فلزات سنگین یکی از خطرناک ترین آلاینده های زیست محیطی هستند که حضور آن ها در منابع آب و فاضلاب صنعتی می تواند آسیب های جدی به انسان، جانوران و اکوسیستم وارد کند. این عناصر به دلیل وزن اتمی بالا، پایداری زیاد در محیط و قابلیت تجمع زیستی، حتی در غلظت های بسیار پایین نیز سمی هستند. صنایع مختلفی از جمله آبکاری فلزات، تولید باتری، رنگ سازی، معدن کاری و صنایع شیمیایی، مقادیر قابل توجهی از این فلزات را وارد جریان فاضلاب می کنند. از سوی دیگر، ورود این پساب ها به منابع آبی، سبب آلودگی شدید و تهدید سلامت جوامع انسانی می شود.
به همین دلیل، حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله، به معرفی و بررسی کامل روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی، زیستی و نوین برای حذف فلزات سنگین می پردازیم و مزایا و معایب هرکدام را مرور خواهیم کرد.
فلزات سنگین رایج در آب و فاضلاب
فلزات سنگین شامل عناصری با وزن اتمی بالا و چگالی بیش از 5 گرم بر سانتی متر مکعب هستند. از میان آن ها، برخی مانند سرب (Pb)، جیوه (Hg)، کادمیم (Cd)، کروم (Cr)، نیکل (Ni) و مس (Cu) بیش از سایرین در فاضلاب های صنعتی دیده می شوند. هر یک از این فلزات از منابع مشخصی وارد آب می شوند:
- سرب: در صنایع باتری سازی، رنگ و لوله های قدیمی آب.
- جیوه: در صنایع شیمیایی و تولید ابزارهای الکترونیکی.
- کادمیم: در آبکاری فلزات و تولید پلاستیک ها.
- کروم: در دباغی چرم، رنگ سازی و آبکاری.
- نیکل و مس: در صنایع فولاد، آلیاژسازی و لحیم کاری.
استاندارد میزان فلزات سنگین در آب آشامیدنی
وجود فلزات سنگین در آب آشامیدنی حتی در مقادیر بسیار کم می تواند برای سلامتی انسان خطرناک باشد. این عناصر در صورت تجمع در بدن، موجب بروز بیماری های مزمن مانند آسیب های کلیوی، عصبی، کبدی و حتی سرطان می شوند. به همین دلیل، سازمان های بین المللی مانند سازمان جهانی بهداشت، سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا و همچنین استاندارد ملی ایران (ISIRI 1053)، مقادیر مجاز فلزات سنگین در آب آشامیدنی را تعیین کرده اند تا ایمنی مصرف کنندگان تضمین شود.
مطابق آخرین دستورالعمل های سازمان جهانی بهداشت و استاندارد ملی ایران، حداکثر غلظت مجاز چند فلز سنگین مهم در آب آشامیدنی به شرح زیر است:
- سرب (Pb): حداکثر مجاز 0.01 میلی گرم در لیتر. سرب از طریق لوله های قدیمی یا پساب های صنعتی وارد آب می شود و بر سیستم عصبی و رشد کودکان تأثیر منفی دارد.
- کادمیوم (Cd): حداکثر مجاز 0.003 میلی گرم در لیتر. کادمیوم معمولاً از طریق کودهای فسفاته و پساب صنایع فلزکاری وارد منابع آب می شود و موجب آسیب کلیوی می گردد.
- جیوه (Hg): حداکثر مجاز 0.001 میلی گرم در لیتر. جیوه یکی از خطرناک ترین فلزات سنگین است که می تواند در سیستم عصبی تجمع یابد و موجب اختلالات مغزی و حرکتی شود.
- آرسنیک (As): حداکثر مجاز 0.01 میلی گرم در لیتر. آرسنیک از منابع زمین شناسی یا پساب معادن وارد آب می شود و مصرف طولانی مدت آن با خطر ابتلا به سرطان پوست و ریه همراه است.
