حذف سرب از آب تاثیر بسیار زیادی بر کیفیت آن داشته و عدم توجه به آن منجر به بروز بیماری های قلبی و عروقی، نارسایی کلیه، بیماری های کبد، اختلالات ذهنی در کودکان میشود. سرب، یک فلز سنگین بسیار سمی است که می‌تواند از طریق آب آشامیدنی وارد بدن انسان شده، خوشبختانه برای کاهش سرب آب روش های متعددی وجود دارد از قبیل تبادل یون با دانه های رزین و زئولیت، انعقاد شیمیایی و الکتریکی، اسمز معکوس که تا حد مطلوبی این فلز سنگین را از آب جدا می کنند. در ادامه انواع روش های کاهش سرب آب و نحوه اجرای آنها معرفی خواهند شد.
دلایل حذف سرب از آب
سرب یکی از خطرناک ترین فلزات است که ورود آب به بدن مشکلات بسیار زیادی را به همراه دارد. از مهم ترین اثرات منفی سرب بر بدن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کم خونی
- عدم رشد جنین
- اختلالات ذهنی در نوزاد و کودکان
- بیماری های قلبی و عروقی
- نارسایی کلیوی
- اختلالات شنوایی
بعد از نوشیدن آب های حاوی سرب به مرور اثرات آن در بدن احساس میشود. در نوزادان سرب از طریق شیر مادر قابل انتقال است و تاثیر منفی بر رشد جسمی و ذهنی آنها دارد. لازم به ذکر است، سرب از طریق پوست قابل جذب نیست و شستشوی بدن با این نوع آب منجر به بیماری در انسان نمی شود.
روش اندازه گیری سرب در آب
بر اساس استانداردهای ارائه شده از سوی سازمان غذا و داروی آمریکا و سازمان بهداشت جهانی، حداکثر مقدار سرب در آب و مواد غذایی 0.006 میلی گرم بر لیتر است. اندازه گیری سرب آب تنها از طریق ابزارهای آزمایشگاهی امکان پذیر است. اما برای اطمینان از اینکه آیا در آب مصرفی سرب وجود دارد یا خیر می توانید از کیت های مخصوص استفاده کنید. نوارهای کاغذی این کیت ها بعد از قرار گرفتن در آب تغییر رنگ داده و مشخص می کند که آیا سرب وجود دارد یا خیر؟ این نوارها قادر به اندازه گیری مقدار سرب نیست و به همین دلیل دقت بالایی ندارند.
1- جداسازی سرب آب با اسمز معکوس (RO)
رایج ترین روش برای کاهش سرب آب، استفاده از اسمز معکوس است. این روش در دستگاه آب شیرین کن صنعتی پیاده سازی شده و با غشای نیمه تراوا و ممبران ها فلزات و سایر یون های موجود در آب حذف میشوند. منافذ روی ممبران ها مانع و سد بزرگی در برابر عبور سرب هستند و از این طریق جداسازی انجام میشود.
یا فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)
غشاهای نیمه‌تراوایی که به اندازه کافی کوچک هستند، یون‌های سرب را از آب جدا می کنند. رایج‌ترین نوع فیلتراسیون غشایی، اسمز معکوس است.
- مزایا:
- کارایی بسیار بالا در حذف یون‌های سرب و سایر آلاینده‌ها.
- تولید آب با کیفیت بسیار بالا.
2- حذف سرب از آب با انعقاد شیمیایی
از دیگر روش های موثر می توان به انعقاد شیمیایی اشاره کرد. برای این منظور ابتدا مواد منعقدکننده به منبع آب تزریق میشود. در نتیجه سرب های نامحلول در آب با مواد منعقدکننده لایه های لخته مانند با وزن سنگین را تشکیل می دهند. این لایه ها در کف منبع آب ته نشین شده و از آب جدا میشوند.
3- جداسازی سرب از آب با تبادل یون (Ion Exchange)
در دستگاه سختی گیر رزینی علاوه بر کاهش درجه سختی آب، بسیاری از فلزات سنگین از قبیل سرب نیز حذف میشوند. دانه های رزین قدرت تبادل یون بالایی دارند و سرب آب با سدیم رزین جایگزین خواهد شد. علاوه بر رزین، در این روش از زئولیت نیز می توان استفاده کرد. زئولیت از دیگر عناصر با قدرت تبادل یون بالا است که برای جداسازی سرب از آب مانند رزین عمل می کند.
- مزایا:
- کارایی بالا و انتخاب‌پذیری بالا برای یون‌های سرب.
- امکان احیای رزین‌ها.
- مناسب برای حذف غلظت‌های پایین سرب.
- معایب:
- هزینه بالای رزین‌ها.
- نیاز به احیای دوره‌ای رزین‌ها.
- حساسیت به مواد آلی و کلوئیدی موجود در آب.
4- حذف سرب آب با الکترولیز
برای کاهش سرب به کمک الکترولیز ابتدا باید الکترودها را بدرستی انتخاب کرد. بعد از انتخاب آند و کاتد و قرار دادن آنها در آب، با عبور جریان الکتریکی فلزات موجود در آب به سمت قطب غیرهمنام خود حرکت می کنند. فیلتر قرار گرفته در مسیر عبور سرب مانند سد در این شرایط عمل نموده و در نهایت آب سالم از دستگاه خارج میشود.
5- حذف سرب از آب با فیلتراسیون
سیستم های فیلتراسیون به دلیل داشتن منافذ بسیار ریز در جداسازی فلزات و ذرات موجود در آب کاربرد دارند. فیلتر مناسب از قبیل اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون برای جداسازی سرب مناسب است. در حین عبور آب از این فیلترها، سرب روی سطح فیلتر تجمع پیدا می کند و جداسازی انجام میشود.
