آشنایی با روشهای حذف فلزات سنگین از فاضلاب

حذف فلزات سنگین از فاضلاب برای حفظ محیط زیست و سلامت انسان از اهمیت بالایی برخوردار است. برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب روش‌های مختلفی وجود دارد از جمله: روش‌های شیمیایی، غشایی، الکتریکی و فوتوکالیستی که هرکدام ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند و باتوجه‌به شرایط هر پروژه، بهینه‌ترین روش را می‌توان انتخاب و اجرا نمود. یکی از رایج‌ترین روش‌های حذف فلزات سنگین، روش‌های جذب است که در ادامه مقاله بیشتر به توضیح درباره آن خواهیم پرداخت.

منظور از حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب چیست؟

فلزات سنگین از طریق صنایع مختلف وارد آب و فاضلاب می‌شوند. آنها می‌توانند ماهیت سمی یا سرطان‌زا داشته باشند و می‌توانند مشکلات شدیدی برای انسان و اکوسیستم‌های آبی ایجاد کنند؛ بنابراین، حذف فلزات سنگین از فاضلاب یک مشکل جدی است.

به دلیل جلوگیری از ورود فلزات سنگین به محیط زیست و اکوسیستم‌های آبی، از روش‌های حذف آن استفاده می‌شود. یکی از روش‌هایی که دارای راندمان بالا است، روش جذب است. فرایند جذب به دلیل هزینه کم، در دسترس بودن و طبیعت سازگار با محیط زیست به طور گسترده برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب استفاده می‌شود. هم جاذب‌های تجاری و هم جاذب‌های زیستی برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب با ظرفیت حذف بالا استفاده می‌شوند.

در مقاله روشهای دفع فاضلاب به بررسی روش‌های دفع فاضلاب پرداخته‌ایم که می‌توانید مطالعه کنید.

اهمیت حذف فلزات سنگین از فاضلاب چیست؟

فلزات سنگین اثرات مضری بر سلامت انسان دارند و قرار گرفتن در معرض این فلزات با فعالیت‌های صنعتی و انسانی افزایش یافته است. آلودگی آب و هوا توسط فلزات سمی یک نگرانی زیست محیطی است و صدها میلیون نفر در سراسر جهان تحت تأثیر قرار گرفته‌اند.

 آلودگی مواد غذایی به فلزات سنگین یکی دیگر از نگرانی‌های سلامت انسان و حیوان است. فلزات در میان سایر آلاینده‌های زیست محیطی نیز ممکن است به طور طبیعی وجود داشته باشند و در محیط باقی بمانند. ازاین‌رو، قرارگرفتن انسان در معرض فلزات اجتناب‌ناپذیر است؛ اما لازم است از روش‌هایی جهت تشخیص و حذف آن استفاده شود که تا حد امکان تماس انسان با این فلزات کاهش یابد.

اختلال در عملکرد دستگاه گوارش و کلیه، اختلالات سیستم عصبی، ضایعات پوستی، آسیب عروقی، اختلال عملکرد سیستم ایمنی، نقص مادرزادی و سرطان نمونه‌هایی از عوارض ناشی از اثرات سمی فلزات سنگین هستند.

قرار گرفتن در معرض دوز بالا با فلزات سنگین، به ویژه جیوه و سرب، ممکن است عوارض شدیدی مانند درد قولنج شکمی، اسهال خونی و نارسایی کلیه ایجاد کند.

از سوی دیگر، قرار گرفتن در معرض دوز کم یک تهدید ظریف و پنهان است، مگر اینکه به طور منظم تکرار شود که ممکن است پس از آن با عوارضی به عنوان مثال، اختلالات عصبی روانپزشکی از جمله خستگی، اضطراب، و اثرات مضر بر بهره هوشی (IQ) و عملکرد فکری بخصوص در کودکان مواجه شویم.

مواردی که در بالا ذکر کردیم گوشه‌ای از اثرات و خطرات فلزات سنگین برای انسان و محیط زیست است. با وجود دانش فعلی در مورد خطرات فلزات سنگین، میزان بروز مسمومیت همچنان قابل توجه است و این موضوع نیاز به بررسی و اقدام پیشگیرانه و مؤثر دارد. اکنون که اهمیت حذف فلزات سنگین از جریان آب و فاضلاب را دانستیم، در مورد روش‌های حذف فلزات سنگین صحبت خواهیم کرد.

