آب – IranWT

حذف فلزات سنگین به روش های مختلف در تصفیه آب و فاضلاب

استاندارد فلزات سنگین در آب اشامیدنی

ورود به انقلاب صنعتی و رشد چشمگیر صنایع مختلف مواجه شد با افزایش مقدار فلزات سنگین در آب های زیر زمینی که در نهایت به یک چالش بزرگ تبدیل گردید. چون ورود یون های فلزات سنگین از قبیل آرسنیک، جیوه، سرب، نیکل، مس و کروم و کادمیوم به بدن منجر به بیماری های متعددی در انسان و حیوانات و آبزیان میشود. بر اساس استانداردهای ارائه شده از سازمان های متعدد از قبیل who، حداکثر مقدار مجاز فلزات سنگین در آب آشامیدنی برابر است با:

جیوه: 0.00003 میلی گرم بر لیتر
سرب: 0.006 میلی گرم بر لیتر
آرسنیک: 0.5 میلی گرم بر لیتر
کادمیوم: 0.01 میلی گرم بر لیتر
کروم: 0.05 میلی گرم بر لیتر
مس: 0.25 میلی گرم بر لیتر
نیکل: 0.2 میلی گرم بر لیتر
روی: 0.8 میلی گرم بر لیتر

متاسفانه پساب های صنایع مختلف از جمله کارخانجات فراوری و آبکاری فلزات، نساجی، کشاورزی، رنگرزی، پالایشگاه ها و پتروشیمی، کارخانجات دار وسازی و تولید مواد غذایی، خوردگی فلزات و زنگ زدگی و همچنین معادن حاوی مقدار زیادی از فلزات سنگین می باشد. به طوریکه آب استخراج شده از سفره های آب ز یرزمینی ممکن است بیش از اندازه استاندارد حاوی یون های فلز باشند. در نتیجه تنها راهکار استفاده از روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب در مراحل تصفیه آب خواهد بود.

خطرات وجود فلزات سنگین در فاضلاب و آب

عدم توجه به کاهش و حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب نه تنها آسیب جدی به محیط زیست و حیوانات، پرندگان و آبزیان می زند، بلکه تهدید بزرگی برای سلامتی انسان نیز به شمار می رود. از مهم ترین خطرات وجود فلزات سنگین در فاضلاب و آب عبارتند از:
بیماری های پوستی، سرطان، حالت تهوع و استفراغ، آسیب های جدی به کب د، افسردگی، ضعف و بی حالی، سرطان، بیماری های کلیوی، بروز بیماری خود ایمنی، سرفه، کم خوابی و بیماری ویلسون و موارد مشابه.
هر یک از فلزات موجود در آب بدن را مستعد بیماری های خاصی می کند. به عنوان مثال، افزایش بیش از اندازه مقدار آرسنیک در آب منجر به بیماری های عروقی و سرطان خواهد شد. کروم بسیار خطرناک و سرطان زا بوده و اسهال و سدرد و حالت تهوع را به همراه دارد. افزایش بیش از اندازه سرب منجر به آسیب های جدی به مغز جنین و بیماری های عصبی و کلیوی می گردد.

نحوه حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب

زیست پالایی برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب:
از زیست پالایی می توان در بازیافت و حذف فلزات از آب های آلوده استفاده کرد. از آنجایی که میکروارگانیسم ها استراتژی های متفاوتی برای زنده ماندن در محیط های آلوده به فلزات دارند، بنابراین مکانیسم های سمیت زدایی آنها متفاوت است. برخی از این استراتژی ها عبارتند از:
تجمیع زیستی Bioaccumulation، Biosorption
جذب زیستی Bioleaching
فروشویی زیستی تبدیل زیستی Biotransformation
معدنی سازی زیستی Biomineralization
از این استراتژی ها می توان در محل آلودگی و یا خارج از محل آلودگی برای آلودگی زدایی استفاده نمود. میکروارگانیسم ها در تجمیع زیستی، فلزات سنگین را بصورت فعال جذب می نمایند.

حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب با اسمز معکوس

یکی از کاربردی ترین روش ها برای حذف یون های فلزی موجود در آب، استفاده از آب شیرین کن صنعتی می باشد. این تجهیزات که با روش اسمز معکوس عمل می کنند، قدرت بالایی در استانداردسازی مقدار فلزات موجود در آب دارند. غشای نیمه تراوای موجود در دستگاه اسمز معکوس مانع بزرگی برای جلوگیری از یون های فلزی می باشد و روند کار آن کاملا عکس رفتار طبیعت و کلیه انسان است. آب حاوی فلزات سنگین با فشار پمپ به سمت آب با غلظت و فلزات کم هدایت شده و یون های فلزی امکان عبور از منافذ کوچک غشای نیمه تراوا را پیدا نمی کنند.

حذف فلزات سنگین از پساب های صنعتی با تبادل یون

از دیگر روش های مناسب برای حذف فلزات سنگین از پساب های صنعتی و آب، تبادل یونی است. دانه های پلیمری رزین آنیونی و کاتیونی تمایل زیادی به تباد ل یون داشته و یون های مختلف با سدیم موجود در رزین جایگزین میشود.

روش های جذب فلزات سنگین توسط جاذب ها

از اصلی ترین روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب می توان به استفاده از جاذب های مختلف اشاره کرد . برخی از مواد طبیعی و شیمیایی قدرت جذب بالایی داشته و از این پتانسیل می توان برای تصفیه آب و فاضلاب و کاهش مقدار فلزات سنگین موجود در آنها استفاده کرد. جاذب های مورد استفاده برای حذف یون های فلزی تنوع بالایی دارند و کاربردی ترین آنها عبارتند از:

جذب سطحی مواد طبیعی

با در نظر گرفتن ph استاندارد، می توان از برخی مواد طبیعی مانند زئولیت ها برای جذب یون های فلزی مختلف از قبیل کادمیوم و کلسیم و روی استفاده کرد. زئولیت در آب فلزات مختلف را جذب خود نموده و از این طریق فرآیند جداسازی آنها و افزایش کیفیت آب تسهیل میشود.

جذب زیستی فلزات سنگین

به منظور کاهش مواد شیمیایی جانبی در فرآیند حذف یون های فلزی می توان از پسماندهای زیستی استفاده کرد. به عنوان مثال، پوست گردو و فندوق و استخوان و پوسته برنج و غیره می توانند به کربن فعال تبدیل شوند. حرارت دهی و قرار گرفتن در شرایط تحت فشار همراه با بخار این مواد را به کربن فعال تبدیل می کند که جاذب بسیار قوی خواهد بود. این نوع جاذب در فیلتر کربنی کاربرد گسترده ای داشته و بدون مواد جانبی مضر تصفیه را انجام داده و فلزات را کاهش می دهد.

جذب توسط کیتوزان ها

کیتوزان ها در واقع بیوپلیمرهای طبیعی هستند که کاملا غیر سمی بوده و به محیط زیست نیز آسیب وارد نمی کنند. این جاذب ها قدرت زیادی در حذف فلزات سنگین با غلظت بالا نداشته و بیشتر برای آب و فاضلاب با مقدار کم یون فلزی استفاده میشوند.
علاوه بر موارد فوق، جاذب های مغناطیسی، فلزی آلی و جاذب های معدنی نیز در این زمینه نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند.

حذف فلزات سنگین در فاضلاب با ته نشینی شیمیایی

استفاده از مواد شیمیایی منعقد کننده در حذف فلزات از فاضلاب و آب در محیط های صنعتی کاربرد گسترده ای دارد. در این روش مواد شیمیایی به آب یا فاضلاب تزریق شده و یون های فلزی نامحلول با آنها ایجاد پیوند نموده و به شکل لایه های سنگین در کف حوضچه تصفیه انباشته میشوند. در این روش باید به صورت مرتبط لجن کف حوضچه ها تخلیه شود یا در فرایندهای لجن فعال مورد استفاده قرار گیرند.

حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب با الکترولیز

الکترولیز یکی از گران ترین و در عین حال آسان ترین روش ها برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب می باشد. در این روش با انتخاب کاتد و آند و استفاده از جریان الکتریکی جداسازی یون های فعال انجام میشود. از مهم ترین ویژگی های این روش می توان به راه اندازی آسان آن اشاره کرد. به دلیل مصرف انرژی زیاد روش الکترولیز بیشتر در محیط های آزمایشگاهی کاربرد دارد. در این روش به صورت انتخابی می توان فلزات را حذف کرد.

حذف فلزات سنگین از آب با فیلتراسیون غشایی

به جرات می توان گفت، یکی از بهترین روش های حذف فلزات سنگین از آب استفاده از فیلتراسیون غشایی می باشد. در این روش از ممبران هایی با منافذ بسیار کوچک استفاده شده و از عبور یون های فلزی جلوگیری می کنند. در حالت کلی روش فیلتراسیون غشایی مجموعه ای از روش های اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس می باشد.
ابتدا یون های فلزی با عبور از اولترافیلتراسیون تا حد زیادی حذف میشوند. سپس وارد نانوفیلتراسیون و اسمزمعکوس میشوند تا یون های نمکی نیز حذف شده و آب با کیفیت بالا از دستگاه خارج گردد.

حذف فلزات سنگین با فتوکاتالیز

فتوکاتالیز از روش های جدید حذف فلزات سنگین می باشد که با رابط های نیمه هادی الکترولیتی و نور خورشید این کار را انجام می دهد. در اکسید تیتانیوم در این روش کار برد زیادی دارد و تاثیر زیادی بر حذف مواد آلی نیز دارد. البته لازم به ذکر است که فاضلاب و آب برای تصفیه با این روش برای مدت طولانی باید در حوضچه نگهداری شوند و اصطلاحا زمان ماند بالا است.

موضوعات روز در زمینه تصفیه آب و فاضلاب

بهره برداری٬ فرآیند آب٬ انرژی خورشیدی٬ تغییرات اقلیمی٬ تکنولوژی٬ صفیه آب پایدار٬ فاضلاب٬ کمبود آب٬ مدیریت پساب‌٬ مدیریت کنترل کیفیت آب٬ مدیریت هوشمند٬ هوش مصنوعی

Western Sydney's new high-tech water plant - Utility Magazine

بسیار سوال می شود که مسایل روز در زمینه تحقیقات و تکنولوژیهای آب و فاضلاب کدامند. موضوعات روز در زمینه تصفیه آب و فاضلاب شامل موارد زیر می‌باشد:

