جداسازی فلزات سنگین مانند حذف سرب از فاضلاب به ویژه پسابهای صنعتی و معدنی در سالهای اخیر به طور فزاینده ای مورد مطالعه قرار گرفته است. فلزات سنگین در آب و فاضلاب بسیاری از صنایع، از جمله آبکاری فلز، عملیات معدن، دباغی، کارخانه های چوب و نئوپان، کارخانه های آبکاری صنعتی، منسوجات صنعتی، پالایش و پالایش نفت یافت می شوند. بنابراین حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب بسیار ضروری است.
روشهای حذف سرب از فاضلاب
سرب یکی از رایج ترین فلزات سنگین در پسابهای صنعتی است. حداکثر مقدار مجاز این فلز در آب آشامیدنی گزارش شده توسط EPA و سازمان بهداشت جهانی به ترتیب 15 و 50 میکروگرم در لیتر است. روشهای جایگزین برای حذف آن از آب و فاضلاب استفاده می شود. روشهای رسوب شیمیایی، تبادل یونی، اسمز معکوس، فیلتر غشایی و جذب سطحی از روشهای حذف سرب هستند. به طور کلی روشهای مختلفی برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب و آبهای صنعتی وجود دارد. در اینجا 6 روش رایج برای حذف این فلز از پسابهای صنعتی و پسماند کارخانه ها را ارائه می دهیم.
روش اسمز معکوس برای حذف سرب
جداسازی فلزات سنگین محلول در آب و فاضلاب با غلظت کم مشکلی است که به طرق مختلف قابل حل است. حذف بسیاری از فلزات سنگین مانند نیکل، مس، روی و سرب موضوع بسیاری از مطالعات تجربی بوده است. در فرایند اسمز معکوس، فلزات سنگین با فشار خارجی حذف می شوند. این یک لایه محلول در یک طرف و یک حلال خالص در طرف دیگر دارد. حلال از سمت دارای محلول با غلظت بالاتر به قسمت محلول با غلظت کمتر منتقل می شود. این ویژگی برعکس فرایند آشنای اسمز معکوس است. غشاهای اسمز معکوس معمولا از یک لایه پلی آمید نازک ساخته می شوند.
فیلتراسیون غشایی ممبران
همان گونه که گفتیم فاضلاب صنعتی حاوی فلزات سنگینی مانند مس، سرب و نیکل است. در یک مطالعه، غلظتهای مختلف این فلزات بین 50 تا 200 ppm، فشار بین 1 تا 4 بار، دما بین 10 تا 40 درجه سانتیگراد، pH بین 2 تا 5.5 و سرعت جریان بین بین 10 تا 40I/hr در نظر گرفته شد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، راندمان جداسازی نیکل، سرب و مس به ترتیب 98.5 درصد، 97.5 درصد و 96 درصد است. عوامل مختلفی مانند فشار فرایند، غلظت یون سرب، pH و ترکیب خوراک برای حذف سرب مورد بررسی قرار گرفتند. محلولهای Pb(NO3)2، PbCl2 و PbSO4 در سیستم یک مرحله ای و محلولهای Pb(NO3)2، Zn(NO3)2، Cd(NO3)2، NaNO3 و NH4NO3 در سیستم دو مرحله ای استفاده شد. در این روش اثرات کاتیونهای تک ظرفیتی و دو ظرفیتی مانند کادمیوم، مس، روی، سدیم و آمونیوم بر حذف سرب بررسی شد.
روش جذب فلزات فاضلاب
جذب سطحی یکی از موثرترین روشهای جداسازی این فلز از فاضلاب است. در این روش عموماً از کربن فعال، زئولیتها، زیست توده، پلیمرها و کامپوزیتهای پلیمری استفاده می شود. کربن فعال توانایی و ظرفیت بالایی در جذب سرب و سایر فلزات سنگین در غلظتهای پایین دارد. دو روش فیزیکی و شیمیایی وجود دارد. روش فیزیکی به دمای بالاتری نسبت به روش شیمیایی نیاز دارد. در روش شیمیایی مواد خام در یک مرحله با تجزیه حرارتی به اسید، باز یا نمک تبدیل می شوند. از مواد مختلفی مانند پودر پلی پیرول و ترکیب پلی پیرول، نانولوله های کربنی، کیتوزان و بنتونیت تشکیل شده است. اخیراً از این ماده برای جداسازی سرب و سایر فلزات سنگین از فاضلاب استفاده می شود.
