ABSTRACT. Journal of Health in the Field, Vol.4, No.1, Spring 2017

Transcript

1 Journal of Health in the Field, Vol.4, No.1, Spring 2017 Treatment of dairy products processing industrial wastewater by Electro-Coagulation-Flotation (ECF) process Monireh Majlessi Nasr¹, Mohammad Rafiee ², Hassan Jalilvand 3* 1. Associated Professor, Department of Environmental Health Engineering, and Member of Environmental and Occupational Hazardous Control Research Center, School of Public Health, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran. 2. Asssitant Professor, Department of Environmental Health Engineering, School of Public Health, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran. 3. MSc student of Environmental Health Engineering, School of Public Health, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran. ABSTRACT Background and aims: Dairy industry is one of the important sources of environmental pollution. The present study set out to investigate the removal percentages of COD and turbidity, as well as changes in the effluent ph by Electro-Coagulation Flotation (ECF) process during the treatment of dairy effluents. Materials and methods: Electrochemical coagulation process was applied to treatment of pre-treated highly loaded real wastewater of a factory producing dairy products in Damavand-Tehran. The experiments were carried out in an electrochemical cylinder-shaped reactor made of steel (cathode electrode) and aluminum (anode electrode) connected to each other in a Bipolar-serial (BP-S) way. The influence of initial ph, current intensity, electrolysis time, and initial electrolyte (NaCl) concentration on the performance of ECF was explored. Owing to the nature of the study, there were not ethical issues. Results: The findings revealed that the bulk liquid ph, current intensity and electrolysis time had a considerable influence on the performance of the reactor. The obtained optimal values were 9, 3 A, and 60 min, respectively. Under optimal condition, the efficiency of COD and turbidity removal were estimated at 70.9% and 99.08%, respectively. It was also found that the reactor effluent ph increased by 1.6 units. Moreover, electrical conductivity of solution did not affect the pollutant removal efficiency in this study. Sludge volume index (SVI) was further estimated to be ml/g. Conclusions: The results of the present study indicate that the ECF coupled process can be regarded as an environment-friendly method in the pre-treatment of dairy effluents. In addition, considering the increase of BOD5/ COD ratio from 0.41 (raw wastewater) to 0.79 (effluent), electrochemical treatment was conceived to enhance the biodegradability for a biological post-treatment. Keywords: Dairy wastewater, electro-coagulation flotation, COD, turbidity *Corresponding Author: School of Public Health, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran. jalilvandhassan@yahoo.com Received: 10 july 2016 Accepted: 20 oct 2016

2 فصلنامه بهداشت در عرصه دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي- دانشكده بهداشت دوره 4 شماره 1 بهار 1395 صفحات 1 تا 10 بررسی کارآیی فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی در تصفیه فاضالب صنعت فرآوری محصوالت لبنی 3* منیره مجلسی نصر 1 محمد رفیعی 2 حسن جلیلوند 1. دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط مرکز تحقیقات کنترل عوامل زیان آور محیط و کار دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی تهران ایران 2. استادیار گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی تهران ایران 3. دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی تهران ایران چکیده زمینه و اهداف: فاضالب صنایع لبنی از مهمترینترین منابع آالینده برایمحیطهای آبی و خاکی می باشد. هدف این مطالعه بررسی میزان حذف COD کدورت و تغییرات ph توسط فرایند انعقاد و شناورسازی الکتریکی در تصفیه فاضالب لبنی است. مواد و روشها: مطالعه حاضر یک مطالعه تجربی-آزمایشگاهی است که با رعایت موازین اخالقی و اخذ مجوزهای الزم بر