصد فلورايد مشاهده شد. بيشترين ميزان كاهش يون فلورايد در سيستم 4 الكترود و درمدت زمان60 دقيقه از 2/24 به mg/L 7/3 رسيد. شايان ذكراست با گذشت زمان و كاهش غلظت اوليه آنيون فلورايد، كدورت و مقدار شدت جريان كاهش يافت اما pH محيط به شدت قليايي شد و در يكي از آزمايشها به 27/10 رسيد. | نوع مقاله: پژوهشی تاریخ دریافت: 18/09/1403 تاریخ پذیرش: 01/02/1404 دسترسی آنلاین: 28/04/1404
کلید واژه‌ها: يون فلورايد، حوض فسفاته، الكتروكوآگولاسيون، پساب صنعتي | |
| ||
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: Emami.a.88@gmail.com
Journal of Environmental Research and Technology, 10(17)2025. 15-27
|
Reduction of fluoride ions from phosphate tank overflow water in an automotive paint shop using the electrocoagulation method
Javad Modaber1, Ali Sayadi Malakami1, Amir Emami1*, Naeemeh Shirakbari21 1. IKCO, Deputy of Technical Services, Energy Management, Water Quality Control Laboratory 2. IKCO, Deputy of Quality, Management of Chemicals Quality Assurance | ||
Article Info | Abstract | |
Article type: Research Article
Keywords: Fluoride ions, Phosphate tank, Electrocoagulation, Industrial wastewater | Various methods such as ion exchange, membrane processes, chemical coagulation, and electrocoagulation are employed to reduce fluoride ions from water. In this study, electrocoagulation was applied to reduce fluoride concentration in the overflow water from the phosphate chemical tank in the pre-treatment section of an automotive paint shop. The influent, which is the continuously flowing rinsing overflow from the phosphate tank, contained fluoride concentrations ranging from 22 to 35 mg/L, pH between 5.2 and 6.3, turbidity of 31–35 NTU, electrical conductivity of 1815–2008 μS/cm, and TDS levels between 909 and 952 mg/L. A rectifier supplying 50 volts and 110 amperes was used to energize 2, 3, 4, and 5 aluminum and iron electrodes in a 1 m³ electrocoagulation reactor. The system was operated over four days, with samples taken at 15, 30, 45, and 60-minute intervals each day. The effects of electrode number and retention time on fluoride removal efficiency were evaluated. Results from pilot-scale and laboratory experiments showed that the electrocoagulation process achieved fluoride removal efficiencies between 75% and 85%. The highest fluoride reduction—from 24.2 to 3.7 mg/L—was observed in the system with 4 electrodes and a retention time of 60 minutes. Notably, as the initial fluoride concentration decreased over time, turbidity and current intensity also declined. However, the pH of the treated water became strongly alkaline, reaching as high as 10.27 in one of the tests. | |
| ||
[1] Corresponding author E-mail address: Emami.a.88@gmail.com
امروزه، بدون شک يكي از چالشهاي اساسي انسان حفظ و نگهداري محيط زيست است. در درجه اول آب به عنوان يكي از مهمترين منابع محيط زيستي است و با توسعه روزافزون صنعت و واحدهاي توليدي، همواره تصفيه فاضلابهاي بهداشتي و پسابهاي صنعتي يكي از دغدغههاي مهم است. در اين راستا يافتن شيوههاي جديد، كارآمد و كم هزينهتر از روشهاي قبل براي تصفيه كامل وخالص‌سازي هرچه بيشتر فاضلاب و پساب بسيار قابل توجه است. شايان ذكر است با وجود اينكه آب، برای پاككنندگي مورد استفاده قرار ميگيرد. اما، رفع آلودگي از آن بسيار دشوار است. در كارخانههايي كه داراي سالنهاي رنگ هستند، بخش حوض شيمي فسفاته به علت وجود يون فلورايد در آن نياز به تصفيه و كاهش يون فلورايد دارد (سکینه شکوهیان و همكاران، 1402). با بهرهگيري از فناوريهاي روز دنيا از‌جمله روشهاي جذب تبادل یون، فرایندهای غشایی، انعقاد و لخته‌سازی شيميايي و الکتریکی ميتوان به بهترين شكل ممكن اين پساب را تصفيه كرد (سارا نام آور و همكاران، 1391). از آنجايي كه آب بازيافتي پسابهاي صنعتي و بهداشتي به منظور آبياري فضاي سبز كاربرد دارد لذا مقدار غلظت يون فلورايد آن براساس استاندارد ملي محيط زيست ايران بايد از 2ميليگرم بر ليتر كمتر باشد كه هم براي آبياري مناسب بوده و هم مطابق قوانين و الزامات محيط زيستي باشد.
