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.
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.
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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)
5. روش های بیولوژیکی (زیست پالایی)
در روش زیست پالایی، از میکروارگانیسم ها جهت تصفیه فلزات سنگین از فاضلاب استفاده میشود. در این فرآیند، میکروارگانیسم ها به طریق جذب زیستی یا جذب سطحی، فلزات سنگین را جذب میکنند. دیواره سلول های میکروبی عمدتا ساخته شده از پلی ساکاریدها، لیپیدها، پروتئین ها میباشند که به دلیل دارا بودن گروه های عاملی کربوکسیلات، هیدروکسید، آمینه و هم چنین گروه های فسفات قادرند که به یون های فلزات سنگین بچسبند. هم چنین تعداد زیادی از باکتری ها و جلبک ها توانایی تولید ترشحاتی را دارند که میتوانند فلزات بسیار سمی را جذب نمایند. در نتیجه، باکتری ها و سایر میکروارگانیسم ها می توانند نقشی حیاتی در تصفیه فلزات سنگین ایفا کنند.
اگر با تفاوت پساب و فاضلاب آشنایی ندارید مقاله تفاوت فاضلاب و پساب چیست را مطالعه کنید.
6. روش فتوکاتالیز برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب
فوتوکاتالیز یک فناوری محبوب در میان این فناوریهای جدید اکسیداسیون پیشرفته است و در زمینههای مختلف امیدوارکننده است. به طور کلی، فوتوکاتالیست ها ساختار نیمه هادی دارند. هنگامی که مواد نیمه هادی توسط نور تابش می شود، الکترون های (e-) واقع در باند ظرفیت ممکن است به CB بپرند. و در صورتیکه انرژی یک فوتون در نور تابشی برابر یا بیشتر از انرژی شکاف باند بین نوار ظرفیت نیمههادی (VB) و نوار رسانش (CB) باشد، یک حفره مثبت (h+) در VB باقی میماند. این جفت h+ و e- به ترتیب می توانند به سطح نیمه هادی بروند تا تحت یک سری واکنش های اکسیداسیون و کاهش قرار گیرند که این واکنش ها میتوانند منجر به تجزیه آلودگی ها شوند.
خطرات وجود فلزات سنگین در فاضلاب و آب
منابع اصلی فلزات سنگین در فاضلاب فعالیت های طبیعی و دست ساز انسان است. عوامل طبیعی شامل هوازدگی و فرسایش خاک، رواناب های بارشی، فوران های آتشفشانی از آتشفشان های فعال، ذرات معلق مانند ذرات معلق در هوا هستند، در حالی که منابع انسانی بسیار زیاد است که شامل پساب های حاصل از فاضلاب های صنعتی و شهری هستند. پساب های صنعتی از فرآیندهایی مانند ذوب فلزات و فرآیندهای آبکاری الکتریکی، دباغی و نساجی ، استخراج مواد معدنی و انرژی هسته ای حاصل می شود، در حالی که پساب شهری از تخلیه های مسکونی و شهری است.
پساب های شهری و صنعتی حاوی مواد آلی، آلاینده های آب و یون های فلزات سنگین هستند. فلزات سنگین عمدتاً از صنایع مختلف ناشی میشوند. این فلزات سنگین زیست تخریب ناپذیر هستند و باید قبل از دفع از پساب فاضلاب حذف شوند. فلزات سنگین مانند سرب، جیوه و کادمیوم میتوانند خطرناک جدی برای سلامت انسان و محیط زیست ایجاد کنند. این عناصر سمی به راحتی در زنجیره غذایی تجمع می یابد و به سیستم عصبی، کلیه ها و کبد آسیب میرسانند. قرارگیری در معرض این فلزات میتواند منجر به اختلالات شناختی، مشکلات تنفسی و بیماری های مزمن شود. برخی از این فلزات با افزایش خطر ابتلا به سرطان مرتبط هستند.
همچنین آبیاری با پساب فاضلاب نیز می تواند به آلاینده های معمولی با فلزات سنگین به خاک و آب های زیرزمینی ختم شود و در نتیجه سلامت انسان را تهدید کند. به طور مشابه، انباشت فلزات سنگین معمولاً با استفاده از گیاهان نباتی در مناطقی که آبیاری فاضلاب قابل توجه بوده است به عنوان یک مشکل زیست محیطی شدید تلقی می شود. بنابراین برای حفاظت از محیط زیست و سلامت عمومی، استفاده از روش های موثر حذف فلزات سنگین از فاضلاب ضرورری است.
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 فلزات سنگین از فاضلاب 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.
