تصفیه پساب آبکاری به روش ترسیب شیمیایی- مهندس بقال زاده

مقدمه

غالباً پساب ایجاد شده از واحدهای آبکاری که در نتیجه شستشوی قطعات در مراحل مختلف آماده سازی سطح، آبکاری و عملیات تکمیلی ایجاد می شود با توجه به نوع فرآیند آبکاری ممکن است حاوی ترکیبات قلیایی، اسیدی، یونهای فلزی، ترکیبات کروم شش ظرفیتی، سیانیدها و … باشد. دفع چنین پسابهایی در محیط زیست مجاز نبوده و با توجه به نوع پساب، باید عملیات خنثی سازی مناسب بر روی آن صورت گیرد تا آب تصفیه شده شرایطاستانداردجهت دفع در چاههای جذبی، اتصال به آبهای سطحی و یا مناسب برای کشاورزی گردد.

روشهای متعددی جهت سم زدایی و خنثی سازی پسابهای آبکاری وجود دارد. یکی از متداول ترین این روشها استفاده از رسوب دادن فلزات سنگین (Chemical Precipitation) توسط تزریق مواد شیمیایی (Chemical Treatment)می باشد.

در این روش از این اصل که هیدروکسید، فسفات، سولفید و برخی ترکیبات دیگر فلزات سنگین (مس، نیکل، کروم، روی، قلع، سرب، نقره، آهن و …) در آب حد حلالیت پایینی دارند (جدول 2) استفاده کرده و فلزات سنگین را به صورت هیدرکسید، فسفات یا سولفیدشان رسوب داده و پساب پس از رسوب گیری، فیلتر کردن و تنظیم pH، تبدیل به آب قابل دفع در محیط زیست خواهد بود.

جدول1: حد حلالیت هیدروکسید و سولفید فلزات

لازم به توضیح است که مقدارحلالیت هیدروکسید، فسفات یا سولفید فلزات مختلف در pHهای مختلف متفاوت بوده (شکل 1 ) و ممکن است با تغییر pHفلز رسوب داده شده دوباره در پساب حل شود. بنابراین انتخابpHمناسب و کنترل دقیق آن در طول مرحله رسوب گیری (خصوصاً در مواقعی که چند فلز به صورت همزمان در پساب وجود دارد) ضروری است.

شکل 1: نمودار مقدار فلز با توجه به pHپساب

1- تقسیم بندی واحدهای آبکاری با توجه به نوع پساب

واحدهای آبکاری را با توجه به نوع پساب می توان به چهار گروه زیر تقسیم بندی نمود:

        1.1) واحدهایی که پساب آنها فاقد ترکیبات کروم شش ظرفیتی و مواد سیانیدی است.

        1.2) واحدهایی که پساب آنها حاوی ترکیبات کروم شش ظرفیتی می باشد.

        1.3) واحدهایی که پساب آنها حاوی ترکیبات سیانیدی است.

       1.4) واحدهایی که پساب آنها حاوی ترکیبات کروم شش ظرفیتی و مواد سیانیدی می باشد.

1-1) پسابهای فاقد ترکیبات کروم شش ظرفیتی و مواد سیانیدی

مثالی از این نوع، پساب حاصل از آبکاری روی از محلول های قلیایی بدون سیانور و به دنبال آن عملیات تکمیلی کروماته سه ظرفیتی می باشد.

در پساب حاصل از چنین واحدهایی غالباً مواد قلیایی (از مرحله چربی گیری)، اسیدی (از مرحله اکسیدزدایی) و یون فلزات سنگین نظیر روی (از مرحله آبکاری )، آهن و مس (از مرحله اکسید زدایی) و کروم سه ظرفیتی (از مرحله کروماته) وجود دارد.

 جهت خنثی سازی پساب چنین واحدهایی کافی است پس از جمع آوری پساب، pHآن توسط اسید یا قلیا در محدوده مناسب رسوب فلزات سنگین (روی، کروم، آهن و مس) تنظیم شده و پس از رسوب گیری و فیلتر کردن، آب حاصله قابل دفع در محیط زیست خواهد بود. شماتیک این عملیات

در شکل زیر آورده شده است.

شکل 2: شماتیک خنثی سازی فلزات سنگین

2-1) پسابهای حاوی کروم شش ظرفیتی

مثالی از این نوع، واحدهای آبکاری کروم سخت می باشد. در چنین واحدهایی پساب حاوی مواد قلیایی (از مرحله چربی گیری)، اسیدی (مرحله اکسید زدایی)، یون فلزات سنگین مانند آهن ( از مرحله اکسید زدایی ) و کروم شش ظرفیتی (از مرحله آبکاری) می باشد.

 از آنجا که کروم شش ظرفیتی را نمی توان فقط با تنظیم pHمانند آهن بصورت هیدروکسید رسوب داد لذا لازم است ابتدا کروم شش ظرفیتی را به کروم سه ظرفیتی تبدیل نموده تا بتوان با عملیات بعدی تنظیم pHدر محدوده مناسب، کروم را نیز به همراه آهن بصورت هیدروکسید کروم را سب نمود. (شکل 3)

شکل 3: مراحل سم زدایی پسابهای حاوی کروم شش ظرفیتی و واکنشهای مربوطه

همانطور که در شکل دیده می شود ابتدا پساب حاوی کروم شش ظرفیتی وارد مخزن اول (راکتور کروم) می شود. در این راکتور ابتدا pHپساب توسط pHمتر اندازه گیری شده و در صورت نیاز توسط تزریق اسید سولفوریک در محدوده 3-2 تنظیم می گردد. سپس پتانسیل اکسیداسیون –احیا (ORP)پساب توسط ORPمتر اندازه گیری شده و در صورت بالا بودن، آن را توسط تزریق مواد احیا کننده نظیر گاز SO2، محلول سولفیت سدیم یا متابی سولفیت سدیم تا حدود mV280 کاهش می دهند.

