وجود فلزات سنگین در پساب های صنعتی و بهداشتی منجر به ایجاد رسوب در فاضلاب میشود. بنابراین حذف رسوب از فاضلاب از مهمترین مراحل در فرآیند تصفیه می باشد. این رسوبات به مرور منجر به ایجاد رسوب، انسداد و گرفتگی در تاسیسات و لوله ها خواهد شد. بنابراین تلاش میشود تا با روشهای مختلف فلزات سنگین موجود در پسابها از حالت محلول به جامد در مایع تبدیل شده و در نهایت از شبکه تصفیه حذف گردند. این مقاله به بررسی پیشرفت‌های اخیر و کاربرد روشهای مختلف برای حذف فلزات سنگین از پسابهای صنعتی می‌پردازد.
اهمیت حذف رسوب از فاضلاب
به دلیل تخلیه مقادیر زیاد فلزات سنگین مانند کادمیم، آرسنیک، کروم، سرب، نیکل، مس و روی از صنایع مختلف به فاضلاب، غلظت این فلزات در پسابها افزایش پیدا کرده است. این موضوع باعث شده است که علاوه بر مشکلات زیست محیطی منجر به ایجاد مشکلاتی در تاسیسات و فرآیند تصفیه میشود. بنابراین به منظور کاهش ایجاد رسوبات و افزایش کیفیت پساب خروجی رسوب زدایی فاضلاب مورد بررسی قرار گیرد.
روشهای رسوب زدایی
اگرچه تکنیک‌های زیادی را میتوان برای حذف رسوبات به کار برد، اما تصفیه ایده‌آل نه تنها باید مناسب، بلکه مقرون به صرفه و قابل اجرا باشد تا بتواند استانداردهای حداکثر سطح آلودگی را نیز برآورده کند. از روش های حذف رسوب از فاضلاب می توان به ترسیب شیمیایی، فیلترهای غشایی،تبادل یونی، شناورسازی، استفاده از اکسیداسیون های شیمیایی و غیره اشاره کرد.
ترسیب شیمیایی فاضلاب
آهک به دلیل در دسترس بودن و ارزان بودن در اکثر کشورها، متداول ترین عامل رسوب دهنده میباشد. از مزایای استفاده از ترسیب شیمیایی با آهک میتوان به توانایی در حذف فلزات سنگین با غلظت بیشتر از mg/l 1000، سادگی فرآیند، تجهیزات ارزان قیمت و عملیات راحت و ایمن اشاره کرد. اما استفاده از آهک دارای معایبی می باشد. از جمله این معایب نیاز به مقادیر زیاد مواد شیمیایی، تولید بیش از حد لجن، رسوب آهسته فلز، ته نشینی ضعیف می باشد.
حذف رسوب با فیلترهای غشایی
فیلتر های غشایی در صنعت تصفیه فاضلاب صنعتی و معدنی بسیار مورد توجه قرار گرفتهاست، زیرا نه تنها قادر است ترکیبات جامد و آلی معلق، بلکه میتواند آلایندههای معدنی مانند فلزات سنگین را نیز حذف کند. بسته به اندازه منافذ فیلترها، انواع مختلفی از فیلتراسیون غشایی مانند اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس میتواند برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب استفاده شود. استفاده از فرآیند اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس قادر است تا 98 درصد فلزات سنگین مانند کادمیم و مس را از پسابهای صنعتی حذف کند.
تبادل یونی رسوبات
تبادل یونی روش دیگری است که با موفقیت برای رسوب زدایی پساب صنعتی استفاده میشود. رزینهای تبادل یونی مصنوعی رایج ترین مواد مورد استفاده در این روش هستند. اما از این روش برای حذف فلزات سنگین با غلظتهای بالا نمیتوان استفاده کرد؛ زیرا ماتریس به راحتی توسط فلزات سنگین پر میشود. از دیگر مشکلات این سیستم میتوان به حساس بودن به تغییرات pH و غیر انتخابی بودن آن اشاره کرد.
شناورسازی مواد جامد
یکی از روشهای آسان و ارزان برای حذف رسوب، استفاده از روش شناورسازی میباشد که در مرحله پیش تصفیه قرار دارد. در این روش با کمک حبابهای هوا، مواد معلق به بالاترین سطح فاضلاب انتقال مییابند و سپس با کفاب گیر جدا میشوند. روشهای مختلف شناورسازی شامل هوادهی در فشار اتمسفر، تزریق در فشار اتمسفر و انتقال به شرایط خلا، هوادهی در فشار بیشتر از اتمسفر و انتقال به شرایط اتمسفری میشود.