- کروم (Cr): حداکثر مجاز 0.05 میلی گرم در لیتر. ترکیبات شش ظرفیتی کروم بسیار سمی هستند و می توانند باعث تحریک معده و آسیب به کبد شوند.
- نیکل (Ni): حداکثر مجاز 0.07 میلی گرم در لیتر. نیکل در اثر خوردگی لوله ها و فعالیت صنایع فلزی وارد آب می شود و ممکن است باعث آلرژی و مشکلات پوستی گردد.
- روی (Zn): حداکثر مجاز 3 میلی گرم در لیتر. روی از جمله فلزات کم خطر است و تنها در غلظت های بالا باعث طعم نامطلوب در آب می شود.
- مس (Cu): حداکثر مجاز 2 میلی گرم در لیتر. وجود بیش از حد مس در آب می تواند موجب تهوع، استفراغ و تحریک دستگاه گوارش شود.
- منگنز (Mn): حداکثر مجاز 0.4 میلی گرم در لیتر. منگنز در غلظت بالا موجب تغییر رنگ و طعم آب و در مصرف طولانی، آسیب عصبی می شود.
خطرات وجود فلزات سنگین در آب و فاضلاب
فلزات سنگین از جمله آلاینده های پایدار و خطرناک در محیط زیست هستند که حتی در مقادیر بسیار کم نیز می توانند اثرات مخربی بر سلامت انسان، جانداران و اکوسیستم ها داشته باشند. این فلزات معمولاً از طریق فعالیت های صنعتی، فاضلاب های شهری، پساب معادن و مصرف کود و سموم وارد آب می شوند و به دلیل تجزیه ناپذیری، در محیط باقی می مانند. تجمع تدریجی آن ها در بدن موجودات زنده منجر به بروز آسیب های جدی و بیماری های مزمن می شود.
اثرات بر سلامت انسان
فلزات سنگین مانند سرب، کادمیوم، جیوه، آرسنیک و کروم از سمی ترین عناصر برای انسان هستند. این فلزات در بدن تجمع یافته و به مرور زمان باعث اختلال در عملکرد اندام های حیاتی می شوند.
- سرب: موجب آسیب های عصبی، کاهش ضریب هوشی در کودکان، کم خونی و اختلالات کلیوی می شود.
- کادمیوم: به بافت های کلیه آسیب می زند و در درازمدت موجب نرمی استخوان و اختلال در سیستم ایمنی بدن می گردد.
- جیوه : بر سیستم عصبی و مغز تأثیر مستقیم دارد و می تواند باعث اختلالات رفتاری و حرکتی شود.
- آرسنیک: از عوامل سرطان زای شناخته شده است و مصرف طولانی مدت آن باعث سرطان پوست، کبد و ریه می شود.
- کروم: به ویژه در حالت شش ظرفیتی بسیار سمی است و موجب تحریک دستگاه گوارش، زخم معده و آسیب کبد می شود.
تأثیرات فلزات سنگین اغلب در طولانی مدت و پس از تجمع در بافت ها بروز می کند، به همین دلیل کنترل دقیق غلظت آن ها در منابع آب آشامیدنی ضروری است.
اثرات زیست محیطی
فلزات سنگین در محیط زیست خاصیت تجمع زیستی و بزرگ نمایی زیستی دارند؛ یعنی غلظت آن ها در بدن موجودات زنده و در زنجیره غذایی افزایش می یابد. این پدیده موجب آلودگی آبزیان، گیاهان و در نهایت انسان می شود.
در محیط های آبی، فلزاتی مانند جیوه و کادمیوم می توانند از طریق رسوبات وارد بدن ماهی ها شوند و سپس به مصرف کنندگان انسانی منتقل گردند. همچنین، وجود این فلزات در خاک باعث کاهش حاصل خیزی و اختلال در رشد گیاهان می شود. برخی از فلزات حتی در مقادیر اندک، می توانند فعالیت میکروارگانیسم های مفید خاک را مختل کنند و تعادل اکولوژیکی را بر هم بزنند.