 از آنجا که با تغییر pH مقدار ORPنیز تغییر می کند لذا ضروری است همواره مقدار pHدر راکتور کروم در حین فرآیند احیا ثابت نگه داشته شود.

 پس از تبدیل کروم شش به سه، پساب به مخزن دوم (راکتور خنثی سازی) منتقل شده و در آنجا توسط تزریق مواد قلیایی، pHدر محدوده رسوب فلزات سنگین (غالباً 8-9) تنظیم می گردد. پس از این مرحله پساب به مخزن رسوب گیری هدایت شده و در این مخزن هیدروکسید یا دیگر ترکیبات نامحلول فلزات سنگین در ته مخزن بصورت لجن رسوب کرده و آب زلال از قسمت فوقانی مخزن خارج می شود.

 جهت تسریع عمل رسوب گیری معمولاً به پساب خارج شده از مخزن خنثی سازی مواد منعقد کننده اضافه می کنند تا زمان ماند لازم در مخزن رسوب گیری کاهش یابد.   

تذکر: اعداد اعلام شده برای pHو خصوصاً ORPاعداد بدست آمده در آزمایشگاه بوده و در عمل ممکن است تغییراتی در آن وجود داشته باشد.

3-1) پسابهای حاوی ترکیبات سیانیدی

غالباً در آبکاریهای مس، روی، نقره، طلا و ….. از سیانید سدیم یا پتاسیم استفاده می گردد. بنابراین پسابهای چنین واحدهایی شامل ترکیبات سیانیدی می باشد. اولین نکته در مورد این پسابها جدا سازی آنها از پسابهای اسیدی است زیرا در اثر اختلاط پسابهای سیانیدی با پسابهای اسیدی گاز سمی و کشنده HCNایجاد می شود.

معمولاً جهت خنثی سازی پسابهای سیانیدی از روش اکسیداسیون سیانید توسط تزریق گاز کلر یا محلولهای هیپوکلریت سدیم یا کلسیم استفاده می گردد. تجزیه کامل سیانید در دو مرحله صورت می گیرد (شکل 4) .

شکل 4: مراحل سم زدایی پسابهای حاوی ترکیبات سیانیدی و واکنشهای مربوطه

در راکتور اول در pHبالا (11-10) توسط تزریق مواد اکسید کننده سیانید به سیانات تبدیل می شود. کنترل این واکنش غالباً توسط ORPمتر صورت گرفته و پتانسیل انجام این واکنش در pHحدود 11-10 بیش از mV300 است.

در مرحله بعدی pHپساب تا نزدیک خنثی (5/8-5/7) توسط تزریق اسید پایین آورده شده و توسط تزریق مواد اکسید کننده سیانات به گازهای بی ضرردی اکسید کربن و نیتروژن شکسته می شود. کنترل این واکنش نیز توسط pHمتر و ORPمتر میسر بوده و در pHنزدیک خنثی سیانات در ORPبالای mV600 شکسته می شود.   

 همانطور که قبلاً نیز توضیح داده شد با تغییر pH، مقدار ORPنیز تغییر کرده بنابراین کنترل دقیق pHدر طول فرآیند اکسیداسیون سیانید ضروری است.

4-1) پسابهای حاوی ترکیبات کروم شش ظرفیتی و سیانید

اصول تصفیه چنین پسابهایی خارج از مطالب فوق نبوده و فقط مدیریت اختلاط آنها جهت تسهیل عملیات خنثی سازی و کاهش هزینه تصفیه پساب ضروری است.

پاره ای از این موارد عبارتند از:

هرگز پسابهای اسیدی و سیانیدی را در یک مخزن جمع آوری نکنید.
از آنجا که جهت خنثی سازی ترکیبات کروم شش ظرفیتی باید pHپساب اسیدی شود بنابراین بهتر است پسابهای حاصل از مراحل اکسیدزدایی که اسیدی هستند را با پسابهای حاوی کروم شش ظرفیتی در یک مخزن جمع آوری نمود.
جهت خنثی سازی ترکیبات سیانیدی لازم است pHپساب تا بالای 10 بالا برده شود بنابراین برای کاهش هزینه تصفیه پساب، جمع آوری پسابهای چربی گیری و مواد قلیایی با پساب حاوی ترکیبات سیانیدی در یک مخزن مفید خواهد بود.
از اختلاط پسابهایی که در اثر مخلوط کردن آنها ترکیبات کمپلکس پایدار بوجود می آید، اجتناب کنید.
نکته پایانی :

گاهی در بعضی از فرآیندهای آبکاری از مواد کمپلکس کننده خاص استفاده می شود. در چنین مواردی بهتر است پساب به صورت جداگانه جمع آوری و مطابق دستور العمل تولید کننده آن مواد، خنثی سازی روی پساب انجام گیرد.

نویسنده مقاله 

کمیته محیط زیست انجمن صنایع آبکاری