حذف آرسنیک از آب آشامیدنی از جمله گام های بسیار مهم و ضروری در منابع آبی می باشد که ترکیبات آرسنیک در آنها موجود می باشد. ترکیبات آرسنیک از قبیل AS+5 و AS+3 در آب های آشامیدنی موجود می باشند و سرطان زا بودن آنها کاملا به اثبات رسیده است. به همین دلیل لازم است این ترکیبات با روش های شیمیایی و فیزیکی و گاها بیولوژیکی حذف شود و بخش مهمی در فرآیند تصفیه آب به این امر اختصاص داده میشود. گروه صنعتی هفت در ادامه به معرفی کامل روش های رایج و نوین حذف آرسنیک از آب های آشامیدنی پرداخته و نقاط مثبت و منفی هر یک را شرح خواهد داد.
آرسنیک در آب چیست؟
عبور آب از بسترهای خاکی حاوی عنصر آرسنیک باعث میشود تا ترکیبات سرطان زا و بیماری زا بسیار خطرناک وارد آب های آشامیدنی شود، به طوریکه این مساله به یکی از نگرانی های دنیا، مخصوصا جنوب آسیا تبدیل شده است. آرسنیک که سومین عنصر از گروه پنجم جدول تناوبی می باشد، بی مزه و بی بو بوده و ترکیبات آلی و غیرآلی مختلفی از آن در محیط های مختلف موجود می باشد. دو ترکیب بسیار خطرناک و رایج آرسنیک در آب شامل AS+5 و AS+3 می باشد که در حالت کلی AS+5 واکنش پذیری بالاتری نسبت به AS+3 دارد.
از جمله منابع که منجر به افزایش مقدار آرسنیک در آب می گردد می توان به عبور آب از بسترهای خاکی حاوی آرسنیک، علف کش ها، آفت کش ها و همچنین آبهای شور حاصل از حفر چاه های نفت و گاز اشاره نمود. وجود مقدار زیاد آرسنیک در آب در بروز بیماری هایی از قبیل سرطان پوست، کلیه، مثانه و ریه بسیار موثر می باشد، به همین دلیل بر اساس استانداردهای اعلام شده توسط سازمان بهداشت جهانی، حداکثر مقدار آن در آب 0.01 میلی گرم در لیتر باید باشد.
حذف آرسنیک از آب با اکسیداسیون
همان طور که اشاره شد، از جمله ترکیبات آرسنیک موجود در آب AS+5 (آرسنات) و AS+3 (آرسنیت) می باشند. در حالت کلی آرسنات قدرت واکنش پذیری بالاتری داشته و به همین دلیل لازم است با انجام اکسیداسیون، آرسنیت به آرسنات تبدیل شود. برای این منظور از ترکیبات متعددی از قبیل پرمنگنات، هیپوکلریت و پراکسید هیدروژن و ازن استفاده میشود. پس از اکسید شدن آرسنیت، قدرت رسوب شدن و جذب بر سطوح جامد آن تا حد زیادی افزایش پیدا خواهد کرد.
حذف آرسنیک از آب آشامیدنی با انعقاد و لخته سازی
در روش های تصفیه و حذف ذرات کلوئیدی، یکی از تکنیک هایی که در تصفیه شیمیایی فاضلاب و آب مورد استفاده قرار میگیرد، انعقاد و لخته سازی می باشد. برای پیاده سازی این روش به منظور حذف آرسنیک از ترکیباتی همچون آلوم، سولفات آهن و کلرید آهن استفاده میشود. اضافه شدن این ترکیبات به آب باعث میشود در مدت زمان بسیار کوتاه و حدود یک دقیقه، ذرات و یون ها با بار منفی به هم متصل هم متصل شده و در نهایت منجر به اتصال آرسنیک به این رشته ها خواهند شد. در نهایت لخته های ایجاد شده به کمک تجهیزات مختلف از قبیل فیلترها جمع آوری خواهند شد.
به منظور افزایش راندمان حذف آرسنیک با کمک انعقاد، لازم است به PH آب توجه شود. چون هر یک از این ترکیبات از قبیل آلوم و کارید آهن در PH های متفاوتی بهتر فرآیند انعقاد و لخته سازی را انجام می دهند. به عنوان مثال، آلوم در PH حدود 6 تا 8 بسیار خوب عمل نموده و این در حالیست که برای کلرید آهن باید PH کمتر از 8 باشد.
علیرغم کارایی بالای این روش، برخی محدودیت ها در آن وجود دارد که از جمله آنها می توان به کاهش کارایی در PH کمتر از 8 اشاره نمود. علاوه براین، در برخی از شرایط نیاز به دوزهای بسیار بالایی از مواد منعقد کننده می باشد که می تواند منجر به بروز مشکلات دیگری گردند.