اثرات اقتصادی و اجتماعی
آلودگی منابع آب به فلزات سنگین علاوه بر خطرات بهداشتی، پیامدهای اقتصادی و اجتماعی قابل توجهی نیز دارد. هزینه های تصفیه آب و بازیابی منابع آلوده بسیار بالا است و آلودگی در مناطق صنعتی می تواند موجب از بین رفتن زمین های کشاورزی، کاهش تولید محصولات و حتی مهاجرت ساکنان شود. همچنین، کاهش کیفیت آب های زیرزمینی و سطحی، دسترسی به آب سالم را محدود کرده و فشار زیادی بر منابع تأمین آب شهری وارد می کند.
انواع روش های حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
فلزات سنگین از آلاینده های خطرناک آب و فاضلاب هستند که به دلیل تجمع زیستی و سمیت بالا، تهدیدی جدی برای سلامت انسان و محیط زیست محسوب می شوند. منابع اصلی ورود این فلزات شامل پساب های صنعتی، فعالیت های معدنی و کشاورزی است. حذف آن ها با استفاده از روش های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، بسته به نوع فلز، غلظت و ویژگی های پساب انجام می شود. انتخاب روش مناسب نقش مهمی در کاهش اثرات زیان بار فلزات سنگین و حفاظت از منابع آبی دارد.
روش های فیزیکی حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
روش های فیزیکی از نخستین و بنیادی ترین مراحل در فرآیند تصفیه آب و فاضلاب به شمار می روند. این روش ها با تکیه بر اصول مکانیکی و فیزیکی، بدون انجام واکنش های شیمیایی، به جداسازی ذرات معلق، ترکیبات کلوییدی و بخشی از فلزات سنگین از جریان فاضلاب کمک می کنند. استفاده از روش های فیزیکی مانند ته نشینی، فیلتراسیون، جذب سطحی و فرآیندهای غشایی، موجب کاهش بار آلودگی و افزایش کارایی واحدهای بعدی تصفیه می شود. این شیوه ها به دلیل سادگی، هزینه نسبتاً پایین و قابلیت تلفیق با سایر روش ها، جایگاه ویژه ای در تصفیه فاضلاب های صنعتی و شهری دارند.
- ته نشینی: یکی از ساده ترین و قدیمی ترین روش های فیزیکی برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب، ته نشینی است. در این فرآیند، جریان فاضلاب وارد سپتیک تانک یا حوضچه هایی می شود که در آن ذرات جامد و ترکیبات فلزی معلق، تحت تأثیر نیروی گرانش به کف مخزن فرو می نشینند. بخش زیادی از فلزات سنگین در فاضلاب های صنعتی به صورت ذرات معلق یا کلوییدی وجود دارند و در صورت فراهم شدن زمان ماند کافی، به راحتی ته نشین می شوند. این روش معمولاً در ابتدای فرآیند تصفیه و به عنوان مرحله پیش تصفیه استفاده می شود تا بار آلودگی ورودی به واحدهای بعدی کاهش یابد. هرچند ته نشینی برای یون های فلزی محلول در آب کارایی چندانی ندارد، اما از نظر سادگی، هزینه پایین و عدم نیاز به مواد شیمیایی، یکی از گام های پایه در تصفیه فاضلاب محسوب می شود.
- فیلتراسیون: فیلتراسیون یکی از روش های مؤثر برای حذف ذرات ریز و بخشی از ترکیبات فلزی موجود در آب است. در این روش، فاضلاب از بستری متخلخل مانند شن، ماسه، زغال فعال یا فیلترهای غشایی عبور داده می شود تا ذرات معلق، روغن ها و بخشی از یون های فلزی به دام بیفتند. فیلتر شنی بیشتر برای حذف مواد معلق درشت تر استفاده می شود، در حالی که فیلتر کربنی علاوه بر حذف بو و رنگ، قابلیت جذب یون های فلزی نظیر سرب و نیکل را نیز دارد. فیلتراسیون می تواند به صورت مرحله ای و در ترکیب با سایر روش ها به کار رود تا بازده کلی تصفیه افزایش یابد. از مزایای این روش می توان به هزینه نگهداری پایین و طراحی ساده اشاره کرد، اما فیلترها نیاز به شست وشوی دوره ای دارند و در برابر یون های محلول عملکرد محدودی دارند.
