آرسنیک به عنوان یک عنصر سمی و سرطان‌زا، آلودگی جدی برای منابع آب به شمار می‌رود. حذف این عنصر از آب آشامیدنی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله قصد داریم تمامی تکنولوژی های بکار رفته برای حذف آرسنیک از آب را مورد بررسی قرار دهیم. فرایند های رایج بکار رفته برای حذف آرسنیک شامل اکسیداسیون، انعقاد و لخته سازی و فیلتر های غشایی می شود. در کنار این فرایند ها تکنولوژی های جدید مانند استفاده از نانو ذرات نیز برای رسوب گذاری آرسنیک بکار گرفته شده است.
آرسنیک چیست؟
آرسنیک (As) بیستمین عنصر کمیاب در کره زمین است که جز 245 گونه مواد معدنی در طبیعت بشمار می رود. از آرسنیک به طور گسترده ای در صنایع الکترونیک، کشاورزی، محافظت از چوب و داروسازی استفاده می شود. آرسنیک می تواند به چهار شکل در آب ها ظاهر شود که عبارت است از آرسنیت (As III)، آرسنات (As(V))، آرسنیک (As(0)) و آرسین (As(III)) که رایج ترین آن ها در آب آرسنیت و آرسنات معدنی می باشد.
تمامی گونه های آرسنیک توسط سازمان بهداشت جهانی به عنوان گروه 1 عامل سرطان زا برای انسان معرفی شده اند. استاندارد غلظت آرسنیک در آب کم تر از 50 میکروگرم بر لیتر عنوان شده است. اثر آرسنیک بر آب آشامیدنی بسیار گسترده و خطرناک است.
نحوه ورود آرسنیک به آب
استفاده های صنعتی از آرسنیک باعث ورود آن به منابع آبی توسط انسان ها می شود. علاوه بر این به وسیله هوازدگی سنگ های حاوی آرسنیک و یا فعالیت های آتشنشانی آرسنیک از منابع طبیعی وارد آب می شود.
روش های رایج برای حذف آرسنیک از آب
با توجه به اینکه آرسنیت عمدتا در pH کم تر از 9.2 بدون بار است، فناوری های حذف موجود برای آرسنات بسیار کارامد تر هستند. به همین دلیل آرسنیت را نمی توان با روش های رسوب گذاری، جذب و یا تبادل یونی از آب حذف کرد. در نتیجه فرایند های تصفیه بکار رفته برای حذف آرسنیک شامل فرایند های دو مرحله ای متشکل از اکسیداسیون اولیه و تبدیل آرسنیت به آرسنات و سپس روشی موثر برای حذف آرسنات می شود.
بیشتر بخوانید: PH آب چیست و کاربرد آن در تصفیه آب و فاضلاب
حذف آرسنیک از آب به روش اکسیداسیون
فرایند اکسیداسیون شامل تبدیل آرسنیت محلول به آرسنات می شود و بنابراین به تنهایی برای حذف آن موثر نیست. به همین دلیل یک تکنولوژی حذف دیگر مانند جذب، انعقاد، تبادل یونی باید به همراه اکسیداسیون استفاده شود. در آب های زیر زمینی به دلیل خنثی بودن pH اکسیداسیون فرایند جدایی ناپذیر از حذف آرسنیک است. در ادامه انواع مواد اکسید کننده و فرایند عملیاتی مورد نیاز معرفی شده است.
اکسیژن و ازن
برای استفاده از اکسیژن و ازن pH محیط باید بین 7.6 تا 8.5 تنظیم شود. برای غلظت اولیه بین 46 تا 62 میکروگرم بر لیتر ازن می تواند در کم تر از 20 دقیقه فرایند اکسیداسیون را تکمیل کند. این در حالی است که توسط اکسیژن پنج روز زمان نیاز است تا 57 درصد آرسنیک اکسید شود. بنابراین استفاده از گاز ازن توصیه می شود.
کلر
pH عملیاتی کلر 8.3 تعیین شده است که با غلظت اولیه 300 میکروگرم بر لیتر آرسنیک را از آب حذف می کند.
دی اکسید کلرین
به منظور اکسیداسیون آرسنیک به کمک دی اکسید کلرین، باید pH محیط 8.12 و غلظت اولیه 50 میکروگرم بر لیتر استفاده می شود. پس از یک ساعت در تماس بودن با آب 86 درصد از آرسنیک از آب حذف می شود.
سایر اکسید کننده ها
مونوکلرامین، هیپوکلریت، هیدروژن پراکسید، پتاسیم پر منگنات، اکسیداسیون فتوکالیستی و هوادهی زیستی روش های دیگر اکسیداسیون هستند که به شکل آزمایشگاهی بازخورد بسیار مناسبی در حذف آرسنیک دارند.
انعقاد و لخته سازی جهت حذف آرسنیک
فرایند حذف آرسنیک از آب با انعقاد و لخته سازی بین رایج ترین روش های حذف آرسنیک از آب قرار دارد. در مرحله انعقاد، منعقد کننده های با بار مثبت، مانند آلومینیوم سولفات و فریک کلرید، بار منفی ذرات کلوییدی را کاهش می دهد. به این ترتیب ذرات کلوییدی تشکیل و در کف مخزن رسوب می کند.