به منظور افزايش بازده حذف آلايندگي و كنترل مواد مضر ورودي به محيط زيست ميتوان از فناوري الكتروكواگولاسيون به جاي استفاده از تركيبات شيميايي استفاده كرد. اين روش با اعمال جريان الكتريسيته، منجر به كاهش آلايندگي غيرآلي، پاتوژنها، حذف ذرات و مواد معلق از محلول در آب ميشود. در الكترود كاتد حبابهاي ريز گاز هيدروژن و در الكترود آند كاتيون فلزي توليد ميشود. كاتيون فلزي به تشكيل لختههاي هيدروكسيد فلزي و كمپلكس آنيون فلورايد ميانجامد (فريبرز رياحي و محبوبه رادگودرزي، 1384؛ قربان عسگری و همكاران، 1395).
(1) Al→Al3++3e-
(2) 3H2O+3e-→1.5H2↑+3OH-
(3) Al3++3H2O→Al(OH)3(s) ↓+ 3H+
(4) Al(OH)3+xF-→Al(OH)3-XFX+xOH-
افزايش چگالي جريان به كاهش زمان واكنش ميانجامد. تغييرات زمان واكنش تاييد كننده اين يافته است كه در طي فرآيند انعقاد، در ابتدا ميزان ميكروفلاكها به علت غلظت فلورايد بيشتر و توليد بيشتر هيدروكسيد آلومينيوم در اثر خوردگي آند و كمپلكس آلومينيوم با آنيون فلورايد، بالاتر است. بنابراين كاهش سريعتر فلورايد در آغاز واكنش مشاهده ميشود. بعد از گذشت زمان، اين ميكروفلاكها بزرگتر و سنگينتر شده و در نتيجه طبق فرآيند انعقاد، تهنشين ميشوند. سرعت كاهش در10دقيقه اول بيش از زمانهاي بعدي است. با وجود اين كارايي بيشتر، نيازمند زمان واكنش زيادتر است به طوري كه كارايي پس از30 دقيقه به حداكثر ميرسد. متغيرهاي موثر در كاهش يون فلورايد عبارت است از غلظت نخستين فلورايد، PH سيال، چگالي جريان و مدت زمان واكنش. (محمدعلی ززولی و همكاران، 1394).
اين دستگاه از دو الكترود كاتد و آند، الكتروليت و يك منبع تغذيه تشكيل شده است. ميتوان با استفاده از اين دستگاه فرايند اكسيداسيون و احيا را به ترتيب در الكترودهاي آند و كاتد انجام داده و نهايتا آلودگيها رسوب كرده و از سيستم حذف ميشوند.
شكل (1) شماي كلي فرايند الكتروكواگولاسيون
مدبر و همكاران در سال1401 با استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي توسط ركتيفاير، ولتاژ 50 ولت و جريان 110 آمپر به 5 الكترود آهني موجود در مخزن راكتور كاويتاسيون به حجم 1 متر مكعب اعمال کرده و نشاندادند كه تاثير حضور راكتور كاويتاسيون بر روي ميزان COD آب خروجي از مخزن نهايي كاويتاسيون كمتر از 200 ميليگرم بر ليتر است كه پساب تصفيه شده با اين روش قابليت استفاده در مصارف آبياري و كشاورزي را دارد و نيز ميزان كدورت آن كمتر از 100NTU است (مدبر و همكاران، 1401).
آروندام1و چونگ2 مطرح کردند كه يكي از رايجترين روشهاي فلوئورزدايي، استفاده از تركيب شيميايي نمك آلوم و آهك (نالگودا) است كه به تشكيل آنيون سولفات و كاتيون آلومينيوم ميانجامد. اين روش به دليل حضور مواد شيميايي هزينهبر بوده و باقيماندن مواد شيميايي منجر به صدمه به محيط زيست ميشود. به علاوه، اين سيستم به دليل حضور مواد شيميايي به صورت هوشمند عمل نكرده و نميتواند به صورت جامع و گزينشي باعث كاهش مواد گردد. حذف يون فلورايد توسط مواد شيميايي، ناخالصيهايي در فاضلاب به جا ميگذارد. لذا بهتر است تا حد امكان روش بهينه از نظر هزينه و ناخالصيهاي به جا مانده انتخاب شود (آروندام و چونگ، 2024).
