جلد 18، شماره 7 - ( 6-1398 )                   جلد 18 شماره 7 صفحات 623-636 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Zareimahmoudabady T, Talebi P, Ehrampoush M, Jalili M. Optimization of Coagulation and Flocculation Process in Wastewater Treatment of the Food Industry: A Laboratory Study. JRUMS. 2019; 18 (7) :623-636
URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-4437-fa.html
زارعی محمودآبادی طاهره، طالبی پروانه، احرامپوش محمد حسن، جلیلی ماهرخ. بهینه‌سازی فرآیند انعقاد و لخته سازی در تصفیه فاضلاب صنایع غذایی: یک مطالعه آزمایشگاهی. مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان. 1398; 18 (7) :623-636

URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-4437-fa.html


علوم پزشکی یزد
متن کامل [PDF 475 kb]   (117 دریافت)     |   چکیده (HTML)  (345 مشاهده)
متن کامل:   (80 مشاهده)
مقاله پژوهشی
مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان
دوره 18، مهر 1398، 636-623
 
بهینه‌سازی فرآیند انعقاد و لخته سازی در تصفیه فاضلاب صنایع غذایی: یک مطالعه آزمایشگاهی
 
طاهره زارعی محمودآبادی[1]، پروانه طالبی[2]، محمد حسن احرامپوش[3]، ماهرخ جلیلی[4]
 
دریافت مقاله: 97/7/97   ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 14/8/97    دریافت اصلاحیه از نویسنده: 15/12/97       پذیرش مقاله: 28/1/98

زمینه و هدف: فاضلابهای صنایع غذایی دارای بار آلودگی بالایی می­باشد که در نتیجه مصرف آب در مراحل مختلف، تولید می­گردد. در صورت عدم مدیریت و نظارت کافی بر تصفیه فاضلاب صنایع غذایی، می­تواند به عنوان یک منبع آلاینده محیط زیستی محسوب شود. هدف این مطالعه بهینه‌سازی فرآیند انعقاد و لخته سازی برای تصفیه فاضلاب صنایع غذایی بود.
مواد و روش­ها: مطالعه حاضر از نوع آزمایشگاهی بود. در این مطالعه از سولفات آلومینیوم و پلی‌آلومینیوم کلراید به عنوان منعقدکننده و از پلی‌الکترولیت­های کاتیونی C-270 و آنیونی A-300 به عنوان کمک منعقدکننده استفاده شد. سپس بهینه‌سازی پارامترهای pH (5/10- 5/4)، غلظت منعقدکننده (800-300 میلی­گرم بر لیتر) و کمک منعقدکننده (8-3 میلی­گرم بر لیتر) با محاسبه راندمان حذف کدورت، کل جامدات معلق و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج حاصله با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون آنالیز گردید.
یافتهها: نتایج نشان داد که در pH بهینه برابر با 5/8، غلظت 600 میلی­گرم بر لیتر پلی‌آلومینیوم کلراید در ترکیب با 5 میلی­گرم بر لیتر از پلی‌الکترولیت کاتیونی C-270 راندمان حذف برای کدورت، TSS و COD به ترتیب 75/98، 5/98 و 4/82 درصد بود.
نتیجهگیری: می­توان نتیجه گرفت که فرآیند انعقاد و لختهسازی با استفاده از پلی‌کلرید آلومینیوم و پلی‌الکترولیتهای کاتیونی C-270 کارایی مناسبی در تصفیه پساب با این شرایط را دارد و با کاهش مواد آلی می­تواند به عنوان یک مرحله پیش تصفیه قبل از تصفیه بیولوژیکی به کار رود.
واژه­های کلیدی: بهینه‌سازی، انعقاد، صنایع غذایی، سولفات آلومینیوم، پلی‌آلومینیوم کلراید، پلی‌الکترولیت

 
 