لخته سازی از سوی دیگر شامل اضافه کردن لخته ساز آنیونی می شود که باعث ایجاد پل و باردار شدن ذرات می شود. با توجه به تحقیقات انجام شده آرسنات بیشتر از آرسنیت به وسیله انعقاد و لخته سازی از آب حذف می شوند. بهترین منعقد کننده برای حذف آرسنیک فریک کلرید FeCl3 معرفی شده است.
فیلتر غشایی
در مبحث تصفیه آب فرایند های فیلتر غشایی حرف اول را در حذف آرسنیک و سایر آلاینده های آب میزند. این ممبران ها را می توان به دو نوع ممیران های فشار پایین مانند میکرو فیلتراسیون و اولترا فیلتراسیون و فیلترهای فشار بالا مانند نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس دسته بندی کرد.
جدول انواع فیلتر های غشایی برای حذف آرسنیک
دو روش غشایی MFو UF نمی توانند به تنهایی باعث حذف آرسنیک شوند و باید به همراه انعقاد و لخته سازی مورد استفاده قرار بگیرند. اما استفاده از روش های اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون کاملا برای حذف آرسنیک مناسب بوده و تا 90 درصد از آن قابل حذف می باشد.
بیشتر بخوانید: دستگاه تصفیه آب صنعتی
حذف آرسنیک به روش جذب و تبادل یونی
جذب فرایندی است که در آن از یک بستر رزینی برای حذف آلاینده های گازی و مایع استفاده می شود. در فرایند جذب آرسنیک شامل حذف آن از آب و تجمع آن بر روی بستر رزینی است. این فرایند با استفاده از نیروی واندروالس و الکترواستاتیک می شود. جاذب های مختلفی برای حذف آرسنیک بکار گرفته شده اند که شامل کربن فعال، ذغال، رس، خاکستر، آهن صفر ظرفیتی و رزین تبادل یونی می شود.
فرایند جذب به شدت به pH وابسته است. بیشتر جاذب ها در pH بین 4 تا 6 کار می کنند. و باید پیش از استفاده از جاذب برای حذف آرسنیک، pH آب تنظیم شود.
استفاده از نانو ذرات برای حذف آرسنیک
تکنولوژی استفاده از نانو ذرات در تصفیه آب بسیار گسترده و در حال رشد است. به دلیل سطح تماس بالا، واکنش پذیری خوب و بازدهی بالا به عنوان یک تکنولوژی نوین در حذف آرسنیک از آب معرفی شده است. این مواد شامل
نانوتیوب کربن
35 درصد حذف آرسنیک در مدت زمان 30 دقیقه توسط نانوتیوب کربن در محیط آزمایشگاهی گزارش شده است.
نانوتیوب های تیتانیوم
80 درصد از آرسنیت و آرسنات توسط نانو تیوب های تیتانیوم در 25 دقیقه از آب آشامیدنی حذف گردید.
نانوذرات آهن
استفاده نانو ذرات بر پایه آهن جدید ترین تکنولوژی برای جذب انواع آلاینده های موجود در آب است. استفاده از این مواد برای حذف آرسنیک نیز کاملا موثر بوده است. دو نوع نانو ذره اهن برای حذف آرسنیک به کار گرفته شده است. 1. آهن صفر ظرفیتی، 2. اکسید اهن
سایر نانو ذرات
در مقیاس آزمایشگاهی استفاده از سایر نانو ذرات مانند سریا و اکسید زیرکونیوم نیز برای حذف آرسنیک بکار گرفته شده اند. که کاملا نیاز به گستردگی و توسعه دارد.
دفن آرسنیک
تمامی راه های حذف آرسنیک نامبرده شده آن را از آب حذف و وارد یک فاز دیگری می کند. به همین دلیل باید برای آرسنیک ترسیبی در مواد جامد باید راه حل دفع درست انتخاب شود. بهترین راه حل کپسول سازی از طریق انجماد و سپس دفن در لندفیل ها انتخاب شده است.
انتخاب روش مناسب برای حذف آرسنیک از آب به عوامل مختلفی از جمله
- غلظت آرسنیک در آب
- حجم آب مورد نیاز برای تصفیه
- هزینه
- دسترسی به مواد شیمیایی و تجهیزات
- شرایط محیطی
- مقررات و استانداردهای محلی
بستگی دارد.
توجه: هر یک از روش‌های فوق دارای مزایا و معایبی هستند و انتخاب بهترین روش نیازمند بررسی دقیق شرایط و مشورت با متخصصان مربوطه است.
سخن آخر
روش های متفاوتی برای حذف آرسنیک از آب در این مقاله عنوان شد. در این میان ترکیبی از فرایند اکسیداسیون و جذب و ترسیب می تواند راه حل مناسبی برای حذف آرسنیک از آب باشد. روش های آزمایشگاهی دیگر مانند استفاده از جاذب های جدید نیز در حال توسعه و پیشرفت هستند که در ادامه ممکن است جایگزین روش های حال حاضر شوند.
