مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در ادامه سه طرح معمول برای تصفیه فاضلاب خطوط آبکاری و فلزکاری الکترولیتی (حاوی یون‌های کروم، نیکل و سرب) ارائه شده است. هر طرح را از منظر سرمایه‌گذاری اولیه (CAPEX)، فضای مورد نیاز و نرخ بازگشت سرمایه (ROI) مقایسه و سپس اجزای هر طرح را به‌همراه عملکرد حذف هر آلاینده شرح می‌گردد.

طرح ۱: روش کلاسیک شیمیایی (خنثی‌سازی–لخته‌سازی–ته‌نشینی–فیلتر شنی)
از نظر سرمایه‌گذاری اولیه کم‌هزینه‌ترین گزینه است و تجهیزات ساده (مخازن pH، واکنشگر، حوضچه ته‌نشینی و بستر شن) به‌راحتی در دسترسند. با این حال حجم لجن تولیدی بالا و ابعاد بزرگ مخازن و حوضچه‌ها فضای زیادی (معمولاً بیش از ۸۰۰–۱۰۰۰ مترمربع برای ظرفیت متوسط) می‌طلبد. نرخ بازگشت سرمایه کند است چون علاوه بر هزینه دفع لجن باید بارها مواد شیمیایی مصرف شود و هیچ درآمد جانبی مستقیمی از بازیابی فلزات وجود ندارد.

• مخزن برابرسازی (Equalization): یکنواخت‌سازی دبی و غلظت یون‌های فلزی، جلوگیری از شوک هیدرولیکی و نوسان pH.

• خنثی‌سازی با آهک یا سود (pH Adjustment): با تنظیم pH تا حدود 9–10 یون‌های Cr³⁺، Ni²⁺ و Pb²⁺ به هیدروکسیدهای نامحلول تبدیل می‌شوند.

• لخته‌سازی (Coagulation–Flocculation): افزودن پلی‌الکترولیت (پلی‌آلومینیوم کلراید یا پلی‌اکریل‌آمید) باعث تشکیل فلوک‌های درشت می‌شود که یون‌های فلزی و جامدات معلق را درون خود به دام می‌اندازد.

• ته‌نشینی (Sedimentation): لجن حاوی هیدروکسید فلزات در حوضچه جدا می‌شود و پساب اولیه تا حدود ۸۰–۸۵٪ فلز کاهش می‌یابد.

• فیلتر شنی (Sand Filtration): حذف ذرات باقیمانده و شفاف‌سازی پساب تا حدود ۱۰–۲۰ NTU.

طرح ۲: الکتروکوآگولاسیون + بستر بیوسوربنت (زیست‌جذب) + اولترافیلتراسیون
سرمایه‌گذاری اولیه متوسط دارد و نیاز به فضای کمتری (حدود ۵۰۰–۶۰۰ مترمربع) نسبت به طرح ۱ است، چرا که واحد الکتروکوآگولاسیون فشرده‌تر است و بستر زیستی معمولاً به شکل کارتریج‌های قابل تعویض نصب می‌شود. هزینه برق الکتروکوآگولاسیون و تعویض بستر زیستی متوسط است، اما به‌دلیل حذف مؤثر بالای فلزات (تا ۹۰–۹۵٪) و کاهش مصرف شیمیایی، ROI در میان‌مدت مطلوب می‌شود.

• الکتروکوآگولاسیون (Electrocoagulation): عبور جریان مستقیم بین الکترودهای آهن یا آلومینیوم؛ یون‌های فلزی آزادشده در محلول به سرعت به هیدروکسید تبدیل و به‌صورت لخته جدا می‌شوند. این روش می‌تواند بیش از ۸۵٪ از کروم، نیکل و سرب را هم‌زمان حذف کند.