6- حذف سرب با فتوکاتالیز
فتوکاتالیز از روش های جدید برای حذف سرب است که از دی اکسید تیتانیوم، نور خورشید و رابط های نیمه هادی الکترولیتی در آن استفاده میشود. با توجه به اینکه در این روش آب برای مدت طولانی باید در مخزن نگهداری شود، فرآیندی زمان بر خواهد بود و در مقیاس بالا اجرای آن مقرون به صرفه نیست.
بیشتر بخوانید: پارامترهای کیفیت آب
7- جذب سطحی سرب آب با کربن اکتیو (Adsorption)
در این روش، از مواد جاذب استفاده میشود. این مواد دارای سطح بسیار بزرگی هستند که یون‌های سرب را به خود جذب می‌کنند و از آب جدا می‌کنند. موادی از قبیل زئولیت، کربن فعال یا رزین‌های تبادل که قدرت جذب بسیار بالایی داشته و برای حذف و جداسازی سرب از آب و سایر فلزات می توان از آن ها استفاده کرد. سرب داخل آب روی سطح کربن فعال تجمع پیدا می کند و آب سالم از سمت دیگر مخزن تخلیه میشود.
- مزایا:
- کارایی بالا در حذف یون‌های سرب.
- انتخاب‌پذیری بالا برای یون‌های سرب.
- امکان استفاده مجدد از جاذب‌ها با احیا.
- معایب:
- هزینه بالای برخی از جاذب‌ها.
- نیاز به احیای دوره‌ای جاذب‌ها.
- ظرفیت جذب محدود برای غلظت‌های بالای سرب.
8. اکسیداسیون (Oxidation)
در این روش، با اکسید کردن سرب، آن را به شکل کم‌خطرتر یا نامحلول‌تری تبدیل می‌کنند. برای مثال، با اکسید کردن سرب دو ظرفیتی به سرب چهار ظرفیتی، می‌توان آن را به صورت رسوب هیدروکسید سرب رسوب داد.
- مزایا:
- می‌تواند برای حذف برخی ترکیبات آلی سرب موثر باشد.
- معایب:
- نیاز به مواد اکسیدکننده قوی.
- تولید محصولات جانبی ناخواسته.
- ممکن است به تجهیزات خاصی نیاز داشته باشد.
9. زیست پالایی (Bioremediation)
در این روش، از میکروارگانیسم‌ها یا گیاهان برای حذف سرب از آب استفاده میشود. برخی از میکروارگانیسم‌ها و گیاهان می‌توانند سرب را جذب کرده و آن را به شکل کم‌خطرتر تبدیل کنند.
- مزایا:
- روش زیست‌محیطی و کم‌هزینه.
- امکان تصفیه حجم زیادی از آب.
- معایب:
- سرعت پایین نسبت به روش‌های دیگر.
- نیاز به شرایط محیطی خاص برای رشد میکروارگانیسم‌ها یا گیاهان.
- ممکن است به زمان طولانی نیاز داشته باشد.
10. انعقاد الکتریکی (Electrocoagulation)
در این روش، با اعمال جریان الکتریکی به الکترودهای قرار گرفته در آب، یون‌های فلزی مانند سرب به صورت هیدروکسید رسوب می‌کنند. این رسوبات سپس با استفاده از فرایندهای فیزیکی مانند فیلتراسیون از آب جدا میشوند.
- مزایا:
- کارایی بالا در حذف یون‌های سرب و سایر فلزات سنگین.
- عدم نیاز به مواد شیمیایی.
- معایب:
- هزینه بالای تجهیزات.
- تولید لجن که نیاز به دفع مناسب دارد.
- مصرف انرژی بالا.
11. رسوب‌دهی (Precipitation)
در این روش، مواد شیمیایی خاصی مانند هیدروکسید سدیم یا کربنات سدیم به آب اضافه میشود تا یون‌های سرب به صورت یک ترکیب نامحلول رسوب کنند. این رسوب جامد سپس با استفاده از روش‌هایی مانند فیلتراسیون از آب جدا میشود.
- مزایا:
- روش ساده و کم هزینه است.
- برای حذف مقادیر زیاد سرب مناسب است.
- معایب:
- نیاز به استفاده از مواد شیمیایی که می‌تواند به محیط زیست آسیب برساند.
- تولید لجن که نیاز به دفع مناسب دارد.
- امکان باقی ماندن مقداری سرب در آب به دلیل عدم کامل بودن فرآیند رسوب‌دهی.
عوامل موثر بر انتخاب روش حذف سرب
- نوع منبع آب: آب زیرزمینی، آب سطحی، آب صنعتی
- غلظت سرب: غلظت کم یا زیاد سرب در آب
- حجم آب مورد نیاز تصفیه: مقدار آبی که باید تصفیه شود
- سایر آلاینده‌ها: وجود سایر آلاینده‌ها در آب
- هزینه: هزینه اولیه و هزینه‌های عملیاتی هر روش
- مقررات زیست‌محیطی: قوانین و استانداردهای موجود در منطقه
- فضای موجود: فضای مورد نیاز برای نصب تجهیزات
سخن آخر
روش های حذف و جداسازی سرب از آب دارای تنوع بالایی هستند. به همین دلیل باید با توجه به مقدار آب و ترکیبات جانبی که در طی این فرآیندها تولید میشود بهترین گزینه را انتخاب کرد. در اغلب دستگاه های تصفیه آب صنعتی با استفاده از اسمزمعکوس این امکان فراهم شده و آب خروجی از آنها کیفیت مطلوب را دارا هستند.
