حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب یکی از گام های بسیار مهم در فرآیند تصفیه می باشد که تاثیر مستقیم بر سلامت انسان و طبیعت دارد. روزانه حجم بالایی از فلزات سنگین و یون های متنوع در کارخانجات و واحدهای فرآوری و کشاورزی وارد سفره های آب زیرزمینی می شوند. ورود این یون ها به آب و افزایش بیش از اندازه آنها به مرور منجر به بیماری های متعدد از قبیل بیماری های کلیوی، آسیب به کبد و مشکلات عصبی و کاهش قدرت سیستم ایمنی بدن می گردد. در این بخش از مقالات آموزش تصفیه آب و فاضلاب به کاربردی ترین روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب و پسماندهای صنعتی و آب های آشامیدنی اشاره خواهیم داشت.
آنچه در این مطلب می خوانید:
استاندارد فلزات سنگین در آب آشامیدنی
ورود به انقلاب صنعتی و رشد چشمگیر صنایع مختلف مواجه شد با افزایش مقدار فلزات سنگین در آب های زیر زمینی که در نهایت به یک چالش بزرگ تبدیل گردید. چون ورود یون های فلزات سنگین از قبیل آرسنیک، جیوه، سرب، نیکل، مس و کروم و کادمیوم به بدن منجر به بیماری های متعددی در انسان و حیوانات و آبزیان میشود. بر اساس استانداردهای ارائه شده از سازمان های متعدد از قبیل who، حداکثر مقدار مجاز فلزات سنگین در آب آشامیدنی برابر است با:
- جیوه: 0.00003 میلی گرم بر لیتر
- سرب: 0.006 میلی گرم بر لیتر
- آرسنیک: 0.5 میلی گرم بر لیتر
- کادمیوم: 0.01 میلی گرم بر لیتر
- کروم: 0.05 میلی گرم بر لیتر
- مس: 0.25 میلی گرم بر لیتر
- نیکل: 0.2 میلی گرم بر لیتر
- روی: 0.8 میلی گرم بر لیتر
متاسفانه پساب های صنایع مختلف از جمله کارخانجات فراوری و آبکاری فلزات، نساجی، کشاورزی، رنگرزی، پالایشگاه ها و پتروشیمی، کارخانجات دار وسازی و تولید مواد غذایی، خوردگی فلزات و زنگ زدگی و همچنین معادن حاوی مقدار زیادی از فلزات سنگین می باشد. به طوریکه آب استخراج شده از سفره های آب ز یرزمینی ممکن است بیش از اندازه استاندارد حاوی یون های فلز باشند. در نتیجه تنها راهکار استفاده از روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب در مراحل تصفیه آب خواهد بود.
خطرات وجود فلزات سنگین در فاضلاب و آب
عدم توجه به کاهش و حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب نه تنها آسیب جدی به محیط زیست و حیوانات، پرندگان و آبزیان می زند، بلکه تهدید بزرگی برای سلامتی انسان نیز به شمار می رود. از مهم ترین خطرات وجود فلزات سنگین در فاضلاب و آب عبارتند از:
بیماری های پوستی، سرطان، حالت تهوع و استفراغ، آسیب های جدی به کب د، افسردگی، ضعف و بی حالی، سرطان، بیماری های کلیوی، بروز بیماری خود ایمنی، سرفه، کم خوابی و بیماری ویلسون و موارد مشابه.
هر یک از فلزات موجود در آب بدن را مستعد بیماری های خاصی می کند. به عنوان مثال، افزایش بیش از اندازه مقدار آرسنیک در آب منجر به بیماری های عروقی و سرطان خواهد شد. کروم بسیار خطرناک و سرطان زا بوده و اسهال و سدرد و حالت تهوع را به همراه دارد. افزایش بیش از اندازه سرب منجر به آسیب های جدی به مغز جنین و بیماری های عصبی و کلیوی می گردد.
نحوه حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
به دلیل اهمیت بسیار زیاد فلزات سنگین موجود در آب و فاضلاب، در طی مطالعات و تحقیقات متعددی که در این زمینه انجام شده است، روش های گوناگونی ارائه شده اند. از رایج ترین روش های حذف فلزات سنگین از پسماندهای صنعتی و آب و فاضلاب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب با اسمز معکوس
یکی از کاربردی ترین روش ها برای حذف یون های فلزی موجود در آب، استفاده از آب شیرین کن صنعتی می باشد. این تجهیزات که با روش اسمز معکوس عمل می کنند، قدرت بالایی در استانداردسازی مقدار فلزات موجود در آب دارند. غشای نیمه تراوای موجود در دستگاه اسمز معکوس مانع بزرگی برای جلوگیری از یون های فلزی می باشد و روند کار آن کاملا عکس رفتار طبیعت و کلیه انسان است. آب حاوی فلزات سنگین با فشار پمپ به سمت آب با غلظت و فلزات کم هدایت شده و یون های فلزی امکان عبور از منافذ کوچک غشای نیمه تراوا را پیدا نمی کنند.
حذف فلزات سنگین از پساب های صنعتی با تبادل یون
از دیگر روش های مناسب برای حذف فلزات سنگین از پساب های صنعتی و آب، تبادل یونی است. دانه های پلیمری رزین آنیونی و کاتیونی تمایل زیادی به تباد ل یون داشته و یون های مختلف با سدیم موجود در رزین جایگزین میشود.
