کلینیک تصفیه آب ایران

 حذف آرسنيك از آب 
[caption id="attachment_4026" align="aligncenter" width="300"] حذف آرسنيك از آب[/caption]در مناطقي كه آب آشاميدني حاوي سطوح ناايمن آرسنيك است، نگراني جدي، يافتن يك منبع سالم آب آشاميدني است.  يافتن منبع امن جديد يا حذف آرسنيك از آب دو راه حل اصلي به شمار مي آيد. اگر نتوان منبع آب سالم از آرسنيك يافت، هدف كوتاه مدت كاهش سطح آرسنيك است. روش‌هاي مختلفي براي حذف آرسنيك از آب وجود دارد. روش هاي مهم زير در زير مورد بحث قرار مي گيرند:

اكسيداسيون
انعقاد، بارش و فيلتراسيون
جذب (فيلتراسيون جذبي)
تبادل يوني
تكنيك هاي غشايي
اكسيداسيون
بيشتر تاثير فن‌آوري‌هاي حذف آرسنيك در از بين بردن شكل پنج ظرفيتي آرسنيك (As(V)، و تبديل به آرسنات، به چشم مي خورد، زيرا شكل سه ظرفيتي (As(III)، آرسنيت عمدتاً كمتر از pH 9.2 شارژ نمي‌شود. بنابراين آرسنات بسيار كمتر از آرسنيت تحرك دارد، زيرا تمايل دارد با كاتيون‌هاي فلزي رسوب كند يا بر روي سطوح جامد جذب شود.

بنابراين، بسياري از سيستم هاي تصفيه شامل يك مرحله اكسيداسيون براي تبديل آرسنيت به آرسنات هستند. آرسنيت مي تواند توسط اكسيژن (O2)، هيپوكلريت (HClO)، پرمنگنات (HMnO4) و پراكسيد هيدروژن (H2O2) اكسيد شود. اكسيژن اتمسفر در دسترس ترين عامل اكسيد كننده است و بسياري از فرآيندهاي تصفيه اكسيداسيون توسط هوا را ترجيح مي دهند. با اين حال، اكسيداسيون آرسنيك در هوا يك فرآيند بسيار كند است و ممكن است هفته ها براي اكسيداسيون طول بكشد.اكسيداسيون آرسنيت در هوا مي تواند توسط باكتري ها، محلول هاي اسيدي يا قليايي قوي، مس، كربن فعال پودري و دماي بالا كاتاليز شود .

اكسيداسيون و ته نشيني غيرفعال
در خانه ها اكسيداسيون با اكسيژن موجود به طور طبيعي در هوا در طول جمع آوري و ذخيره سازي  ممكن است باعث كاهش غلظت آرسنيك در آب ذخيره شده شود كه به عنوان رسوب غيرفعال نيز شناخته مي شود. براي ته نشيني غيرفعال، آب بايد براي مدت زمان كافي ذخيره شود تا امكان تبادل اكسيژن از هوا به آب فراهم شود.

به نظر مي رسد كاهش آرسنيك توسط رسوب گذاري ساده به كيفيت آب، به ويژه وجود آهن رسوب دهنده در آب، بستگي دارد. قليائيت زياد و وجود آهن در آب چاه لوله باعث افزايش حذف آرسنيك با ذخيره سازي مي شود.

انعقاد و فيلتراسيون
انعقاد و فيلتراسيون با نمك هاي فلزي و آهك و به دنبال آن فيلتراسيون، مستندترين روش حذف آرسنيك از آب است. در فرآيند انعقاد، آرسنيك از طريق سه مكانيسم از محلول حذف مي شود .

رسوب: تشكيل تركيبات نامحلول.
رسوب همزمان: ادغام گونه هاي آرسنيك محلول در فازهاي هيدروكسيدهاي فلزي در حال رشد (مانند رسوب همزمان با Fe(III)؛
جذب: اتصال الكترواستاتيكي آرسنيك محلول به سطوح خارجي هيدروكسيد فلز نامحلول.
 