مقدمه
صنایع تولید مواد غذایی، جزء صنایعی هستند که آب در چرخش فعالیت آن­ها نقش اساسی دارد. از دغدغه­های مهم کارخانهجات تهیه مواد غذایی، تأمین آب کافی و مناسب میباشد ]2-1[.
اهم مصرف آب در صنایع غذایی شامل شست‌وشوی مواد خام، شست‌وشو و نظافت تجهیزات، سالن تولید و وسایل کار است ]3[. در نتیجه حجم زیادی فاضلاب تولید می­شود که از لحاظ کمیت و کیفیت به مقدار قابل توجهی متغیر می‌باشد ]5-4[.
فاضلاب تولیدی از صنایع غذایی حاوی مقادیر زیادی از جامدات معلق، چندین فرم شیمیایی نیتروژن، چربی‌ها، پروتئین ها، روغن ها و انواع مواد آلی، فسفر، کلر و سایر مواد شیمیایی مورد استفاده در تمیز کردن و اهداف بهداشتی میباشد ]7-6[.
فاضلاب صنایع غذایی در مقایسه با فاضلاب شهری دارای غلظت بالایی از مواد آلی و مغذی می­باشد ]8[. به طوریکه پارامترهای COD (Chemical Oxygen Demand) و BOD5 (Biological Oxygen Demand) برای فاضلاب صنایع غذایی 10 یا حتی 100 برابر بیشتر از فاضلاب شهری است ]9[.
به منظور تصفیه فاضلاب صنایع غذایی روش­های مختلفی می­تواند مورد استفاده قرار بگیرد. به کارگیری هر یک از این روش­ها به عوامل مختلفی مانند نوع صنعت، حجم و مشخصات فاضلاب تولید شده و سطح تکنولوژی موجود بستگی دارد. از جمله روش­های تصفیه فاضلاب صنایع غذایی می­توان به روش­های فیزیکوشیمیایی ]10[، فرایندهای غشایی ]11[ و روش­های بیولوژیکی هوازی و بی‌هوازی ]12[ اشاره کرد. هر کدام از این روش­ها دارای معایب و مشکلاتی می­باشند. فرآیندهای غشایی در مقیاس بزرگ بسیار گران هستند ]11[ و از جمله معایب روش­های بیولوژیکی شامل مصرف بالای انرژی، هزینه بالا و نیاز به زمین وسیع می­باشد ]21-13[. فرآیند انعقاد و لخته سازی در میان روشهای فیزیکی و شیمیایی به طور گسترده در تصفیه فاضلاب صنایع برای حذف جامدات معلق و مواد کلوئیدی مورد استفاده قرار میگیرد. در برخی موارد از فرآیند انعقاد و لختهسازی برای بهبود تصفیهپذیری فاضلاب نیز به کار برده می­شود ]14[.
تعداد زیادی از مواد شیمیایی ممکن است به عنوان منعقدکننده به کار روند تا از طریق کاهش نیروهایی که کلوئیدها را از هم دور نگه می­دارد سوسپانسیون را ناپایدار نمایند. این کاهش بار برای لخته سازی ضروری است
]16-15[.
آن­ها هم از لحاظ اقتصادی و تکنیکی قابل صرفه هستند. در حال حاضر سولفات آلومینیم و پلی‌آلومینیوم کلراید رایجترین منعقد کننده­های مورد استفاده در زمینه تصفیه فاضلابهای صنعتی می­باشند که در ترکیب با پلیالکترولیتهای مختلف گزارش شدهاند ]17[. شکل 1 شماتیک کلی فرآیند انعقاد لختهسازی و ته‌نشینی فاضلاب را نشان میدهد.
Screenshot (21)
شکل 1- شماتیک فرآیند انعقاد شیمیایی ]18[
پلی‌الکترولیت­ها در مرحله لخته سازی، عملیات ناپایدارسازی را از طریق جذب در سطح ذره کلوئیدی و ایجاد پل‌های اتصالی ذره- پلیمر- ذره انجام می‌دهند ]19[. از پلیالکترولیتها به عنوان کمک منعقد کننده جهت بهبود عملکرد منعقدکننده‌ها می‌توان استفاده نمود. کمک منعقدکننده‌ها با ایجاد پل بین ذرات ریز لخته‌ حاصل از کار منعقدکننده‌ها، آن­ها را به صورت لخته‌های درشت و سنگین در آورده، عمل ته‌‌‌نشینی را سرعت می‌بخشند ]20[.
از جمله مطالعات انجام شده در زمینه تصفیه فاضلاب صنایع غذایی می­توان به مطالعه Amuda و همکاران که تحت عنوان تصفیه فاضلاب صنایع آشامیدنی با استفاده از ترکیب کلراید فریک و پلی‌الکترولیت غیریونی انجام شد، نام برد. آن­ها در pH بهینه برابر ­9 با اضافه کردن 300 میلی‌گرم کلرید فریک به راندمان حذف 95 و 97 درصد به ترتیب برای  CODو TSS دست یافتند. در ادامه با اضافه کردن 25 میلی‌گرم پلی‌الکترولیت به 100 میلی‌گرم کلرید فریک، راندمان حذف 91 و 97 درصد به ترتیب برای COD و TSS بهدست آمد ]21[. همچنین Azimi در بررسی عملکرد فرآیند لجن فعال تلفیقی با بستر ثابت در تصفیه فاضلاب صنایع غذایی شهرک صنعتی آمل تحت شرایط راهبری موجود در تصفیه خانه، راندمان حذف بین 98 تا 99 درصد برای COD به‌دست آمد ]22[.
بنابراین تصفیه فاضلاب صنایع غذایی دارای اهمیت بسیار زیادی است، نه تنها برای جلوگیری از مشکلات زیست محیطی و تأمین شرایط بهداشتی برای زندگی مردم و حفظ و ارتقاء سلامتی آن­ها بلکه با استفاده مجدد از پساب تصفیه شده میتوان در کاهش مصرف آب در صنایع غذایی گام مؤثری برداشت. لذا این مطالعه با هدف تعیین شرایط بهینه برای فرآیند انعقاد و لخته سازی با استفاده از منعقدکننده‌های سولفات آلومینیوم و پلی‌آلومینیوم کلراید به همراه پلیالکترولیت­های کاتیونی C-270 و آنیونی A-300 به عنوان کمک منعقدکننده برای تصفیه فاضلاب صنایع غذایی انجام شد.