يونگهايگان3 و همكاران در سال2019 عملكرد و مكانيسم كاهش يون فلورايد توسط ZrCl4 و Al2(SO4)3 را مورد بررسي قرار دادند. محدوده pH بهينه 4 الي6 براي ZrCl4 و 8 الي 10 براي Al2(SO4)3 است. ZrCl4نسبت به Al2(SO4)3 براي تقليل يون فلورايد بهتر بود. علاوه بر تقليل بهتر يون فلورايد يكي از مزاياي ديگر ZrC14 نسبت به Al2(SO4)3 حذف قابل توجه غلظت فلزات باقيمانده در محدوده pH 4 الي14 بود (يونگهايگان ، 2019).
صالحالدين4و همكاران در راستاي حذف يون فلورايد از روش انعقاد بعد از مرحله تصفيه نهايي استفاده کردند. نتايج تجربي نشان دادكه الكترود آلومينيوم كارآمدتر از الكترود آهن است. بازده كاهش فلورايد به شدت به pH اوليه عمليات بستگي دارد كه در محدوده 6 الي 7 بود. به علاوه، كاهش فلورايد تحت تاثير آنيونهاي كلرايد سولفات و نيترات قرار نميگيرد ولي آنيونهاي كربنات بر حذف فلورايد تاثير منفي دارد (صالحالدين و همكاران، 2012).
افشين تكدستان 5و همكاران (2014) نيز نشاندادند كه در مقايسه الكترود آهن و آلومينيوم، الكترود آلومينيوم كارايي بالاتري جهت حذف يون فلورايد دارد. در مدت زمان 40 دقيقه و با pH 5/7 در حضور ولتاژ 20 ولت روند كاهش فلورايد به ميزان 86/97درصد رسيد (افشين تكدستان و همكاران، 2014).
سکینه شکوهیان و همكاران جهت ارتقای فرایند حذف فلوراید از فاضلاب تولیدی در واحد پیش رنگ صنعت خودروسازی منظور دستیابی به استانداردهای تخلیه آبهای سطحی تحقيق کردند. نتایج خصوصیات فاضلاب واقعی نشان داد که pH فاضلاب تولیدی در گستره ۶/۱ تا ۶/۳ و غلظت فلوراید آن در گسترهmg/L ۴۵ تا ۵۵ است. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد که در بهینهترین حالت ممکن در روش انعقاد شیمیایی امکان دستیابی به راندمان حذف فلوراید در گستره ۷۶ تا ۸۱ درصد امکان‌پذیر است. اما، راندمان حذف در فرایند انعقاد الکتریکی با استفاده از آند آلومینیوم در غلظت mol/L ۵ یون کلسیم و دانسیته جریان A/m2 ۲۰ پس از گذشت زمان min ۲۰ تا ۹۹ درصد نیز قابل دستیابی است (سکینه شکوهیان و همكاران، 1402).
علیرضا رحمانی و همكاران مطالعه کردند که با توجه به بار آلی بسیار بالای فاضلاب تولیدی توسط صنایع غذایی بخصوص صنایع فرآوری تخم مرغ، تصفیه فاضلاب این صنایع توسط روشهای با کارایی و هزینه اثربخشی مناسب از ضروریات این صنایع میباشد لذا هدف از مطالعه حاضر بررسی کارایی روش الکتروکواگولاسیون در تصفیه فاضلاب صنایع فرآوری تخم مرغ میباشد. بالاترین میزان کاهشCOD به ميزان 99 درصد و توسط الکترود آلومینیوم و در زمان واکنش 10 دقیقه و شدت جریان الکتریکی mA/cm27 حاصل شد. هم چنین الکترود آلومینیوم با مصرف انرژی به ميزان kWh/m3 9 و مقدار مصرف آند به میزان mg/cm2 5/0 در مقایسه با الکترود آهن به صرفه تر است (علیرضا رحمانی و همكاران، 1395).
مقایسه روش كاهش يون فلورايد به وسيله الكتروكواگولاسيون با روشهاي فيلتراسيون و شيميايي
روش الكتروكوآگولاسيون به دليل كارايي بالا در حذف طیف وسیعی از آلاینده‌ها مانند رنگ، روغن، فلزات سنگین و مواد آلی، توليد لجن كمتر، عدم نياز به استفاده از مواد شيميايي و انعطاف پذيري بالا به منظور استفاده در تصفيه انواع مختلف فاضلات، نسبت به ساير روشها برتري دارد(کبری وریج کاظمی و معصومه احتیاط کار، 1401). لازم به ذكر است كه تنها ايرادات اين روش نسبت به روشهاي شيميايي هزينه اوليه بالاتر تجهيزات، مصرف انرژي بيشتر در توليد جريان الكتريكي و نياز به تخصص بيشتر به منظور بهرهبرداري از اين دانش فني است. روش فيلتراسيون نسبت به ساير روشها سادهتر بوده و به تجهیزات پیچیده‌ای نیاز ندارد اما فقط در حذف ذرات جامد مورد استفاده قرار گرفته و برای حذف مواد محلول مانند رنگ و مواد آلی کارایی ندارد. از طرف ديگر با مسدود شدن فیلترها نيز نیاز به تعویض و شستشوی دوره‌ای فیلترها وجود دارد (سید محسن بلادی و همكاران، 1402).
