آرسنیک یکی از عناصر رایج در پوسته زمین و یکی از آلاینده‌های غیرآلی آب‌های آشامیدنی است. همین باعث شده تا این عنصر به صورت طبیعی در آب‌های زیرزمینی وجود داشته باشد. آرسنیک یک شبه فلز بدون بو و مزه است که معمولاً به صورت آنیون اکسیدی و در ظرفیت‌های ۳+ و ۵+ در طبیعت یافت می‌شود.
وجود آرسنیک بیشتر از حد مجاز باعث ایجاد آسیب‌های پوستی، مشکل گردش خون و افزایش احتمال ابتلا به سرطان می‌شود.
با توجه به این موضوع باید به دنبال راه‌حل مناسبی برای حذف آرسنیک از آب باشیم. برای این منظور روشهای مختلفی توسعه پیدا کرده است که از آن جمله می‌توان به روشهای شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی اشاره کرد.
برای حذف آرسنیک عمدتاً از روشهای ترکیبی مثل روشهای شیمیایی و فیزیکی استفاده می‌شود. در این مقاله سعی داریم به بررسی انواع روشهای حذف آرسنیک از آب آشامیدنی بپردازیم.
روشهای شیمیایی/فیزیکی کاهش غلظت آرسنیک عبارتند از:
از روش رسوب آهک برای کاهش غلظت آرسنیک از حدود بالا (چند صد میلی گرم بر لیتر) تا حدود متوسط (۱ تا ۵ میلی گرم بر لیتر) استفاده می‌شود.
معمولاً رسوب گذاری همراه با شفاف سازی یا فیلتراسیون است تا مواد جامد تشکیل شده حذف شود. بعد از استفاده از رسوب آهک، برای رساندن غلظت آرسنیک به حد مناسب، نیاز به یک روش مکمل داریم.
اکسیداسیون یک روش شیمیایی است که به صورت مکمل با روشهای دیگر حذف آرسنیک استفاده می‌شود. As۳+ حلالیت بالایی در آب داشته و به راحتی در واکنش رسوب/جذب شرکت نمی‌کند ولی در عوض As۵+ نسبت به آرسنیک سه ظرفیتی بسیار واکنش پذیرتر است.
اکسیدان‌های مختلفی مثل کلرین، هیدروژن پراکسید، پرمنگنات پتاسیم یا اوزون می‌توانند برای اکسید کردن As۳+ به As۵+ استفاده شود.
روش لخته‌سازی یک روش مقرون به صرفه برای حذف آرسنیک است که همراه با رسوب و سپس فیلتراسیون است و در صنعت تصفیه آب به روش لخته‌سازی/فیلتراسیون (CF) مشهور است. رایج‌ترین مواد مورد استفاده در لخته‌سازی نمک‌های آهن و سولفات آلومینیوم (آلوم) هستند.
لخته‌سازی بوسیله آلوم بازدهی کمتری نسبت به لخته‌سازی با آهن دارد و به همین دلیل در سیستم‌های با غلظت آرسنیک کمتر استفاده می‌شود. معمولترین نمک آهن مورد استفاده در فرایند لخته‌سازی، کلرید فریک و سولفات فریک است.
استفاده از جاذب
با وجود موثر بودن روش لخته‌سازی/فیلتراسیون، استفاده از جاذب‌ها امروزه توسعه بیشتری پیدا کرده است. از جاذب‌ها می‌توان برای حذف انواع فلزات و شبه فلزاتی همچون آرسنیک استفاده کرد. این فناوری توانسته در کنار CF قرار گرفته و در بعضی موارد به صورت مستقل عمل کند.
جاذب‌های توسعه پیدا کرده با این هدف عبارتند از جاذب‌های پایه آهنی، انواع اکسید تیتانیم، زیرکونیوم و رزین‌های تبادل یونی. کاهش مقدار pH به محدوده ۵ تا ۷ می‌تواند بازده جاذب‌ها را افزایش دهد.
امروزه در کشورهایی مثل آمریکا از جاذب‌های آهن برای حذف آرسنیک از آب استفاده می‌کنند و برای همین منظور استانداردهایی نیز تدوین شده است. در حال حاضر حدود ۸۰ درصد از تصفیه‌خانه‌های فعال در آمریکا از جاذب برای حذف آرسنیک استفاده می‌کنند که باعث کاهش ۲۰% هزینه‌های عملیاتی شده است.
تبادل یونی
فرایند تبادل یونی کمی با فرایند جذب متفاوت است به گونه‌ای که در این روش می‌توان بستر رزین تبادل یونی را به صورت تکرار پذیر بازیابی کرده و دوباره استفاده کرد. رزین‌های تبادل یونی را می‌توان با استفاده از هیدروکسید سدیم و کلرید سدیم بازیابی کرد.
اما نکته قابل توجه اینست که در حین فرایند بازیابی، پسماند بوجود آمده دارای درصد بالایی آرسنیک است و مشکلات مختلفی برای امها کردن و دفن آن وجود دارد. به طور کلی استفاده از روش تبادل یونی برای حذف آرسنیک رایج نیست.
