تصفیه فاضلاب حاوی اسید
فاضلاب اسیدی، فاضلابی با pH کمتر از ۶ است. با توجه به انواع و غلظتهای مختلف اسیدها، فاضلاب اسیدی را میتوان به فاضلاب اسید معدنی و فاضلاب اسید آلی تقسیم کرد. فاضلاب اسید قوی و فاضلاب اسید ضعیف؛ فاضلاب مونواسید و فاضلاب پلیاسیدی؛ فاضلاب اسیدی با غلظت کم و فاضلاب اسیدی با غلظت بالا. معمولاً فاضلاب اسیدی علاوه بر حاوی مقداری اسید، اغلب حاوی یونهای فلزات سنگین و نمکهای آنها و سایر مواد مضر نیز میباشد. فاضلاب اسیدی از طیف وسیعی از منابع، از جمله زهکشی معدن، هیدرومتالورژی، نورد فولاد، تصفیه سطحی فولاد و فلزات غیرآهنی، صنایع شیمیایی، تولید اسید، رنگها، الکترولیز، آبکاری، الیاف مصنوعی و سایر بخشهای صنعتی ناشی میشود. فاضلاب اسیدی رایج، فاضلاب اسید سولفوریک و پس از آن فاضلاب اسید هیدروکلریک و اسید نیتریک است. چین هر ساله در آستانه تخلیه نزدیک به یک میلیون متر مکعب فاضلاب اسیدی صنعتی است. اگر این فاضلابها مستقیماً و بدون تصفیه تخلیه شوند، باعث خوردگی خطوط لوله، آسیب به محصولات کشاورزی، آسیب به ماهیها، آسیب به کشتیها و از بین رفتن سلامت محیط زیست میشوند. فاضلاب اسیدی صنعتی باید قبل از تخلیه، مطابق با استانداردهای ملی تخلیه، تصفیه شود. فاضلاب اسیدی را میتوان بازیافت و دوباره استفاده کرد. هنگام تصفیه اسید زائد، روشهایی را میتوان انتخاب کرد که شامل تصفیه با نمک، روش تغلیظ، روش خنثیسازی شیمیایی، روش استخراج، روش رزین تبادل یونی، روش جداسازی غشایی و غیره باشد.
۱. بازیافت نمک
به اصطلاح نمکزدایی، استفاده از مقدار زیادی آب نمک اشباع برای رسوب تقریباً تمام ناخالصیهای آلی موجود در اسید زائد است. با این حال، این روش اسید هیدروکلریک تولید میکند و بر بازیابی و استفاده از اسید سولفوریک موجود در اسید زائد تأثیر میگذارد، بنابراین روش نمکزدایی ناخالصیهای آلی موجود در اسید زائد با محلول اشباع بیسولفات سدیم مورد مطالعه قرار گرفت.
اسید پسماند حاوی اسید سولفوریک و ناخالصیهای آلی مختلف است که عمدتاً مقدار کمی اسید سولفونیک ۶-کلرو-۳-نیتروتولوئن-۴ و ایزومرهای مختلف غیر از ۶-کلرو-۳-نیتروتولوئن-۴-سولفونیک اسید تولید شده توسط تولوئن در فرآیند سولفوناسیون، کلرزنی و نیتریفیکاسیون هستند. روش نمکزدایی استفاده از مقدار زیادی آب نمک اشباع برای رسوب تقریباً تمام ناخالصیهای آلی موجود در اسید پسماند است. روش بازیافت نمکزدایی نه تنها میتواند ناخالصیهای آلی مختلف موجود در اسید پسماند را حذف کند، بلکه اسید سولفوریک را نیز برای قرار دادن در چرخه تولید بازیابی میکند و در هزینه و انرژی صرفهجویی میکند.
۲. روش برشته کردن
روش برشته کردن برای اسیدهای فرار مانند اسید هیدروکلریک اعمال میشود که با برشته کردن از محلول جدا میشوند تا به اثر بازیابی برسند.
۳. روش خنثیسازی شیمیایی
واکنش اساسی اسید-باز H+(aq)+OH-(aq)=H2O نیز پایه مهمی برای تصفیه فاضلاب حاوی اسید است. روشهای رایج برای تصفیه فاضلاب حاوی اسید شامل خنثیسازی و بازیافت، خنثیسازی متقابل فاضلاب اسید-باز، خنثیسازی دارویی، خنثیسازی فیلتراسیون و غیره است. در اوایل تأسیس برخی از شرکتهای آهن و فولاد در چین، اکثر آنها از روش خنثیسازی اسید-باز برای تصفیه مایع زائد اسید هیدروکلریک و اسیدشویی اسید سولفوریک استفاده میکردند، به طوری که مقدار pH به استاندارد تخلیه میرسید. کربنات سدیم (خاکستر سودا)، هیدروکسید سدیم، سنگ آهک یا آهک به عنوان مواد اولیه برای خنثیسازی اسید-باز استفاده میشوند، کاربرد عمومی آنها ارزان و ساخت آسان آهک است.
