Adin Holdings Ltd.
‫אתגרים ופתרונות בטיפול בשפכי תעשיה‬
‫ תאגיד הגיחון‬- ‫יום עיון‬
‫ירושלים‬
INDUSTRIAL WASTEWATER (IWW) TREATMENT
Presented by: Prof. Avner Adin
Prepared by: Prof. Avner Adin & Dr. Haim Cikurel
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
‫נושאים עיקריים‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫שפכי תעשיה במעגל המים‬
‫גישות עקרוניות לטיפול בשפכי תעשייה‬
‫תהליכי טיפול לדוגמה בשפכי תעשיה‬
‫המלצות‬
‫‪Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]‬‬
INTEGRATED WATER CYCLE OF
THE 21st CENTURY
Water consumers
Water resources
Domestic
Rain
Ground water
Natural surface
water
Rain
harvesting
New water
resources
Industrial
Agriculture
New water
resources
Desalination
Reuse
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Principles of Industrial Wastewater Treatment
Waste prevention is achieved through good housekeeping (using water
economically)
• Volume reduction
• Strength reduction
• Classification of wastewater
Volume Reduction
1. Process and wash 2. Cooling 3. Sanitary ww
• Conservation and re-use of wastewater
• Changing production to decrease waste
• Elimination of batch discharge
1. Increase discharge frequency to lessen magnitude of batch discharge
2. Retain the batch discharge in basins and allow it to flow uniformly and continuously
•
•
•
•
•
Strength Reduction
Equipment modification
Process and raw materials change
Equalization of wastewater
Segregation of wastewater
Recovery of by-products
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Industrial Wastewater Treatment Methods
Pretreatment and Primary Treatment
• Screening - Rotary drums
• Grinding, cutting, shredding
• Grit chambers, grease traps
• Pre - Aeration
• Plain / Primary sedimentation
Chemical treatment:
• Neutralization
• Chemical Coagulation
• Dissolved air floatation
• Chemical Precipitation
• Oxidation and reduction of wastes
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
‫הפרדת זרמים ‪WW Segregation‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫אסורים להכנסה לביוב ציבורי )מי קרור(‬
‫סחרור ישיר של מי קרור )שטיפת בקבוקים(‬
‫סחרור מי תהליך לאחר טיפול )נייר‪ ,‬בטון מוכן‪,‬‬
‫שטיפת רכב(‬
‫למיחזור מוצרי משנה )בירה ‪ -‬שמרים‪ ,‬צמר‪-‬‬
‫לנולין‪ ,‬מתכות(‬
‫לצרכי טיפולים נפרדים )הפרדת דטרגנטים; ציפוי‬
‫מתכות‪ .2 Cr .1 :‬השאר; ‪ CN‬לפני מתכות(‬
‫חומרים ספציפיים להריסה וסילוק‬
‫‪Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]‬‬
‫מיכל‪/‬אגן השוואה ‪Equalization Tank‬‬
‫הגדרה‪ :‬אגירה וערבוב של שפכים למשך זמן קבוע בכדי‬
‫לאפשר פליטה בספיקה קבועה או בזרימת מסה קבועה‬
‫של מזהמים‬
‫• מקטינה זרימת שיא‬
‫• תכנון יותר כלכלי של מתקני טיפול‬
‫• הקטנת ריכוזי חומרים שמשפיעים לרעה על הטיפול‬
‫הביולוגי או אחר‬
‫• ערבוב מהיר של שפכים "חזקים" בנפח גדול של שפכים‬
‫צלולים מאפשר השוואת מסות ללא השוואת ספיקות‬
‫‪Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]‬‬
Gravity Separation Units
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Removal by Conventional Sedimentation
• TSS
• BOD (organic matter)
50%
30%
Removal by Chemical Flocculation - Sedimentation
•
•
•
•
•
TSS
BOD (organic matter)
Oil and grease
Toxic or inhibitory matter
Phosphate
90%
70%
> 90%
20% - 90%
90%
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫הפרדת שמנים‬
‫שומנים )‪ (fats‬נמצאים גם בצמחים וגם בבעלי חיים‪ :‬אסתרים‬
‫גליצרוליים של חומצות שומניות )תערובת שלהם(‪.‬‬
‫שמנים )‪ (oils‬טריגליצריד שהוא נוזל בטמפרטורת החדר וכן‬
‫פחממנים הידרוקרבוניים קלים )בנזין ודלק מטוסים( וכבדים )דלקים‬
‫כבדים‪ ,‬נפט גולמי‪ ,‬דיזל ואספלט‪ ,‬לובריקנטים שונים(‪.‬‬
‫שעווה )‪ (waxes‬אסתרים אלכוהוליים חד‪-‬טבעתיים של חומצות‬
‫שומניות‪ ,‬קשים הרבה יותר משמנים בטמפרטורת החדר‪ .‬טבעיים‬
‫מכילים חומצות‪ ,‬אלכוהולים והידרוקרבונים חופשיים‪.‬‬
‫גריז )‪ (grease‬זה מושג כוללני ‪ -‬תערובות של הנ"ל‪ .‬רובם לא‬
‫מסיסים במים אך חלקם עוברים אמולסיפיקציה‪.‬‬
‫מקור השמנים ‪ -‬מטבחים ומסעדות‪ ,‬תעשיות‪ :‬מוצרי בשר‪ ,‬עיבוד צמר‪,‬‬