روش شيميايي يكي از روشهاي شناخته شده قديمي است كه فقط براي حذف برخي از آلايندهها مانند فسفر و نيتروژن موثر است اما به دليل توليد لجن زياد، نياز به استفاده از مواد شيميايي و در نتيجه آسيب به محيط زيست و همچنين هزينههاي عملياتب بالا به دليل استفاده از مواد شيميايي در حال حاضر روش مطلوبي محسوب نميشود. (آروندام و چونگ، 2024).
مواد و روشها
در حال حاضر در در سيستم تصفيه فاضلاب به منظور كاهش يون فلورايد از مواد شيميايي PAC استفاده ميشود. در اين تحقيق به منظور افزايش كارايي حذف يون فلورايد، از فرايند الكتروكواگولاسيون در آزمايشگاه كنترل كيفي آب و فاضلاب به صورت پايلوت استفاده شد. در اين بررسي پارامترهاي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفت و نهايتا اين فرايند به عنوان روشي اميد بخش در فلوئور زدايي پساب خروجي سالن رنگ در نظر گرفته شد (گيتى كاشى و همكاران، 1393).
در شكل 3 اجزاي تشكيل دهنده سيستم الكتروكوآگولاسيون نشان داده شده است:
شکل (2) شماي كلي راكتور الكتروكواگولاسيون
الف) قرارگيري الكترودهاي آلومينيوم و آهن كنار يكديگر ب) راكتور در حال انجام تست وايجاد گاز هيدروژن
در اين تحقيق اثر حضور راكتور كاويتاسيون برروي ميزان كاهش غلظت يون فلورايد بعد از سرريز آبكشي اوليه بعد از حوض فسفاته سالن رنگ به روش الكتروكواگولاسيون با تعداد 2، 3، 4 و 5 مجموعه الكترود و ميزان ولتاژ ثابت 50 ولت و شدت جريان متغير حداكثر 110 آمپر و نيز در دورههاي زماني 15، 30، 45و 60 دقيقه اندازهگيري و مورد بررسي قرار گرفت (مدبر و همكاران، 1401 ؛ امير حسين طالبي، 1400). الكترودها مطابق شكل 3ج به صورت استوانههاي متحدالمركز قرار گرفته است كه شامل الكترودهاي آهني مشبك به عنوان كاتد و الكترودهاي آلومينيوم به عنوان آند و فاصله مابين الكترودها 2 سانتيمتر است (شهرزاد عليان نژاد و گيتی کاشی، 1393). مشبك بودن الكترودهاي آهني باعث بهبود شرايط الكتروليز و ايجاد جريان سيال پساب بهتر و در نتيجه افزايش كارايي فرايند الكتروكوآگولاسيون ميگردد. لازم به ذكر است كه ضخامت ورق الكترودهاي آلومينيوم 2 ميليمتر و آهني 5 ميليمتر است. با افزایش تعداد الکترودها، سطح تماس بین الکترودها و فاضلاب افزایش يافته كه این امر باعث می‌شود که جریان الکتریکی به طور یکنواخت‌تری در فاضلاب توزیع شده و در نتیجه تولید یون‌های فلزی افزایش ميیابد.(مهدي مرتضايي و علي ترابيان، 1398). با افزایش تعداد یون‌های فلزی تولید شده، لخته‌های بیشتری تشكيل شده که در نتیجه راندمان حذف آلاینده‌ها افزایش می‌یابد. به علاوه با افزایش تعداد الکترودها، زمان تماس یون‌های فلزی با آلاینده‌ها کاهش يافته، زیرا یون‌های فلزی در نقاط مختلف فاضلاب تولید می‌شوند و به سرعت با آلاینده‌ها واکنش می‌دهند. با افزایش زمان واکنش نيز، واکنش‌های بین یون‌های فلزی و آلاینده‌ها به طور کامل انجام شده و لخته‌های بزرگتری تشکیل می‌شوند كه در نتيجه لخته‌های بزرگتر به دلیل نیروی گرانش به سرعت ته نشین می‌شوند و در نتیجه راندمان حذف آلاینده‌ها افزایش می‌یابد (زینب رادفر و مهوش کیوانی، 1394).