روی فاضالب کارخانه فرآوری محصوالت لبنی هموطن دماوند در راکتور الکتروشیمیایی استوانهای شکل از جنس استیل )الکترود کاتد( آلومینیوم )الکترود آند( با اتصال دوقطبی سری انجام و تاثیر متغیرهایpH زمان واکنش هدایت و شدت جریان الکتریکی در کارآیی فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت. یافتهها: نتایج بدست آمده نشان داد که ph شدت جریان الکتریکی و زمان واکنش تاثیر قابل مالحظهای در عملکرد راکتور داشتند و مقادیر بهینه به ترتیب 3 9 آمپر و 60 دقیقه حاصل گردید. تحت شرایط بهینه راندمان حذف COD و کدورت به ترتیب برابر با 70/9 و 99/08 درصد محاسبه شد و ph پساب خروجی از راکتور 1/6 واحد افزایش یافت. همچنین هدایت الکتریکی محلول تاثیری بر روی حذف آالینده مورد مطالعه نشان نداد و شاخص حجمی لجن تحت شرایط بهینه 89/01 ml/g بدست آمد. نتیجه گیری: نتایج نشان داد که فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی میتواند به عنوان یک روش سازگار با محیط زیست در تصفیه BOD 5 از 0/41 )فاضالب فاضالب صنایع لبنی به منظور تصفیه اولیه و آمادگی آن برای ورود به واحد بیولوژیکی به علت افزایش نسبت /COD خام( به 0/79 )پساب( مطرح گردد. کلید واژهها: فاضالب صنایع لبنی انعقاد و شناورسازی الکتریکی COD کدورت *نویسنده مسئول: تهران اوين دانشگاه شهيد بهشتي دانشكده بهداشت گروه مهندسي بهداشت محیط كدپستي jalilvandhassan@yahoo.com تاریخ دریافت: 95/4/20 تاریخ پذیرش: 95/7/29

3 عرصه در بهداشت فصلنامه 2/ لبنی فاضالب تصفیه در الکتریکی سازی ور شنا و انعقاد کارآیی مقدمه باالیی COD شیمیایی نیاز مورد اکسیژن غذایی صنایع فاضالبهای این در [1]. آنهاست باالی آلی محتوای از ناشی امر این که دارند تا 0/2 )تقریبا فاضالب زیاد حجم تولید دلیل به لبنی صنایع میان خاصی اهمیت از شده( فراوری شیر لیتر هر ازاء به فاضالب لیتر 10 نشده تصفیه فاضالبهایی چنین موارد بعضی در برخوردارند] 2 ]. بودن دارا دلیل به و شده تخلیه پذیرنده آبهای در سادگی به و اثرات معلق جامدات و فسفر نیتروژن BOD 5 COD باالی مقادیر انتشار داشت. خواهند دنبال به پذیرنده آبی پیکرههای در را نامطلوبی پاتوژنها انتشار امکان روغن و چربی دهنده آزار و شدید بوهای توجه مورد مسائل مهمترین از فاضالب نوع این پروتئینی محتوای و را زیادی توجهات لبنی صنایع فاضالب تصفیه بودن دشوار میباشند. فرایندهای بنابراین است. کرده جلب خود به کشورها از بسیاری در میگیرد قرار استفاده مورد فاضالب نوع این تصفیه برای مختلفی لبنیات صنعت فاضالب BOD 5 /COD نسبت به توجه با [3 4]. با خوبی به فاضالبی چنین که گرفت نتیجه میتوان 0/5( )حدود نتیجه در [5]. است تصفیه قابل بیولوژیکی روشهای از استفاده روغن و BOD بار حذف پایه بر عمدتا فاضالب تصفیهخانه طرح صنایع فاضالب خانههای تصفیه اکثر است. بوده متمرکز چربی و جمله آن از که هستند چربی و روغن حذف تجهیزات دارای لبنیات هوای با شناورسازی سیستمهای و چربیگیر حوضهای به میتوان روغن جداسازی در چربیگیر حوضهای کارایی کرد. اشاره محلول آنها در که خانه تصفیه از نقاطی اما است. مناسب آزاد چربی و ایجاد منابع به است ممکن نمیشوند تمیز منظم طور به تجهیزات تجزیه که است علت بدین امر این شوند. تبدیل ناخوشایند بوهای ترکیبات ایجاد به منجر بیهوازی شرایط تحت لبنی مواد بیولوژیکی طی فسفر و نیتروژن ترکیبات حذف این بر عالوه میگردد. بدبو آلی گرفتن نظر در بدون لذا [6]. نیست مقدور بیهوازی تصفیه فرایند قبل بیهوازی فرایند انتخاب فاضالب آلی مواد محتوای بررسی و نمیباشد. مناسبی راهکار آلی مواد کاهش جهت هوازی تصفیه از اخیر سالهای طی در سختگیرانهتر محیطی زیست استانداردهای فاضالبهای انواع کافی و موثر تصفیه برای را جدیدی فرایندهای میطلبند. آسان نسبتا برداری بهره با صنعتی )EC: Electro-Coagulation( الکتریکی انعقاد فرایند اساس براین زیست محیط با آن سازگاری و کارایی پذیری تطبیق به توجه با کرده جلب خود به صنعتی فاضالبهای تصفیه در را زیادی توجه عدم کوتاهتر واکنش زمان آسان برداری بهره ساده تجهیزات است. آسانی به که لجن یا رسوبات کم مقادیر و شیمیایی مواد تزریق به نیاز.