- جذب سطحی: یکی از کارآمدترین فناوری های فیزیکی در حذف فلزات سنگین از فاضلاب، جذب سطحی است. در این فرآیند، یون های فلزی محلول در آب بر روی سطح مواد جاذب فیزیکی جذب می شوند. جاذب ها معمولاً دارای سطح فعال بالا و گروه های عاملی هستند که می توانند فلزات را به صورت فیزیکی یا شیمیایی به خود متصل کنند. از میان جاذب های متداول می توان به کربن فعال، زئولیت ها، پوسته های گیاهی، جلبک های خشک و نانوذرات اکسید فلزی اشاره کرد. این روش به ویژه در غلظت های پایین فلزات کارایی بسیار خوبی دارد و می توان جاذب ها را پس از اشباع، احیا و دوباره مورد استفاده قرار داد. با این حال، ظرفیت جذب هر جاذب محدود است و پس از مدتی نیاز به تعویض یا احیا دارد. سادگی، هزینه مناسب و سازگاری با محیط زیست از مزایای اصلی این روش به شمار می رود.
- فرآیندهای غشایی: یکی از پیشرفته ترین روش های فیزیکی در تصفیه آب و فاضلاب، استفاده از فرآیندهای غشایی است. در این روش، غشاهایی نیمه تراوا به کار گرفته می شوند که تنها اجازه عبور مولکول های آب را داده و یون های فلزی یا ترکیبات سنگین تر را مسدود می کنند. فرآیندهایی مانند اولترافیلتراسیون (UF)، نانوفیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس (RO) از مهم ترین فناوری های غشایی هستند. اولترافیلتراسیون برای حذف ذرات درشت و ترکیبات کلوییدی به کار می رود، نانوفیلتراسیون می تواند یون های دوظرفیتی مانند سرب و مس را جدا کند، و اسمز معکوس قادر است تقریباً تمامی فلزات محلول را حذف کند. مزیت اصلی این فناوری ها در بازدهی بالا و تولید آب بسیار خالص است، اما هزینه سرمایه گذاری اولیه، نیاز به فشار بالا و احتمال گرفتگی فیلتر ممبران از چالش های آن محسوب می شود.
- سانتریفوژ: در برخی از انواع فاضلاب های صنعتی که حاوی ذرات سنگین و نامحلول از ترکیبات فلزی هستند، استفاده از سانتریفوژ راهکار مناسبی برای جداسازی محسوب می شود. در این روش، فاضلاب با سرعت زیاد درون دستگاه چرخانده می شود و تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز، ذرات سنگین تر به دیواره خارجی پرتاب شده و جدا می شوند.
- شناورسازی: در این روش با تزریق حباب های ریز هوا توسط دیفیوزر هوادهی به درون فاضلاب، ذرات فلزی یا چربی دار به سطح آب منتقل می شوند و به صورت کف جمع آوری می گردند. این روش به ویژه در فاضلاب های صنایع معدنی و فلزکاری مؤثر است. هرچند هر دو روش برای یون های محلول کاربرد محدودی دارند، اما در ترکیب با سایر فناوری ها نقش مهمی در افزایش راندمان تصفیه ایفا می کنند.
روش های شیمیایی حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
روش های شیمیایی یکی از مؤثرترین و رایج ترین شیوه ها برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب محسوب می شوند. در این روش ها، از واکنش های شیمیایی برای تبدیل یون های محلول فلزی به ترکیبات نامحلول، قابل جدا شدن یا کم خطرتر استفاده می شود. این روش ها به دلیل سرعت بالا، بازدهی قابل قبول و امکان کنترل دقیق شرایط، در صنایع مختلف از جمله آبکاری فلزات، معادن، صنایع شیمیایی و پتروشیمی کاربرد فراوانی دارند.