فناوری‌های تصفیه بیولوژیکی
در فناوری‌های بیولوژیکی از احیاء سولفات بیولوژیکی برای رسوب دادن آرسنیک و دیگر فلزات سنگین استفاده می‌کنند. علاوه بر فلزات سنگین، با استفاده از این فرایند می‌توان نیترات، سلنیم و جیوه را نیز حذف کرد.
برای تغذیه باکتری‌های فعال در روشهای بیولوژیکی، نیاز به اضافه کردن مواد خوراکی است. روشهای بیولوژیکی حذف آرسنیک زمان بر هستند؛ بعنوان مثال این زمان می‌تواند بین ۴ تا ۸ ساعت باشد. اما نکته قابل توجه اینست که این سیستم نیاز به نگهداری زیادی ندارد.
در دهه‌های گذشته فناوری‌های جدیدی برای حذف آرسنیک از آب توسعه پیدا کرده است. اساس توسعه این روش‌ها ساده‌کردن و کاهش هزینه حذف آرسنیک است. این روش‌ها در کشورهای در حال توسعه‌ای همچون هند و بنگلادش توسعه پیدا کرده‌اند.
آمارها نشان می‌دهد مقدار آرسنیک موجود در آب‌های زیرزمینی این کشورها بسیار زیاد است و حدود ۶۰ میلیون نفر از مردم این دو کشور با مشکل وجود آرسنیک در آب‌های آشامیدنی خود مواجه هستند.
یکی از این روشهای نوین توسعه یافته، تصفیه الکتروشیمیایی آرسنیک (ECAR) است. در این روش از جریان الکتریکی بسیار ضعیف برای تولید زنگ آهن استفاده می‌کنند. زنگ آهن تولید شده می‌تواند با اتصال به آرسنیک موجود در آب، رسوب کرده و طی فرایند فیلتراسیون جدا شود.
این فرایند برای کشورهایی که امکان ساخت تصفیه‌خانه‌های استاندارد بر پایه لخته‌سازی/فیلتراسیون را ندارند بسیار مناسب است. در ضمن این روش در مقایسه با روشهای رایج ارزان قیمت تر محسوب می‌شود.
بازیابی انواع جاذب، یکی دیگر از روشهای توسعه یافته است. همانطور که قبلاً اشاره شده از جاذب‌های مختلفی برای حذف آرسنیک استفاده می‌شود. اما نکته قابل توجه اینست که اغلب این جاذب‌ها، بازیابی نمی‌شوند؛ بعنوان مثال جاذب‌های آلومینا، پایه زیرکونیا و تیتانیم هنوز بازیابی نمی‌شوند.
امروزه سعی می‌شود با استفاده از فرایندهای جدید امکان بازیابی این جاذب‌ها وجود داشته باشد.
آزمایش‌های انجام شده نشان می‌دهد که بازیابی جاذب تا پنج سال هیچ گونه عملکرد منفی بر روی جاذب ندارد. هر بار بازیابی می‌تواند حدود ۹۰% آرسنیک جمع شده در سطح جاذب را حذف کند.
دو عامل اصلی آموزش اپراتور و مدیریت فاضلاب پسماند، چالش اصلی استفاده از جاذب‌های پایه آهن در تصفیه آرسنیک هستند. علاوه بر فاضلاب پسماند کمتر، بازیابی جاذب هزینه کمتری (۶۰% کمتر) نسبت به خرید یک جاذب جدید دارد.
در دهه‌های اخیر نانومواد جدیدی برای حذف آرسنیک از آب آشامیدنی توسعه پیدا کرده‌اند. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد این جاذب‌ها می‌توانند مقدار کم را نیز جذب کنند.
نکته جالب توجه فنی در استفاده از این مواد اینست که با جذب آرسنیک توسط جاذب‌ها رنگ آن‌ها تغییر می‌کند. این جاذب‌ها می‌توانند در سیستم‌های با مقیاس بزرگ و مقیاس کوچک استفاده شوند.
یکی دیگر از فناوری‌های ارزان قیمتی که برای حذف آرسنیک در کشورهای در حال توسعه وجود دارد، حذف زیرزمینی آرسنیک (SAR) است. اساس این فناوری کنترل اکسیداسیون با هوا و فیلتر کردن آرسنیک است.
در این فرایند آب اکسید شده در سطح زمین دوباره به داخل آبخوان‌ها بازگردانده می‌شود، جایی که ذرات آرسنات فریک فیلتر می‌شوند. در این روش هیچ نوع ماده شیمیایی استفاده نمی‌شود و لجن تولید شده به صورت ساکن در زیر زمین باقی می‌ماند.
واتک اولین مرکز تخصصی شتاب دهی حوزه آب، می باشد که با کمک متخصصین و صاحب نظران حوزه آب و فاضلاب در سال ۹۷ فعالیت خود را به صورت تخصصی آغاز نمود. جهت کسب اطلاعات بیشتر به سایت واتک مراجعه کنید.