[7] میباشند روش این ویژگیهای مهمترین از میشود تهنشین نیز فاضالبهای تصفیه در آن موفقیت و الکتریکی انعقاد فرایند کارایی [11] لندفیل شیرابه [10] مرغداری [9] نساجی [8] شهری فلزات به آلوده زیرزمینی آبهای [12] مکانیکی و شیمیایی صنایع [15] رنگرزی صنایع [14] رستوران فاضالب [13] سنگین [17] کاغذ بازیافت فاضالب و [16] زیتون روغن فراوری صنایع و انعقاد الکتروشیمی فرآیندهای متقابل اثر است. رسیده اثبات به الکتریکی شناورسازی و انعقاد فرآیند راکتور یک در شناورسازی تشکیل است[ 18 ]. )ECF: Electro-Coagulation Flotation( دهنده واکنش الکترود از فلزی یونهای انحالل با کوآگوالنت تشکیل و ناپایدار فازهای تجمع آالیندهها ناپایدارسازی آند [19]. میگردند شامل را الکتروشیمیایی فرایند مکانیسم لخته [11]: است زیر صورت به آلومینیوم الکترود با فرآیند معادالت آند: در واکنش )1( کاتد: در واکنش )2( محلول: در کلی واکنش )3( Al (s) Al (aq) e - 3H 2 O (l) + 3e - H 2(g) + 3OH (aq) - Al (aq) H 2 O (l) Al(OH) 3 + 3H + روی بر گرفته صورت علمی تحقیقات توجه قابل تعداد علیرغم روی بر اندکی مطالعات EC توسط صنعتی فاضالبهای تصفیه گرفته صورت روش این از استفاده با لبنی صنایع فاضالب تصفیه متمرکز لبنی سنتتیک فاضالبهای روی بر مطالعات این اغلب و از EC فرایند کلیدی متغیرهای تاثیر مطالعه این در بنابراین بودهاند. الکترولیت اولیه غلظت و واکنش زمان جریان شدت اولیه ph قبیل الکترودهای کارگیری به با کدورت و COD حذف روی بر )NaCl( است. گرفته قرار توجه مورد استیل و آلومینیوم روشها و مواد رعایت با که است آزمایشگاهی تجربی- مطالعه یک حاضر پژوهش واقعی فاضالب روی بر الزم مجوزهای اخذ و اخالقی موازین گرفت. انجام دماوند هموطن لبنی محصوالت فرآوری کارخانه است روز در مترمکعب 70 کارخانه این فاضالب تولید میزان متوسط استفاده فعال لجن روش از حاضر حال در فاضالب تصفیه برای و شبانهروز یک طول در یکبار ساعت 4 هر نمونهبرداری میشود. به اولیه تهنشینی استخر سرریز کانال از خروجی دبی با متناسب پلیاتیلن ظرف در نمونه شد. انجام لیتر 60 حجم به مرکب روش دمای در و منتقل آزمایشگاه به استاندارد شرایط تحت و آوری جمع

4 جلیلوند و همکاران/ 3 دوره 4. شماره 1. بهار o C نگهداری شد. طول زمان ذخیره سازی قبل از شروع انجام آزمایشات از یک روز تا دو هفته متفاوت بوده است. این طرح پژوهشی با توجه به ماهیت آن منافاتی با مسائل اخالقی نداشت. آزمایشات در یک راکتور استوانهای شکل با جریان منقطع به ارتفاع 25 سانتیمتر و قطر 13/4 سانتیمتر از جنس استیل غیرمغناطیسی ضد زنگ با شیر برداشت نمونه تعبیه شده در دیواره راکتور انجام گرفتند. همچنین از 3 صفحه الکترود آلومینیوم به ابعاد 2mm 22cm 8cm به عنوان آند و مجموع 2 صفحه الکترود استیل به همراه دیواره و کف راکتور در نقش کاتد استفاده شد. نحوه اتصال الکترودها به صورت دوقطبی سری و فاصله بین الکترودها 2 سانتیمتر در نظر گرفته شد )شکل 1 (. برای انجام آزمایشات انعقاد و شناورسازی الکتریکی از یک همزن مغناطیسی مدل JENWAY 1000 با سرعت ثابت و یک منبع تغذیه جریان برق مستقیم مدل RXN-605D استفاده شد. کلیه ترکیبات و مواد شیمیایی مورد استفاده ساخت شرکت مرک )Merck( آلمان بود. جهت اندازه گیری ph از دستگاه ph متر مدل کدورت از دستگاه کدورت سنج مدل 2100N CORNING-120 شرکت HACH و دما TDS و EC ازدستگاه/ Conductivity TDS Meter شرکت HACH استفاده شد. در این تحقیق تاثیر متغیرهای )4 ph واقعی فاضالب و 9( زمان واکنش )10 30 و 60 دقیقه( هدایت الکتریکی با افزودن 0/5 0/2 1 و 1/5 gnacl L/ به نمونه فاضالب واقعی تغییر داده شد و شدتهای جریان الکتریکی 3 1 0/75 0/5 0/25 و 5 آمپر بر کارآیی فرایند مورد ارزیابی قرار گرفت. قبل از انجام هر آزمایش الکترودها با اسکاچ نرم تمیز و با آب مقطر دو بار تقطیر شسته شده و سپس با محلول اسید کلریدریک 1N و آب مقطر آبکشی شدند. کلیه آزمایشات در این تحقیق در دمای محیط آزمایشگاه 23 ±1 0 C انجام گرفتند. برای تنظیم ph از اسیدسولفوریک 4N و هیدروکسید سدیم 4N استفاده شد. در هر مرحله آزمایش مقدار 1/4 لیتر نمونه فاضالب پس از تنظیم ph و سایر متغیرها در راکتور تخلیه گشته و با در نظر گرفتن متغیرهای مورد مطالعه فرایند با زمان مشخص بر روی نمونه انجام و سپس با نمونه برداری از مایع داخل راکتور پس از 30 دقیقه تهنشینی و از مایع رویی آزمایشات جهت تعیین محدوده پارامترهای بهینه انجام گرفت. کلیه آزمایشات مطابق با روشهای استاندارد آزمایشهای آب و فاضالب [20] انجام گرفتند. برای ارزیابی کارآیی فرایند ( % Efficiency )Removal از پارامتر COD و کدورت مطابق رابطه زیر استفاده گردید. C: 0 غلظت )mg/l( COD یا کدورت )NTU( نمونه پساب قبل از انجام فرایند C: غلظت )mg/l( COD یا کدورت )NTU( پساب خروجی از راکتور با فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی یافتهها شکل 1- شماتیک راکتور انعقاد و شناورسازی الکتریکی نتایج میانگین 3 بار آنالیز پساب خروجی استخر تهنشینی اولیه کارخانه فرآوری محصوالت لبنی هموطن دماوند در جدول 1 آورده شده است. جدول 1- مشخصات پساب خروجی استخر تهنشینی اولیه کارخانه فرآوری پارامتر ph کدورت محصوالت لبنی هموطن دماوند واحد --- مقدار 6/ NTU mg/l mg/l COD BOD 5 کلرور هدایت الکتریکی /41 mg/l µs/cm --- BOD 5 نسبت /COD همانگونه که مالحظه میگردد فاضالب مورد مطالعه از محتوای آلی نسبتا باالیی برخوردار بوده اما قابلیت تصفیه بیولوژیکی متوسطی را نشان میدهد. نتایج حاصل از تاثیر تغییرات ph زمان