مواد و روشها
این پژوهش از نوع تجربی آزمایشگاهی بود که در سال 1396 انجام شد. برای انجام این پژوهش، کارخانه صنایع غذایی آرمیتا واقع در شهر یزد به منظور نمونه برداری انتخاب گردید. مواد غذایی تولیدی در این کارخانه شامل: انواع مختلف سالاد الویه (گوشت، مرغ و کالباس)، سالاد فصل و خوراک سوسیس می­باشد. محل برداشت نمونه از حوضچه جمعآوری فاضلاب خروجی از خط تولید به صورت مرکب و در طول یک شیفت کاری انجام گرفت. نمونههای جمع‌آوری شده با حفظ زنجیره سرما (4 درجه سانتیگراد) به آزمایشگاه انتقال داده شد و سپس آزمایشات بر اساس روش­های ارائه شده در کتاب استاندارد متد جهت انجام آزمایشات آب و فاضلاب انجام شد ]23[.
نمونههای فاضلاب برای تعیین pH، هدایت الکتریکی (Electrical conductivity)، کل جامدات معلق (Total suspended solids)، کل جامدات محلول (Total dissolved solids)، کدورت، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی پنج روزه (BOD5) مورد بررسی قرار گرفتند. pH و EC فاضلاب با استفاده از مولتی پارامتر HACH مدل HQ40 ساخت آمریکا، TSS و TDS بر اساس روش وزن سنجی که در بخش روشهای 2540-D و 2540-C استاندارد توضیح داده شده است. اندازهگیری COD به روش هضم برگشتی باز (Open Reflux Method) بخش 5220-B استاندارد متد انجام شد. سنجش BOD5 نیز با روش 5220-D صورت گرفت ]23[.
در این مطالعه اسیدکلریدریک و هیدروکسید سدیم یک نرمال ساخت مرک آلمان جهت تنظیم pH مورد استفاده قرار گرفتند. از منعقدکنندههای سولفات آلومینیوم و پلی‌آلومینیوم کلراید ساخت شرکت مرک آلمان به عنوان منعقدکننده و پلیمرهای کاتیونی C-270 و آنیونی A-300 ساخت شرکت AquaTech سوئیس به عنوان کمک منعقدکننده استفاده شدند. محلول 10 درصد از هر منعقدکننده و 1/0 درصد از هر کمک منعقدکننده آماده گردید و به جارتست در غلظتهای مورد نیاز تزریق شد.
مراحل بهینه‌سازی آزمایشات با استفاده از دستگاه جارتست ساخت شرکت HACH کشور آمریکا (مدل 402-7790) انجام شد. بعد از خارج کردن نمونه از یخچال با دمای 4 درجه سانتی گراد به مدت چند ساعت در درجه حرارت آزمایشگاه قرار گرفت تا به دمای محیط برسد. تمام آزمایشات در دمای اتاق (ºC 2±21) انجام شد. جهت بهینه‌سازی pH، دوز منعقدکننده و دوز کمک منعقدکننده آزمایشات در سه مرحله انجام گرفت.
مرحله اول: در ابتدا جهت تعیین pH بهینه، نمونه­هایی از مقادیر مساوی فاضلاب با استفاده از هیدروکسید سدیم و اسید کلریدریک یک نرمال، pH آن­ها بر روی (5/4، 5/5، 5/6، 5/7، 5/8 ، 5/9 و 5/10) تنظیم گردید. سپس غلظت ثابتی از منعقدکننده مورد نظر) 400 میلی­گرم بر لیتر) به آن­ها  افزوده و  به کمک دستگاه جارتست به هم زده شد و در پایان اختلاط 30 دقیقه زمان ته نشینی برای نمونهها در نظر گرفته و سپس pH بهینه با سنجش راندمان حذف برای پارامترهای کدورت، TSS و COD برای هر نمونه تعیین گردید.
مرحله دوم: به نمونه­­ها با pH بهینه به‌دست آمده از مرحله قبل، غلظت­های مختلف ‌منعقدکننده (300، 400، 500، 600 ، 700 و 800 میلی­گرم بر لیتر) به صورت همزمان افزوده شد سپس با سنجش راندمان حذف برای پارامترهای کدورت، TSS، COD میزان غلظت بهینه‌ تعیین گردید.
مرحله سوم: در این مرحله به نمونه­های فاضلاب با شرایط بهینه بهدست آمده از قبل (pH و غلظت بهینه منعقدکننده)، غلظت­های مختلفپلی‌الکترولیت­های کاتیونی C-270 و آنیونی A-300 (3، 4، 5، 6، 7 و 8 میلی­گرم بر لیتر) به طور جداگانه به نمونه­ها اضافه شد و غلظت بهینه با توجه به پارامترهای نامبرده مشخص گردید. در این مطالعه، سرعت و زمان اختلاط برای اختلاط سریع و اختلاط آرام به ترتیب 100 دور در دقیقه به مدت 60 ثانیه و 40 دور در دقیقه به مدت 30 دقیقه در نظر گرفته شد ]24[.
رسم نمودارها با استفاده از نرمافزار اکسل 2013 انجام شد. تجزیه و تحلیل داده­ها با SPSS نسخه 23 با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون (Pearson) انجام شد. سطح معنیداری در آزمون، 05/0 در نظر گرفته شد.
نتایج
میانگین پارامترهای فیزیکی-شیمیایی فاضلاب خام صنعت غذایی مورد استفاده در این تحقیق در جدول 1 ارائه شده است.
 