ته نشینی آرسنیک با آهک
از دیگر روش های مورد استفاده برای کاهش مقدار آرسنیک در آب می توان به استفاده از آهک برای این منظور اشاره نمود. در واقع استفاده از آهک یکی از روش های ته نشینی می باشد که بازدهی بالایی نداشته و 40 تا 70 درصد از مقدار ترکیبات مورد نظر را حذف خواهد کرد. به همین دلیل این روش بیشتر به عنوان یک روش پیش تصفیه برای سایر روش ها مورد استفاده قرار میگیرد و به تنهایی موثر نخواهد بود. در این روش مواد جامد رسوب شده بسیار بالا می باشد که به عنوان یک نقطه ضعف برای این روش به شمار می رود.
حذف آرسنیک با جذب سطحی
ورود برخی از ترکیبات و مواد به آب باعث میشود تا عناصر موجود در آب جذب این مواد شوند. از این خاصیت می توان استفاده نمود و ترکیباتی که قادر به جذب آرسنیک هستند را جذب کرد. ترکیباتی همچون آلومینای فعال، اکسید آهن هیدراته، اکسید تیتانیوم، اکسید سیلیکون، شن و ماسه و خاک رس از جمله ترکیباتی هستند که قادر به جذب آرسنیک موجود در آب هستند. نکته بسیار مهم در استفاده از ترکیباتی همچون آلومینای فعال برای حذف آرسنیک، احیای منظم به منظور افزایش راندمان فرآیند حذف می باشد. عبور مدام آب های حاوی آرسنیک از ستون های حاوی آلومینای فعال باعث کاهش کارایی آنها شده و به همین دلیل لازم است اقدامات برای احیای مجدد آنها صورت گیرد. برای احیای آلومینای فعال می توان از سود سوزآور استفاده نمود.
نکته بسیار مهم در این روش این است که، ممکن است در نهایت مقدار آلومینیوم موجود در آب تا حد زیادی افزایش پیدا کند. علاوه براین، مقدار PH محیط باید تنظیم گردد تا کارایی کاهش نیابد.
حذف آرسنیک از آب با تبادل یونی
روش تبادل یونی شباهت زیادی با جذب سطحی دارد، با این تفاوت که در این روش از دانه های رزین استفاده میشود. نکته بسیار مهم در این روش این است که ابتدا لازم است فرآیند اکسیداسیون صورت گرفته و آرسنیت به آرسنات تبدیل شود. پس از انجام این فرایند و عبور آب از بستر رزینی منجر به حذف آرسنات ها می گردد. همانند روش جذب سطحی، به مرور قدرت و کارایی دانه های رزین کاهش یافته و همان طور که در مطلب کاربرد رزین در تصفیه آب اشاره شد، با ترکیبات مختلف از جمله محلول آب و نمک باید فرایند احیای رزین صورت گیرد.
روش های حذف آرسنیک از آب با غشا و فیلتراسیون
در صنعت تصفیه آب استفاده از غشاهای مصنوعی یا فیلتر ممبران کاربرد زیادی داشته و منافذ کوچک آنها مانع از عبور ذرات و یون ها و آلاینده های موجود میشوند. از جمله غشاهای مورد استفاده برای کاهش مقدار آرسنیک موجود در آب می توان به موارد زیر اشاره نمود:
حذف آرسنیک از آب با اسمز معکوس
اسمز معکوس یکی از روش ها و تجهیزات بسیار کاربردی در تصفیه آب می باشد که عکس عمل اسمز موجود در طبیعت رفتار می کند. در این تجهیزات آب حاوی آلاینده ها با فشار از غشاهایی با منافذ بسیر کوچک عبور داده میشود. بر اثر عبور آب از این غشاها ذرات کوچکی مانند آرسنیک امکان عبور را پیدا نخواهند کرد.
حذف آرسنیک با اولترافیلتراسیون
استفاده از غشاهای اولترافیلتراسیون از دیگر روش ها برای کاهش مقدار آرسنیک موجود در آب می باشد که البته کارایی آن کمتر از اسمز معکوس است. با توجه به اینکه منافذ این غشاها بزرگتر از اسمز معکوس می باشند، به همین دلیل بهتر است ابتدا عمل لخته سازی و انعقاد صورت گیرد تا کارایی و راندمان افزایش پیدا کند.
حذف آرسنیک از آب با نانوفیلتراسیون
عبور آب از غشاهای نانوفیلتراسیون که دارای منافذی به اندازه 0.001 میکرون می باشند نیز می تواند گزینه ای نسبتا مناسب برای کاهش آرسنیک های موجود در آب باشد. این گروه از ممبران ها نیز کارایی کمتری نسبت به RO دارند.
روش های نوین حذف آرسنیک از آب
علاوه بر موارد فوق و با توجه به اهمیت بسیار کاهش آرسنیک، همیشه روش های جدیدی در این زمینه مطرح میشوند. به طوریکه فناوری های نوین در این زمینه مورد استفاده قرار میگیرند. به عنوان مثال، استفاده از روش های الکتروشیمیایی ECAR از جمله روش هایی می باشد که به کمک جریان الکتریکی و زنگ آهن منجر به رسوب آرسنیک می گردد. علاوه براین، از فناوری نانو نیز در این زمینه استفاده میشود که البته بیشتر جنبه آزمایشگاهی داشته و تصفیه خانه های بزرگ در حال حاضر کاربرد ندارند.