فناوري انعقاد از سال 1970 در شمال شيلي براي حذف آرسنيك از آب آشاميدني استفاده شده است. اين تجربه نشان مي دهد كه انعقاد يك فناوري موثر براي حذف آرسنيك است. در حال حاضر مي توان آرسنيك را از 400 ميكروگرم در ليتر به 10 ميكروگرم در ليتر با سرعت 500 ليتر در ثانيه كاهش داد، با فرض اينكه pH، عوامل اكسيد كننده و انعقاد به شدت كنترل شوند .

فرآيندهاي انعقاد لخته سازي با استفاده از آلوم، كلريد آهن يا سولفات آهن در حذف آرسنيك موثر هستند
آنها شناخته شده ترين راه تصفيه آرسنيك هستند و در مطالعات آزمايشگاهي و ميداني بيشتر از ساير فناوري ها آزمايش شده اند .هنگامي كه به آب اضافه مي شوند، تحت هم زدن موثر به مدت يك تا چند دقيقه حل مي شوند. در طي اين فرآيند لخته سازي، انواع ريز ذرات و يون هاي داراي بار منفي با اتصال الكترواستاتيكي به لخته ها متصل مي شوند.

آرسنيك نيز بر روي لخته هاي منعقد شده جذب مي شود. مي توان آن را تا حدي با ته نشيني حذف كرد، در حالي كه ممكن است براي اطمينان از حذف كامل همه لخته ها به فيلتراسيون نياز باشد. حذف آرسنيك توسط انعقاد عمدتاً توسط pH و دوز انعقادي كنترل مي شود. انعقاد با كلريد آهن در pH كمتر از 8 بهترين عملكرد را دارد و آلوم دامنه موثر باريكتري از pH 6 تا 8 دارد.

[caption id="attachment_4030" align="alignnone" width="768"] حذف آرسنيك از آب[/caption]استفاده از آهن طبيعي موجود در آب هاي زيرزميني
استفاده از آهن طبيعي موجود در آب هاي زيرزميني يك روش اميدواركننده براي حذف آرسنيك با جذب است، به اين معني كه نيازي به افزودن مواد شيميايي نيست. رسوبات آهني كه در اثر اكسيداسيون آهن محلول به وجود مي‌آيند، آرسنيك را از طريق انعقاد، جذب، رسوب و فيلتراسيون و همچنين با اكسيداسيون حذف مي‌كنند. راندمان واحدها به ميزان آرسنيك و آهن آب بستگي دارد. با افزايش زمان تماس گونه هاي آرسنيك و لخته هاي آهن مي توان آن را افزايش داد.

انعقاد با آهك
تصفيه آب با افزودن آهك سريع، CaO يا آهك هيدراته، Ca(OH)2 آرسنيك را حذف مي كند. تصفيه آهك فرآيندي مشابه انعقاد با نمك فلز است. هيدروكسيد كلسيم رسوب شده، Ca(OH)2 به عنوان يك لخته جذب كننده براي آرسنيك عمل مي كند. آهك اضافي حل نمي شود، اما به عنوان يك كمك منعقد كننده باقي مي ماند كه بايد همراه با رسوبات از طريق فرآيند ته نشيني و فيلتراسيون حذف شود.

مشاهده شده است كه حذف آرسنيك توسط آهك نسبتاً كم است، معمولاً بين 40-70٪. بيشترين حذف در pH 10.6 تا 11.4 به دست مي آيد (AHMED 2001). نرم كردن آهك ممكن است به عنوان يك پيش تصفيه مورد استفاده قرار گيرد و به دنبال آن انعقاد زاج يا آهن انجام شود.

اكسيداسيون خورشيدي و رسوب اكسيدهاي Fe(III) با As(V) جذب شده
SORAS يك روش ساده است كه از تابش آب با نور خورشيد در بطري شفاف PET يا ديگر UV-A (نگاه كنيد به SODIS) براي كاهش سطح آرسنيك در آب آشاميدني استفاده مي كند. روش SORAS مبتني بر دو مرحله است: مرحله اول شامل اكسيداسيون فتوشيميايي (از طريق اثر نور UV خورشيدي) As (III) به As (V) و سپس مرحله دوم شامل بارش يا فيلتر كردن As (V) است.