جدول 1- خصوصیات فاضلاب صنعت غذایی مورد مطالعه در این تحقیق
پارامترها واحد میانگین انحراف معیار
pH _ 2/3 15/1
هدایت الکتریکی (EC) µS/cm 33000 700
کل جامدات محلول (TDS) mg/L 16550 39/95
کدورت NTU 1200 100
کل جامدات معلق (TSS) mg/L 1325 05/75
اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) mg/L 24250 2/808
اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (BOD5) mg/L 11100 3/353
 
 
نمودارهای 1 و 2 نتایج حاصل از آزمایشات تأثیر pH در فرآیند انعقاد و لختهسازی بر راندمان حذف کدورت، TSS و COD با استفاده از منعقدکننده­های سولفات آلومینیوم و پلیآلومینیوم کلراید را نشان می­دهد. با آنالیز نتایج به‌دست آمده مشخص می­گردد که با افزایش pH راندمان حذف آلاینده­های مورد نظر افزایش داشته است. این افزایش تا pH برابر 5/8 برای آلاینده­های مورد بررسی به حداکثر مقدار خود می­رسد. در مورد استفاده از سولفات آلومینیوم با افزایش pH، راندمان حذف برای کدورت و TSS یه افزایش جزئی و برای COD روند نزولی و برای پلیآلومینیوم کلراید با افزایش pH، راندمان حذف برای کدورت، TSS و COD روند نزولی مشاهده میگردد. به طوری که حداکثر راندمان حذف کدورت، TSS و COD در pH برابر 5/8 برای سولفات آلومینیوم (غلظت400 میلیگرم بر لیتر) به ترتیب 4/71، 4/66 و 2/50 درصد و برای پلی‌آلومینیوم کلراید (غلظت 400 میلی­گرم بر لیتر) به ترتیب 3/83، 18/82 و 56 درصد به‌دست آمد.
ضریب همبستگی بین متغیر pH با متغیرهای کدورت، TSS و COD با استفاده از سولفات آلومینیوم به ترتیب (83/0 =r، 02/0 =p)، (78/0 =r،03/0 =p)، (85/0= r، 01/0 =p) و با استفاده از پلی‌آلومینیوم کلراید  (89/0= r، 007/0 =p)، (89/0= r، 007/0 =p)، (86/0= r، 01/0 =p) به ترتیب به‌دست آمد که نشان دهنده معنیدار بودن رابطه بین pH و راندمان حذف کدورت، TSS و COD برای هر دو منعقد کننده میباشد.
 

