مكونات وخصائص ومعالجة الصرف الصناعي لصناعة المنتجات المعدنية

1.مقدمة

تشمل صناعة المنتجات المعدنية جميع المنشآت والورش الإنتاجية التى تقوم بواحدة أو اكثر من الأنشطة الصناعية التالية :

تشكيل المنتجات المعدنية.
تشطيب المنتجات المعدنية من خلال العمليات المختلفة بما فيها عمليات إعداد الأسطح المعدنية.

وتنقسم هذه الصناعة إلى ثلاث أنواع من العمليات المختلفة (تشكيل المنتجات المعدنية ، تجهيز أسطح المعادن ، تشطيب أسطح المعادن ) . وسوف ينصب الاهتمام علي المنشآت التي تقوم بتصنيع المنتجات الحديدية وغير الحديدية وعمليات الطلاء الكهربي وغير الكهربي ومعالجة الأسطح والأنودة والتغليف المعدني عن طريق تغير الألوان والتغطية الكيميائية .

جدول (1) أحمال التلوث الكلية في المياه لعينة من هذا القطاع الصناعي

المواد الصلبــــة الـذائبـــة = 22.000 كجم/سنويا (بحد أقصي)

المواد الصلبــــة العـالقـــة = 5.500 كجم/سنويا (بحد أقصي)

الأكسجين الحيوي الممتـص (BOD) = 3.800 كجم/سنويا (بحد أقصي)

الأكسجين الكيميائي المستهلك (cod) = 7.800 كحم/سنويا (بحد أقصي)

الزيــــوت والشـــــحوم = 2.100 كجم/سنويا (بحد أقصي)

المصدر:

دليل الرصد الذاتي لصناعة المنتجات المعدنية , وزارة البيئة المصرية , 2003.

2.مصادر التلوث لصناعة المنتجات المعدنية

ينتج عن عملية الدهان إنبعاثات لمواد عضوية متطايرة ومياه صرف ملوثة ومخلفات صلبة وسائلة. والمصدر الرئيسي للإنبعاثات الغازية هو أبخرة المذيبات العضوية المستخدمة كمواد حاملة للبويات. وتنتج هذه الإنبعاثات من عمليات الدهان ومن المذيبات بالمخازن وعمليـات الخلط والرش والتجفيف. ويؤدي أيضا استخدام المذيبات العضوية في عملية تنظيف المعدات ومناطق الرش إلى تسرب أبخرة المذيبات.

وتتولد مياه الصرف من تدفق المياه خلال حواجز كبائن الطلاء، وتؤدي استخدام ستائر المياه لتجميع رذاذ البوية المشتتة إلى ترسب الحمأة فى الحوض الذى تسحب منه المياه.

أما مصادر المخلفات الصلبة والسائلة فتتضمن:

i معدات التحكم في رش البويات أثناء الطلاء (كبائن الطلاء، نظم التجميع ، مرشحات التهوية).

i غسل المعدات.

i المواد المستخدمة لتغطية الأجزاء الغير مرغوب في طلائها وعلب البويات الفارغة.

i البويات المتبقية بعد الطلاء التي يتم التخلص منها عند نهاية عملية الطلاء، أو التي تنتهي فترة صلاحيتها.

هذه المخلفات الصلبة والسائلة قد تحتوي على المعادن الثقيلة الموجودة في صبغات الطلاء أو المذيبات العضوية المستخدمة في الطلاء أو التنظيف كما تتلوث الأرضيات بمخلفات المذيبات المستخدمة أيضا. وقد تسهم المذيبات المستخدمة في نظافة معدات الطلاء أو الترذيذ في الكبائن في إضافة بعض المخلفات.

3.مصادر الصرف السائل لصناعة المنتجات المعدنية

يعد الصرف السائل في صناعة المنتجات مصدراً من مصادر التلوث حيث أنه قد يتضمن الملوثات التالية:

الأحماض أو القلويات الناتجة عن مختلف عمليات اعداد وتجهيز وتشطيب المنتجات المعدنية فى عمليات: التخليل ، الطلاء ، الأنودة ، التغطية الكيميائية ، ..الخ
استخدام زيوت القطع وإزالة الشحوم ينتج مياه ملوثة بالزيوت.
الأملاح التى تنتج من أعمال التخليل والأنودة والتغطية أو الطلاء والطلاء الكهربى ومختلف أعمال التشطيب الأخرى.
زيوت التشحيم المستهلكة المتبقية فى الورش والجراج.
مياه تفوير الغلايات وأبراج التبريد التي تحتوي على نسبة مرتفعة من الأملاح الذائبة .
مياه التبريد المستهلكة الملوثة بالزيوت والشحوم .
المياه الناتجة من غسيل المعـدات والأرضيات والتي تحوى قدرا من الزيـوت والأحماض والقلويات وبعض الكيماويات المستخدمة.