جذب شده روي اكسيدهاي آهن (III) كه يا به طور طبيعي وجود دارند يا اضافه مي شوند و با افزودن آب ليمو به حالت تعليق نگهداري مي شوند. اين مي تواند يك روش تصفيه آب باشد كه در سطح خانگي براي تصفيه مقادير كمي آب آشاميدني استفاده مي شود.

آب هاي زيرزميني در بنگلادش به طور طبيعي حاوي آهن (II) و آهن (III) هستند. بنابراين SORAS مي تواند محتويات آرسنيك را كاهش دهد و تقريباً بدون هيچ هزينه اي در دسترس همه باشد.

[caption id="attachment_4027" align="alignnone" width="1761"] حذف آرسنيك از آب[/caption]فيلتراسيون جذبي
چندين محيط جذب مانند آلومينا فعال، كربن فعال، ماسه پوششي با آهن و منگنز، خاك رس كائولينيت، اكسيد آهن هيدراته، بوكسيت فعال، اكسيد تيتانيوم، اكسيد سيليسيم و بسياري از محيط هاي طبيعي و مصنوعي هستند كه آرسنيك را از آب حذف مي كنند. كارايي محيط جذب به استفاده از عوامل اكسيد كننده به عنوان كمك براي تحريك جذب آرسنيك در محيط بستگي دارد.

آلومينا فعال
آلومينا فعال (Al2O3) سطح جذب خوبي دارد، در محدوده 200-300 m2/g. مساحت سطح بزرگ به ماده منطقه بسيار زيادي براي جذب آرسنيك مي دهد. هنگامي كه آب از يك ستون بسته بندي شده از آلومينا فعال عبور مي كند، ناخالصي ها از جمله آرسنيك موجود در آب روي سطوح دانه هاي آلومينا فعال مي نشيند.

در نهايت، ستون ابتدا در ناحيه بالايي خود و سپس در پايين دست به سمت انتهاي پايين اشباع و در نهايت ستون كاملاً اشباع مي شود. بازسازي آلومينا اشباع شده با قرار دادن محيط در معرض 4 درصد سود سوزآور (NaOH) به صورت دسته‌اي يا با جريان از طريق ستون انجام مي‌شود كه منجر به فاضلاب سوزاننده شديداً آلوده به آرسنيك مي‌شود.

حذف آرسنيك توسط آلومينا فعال شده توسط pH و محتواي آرسنيك آب كنترل مي شود. با نزديك شدن به نقطه بار صفر، راندمان كاهش مي يابد و در pH 8.2 كه سطح بار منفي دارد، ظرفيت حذف تنها 5-2 درصد ظرفيت در pH بهينه است. برخي از نمونه‌هايي از محيط‌هاي جذبي مبتني بر آلومينا فعال عبارتند از: «آلوميناي فعال BUET»، «آلوميناي فعال تقويت‌شده آلكان» و «واحد تصفيه آرسنيك Apyron».

هيدروكسيد آهن دانه اي
هيدروكسيد آهن دانه اي نيز براي حذف جذبي آرسنات، آرسنيت و فسفات از آب استفاده مي شود. راكتورهاي گرانول هيدروكسيد آهن، جاذب هاي بستر ثابت هستند كه مانند يك فيلتر معمولي با جريان آب رو به پايين عمل مي كنند. آب حاوي آهن محلول بالا و مواد معلق بايد هوادهي شود و از طريق بستر شن و ماسه به عنوان پيش تصفيه تصفيه شود تا از گرفتگي بستر جذب جلوگيري شود.

اكسيد سريم آبدار
اكسيد سريم آبدار نيز جاذب خوبي است. آزمايش آزمايشگاهي و آزمايش ميداني مواد در چندين مكان نشان داد كه اين جاذب در حذف آرسنيك از آب‌هاي زيرزميني بسيار كارآمد است.