نمودار 1- تأثیر مقادیر مختلف pH بر راندمان حذف کدورت، TSS و COD توسط سولفات آلومینیوم به عنوان منعقدکننده غلظت ثابت برای منعقدکننده = 400 میلی‌گرم بر لیتر)
 

نمودار 2- تأثیر مقادیر مختلف pH  بر راندمان حذف کدورت، TSS و COD توسط پلی‌آلومینیوم کلراید  به عنوان منعقدکننده (غلظت ثابت برای منعقدکننده = 400 میلی‌گرم بر لیتر)
غلظت بهینه منعقدکننده به عنوان یکی از مهمترین عناصر تأثیرگذار، در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفت. در این مرحله غلظت­های مختلف سولفات آلومینیوم و پلی‌آلومینیوم کلراید (300 الی 800 میلی­گرم بر لیتر) در شرایط بهینه pH برابر 5/8 آزمایش شد. نتایج حاصل از بررسی تأثیر غلظت­های مختلف منعقدکننده سولفات آلومینیوم و پلی‌آلومینیوم کلراید به ترتیب در نمودارهای 3 و 4 ارائه شده است. همانطور که در نمودارهای 3 و 4 مشاهده می­گردد که با افزایش غلظت منعقدکننده­ها میزان حذف آلاینده­ها افزایش می­یابد. این افزایش تا غلظت 700 میلی­گرم بر لیتر برای سولفات آلومینیوم و برای پلی‌آلومینیوم کلراید تا دوز 600 میلی­گرم بر لیتر ادامه دارد و در غلظت بالاتر راندمان حذف کدورت و TSS یک افزایش خیلی جزئی داشته که در ادامه کاهش مشاهده می­گردد، اما COD به طور محسوسی روند کاهشی دارد. حداکثر راندمان حذف 3/84، 5/81 و 1/68 درصد به ترتیب برای کدورت، TSS و COD در غلظت 700 میلی­گرم بر لیتر از سولفات آلومینیوم حاصل شد. همچنین برای پلی‌آلومینیوم کلراید حداکثر راندمان حذف برای کدورت، TSS و COD به ترتیب 87، 7/84 و 2/72 درصد در دوز 600 میلی‌گرم بر لیتر به‌دست آمد. در نتیجه غلظت 600 و 700 میلی­گرم بر لیتر برای سولفات آلومینیوم و پلی‌آلومینیوم کلراید به عنوان غلظت بهینه در نظر گرفته شد. پلی‌آلومینیوم کلراید نسبت به سولفات آلومینیوم در غلظت کمتر، بیشترین راندمان را نشان داد. لذا پلی‌آلومینیوم کلراید به عنوان منعقد کننده برتر در این مطالعه انتخاب گردید.
ضریب همبستگی بین متغیر غلظت با متغیرهای کدورت، TSS و COD با استفاده از سولفات آلومینیوم به ترتیب (94/0=r، 004/0=p)، (94/0=r، 004/0=p)، (75/0=r، 08/0=p) و با استفاده از پلی‌آلومینیوم کلراید به ترتیب (83/0=r، 03/0=p)، (83/0=r، 04/0=p)، (86/0=r، 02/0=p) به‌دست آمد که نشان دهنده معنی­دار بودن رابطه بین غلظت منعقدکننده و راندمان حذف کدورت، TSS و COD می­باشد. اما در رابطه بین غلظت سولفات آلومینیوم و راندمان حذف COD ارتباط معنیدار مشاهده نگردید.

نمودار 3- تأثیر غلظت­های مختلف سولفات آلومینیوم بر راندمان حذف کدورت، TSS و COD در pH بهینه برابر 5/8

نمودار 4- تأثیر غلظت­های مختلف پلی‌آلومینیوم کلراید بر راندمان حذف کدورت، TSS و COD در pH بهینه برابر 5/8
در این مرحله تأثیر غلظت­های مختلف پلی‌الکترولیت­های کاتیونی C-270 و آنیونی A-300 (3 الی 8 میلی­گرم بر لیتر) با شرایط بهینه pH برابر 5/8 و غلظت 600 میلی­گرم بر لیتر پلی‌آلومینیوم کلراید مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تعیین غلظت بهینه پلی‌الکترولیت­ها (C-270 و A-300) راندمان حذف کدورت، TSS و COD مورد توجه قرار گرفتند. که نتایج حاصل در نمودارهای 5 و 6 ارائه شده است. حداکثر راندمان حذف برای کدورت، TSS و COD در غلظت 5 میلی‌گرم بر لیتر از پلی‌الکترولیت­های کاتیونی C-270 و آنیونی A-300 به ترتیب 75/98، 5/98 و 4/82 درصد و 9/97، 5/97 و 79 درصد می­باشد.
ضریب همبستگی بین متغیر غلظت با متغیرهای کدورت، TSS و COD با استفاده از پلی‌الکترولیت کاتیونی C-270 به ترتیب (69/0=r، 1/0=p)، (69/0=r، 1/0=p)، (7/0=r، 1/0=p) و با استفاده از پلی‌الکترولیت آنیونی A-300 به ترتیب (7/0=r، 1/0=p)، (72/0=r، 1/0=p)، (7/0=r، 1/0=p) به‌دست آمد که نتایج نشان داد که بین غلظت پلی‌الکترولیت و راندمان حذف کدورت، TSS و COD رابطه معنیداری وجود نداشت. با توجه به نتایج ارائه شده در نمودارهای 5 و 6 چنین به نظر می­رسد که پلی‌آلومینیوم کلراید در ترکیب با پلی‌الکترولیت کاتیونی عملکرد مناسبتری نسبت به پلی‌الکترولیت آنیونی در تصفیه فاضلاب صنعت غذایی داشته است. در نتیجه پلیالکترولیت کاتیونی C-270 به عنوان کمک منعقدکننده برتر در این مطالعه انتخاب گردید.

