بازیابی آب و مواد شوینده از شستشو آب در یک محیط صنعتی

  • تاریخ انتشار : ۱۳۹۶/۰۷/۲۷

جریان آب شستشو حاصل از شستشوی تجهیزات در یک محل تولید مواد شوینده در بسیاری موارد به عنوان زباله محسوب می شود. در محل تصفیه گیاهان فاضلاب امکان پذیر است اما معمولا نیاز به تکنولوژی پیشرفته اکسیداسیون (AOP) می باشد که از مواد شیمیایی استفاده می کند و باعث ایجاد لجن زباله می شود. یک روش جدید تصفیه مبتنی بر نانوفیلتراسیون در مقیاس صنعتی در محل تولید مواد شوینده در چین نشان داده شده است. آب شسته شده شوینده می تواند به یک جریان کنسانتره و کسر آب تقسیم شود. جریان کنسانتره حاوی بسیاری از سورفاکتانت های ارزشمند است و دارای ارزش برای بازیافت می باشد. برای خنک کردن برج های خنک کننده، می توان از بخار آب استفاده کرد. به همین ترتیب، در این محل تولید فرایند آب شسته شده شوینده را تخلیه نمیکند و تمام منابع را از آب شسته شده شوینده میگیرد: هر دو مواد شیمیایی (به عنوان سورفکتانتها ) شبیه آب.

تصفيه آب

معرفی
امکانات تولید مواد شوینده مایع به طور معمول جایی که محصول به مخازن ذخیره سازی عمده برده می شود، و “گروه های بسته بندی” که در آن محصول بطری و سپس برای توزیع به مشتریان بسته بندی شده است. در هر دو بخش، تصفیه آب در طول فعالیت های تمیز کردن و پاکسازی تولید می شود. این آب در طول تصفیه ایجاد می شود که برای جلوگیری از آلودگی محصول در هنگام تعویض بین انواع محصول ایجاد می شود و شامل مقدار قابل توجهی از سورفکتانت است که در اکثر موارد نمی تواند در سیستم های فاضلاب عمومی تخلیه شود. نوع مشابه تصفیه آب در حین گرم شدن آب گرم تولید می شود که برای جلوگیری از آلودگی باکتری ها مواد شوینده مایع تولید می شود. این آب شستشو عموما مخلوطی از آب با کیفیت و روش پاک کننده اسمز معکوس (RO) است و دارای COD بین ۵۰۰۰ تا ۳۰،۰۰۰ میلی گرم بر لیتر می باشد.
امروزه بعضی از این جریانهای آب شسته شده شوینده قبل از تخلیه در محل مورد آزمایش قرار می گیرند. معمولا شامل تصفیه فیزیکی شیمیایی و / یا AOP، درمان بیولوژیکی و جایی که نیاز به پرداخت اضافی دارد.دیگر جریان تصفیه آب جمع آوری شده و برای درمان خارجی از طریق مثال اکسیداسیون مرطوب یا سوزاندن با بازیابی انرژی فرستاده می شود. در هر دو مورد آب شسته شده شوینده به عنوان یک فاضلاب شناخته می شود که نیاز به تصفیه دارد. مواد شيميايي و انرژي براي تبديل آب شسته شده شوینده به “آبي که ميتواند تخليه شود” و “لجن” است که به عنوان زباله حذف ميشود اضافه ميشود. هزینه برای حذف مواد شیمیایی و لجن AOP بسیار متفاوت از محل است، اما می تواند ۲۰ تا ۴۰ یورو در هر متر مکعب آب مورد استفاده قرار گیرد. همچنین سوزاندن خارجی هزینه قابل توجهی را دارد.

پروژه اروپایی E4WATER برای یافتن راه حل ها و روش های جایگزین متمرکز شده است. در این پروژه جریان آب شسته شده شوینده به عنوان مخلوطی از آب و محصول در نظر گرفته شد. به جای استفاده از رویکردهای تصفیه فاضلاب سنتی، تکنولوژی غشا برای استخراج این محصول (مواد شوینده) از آب خارج شده و برای بازیافت استفاده شد. سورفکتانت های جمع آوری شده را می توان به انواع برنامه های کاربردی بازیافت (به عنوان مثال سورفکتانت های درجه پایین برای شستن ماشین ها، تمیز کردن جاده ها، …) و درآمد کسب کرد. افزودن مواد شیمیایی از این امر اجتناب شد زیرا این امر “محصول بازیافتی” را آلوده می کند. علاوه بر احیاء محصول، جریان آب به منظور برآوردن نیازهای تخلیه قانونی مورد استفاده قرار گرفت و یا، در حالت ایده آل، پس از یک مرحله خالصی اضافی، آب را در روند استفاده مجدد قرار داد.

برای دستیابی به احیای محصول و آب، یک رویکرد دو مرحله ای دنبال شد. در مرحله اول، نانوفیلتراسیون (NF) برای تقسیم آب شستشو به یک جریان بالا و پایین متمرکز استفاده شده است. اگر جریان متمرکز حاوی نیمی از مواد پاک کننده محصول خالص باشد، مجددا به عنوان مواد شوینده صنعتی پایین تر امکان پذیر می شود. در مرحله دوم، نفوذ NF (حاوی COD، BOD و ردپای مواد شوینده) در یک بیوراکتور غشایی هوازی (MBR) مورد استفاده قرار گرفت تا بتواند آب را از بین ببرد و یا دوباره آن را در فرایند بازیافت قرار می گیرد.

