با توجه به مضرات حضور نیترات باید به دنبال روش‌های مناسبی برای حذف نیترات از آب آشامیدنی باشیم. امروزه روش‌های مختلفی برای حذف نیترات وجود دارد که بسته به شرایط و غلظت نیترات موجود در آب می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
نیترات از کجا وارد آب می‌شود؟
مقدار نیترات آب‌های آشامیدنی در اثر استفاده بیش از حد انواع کودهای نیتروژنی و تغییرات الگوی استفاده از زمین‌ها زراعی است. در حالی که نیترات به عنوان یک ماده غیرسمی برای افراد بالغ شمرده می‌شود، احیای NO۳ به NO۲ باعث ترکیب شدن با هموگولوبین خون شده و تشکیل متاهموگلوبین می‌کند که با نام سندرم کودک آبی شناخته می‌شود. براساس استاندارد سازمان جهانی بهداشت حد نرمال نیترات در آب ۴۵ میلی گرم بر لیتر تعیین شده است.
در این سری مقالات از مجموعه مقالات فناوری آب در وبسایت واتک، سعی داریم انواع روش‌های رایج و روش‌های نوین حذف نیترات را مورد بررسی قرار دهیم.
اسمز معکوس
تبادل یونی
الکترودیالیز
حذف نیترات به روش شیمیایی
حذف بیولوژیکی نیترات
جمع بندی
روش اسمز معکوس یکی از روش‌های اصلی کاهش مقدار نیترات در آب آشامیدنی شناخته می‌شود. این روش می‌تواند برای حذف انواع آلاینده‌ها به صورت همزمان، استفاده شود. اساس کار اسمز معکوس عبور انتخابی مواد است، به گونه‌ای که در این روش منافذ غشاء اسمز معکوس به گونه‌ای انتخاب می‌شود که فقط اجازه عبور آب را می‌دهد.
میزان بازده روش اسمز معکوس وابسته به مقدار اولیه آلاینده‌های محلول در آب است. مقدار بازده بهینه در حذف نیترات در این روش حدود ۹۳% است. علاوه بر مقدار نیترات اولیه، نوع غشاء مورد استفاده نیز می‌تواند در بازده حذف نیترات موثر باشد. بعنوان مثال افزایش مقدار نیترات اولیه از ۲۵ به ۲۰۰ میلی گرم بر لیتر باعث کاهش بازده حذف از ۵/۹۳ به ۵/۸۲ می‌شود.
اساس روش تبادل یونی، جایگزین کردن آنیون‌های کلرید با اجزای غیر مطلوب آب مثل آلاینده‌ها، ذرات جامد حل شده و … است. فرایند حذف نیترات به روش تبادل یونی شبیه به روش کاهش سختی آب است و تفاوت اصلی آن در نوع رزین پلیمری مورد استفاده است.
در این روش کلرید جایگزین نیترات آب می‌شود. برای احیاء مجدد رزین کافی است آن را چندین بار با آب نمک (حاوی NaCl) شست و شو دهند تا کلرید دوباره احیاء شود.
پارامترهای مختلفی همچون غلظت نیترات اولیه، میزان TDS، نوع رزین و غلظت سایر یون‌ها مثل سولفات بر روی بازده این روش موثر هستند.
بعنوان مثال بازده روش زمانی که غلظت نیترات ۲۵ میلی گرم بر لیتر بوده و میزان TDS ۴۰۰ میلی گرم بر لیتر باشد، حدود ۸/۹۹% است. در حالیکه اگر غلظت نیترات بین ۱۸ تا ۲۵ میلی گرم بر لیتر بوده و مقدار TDS در حدود ۵۳۰ میلی گرم بر لیتر و غلظت سولفات ۴۳ میلی گرم بر لیتر باشد، بازده بین ۴۵ تا ۶۶% خواهد بود.
اساس حذف نیترات و سایر آلاینده‌های آب در روش الکترودیالیز استفاده از جریان الکتریکی است. در این سیستم از دو غشاء نیمه تراوا کاتدی و آنیونی به همراه دو الکترود استفاده می‌شود. از این روش می‌توان برای کاهش یا حذف آلاینده‌های غیرآلی آب آشامیدنی مثل رادیوم، پرکلرات، بورومید، فلوراید، آهن، منگنز و نیترات استفاده کرد.
بازده این روش بین ۵۰ تا ۹۹% درصد متغیر است که وابسته به مقدار اولیه آلاینده دارد. بعنوان مثال بازده کاهش مقدار نیترات از ۴۲ میلی گرم بر لیتر به کمتر از ۱۰ میلی گرم بر لیتر با استفاده از فرایند الکترودیالیز در حدود ۷۶% است.
از مواد شیمیایی مختلفی برای حذف نیترات از آب استفاده می‌شود. در بین این مواد، ترکیبات شیمیایی مثل آهن صفر ظرفیتی، نانو آلومینا و منیزم بیشتر از همه رایج هستند.
اساس روش‌های شیمیایی، انجام واکنش شیمیایی بین عامل شیمیایی و نیترات موجود در آب است. در نتیجه این واکنش، نیترات مضر (NO۳) تبدیل به عوامل بی خطری مثل N۲، هیدروکسید و NH۳ می‌شود.
مقدار بازده روش‌های شیمیایی وابسته به عوامل مختلفی همچون نوع و اندازه ذرات ماده شیمیایی اولیه، pH، مورفولوژی و ساختار مواد نانومتری و زمان واکنش است.
بعنوان مثال میزان بازده حذف نیترات بوسیله آهن صفر ظرفیتی با مقدار نیترات اولیه ۵۰ میلی گرم بر لیتر، زمان تماس ۶۰ دقیقه، با غلظت مواد نانومتری ۱۵ گرم بر لیتر در pH آب ۴، در حدود ۹۵% است.
اساس روش‌های بیولوژیکی تبدیل نیترات به نیتروژن در شرایط عدم حضور اکسیژن است. در عدم حضور اکسیژن، نیترات بعنوان ترمینال دریافت الکترون توسط باکتری عمل کرده و باعث تشکیل نیتروژن می‌شود.
سرعت کاهش نیترات بسته به نوع و غلظت کربن موجود در سیستم (نسبت C/N) است. بازده حذف نیترات گزارش شده برای روش‌های بیولوژیکی برای نیترات اولیه ۵۰۰ و ۴۶۰ میلی گرم بر لیتر، به ترتیب ۸۶ و ۸۹% است.
جمع بندی
آمارها نشان می‌دهد که روش‌های الکترودیالیز، تبادل یونی و اسمز معکوس، روش‌های رایج‌تری در حذف نیترات از آب هستند. با این وجود این روش‌ها دارای محدودیت‌هایی هستند که باعث شده تحقیقات برای توسعه روش‌های جدید بسیار گسترده باشد. از جمله محدودیت‌های روش‌های رایج عبارتند از:
محدودیت‌های روش‌های رایج منجر به توسعه روش‌های جدید شده است. در مقاله بعدی از وبسایت واتک سعی داریم به بررسی روش‌های نوین حذف نیترات از آب آشامیدنی بپردازیم.
واتک به عنوان اولین مرکز تخصصی شتاب دهی در حوزه آب، می باشد که با کمک متخصصین و صاحب نظران حوزه آب از سال ۹۷ به صورت حرفه ای فعالیت خود را آغاز کرد . جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان واتک تماس بگیرید.