روش انعقاد الکتریکی
انعقاد الکتریکی یک روش الکتروشیمیایی است که از جریان الکتریکی برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب استفاده می کند. از این روش برای جداسازی جامدات معلق و مواد معدنی محلول نیز استفاده می شود. آلاینده های موجود در فاضلاب با بارهای الکتریکی در محلول نگهداری می شوند. هنگامی که این یونها و سایر ذرات باردار توسط یونهای بار الکتریکی مخالف ارائه شده توسط سیستم انعقاد الکتریکی خنثی می شوند، ناپایدار می شوند و به شکل پایداری در می آیند. فلزات سنگین عناصر فلزی طبیعی هستند که چگالی آنها بیش از 5 گرم بر سانتیمتر مکعب است. اینها اغلب به شکل آثاری در محیط وجود دارند: جیوه، کادمیوم، مس، آرسنیک، نیکل، روی، کبالت، منگنز. سمی ترین آنها سرب، کادمیوم و جیوه است.
حذف به روش تبادل یونی
تبادل یونی توانایی جامدات برای انتقال یونهای مثبت یا آنیونی با مواد اطراف است. تبادل یونی یکی از راههای حذف سرب است. رسانه های در نظر گرفته شده برای تبادل یونی در این فرایند عموماً رزینهای تبادل یونی آلی هستند. عیب این روش این است که نمی تواند محلول معدنی غلیظ را کنترل کند. زیرا به راحتی در فاضلاب مایع رسوب می کند. همچنین تبادل یونی غیرانتخابی است و به pH محلول بسیار حساس است.
روش ته نشینی شیمیایی
رسوب شیمیایی رایج ترین روش برای حذف سرب و فلزات سنگین از فاضلاب صنعتی در سطوح میلیون ppm در آب است. از آنجایی که نمکهای یون سرب در آب نامحلول هستند، پس از افزودن مقدار کافی رسوب تشکیل می شود. این فرایند مقرون به صرفه است و کارایی آن تحت تاثیر pH پایین و وجود سایر نمکها (یونها) است.
سوالات متداول حذف سرب از فاضلاب
1- دلیل رهاسازی فلزات سنگین در آب چیست؟
برای سالهای متمادی، صنایعی که در نزدیکی جریانهای آب قرار داشتند (به دلایل خنک‌سازی فرآیند، حمل و نقل) و پسابهای خود را در آنجا تخلیه می‌کردند. به این پدیده باید فرسایش و روان آب را در خاکها و جاده ها اضافه کنیم. آب یک عنصر اساسی از نظر آلودگی است، زیرا در مورد فلزات، مانند سایر ترکیبات، واکنشهای شیمیایی زیادی را تحریک می کند. آب فلزات سنگین را حمل می کند و آنها را در زنجیره های غذایی (جلبکها، ماهیها و غیره) وارد می کند. حتی اگر فلزات سنگین اغلب به شکل کمی وجود داشته باشند، باز هم بسیار خطرناک هستند.
2- سمیت فلزات سنگین به چه صورت است؟
سمیت فلزات سنگین دیگر نیازی به اثبات ندارد. به عنوان مثال، سمیت جیوه را از دوران باستان می شناسیم. اغلب اوقات، اثرات سمی فلزات سنگین مربوط به سیستم عصبی، خون یا مغز استخوان است. آنها به طور کلی سرطان زا هستند.
3- سرب چگونه و در کدام ترکیبات با آب واکنش می دهد؟
در شرایط عادی، سرب با آب واکنش نمی دهد. با این حال، در هوای مرطوب شروع به کار می کند. لایه نازکی از اکسید سرب (PbO) روی سطح فلز تشکیل می شود. اگر هم اکسیژن اتمسفر و هم آب وجود داشته باشد، سرب فلزی می تواند به آرامی به هیدروکسید سرب واکنش نشان دهد.
4- حلالیت آب سرب یا ترکیبات آن چگونه است؟
سرب اولیه در دمای 20 درجه سانتیگراد و 1 بار در آب نامحلول است. با این حال، می تواند به صورت PbCO3 یا Pb(CO3)2 2- به صورت محلول رخ دهد.
5- از چه فناوریهای تصفیه آب می توان برای حذف سرب استفاده کرد؟
انعقاد، فیلتراسیون ماسه و تبادل یونی گزینه های بسیار خوبی برای حذف سرب هستند.