‫שמני מאכל‪ ,‬מוצרי סויה‪ ,‬תהליכי זרע פשתן ותעשיות מזון וממקורות‬
‫הידרוקרבונים ונפט‪.‬‬
‫‪Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]‬‬
‫טכניקות טיפול בשמנים‬
‫• לתפוש אותם כמה שיותר במקור‪ ,‬במיוחד‬
‫אמולסיות של שמן וגריז‪.‬‬
‫• שמן וגריז חופשיים )לא ‪ - (emulsified‬קל‬
‫יחסית‪ ,‬כי צפים בקלות למעלה ועוברים‬
‫אגלומרציה‪ .‬אמולסיות ‪ -‬קשה יותר‪.‬‬
‫‪Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]‬‬
‫שני שלבי טיפול‪:‬‬
‫שיטות‬
‫‪ (1‬הפרדת החופשיים מהמים ומאמולסיות ע"י גרביטציה‬
‫)ציפה פשוטה(‪ .‬דוגמא פשוטה ‪ -‬מלכודת שמן ) ‪grease‬‬
‫‪ :(trap‬מוסכים‪ ,‬בתי מלאכה מכניים‪ ,‬בתי מלון‪ ,‬מסעדות‬
‫וכדו'‪.‬‬
‫– מפעלים יותר גדולים ‪ -‬כטיפול ראשוני לשמן ‪ -‬מתעשיות טחינת‬
‫בשר‪ ,‬תעשיות מזון וכו'‪ .‬בתעשיות ץופנ טפנ ‪ API‬מפריד‬
‫)סטנדרט של ‪ ,(American Petroleum Inst.‬כולל מתקן מכני‬
‫להרחקת הצופת‪.‬‬
‫‪ (2‬מתקן לשבירת אמולסיות לאחר הנ"ל ‪ -‬קואגולציה כימית‪,‬‬
‫פלוקולציה ‪ +‬פלוטציה באויר דחוס‪ .‬כ"כ אמצעים פיזיקליים‬
‫לשבירה ‪ -‬חימום‪ ,‬צנטריפווס היצגינון‪.‬‬
‫‪Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]‬‬
Flotation
Purpose
• Remove materials lighter than water
• Thickening of wastewater sludge
• Separation of algae
• Separation of light flocs
Process
• Gravity separation by attaching gas bubbles to solid
particles to reduce their apparent density and make
them float.
• Stock’s law applies:
ρg - gas bubble density
U = [g(ρ - ρg)d2]/(18µ)
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Dissolved air flotation (DAF)
Pressure flotation - the most popular in WT - air is
dissolved in water under pressure. The pressure is
reduced to form bubbles.
Mechanisms
• Bubble entrapment within floc particles matrix
• Bubble growth from nuclei within the floc
• Dominant mechanism in DAF - bubble attachment
to floc during collision
• DOM is sufficient to keep particle surface
hydrophobic for bubble attachment
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Flocculation - Floatation unit
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
‫לורטינ ‪Neutralization‬‬
‫מטרה ‪ -‬לנטרל שפכים עם ערכי ‪ pH‬גבוהים מדי או נמוכים מדי‪.‬‬
‫הבעיה במיוחד בשפיכה פתאומית לזרם כלשהו‪.‬‬
‫שיטות‬
‫• ערבוב ש םיכפשהתוצאה היא ‪ pH‬ניטרלי‪ .‬משני זרמים שונים‬
‫באותו מפעל‪ ,‬או משני מפעלים סמוכים‪ .‬דוגמא ‪ -‬מפעל לחומרי‬
‫בנייה )בסיסי ‪ -‬סיד ומגנזיום( ‪ +‬שפכי מפעל כימי ‪ -‬חומצה‪ .‬לפעמים‬
‫צריך מיכלי השוואה כדי לאפשר תיאום זמנים וזרמים‪.‬‬
‫לחומציים‬
‫• אבן גיר‬
‫• ‪) lime slurry‬נוזל סיד מרוכז(‬
‫• סודה קאוסטית ‪NaOH‬‬
‫לאלקליים‬
‫• ע"י תוספת ‪CO2‬‬
‫• הוספת ח' גופריתנית‬
‫‪Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]‬‬
‫התהליך הקונבנציונלי לטיפול‬
‫בשפכי מתכות כבדות‬
‫פלוקולציה‬
‫‪+‬העלאת ערך ההגבה‬
‫שיקוע‬
‫סינון‬
‫אלום]‪,[Al2(SO4)3·18H2O‬‬
‫‪(b‬ברזל כלוריד ‪[FeCl3 .‬‬
‫‪H2O] 6‬‬
‫‪Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]‬‬
Reactions in the EF Cell
- +
Al+3
OH-
O2(g)
H2(g)
Anode
(Aluminum)
Cathode
(Stainless
Steel)
Aluminum:
anode
reactions:
Al(s) 
Al+3(aq) + 3e2H2O O2(g)
+4H+(aq) + ecathode
reactions:
2H2O + 2e- 
H2(g) + 2OH(aq)
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Wastewater Treatment Line of
Ni in Electroplating Factory
10150
ppm
Nicke
l
Nickel
rinsing
wastewater
Nickel<
Israeli
Standard
0.5 ppm
pH
10.5
Base addition
Settling tank
Sand
filter
Electroflocculation
unit
10-20
ppm
Iron
Sludge thickening
Sludge disposal
19
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Sewage
Coupling Electroflocculation
with Constructed Wetlands for
Tertiary Wastewater Treatment
Faculty of Agricultural, Food and Environmental Quality
Sciences, The Hebrew University of Jerusalem
In collaboration with Tel-Aviv University, the Volcany
and Mekorot Institute
Germany BMBF & Funded by the Italian Government & EU
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Secondary or Biological Treatment
CONVENTIONAL
•Trickling filters
•Activated sludge
•Oxidation ditch
