روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
با توجه به روند رو به رشد توسعه صنایع مختلف، مقادیر هشداردهنده ای از فلزات سنگین سمی به همراه پساب این صنایع به محیط زیست وارد می‌شود که سلامت عمومی را به خصوص در کشورهای در حال توسعه به مخاطره انداخته است. امروزه فلزات سنگین به عنوان آلاینده های اولویت دار محیط زیست محسوب می‌شوند و به یکی از جدی ترین مشکلات زیست محیطی تبدیل شده اند. در ادامه به بررسی روش های حذف فلزات سنگین از پساب صنایع می‌پردازیم و اهمیت حذف آن‌ها را نیز بررسی می‌کنیم.
اهمیت حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب:
یون های فلزات سنگین اثرات مهلک و مرگباری بر همه اشکال حیات دارند و از طریق دفع پسماندها در کانال‌های آب، وارد زنجیره غذایی می‌گردند. یون های فلزات سنگین به دلیل عدم زیست تخریب پذیری، تجمع یافته و مقدارشان در طول زنجیره غذایی افزایش می‌یابد. در میان یون های فلزی مختلف، سرب، جیوه، کادمیوم و کروم در صدر فهرست سمیت قرار دارند. از مهم‌ترین مشخصه های سمیت فلزات سنگین، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سمیت این فلزات می‌تواند به مدت طولانی در طبیعت باقی بماند.
- برخی از فلزات سنگین حتی می‌توانند در یک محیط خاص، با گذشت زمان سمی بودنشان افزایش پیدا کند نظیر جیوه
- تجمع و تشدید زیستی فلزات سنگین به وسیله زنجیره غذایی می‌توانند به فعالیت های فیزیولوژیکی طبیعی آسیب رسانده و در نهایت زندگی بشر را به مخاطره بیاندازند.
بنابراین، به منظور حفاظت از مردم و محیط زیست، این فلزات سنگین می‌بایست از فاضلاب های صنعتی حذف گردند.
بررسی روش‌های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
روش های حذف فلزات از فاضلاب اساساً شامل فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و همچنین فرآیندهای بیولوژیکی می‌شود. در ادامه متداول ترین روش‌های حذف فلزات سنگین از پساب صنایع مورد بررسی قرار می‌گیرد:
-
روش ته نشینی شیمیایی
ته نشینی شیمیایی روشی بسار مؤثر است که بطور گسترده ای در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا بهره برداری از آن بسیار ساده است. در فرآیندهای ته نشینی، مواد شیمیایی با یون های فلز سنگین برای تشکیل رسوب های نامحلول واکنش می‌دهند. رسوب‌های تشکیل شده را می‌توان با فرآیندهای رسوب زدایی و فیلتراسیون از آب جدا کرد. فاضلاب تصفیه شده به این روش مناسب دفع در محیط زیست و یا استفاده مجدد خواهد بود.
-
روش تبادل یونی
تبادل یونی یک روش مؤثر برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب است. منظور از این روش توانایی یا قابلیت انتقال یون‌های کاتیونی یا آنیونی به وسیله جامدات اطراف یون‌ها می‌باشد. در این روش یون سدیم می‌تواند جانشین یون‌های عامل سختی آب شود. روش تبادل یونی قادر به تصفیه محلول‌های فلز سنگین با خلوص بالا و همچنین قادر به انجام عملیات به صورت پیوسته می‌باشد. از این رو، نیاز به فرآیندهای پیش تصفیه به منظور کاهش غلظت مواد جامد معلق برای ایجاد حداکثر بازدهی خواهد داشت.
-
فناوری پالایش غشایی
فرآیندهای پالایش غشایی به منظور جداسازی های فیزیکی یا فیزیکی-شیمیایی طراحی می‌گردند. توسعه فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب بر اساس فناوری غشایی در جدول زیر ارائه شده است:
| فرآیند | هدف |
|---|---|
| میکروفیلتراسیون | حذف مواد جامد معلق شامل میکروارگانیزم ها |
| اولترافیلتراسیون | حذف مولکول‌های املاح محلول و ذرات معلق کلوئیدی |
| نانوفیلتراسیون | حذف(انتخابی) یون‌های چندظرفیتی و برخی مولکول‌های باردار |
| اسمز معکوس | حذف ناخالصی های یونی غیرآلی |
| الکترودیالیز | استخراج(انتخابی) یون‌ها از آب و یا تغلیظ این یون ها در جریان فاضلاب |
-
روش اسمز معکوس:
از اصلی‌ترین روش‌های پالایش غشایی می‌توان به اسمز معکوس اشاره کرد. این روش بر اساس خاصیت اسمزی بدن انسان طراحی شده است. بدین صورت که هر گاه دو مایع با غلظت نمک متفاوت، توسط یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شده باشند، جریان از سوی محلول دارای غلظت کمتر به سوی محلول غلیظ تر برقرار می‌شود. از این قانون برای شیرین کردن آب استفاده می‌شود. در روش اسمز معکوس تنها آب از میان غشاء عبور می‌کند و تمام مواد محلول و معلق جداسازی می‌گردند. سیستم اسمز معکوس برای عملکرد مؤثر نیاز به ورودی با کیفیت بالا دارد، بنابراین پساب، جهت حذف مواد جامد معلق در فاضلاب می‌بایست قبل از ورود به اسمز معکوس پیش تصفیه گردد.