اگر با تفاوت پساب و فاضلاب آشنایی ندارید مقاله تفاوت فاضلاب و پساب چیست را مطالعه کنید.

روشهای حذف فلزات سنگین از فاضلاب

حضور فلزات سنگین در فاضلاب با رشد صنعت و فعالیت‌های انسانی افزایش یافته است، به عنوان مثال، صنعت آبکاری و آبکاری، باتری، آفت‌کش‌ها، معادن، فرایندهای شستشوی فلزات، صنعت دباغی، صنعت نساجی، کاربردهای ذوب فلز، پتروشیمی، تولید کاغذ و الکترولیز باعث ورود فلزت سنگین به فاضلاب می‌شوند. فاضلاب آلوده به فلزات سنگین به محیط زیست راه پیدا می‌کند و سلامت انسان و اکوسیستم را تهدید می‌کند. فلزات سنگین زیست تخریب‌ناپذیر هستند و باعث آثار منفی بر روی سلامتی هستند که در بخش قبلی درباره آن صحبت کردیم و دریافتیم که حذف و جداسازی فلزات سنگین از آب و فاضلاب از اهمیت بسیاری برخوردار است.

رایج‌ترین فلزات سنگین که از صنایع مختلف در جریان فاضلاب وارد می‌شوند، عبارت‌اند از:

• سرب (Pb)
• روی (Zn)
•  جیوه (Hg)
•  نیکل (Ni)
• کادمیوم (Cd)
• مس (Cu)
• کروم (Cr)
•  آرسنیک (As)

علاوه بر فلزات فوق‌الذکر، سایر فلزات مانند نقره (Ag)، آهن (Fe)، منگنز (Mn)، مولیبدن (Mo)، بور (B)، کلسیم (Ca)، آنتیموان (Sb)، کبالت (Co) و غیره نیز در جریان فاضلاب وجود دارند که باید جداسازی شوند.

روش‌های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب استفاده شده است، از جمله:

• تبادل یونی
• ترسیب و اکسیداسیون شیمیایی
• روش‌های الکتروشیمیایی
• جذب سطحی
• الکترودیالیز

روش‌های غشایی (اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و …)

از بین روش‌های فوق، روش جذب سطحی یکی از کارآمدترین فرایندها برای جداسازی فلزات سنگین است. فرایند جذب دارای مزایایی مانند در دسترس بودن، دوستدار محیط زیست بودن و هزینه کم است.

سایر روش‌های حذف فلزات سنگین به علت تولید لجن با حجم بالا یا نیاز به سیستم‌های تکمیلی پس از تصفیه نسبت به روش جذب دارای پیچیدگی بیشتری هستند.

پیشنهاد می‌کنیم مقاله تصفیه لجن را مطالعه کنید.

֎ روش تبادل یونی برای حذف فلزات سنگین

در سال‌های اخیر، فرایند تبادل یونی به طور فزاینده‌ای برای حذف فلزات سنگین یا بازیافت فلزات گران‌بها مورد استفاده قرار گرفته است. تبادل یونی روشی است که با موفقیت در صنعت برای حذف فلزات سنگین از پساب استفاده می‌شود. مبدل یونی جامدی است که قادر به تبادل کاتیون یا آنیون از مواد اطراف است.

فرایندهای تبادل یونی برای جداسازی و خالص‌سازی فلزات از جمله جداسازی اورانیوم از پلوتونیوم و سایر اکتینیدها از جمله توریم، نپتونیم و آمریکیوم استفاده می‌شود. این فرایند همچنین برای جداسازی لانتانیدها مانند لانتانیم، سریم، نئودیمیم، پرازئودیمیم، یوروپیوم و ایتربیوم از یکدیگر استفاده می‌شود.

نقطه ضعف این روش این است که نمی‌تواند محلول حاوی غلظت بالای فلز را کنترل کند. علاوه بر این تبادل یونی غیرانتخابی است و به pH محلول بسیار حساس است.