•Aerated lagoons
•Oxidation ponds
RECENT DEVELOPMENTS
(Minimum sludge with maximum conversion)
(From 1-4 kg COD converted / m3.day in conventional systems}
(To 10 - 30 kg COD converted / m3.day in new systems)
•Anaerobic Up-flow Bio-Reactors
•Sequencing Batch Reactors with granular bio-mass
•Anaerobic reactors retaining flocculant bio-mass
•Aerobic reactors with granular bio-mass
•Membrane bio-reactors
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Conventional Bio-Treatment
with Primary Sedimentation
Primary sedimentation
Bio-reactor
Secondary
sedimentation
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Bio-Treatment with Chemical
Pretreatment and Sedimentation
Chemical treatment
Chemicals
Primary sedimentation
Bio-reactor
Secondary sedimentation
flocculation
Sludge treatment
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Pretreatment to Bio-Treatment
Flocculation and Sedimentation or Floatation
can have the Following Effects:
• Important removal of organic matter and decrease of the
organic loading for the following biological treatment
• Total removal of suspended and colloidal matter
• Improvement of the biological removal efficiency by
leaving only dissolved organic matter
• Improved effluent turbidity
• By chemical treatment removal of some chemicals toxic
or inhibitory to bio-treatment
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
As a Result of the Chemical Pretreatment
• A smaller bioreactor is required
• The energetic requirements for the biotreatment are smaller
• The bio-treatment is easier to be
performed and is cheaper
• The sludge from the chemical
pretreatment has good thickening and
dewatering properties
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Distribution and Fate of Organic
Matter During the Treatment:
Conventional Treatment
Raw organic matter
Primary
sedimentation
30%
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/
10% effluent
Bio-treatment
60%
[email protected]
Distribution and Fate of Organic
Matter During the Treatment:
Chemical Pretreatment
Raw organic matter
10% Effluent
Bio-treatment
Chemical treatment and sedimentation
15%
75%
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Reactor Size Calculation
V = (Q*So)/(q*MLVSS)
V - Volume of reactor (m3)
Q - Influent flow (m3/day)
So - Influent organic load (kg/m3 )
q - Specific removal rate of organic compounds (day-1)
MLVSS - Mixed liquor suspended solids (kg/m3)
The chemical pretreatment reduces So
and increases q.
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
The Introduction of Membrane
to Bio-Treatments instead of
Conventional Bio-Treatment
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Advanced Bio-Treatment for
BOD, N, P Removal
Anaerobic Anoxic
Aeration Tank
Final Clarifier
RAS
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
WAS
Membrane Replacing
Secondary Clarifier and Filter
Anaerobic Anoxic
Aeration Tank
Membrane
M
RAS
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
WAS
Different Membrane Separation
Options Following Bio-Treatment
Membrane Bioreactor (MBR)
Very good
Sidestream Bioreactor
NF
Excellent
Highly concentrated biomass
Submerged system
RO
Superior
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Advanced Oxidation Processes
(AOP) for Enhanced COD Removal
Electro- Flocculation
& Oxidation
UV + catalyzers
Chemical oxidation
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Recommendations
‫מנת ליישם פתרון אופטימלי מומלץ לבחון ולהשוות‬-‫• על‬
‫ ההשקעה‬,‫מספר חלופות בהתחשב במאפייני השפכים‬
‫הנדרשת ועלויות תפעול‬
• It is advisable to select and compare several
alternatives considering the wastewater
characteristics, the initial investment and O & M
costs for final optimization
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]
Adin Holdings Ltd.
WATER IS LIFE
Adin Holdings Ltd. http://www.adinholdings.com/ [email protected]