روش بازیابی الکترولیتی یا Electrolytic Recovery (ER)
بازیابی الکترولیتی یکی از فناوری‌هایی است که برای حذف رسوب از جریان‌های آب فرآیند استفاده میشود. این فرآیند از عبور الکتریسیته از یک محلول آبی، حاوی صفحه کاتدی و یک آند نامحلول استفاده می کند. یون‌های فلزی با بار مثبت به کاتدهای دارای بار منفی می‌چسبند و رسوب فلزی را به جا می‌گذارند، که جداشدنی و قابل بازیابی است. خوردگی از مهمترین نقاظ ضعف این سیستم است که در نهایت پس از مدتی الکترود جدید باید جایگزین شود.
رسوب زدایی با اکسیداسیون شیمیایی
فلزات سنگین دارای بار منفی هستند و همدیگر را دفع میکنند. استفاده از مواد اکسید کننده باعث ایجاد جاذبه میان ذرات و سنگین تر شدن فلزات و ته نشینی آنها در کف حوضچه ته نشینی میشود. این روش شامل اکسیداسیون سنتی و استفاده از اکسیداسیون پیشرفته مانند پرمنگنات پتاسیم و ازن میشود.
استفاده از جاذب های جدید
به طور کلی فرآیند جذب به انتقال یونها از فاز مایع به جامع اطلاق میشود. با استفاده از این جادب ها می توان ذرات را از فاضلاب جدا سازی کرد. اخیراً از جاذبهای مختلف ارزان قیمت تولید شده از ضایعات کشاورزی، محصولات بازیافتی صنعتی، مواد طبیعی یا بیوپلیمرهای اصلاح شده، برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب آلوده توسعه یافته و استفاده شده است.
استفاده از مواد طبیعی اصلاح شده به عنوان جاذب رسوب
زئولیت‌های طبیعی، عمدتاً به دلیل ویژگی‌های خاص در تبادل یونی، مورد توجه قرار گرفتند. در میان زئولیت‌های طبیعی، کلینوپتیلولیت دارای گزینش پذیری بالایی برای یون‌های فلزات سنگین خاص مانند سرب (II)، کادمیوم (II)، روی (II) و مس (II) است. نشان داده شد که قابلیت تبادل کاتیونی کلینوپتیلولیت به روش پیش تصفیه بستگی دارد و هوادهی باعث بهبود توانایی تبادل یونی و راندمان حذف آن می شود.
جذب رسوب با استفاده از بیوپلیمرها و هیدروژل های اصلاح شده
پلیمرهای زیستی از نظر صنعتی مورد استقبال قرا گرفتهاند. زیرا قادر به کاهش غلظت یون فلزات به غلظتهای بسیار پایین در هر میلیارد هستند. این جاذبها به طور گسترده در دسترس میباشند و از نظر زیست محیطی ایمن هستند. این جاذبها دارای گروه های عاملی مختلف مانند هیدروکسیل ها و آمین ها هستند که باعث افزایش راندمان جذب یون های فلزی و حداکثر امکان بارگزاری شیمیایی میشوند. این پلیمرها شامل چیتوزان، هیدروژلها و ترکیب آلومینیوم و چیتوزان میشود.
ارزیابی حذف فلزات سنگین با روشهای مختلف
به طور کلی، فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی دارای مزایای مختلفی از جمله سرعت بالا، سهولت عملیات و کنترل، انعطاف پذیری در برابر تغییر دما هستند. بر خلاف فرآیندهای بیولوژیکی، تصفیه فیزیکی-شیمیایی در برابر بارهای ورودی و جریان متغیر مانند جریان های فصلی و دبیهای پیچیده مقاومت بالایی دارد. علاوه بر این، سیستم تصفیه فیزیکی-شیمیایی به فضا و هزینه نصب کمتری نیاز دارد. با وجود این مزایا، دارای معایب مختلفی مانند هزینه های عملیاتی بالای آنها به دلیل استفاده از مواد شیمیایی، مصرف انرژی بالا و هزینه های جابجایی برای دفع لجن است. با این وجود تصفیه‌های فیزیکی-شیمیایی به عنوان یکی از مناسب‌ترین روشهای تصفیه برای پسابهای معدنی شناخته شده‌اند.