- رسوب گذاری شیمیایی: در این روش، با افزودن مواد شیمیایی مانند آهک یا سود سوزآور با استفاده از پکیج تزریق مواد شیمیایی، یون های فلزی به ترکیبات نامحلول تبدیل می شوند و به شکل لجن از فاضلاب جدا می گردند. رسوب گذاری یکی از ساده ترین و ارزان ترین روش ها برای حذف فلزاتی مانند سرب، نیکل و روی است. مهم ترین چالش آن تولید حجم بالای لجن است که نیاز به مدیریت دارد.
- اکسیداسیون و کاهش: در فرآیندهای اکسیداسیون و کاهش، وضعیت شیمیایی فلزات تغییر می کند تا به شکل های پایدارتر و نامحلول تبدیل شوند. این روش معمولاً برای حذف فلزات بسیار سمی مانند کروم و آرسنیک به کار می رود. استفاده از مواد اکسیدکننده یا کاهنده، سمیت فلزات را کاهش داده و قابلیت ته نشینی آن ها را افزایش می دهد. یکی از دستگاه های پرکاربرد در این روش ازن ژنراتور می باشد.
- تبادل یونی: در روش تبادل یونی، پساب از بستری از رزین عبور داده می شود و یون های فلزی با یون های موجود در رزین جایگزین می گردند. این روش دقت بالایی دارد و می تواند فلزات را حتی در غلظت های بسیار کم حذف کند. هرچند هزینه بالای رزین و نیاز به احیا از محدودیت های آن محسوب می شود. مهمترین دستگاه در این روش تصفیه، سختی گیر می باشد.
- انعقاد و لخته سازی: در این روش، مواد شیمیایی مانند زاج یا کلرید فریک به فاضلاب افزوده می شوند تا ذرات ریز و یون های فلزی به هم بچسبند و لخته هایی قابل ته نشینی تشکیل دهند. انعقاد و لخته سازی معمولاً همراه با رسوب گذاری استفاده می شود و به بهبود شفافیت و کاهش کدورت آب کمک می کند. برای آشنایی با انواع مواد منعقد کننده تصفیه آب و فاضلاب میتوانید به صفحه محصول مربوطه رجوع کنید.
- خنثی سازی: تنظیم pH یا خنثی سازی نقش مهمی در فرآیندهای شیمیایی دارد. بسیاری از فلزات در محیط قلیایی به صورت ترکیبات نامحلول در می آیند، بنابراین تنظیم دقیق pH می تواند کارایی حذف فلزات را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
روش های زیستی حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
روش های زیستی، از رویکردهای نوین و دوستدار محیط زیست برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب محسوب می شوند. در این روش ها از میکروارگانیسم ها، گیاهان و جاذب های زیستی طبیعی برای جذب، تثبیت یا تبدیل فلزات به شکل های کم خطر استفاده می شود. این فناوری ها در سال های اخیر به دلیل پایداری بالا، هزینه پایین و عدم تولید پسماندهای شیمیایی مورد توجه ویژه ای قرار گرفته اند.
- جذب زیستی: در فرآیند جذب زیستی، از مواد آلی طبیعی مانند جلبک ها، قارچ ها، باکتری ها یا بقایای گیاهی برای جذب یون های فلزی از محلول استفاده می شود. سطح سلولی این موجودات حاوی گروه های عاملی فعال است که می تواند فلزات سنگین را به خود جذب کند. این روش حتی در غلظت های پایین فلزات نیز بسیار کارآمد است و می تواند پس از اشباع، با احیای جاذب دوباره مورد استفاده قرار گیرد.
- انباشت زیستی: در انباشت زیستی، میکروارگانیسم های زنده مانند باکتری ها و جلبک ها فلزات را درون سلول های خود ذخیره می کنند. برخلاف جذب زیستی که فرآیندی سطحی است، در اینجا جذب درون سلولی انجام می شود. این روش نیاز به شرایط زیستی کنترل شده دارد اما برای حذف عناصر سنگینی مانند کادمیم و جیوه بسیار مؤثر است. مدلهای خاصی از پکیجهای تصفیه فاضلاب دقیقا بدین منظور طراحی و تولید می گردد.
