پاسخ سریع: فاضلاب فلزات سنگین با تبدیل فلزات محلول به جامدات نامحلول تصفیه می‌شود — معمولاً هیدروکسیدها با افزایش pH به‌وسیله آهک یا سود سوزآور، و گاهی سولفیدها زمانی که حد مجاز بسیار پایین است — سپس ته‌نشینی و آبگیری لجن. لجن بخش پرهزینه است: لجن هیدروکسید وقتی از زلال‌ساز خارج می‌شود ۹۶ تا ۹۹ درصد آب دارد، و فیلتر پرس چیزی است که آن را به کیکی تبدیل می‌کند که می‌توانید به‌عنوان پسماند خطرناک حمل کنید.
پساب فلزات سنگین به چه چیزی گفته می‌شود؟
آب شستشوی آبکاری الکتریکی و پرداخت فلز، حکاکی برد مدار چاپی، خطوط اسیدشویی، ساخت و بازیافت باتری، آب معدن و باطله‌ها، پساب دباغی (کروم) و برخی جریان‌های نساجی و رنگدانه. فلزاتی که تنظیم‌کنندگان واقعاً فهرست می‌کنند مجموعه کوتاهی هستند. قوانین پرداخت فلز ایالات متحده در 40 CFR Part 433 تنظیم می‌کند کادمیوم، کروم، مس، سرب، نیکل، نقره، روی و سیانید، به‌علاوه کل مواد آلی سمی، روغن و گریس، TSS و pH.
محدودیت‌ها سختگیرانه هستند. طبق بخش 433، حداکثر روزانه برای کروم کل 2.77 mg/L و میانگین ماهانه 1.71 mg/L است؛ مس 3.38 / 2.07؛ نیکل 3.98 / 2.38؛ روی 2.61 / 1.48؛ سرب 0.69 / 0.43؛ کادمیوم 0.69 / 0.26؛ نقره 0.43 / 0.24؛ سیانید 1.20 / 0.65. منابع جدید با محدودیت کادمیوم 0.11 / 0.07 mg/L مواجه هستند. آب شستشو از یک خط آبکاری می‌تواند ده‌ها تا صدها mg/L فلز حمل کند، بنابراین در بسیاری از موارد حذف باید بهتر از 99% باشد.
مرحله ۱: پیش‌تصفیه جریان‌هایی که باعث شکستن رسوب می‌شوند
پیش از هر چیز باید دو جریان مدیریت شوند، و مخلوط کردن آن‌ها با جریان اصلی شایع‌ترین دلیل عدم موفقیت یک تصفیه‌خانه در رعایت مجوز است.
- کروم شش‌ظرفیتی به صورت هیدروکسید رسوب نمی‌کند. ابتدا باید به کروم سه‌ظرفیتی کاهش یابد، معمولاً با متابی‌سولفیت سدیم در pH پایین، و تنها پس از آن می‌توان آن را همراه با سایر فلزات به صورت Cr(OH)₃ رسوب داد.
- سیانید از حمام‌های آبکاری سیانیدی به‌طور جداگانه توسط کلرزنی قلیایی تخریب می‌شود پیش از آنکه جریان به تصفیه فلزات بپیوندد. مقررات صریح است: پایش سیانید پس از تصفیه سیانید و پیش از رقیق‌سازی با سایر جریان‌ها انجام می‌شود.
- عوامل کلات‌کننده (EDTA، سیترات، آمونیاک از نیکل بدون الکتریسیته یا روی قلیایی) فلزات را در محلول نگه می‌دارند و از رسوب هیدروکسید جلوگیری می‌کنند. جریان‌های حاوی آن‌ها جدا شده و یا به‌طور جداگانه تصفیه می‌شوند یا با یک رسوب‌دهنده قوی‌تر دوز می‌شوند.
مرحله ۲: رسوب‌دهی — هیدروکسید، سولفید یا هر دو
رسوب هیدروکسید
pH را با آهک هیدراته، سود سوزآور یا هیدروکسید منیزیم بالا ببرید و فلزات به‌صورت هیدروکسید رسوب می‌کنند. زیر pH ۶ مقدار بسیار کمی رسوب می‌کند؛ pH بهینه بستگی به این دارد که کدام فلز و کدام یون همراه присутی داشته باشند، و هر فلز در pH متفاوتی به کمترین حلالیت خود می‌رسد، بنابراین یک جریان مخلوط معمولاً در یک pH سازشی ته‌نشین می‌شود و سپس، اگر یک فلز واحد هنوز بیش از حد مجاز باشد، در یک pH دوم صیقل داده می‌شود.