جدول (2) المدخلات ومصادر التلوث فى صناعة المنتجات المعدنية

المخلفات الصلبة	تلوث المياه		المواد الداخلة		العملية
القشور وفضلات الفلزات مثل (نواتج قشط الصلب والألومونيوم ) حمأة مترسبة عن سوائل القطع وتحتوي علي فلزات مترسبة و بقايا المذيبات المستقرة في قاع الأحواض ومخلفات الزيوت.	مياه الصرف التي تحتوي علي الزيوت (مثل جليكول الاثيلين) والمواد الصلبة العالقة والمياه الحمضية (مثل أحماض الهيدركلوريك والكبريتيك والنيتريك) والمياه القلوية والمياه التي تحوي المذيبـات)	زيوت التقطيع، مذيبات إزالة الشحوم والتنظيف (مثل الأسيتون ، ثلاثي كلورو الإيثان، طولوين، .. الخ) أحماض، قلويات، فلزات ثقيلة، مستحلبات المياه والزيت .		قطع أو تشكيل المعادن
القشور وفضلات المعدن مثل : (نواتج قشط الصلب والألومونيوم) مخلفات بطانة الأحواض ومخلفات الزيوت ومحاليل مستهلكة في أحواض إزالة الشحوم.	مياه قلوية ملوثة بالزيوت والشحوم وبقايا المعدن والمواد الصلبة العالقة.		الصودا الكاوية، كربونات الصوديوم، السيليكا القلوية، الفوسفاتات، المثبطات، عوامل الاستحلاب، العوامل المساعدة في تكوين معقدات المعدن ، مواد التغذية .		الإزالة القلوية للشحوم
مخلفات قابلة للاشتعال ، بقايا المذيبات ومخلفات بطانة الأحواض.	مياه صرف تحوي المذيبات العضوية		مذيبات عضوية		إزالة الشحوم باستخدام المذيبات العضوية
قشور وفضلات المعدن مثل ( نواتج قشط الصلب والألومونيوم ) مخلفات بطانة الأحواض، مخلفات الزيوت وسوائل التخليل المستهلكة.	مياه حمضية تحتوي على المعادن		مختلف أنواع الأحماض مثل (الهيدروكلوريك والكبريتيك والنيتريك والهيدروفلوريك)		التخليل أو المعالجة الحمضية
محاليل مستهلكة وبواقي الفلزات	مياه صـرف حمضية و مياه صرف تحتوي علي أيونات المعادن		أحماض		الأنودة
محاليل مستهلكة وبواقي المعادن	مياه ملوثـة بأمـلاح معدنيــة وأحماض و قلويات		معادن وأحماض		التغطية الكيميائية
معادن ومخلفات نشطة .	مياه ملوثة بالأحماض أو القلويات والسيانيد والمعادن		أحماض ، قلويات محملة بالمعادن الثقيلة بالإضافة إلى محاليل تحتوي علي السيانيدات		الطلاء الكهربي
مخلفات معدنية صلبة تحتوي علي السيانيد.	مياه ملوثة بالسيانيد والمعادن.		معادن (الأملاح المعدنية) ، المواد المساعدة والقلويات		الطلاء بطبقة معدنية
مخلفات بطانة الأحواض ومذيبات الدهانات والمعادن.	مياه ملوثة بالمذيبات .		المذيبات والدهانات		الدهانات
مخلفات أحواض الصهر والمخلفات التي تحتوي علي الزنك ، محاليل مستهلكة وبعض المخلفات الزيتية .	مياه ملوثة بالمعادن		محتويات الأحواض من كلوريد الزنك وكلوريد الأمونيوم والمواد المرطبة		الطلاء بمصهور المعادن (زنك)
الحمأة المتخلفة عن عمليــة التنعيم وعمليات (Etching)	مياه ملوثة بالأحماض والمعادن		معادن وأحماض		تقنيات أخري لتشطيب المعادن (التهذيب .. الخ)
المصدر: دليل الرصد الذاتي لصناعة المنتجات المعدنية , وزارة البيئة المصرية , 2003.