- گیاه پالایی: در این روش از گیاهان خاصی استفاده می شود که توانایی جذب یا تجمع فلزات در بافت های خود را دارند. ریشه گیاهان فلزات را از خاک یا آب جذب کرده و در ساقه و برگ ذخیره می کنند. گیاه پالایی روشی طبیعی، کم هزینه و بدون آلودگی ثانویه است. گیاهانی مانند نی، آزولا و سنبل آبی از پرکاربردترین گونه ها در این زمینه اند.
- فرآیندهای میکروبی احیایی: برخی باکتری ها قادرند فلزات سنگین را از حالت محلول و سمی به حالت نامحلول و کم خطرتر احیا کنند. این فرآیند معمولاً در شرایط بی هوازی انجام می شود و برای حذف فلزاتی مانند کروم و اورانیوم مؤثر است. فعالیت میکروبی باعث کاهش تحرک و سمیت فلزات می شود و از انتشار آن ها در محیط جلوگیری می کند.
- استفاده از زیست توده های اصلاح شده: در سال های اخیر، دانشمندان از میکروارگانیسم ها و زیست توده های اصلاح شده ژنتیکی برای افزایش ظرفیت جذب و تحمل فلزات استفاده کرده اند. این روش ها با بهینه سازی ویژگی های سلولی، کارایی فرآیندهای زیستی را به طور چشمگیری افزایش می دهند و آینده ای پایدار برای تصفیه فاضلاب های صنعتی رقم می زنند.
فناوری های نوین در حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
با افزایش آلودگی منابع آب و پیچیدگی ترکیبات فلزات سنگین، استفاده از روش های سنتی تصفیه گاهی کافی نیست. فناوری های نوین به منظور افزایش راندمان، کاهش مصرف مواد شیمیایی و انرژی و کاهش تولید پسماند، توسعه یافته اند. این فناوری ها اغلب ترکیبی از روش های فیزیکی، شیمیایی و زیستی هستند و قابلیت حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب حتی در غلظت های پایین را دارند.
- نانو فناوری و نانوذرات: یکی از پیشرفته ترین روش ها استفاده از نانوذرات فلزی و اکسیدی است. این ذرات با سطح ویژه بسیار بالا، قابلیت جذب و واکنش سریع با یون های فلزی را دارند. نانوذرات اکسید آهن، نانوذرات نقره و تیتانیوم از جمله پرکاربردترین مواد در حذف فلزات سنگین مانند سرب، کادمیوم و کروم هستند. استفاده از نانوذرات باعث افزایش سرعت حذف فلزات، کاهش حجم لجن و امکان بازیابی فلزات می شود.
- فرآیندهای غشایی پیشرفته: در کنار روش های سنتی اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون، فناوری های نوین غشایی شامل ممبران های نانوفیلتراسیون اصلاح شده و غشاهای بیوفیلتر هستند. این غشاها علاوه بر حذف ذرات معلق، توانایی جداسازی انتخابی یون های فلزی را دارند و در غلظت های پایین نیز کارایی بالایی ارائه می دهند. مزیت اصلی این فناوری، تولید آب بسیار خالص با حداقل نیاز به مواد شیمیایی است.
- ترکیب روش های زیستی و فیزیکی: فناوری های نوین زیستی اغلب با روش های فیزیکی ترکیب می شوند تا بازده حذف فلزات افزایش یابد. به عنوان مثال، استفاده از بیوسوربنت های میکروبی روی فیلترهای غشایی یا گیاه پالایی همراه با جذب سطحی می تواند حذف فلزات حتی در غلظت های بسیار کم را ممکن کند. این رویکرد علاوه بر کاهش مصرف مواد شیمیایی، دوستدار محیط زیست نیز هست.
- جذب پیشرفته و مواد اصلاح شده: استفاده از مواد جاذب اصلاح شده مانند زئولیت های فعال، کربن فعال اصلاح شده و رزین های تصفیه آب پلیمری با گروه های عاملی خاص، امکان حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب با راندمان بالا را فراهم می کند. این مواد می توانند ترکیبات خاص فلزی را به شکل انتخابی جذب کنند و پس از اشباع، با فرایند احیا دوباره مورد استفاده قرار گیرند.