استفاده از تکنولوژی‌های نوین در تصفیه آب و فاضلاب: از جمله استفاده از نانوفیلتراسیون، تصفیه آب با استفاده از ممبران‌های جدید، سیستم‌های اسکرابر هوا، استفاده از سامانه‌های هوشمند و IoT در تصفیه‌خانه‌ها و …
توسعه تکنولوژی‌های تصفیه آب پایدار: بهبود کارایی سیستم‌های تصفیه، کاهش مصرف انرژی و مواد شیمیایی، بازیابی مواد مفید و بازیافت آب و مواد شیمیایی، کاهش تولید پسماند و …
مدیریت هوشمند آب و فاضلاب: استفاده از فناوری‌های هوشمند جهت بهبود کارایی سیستم‌های تصفیه، کاهش اتلاف آب، پیشگیری از آلودگی محیط زیست و توسعه اقتصاد سبز.
مسائل مربوط به کمبود آب: به دلیل کمبود آب در بسیاری از مناطق جهان، راهکارهای جدید برای بهبود تامین آب شامل استفاده از منابع آب شور، تصفیه آب فاضلاب، استفاده از سیستم‌های بازیابی و بازیافت آب و …
تاثیر تغییرات اقلیمی بر تولید و تصفیه آب: تغییرات اقلیمی باعث تحولاتی در تامین آب و تصفیه آن می‌شود، بنابراین لازم است که تحقیقات جدید در این زمینه صورت گیرد و راهکارهای جدیدی برای مقابله با این تغییرات ارائه شود.
مدیریت پساب‌ها: مدیریت صحیح پساب‌ها از جمله موضوعات مهم در زمینه تصفیه فاضلاب است. در این زمینه، اهمیت استفاده از فناوری‌های پیشرفته برای جلوگیری از آلودگی و آسیب به محیط زیست بسیار مهم است. همچنین، به دلیل افزایش جمعیت و صنعت در سراسر جهان، مدیریت پساب‌ها نیز به عنوان یک چالش مهم برای محیط زیست در نظر گرفته می‌شود.
توسعه فناوری‌های نوین: به دلیل رشد روز افزون جمعیت و نیاز به تأمین آب شرب و تصفیه فاضلاب، توسعه فناوری‌های نوین در زمینه تصفیه آب و فاضلاب امری ضروری است. در این راستا، تحقیقات بر روی فناوری‌های پیشرفته مانند فرایندهای غشایی، اکسیداسیون پیشرفته، فناوری‌های نانو و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر ادامه دارد.
تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشیدی: در این روش، از پنل‌های خورشیدی برای تأمین انرژی برای پمپاژ آب و فرآیندهای تصفیه آب استفاده می‌شود. این روش، علاوه بر کاهش مصرف انرژی، به حفظ محیط زیست و کاهش گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند.
تصفیه آب با استفاده از هوش مصنوعی: در این روش، از الگوریتم‌های هوش مصنوعی مانند یادگیری عمیق و شبکه‌های عصبی برای بهبود راندمان فرایندهای تصفیه آب استفاده می‌شود. این روش، با بهبود کارایی فرایندهای تصفیه آب و کاهش هزینه‌ها، بهبود مدیریت و بهره‌وری منابع آب کمک می‌کند.
مدیریت کنترل کیفیت آب: در این زمینه، بررسی و کنترل کیفیت آب‌های تصفیه شده و همچنین کیفیت آب‌های خروجی از کارخانه‌های تصفیه آب، بسیار حائز اهمیت است. این امر در کنار مدیریت پساب‌ها و کنترل آلودگی منابع آبی، به بهبود و حفاظت از محیط زیست و منابع آبی کمک می‌کند. همچنین، پژوهش‌های جدید در زمینه تصفیه آب و ایجاد فناوری‌های نوین، موضوعی داغ و پرطرفدار در این زمینه به شمار می‌آید.

مقایسه تصفیه آب به روش سنتی اسمز معکوس RO با اسمز معکوس مدار بسته CCRO

تجهیزات_مکانیکی٬ فرآیند CCRO٬ ro٬ آب٬ اسمز٬ اسمز معکوس٬ تصفیه٬ تصفیه آب٬ ممبران

اصلی ترین تفاوت در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO با CCRO مربوط به عملکرد آنها می باشد که باعث کاهش هزینه های عملیاتی می شود.

عملکرد CCRO، به صورتی است که چرخش آب تحت فشار تا رسیدن به سطح بازیابی مطلوب ادامه پیدا می کند. آب خوراک تازه در سیستم هم بدون توقف جریان آب تحت فشار به سیستم وارد می شود. در ساختار سیستم های تصفیه آب صنعتی CCRO، عملکرد دستگاه با چرخش مجدد آب در سیستم انجام می شود و ناشی از داشتن چند مرحله فیلتراسیون با ممبران ها نیست.