5 4/ فصلنامه بهداشت در عرصه کارآیی انعقاد و شنا ور سازی الکتریکی در تصفیه فاضالب لبنی واکنش)دقیقه( غلظت کلرید سدیم )g/l( و شدت جریان الکتریکی )آمپر( بر راندمان حذف COD و کدورت در نمودارهای 1 تا 4 آورده شده است. نمودار 4- تاثیر شدت جریان الکتریکی)آمپر( بر راندمان حذف COD و کدورت ph=9( زمان واکنش 60 دقیقه هدایت الکتریکی 2850( µs/cm نمودار 1- تاثیر تغییرات ph بر راندمان حذف COD و کدورت )زمان واکنش 30 دقیقه هدایت الکتریکیµs/cm 2850 شدت جریان الکتریکی 3 آمپر( نتایج حاصل از تاثیر تغییرات ph اولیه فاضالب ورودی زمان واکنش)دقیقه( و شدت جریان الکتریکی )آمپر( بر روی ph پساب خروجی از راکتور در نمودارهای 5 تا 7 آورده شده است. در ادامه نتیجه تاثیر شدت جریان الکتریکی)آمپر( بر روی حجم لجن تشکیل شده )ml/l( و شاخص حجمی لجن ( ml/g ) در فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی در نمودار 8 آورده شده است. نمودار 2- تاثیر زمان واکنش)دقیقه( بر راندمان حذف COD و کدورت ph=9( هدایت الکتریکی 2850 µs/cm شدت جریان الکتریکی 3 آمپر( نمودار 5- تاثیر تغییرات ph اولیه فاضالب ورودی بر روی ph پساب خروجی از راکتور با فرایند تلفیقی انعقاد و شناور سازی الکتریکی )زمان واکنش 30 دقیقه هدایت الکتریکی 2850 µs/cm شدت جریان الکتریکی 3 آمپر( نمودار 3- تاثیر غلظت کلرید سدیم )g/l( بر راندمان حذف COD و کدورت ph=9( زمان واکنش 60 دقیقه شدت جریان الکتریکی 3 آمپر( نمودار 6- تاثیر زمان واکنش)دقیقه( بر روی ph پساب خروجی از راکتور با فرایند تلفیقی انعقاد و شناور سازی الکتریکی ph=9( هدایت الکتریکی 2850 µs/cm شدت جریان الکتریکی 3 آمپر(

6 جلیلوند و همکاران/ 5 دوره 4. شماره 1. بهار 1395 نمودار 7- تاثیر شدت جریان الکتریکی)آمپر( بر روی ph پساب خروجی از راکتور با فرایند تلفیقی انعقاد و شناور سازی الکتریکی ph=9( هدایت الکتریکی 2850 µs/cm زمان واکنش 60 دقیقه( نمودار - 8 تاثیر شدت جریان الکتریکی)آمپر( بر روی حجم لجن تشکیل شده )ml/l( و شاخص حجمی لجن )ml/g( در فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی ph=9( زمان واکنش 60 دقیقه هدایت الکتریکی ) 2850 µs/cm بحث تاثیر ph ph به عنوان یک پارامتر مهم اثر قابل توجهی بر عملکرد فرایند ECF دارد [1]. مطابق نمودار 1 افزایش ph از 4 به ph واقعی فاضالب )6/5( منجر به کاهش و از ph واقعی فاضالب به 9 ph= منجر به افزایش کارآیی فرایند گردید. نتایج این مطالعه مشابه نتایج مسعودینژاد و همکاران در سال 2012 بر روی حذف رنگ از فاضالب صنایع نساجی پلی آکریلیک توسط فرایند انعقاد الکتریکی است به طوری که کارایی حذف COD در ph های 7 4 و 9 به ترتیب برابر و 46 درصد گزارش شده است [21]. این نتایج عکس نتایج میرجی و همکاران در سال 2015 بود که باالترین کارآیی حذف COD را در ph حدود 7 به علت استفاده از فاضالب سنتتیک لبنی )انحالل پودر شیرخشک در آب( فاصله بین الکترودها )cm1( اسید بوریک غلظت کلرید سدیم g/l( 5( ولتاژ) 8 ولت( و زمان واکنش )60 دقیقه( گزارش دادهاند [22]. همچنین نتایج این مطالعه عکس نتایج یاویوز و همکاران در سال 2011 بود که باالترین کارایی حذف COD را در ph واقعی فاضالب 6/5-7 نسبت به 5 ph= و 6 ph= به علت نوع مشخصات فاضالب صنعت لبنی مورد استفاده نوع الکترود آند مصرفی )آهن( استفاده از ترکیبات آب اکسیژنه و سولفات سدیم در فرایند انعقاد و شناورسازی الکتریکی گزارش دادهاند [23]. با توجه به نتایج حاصل از مطالعات میتوان گفت که تغییرات کارآیی فرایند در اثر تغییرات ph به ماهیت واکنش بین یونهای آلومینیوم و هیدروکسید وابسته است. هنگامی که ph مطالعه بین 4-9 باشد یونهای و گونههای متنوع مونومریک مانند و و گونههای پلیمریک مانند و و را تولید میکنند که سرانجام به غیر متبلور نامحلول از طریق کینتیک ترسیب/ پلیمریزاسیون تغییر شکل میدهند [24]. مساحت سطحی بزرگتری دارند که برای لختههای جذب ترکیبات آلی محلول و به دام انداختن ذرات کلوئیدی مفیدند [21]. مطالعات نشان داده است که در 4 ph= احتماال عوامل منعقد کننده موثر مانند و بیشتر است که منجر به کارآیی باالتر فرایند نسبت به ph فاضالب واقعی گردیده است. در ph فاضالب واقعی کارآیی حذف آالیندهها پایینتر است و دلیل آن احتماال" تراکم کمتر عوامل منعقد کننده به علت تشکیل باشد [25]. افزایش کارآیی محلول از حذف آالیندهها درpH=9 به دلیل تولید انواع مختلفی از گونههای منعقد کننده موثر میباشد که منجر به افزایش کارآیی فرایند نسبت به ph فاضالب واقعی شده است [ 21 ].