تراشه هاي آجر و ماسه روكش با آهن
شن و ماسه با روكش آهن و تراشه هاي آجري با روكش آهن در از بين بردن As(III) و As(V) موثر هستند. "فيلتر آرسنيك Shapla" نمونه‌اي از فيلتر حذف آرسنيك خانگي است كه بر اساس تراشه‌هاي آجري با روكش آهن ساخته و توسط سازمان توسعه بين‌المللي (IDE) توسعه يافته است.آب جمع‌آوري‌ از چاه‌هاي لوله‌اي آلوده از ميان فيلترهايي كه در ظرف خاكي قرار گرفته‌اند عبور مي‌كند كه در زير آن يك سيستم زهكشي وجود دارد.

فيلترهاي آرسنيك خانگي
برخي از فيلترها مانند SONO 3 KALSHI، KanchanTM يا فيلتر آرسنيك SAFI از پركننده‌هاي آهن صفر (آهن جامد)، ماسه، تراشه‌هاي آجري و كك چوب براي حذف آرسنيك و ساير فلزات كمياب از آب زيرزميني استفاده مي‌كنند (همچنين به فيلترهاي آرسنيك مراجعه كنيد). آرسنيك از طريق جذب روي مخلوط پركننده آهن صفر ظرفيتي نيمه اكسيد و ماسه حذف مي گردد.

فيلتر KanchanTM توسط موسسه فناوري ماساچوست (MIT)، سازمان محيط زيست و بهداشت عمومي (ENPHO) و برنامه تامين آب و بهداشت روستايي (RWSSSP) نپال توسعه يافته است. فيلتراسيون آهسته ماسه و جذب روي هيدروكسيد آهن را با هم تركيب مي كند و در حذف آرسنيك، عوامل بيماري زا، آهن، كدورت، بو و برخي ديگر از آلاينده ها در آب آشاميدني موثر است.

فيلتر
فيلتر از يك جعبه بتني يا پلاستيكي تشكيل يافته كه با لايه‌هايي از شن و ماسه پر است، مانند فيلتر بيوسند. در بالاي فيلتر به عنوان مرحله اول يك لايه 5 كيلوگرمي ميخ آهني نصب مي شود. اين ميخ‌ها وقتي در معرض هوا و آب قرار مي‌گيرند خيلي سريع زنگ مي‌زنند و ذرات هيدروكسيد آهن توليد مي‌كنند كه جاذب عالي آرسنيك است. هنگامي كه آب حاوي آرسنيك در فيلتر را مي افزايند، واكنش كمپلكس سطحي رخ مي دهد و آرسنيك به سرعت بر روي سطح ذرات هيدروكسيد آهن مي نشيند.

سپس  به لايه شني زير ذرات آهن حاوي آرسنيك مي افزايند. به دليل فضاي منافذ بسيار كوچك در لايه ماسه ريز، ذرات آهن حاوي آرسنيك در چند سانتي‌متر بالاي لايه ماسه ريز به دام مي‌افتند. در نتيجه، آرسنيك به طور موثر از آب حذف مي شود.

فيلتر SAFI يك فيلتر شمع سراميكي سازگار است كه بر اساس اصول جذب و فيلتراسيون بر روي مواد كامپوزيت متخلخل فعال شمع عمل مي كند. اين فيلتر از مواد متخلخل كامپوزيتي مانند كائولينيت و اكسيد آهن است كه اكسيد آهن هيدراته بر روي آن با عمليات شيميايي و حرارتي متوالي رسوب مي كند. اكسي هيدروكسيدهاي آهن، آلومينيوم و منگنز در حذف آرسنيك، آهن و باكتري ها نقش دارند.

تبادل يوني
تبادل يوني مشابه با آلومينا فعال است. فقط محيط يك رزين مصنوعي با ظرفيت تبادل يوني متعارف بهتر است. رزين مصنوعي بر اساس يك اسكلت پليمري متقابل به نام ماتريس  است. گروه‌هاي عاملي باردار از طريق پيوند كووالانسي به ماتريكس متصل مي‌شوند و به گروه‌هاي اسيدي، ضعيف اسيدي، قوي بازي و ضعيف بازي تقسيم مي‌شوند. فرآيند تبادل يوني  به pH آب وابستگي كمتري دارد .