نرخ ریکاوری در CCRO، به اندازه 95 درصد می باشد و با توجه به این موضوع بهترین عملکرد را برای فیلتراسیون آب نسبت به سایر روش ها دارند. در این سیستم ها از مواد شیمیایی هم به صورتی استفاده می شود که باعث جلوگیری از ایجاد رسوب در ممبران ها و افزایش حداکثری تولید عمر ممبران می شوند.

روند کار CCRO، به صورتی است که فشار کمتری را به آب ورودی به سیستم وارد می کنند که این موضوع باعث کاهش مصرف انرژی می شود. این سیستم ها با استفاده برای فیلتراسیون آب دریا، می توانند مصرف انرژی را تا 1.45 kWh/m3 کاهش دهند.

ویژگی های برتر که روش CCRO را از روش اسمز متداول متمایز ساخته چیست؟

– استفاده کردن و طراحی فرآیند یک مرحله ای صرف نظر از درصد ریکاوری سیستم

– استفاده از سیستم فرآیندی نیمه پیوسته (100% recovery followed bu dumps of concentrate)

– استفاده از 3-4 المان غشایی در هر یک از تجهیزات فشاری

– کنترل دبی جریان متقاطع

– کنترل سرعت ریکاوری

– انعطاف پذیری فرآیندی در حد بالا

– کاهش رسوب گذاری و اسکالینگ

– کاهش تقریبی 35 درصد از مصرف انرژی به نسبت اسمز معکوس متداول

– بیش از 95 درصد ریکاوری و 75 درصد کاهش در هدر رفت آب

Kinetics and energetics trade-off in reverse osmosis desalination with different configurations - ScienceDirect

بازچرخانی آب – Water Reuse

فرآیند Reuse٬ water٬ آب٬ بازچرخانی

بازچرخانی آب روند تبدیل فاضلاب به آب است که برای اهداف دیگر استفاده می شود. از این آب می توان در آبیاری فضای سبز، کشاورزی و یا پر کردن سفره های آب زیرزمینی استفاده کرد. همچنین این آب ممکن است مستقیما برای مصارف خاص مانند مصارف تجاری، صنایع، شهری به کار رود. با تصفیه این پساب حتی می توان به استاندارد های آب آشامیدنی نیز دست یافت. هنگامی که آب مصرف شده به منایع آب طبیعی باز می گردد کماکان می تواند برای اکوسیستم، تغذیه گیاهان و تغذیه آبخوان ها مفید باشد. ما در یک سلسه مقاله این موارد را بررسی خواهیم کرد.

سازمان بهداشت جهانی در موارد زیر استفاده مجدد از پساب را مجاز دانسته است:

1- افزایش کمبود آب و تنش حاصل از آن

2- افزایش جمعیت و مسائل متبط با امنیت غذا

3- افزایش آلودگی زیست محیطی ناشی از دفع نامناسب فاضلاب

اهمیت بازچرخانی و استفاده مجدد از آب نه تنها در مناطق خشک بلکه در شهرها و محیط های آلوده نیز در حال افزایش است.

مقادیر زیادی از آب آشامیدنی می توانند با استفاده از باز چرخانی آب ذخیره شوند. استفاده مجدد از آب می تواند یک گزینه جایگزین برای منابع آب باشد.

موارد استفاده از پساب در ادامه آمده است:

1- استفاده شهری: آبیاری فضای سبز، امکانات ورزشی، باغ های خصوصی، شستشوی ماشین

2- استفاده کشاورزی: کشت هیدروپونیک، پرورش آبزیان، گلخانه ها، صنعت نوشیدنی

3- استفاده تفریحی: آبیاری زمین های گلف، تفریحات آبی

4- استفاده صنعتی: سیستم های خنک کننده، برج های خنک کننده، ساخت بتن

5- استفاده زیست محیطی: تغذیه آبخوان ها، مرداب ها، باتلاق ها

6- استفاده شرب: تقویت منابع آب های آسامیدنی سطحی، تغذیه آبخوان جهت استفاده آب شرب

در ایران با توجه به بحران آب و خشکسالی و کاهش منابع آب، باز چرخانی آب نیازی اساسی است. به همین جهت تصفیه خانه ها و شبکه های فاضلاب در حال ساخت می باشند. به عنوان مثال در شهر شیراز که شهری سرسبز است. تصفیه خانه شماره 2 این شهر می تواند با تولید پساب با کیفیت آب مورد نیاز برای آبیاری فضای سبز و صنایع را تامین کند.