نمودار 5- تأثیر غلظت­های مختلف پلی‌الکترولیت کاتیونی C-270 بر راندمان حذف کدورت، TSS و COD (شرایط بهینه: 5/8 pH=، غلظت پلی‌آلومینیوم کلراید= 600 میلی‌گرم بر لیتر)

نمودار 6- تأثیر غلظت­های مختلف پلی‌الکترولیت آنیونی A-300 بر راندمان حذف کدورت، TSS و COD (شرایط بهینه: 5/8 pH=، غلظت پلی‌آلومینیوم کلراید= 600 میلی‌گرم بر لیتر)
 
بحث
pH محلول یکی از مهمترین پارامترها در فرآیند انعقاد و لخته سازی است ]25[. هر منعقدکننده دارای یک pH بهینه می­باشد که در آن با غلظت مشخصی از منعقدکننده در کوتاهترین زمان، بالاترین راندمان حذف آلاینده اتفاق میافتد. به عبارت دیگر کارآیی فرآیند انعقاد و لخته سازی توسط pH تحت تأثیر قرار میگیرد ]26[.
در این مطالعه pH بهینه برای سولفات آلومینیوم و پلی‌آلومینیوم کلراید برابر 5/8 به‌دست آمد. در محیطهای اسیدی، آلومینیوم بیشتر به شکل Al3+ وجود دارد که منجر به جذب، ایجاد اتصال و چسبندگی بین کلوئیدها نمی­گردد. در نتیجه راندمان انعقاد کاهش مییابد. برعکس در محیطهای قلیایی گونه­های پلیمری بر روی سطح ذرات کلوئیدی جذب شده و باعث تجمع ذرات کلوئیدی می­گردد و راندمان انعقاد افزایش می­یابد. در pHهای بالاتر از 5/8، آلومینیوم موجود در محلول بیشتر به شکل Al(OH)4 دارای بار منفی می­باشد، در نتیجه راندمان حذف COD به علت نیروی دافعه بین ذرات کلوئیدی دارای بار منفی در فاضلاب غذایی و یونهای Al(OH)4 کاهش می­یابد ]27[.
کاهش آلاینده­ها در pH قلیایی به دلیل واکنش با یونهای هیدروکسید که تشکیل فلوکهای هیدروکسید را می­دهند، میباشد. این نتیجه در راستای یافته­های به‌دست آمده از مطالعه Rahimi و همکاران در تصفیه فاضلاب صنایع شیر با استفاده از پلی‌آلومینیوم کلراید در pH بهینه برابر 8 می­باشد ]28[. در مطالعه Ayeche و همکاران با استفاده از آهک در تصفیه فاضلاب صنایع لبنی نشان دادند که با افزایش pH راندمان حذف COD کاهش می­یابد که این نتیجه را به علت خواص بنیادی در ساختار نوع و یا غلظت آلاینده و ماده منعقدکننده دانستند ]29[. در مطالعه­ای دیگر Vanerkar و همکاران در تصفیه فاضلاب صنایع غذایی با آلوم به pH بهینه 6/6 دست یافتند ]24[.
یکی دیگر از پارامترهای مهم به منظور تعیین شرایط بهینه عملکرد در فرآیند انعقاد و لختهسازی، مقدار غلظت ماده منعقدکننده است. اساساً، غلظت ناکافی و یا غلظت بیش از حد منجر به عملکرد ضعیف تشکیل لخته می­شود. لذا، برای کاهش هزینه­های فرآیند تصفیه و تشکیل لجن مناسب و همچنین برای به دست آوردن بهترین عملکرد در تصفیه، تعیین غلظت بهینه ماده منعقدکننده مهم می­باشد ]30[. هنگامی که غلظت منعقدکننده بیش از حد بهینه، شود، بارهای مثبت در اطراف کلوئیدها برای پایدارسازی مجدد ذرات کلوئیدی تشکیل شده، در نتیجه ذرات کلوئیدی توسط مکانیسم لخته سازی پری کینتیک ایجاد شده نمیتوانند حذف شوند، بنابراین کارآیی حذف کاهش مییابد ]31[.
Kushwaha و همکاران در تصفیه فاضلاب لبنی به افزایش راندمان حذف COD با افزایش غلظت پلی‌آلومینیوم کلراید از 100 تا 300 میلی­گرم بر لیتر گزارش کردند. در غلظت بهینه 300 میلی­گرم بر لیتر راندمان حذف COD برابر 2/69 درصد بود و در غلظت­های بالاتر از 300 میلی­گرم بر لیتر راندمان حذف COD کاهش یافته است ]31[. میزان غلظت بهینه به‌دست آمده توسط پلی‌آلومینیوم کلراید در مطالعه Kushwaha نسبت به مطالعه حاضر کمتر می­باشد که می­تواند دلیل آن را حضور مقدار زیادتر مواد آلی موجود در پساب مورد مطالعه بیان کرد.
Yazdanbakhsh و همکاران تصفیه فاضلاب صنعت روغن گیری زیتون با استفاده از منعقدکننده­های سولفات آلومینیوم و پلی‌آلومینیوم کلراید را مورد بررسی قرار دادند که نتایج نشان داد، بالاترین راندمان حذف TSS و COD به ترتیب 2/99، 2/90 و 3/88 درصد توسط پلی‌آلومینیوم کلراید در pH برابر 10و در دوز 100 میلی‌گرم بر لیتر به‌دست آمد ]32[.
مطالعات زیادی به وسیله پلی‌الکترولیت در ترکیب با منعقدکننده انجام شده است ]34-33[. پلی‌الکترولیت­ها با ایجاد پل بین فلوکهای ریز حاصل از کار منعقد کننده­ها، آنها را به صورت لخته­های درشت و سنگین در آورده، عمل ته نشینی را سرعت می دهد و حجم لجن نیز کاهش می­یابد، همچنین محدوده pH بهینه را گسترش داده و مقدار مصرف ماده منعقدکننده را بین 60-40 درصد کاهش می­دهند. عملکرد لخته سازها در ابتدا به نوع لختهساز استفاده شده، وزن مولکولی آن، طبیعت یونی، نوع مواد در سوسپانسیون فاضلاب و نوع فاضلاب بستگی دارد ]35-20[.
آنچه که از نمودارهای 5 و 6 مشاهده می­گردد، راندمان حذف آلاینده­ها با افزایش غلظت پلی‌الکترولیت­ها افزایش یافته و این افزایش برای هر دو پلی‌الکترولیت در غلظت 5 میلی­گرم بر لیتر به حداکثر خود رسیده و در غلظت­های بالاتر راندمان حذف برای کدورت، TSS و COD روند نزولی داشته است. در مطالعه Chong و همکاران با افزایش دوز پلیمرکاتیونی B  1200، مقدار حذف TSS کاهش یافت. که با نتایج مطالعه حاضر همخوانی دارد. آن­ها این کاهش راندمان حذف در غلظت­های بالاتر از غلظت بهینه را به‌دلیل تعلیق مجدد ذرات با افزایش پلیالکترولیت دانستهاند ]36[. Vanerkar و همکاران تصفیه فاضلاب صنایع غذایی را با استفاده از آهک و پلی‌الکترولیت­های آنیونی، کاتیونی و غیر یونی مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد ماده منعقدکننده آهک در ترکیب با پلی‌الکترولیت آنیونی بهترین عملکرد را داشته است ]24[.  
در مطالعه Amuda جهت حذف مواد آلی و مواد معلق از فاضلاب صنایع آشامیدنی، پلی‌الکترولیت در میزان 25 میلیگرم بر لیتر به همراه 100 میلی­گرم بر لیتر کلرید فریک توانست باعث حذف 91 و 97 درصد از مواد آلی و جامدات معلق گردد که دلیل آن به علت مصرف بالای مواد شیمیایی جهت حذف این آلاینده­ها و در نتیجه افزایش تعداد زیادی از ترکیبات حاصل از هیدرولیز ماده منعقدکننده نسبت داده شده که باعث افزایش سرعت رشد و تعداد لخته­ها جهت حذف آلاینده­ها گردید ]21[.
مروری بر منابع در دسترس نشان داد که اطلاعات کمی بر سمیت پلی‌الکترولیت وجود دارد. به طور کلی به نظر میرسد که پلی‌الکترولیتهای کاتیونی نسبت به پلی‌الکترولیتهای آنیونی سمیتر باشند. بنابراین لجن محتوی سمیت با فرم آلومینیوم و پلیمر کاتیونی نیاز به دفع با دقت بیشتری دارد ]37[.
نتیجه‌گیری
با توجه به نتایج حاصل شده در این مطالعه مشخص شد که منعقد کننده پلی‌آلومینیوم کلراید در ترکیب با پلی‌الکترولیت کاتیونی C-270 قادر است قسمت اعظم آلایندههای موجود در پساب را کاهش دهد و راندمان حذف 75/98، 5/98 و 4/82 درصد برای کدورت، TSS و COD قابل دستیابی می­باشد. همچنین با توجه به نتایج به‌دست آمده پلی‌آلومینیوم کلراید در غلظت 600 میلی­گرم بر لیتر در ترکیب با 5 میلیگرم بر لیتر از پلی‌الکترولیت کاتیونی C-270 در pH اولیه برابر 5/8 بهینه شد. از نتایج به‌دست آمده از این مطالعه میتوان نتیجه گرفت که فرآیند انعقاد و لختهسازی کارایی مناسبی در تصفیه پساب با این شرایط را دارد و با کاهش مواد آلی می­تواند به عنوان یک مرحله پیش تصفیه قبل از تصفیه بیولوژیکی به کار رود. از لحاظ محدودیتهای موجود در این روش میتوان به لجن تولید شده و در نتیجه دفع آن اشاره کرد.
تشکر و قدردانی
این مقاله از طرح تحقیقاتی با کد 5583، تصویب شده در مرکز تحقیقات ژنتیک و مخاطرات محیطی دانشکده پیراپزشکی ابرکوه استخراج شده است. از دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد جهت حمایت مالی و تأمین امکانات آزمایشگاهی و همچنین از سرکار خانم مهندس محبوبه شیرانیان مسئول آزمایشگاه پایلوت دانشکده بهداشت کمال تشکر و قدردانی را داریم.
 
