تصفیه فاضلاب کارخانه تولید قند

از آنجایی که جمعیت جهان به‌سرعت در حال رشد است، افزایش تقاضا برای مواد غذایی است که منجر به افزایش گسترده فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی می‌شود. صنعتی شدن سریع، بدون اقدامات ایمنی و محیطی کافی، منجر به آلودگی آب شده که در نهایت به کمبود آب با کیفیت خوب هم برای اهداف آبیاری و هم برای مصارف شرب ختم می‌شود.

هر تمدن انسانی، اعم از شهری و روستایی، نیازمند پیشرفت تکنولوژیکی است که منجر به انتشار نوعی مواد زائد می‌شود که در نهایت بر عملکرد طبیعی اکوسیستم تأثیر می‌گذارد و اثرات نامطلوبی بر گیاهان، حیوانات و انسان‌ها می‌گذارد. شکر از محصولات نیشکر به‌دست می‌آید و یکی از مهم‌ترین اجزای رژیم غذایی انسان و محصول حیاتی زندگی انسان است. با گاس، محصول جانبی نیشکر است که برای تأمین انرژی به‌شکل سوخت برای تولید بخار و برق استفاده می‌شود. با گاس در سراسر جهان به‌عنوان منبع انرژی در 80 کشور تولید کننده نیشکر استفاده می‌شود. کارخانه‌های قند در ابتدا فقط شکر تولید می‌کردند اما در حال حاضر در تولید برق و اتانول نیز فعالیت دارند. از این رو، صنعت قند در حال حاضر به‌عنوان صنعت نیشکر نامیده می‌شود. در واقع، شکر 70 درصد از نیشکر و 30 درصد از زنبور و غیره تولید می‌شود.

مطالب پیشنهادی مشابه: تصفیه فاضلاب صنایع فولاد، تصفیه فاضلاب صنایع کارتن و مقوا سازی

کارخانه‌های قند اساساً فصلی هستند و فقط 150 تا 210 روز در سال کار می‌کنند. مقدار قابل توجهی فاضلاب در طول تولید شکر تولید می‌شود. فاضلاب حاصل از این آسیاب‌ها حاوی مقدار متوسطی از بار آلودگی شامل مواد جامد معلق، جامدات محلول، مواد آلی و غیره است. تعدادی از مواد شیمیایی که در صنایع قند عمدتاً برای حذف ناخالصی‌ها و تصفیه محصولات نهایی استفاده می‌شوند نیز در فاضلاب وجود دارند. فاضلاب تخلیه شده از کارخانه قند نه‌تنها تهدیدی قوی برای محیط زیست است، بلکه دارای ارزش انرژی است که علی‌رغم ارزان بودن و فراوان بودن آنها در اکثر نقاط جهان، به‌طور کامل مورد استفاده مجدد قرار نمی‌گیرد.

اکثر کارخانه‌های قند در کشورهای در حال توسعه به‌دلیل عدم آگاهی، حمایت مالی و بعضاً عدم تمایل به صرف هزینه برای تصفیه فاضلاب، فاضلاب خود را بدون تصفیه مناسب رها می‌کنند. با این حال، آگاهی از مشکلات زیست محیطی و خطرات احتمالی ناشی از فاضلاب کارخانه‌های قند توسط بسیاری از کشورها برای جلوگیری از تخلیه فاضلاب مورد تایید قرار گرفته است.

خصوصیات فیزیک و شیمیایی فاضلاب کارخانه قند

فاضلاب کارخانه قند ماهیتی اسیدی دارد و رنگ آن مایل به زرد تیره است. این فاضلاب دارای غلظت بالای کل جامدات معلق و محلول، نیاز به اکسیژن بیولوژیکی (BOD) و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و اکسیژن محلول کم (DO) است. غلظت بالاتر کلرید، سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، آهن، گوگرد و ترکیب اکسید شده و احیا شده آنها نیز در فاضلاب کارخانه قند وجود دارد.

این پساب‌ها به‌شدت بر گیاهان، میکروب‌های خاک، ویژگی‌های خاک و بافت زمانی که برای اهداف آبیاری استفاده می‌شوند، تأثیر می‌گذارد. فاضلاب یا محصولات تخلیه شده از این آسیاب‌ها شامل مقدار زیادی مواد آلی محلول، فلزات سنگین و سایر آلاینده‌های خطرناک است. تخلیه آنها به آب شیرین با کاهش کیفیت آب و اراضی آبیاری به‌شدت بر زندگی آبزیان تأثیر می‌گذارد. فاضلاب کارخانه قند مدیریت نشده احتمالاً می‌تواند منجر به تخریب خاک و بهره وری پایین شود. استانداردهای تخلیه پساب ایران، مشخص می‌کند که BOD فاضلاب برای تخلیه به چاه‌های جاذب باید کمتر از 30 میلی گرم در لیتر و COD کمتر از 60 میلی گرم در لیتر باشد. در حالی که فاضلاب کارخانه قند دارای BOD 1000 تا 1500 میلی گرم در لیتر است.