در زمان واکنش 30 دقیقه با ph برابر 4 واقعی فاضالب )6/5( و 9 به ترتیب 99/76 98 /42 و 97/37 درصد از کدورت طی فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی حذف شد. این نتایج مطابق با نتایج شیوا یوقیمات و همکاران در سال 2015 است که باالترین راندمان حذف کدورت را در ph=7 داشتند [26]. بنابراین میتوان گفت که فرایند ECF با الکترود آلومینیوم در ph هایی با محدوده قلیایی برای این نوع فاضالبها موثرتر است. تاثیر زمان واکنش مطابق با قانون فارادی با افزایش زمان الکترولیز غلظت یونهای تولیدی و در نتیجه لختههای هیدروکسید افزایش مییابد و به این ترتیب انعقاد شکل میگیرد [27]. مطابق نمودار 2 با افزایش زمان واکنش از 10 به 60 دقیقه کارآیی حذف COD از 45/72 درصد به 71/86 درصد افزایش مییابد. این نتایج مشابه نتایج میرجی و همکاران در سال 2015 بود که نشان دادند با افزایش زمان واکنش از

7 6/ فصلنامه بهداشت در عرصه کارآیی انعقاد و شنا ور سازی الکتریکی در تصفیه فاضالب لبنی 5 به 30 دقیقه راندمان حذف COD از 30 درصد به 88/54 درصد افزایش مییابد [22]. همچنین افزایش زمان واکنش منجر به افزایش کارآیی فرایند حذف کدورت گردید. این نتایج مطابق با نتایج شیوا یوقیمات و همکاران در سال 2015 است که نشان دادند با افزایش زمان راندمان حذف کدورت افزایش مییابد به طوری که از زمان 15 دقیقه به 75 دقیقه بر روی نمونه فاضالب واقعی راندمان 92/2 درصد حاصل شد [26]. تاثیر هدایت الکتریکی اثر نوع و غلظت الکترولیت در کارایی فرایند ECF به طور گستردهای مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از کلرید سدیم برای افزايش هدايت الکتريکی محيط اغلب نسبت به ترکیبات دیگر همانند کلريد پتاسيم نيترات سديم نيتريت سديم و... برتری دارد [28] زیرا یونهای کلراید اثرات نامطلوب آنیونهای دیگر مانند را با جلوگیری از رسوب یونهای کلسیم موجود در فاضالب کاهش میدهند بدلیل رسوب سولفاتها و کربناتها در سطح الکترود باعث کاهش راندمان فرایند میشود. در واقع رسوب به شکل یک الیه عایق در سطح الکترود باعث مهار انحالل فلز میشود. در یک شدت جریان الکتریکی ثابت اثر افزایش غلظت الکترولیت کاهش ولتاژ بین الکترودها است. بر اساس مطالعه هانگ و همکاران در سال Al(OH) 3 میتواند 2008 یونهای کلرور در محلولهای حاوی AlCl 3 Al(OH)Cl 2 و Al(OH) 2 گونههای متوسطی از Cl AlCl 4 در حضور یون کلرور بیش را تشکیل دهد. تشکیل یون ازحد کمک به انحالل گونههای Al(III) مینماید. بنابراین مقدار گونههای آلومینیوم قابل دسترس برای فرایند انعقاد کاهش یافته و بنابراین منجر به کاهش راندمان تصفیه میشود [29 30]. نتایج نمودار 3 نشان ميدهد که با افزایش کلرید سدیم جهت افزایش هدایت الکتریکی فاضالب راندمان حذف COD در شرایط هدایت الکتریکی واقعی فاضالب µs/cm( 2850 و بدون افزودن کلرید سدیم( و افزودن 1/5 g/l کلرید سدیم به نمونه واقعی فاضالب به ترتیب از 70/9 درصد به 62/72 درصد کاهش یافت. مطابق مطالعه بنسادوک و همکاران در سال 2011 بر روی فاضالب سنتتیک لبنی با استفاده از ترکیب الکترودهای آلومینیوم و پالتین/ تیتانیوم نتایج مشابهی حاصل شد به نحوی که در مطالعه بنسادوک و همکاران در سال 2011 افزایش کلرید سدیم به نمونه فاضالب تا غلظت خاصی )از 0/5 به 1/5( g/l منجر به افزایش راندمان حذف COD شده است و افزایش بیشتر کلرید سدیم از غلظت خاص )از 1/5 به 2( g/l به نمونه فاضالب منجر به کاهش راندمان حذف COD شده است. علت این افزایش و کاهش در راندمان حذف COD مرتبط با تاثیر مثبت و منفی کلرید سدیم است. اثر مثبت غلظت کلرید سدیم سرعت انحالل الکترود آلومینیوم توسط خوردگی شیمیایی و الکتروشیمیایی را افزایش میدهد و اثر منفی کلرید سدیم در غلظتهای باالتر با انحالل گونههای Al(III) توسط یونهای کلرور همراه است [30]. جهت تایید نتایج حاصله و بررسی بیشتر تکرار آزمایشات انجام شد. در مرحله تکرار آزمایشات جهت حذف بیشتر عوامل مداخله کننده در آزمایش COD مانند یونهای کلرور به علت افزایش غلظت کلرید سدیم g/l( 1/5( به نمونه فاضالب واقعی و متعاقبا افزایش غلظت یونهای کلرور با هدف جلوگیری از ترکیب یونهای کلرور با نقره و دی کرومات در آزمایش COD و ایجاد خطا در نتیجه آزمایش از 3 برابر مقدار استاندارد سولفات جیوه مصرفی در آزمایش COD استفاده شد. تحت این شرایط راندمان حذف COD در شرایط هدایت الکتریکی واقعی فاضالب )بدون افزودن کلرید سدیم( و افزایش غلظت