۴. روش استخراج
استخراج مایع-مایع، که به عنوان استخراج با حلال نیز شناخته میشود، یک عملیات واحد است که از تفاوت در حلالیت اجزای موجود در مایع ماده خام در حلال مناسب برای جداسازی استفاده میکند. در تصفیه فاضلاب حاوی اسید، لازم است فاضلاب حاوی اسید و حلال آلی به طور کامل با هم تماس پیدا کنند تا ناخالصیهای موجود در اسید زائد به حلال منتقل شوند. الزامات استخراجکننده عبارتند از: (1) اسید زائد بیاثر باشد، با اسید زائد واکنش شیمیایی ندهد و در اسید زائد حل نشود؛ (2) ناخالصیهای موجود در اسید زائد ضریب تفکیک بالایی در استخراجکننده و اسید سولفوریک داشته باشند؛ (3) قیمت ارزان و به راحتی قابل تهیه باشد؛ (4) جداسازی آسان از ناخالصیها، اتلاف کم هنگام جداسازی. استخراجکنندههای رایج شامل بنزن (تولوئن، نیتروبنزن، کلروبنزن)، فنلها (دیفنل خام کرئوزوت)، هیدروکربنهای هالوژنه (تریکلرواتان، دیکلرواتان)، ایزوپروپیل اتر و N-503 باشند.
۵. روش رزین تبادل یونی
اصل اساسی تصفیه مایع پسماند اسید آلی با رزین تبادل یونی این است که برخی از رزینهای تبادل یونی میتوانند اسیدهای آلی را از محلول اسید زائد جذب کرده و اسیدهای معدنی و نمکهای فلزی را حذف کنند تا جداسازی اسیدها و نمکهای مختلف حاصل شود.
۶. روش جداسازی غشایی
برای مایع پسماند اسیدی، میتوان از روشهای تصفیه غشایی مانند دیالیز و الکترودیالیز نیز استفاده کرد. بازیابی غشایی اسید پسماند عمدتاً از اصل دیالیز پیروی میکند که با اختلاف غلظت هدایت میشود. کل دستگاه از غشای دیالیز انتشاری، صفحه توزیع مایع، صفحه تقویتکننده، قاب صفحه جریان مایع و غیره تشکیل شده است و با جداسازی مواد در مایع پسماند، اثر جداسازی را به دست میآورد.
7. روش تبلور خنک کننده
روش تبلور خنککننده روشی برای کاهش دمای محلول و رسوب دادن املاح است. در فرآیند تصفیه اسید ضایعاتی از این روش استفاده میشود که ناخالصیهای موجود در اسید ضایعاتی خنک میشوند تا محلول اسیدی که الزامات را برآورده میکند و قابل استفاده مجدد است، بازیابی شود. به عنوان مثال، اسید سولفوریک ضایعاتی که از فرآیند شستشوی آسیل یک کارخانه نورد تخلیه میشود، حاوی مقدار زیادی سولفات آهن است که با فرآیند تغلیظ-تبلور و فیلتراسیون تصفیه میشود. پس از حذف سولفات آهن توسط فیلتراسیون، اسید را میتوان برای استفاده مداوم به فرآیند اسیدشویی فولاد بازگرداند.
تبلور خنککننده کاربردهای صنعتی زیادی دارد که در اینجا با فرآیند اسیدشویی در فرآوری فلز نشان داده شده است. در فرآیند فولاد و فرآوری مکانیکی، محلول اسید سولفوریک معمولاً برای از بین بردن زنگزدگی سطح فلز استفاده میشود. بنابراین، بازیافت اسید زائد میتواند هزینهها را تا حد زیادی کاهش داده و از محیط زیست محافظت کند. تبلور خنککننده در صنعت برای دستیابی به این فرآیند استفاده میشود.
۸. روش اکسیداسیون
این روش مدت زیادی است که مورد استفاده قرار میگیرد و اصل آن تجزیه ناخالصیهای آلی موجود در اسید سولفوریک ضایعاتی توسط عوامل اکسیدکننده در شرایط مناسب است، به طوری که بتوان آن را به دی اکسید کربن، آب، اکسیدهای نیتروژن و غیره تبدیل کرد و از اسید سولفوریک جدا کرد، به طوری که اسید سولفوریک ضایعاتی قابل تصفیه و بازیابی باشد. اکسیدانهای رایج مورد استفاده عبارتند از پراکسید هیدروژن، اسید نیتریک، اسید پرکلریک، اسید هیپوکلرو، نیترات، ازن و غیره. هر اکسیدکننده مزایا و محدودیتهای خود را دارد.