شايان ذكر است كه نحوه قرارگيري الكترودها بايد به صورتي باشد كه يك چهارم الكترودها خارج از پساب قرار گرفته و مابقي آن در پساب غوطهور باشد. مطابق با شكل 3ب، در زمان شروع فرايند الكتروليز، دو مجموعه الكترود كه در بيشترين فاصله از هم قرار داشته و در دو راس قطر مخزن قرار دارند، وارد مدار ميشوند و زمانيكه قرار است الكترود سوم وارد مدار شود، در مركز مخزن قرار داده ميشود. الكترود چهارم و پنجم كه در دو راس ديگر مخزن قرار گرفتهاند نيز به ترتيب وارد مدار ميشوند (بهاره پناهی، مصطفی خضری، 1396).
نمونه آب مورد آزمون، از سرريز آبكشيهاي بعد از حوض فسفاته سالن رنگ 2 بوده، كه پس از قرارگيري در راكتور الكتروكوآگولاسيون و انجام فرايند الكتروليز توسط ركتيفاير شركت خزرترانسو20 كيلووات، ميزان غلظت يون فلورايد توسط روش اسپكتروفوتومتري و با دستگاه DR5000 HACH در طول موج 570 نانومتر و با استفاده از محلولهاي مورد نياز جهت اندازهگيري ميزان غلظت يون فلورايد شامل محلول شناساگر SPANDS (Cat No.: 44453) شركتHACH شاملHydrochloric acid وZirconium oxychloride-Sodium arsenate اندازهگيري شد. (علی اکبر عظیمی و همكاران، 1382).
يافته‌هاي پژوهش
در اين پژوهش اثر تعداد الكترود، زمان الكتروليز و شدت جريان ورودي در فرايند الكتروكوآگولاسيون بر روي غلظت باقيمانده يون فلورايد و درصد بازده كاهش آن مورد بررسي قرار گرفت كه نتايج آن در جداول زير به طور خلاصه آورده شده است. در جدول 1 ميزان مشخصات اوليه پساب سر ريز حوض شيمي فسفاته قبل از اعمال ولتاژ و شروع فرايند الكتروليز نشان داده شده است.
جدول(1) ميزان داده هاي آب سرريز قبل از اعمال الكتروكواگولاسيون
پارامترهاي فيزيكي و شيميايي | علامت اختصاري | مقدار | واحد | |
1 | دما | T | 4/29 | (°C) |
2 | pH | pH | 76/5 | pH |
3 | كدورت | Turb | 33 | (NTU) |
4 | هدايت | E.C | 1900 | (μS/cm) |
5 | قليايت نسبت به متيل اورانژ | M.AlK | 4/36 | (mg/L) |
6 | كلرايد | Clˉ | 8/25 | (mg/L) |
7 | سديم | Na+ | 308 | (mg/L) |
8 | پتاسيم | K+ | 9/1 | (mg/L) |
9 | نيترات | NO3ˉ | 228 | (mg/L) |
10 | فسفات | PO43ˉ | 58/122 | (mg/L) |
11 | آهن كل | Fe+2 | 36/0 | (mg/L) |
12 | پاك كننده ها | ABS | 47/0 | (mg/L) |
13 | اكسيژن مورد نياز شيميايي | COD | 48 | (mg/L) |
14 | فلورايد | F- | 2/26 | (mg/L) |
در جدول 2 و شكل 4 و 5، اثر زمان در سيستم محتوي دو الكترود بر روي غلظت يون فلورايد، pH و درصد كاهش يون فلورايد نشان داده شده است.
جدول (2) نتايج pH، غلظت فلورايد و شدت جريان اوليه و ثانويه بر حسب زمان در سيستم محتوي 2 الكترود
زمان (min) | شدت جريان اوليه (A) | شدت جريان ثانويه (A) | PH | فلورايد mg/lit) ( | كارايي كاهش فلورايد (%) |
0 | - | - | 6/5 | 8/33 |
|
15 | 30 | 28 | 08/7 | 1/22 | 34 |
30 | 28 | 25 | 78/8 | 1/20 | 40 |
45 | 25 | 22 | 44/9 | 17 | 49 |
60 | 22 | 19 | 46/9 | 14 | 58 |
شكل (4) نمودار تغييرات غلظت فلورايد وpH نسبت به زمان الكتروليز در سيستم محتوي 2 الكترود
شكل (5) درصد كاهش يون فلورايد نسبت به زمان الكتروليز در سيستم محتوي 2 الكترود
در جدول 3 و شكل 6 و 7، اثر زمان در سيستم محتوي سه الكترود بر روي غلظت يون فلورايد، pH و درصد كاهش يون فلورايد نشان داده شده است.