کلرید سدیم g/l( 1/5( به نمونه فاضالب واقعی به ترتیب از 70/9 به 65/45 درصد کاهش یافت. علت کاهش راندمان را میتوان به تاثیر منفی کلرید سدیم در غلظتهای باالتر جستجو نمود که پیشتر بحث گردید. همچنین در این مرحله با افزایش غلظت کلرید سدیم راندمان حذف کدورت از 99/08 درصد به 92/33 درصد کاهش یافت. اين نتيجه با نتايج مطالعه کوشواها و همکاران در سال 2010 که با هدف بررسی حذف مواد آلی از فاضالب صنايع لبنی با روش تصفيه الکتروشيمی انجام گرفت مطابقت دارد [31]. بنابراین انجام فرآیند )بر روی فاضالب واقعی صنایع لبنی( نیازمند افزودن کلرید سدیم برای ایجاد تغییرات هدایت الکتریکی به این فاضالب نیست و این نکته از نظر اقتصادی و عدم توليد حجم بیشتر لجن شیمیایی حایز اهمیت است. تاثیر شدت جریان الکتریکی مطابق قانون فارادی تولید یونهای آلومینیوم درحذف COD به شدت جریان و زمان واکنش وابسته است. شدت جریان الکتریکی به عنوان مهمترین پارامتر عملیاتی تعیین کننده میزان دز فلز الکتروشیمیایی به آب و تراکم تولید حباب الکترولیتی است [32 33]. سطوح براق مانند استیل ضد زنگ بهترین حبابها را از نظر اندازه و شار تولید میکند که نقش مهمی در شناورسازی ذرات با اندازههای مختلف ایفا میکند به طوری که با افزایش شدت جریان اندازه حباب گاز کاهش مییابد [33]. بنابراین با کاهش اندازه و افزایش تراکم حباب گاز بهترین راندمان در فرایند شناورسازی الکتریکی حاصل میشود [34]. مطابق نتایج نمودار 4 با افزایش شدت جریان الکتریکی راندمان حذف آالینده افزایش مییابد به گونهای که کمترین میزان حذف COD و کدورت در شدت جریان الکتریکی 0/25 آمپر به ترتیب 57/51 و 96/82 درصد و بیشترین میزان حذف COD و

8 جلیلوند و همکاران/ 7 دوره 4. شماره 1. بهار 1395 کدورت در شدت جریان الکتریکی 5 آمپر به ترتیب 67/97 و 99/63 درصد حاصل شد. اين نتيجه با نتايج مطالعه امام جمعه و همکاران در سال 2009 مطابقت دارد که با هدف بررسی حذف آالیندهها توسط فرایندهای انعقاد الکتریکی انعقاد و شناورسازی الکتریکی انجام گرفت [18]. مطابق نمودار 8 افزایش شدت جریان الکتریکی از 0/25 آمپر به 5 آمپر حجم لجن به ترتیب 62/5 و 210 میلیلیتر بر لیتر و شاخص حجمی لجن به ترتیب 232/8 و 547/82 میلی لیتر بر گرم حاصل شد. اما بر اساس مطالعه گولتیک و همکارش در سال 2012 شاخص حجمی لجن با تهنشینی خوب در شدت جریان الکتریکی 3 آمپر معادل 89/01 میلی لیتر بر گرم آنالیز شد [35]. تغییرات ph پساب خروجی مطابق با نتایج نمودار 5 مقدار 3/16 1/96 و 0/86 واحد به مقادیر ph اولیه در طی فرایند انعقاد و شناورسازی الکتریکی با زمان واکنش 30 دقیقه و شدت جریان 3 آمپر افزوده گردید. افزایش ph خروجی در محیط اسیدی ph=4( ) و واقعی فاضالب )6/5( به دلیل تولید تدریجی گاز هیدروژن در اطراف الکترود کاتد و تشکیل یون است. افزایش ph خروجی در محیط قلیایی به مقدار کم Al(OH) 3 در اطراف الکترود آند است که باعث ناشی از تشکیل آزاد شدن و کاهش ph میشود یا میتواند ناشی از تشکیل رسوبات هیدروکسید سایر کاتیونها باشد که قلیائیت را مصرف میکنند [21]. بر اساس نتایج نمودار 6 با افزایش زمان از 30 به 60 دقیقه مقدار 1/6 واحد نسبت به ph اولیه محلول افزوده میشود که با افزایش زمان تولید یون هیدروکسیل در کاتد افزایش مییابد و این عامل باعث افزایش ph پساب میگردد. مطابق با نتایج نمودار 7 افزایش شدت جریان الکتریکی از 0/25 به 5 آمپر به ترتیب مقدار 0/22 و 1/3 واحد به ph اولیه محلول افزوده میشود. نتایج این مطالعه با نتایج مطالعه انجام شده توسط رویز در سال 2012 که در آن ph پساب طی فرایند انعقاد الکتریکی بر روی فاضالب صنایع لبنی با افزایش 1/5-2 واحد و همچنین مطالعات براهمی و همکاران در سال 2015 مطابقت داشت [36 37]. نتیجه گیری تصفیه فاضالب صنعتی کارخانه فرآوری محصوالت لبنی هموطن دماوند با استفاده از الکترودهای آلومینیوم به عنوان آند و الکترود استیل به عنوان کاتد در یک فرایند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی در راکتور الکتروشیمیایی با جریان منقطع مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر میزان کارآیی فرایند نشان داد که ph محلول شدت جریان الکتریکی و زمان واکنش از پارامترهای موثر بر کارآیی حذف COD و کدورت است. محدوده شرایط عملیاتی بهینه به منظور دستیابی به بیشترین کارآیی حذف در 9 ph= شدت جریان الکتریکی 3 آمپر و زمان واکنش 60 دقیقه حاصل شد که در این شرایط راندمان حذف COD و کدورت به ترتیب 70/9 و 99/08 درصد و افزایش 1/6 واحد در ph پساب خروجی از راکتور نسبت به ph ورودی به راکتور و شاخص حجمی لجن 89/01 ml/g حاصل شد. در مجموع با توجه