 
 
References
 
 
[1] Thirugnanasambandham K, Sivakumar V, Prakash Maran J. Response surface modelling and optimization of treatment of meat industry wastewater using electrochemical treatment method. J Taiwan Inst Chem Eng 2015; 46: 160-7.
[2] Javid AH, Hassani AH, Gahvarband S. Quality and quantity of sewage from food industry and its impact on sewage treatment system performance (Case study: Minoo Valley factory). Environ Sci Technol 2015; 17(1): 37-47.[Farsi].
[3] García-Ballesteros S, Mora M, Vicente R, Sabater C, Castillo M, Arques A, et al. Gaining further insight into photo-Fenton treatment of phenolic compounds commonly found in food processing industry. Chem Eng J 2016; 288: 126-36.
[4] Anjum F, Gautam G, Edgard G, Negi S. Biosurfactant production through Bacillus sp. MTCC 5877 and its multifarious applications in food industry. Bioresour Technol 2016; 213: 262-9.
[5] Hanafie R. Variety and Characteristic of Processed Food Industry Based on Cassava. Agriculture and Agricultural Science Procedia 2016; 9: 258-63.
[6] Meneses YE, Flores RA. Feasibility, safety, and economic implications of whey-recovered water in cleaning-in-place systems: A case study on water conservation for the dairy industry. J Dairy Sci 2016; 99(5): 3396-407.
[7] Gugała M, Zarzecka K, Sikorska A. Wastewater management in food processing enterprises–a case study of the Ciechanów dairy cooperative. J Ecologi Eng 2015; 16(1): 178-83.
[8] Kotsanopoulos K-V, Arvanitoyannis I-S. Membrane processing technology in the food industry: food processing, wastewater treatment, and effects on physical, microbiological, organoleptic, and nutritional properties of foods. Crit Rev Food Sci Nutr 2015; 55(9): 1147-75.
[9] Kong X, Xu S, Liu J, Li H, Zhao K, He L. Enhancing anaerobic digestion of high-pressure extruded food waste by inoculum optimization. J Environ Manage 2016; 166: 31-37.
[10] Qasim W, Mane A. Characterization and treatment of selected food industrial effluents by coagulation and adsorption techniques. Water Resour Ind 2013; 4: 1-12.
[11] Guan Q, Wang H, Li J, Li X, Yang Y, Wang T. Optimization of an electrocatalytic membrane reactor for phenolic wastewater treatment by response surface methodology. J Water Sustainability 2013; 3(1): 17-28.
[12] Wang LK., Hung YT, Lo HH, Yapijakis C. Waste Treatment in the Food Processing Industry. CRC press. 2005; 1-344.
[13] Heaven MW, Wild K, Verheyen V, Cruickshank A, Watkins M, Nash D. Seasonal and wastewater stream variation of trace organic compounds in a dairy processing plant aerobic bioreactor. Bioresource technology 2011; 102 (17): 7727-36.
[14] Zarei Mahmoudabadi T, Ehrampoush MH, Yousofi H, Talebi P. Evaluation of the Coagulation and Flocculation Process Using Plantago major L. Seed Extract as a Natural Coagulant in Treating Paper and Paperboard Industry Wastewater. J Environ Health Sci Eng 2017; 3(2): 531-8.
[15] Jamali HA, Dindarloo K. Industrial wastewater treatment (volume First). First Edition. Hormozgan University of Medical Sciences & Health Services.2014; 1-285.
[16] Lee KE, Teng TT, Morad N, Poh BT, Mahalingam M. Flocculation activity of novel ferric chloride–polyacrylamide (FeCl3-PAM) hybrid polymer. Desalination 2011; 266(1): 108-13.
[17] Li F, Jiang JQ, Wu S, Zhang B. Preparation and performance of a high purity poly-aluminum chloride. J Chem Eng 2010; 156(1): 9-64.
[18] Wang LK, Lo  HH, Hung YT, Yapijakis C. Waste Treatment in the Food Processing Industry. CRC Press. 2006; 1-321.
[19] Hjorth M, Jørgensen BU. Polymer flocculation mechanism in animal slurry established by charge neutralization. Water Res 2012; 46(4): 1045-51.
[20] Bolto B, Gregory J. Organic polyelectrolytes in water treatment. Water Res 2007;41(11):2301-24.
[21] Amuda O, Amoo I, Ajayi O. Performance optimization of coagulant/flocculant in the treatment of wastewater from a beverage industry. J Hazard Mater 2006; 129(1): 69-72.
[22] Azimi N, Taheriyoun M. The Performance of Integrated Fixed Film Activated Sludge in Wastewater Treatment of Food Industry (Case Study: Amol Industrial Park Wastewater Treatment Plant). water and wastewater J 2012; (3): 80-87. [Farsi].
[23] APHA, AWWA and WEF. Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater, 22nd Edition. Washington DC: American Public Health Association. 2012.
[24] Vanerkar AP, Satyanarayan S, Satyanarayan S.Treatment of Food Processing Industry Wastewater by a Coagulation/Flocculation Process. J Chem Phys Sci 2013; 2: 63-72.
[25] Zazouli MA, Taghavi M, Bazrafshan E. Influences of Solution Chemistry on Phenol Removal From Aqueous Environments by Electrocoagulation Process Using Aluminum Electrodes. J Health Scope 2012; 1(2): 66-70.
[26] Zazouli M, Yousefi Z. Removal of heavy metals from solid wastes leachates coagulation- flocculationprocess. J Appl Sci 2008; 8(11): 2142 - 47.
[27] Zheng H, Zhu G, Jiang S, Tshukudu T, Xiang X, Zhang P, et al. Investigations of coagulation–flocculation process by performance optimization, model prediction and fractal structure of flocs. Desalination 2011; 269(1-3): 148-56.
[28] Rahimi S, Alizadeh M, Kord Mostafapoor F, Bazrafshan E, Hoseinzadeh E,Taghavi M. Optimal Condition of Coagulation Process Using Poly Aluminium Chloride in Dairy Wastewater Treatment. J Sabzevar Univ Med Sci 2016; 23(1): 48-57.[Farsi].
[29] Ayeche R, Treatment by coagulation-flocculation of dairy wastewater with the residual lime of National Algerian Industrial Gases Company (NIGC-Annaba). Energy procedia 2012; 18: 147-56.
[30] Sarkar B, Chakrabarti P, Vijaykumar A, Kale V. Wastewater treatment in dairy industries-possibility of reuse. Desalination 2006; 195(1-3): 141-52.
[31] Kushwaha J-P, Srivastava V-C, Mall I-D. Treatment of dairy wastewater by inorganic coagulants: Parametric and disposal studies. Water Res 2010; 44(20): 5867-74.
[32] Yazdanbakhsh A, Mahdipour F, Ghanbari F, Zamani A, Sharifimalaksari H, Safdari M. Survey and Comparison of Aluminum Sulfate and Poly Aluminum Chloride (PAC) in Olive Oil Mill Wastewater Treatment. Tolooebehdasht 2012; 11(2): 98-106. [Farsi].
[33] Irfan M, Butt T, Imtiaz N, Abbas N, Khan RA, Shafique A. The removal of COD, TSS and colour of black liquor by coagulation–flocculation process at optimized pH, settling and dosing rate. ARAB J CHEM 2017; 10: 2307-18 .
[34] Haydar S, Aziz JA. Coagulation–flocculation studies of tannery wastewater using combination of alum with cationic and anionic polymers. J Hazard Mater 2009; 168(2): 1035-40.
[35] Eldemerdash U. Using Ceramic Materials for Enhanced Wastewater Treatment in Industrial Applications. Ceram Int 2011; 60: 100-4.
[36] Chong MF, Lee KP, Chieng HJ, Ramli IISB. Removal of boron from ceramic industry wastewater by adsorption–flocculation mechanism using palm oil mill boiler (POMB) bottom ash and polymer. Water Research 2009; 332-34: 43(13).
[37] Zarei Mahmudabadi T, Ebrahimi AA, Eslami H, Mokhtari M, Salmani MH, Ghaneian MT, et al. Optimization and economic evaluation of modified coagulat ion–flocculation process for enhanced treatment of ceramic-tile industry wastewater. AMB Express 2018; 8(1): 172.