استفاده از NF برای تصفیه آب پاک کننده های حاوی فاضلاب مشهود است و عمدتا برای تصفیه آب شستشو تمیز کردن در محل (CIP) استفاده می شود. با توجه به Kaya et al. و Kowalska ، NF در حذف مونومرهای سورفکتانت از فاضلاب ترجیح داده می شود، در حالی که میکسل ها می توانند توسط میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) حذف شوند. آرچر و همکاران NF را برای راه حل های که حاوی سورفکتانت های آنیونی زیر غلظت متیل حیاتی بود، مطالعه کرد. مطالعه آنها نشان داد که عملکرد جداسازی به خواص سورفاکتانت بستگی دارد و تعاملات بین سورفکتانت و غشاء، که نشان دهنده اهمیت انتخاب مناسب پروانه مورد غشا است. کایا و همکاران سه غشاء مختلف NF برای درمان محلولهای سورفکتانت تک و مخلوط را مورد بررسی قرار دادند. غلظت مطلوب بسته به ترکیب محلول سورفکتانت متفاوت بود. افزون بر این، در این مطالعه، کاهش سریع شار منجر به جذب سورفکتانت ها در دیواره های سطحی و دیواره های منافذ شده است، که اهمیت فرسایش در روند را نشان می دهد.

از آنجایی که به خوبی شناخته شده است که حضور مواد شوینده ممکن است منجر به آلودگی غشا شود، همچنین نویسندگان دیگر بر این موضوع متمرکز شده اند. کایا و همکاران با استفاده از فرایند تصفیه آب NF دو مرحله ای به منظور بهبود محصول و استفاده مجدد از آب از فاضلاب مدل CIP. تأثیر pH، دما و فشار ترانزیتی (TMP) بر عملکرد غشا و وقوع فساد مورد بررسی قرار گرفت. بهترین نتایج در pH 5، دمای اتاق و بالاترین TMP (20 bar) بدست آمد. یک روش مشابه دو مرحله ای به دنبال Gönder و همکارانش بود. در مطالعه ذکر شده، روش تاگوچی برای بررسی اینکه کدام پارامترها بیشترین تاثیر را بر کاهش شوری در اثر دفع غشا دارند، مورد استفاده قرار گرفت. یک pH بالاتر از نقطه ایزوالکتریک غشاء، دمای اتاق و TMP پایین تر (۱۲ بار) به عنوان مطلوب تعریف شد. این نیز توسط Kertész و همکاران تایید شده است. گر چه این گروه اشاره کردند که بین شار (بالاترین در دمای بالا) و حفظ (بالاترین در دمای پایین) و بین شار (بالاترین در TMP بالا) و تشکیل لایه ژل (همچنین بالاترین در بالا TMP، که برای شار منفی است). بنابراین، همچنین در تحقیق حاضر، تحقیق بر روی بهترین شرایط برای آب شستشو مورد بحث انجام شد.

در مقاله بررسی سوارز و همکاران تکنولوژی غشایی به عنوان یکی از روشهای امیدبخش برای بازیافت مواد پاک کننده توصیف شده است. آنها اشاره كردند كه تا كنون بيشترين كار بر روي اشعه ماوراء بنفش آنيونيك و نيكونيك متمركز شده است و كارهاي بيشتر در مواد شويندهاي صنعتي مورد نياز است، زيرا آنها شامل مواد مهم ديگر نيز هستند. علاوه بر این، فقدان داده های بزرگتر نیز مشاهده شد. به عنوان یک پاسخ به این، در این مقاله، تمام تحقیقات بر روی آب شستشوی واقعی از یکی از خطوط تولید (به اصطلاح HDL حاوی سورفکتانت های آنیونی و غیر غیر فعال) از P & G انجام می شود P & G یکی از بزرگترین شرکت های کالاهای مصرفی غیر غذایی است و انواع وسیعی از محصولات کالاهای مصرفی که مایع در طبیعت (مواد شوینده پارچه، مایعات شستشوی ظروف، پاک کننده های سطحی، شامپو …) تولید می کند. در پايان مقاله نيز داده هاي مربوط به نمونه آزمايشي صنعتي واقعي گزارش شده است، زيرا همه دانش جمع آوري شده براي ساخت يك قطار درماني براي شستشوي محل توليد مواد شوينده مايع P & G در چين اعمال شده است. با توجه به الزامات قانونی محلی، شستشو آب از این محل تولید را نمی توان در سیستم فاضلاب عمومی محلی تخلیه کرد، حتی اگر درمان شده است. تمام فاضلاب مربوط به فرایند باید دوباره به فرایند بازیافت شود. این کار را می توان با بازیافت آب به برج های خنک کننده انجام داد (COD <50 mg / l، سورفکتانت ها <0.5 mg / l و TDS <1000 mg / l) و یا به عنوان آب فرآیند (اگر آب مطابق با استانداردهای آب آشامیدنی) باشد. روش E4WATER برای برآورده شدن این الزام قانونی “تخلیه مایع صفر” محلی با ترکیب NF لوله ای با MBR و پرداخت های اضافی از طریق رزین های حذف کربن فعال و سورفکتانت استفاده شده است. به بهترین دانش ما، این اولین بار است که این ترکیب تکنیک ها در یک محیط صنعتی نشان داده شده است.

در فرایند های تصفیه آب از مواد و اصولی استفاده می شود که در بخش محصولات به طور وسیعی در این مورد صحبت کرده ایم و مواد مصرفی در صنایع تصفیه آب را نیز معرفی نموده ایم.