به نتایج کسب شده میتوان اظهار داشت که این فرایند میتواند به عنوان یک روش سازگار با محیط زیست در تصفیه فاضالب کارخانه فرآوری محصوالت لبنی به منظور کاهش غلظت آالیندهها و آمادگی آن برای ورود به سایر واحدهای تصفیه مانند واحد بیولوژیکی به BOD 5 از 0/41 )فاضالب خام( به علت افزایش نسبت /COD 0/79 )پساب( با لحاظ نمودن جنبههای اقتصادی مطرح شود. تشکر و قدردانی این مقاله حاصل بخشی از نتایج پایان نامه تحت عنوان بررسی کارآیی فرآیند تلفیقی انعقاد و شناورسازی الکتریکی در تصفیه فاضالب یک کارخانه فرآوری محصوالت لبنی در مقطع کارشناسی ارشد در سال 1394 است که با حمایت مالی مرکز تحقیقات کنترل عوامل زیان آور محیط و کار دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی در آزمایشگاه شیمی گروه مهندسی بهداشت محیط اجرا شده است. نویسندگان از ریاست محترم مرکز تحقیقات کنترل عوامل زیان آور محیط و کار مدیر محترم گروه بهداشت محیط دانشکده و همچنین پرسنل آزمایشگاه مذکور تشکر و قدردانی مینمایند. References 1. Demirel B, Yenigun O, Onay TT. Anaerobic treatment of dairy wastewaters: A review. Process Biochemistry 2005; 40(8): Balannec B, Vourch M, Rabiller-Baudry M, Chaufer B. Comparative study of different nanofiltration and reverse osmosis membranes for dairy effluent treatment by dead-end filtration. Separation and Purification

9 8/ فصلنامه بهداشت در عرصه کارآیی انعقاد و شنا ور سازی الکتریکی در تصفیه فاضالب لبنی Technology 2005; 42(2): Hamdani A, Mountadar M, Assobhei O. Comparative study of the efficacy of three coagulants in treating dairy factory waste water. International journal of dairy technology 2005; 58(2): Chimenos J, Fernandez A, Hernandez A, Haurie L, Espiell F, Ayora C. Optimization of phosphate removal in anodizing aluminium wastewater. Water research 2006; 40(1): Bazrafshan E, Moein H, Kord Mostafapour F, Nakhaie Sh. Application of electrocoagulation process for dairy wastewater treatment. Journal of Chemistry 2012; Rico JL, Garcίa H, Rico C, Tejero I. Characterisation of solid and liquid fractions of dairy manure with regard to their component distribution and methane production. Bioresource Technology 2007; 98(5): Bayramoglu M, Eyvaz M, Kobya M. Treatment of the textile wastewater by electrocoagulation economical evaluation. Chemical Engineering Journal 2007; (128): Sharma AK, Chopra AKJ. Influence of operating conditions on the electrolytic treatment for the removal of color, TSS, hardness and alkalinity using Al-Al electrode combination. Journal of Applied & Natural Science 2014; 6(1): Bazrafshan E, Mahvi AH, Zazouli MA. Textile wastewater treatment by electrocoagulation process using aluminum electrodes. Iranian Journal of Health Sciences 2014; 2(1): Yetilmezsoy K, Ilhan F, Sapci-Zengin Z, Sakar S, Gonullu MT. Decolorization and COD reduction of UASB pretreated poultry manure wastewater by electrocoagulation process: A post-treatment study. Journal of Hazardous Materials 2009; 162(1): Ilhan F, Kurt U, Apaydin O, Gonullu MT. Treatment of leachate by electrocoagulation using aluminum and iron electrodes. Journal of Hazardous Materials 2008; 154(1-3): Drouiche N, Ghaffour N, Lounici H, Mameri M. Electrocoagulation of chemical mechanical polishing wastewater. Desalination 2007; 214(1-3): Parga JR, Cocke DL, Valenzuela JL, Gomes JA, Kesmez M, Irwin G, Moreno H, Weir H. Arsenic removal via electrocoagulation from heavy metal contaminated groundwater in La Comarca Lagunera México. Journal of Hazardous Materials 2005; 124(1-3): Chen X, Chen G, Yue PL. Separation of pollutants from restaurant wastewater by electrocoagulation. Separation and Purification Technology 2000; (19): Kim TH, Park C, Shin EB, Kim S. Decolorization of disperse and reactive dyes by continuous electrocoagulation process. Desalination 2002; (150): Inan H, Dimoglo A, Simsek H, Karpuzcu, M. Olive oil mill wastewater treatment by means of electrocoagulation. Separation and Purification Technology 2004; (36): Wang JP, Chen YZ, Ge XW, Yu HQ. Optimization of coagulation flocculation process for a paper-recycling