زمان (min) | شدت جريان اوليه (A) | شدت جريان ثانويه (A) | PH | فلورايد ( mg/lit) | بازده كاهش فلورايد (%) |
0 | - | - | 76/5 | 2/26 | - |
15 | 60 | 45 | 47/8 | 10 | 34 |
30 | 45 | 35 | 85/8 | 7/8 | 40 |
45 | 35 | 28 | 9/8 | 8/6 | 49 |
60 | 28 | 24 | 18/9 | 8/4 | 58 |
جدول(3) نتايج pH، غلظت فلورايد و شدت جريان اوليه و ثانويه بر حسب زمان در سيستم 3 محتوي الكترود
شكل (6) نمودار تغييرات غلظت فلورايد وpH نسبت به زمان الكتروليز در سيستم 3 محتوي الكترود
شكل (7) درصد كاهش يون فلورايد نسبت به زمان الكتروليز در سيستم 3 محتوي الكترود
در جدول 4 و شكل 8 و 9، اثر زمان در سيستم محتوي چهار الكترود بر روي غلظت يون فلورايد، pH و درصد كاهش يون فلورايد نشان داده شده است.
جدول(4) نتايج pH، غلظت فلورايد و شدت جريان اوليه و ثانويه بر حسب زمان در سيستم محتوي 4 الكترود
زمان (min) | شدت جريان اوليه (A) | شدت جريان ثانويه (A) | PH | فلورايد ( mg/lit) | بازده كاهش فلورايد (%) |
0 | - | - | 85/5 | 2/24 | - |
15 | 60 | 56 | 93/8 | 11 | 54 |
30 | 56 | 41 | 09/9 | 9/6 | 71 |
45 | 41 | 33 | 23/9 | 6/4 | 80 |
60 | 33 | 28 | 42/9 | 7/3 | 85 |
شكل (8) نمودار تغييرات غلظت فلورايد وpH نسبت به زمان الكتروليز در سيستم محتوي 4 الكترود
شكل (9) درصد كاهش يون فلورايد نسبت به زمان الكتروليز در سيستم محتوي 4 الكترود
در جدول 5 و شكل 10 و 11، اثر زمان در سيستم محتوي پنج الكترود بر روي غلظت يون فلورايد، pH و درصد كاهش يون فلورايد نشان داده شده است.
زمان (min) | شدت جريان اوليه (A) | شدت جريان ثانويه (A) | PH | فلورايد ( mg/lit) | بازده كاهش فلورايد (%) |
0 | - | - | 58/5 | 4/31 | - |
15 | 110 | 92 | 25/9 | 4/14 | 54 |
30 | 92 | 72 | 44/9 | 4/8 | 73 |
45 | 72 | 53 | 2/10 | 2/6 | 80 |
60 | 53 | 38 | 27/10 | 6/5 | 82 |
جدول(5) نتايج pH، غلظت فلورايد و شدت جريان اوليه و ثانويه بر حسب زمان در سيستم محتوي 5 الكترود
شكل (10) نمودار تغييرات غلظت فلورايد وpH نسبت به زمان الكتروليز در سيستم محتوي 5 الكترود
شكل (11) درصد كاهش يون فلورايد نسبت به زمان الكتروليز در سيستم محتوي 5 الكترود
بحث و نتيجه گيري
با توجه به نتايج حاصل از واكنشهاي انجام شده فوق مشخص شد كه روش الكتروكواگولاسيون ميتواند نقش موثري در كاهش يون فلورايد داشته باشد. بيشينه بازده بر اساس آزمونهاي انجام شده برابر با حذف 85 درصدي ميزان يون فلورايد بوده كه در حضور 4 الكترود و در مدت زمان واكنش 60 دقيقه رخ ميدهد و ميزان يون فلورايد در اين حالت به 7/3 ميليگرم بر ليتر ميرسد با توجه به زمان مفيد قرار گيري فاضلاب و الكترود كنار يكديگر و حداكثر بازدهي ميتوان اين نقطه را نقطه شكست براي حذف يون فلورايد در نظر گرفت، كه بستگي به مشخصات اوليه فاضلاب ورودي به راكتور واكنش را دارد. در روش الكتروكواگولاسيون ميزان كدورت آب به شدت كاهش يافت. در طي انجام واكنش، قليايي شدن پساب خروجي با نرخ دو برابري رخ داد و pH به ميزان27/10 رسيد. پسماند قليايي دليل خوردگی تجهیزات، تخریب پوشش‌های بتنی است كه در انتهاي فرايند دفع با افزودن مقدار متناسب با حجم پسماند آن را