آرسنيت، بدون شارژ، با فرآيند تبادل يوني حذف نمي شود. از اين رو، پيش اكسيداسيون As(III) به As(V) براي حذف آرسنيت توسط فرآيند تبادل يوني مورد نياز است، اما مازاد اكسيدان اغلب بايد قبل از تبادل يوني حذف شود تا از آسيب رزين هاي حساس جلوگيري شود. همانطور كه رزين تمام مي شود، نياز به بازسازي دارد. رزين هاي تبادل يوني را مي توان به راحتي با شستشو با محلول NaCl بازسازي كرد.

[caption id="attachment_4029" align="alignnone" width="768"] حذف آرسنيك از آب[/caption]تكنيك هاي غشايي
غشاهاي مصنوعي براي از بين بردن بسياري از آلاينده ها از آب از جمله پاتوژن ها، نمك ها و يون هاي فلزي مختلف كاربرد دارند. معمولاً از دو نوع فيلتراسيون غشايي استفاده مي شود: غشاهاي كم فشار مانند ميكروفيلتراسيون و اولترافيلتراسيون و غشاهاي پرفشار مانند نانوفيلتراسيون و اسمز معكوس. حذف آرسنيك توسط فيلتراسيون غشايي مستقل از pH و حضور ساير املاح است اما وجود مواد كلوئيدي بر آن تأثير منفي مي‌گذارد.

آهن و منگنز همچنين مي توانند منجر به پوسته پوسته شدن و رسوب غشاء شوند.آلودگي غشايي توسط ناخالصي هاي موجود در آب، قابل شستشوي معكوس نيست. آبي كه غلظت‌هاي بالايي از مواد جامد معلق دارد، براي حذف آرسنيك با تكنيك‌هاي غشايي براي جلوگيري از گرفتگي نياز به پيش تصفيه دارد.

حذف آرسنيك از آب با اسمز معكوس
اسمز معكوس يكي از روش ها و تجهيزات بسيار كاربردي در تصفيه آب مي باشد كه عكس عمل اسمز موجود در طبيعت رفتار مي كند. در اين تجهيزات آب حاوي آلاينده ها با فشار از غشاهايي با منافذ بسير كوچك مي گذرد. بر اثر عبور آب از اين غشاها ذرات كوچكي مانند آرسنيك امكان عبور را پيدا نخواهند كرد.

حذف آرسنيك با اولترافيلتراسيون
استفاده از غشاهاي اولترافيلتراسيون از ديگر روش ها براي كاهش مقدار آرسنيك موجود در آب مي باشد كه البته كارايي آن كمتر از اسمز معكوس است. با توجه به اينكه منافذ اين غشاها بزرگتر از اسمز معكوس مي باشند، به همين دليل بهتر است ابتدا عمل لخته سازي و انعقاد صورت گيرد تا كارايي و راندمان افزايش پيدا كند.

حذف آرسنيك از آب با نانوفيلتراسيون
عبور آب از غشاهاي نانوفيلتراسيون كه داراي منافذي به اندازه 0.001 ميكرون مي باشند نيز مي تواند گزينه اي نسبتا مناسب براي حذف آرسنيك از آب باشد. اين گروه از ممبران ها نيز كارايي كمتري نسبت به RO دارند.

دفع لجن
تمام فن آوري هاي حذف آرسنيك از آب در نهايت  در محيط هاي جذب، لجن يا محيط هاي مايع آرسنيك را متمركز مي كنند و دفع بي رويه آنها ممكن است منجر به آلودگي محيط زيست شود.

از اين رو، دفع زيست محيطي ايمن لجن، محيط هاي اشباع  و زباله هاي مايع غني از آرسنيك بسيار نگران كننده است.

آزمايش‌هايي براي ارزيابي تبديل آرسنيك از محلول‌هاي آبي در حضور مدفوع گاو انجام شد.

برخي از مطالعات نشان دادند كه فرآيند بيوشيميايي (به عنوان مثال، متيلاسيون زيستي) در حضور فضولات تازه گاو ممكن است منجر به كاهش قابل توجه آرسنيك از پسماندهاي تصفيه غني از آرسنيك شود.

تماس با ما:

تماس باما