در کشورهای در حال توسعه از فاضلاب کارخانه‌های قند به‌عنوان کود استفاده می‌شود و اهمیت زیادی پیدا کرده است و به‌عنوان منبع خوبی از مواد آلی در کنار مواد مغذی گیاهی به‌شمار می‌رود و همچنین به‌عنوان کود خوبی عمل می‌کند. فاضلاب کارخانه قند حاوی مقادیر قابل توجهی مواد مضر از جمله نمک‌های محلول و فلزات سنگین مانند آهن، مس، روی، منگنز و سرب و غیره است.

پارامترهای فیزیکی شیمیایی فاضلاب کارخانه قند عبارتند از: دما، کدورت، pH، هدایت الکتریکی، کلرید، قلیائیت کل، سختی کل، BOD، COD، کل جامدات محلول، سولفات، فسفات، اسیدیته کل، کلسیم و منیزیم، اما تقریباً تمام پارامترهای کیفی آب در فاضلاب قند بسیار بالاتر از حد مجاز هستند. گزارش شده‌است که به‌طور متوسط 30000 تا 40000 لیتر فاضلاب به‌ازای هر تن شکر فرآوری شده تولید می‌شود.

پکیج تصفیه فاضلاب کارخانه قند شرکت آرکا گستر رسام

روزانه مقدار زیادی فاضلاب کارخانه قند در سراسر جهان در محیط آزاد می‌شود که اثرات مضر بر تمام موجودات زنده دارد. در سطح جهانی چندین روش تصفیه برای تصفیه این پساب‌ها قبل از رهاسازی آنها در بدنه‌های آبی استفاده می‌شود. روش‌های فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی برای حذف آلاینده از فاضلاب کارخانه قند استفاده می‌شود. چندین روش فیزیکی و شیمیایی مانند انعقاد، لخته‌سازی، اولترافیلتراسیون، الکترودیالیز و اسمز معکوس برای تصفیه فاضلاب کارخانه‌های قند استفاده می‌شود. روش‌های بیولوژیکی به‌طور مکرر در تصفیه زیستی پساب قند استفاده می‌شوند که بسیار مؤثر بوده و مزایایی نسبت به‌روش‌های فیزیکی شیمیایی دارند.

روش‌های فیزیک وشیمیایی در تصفیه فاضلاب کارخانه قند

روش اکسیداسیون شیمیایی

روش اکسیداسیون شیمیایی یکی از روش‌های فیزیکی-شیمیایی است که از اکسیدان‌های شیمیایی (H₂O₂، O₃، KmnO₄ و غیره) استفاده می‌شود تا آلاینده خطرناک را به مواد کمی سمی و بی‌ضرر اکسید کرده یا به‌شکل مناسب تبدیل کند. اگرچه، روش‌های اکسیداسیون شیمیایی شامل استفاده از عوامل اکسیدکننده مانند ازن و پراکسید هیدروژن است که میزان تخریب کمتری را نشان می‌دهند. حلالیت ازن در آب تابع فشار جزئی و دمای آن است. ازن با تخلیه ولتاژ بالا در هوا و اکسیژن تولید می‌شود.

روش انعقاد و لخته‌سازی

فرآیند انعقاد و لخته‌سازی برای حذف مواد جامد معلق از فاضلاب کارخانه قند استفاده می‌شود. این فرآیند نیروهایی را تولید می‌کند، که ذرات باردار موجود در فاضلاب را تثبیت کرده و اجازه می‌دهد تا برخورد بین ذرات رخ دهد، در نهایت، لخته تشکیل‌می‌شود. هدف از فرآیند یون انعقاد / لخته‌سازی بی‌ثبات کردن ذرات باردار جامدات معلق است. افزودن مواد منعقد کننده با بارهای مخالف مواد جامد معلق، باعث بی ثباتی بار ذرات می‌شود. منعقدکننده‌ها در فاضلاب مخلوط می‌شوند تا بار منفی ذرات معلق را خنثی کنند. پس از خنثی شدن، ذرات معلق با هم ثابت می‌شوند تا ذرات کمی بزرگ‌تر را تشکیل دهند.