 
Optimization of Coagulation and Flocculation Process in Wastewater Treatment of the Food Industry: A Laboratory Study
 
T. Zarei Mahmoudabadi[5], P. Talebi[6], M. H. Ehrampoosh[7], M. Jalili[8]
 
Received: 25/09/2018  Sent for Revision: 05/11/2018 Received Revised Manuscript: 06/03/2019 Accepted:  17/04/2019
 
Background and Objectives: Food industry wastewater has a high pollution load, which is due to water consumption at various stages. In the absence of adequate wastewater management and supervision of the food industry, this wastewater can be considered as a source of environmental pollution. This study aimed to optimize the coagulation and flocculation process for the treatment of food industry wastewater.
Materials and Methods: The present study was a laboratory study. Aluminum sulfate and poly aluminum chloride were used as coagulant and cationic poly-electrolytes C-270 and anion A-300 were used as coagulant aid. Then, the optimization of pH (4.5-10.5), coagulant concentration (300-800 mg/L) and coagulation aid (3-8 mg/L) were evaluated by calculating optimal removal efficiency of turbidity, total suspended solids and chemical oxygen demand. And the results were analyzed using Pearson’s correlation coefficient.
Results: The results showed that at optimal pH (8.5), poly aluminum chloride concentration (600 mg/L) in combination with cationic poly-electrolyte C-270 (5 mg/L), removal efficiency for turbidity, TSS and COD parameters were 98.75%, 98.5%, and 82.4%, respectively.
Conclusion: It can be concluded that using poly aluminum chloride as a coagulant and cationic polyelectrolyte C-270 as a coagulant aid can be used as an appropriate pretreatment for reducing the organic load for food industry sewage.
Key words: Optimization, Coagulation, Food Industry, Aluminum sulfate, Poly-aluminum-chloride, Polyelectrolyte
 
Funding: This study was funded by Yazd University of Medical Sciences.
Conflict of interest: None declared.
Ethical approval: The Ethics Committee of Yazd University of Medical Sciences approved the study (IR.SSU.SPH. REC.1396.152).
 
How to cite this article: Zarei Mahmoudabadi T, Talebi P, Ehrampoosh MH, Jalili M. Optimization of Coagulation and Flocculation Process in Wastewater Treatment of the Food Industry: A Laboratory Study. J Rafsanjan Univ Med Sci 2019[11] ; 18 (7): 623-36. [Farsi]
 
 
[1]- کارشناس ارشد مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران
[2]- (نویسنده مسئول) کارشناس مسئول آزمایشگاه شیمی گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران
تلفن: 3192056-035 دورنگار: 38209119-035، پست الکترونیکی: apf_sts_1381@yahoo.com 
[3]- استاد گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران
[4]- کارشناس ارشد مهندسی بهداشت محیط، دانشکده پیراپزشکی ابرکوه، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران
 
[5]- MSc in Environmental Health Engineering, School of Health, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran
ORCID: 0000-0003-2504-9399.
[6]- Expert in Charge of Chemical Lab, Dept. of Environmental Health Engineering, School of Health, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran, ORCID: 0000-0001-6097-9589
(Corresponding Author) Tel: (035) 31492056, Fax :( 035) 38209119, E-mail: apf_sts_1381@yahoo.com
[7]- Professor, Dept. of Environmental Health Engineering, School of Health, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran
 ORCID: 0000-0002-0388-3211.
[8]- MSc, Dept. of Environmental Health Engineering, Abarkouh Paramedical School, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran, ORCID: 0000-0002-8397-4112.

 [11]شماره تلفن فارسی با انگلیسی همخوانی ندارد. ظاهرا با توجه به تعداد  اعداد شماره انگلیسی صحیح است.
نوع مطالعه: كاربردي | موضوع مقاله: بهداشت
دریافت: ۱۳۹۷/۶/۲۵ | پذیرش: ۱۳۹۸/۱/۲۸

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


کلیه حقوق این وب سایت متعلق به مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2019 All Rights Reserved | Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences

Designed & Developed by : Yektaweb