بهسازی محیط‌زیست و استفاده پایدار از منابع حیاتی این سرمایه بزرگ است. با افزایش روزافزون صنایع، تصفیه فاضلاب ناشی آن نیز روزبه‌روز در حال پیشرفت است.

Basic Information about Water Reuse | US EPA

از مهم‌ترین صنایع آلوده‌کننده محیط‌زیست می‌توان به صنایع غذایی(لبنی، فرآورده‌های گوشتی و… )، فولاد، کاغذ و مقوا، نساجی، شیشه‌سازی و نفت، گاز و پتروشیمی اشاره کرد. اهمیت ساخت تصفیه‌خانه فاضلاب به حدی است که امروز شهرک‌های صنعتی و واحدهای صنعتی خارج از این شهرک‌ها به ایجاد تصفیه‌خانه فاضلاب ملزم هستند. مشاوران طراحی تصفیه‌خانه‌های فاضلاب صنعتی طبق قرارداد شرکت شهرک‌های صنعتی با واحدهای صنعتی، تصفیه‌خانه‌ها را برمبنای «BOD» ۱۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر ورودی و «COD» ۲ هزار میلی‌گرم در لیتر خروجی طراحی می‌کنند. خروجی‌ها نیز در حد استاندارد سازمان حفاظت محیط‌زیست برای آبیاری و کشاورزی قابل استفاده است. طرح بهره‌برداری آب از پساب در شهرک‌ها و نواحی صنعتی نیز در دست اقدام است به طوری که فاضلاب خروجی از تصفیه‌خانه‌های مرکزی شهرک‌ها وارد شبکه استحصال آب شده و تا استانداردهای آب آشامیدنی تصفیه می‌شود. متد آن طوری درنظر گرفته شده که بعد از چند فیلتر یا فیلتر شنی وارد مرحله کربن فعال شده و بعد از گذشتن از «MBR» ممبری رآکتورها وارد شبکه «RO» ازن‌زنی می‌شود و تا استانداردهای آب آشامیدنی تصفیه می‌شود.‌

طرح استحصال آب از پساب فقط در ۶ شهرک صنعتی اجرا شده است. در کل کشور طرح استحصال آب از پساب در ۶ شهرک صنعتی سمنان، آق‌قلا گرگان، شهید سلیمی تبریز، بوشهر، مورچه‌خورت اصفهان و شکوهیه قم به بهره‌برداری رسیده و ۲۱ طرح نیز در دست اقدام است.‌ وجود تصفیه‌خانه‌های فاضلاب در شهرک‌ها و نواحی صنعتی می‌تواند در مبحث آب‌گردانی و استفاده دوباره از آب مهم و حیاتی باشد. ساخت تصفیه‌خانه فاضلاب علاوه‌بر جلوگیری از مشکلات زیست‌محیطی و کاهش آلودگی، بر ایجاد فضای سبز و صیانت از محیط‌زیست بسیار موثر است. واحدهای تولیدی و صنعتی نیز با رعایت اصول زیست‌محیطی و نصب پیش‌تصفیه می‌توانند بر افزایش کارآیی تصفیه‌خانه فاضلاب موثر واقع شوند.

مهمترین مشکلات تصفیه آب در reuse بالا رفتن غلطت موادی است که برای حذف آنها هنوز زاه کار ارزان یا متداولی ارائه نشده است. آلاینده هایی نظیر سیلیس، نیترات، فلرات سنگین و غیره

Water Reuse As An Emerging Solution