اگر به دنبال خرید یک پکیج تصفیه برای فاضلاب صنعتی هستید به صفحه پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی مراجعه کنید.

֎ روش الکتروشیمیایی برای حذف فلزات سنگین

روش‌های الکتروشیمیایی یا ترسیب الکتریکی نیز یکی از روش‌های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب است که دارای راندمان بسیار بالاست.

استفاده از این روش و الکترودها می‌تواند آلودگی یون‌های تک ظرفیتی سنگین (مس، کادمیوم و سرب) و همچنین مخلوط یون‌های متعدد را تا حد استاندارد آب سالم برساند.

برای آلودگی سطح بالا در فاضلاب صنعتی، روش رسوب الکتریکی AC می‌تواند بیش از 99.9٪ یون‌های فلزات سنگین را جداسازی کند. با تنظیم فرکانس و ولتاژ AC، روش رسوب الکتریکی می‌تواند به طور انتخابی مس، کادمیوم و سرب را به طور جداگانه بازیابی کند که این حذف انتخابی ویژگی بسیار مثبت به شمار می‌آید.

پیشنهاد می کنیم به صفحه تجهیزات تصفیه خانه فاضلاب مراجعه کنید.

֎ روش جذب سطحی برای حذف فلزات سنگین

روش جذب سطحی با ویژگی‌های فیزیک وشیمیایی جاذب و فلزات سنگین و شرایط عملیاتی پروژه (به عنوان مثال، دما، مقدار جاذب، مقدار pH، زمان جذب و غلظت اولیه یون‌های فلزی) رابطه دارد. به‌طورکلی، یون‌های فلزات سنگین را می‌توان بر روی سطح ماده جاذب، جذب کرد.

این روش دارای هزینه‌های عملیاتی کم، ظرفیت حذف بالا، اجرای آسان و تصفیه ساده است. به همین دلیل استفاده از این روش در حذف فلزات سنگین از فاضلاب کاربرد بسیاری دارد. باتوجه‌به اینکه چه نوع فلزاتی در آب یا فاضلاب وجود دارند و قصد حذف چه فلزاتی را داریم، نوع ماده جاذب تعیین و انتخاب می‌شود. مواد جاذب دارای انواع بسیار متفاوتی است که هرکدام خواص و ویژگی‌های خود را داشته و باتوجه‌به شرایط و نوع فلزات در فرایند جذب سطحی به کار گرفته می‌شوند. برخی از جاذب‌ها عبارت‌اند از:

• جاذب‌های بر پایه کربن
• جاذب‌های بر پایه کیتوزان
• جاذب‌های معدنی
• جاذب‌های مغناطیسی
• جاذب‌ها زیستی
• جاذب‌های فلزی – آلی

پیشنهاد می‌کنیم مقاله تصفیه فاضلاب به روش USBF را مطالعه نمایید.

֎ روش‌های غشایی برای حذف فلزات سنگین

امروزه با پیشرفت تکنولوژی در توسعه غشای ها، استفاده از آن‌ها برای فیلتراسیون و استخراج یون‌های فلزات سنگین کاربرد زیادی دارد. در روش غشایی جریان از ممبران‌ها عبور کرده و فلزات سنگین و سایر املاح از جریان جداسازی می‌شود.

 از جمله روش‌های جداسازی فلزات از طریق غشا به صورت زیر است:

• اولترافیلتراسیون (UF)
• نانوفیلتراسیون (NF)
• میکروفیلتراسیون (MF)
• اسمز معکوس (RO)

سخن پایانی

در این مقاله، اثرات منفی و مضر فلزات سنگین مانند آرسنیک، سرب، جیوه، کادمیوم، کروم، آلومینیوم و آهن را بر روی محیط زیست و موجودات زنده به‌ویژه انسان بررسی کردیم و اهمیت حذف و جداسازی فلزات سنگین را دانستیم. عدم کنترل اثرات نامطلوب ناشی از فلزات سنگین منجر به عوارض شدید در آینده خواهد شد. شرکت پاک پساب اقلیم طراح و سازنده سیستم‌های غشایی، جذب سطحی و سایر روش‌های جداسازی فلزات سنگین از آب و فاضلاب آماده پاسخگویی به سؤالات فنی و مالی کارفرمایان محترم است.