• بستر بیوسوربنت (Biosorption Bed): پساب پیش‌تصفیه‌شده روی بسترهای زیستی (مثل پوسته نارگیل یا رزین‌های میکروبی) جاری می‌شود تا یون‌های فلزی باقیمانده از طریق جذب زیستی به دام بیفتند و حذف نهایی تا ۹۵٪ افزایش یابد.

• اولترافیلتراسیون (UF): ماژول‌های غشایی UF ذرات معلق و فلک‌کوک‌های ریز را حذف می‌کنند، کیفیت پساب را برای تخلیه یا ورود به فرایند بازچرخانی با SDI زیر ۳ تضمین نموده و حذف کلوییدها و میکروارگانیسم‌ها را به بیش از ۹۹٪ می‌رسانند.

طرح ۳: MBR بیولوژیک + اکسیداسیون الکتروشیمیایی + تبادل یونی و بازیابی فلزات
این پیشرفته‌ترین و گران‌ترین گزینه است؛ CAPEX و OPEX بالایی دارد ولی به‌دلیل فشردگی راکتور MBR و سلول الکتروشیمیایی، فضای کلی محدود به حدود ۳۰۰–۴۰۰ مترمربع می‌شود. کیفیت آب خروجی بسیار بالا (آلاینده‌های فلزی تقریباً زیر حد تشخیص) و امکان بازیابی فلزات خالص در واحد تبادل یونی، درآمد جانبی قابل‌توجهی ایجاد و ROI بلندمدت را به‌شدت افزایش می‌دهد.

• MBR بیولوژیک (Membrane Bioreactor): ترکیب راکتور هوازی و فیلتراسیون غشایی (UF/MF) در یک واحد؛ حذف بیش از ۹۰٪ BOD/COD و امکان حذف بخشی از یون‌های فلزی که به باکتری‌ها چسبیده‌اند. شفافیت پساب تا ۱ NTU و SDI زیر ۱ تضمین می‌شود.

• اکسیداسیون الکتروشیمیایی (Electrochemical Oxidation): تولید رادیکال •OH و اکسید کلرید (ClO⁻) در سلول، موجب اکسیده شدن کرومات‌های باقیمانده و سایر ترکیبات ثانویه به نمونه‌های پایدار و آماده برای جذب می‌شود؛ حذف بیشتر فلزات مقاوم.

• تبادل یونی (Ion Exchange) و بازیابی فلزات: ستون‌های رزین کاتیونی و آنیونی جریان پس از AOP را پالایش نهایی می‌کنند. یون‌های Cr³⁺، Ni²⁺ و Pb²⁺ روی رزین می‌نشینند و پس از شارژ مجدد رزین، فلزات به‌صورت نمک خالص خارج و قابل فروش یا بازیابی صنعتی می‌شوند.

• بازیابی آب و فلزات: آب خروجی با کیفیت بالا مجدداً در فرایند شستشو یا خنک‌کنندگی به کار می‌رود و در نتیجه مصرف آب کاهش چشمگیر می‌یابد؛ بازیابی فلزات نیز هزینه تأمین اولیه آلیاژ یا نمک را کاهش می‌دهد.

مقایسه نهایی
طرح ۱ از لحاظ سرمایه‌گذاری اولیه کم‌ترین هزینه و بیشترین فضای لازم را دارد و ROI آن پایین‌تر است چرا که هیچ درآمد جانبی از بازیابی فلزات ندارد. طرح ۲ سرمایه‌گذاری متوسط و فضای جمع‌وجورتری می‌طلبد و با حذف مؤثر تا ۹۵٪ فلزات و کاهش مصرف مواد شیمیایی، در میان‌مدت ROI مناسبی ارائه می‌دهد. طرح ۳ اگرچه گران‌ترین و پیچیده‌ترین گزینه است، اما در کمترین فضا اجرا می‌شود و به واسطه کیفیت پساب صادراتی، بازچرخش آب و فروش فلزات بازیابی‌شده، در بلندمدت بالاترین نرخ بازگشت سرمایه را دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب