یکی از مشکلات تصفیه آب آلاینده‌های غیرآلی هستند. انتخاب یک روش مناسب برای حذف آلاینده‌های غیرآلی همواره چالش بوده است. انتخاب روش وابسته به عوامل مختلفی همچون نوع آلاینده، غلظت اولیه، غلظت نهایی مورد نظر و هزینه است. در مقاله قبلی به بررسی عوامل موثر در انتخاب روش مناسب پرداختیم.
به طور کلی روش‌های تصفیه آب را می‌توان به سه دسته اصلی تقسیم کرد: فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی. در مقاله قبلی به بررسی انواع روش‌های فیزیکی حذف آلاینده‌های غیرآلی پرداختیم. در این مقاله از مجموعه مقالات فناوری‌های تصفیه آب سعی داریم تا ۵ روش اصلی تصفیه آب که اساس شیمیایی دارند را معرفی کنیم.
حذف آلاینده‌ها با استفاده رسوب هیدروکسید
حذف مواد غیرآلی با استفاده از رسوب سولفید
فرایند اکسیداسیون و احیاء
تبادل یونی
زئولیت طبیعی
عمده آلاینده‌های غیرآلی موجود در آب‌های صنعتی عبارتند از فلزات معلق، فلزات حل شده، نیترات، سولفات و سیانید. فلزات آلاینده آب شامل آرسنیک، قلع، سلنیوم، سرب، مس، کادمیم و روی.
رسوب هیدروکسید، ساده‌ترین و رایج‌ترین روش حذف فلزات از آب هستند. مواد قلیایی مثل آهک باعث افزایش pH آب می‌شوند. با افزایش مقدار pH حد حلالیت فلزات کاهش پیدا می‌کند. در این روش می‌توان از آهک هیدراته (هیدروکسید کلسیم یا Ca(OH)۲) یا خاک آهک (اکسید کلسیم یا CaO) استفاده کرد. اکسید آهک نسبت به آهک هیدراته بسیار ارزان تر است اما نیاز به همزن دارد چون فرایند هیدراته شدن آهک یک فرایند گرما زا است.
دیگر عوامل قلیایی مورد استفاده برای رسوب گذاری هیدروکسید عبارتند از هیدروکسید سدیم (NaOH)، که عمدتاً با نام سود سوزآور شناخته می‌شود، کربنات سدیم (Na۲CO۳)، که خاکستر سودا نامیده می‌شود و هیدروکسید منیزیم (Mg(OH)۲) که با نام شیر منیزیم شناخته می‌شود.
مزیت سود سوزآور اینست که به صورت مایع در دسترس است و نیازی به ساخت دوغاب یا محلول ندارد. مقدار pH مورد نظر بسته به نوع آلاینده و حد حلالیت آن وابسته است.
اغلب هیدروکسید فلزات از لحاظ الکتروشیمیایی آمفوتر هستند به این معنی که امکان دارد در pHهای بالاتر دوباره در آب حل شوند. بر همین اساس باید مقدار pH به گونه‌ای تنظیم شود که در پایین‌ترین حد حلالیت خود باشد و در بعضی موارد نیاز به یک فرایند دو مرحله‌ای است که با نام رسوب همزمان (co-precipitation) شناخته می‌شود.
از این روش زمانی استفاده می‌شود که مقدار غلظت اولیه فلزات در حد پایینی باشد یا بخواهیم مقدار غلظت را بعد از فرایند رسوب هیدروکسید کاهش دهیم.
در این فرایند از موادی همچون سولفید سدیم (Na۲S) یا هیدروسولفید سدیم (NaHS) استفاده می‌شود. در این روش زمان ماندگاری مواد رسوب دهنده و همچنین مقدار ماده رسوب دهنده بسیار کمتر و به ترتیب در حدود چند دقیقه و چند میلی گرم بر لیتر است.
سولفید فلزات آمفوتر نیستند بنابراین فرایند رسوب سولفید می‌تواند به صورت تک مرحله انجام شود. فرایند رسوب سولفید در محدود pH خنثی تا قلیایی انجام می‌شود تا احتمال تشکیل گاز سمی سولفید هیدروژن کاهش یابد.
در نتیجه واکنش اکسیداسیون/احیاء، آلاینده‌های غیرآلی تبدیل به حالتی می‌شوند که میزان حلالیت آن‌ها کاهش می‌یابد و می‌توان آن‌ها را به راحتی از محلول حذف کرد. اکسیداسیون فرایند از دست دادن الکترون است (بعنوان مثال اکسیداسیون As۳+ به As۵+) در حالیکه احیاء به دست آوردن الکترون است (بعنوان مثال احیاء Cr۶+ به Cr۳+).
آرسنیک از حالت AsO۳۳- (در حالت سه ظرفیتی) به AsO۴۳- (در حالت پنج ظرفیتی) اکسید می‌شود. برای این کار از مواد اکسید کننده‌ای مثل گاز کلرین، هیدروکلریت سدیم، هیدروژن پراکسید، اوزون یا پرمگنات پتاسیم استفاده می‌کنند.
از جمله عوامل احیاء کننده می‌توان بی سولفات سدیم یا متا بی‌سولفات سدیم را نام برد که برای احیاء آلاینده‌هایی همچون کرومیوم و سلنیم استفاده می‌شود. در فرایند احیاء کروم ۶ ظرفیتی به کروم سه ظرفیتی و سلنات (Se۶+) به سلنیت (Se۴+) تبدیل می‌شود.
همانند فرایند رسوب سولفید، فرایند اکسیداسیون و احیاء بسیار سریع است و در عرض چند دقیقه اتفاق می‌افتد. لازم به ذکر است اضافه کردن عوامل شیمیایی باعث افزایش مقدار TDS آب می‌شود و با توجه به محدودیت مقدار TDS در آب خروجی، باید از مقدار مناسب عوامل شیمیایی استفاده کنیم.
روش تبادل یونی، یکی از فرایندهای رایج برای تصفیه آب‌های آَشامیدنی و آب‌های صنعتی است. این روش یک فرایند فیزیکی/شیمیایی محسوب می‌شود و در این مقاله سعی داریم آن را جزء دسته روش‌های شیمیایی معرفی کنیم. اساس روش تبادل یونی با رزین‌هایی است که متناسب با آلاینده مورد نظر طراحی می‌شوند.
در روش تبادل یونی برای حذف آلاینده‌هایی همچون فلزات، آرسنیک و نیترات از رزین‌های خاصی استفاده می‌شود. از جایگزینی سدیم و هیدروژن (بسته به نوع رزین) برای تبادل و حذف کاتیون‌های فلزی استفاده می‌کنند. برای حذف آلاینده‌های آنیونی (مثل آنیون‌های فلزی و نیترات) از جایگزینی یون‌های کلرید یا هیدروکسید استفاده می‌کنند.
رزین‌های تبادل یونی معمولاً گران قیمت هستند ولی می‌توان با استفاده از فرایند بازیابی چندین بار از آن‌ها استفاده کرد. برای بازیابی رزین‌های کاتیونی از اسید‌های رایج یا محلول کلرید سدیم استفاده می‌کنند و برای بازیابی رزین‌های آنیونی از یک محلول بازی یا محلول کلرید سدیم.
پسماند تولید شده در فرایند بازیابی رزین‌های تبادل یونی حاوی یون‌های آلاینده است که به صورت بسیار غلیظ است. مقدار پسماند تولیدی بسته به تعداد دفعات بازیابی، غلظت آلاینده‌ها، محدودیت شیرابه خروجی و توانایی انتخاب و حذف رزین، می‌تواند متفاوت باشد. میزان پسماند تولید شده در روش تبادل یونی به مراتب کمتر از روش اسمز معکوس و سایر روش‌های غشائی است.
زئولیت طبیعی به خاطر در دسترس و ارزان قیمت بودن گزینه مناسبی برای حذف آلاینده‌های کاتیونی مثل آمونیوم و فلزات حل شده به حساب می‌آید. زئولیت‌های طبیعی بسیار ارزان قیمت تر از رزین‌های تبادل یونی هستند. بسته به اندازه ذرات زئولیت، سطح ویژه در دسترس، مقدار ظرفیت جذب آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد.
اساس حذف آلاینده‌ها توسط زئولیت همانند فرایند تبادل یونی است. بر همین اساس می‌توان زئولیت‌ها را پس از فرایند بازیابی، دوباره استفاده کرد.
واتک اولین و بزرگترین مرکز تخصصی فناوری و ایده های حوزه آب می باشد . جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان واتک تماس بگیرید.