خنثي ميشود. ماده تهنشين شده، لرد سفيد رنگي است كه حاصل از رسوب فلورايد آلومينيوم است كه اين لرد حجم بسيار كمي داردكه شامل فلورايد آلومينيو، فسفات آلومينيوم و سولفات آلومينيوم است . اين لرد قبل از ورود به تصفيه نهايي وارد قيف جداكننده ميشود بر اسان نيروي جاذبه از پساب جا گرديده و پساب شفاف ميشود و سپس با ديگر رسوبات وارد مرحله نهايي تصفيه خانه در قسمت فيلتر پرس ميشود. با توجه به چگالي پايين، بسيار كم حجم بوده و اين باعث مديرت پسماند و حمل و نقل آسان ميشود. به دليل عدم وجود فلزات سنگين در پسماند پس از خروج از تصفيه خانه معدوم ميشود. همانطور كه پيشبيني ميشد با گذشت زمان و كاهش غلظت اوليه، ميزان شدت جريان نيز كاهشي شد و به 28 آمپر رسيد. با اين روش ميزان غلظت يون فلورايد خروجي به محدوده الزامات محيط زيستي نزديك شد. به منظور رسيدن به محدوده مجاز، ميتوان از تلفيق اين روش با روش شيميايي استفاده نمود كه مزيت استفاده همزمان از اين دو روش، مصرف كمتر مواد شيميايي در جهت كاهش بيشتر يون فلورايد است. بديهي است كه با مصرف كمتر مواد شيميايي در اين فرايند، علاوه بر صرفه اقتصادي، از نظر محيط زيستي نيز ميزان مواد شيميايي كمتري وارد محيط شده و امكان استفاده از پساب تصفيه شده به عنوان آب آبياري فضاي سبز نيز فراهم ميشود. در پايان لازم به ذكر است.
منابع
- بلادي، سيد محسن؛ مافي غلامي، رويا؛ مهرداديان، مهراد(1402). کارایی فرایند تلفیقی الکتروکواگولاسیون با الکترودهای آهن و ستون فیلتری حاوی پامیس در حذف کروم و سیانید از فاضلاب شهرک صنعتی صفادشت. ". فصلنامه پایداری توسعه و محیط زیست،دوره4(3)، 35-53.
- پناهي، بهاره؛ خضري، مصطفي (1396). بررسي راندمان حذف LAS و COD در كارايي دو فرايند همزمان الكتروكواگولاسيون و الكتروفنتوندر فاضلاب صنايع شوينده. " سومین کنفرانس ملی «مدیریت کلانشهرها» با رویکرد ایمنی، بهداشت و محیط زیست. برگرفته از: https://civilica.com/doc/771474/
- رادفر، زينب؛ كيواني، مهوش(1394). کاربرد فرایند الکتروکواگولاسیون در تصفیه فاضلاب رنگی. " دهمین کنفرانس ملی مهندسی نساجی ایران،. برگرفته از: https://civilica.com/doc/482409/
- رحماني، عليرضا؛ معصومي، زينب؛ آتش زبان، زينب؛ آذريان، قاسم (1395). کارایی فرآیند الکتروکواگولاسیون در تصفيه فاضلاب صنعت فرآوری تخم مرغ. مجله علمی پژوهان، دوره14(4)، 59-69.
- رياحي، فريبرز؛ رادگودرزي، محبوبه؛(1384). کاربرد ترکیبات تیتانیم در کاهش یون فلوراید از منابع آب و پساب حاوی غلظت بالای این یون. مجله آب و فاضلاب،دوره16(54)، 82-89.
- ززولي، محمد علي؛ يزداني چراتي، جمشيد؛ علوي نيا، محسن؛ اسفندياري، يحيي(1394). بررسی کارایی فرآیند الکتروکواگولاسیون با الکترود آلومینیوم در پیش تصفیه فاضلاب رختشویخانه بیمارستان. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران،دوره25(134)،26-36.
- شكوهيان، سكينه؛ پوراكبر، مجتبي؛ زهدي شيران، اصغر؛ قنبري، فرشيد؛ مهدويان پور، مصطفي؛آقاياني، احسان(1402). مطالعه کارایی فرایند انعقاد شیمیایی و الکتریکی در حذف فلوراید از فاضلاب واحد پیش رنگ صنعت خودروسازی. " فصلنامه سلامت و محیط زیست، دوره16(4)،805-820.