- الکتروشیمی و فرآیندهای پیشرفته: روش های الکتروشیمیایی شامل الکتروکوآگولاسیون و الکترودیالیز نیز به عنوان فناوری نوین شناخته می شوند. در این روش ها، با استفاده از جریان برق، یون های فلزی از محلول جدا می شوند و امکان کنترل دقیق فرآیند فراهم می شود. این فناوری ها برای فاضلاب های صنعتی با غلظت بالا بسیار مناسب هستند و حجم لجن تولیدی را کاهش می دهند.
انتخاب بهترین روش حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب
با افزایش آلودگی منابع آب و پیچیدگی ترکیبات فلزات سنگین، استفاده از روش های سنتی تصفیه گاهی کافی نیست. فناوری های نوین به منظور افزایش راندمان، کاهش مصرف مواد شیمیایی و انرژی و کاهش تولید پسماند، توسعه یافته اند. این فناوری ها اغلب ترکیبی از روش های فیزیکی، شیمیایی و زیستی هستند و قابلیت حذف فلزات حتی در غلظت های پایین را دارند.
- نانو فناوری و نانوذرات: یکی از پیشرفته ترین روش ها استفاده از نانوذرات فلزی و اکسیدی است. این ذرات با سطح ویژه بسیار بالا، قابلیت جذب و واکنش سریع با یون های فلزی را دارند. نانوذرات اکسید آهن، نانوذرات نقره و تیتانیوم از جمله پرکاربردترین مواد در حذف فلزات سنگین مانند سرب، کادمیوم و کروم هستند. استفاده از نانوذرات باعث افزایش سرعت حذف فلزات، کاهش حجم لجن و امکان بازیابی فلزات می شود.
- فرآیندهای غشایی پیشرفته: در کنار روش های سنتی اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون، فناوری های نوین غشایی شامل ممبران های نانوفیلتراسیون اصلاح شده و غشاهای بیوفیلتر هستند. این غشاها علاوه بر حذف ذرات معلق، توانایی جداسازی انتخابی یون های فلزی را دارند و در غلظت های پایین نیز کارایی بالایی ارائه می دهند. مزیت اصلی این فناوری، تولید آب بسیار خالص با حداقل نیاز به مواد شیمیایی است.
- ترکیب روش های زیستی و فیزیکی: فناوری های نوین زیستی اغلب با روش های فیزیکی ترکیب می شوند تا بازده حذف فلزات افزایش یابد. به عنوان مثال، استفاده از بیوسوربنت های میکروبی روی فیلترهای غشایی یا گیاه پالایی همراه با جذب سطحی می تواند حذف فلزات حتی در غلظت های بسیار کم را ممکن کند. این رویکرد علاوه بر کاهش مصرف مواد شیمیایی، دوستدار محیط زیست نیز هست.
- جذب پیشرفته و مواد اصلاح شده: استفاده از مواد جاذب اصلاح شده مانند زئولیت های فعال، کربن فعال اصلاح شده و رزین های پلیمری با گروه های عاملی خاص، امکان حذف فلزات سنگین با راندمان بالا را فراهم می کند. این مواد می توانند ترکیبات خاص فلزی را به شکل انتخابی جذب کنند و پس از اشباع، با فرایند احیا دوباره مورد استفاده قرار گیرند.
- الکتروشیمی و فرآیندهای پیشرفته: روش های الکتروشیمیایی شامل الکتروکوآگولاسیون و الکترودیالیز نیز به عنوان فناوری نوین شناخته می شوند. در این روش ها، با استفاده از جریان برق، یون های فلزی از محلول جدا می شوند و امکان کنترل دقیق فرآیند فراهم می شود. این فناوری ها برای فاضلاب های صنعتی با غلظت بالا بسیار مناسب هستند و حجم لجن تولیدی را کاهش می دهند.