4.خصائص الصرف السائل لاحد مصانع المنتجات المعدنية

من الضروري أن يؤخذ في الاعتبار أن المياه المتخلفة عن الصناعة تتباين مكوناتها وخصائصها بشكل كبير حتى داخل الصناعة الواحدة ومثالا علي ذلك ـ وفقا لتقرير عالمي ـ ، فإن تغطية (طلاء) متر مربع واحد من المعدن يمكن أن ينتج عنه من لتر واحد إلى 500 لتر من المياه الملوثة بالمعادن الثقيلة (كادميوم، كروم، رصاص، نحاس، زنك، نيكل) وكذلك السيانيدات والفلوريدات والزيوت والشحوم وزيوت التشحيم والتزييت المتخلفة من الجراج والورش تمثل عبئا كبيرا عند صرفها علي شبكة الصرف العمومية. والمواد العضوية الموجودة في بيان الصرف تسهم في نمو البكتريا والفطريات المستهلكة للأكسجين ويتوقف التأثير البيئي للمياه الملوثة علي مواضع صرفها. وقد وضعت الهيئات الدولية المعنية بالحفاظ علي البيئة حدودا ومعاييرا خاصة بصرف المياه الملوثة على المصارف الزراعية والترع والمجرى الرئيسي للانهار بسبب تأثيرها علي الزراعة. ومن المعايير الهامة التي تضمنتها هذه الحدود: الفسفورات، الكادميوم، الكروم السداسي والكلي، النحاس، الرصاص، الزئبق، النيكل، الفضة، الزنك، المعادن الكلية، السيانيدات (حرة) وكذلك الفلوريدات، هذا بالإضافة إلى المعايير الأساسية مثل الأكسجين الحيوي المطلوب BOD، الأكسجين الكيميائي المستهلك COD والزيوت والشحوم O&G. إن صرف المياه الملوثة علي مجاري المياه الطبيعية قد يؤدي إلى خلل بالنظام البيئي للمياه والحياة المائية، وعندما يتم صرف مياه شديدة التلوث على الشبكات العمومية فان احتمالات تعرض عمليات المعالجة إلى القصور والتدهور واردة بالإضافة إلى زيادة تراكم المعادن في الحمأة الناتجة.

محطات معالجة مياه الصرف لصناعة المنتجات المعدنية

عند وجود السيانيد في مياه الصرف فينبغي تفكيكه وتدميره وتحويله عن طريق الأكسدة القلوية والتحكم فى الرقم الهيدروجين إلى مواد آمنة ( ثاني اكسيد الكربون والنتروجين ).
عند وجود الكروم السداسي في مياه الصرف فينبغي اختزاله وتحويله إلى الكروم الثلاثي الذي يسهل ترسيبه ( الترسيب بمادة قلوية ) باستخدام أحد العوامل المختزلة مثل مركبات الكبريت (ثاني أكسيد الكبريت أو ميتا باى سلفات الصوديوم).
من أهم العمليات الشائعة في معالجة مياه الصرف: المعادلة (equalization)، ضبط الأس الهيدروجيني بهدف الترسيب الجيد ، تجميع الحمأة والترسيب بالإضافة إلى الترشيح. والأس الهيدروجيني المثالي للترسيب المعدني يتراوح بين 8.5 إلى 11 تبعا لنوع المعدن المستهدف ترسيبه.
يمكن استخدام الترسيب الكيميائي لفصل المعادن الذائبة باستخدام هيدروكسيد الصوديوم أو الكالسيوم على شكل هيدروكسيدات المعادن ثم بالترشيح أو الترسيب يتم فصل المعادن. ويمكن خفض كمية المياه في الحمأة الناتجة باستخدام الترشيح بالضغط (Filter Press).
وجود بقايا زيوت التشحيم في مياه الصرف يمكن أن يؤثر على فاعلية ترسيب المعادن لذلك من المفضل معالجة مخلفات أحواض إزالة الشحوم على حده بمعزل عن بقية مياه الصرف، ويمكن أيضا لمتراكبات المعادن (Metal Complexes) أن تؤثر بالسلب على عملية الترسيب .

أحيانا ما تستخدم عوامل لحفز تجمع المواد الصلبة العالقة و ذلك لرفع كفاءة عملية فصل الحمأة، وفي الطرق المتقدمة للمعالجة يتم استخدام الترشيح الغشائي أو التبادل الأيوني أو التبخير لتقليص إنبعاث الملوثات وخفض نوعية المخرجات قبل التخلص منها.

نموذج لمعالجة الصرف الصناعي لمصنع منتجات معدنية

تحتوي مياه الصرف الصناعي علي كميات من الكروم والسيانيد , فيمكن إزالة الكروم والسيانيد من مياه صرف تحتوي علي كليهما من خلال مشروع معالجة واحد لتخفيض التكاليف, حيث يمكن اﻹستفادة من احواض التساوي والتعادل والترسيب وتكثيف الحمأة وهذا يتضح من خلال المخطط التالي لمشروع معالجة لإزالة السيانيد والكروم.