- طالبي، اميرحسين(1400). فرآیند حذف فسفر از فاضلاب شهری توسط الکترولیز مطالعه موردی. فاضلاب شهر تبریز" چهارمین کنفرانس بین المللی و پنجمین کنفرانس ملی عمران، معماری، هنر و طراحی شهری، برگرفته از: https://civilica.com/doc/1427807/
- عسگري، قربان؛ فردمال، جواد؛ صيد محمدي، عبدالمطلب؛ الماسي، حليمه(1395). مقایسه كارايي فرآيند الكتروكواگولايسون در تصفيه فاضلاب شور حاوي فنل طراحي آزمايشات بر پايه مدل آماري تاگوچي. فصلنامه پژوهش در بهداشت محیط،دوره2(4)،321-331.
- عظيمي، علي اكبر؛ نبي بيد هندي، غلامرضا؛ هاشمي، سيد حسين؛ مهام، يونس(1382). بررسی غلظت یون فلوراید در منابع سطحی تامین آب شرب شهر تهران. مجله علمي محیط شناسی، دوره29(32)، 40-35.
- عليان نژاد، شهرزاد؛ كاشي، گيتي؛ خضري، سيد مصطفي؛ ماشينچيان مرادي، علي (1393). بررسي حذف فلوراید از آب آشاميدني به روش الکترو واگولاسيون رآكتور ناپيوسته. مجله ارتقاي ايمني و پيشگيري از مصدوميتها، دوره 2(1)، 47-54
- كاشي، گيتي؛ خرم نژاديان، گيتي؛ ناصحي، نيلوفر (1393). بررسي كارايى فرآيند تلفيقى انعقادشيميايى و الكتريكى در حذف فلوئور از آب آشاميدنى. مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي دانشكده بهداشت، دوره 2(2) ، 43-52.
- مدبر، جواد؛ ليلي، معصومي قلعه؛ صيادي، علي؛ امامي، امير؛ شيراكبري، نعيمه؛ جواديان سرچشمه، سرچشمه (1401). تغليظ لجن تصفيه خانه بهداشتي شركت ايرانخودرو با استفاده از راكتور كاويتاسيون پلاسمايي. مجله پژوهش و فناوري محيط زيست، دوره7(11)،69-78.
- مرتضايي، مهدي؛ ترابيان، علي (1398). امکان سنجی تصفیه فاضلاب صنایع الکل سازی برپایه استفاده از ملاس چغندر قندبه روش لکترکوآگولاسیون. ششمین همایش و جشنواره ملی محیط زیست و بحران های پیش رو. برگرفته از: https://www.google.com/amp/s/civilica.com/doc/914888/amp/
- نام آور، سارا؛ ناصري، سيمين؛ محوي، اميرحسين؛ نبي زاده، رامين (1391). بررسی کارایی فرایند نانوفیلتراسیون در حذف فلوراید از آب. مجله دانشگاه علوم پزشکی خراسان شمالی،دوره4(4)، 30-38.
- وريچ كاظمي،كبري؛احتياط كار ،معصومه(1401). بررسی کارایی روشهای شیمیایی و بیولوژیکی و الکتروکوآگولاسیون جهت حذف فسفات از پساب صنایع شوینده. " ششمین کنگره بین المللی توسعه کشاورزی، منابع طبیعی، محیط زیست و گردشگری ایران برگرفته از: https://civilica.com/doc/1622652/
- Aoudj. Salaheddine, Drouiche. Nadjib, Hecini. Mouna, Ouslimane. Tarik, Palaouane. Baya, (2012). Coagulation as a Post-Treatment Method for the Defluoridation of PHotovoltaic Cell Manufacturing Wastewater. Unité de Développement de la Technologie du Silicium.33(111-120), http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.1183
- Sinharoy. Arindam, Chong. Min. Chung, (2024). Fluoride removal from wastewater and potential for resource recovery: Comparative studies between different treatment technologies. Environmental Engineering Research 2024. 29(6). https://doi.org/10.4491/eer.2024.179
- Takdastan. Afshin, Emami Tabar. Saeed, Neisi. Abdolkazem, Eslami. Azade, (2014). Fluoride Removal From Drinking Water by Electrocoagulation Using Iron and Aluminum Electrodes, Jundishapur Journal of Health Sciences. Vol.6. issue 3. e21718. http://dx.doi.org/10.5812/jjhs.21718
- Yonghai. Gan, Xiaomeng. Wang, Li. Zhang, Bingdang Wu, Guoyang Zhang, Shujuan Zhang, (2019), Coagulation removal of fluoride by zirconium tetrachloride: Performance evaluation and mechanism analysis. ChemospHere, Volume 218, March 2019, (860-868). http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.11.192
[1] Arindam Sinharoy
[2] Chong Min Chung
[3] Yonghai Gan
[4] 4 Salaheddine Aoudj
[5] Afshin Takdastan