اسمز معکوس (RO)

فرایندی است که در آن فلزات سنگین توسط یک غشای نیمه‌تراوا با فشاری بیشتر از فشار اسمزی ناشی از مواد جامد محلول در فاضلاب جدا می‌شوند. عیب این روش گران بودن آن است.

الکترودیالیز

در این فرآیند، اجزای یونی با استفاده از غشاهای انتخابی یون نیمه‌تراوا جدا می‌شوند. استفاده از پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود باعث مهاجرت کاتیون‌ها و آنیون‌ها به‌سمت الکترودهای مربوطه می‌شود. به‌دلیل فاصله متناوب غشاهای نفوذپذیر کاتیونی و آنیونی، نمک‌های غلیظ و رقیق تشکیل می‌شوند. نقطه ضعف این روش تشکیل هیدروکسیدهای فلزی است که غشا را مسدود می‌کنند.

ترسیب شیمیایی

رسوب آلاینده‌ها با افزودن مواد انعقادی مانند زاج، آهک، نمک‌های آهن و سایر پلیمرهای آلی حاصل می‌شود. اشکال اصلی این روش، تولید مقدار زیادی لجن در طول فرآیند است که حاوی ترکیبات سمی است.

ضرورت استفاده از روش‌های بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب

آلودگی صنعتی یکی از عوامل اصلی تخریب محیط زیست به‌شمار می‌رود. صنعتی شدن روزافزون نه‌تنها زمین‌های کشاورزی را کاهش می‌دهد، بلکه تهدیدات زیست‌محیطی جدی ایجاد می‌کند. تخلیه فاضلاب بدون تصفیه مناسب باعث مشکلات متعددی در اکوسیستم‌های خاکی و آبی می‌شود. ترکیبات آلی موجود در پساب‌های مایع صنعت نیشکر یکی از مهم‌ترین منابع آلودگی محیط زیست هستند. استفاده از روش‌های فیزیکی و شیمیایی متعارف برای تصفیه فاضلاب در گذشته رایج بوده، اما هزینه بالا و احتمال ایجاد آلودگی ثانویه، محدودیت‌های جدی ایجاد می‌کند. بنابراین، امروزه روش‌های بیولوژیکی به‌عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه مورد توجه قرار گرفته‌اند. این روش‌ها امکان تصفیه کارآمد و اقتصادی فاضلاب کارخانه‌های قند را فراهم می‌کنند.

 انواع و عملکرد روش‌های بیولوژیکی

تصفیه بیولوژیکی به‌دلیل مزایای اقتصادی و محیطی نسبت به فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی ترجیح داده می‌شود. این روش شامل تصفیه‌های هوازی، بی‌هوازی و ترکیبی است که در مراحل مختلف فرآوری فاضلاب قابل اجرا هستند. در تصفیه هوازی، میکروب‌های هوازی در حضور اکسیژن مواد آلی را به دی‌اکسید کربن، آب و بیومس تبدیل می‌کنند و معمولاً از راکتورهای دسته‌ای متوالی (SBR)، لجن فعال (ASP) و تالاب‌ها استفاده می‌شود. فرآیند بی‌هوازی در غیاب اکسیژن انجام می‌شود و میکروارگانیسم‌ها مواد آلی را به گازهای متان و دی‌اکسید کربن و بیومس تبدیل می‌کنند. روش‌های بی‌هوازی شامل هاضم بی‌هوازی (AD)، فیلتر بی‌هوازی (AF) و لجن بی‌هوازی بالارونده (UASB) است. ترکیب این روش‌ها می‌تواند کارایی تصفیه را افزایش داده و پسابی با کیفیت بالاتر ارائه دهد.

تصفیه بیولوژیکی بی‌هوازی

محتوای آلی بالای فاضلاب صنعت نیشکر، تصفیه بی‌هوازی را در مقایسه با تصفیه هوازی مستقیم توجیه می‌کند. بنابراین، تصفیه بی‌هوازی مرحله تصفیه اولیه است و معمولاً پیش از تخلیه به داخل آب، توسط تصفیه هوازی دو مرحله‌ای دنبال می‌شود. روش تصفیه بی‌هوازی نیمی از COD پساب را به بیوگاز تبدیل می‌کند و می‌توان آن را با نرخ بارگذاری آلی بالا با موفقیت کار کرد.