دفترچه بارش سپاه مهندسین ارتش آمریکا (EM 1110-1-4012) بیان می‌کند که رسوب هیدروکسید می‌تواند کروم، نیکل، کادمیوم، مس و روی را به زیر 1.0 mg/L برساند، اما اشاره می‌کند که سرب، منگنز و نقره ممکن است با این روش به‌طور کافی تصفیه نشوند. آهک ارزان‌ترین است اما بیشترین لجن را تولید می‌کند: برگه اطلاعات رسوب شیمیایی EPA هشدار می‌دهد که آهک ممکن است حجم لجن زائد را تا 50 درصد در مقایسه با سود سوزآور افزایش دهد.
ته‌نشینی سولفیدی
سولفیدهای فلزی بسیار کم‌محلول‌تر از هیدروکسیدها هستند. همان دفترچه راهنمای USACE حلالیت‌های نظری در آب خالص را جدول‌بندی می‌کند: هیدروکسید مس ۲.۲×۱۰⁻² mg/L در برابر سولفید مس ۵.۸×۱۰⁻¹⁸ mg/L؛ روی ۱.۱ در برابر ۲.۳×۱۰⁻⁷؛ سرب ۲.۱ در برابر ۳.۸×۱۰⁻⁹؛ کادمیوم ۲.۳×۱۰⁻⁵ در برابر ۶.۷×۱۰⁻¹⁰. واکنش‌های سولفیدی نزدیک pH خنثی (۷–۹) انجام می‌شوند، و گزارش شده است که لجن سولفیدی در pH ۵ حدود سه برابر کمتر از لجن هیدروکسیدی مستعد شستشو است.
قیمت در حال مدیریت است. سولفید سدیم و گاز سولفید هیدروژن خطرناک هستند، سولفید اضافی باید از پساب حذف شود، و رسوب ریز و کند ته‌نشین می‌شود. سازش معمول، رسوب‌دهی هیدروکسیدی به‌عنوان مرحله اصلی همراه با یک مرحله کوچک صیقل‌دهی سولفیدی تنها برای فلزی است که در غیر این صورت به حد مجاز خود نخواهد رسید — معمولاً سرب، کادمیوم یا نقره.
انعقاد و ته‌نشینی
هیدروکسید تازه‌تشکیل‌شده به شکل لخته‌های ریز است. کلرید فریک یا یک پلیمر دوز می‌شود تا آن‌ها را به لخته‌های قابل ته‌نشین تبدیل کند، و آب به یک زلال‌ساز، ته‌نشین‌کننده لاملایی یا واحد DAF هدایت می‌شود. جریان زیرین زلال‌ساز همان لجن است: به‌طور معمول ۱ تا ۴ درصد مواد جامد، و به تعبیر دفترچه راهنمای USACE، ۹۶ تا ۹۹ درصد آب.
مرحله ۳: لجن — عامل اصلی هزینه
لجن هیدروکسید فلزی معمولاً یک پسماند خطرناک فهرست‌شده است (در آمریکا، F006 برای لجن آبکاری الکتریکی)، بنابراین بر اساس وزن و با نرخ پسماند خطرناک دفع می‌شود. هر تن آبی که همراه با جامدات حمل شود، پول از دست رفته است. بنابراین آبگیری یک امر فرعی نیست؛ بلکه هزینه عملیاتی کل کارخانه را تعیین می‌کند.