-
روش الکترودیالیز
اساس کار در این روش همانند روش اسمز معکوس می‌باشد با این تفاوت که در روش الکترودیالیز برای راندن یون‌های فلزات سنگین به داخل غشاء از نیروی الکتریکی استفاده می‌شود. در این روش نیز می‌بایست آب ورودی به فرآیند درجه بالایی از تصفیه را گذرانده باشد و عاری از میکروارگانیزم‌ها باشد.
-
فرآیند انعقاد و لخته سازی
فرآیندهای انعقاد و لخته سازی، حذف مواد جامد معلق در ابعاد ذرات کلوئیدی را آسان می‌سازد. عمل انعقاد شامل ناپایدارسازی ذرات کلوئیدی با افزودن مواد منعقدکننده می‌باشد. افزودن مواد کمک منعقدکننده جهت تشکیل لخته های درشت تر می‌تواند در دستور کار قرار گیرد. استفاده از هم زن‌ها جهت ایجاد تلاطم ملایم به منظور تجمیع لخته های تشکیل شده و ته نشینی سریع تر آن‌ها نیز می‌تواند مفید باشد. این روش قابلیت حذف برخی از فلزات سنگین از فاضلاب را دارد.
-
روش الکتروکواگولیشن یا انعقاد الکتریکی جهت حذف فلزات سنگین
در این روش از جریان الکتریکی برای حذف فلزات سنگین استفاده می‌شود. این روش بر پایه آبکاری یون‌های فلزی بر روی سطح یک کاتد بوده و می‌تواند فلزات را در حالت عنصری بازیابی نماید. در راکتور تصفیه پیشرفته PECR-V1 از این روش استفاده شده است.
-
روش جذب سطحی
امروزه جذب سطحی به عنوان یک روش مؤثر و اقتصادی برای تصفیه فاضلاب از فلزات سنگین شناخته می‌شود. در این روش فلزات سنگین در بین فاز جامد و مایع و در سطح مشترک آن‌ها به دام می‌افتند و تجمع می‌کنند. جامد جاذب در این روش، کربن فعال می‌باشد. جاذب های کربن فعال بطور گسترده ای جهت حذف آلودگی های فلزات سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرند. علت کارایی خوب آن‌ها در این زمینه ناشی از حجم بالای میکروحفره ها و مزوحفره های موجود در آن‌ها و سطح ویژه بالای حاصل از آن می‌باشد. فرآیند جذب سطحی دارای انعطاف پذیری در طراحی و بهره برداری بوده و در بسیاری از حالات، یک جریان خروجی تصفیه شده با کیفیت تولید می‌کند.
مزایا و معایب روش‌های حذف فلزات سنگین از پساب
هر کدام از روش هایی که عنوان شد، در کنار مزایای کاربرد، معایبی نیز دارند از جمله، کم اثر بودن در حذف یون های فلزات سنگین، مصرف مقدار زیادی مواد شیمیایی، تولید لجن های سمی در مقادیر بالا، هزینه بالا و مسائل مربوط به دفع ایمن مواد حاصله. بنابراین نیاز به فناوری های نوین که بتوانند غلظت فلزات سنگین را با هزینه های مقبول به سطوح قابل قبول استاندارد محیط زیست کاهش دهند، احساس می‌شود. دانستن مزایا و معایب این روش ها جهت انتخاب و بکارگیری بهینه این فرآیندها ضروری است. در جدول زیر مزایا و معایب هر یک از روش های فوق عنوان شده است:
| روش | مزایا | معایب |
|---|---|---|
| ته نشینی شیمیایی | ساده، ارزان، اکثر فلزات حذف می‌شود | تولید مقادیر زیاد لجن، وابستگی به PH، دشواری جداسازی، نیاز به مواد شیمیایی |
| تبادل یونی | هیچ لجنی تولید نمی‌شود، جریان خروجی با کیفیت بالا، امکان بازیابی فلزات | حساس به ذرات، هزینه بهره برداری بالا، رسوبگیری فلزی، تعداد کمتری از فلزات را می‌توان حذف کرد. |
| فرآیندهای غشایی | جریان خروجی با کیفیت بالا، پسماند جامد کمتری تولید می‌شود، مواد شیمیایی کمتری مصرف می‌شود. | رسوب گیری غشاء، عمر مفید محدود غشاء پرهزینه بودن، فشار بالا، نرخ جریان پایین |
| انعقاد و لخته سازی | ذرات بسیار ریزی از رسوب تولید می‌کند، آبگیری | مواد شیمیایی بسیار زیادی مورد نیاز است، تولید لجن، هزینه بالا |
| انعقاد الکتریکی | قابلیت انتخابی بودن فلز، عدم مصرف مواد شیمیایی، قابلیت دستیابی به فلزات خالص | سطح وسیعی از الکترود مورد نیاز است، رسوبگیری |
| جذب سطحی با کربن فعال | اکثر فلزات را می‌توان حذف کرد، بازدهی بالا ( بیش از 99 درصد) | قیمت بالای کربن فعال، عدم قابلیت بازسازی |
انتخاب فرآیند مناسب جهت تصفیه پساب تا رسیدن به سطوح استاندارد محیط زیست نیازمند تجربه و تخصص است. شرکت پژوهش صنعت آب با بیش از 20 سال سابقه موفق در تصفیه فاضلاب های صنعتی و بهداشتی شما را در این امر مهم همراهی می‌کند. جهت ارتباط با کارشناسان فنی این مجموعه می‌توانید از طریق راه های ارتباطی عنوان شده در این صفحه، ارتباط برقرار کنید.