روش های جذب فلزات سنگین توسط جاذب ها
از اصلی ترین روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب می توان به استفاده از جاذب های مختلف اشاره کرد . برخی از مواد طبیعی و شیمیایی قدرت جذب بالایی داشته و از این پتانسیل می توان برای تصفیه آب و فاضلاب و کاهش مقدار فلزات سنگین موجود در آنها استفاده کرد. جاذب های مورد استفاده برای حذف یون های فلزی تنوع بالایی دارند و کاربردی ترین آنها عبارتند از:
جذب سطحی مواد طبیعی
با در نظر گرفتن ph استاندارد، می توان از برخی مواد طبیعی مانند زئولیت ها برای جذب یون های فلزی مختلف از قبیل کادمیوم و کلسیم و روی استفاده کرد. زئولیت در آب فلزات مختلف را جذب خود نموده و از این طریق فرآیند جداسازی آنها و افزایش کیفیت آب تسهیل میشود.
جذب زیستی فلزات سنگین
به منظور کاهش مواد شیمیایی جانبی در فرآیند حذف یون های فلزی می توان از پسماندهای زیستی استفاده کرد. به عنوان مثال، پوست گردو و فندوق و استخوان و پوسته برنج و غیره می توانند به کربن فعال تبدیل شوند. حرارت دهی و قرار گرفتن در شرایط تحت فشار همراه با بخار این مواد را به کربن فعال تبدیل می کند که جاذب بسیار قوی خواهد بود. این نوع جاذب در فیلتر کربنی کاربرد گسترده ای داشته و بدون مواد جانبی مضر تصفیه را انجام داده و فلزات را کاهش می دهد.
جذب توسط کیتوزان ها
کیتوزان ها در واقع بیوپلیمرهای طبیعی هستند که کاملا غیر سمی بوده و به محیط زیست نیز آسیب وارد نمی کنند. این جاذب ها قدرت زیادی در حذف فلزات سنگین با غلظت بالا نداشته و بیشتر برای آب و فاضلاب با مقدار کم یون فلزی استفاده میشوند.
علاوه بر موارد فوق، جاذب های مغناطیسی، فلزی آلی و جاذب های معدنی نیز در این زمینه نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند.
حذف فلزات سنگین در فاضلاب با ته نشینی شیمیایی
استفاده از مواد شیمیایی منعقد کننده در حذف فلزات از فاضلاب و آب در محیط های صنعتی کاربرد گسترده ای دارد. در این روش مواد شیمیایی به آب یا فاضلاب تزریق شده و یون های فلزی نامحلول با آنها ایجاد پیوند نموده و به شکل لایه های سنگین در کف حوضچه تصفیه انباشته میشوند. در این روش باید به صورت مرتبط لجن کف حوضچه ها تخلیه شود یا در فرایندهای لجن فعال مورد استفاده قرار گیرند.
حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب با الکترولیز
الکترولیز یکی از گران ترین و در عین حال آسان ترین روش ها برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب می باشد. در این روش با انتخاب کاتد و آند و استفاده از جریان الکتریکی جداسازی یون های فعال انجام میشود. از مهم ترین ویژگی های این روش می توان به راه اندازی آسان آن اشاره کرد. به دلیل مصرف انرژی زیاد روش الکترولیز بیشتر در محیط های آزمایشگاهی کاربرد دارد. در این روش به صورت انتخابی می توان فلزات را حذف کرد.
حذف فلزات سنگین از آب با فیلتراسیون غشایی
به جرات می توان گفت، یکی از بهترین روش های حذف فلزات سنگین از آب استفاده از فیلتراسیون غشایی می باشد. در این روش از ممبران هایی با منافذ بسیار کوچک استفاده شده و از عبور یون های فلزی جلوگیری می کنند. در حالت کلی روش فیلتراسیون غشایی مجموعه ای از روش های اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس می باشد.
ابتدا یون های فلزی با عبور از اولترافیلتراسیون تا حد زیادی حذف میشوند. سپس وارد نانوفیلتراسیون و اسمزمعکوس میشوند تا یون های نمکی نیز حذف شده و آب با کیفیت بالا از دستگاه خارج گردد.
حذف فلزات سنگین با فتوکاتالیز
فتوکاتالیز از روش های جدید حذف فلزات سنگین می باشد که با رابط های نیمه هادی الکترولیتی و نور خورشید این کار را انجام می دهد. در اکسید تیتانیوم در این روش کار برد زیادی دارد و تاثیر زیادی بر حذف مواد آلی نیز دارد. البته لازم به ذکر است که فاضلاب و آب برای تصفیه با این روش برای مدت طولانی باید در حوضچه نگهداری شوند و اصطلاحا زمان ماند بالا است.
جمع بندی
برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب ابتدا باید نوع یون ها، غلظت آنها و همچنین ph و شرایط محیطی مد نظر قرار گیرد. سپس بر اساس استاندارد مورد نیاز مقدار فلزات، یکی از روش های جذب، تبادل یونی، اسمز معکوس، ته نشینی شیمیایی، فتو کاتالیز، الکترولیز و فیلتراسیون غشایی انتخاب و اجرا میشود.