راهنمای USACE نتایج اندازه‌گیری‌شده پرس فیلتر صفحه‌ای و چارچوبی را برای لجن هیدروکسیدی بر اساس ماده رسوب‌دهنده ارائه می‌دهد:
| رسوب‌کننده | جامدات کیک | زمان فیلتراسیون | چگالی لجن | حجم لجن به ازای هر تن مواد جامد خشک |
|---|---|---|---|---|
| سود سوزآور (NaOH) | 30% | ۷–۸ ساعت | ۱٬۳۰۰ kg/m³ | ۵.۰ متر مکعب |
| آهک هیدراته (Ca(OH)₂) | 35% | ۷–۹ ساعت | ۱٬۴۰۰ kg/m³ | ۴.۲ متر مکعب |
| هیدروکسید منیزیم (Mg(OH)₂) | 55% | ۱.۵–۲.۰ ساعت | ۱٬۶۰۰–۱٬۷۵۰ kg/m³ | ۲.۲ متر مکعب |
دو نکته برجسته است. نخست، ماده رسوب‌دهنده‌ای که در بالادست انتخاب می‌کنید، نتیجهٔ فیلترپرس را بیش از خود پرس تغییر می‌دهد: لجن هیدروکسید منیزیم چهار برابر سریع‌تر فیلتر می‌شود و کمتر از نیمی از حجم را تولید می‌کند، در حالی که هزینهٔ معرف آن تقریباً سه برابر آهک است. دوم، حتی لجن قلیایی نیز در فیلترپرس به ۳۰٪ مواد جامد می‌رسد، که پرس نواری یا سانتریفیوژ به‌ندرت روی لختهٔ ژلاتینی هیدروکسید به آن دست می‌یابد.
تعیین اندازه پرس فیلتر برای لجن هیدروکسید فلزی
از جامدات خشک در روز شروع کنید، نه از جریان. یک خط آبکاری که روزانه ۱۰۰ کیلوگرم هیدروکسید فلزی خشک با ۳۵٪ جامدات کیک تولید می‌کند، حدود ۲۸۵ کیلوگرم کیک، یا حدود ۰٫۲ متر مکعب با چگالی ۱٬۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب به دست می‌دهد. این یعنی یک یا دو چرخه در روز روی یک فیلتر پرس محفظه‌ای. نکاتی که به‌طور خاص برای این لجن اهمیت دارند:
- زمان چرخه طولانی است. زمان‌های فیلتراسیون ۷ تا ۹ ساعته در جدول واقعی هستند؛ لخته هیدروکسید فشرده‌پذیر است و پارچه را کور می‌کند. اندازه را برای یک چرخه در هر شیفت تنظیم کنید، نه چندین چرخه.
- فشردن غشاء کمک می‌کند. A فیلتر پرس غشایی می‌تواند چرخه را کوتاه کند و جامدات کیک را چند پوینت بالاتر ببرد، که وقتی دفع به ازای هر تن زباله خطرناک هزینه می‌شود، به‌سرعت جبران می‌شود.
- انتخاب پارچه. مونوفیلامنت پلی‌پروپیلن با سطح کالندر شده، کیک هیدروکسید را به‌طور تمیز آزاد می‌کند و در برابر ذرات ریزی که پارچه چندرشته‌ای را کور می‌کنند، مقاومت می‌کند. ببینید تعیین اندازه پرس فیلتر برای فاضلاب آبکاری الکتریکی برای انتخاب پارچه و بشقاب.
- مواد. صفحات و پارچه‌های پلی‌پروپیلن، نوسان pH از پیش‌تیمار اسیدی تا رسوب‌دهی قلیایی را بدون خوردگی تحمل می‌کنند؛ پمپ تغذیه باید یک پمپ دیافراگمی بادی یا یک پمپ پیچی در ساختار مقاوم به خوردگی.
- فیلتره برمی‌گردد. فیلتر پرس، مایع صاف‌شده حاوی ذرات ریز و فلز محلول در pH رسوب‌گیری است؛ آن را به ورودی زلال‌ساز برگردانید، هرگز مستقیماً به تخلیه نفرستید.
چه چیزی برای ارسال پیشنهاد تصفیه و آبگیری لازم است
یک استعلام مفید شامل موارد زیر است: فرآیند (نوع آبکاری، اچینگ، باتری، آب معدن)، دبی روزانه، آنالیز جریان خام (هر فلز، سیانید، pH، کلات‌کننده‌ها در صورت وجود)، حدود مجاز تخلیه که باید رعایت کنید، و نحوه دفع لجن. بر اساس این اطلاعات می‌توانیم مرحله رسوب‌دهی را اندازه‌گذاری کنیم، جامدات خشک روزانه را تخمین بزنیم و پرس، پارچه و پمپ را انتخاب کنیم. اگر از قبل لجن دارید، یک نمونه ارسال کنید: آزمایش فیلتراسیون زمان سیکل و جامدات کیک را قبل از هرگونه قیمت‌دهی به ما می‌گوید.