همچنین، بیوگاز تولید شده را می‌توان برای تولید بخار در دیگ‌های بخار استفاده‌کرد و در نتیجه انرژی مورد نیاز واحد را تأمین کرد. علاوه بر این، نیاز کم به مواد مغذی و تولید لجن تثبیت شده از دیگر مزایای مرتبط است. تصفیه بی‌هوازی آلاینده‌های آلی فاضلاب را به مقدار کمی لجن و مقدار زیادی بیوگاز به‌عنوان منبع انرژی تبدیل می‌کند در حالی که روش تصفیه هوازی برای هوادهی، نیاز به انرژی خارجی دارد.

فرآیندهای بی‌هوازی می‌توانند پساب را با بارهای بالایی از مواد آلی که به آسانی تجزیه می‌شوند (پساب صنعت قند) را به‌طور مؤثر تصفیه کنند. روش بی‌هوازی را می‌توان به لجن فعال بی‌هوازی و فرآیندهای غشایی بیولوژیکی بی‌هوازی دسته بندی کرد. روش لجن فعال بی‌هوازی شامل راکتور بی‌هوازی معمولی، راکتور بی‌هوازی لجن بالارونده (USAB)، مخزن تماس بی‌هوازی و غیره است.

راکتور UASB برای تصفیه فاضلاب کارخانه قند ساخت شرکت آرکا گستر رسام

راکتور UASB پرکاربردترین سیستم تصفیه بی‌هوازی با سرعت بالا برای انواع فاضلاب‌های صنعتی است. مشخصه‌ترین ویژگی راکتور UASB، جداکننده یا ته نشینی سه فاز است. وجود ته نشین کننده در بالای منطقه هضم، سیستم را قادر می‌سازد تا توده لجن بزرگی را در راکتور UASB حفظ کند، در حالی که پساب اساساً عاری از مواد جامد معلق تخلیه می‌شود. در این فرآیند، اختلاط لجن و فاضلاب از طریق تولید متان در داخل پتوی لجن و همچنین توسط جریان هیدرولیک و جداکننده سه فاز (گاز، مایع، بیومس لجن) اتفاق می‌افتد که می‌تواند از بین رفتن بیومس لجن از طریق انتشار گاز را محدود کند.

مزایای پکیج USAB شرکت آرکا گستر رسام به شرح زیر است:

1.  دارای جمعیت بالایی از باکتری‌های تثبیت شده طبیعی با ویژگی ته نشینی خوب و همچنین حذف آلاینده‌های آلی از فاضلاب صنایع قند.
2.   در سیستم USAB، افزایش غلظت بیومس سلولی را می‌توان، بدون افزودن مواد شیمیایی، به‌دست‌آورد.

تصفیه بیولوژیکی هوازی

پس از مرحله تصفیه بی‌هوازی، پساب تصفیه‌شده به‌صورت بی‌هوازی هنوز بار آلی بالایی دارد و به‌رنگ قهوه‌ای تیره می‌باشد، از این رو معمولاً به یک تصفیه هوازی ثانویه نیاز دارد. تصفیه میکروبی به‌عنوان یک تکنیک سازگار با محیط زیست و کم هزینه در نظر گرفته شده است که شامل روشی طبیعی است که منجر به تبدیل ترکیبات سمی آلی و معدنی خطرناک به اشکال غیر سمی می‌شود.

این تکنیک شامل استفاده از میکروب‌های سازگار در سیستم آب آلوده می‌شود و آلاینده‌ها در طی فرآیند متابولیسم میکروبی تصفیه می‌شوند. صنایع قند مقادیر زیادی آب را برای فرآیندهای مختلف مصرف می‌کنند و حجم زیادی از فاضلاب حاوی انواع آلاینده‌ها و مواد رنگی را تخلیه می‌کنند. میکروارگانیسم‌ها به‌دلیل ظرفیت ذاتی خود برای متابولیسم انواع ترکیبات پیچیده از دیرباز برای تجزیه زیستی ترکیبات پیچیده سمی و مقاوم در فاضلاب‌های صنعتی مختلف به‌منظور حفظ محیط زیست مورد استفاده قرار گرفته‌اند. سیستم‌های تصفیه میکروبی از مزیت طراحی ساده و کم هزینه بودن برخوردار هستند.

ترکیبی از تصفیه بیولوژیکی هوازی و بی‌هوازی

ترکیب راکتور بی‌هوازی و هوازی در تصفیه فاضلاب کارخانه قند در مقایسه با رآکتورهای بی‌هوازی و هوازی تک کارایی بیشتری دارد. رآکتورهای بی‌هوازی ترکیبی شامل راکتور A/O و راکتور A2/O است.