10 جلیلوند و همکاران/ 9 دوره 4. شماره 1. بهار 1395 wastewater treatment using response surface methodology. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2007; (302): Emamjomeh MM, Sivakumar M. Review of pollutants removed by electrocoagulation and electrocoagulation/ flotation processes. Journal of Environmental Management 2009; 90(5): Escobar C, Soto-Salazar C, Ine s Toral M. Optimization of the electrocoagulation process for the removal of copper, lead and cadmium in natural waters and simulated wastewater. Journal of Environmental Management 2006; 81(4): APHA, AWWA, WEF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 22th ed. Washington DC: American Public Health Association Massoudinejad MR, Yazdanbakhsh AR, Sharifi Maleksari H. Investigation of electrocoagulation process efficiency for color removal from polyacrylic textile industrial wastewater. Journal of water and wastewater 2013; (4):40-48 (In Persian). 22. Mirji G, KalburgiP B. Aplication of electrocoagulation mechanism for COD removal of dairy wastewater. Proceedings of the 9th IRF International Conference 2015 Dec. 27; Hyderabad, India. 23. Yavuz Y, Ocal E, Koparal AS, O g utveren UB. Treatment of dairy industry wastewater by EC and EF processes using hybrid Fe Al plate electrodes. Journal of Chemical Technology & Biotechnology 2011; 86(7): Merzouk, B, Gourich B, Sekki A, Madani, K.,Vial Ch, and Barkaoui M. Studies on the decolorization of textile dye wastewater by continuous electrocoagulation process. Chemical Engineering Journal 2009; (149): Cerqueira A, Russo, C and Marques, MRC. Electroflocculation for textile wastewater treatment. Brazilian Journal of Chemical Engineering 2009; 26(4): Shivayoghimat Cb, Praveen Meti. Electrochemical treatment of dairy effluents using aluminum electrodes. Proceedings of the 14th IRF International Conference 2015 May. 31; Bengaluru, India. P: Takdastan A, Azimi AA, Salari Zh. The use of electrocoagulation process for removal of turbidity, COD, detergent, and phosphorus from carwash effluent. Journal of water and wastewater 2012; (3):19-25 (In Persian). 28. Shalaby A, Nassef E, Mubark A, Hussein M. Phosphate removal from wastewater by electrocoagulation using aluminium electrodes. American Journal of Environmental Engineering and Science 2014; 1(5): Gunukulayt S. Electrocoagulation/flotation treatment of synthetic surface water [dissertation]. College of Graduate Studies: Jawaharlal Nehru Technological University, India Bensadok K, El Hanafi N, Lapicque F. Electrochemical treatment of dairy effluent using combined Al and Ti/Pt electrodes system. Desalination 2011; 280(1): Kushwaha JP, Srivastava VC, Mall ID. Organics removal from dairy wastewater by electrochemical treatment and residue disposal. Separation and Purification Technology 2010; 76(2):

11 10/ فصلنامه بهداشت در عرصه کارآیی انعقاد و شنا ور سازی الکتریکی در تصفیه فاضالب لبنی 32. Kabdaşlı I, Arslan-Alaton I, Ölmez-Hancı T, Tünay O. Electrocoagulation applications for industrial wastewaters: A critical review. Environmental Technology Reviews 2012; 1(1): Chen G. Electrochemical technologies in wastewater treatment. Separation and Purification Technology 2004; 38(1): Janpoor F, Torabian A, Khatibikamal V. Treatment of laundry waste water by electrocoagulation. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 2011; 86(8): Goletic S, Avdic N. The cellulose and paper industry wastewater treatment. Bulletin of the Chemists and Technologists of Bosnia and Herzegovina 2012; (39): Ruiz AA. Effects of ph and conductivity in water electrocoagulation waste from the dairy industry. Cleaner Production 2012; 7(1): Brahmi Kh, Bouguerra W, Hamrouni B, Elaloui E, Loungou M, Tlili Z. Investigation of electrocoagulation reactor design parameters effect on the removal of cadmium from synthetic and phosphate industrial wastewater. Arabian Journal of Chemistry 2015; 1-12.(In Press)