مرتبط: یک تصفیه‌خانه فاضلاب چقدر لجن تولید می‌کند, حذف نیتروژن آمونیاکی، و تجهیزات تصفیه فاضلاب صناعی.
پرسش‌های متداول
چه pH برای رسوب فلزات سنگین استفاده می‌شود؟
رسوب‌دهی هیدروکسیدی در محدوده قلیایی انجام می‌شود، معمولاً جایی بین pH 8 و 11 بسته به ترکیب فلزات؛ زیر pH 6 تقریباً هیچ چیزی رسوب نمی‌کند. هر فلز pH حداقل حلالیت خود را دارد، بنابراین جریان‌های مخلوط در یک pH مصالحه‌ای ته‌نشین می‌شوند و فلز سرسخت در یک pH دوم یا با سولفید پالایش می‌شود.
چرا کروم شش‌ظرفیتی به‌صورت جداگانه تصفیه می‌شود؟
زیرا Cr(VI) در هر pH در محلول باقی می‌ماند. ابتدا باید به Cr(III) کاهش یابد، معمولاً با سدیم متابی‌سولفیت در شرایط اسیدی، و تنها پس از آن به‌صورت هیدروکسید کروم همراه با سایر فلزات رسوب می‌کند.
آیا رسوب‌دهی سولفیدی بهتر از هیدروکسیدی است؟
باقیمانده فلز را بسیار پایین‌تر می‌رساند، به اندازه چند مرتبه بزرگی نسبت به حلالیت نظری، و لجن کمتر شسته می‌شود. هزینه آن بیشتر است، معرف‌ها خطرناک هستند، و رسوب به کندی ته‌نشین می‌شود، بنابراین معمولاً به‌عنوان مرحله صیقل‌کاری برای سرب، کادمیوم یا نقره استفاده می‌شود نه برای کل جریان.
چقدر می‌تواند لجن هیدروکسید فلزی در یک فیلتر پرس خشک شود؟
نتایج اندازه‌گیری‌شده با پرس صفحه‌ای و چارچوبی حدود ۳۰٪ مواد جامد برای لجن سوزآور، ۳۵٪ برای لجن آهک و ۵۵٪ برای لجن هیدروکسید منیزیم است. مرحله فشردن غشایی چند درصد دیگر نیز اضافه می‌کند.
آیا لجن هیدروکسید فلزی زباله خطرناک است؟
در بیشتر حوزه‌های قضایی، بله. در ایالات متحده، لجن تصفیه فاضلاب حاصل از آبکاری الکتریکی به عنوان پسماند خطرناک F006 فهرست شده و بر اساس وزن دفع می‌شود، به همین دلیل آبگیری تا بالاترین حد ممکن مواد جامد کیک اهمیت زیادی دارد.
آیا می‌توانم فیلترات پرس فیلتر را مستقیماً تخلیه کنم؟
نه. فیلتره حاصل از لجن هیدروکسید حاوی ذرات ریز و مقداری فلز حل‌شده در pH رسوب‌گیری است. آن را به ورودی زلال‌ساز برگردانید تا دوباره از ته‌نشینی و تصحیح نهایی pH عبور کند.
آنالیز آب خام، دبی و محدودیت‌های تخلیه خود را ارسال کنید تا مرحله رسوب‌گذاری و فیلتر پرس را با هم اندازه‌گذاری کنیم: درخواست پیشنهاد درمانی هوی متال.
منابع: 40 CFR Part 433 — دسته‌بندی منابع نقطه‌ای پرداخت فلز (eCFR), سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده — EM 1110-1-4012، ته‌نشینی/انعقاد/لخته‌سازی (2001), آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده — برگه اطلاعات فناوری فاضلاب: رسوب‌سازی شیمیایی (832-F-00-018).
این مقاله بخشی از راهنمای ما برای آبگیری لجن فاضلاب.