مقاله مقایسه انواع روشهای حذف فلزات سنگین از فاضلابهای صنعتی

بخشی از مقاله

مقایسه انواع روشهاي حذف فلزات سنگین از فاضلابهاي صنعتی

چکیده

یکی از مهمترین مسائل دنیـاي امـروز، آلـودگی محـیط زیسـت بـه فلـزات سـمی و خطرناك میباشد. فعالیتهاي کشاورزي و صنعتی باعث رها شدن عناصر سنگین سمی در محیط میشوند که میتواند یک خطر بزرگ براي خاك، اکوسیستم و سلامتی بشـر باشد. از آنجایی که پسابهاي خروجی از صنایع یکی از مهمترین آلاینـدههـاي زیسـت محیطی بخصوص در آلایندگی خاك و منابع آب محسوب میشوند، لذا تلاش براي بـه حداقل رساندن ورود این آلایندهها به محیط از مهمترین مسائلی است که در رأس امور قرار دارد. بدین منظور با علم به اینکه یکی از مـؤثرترین روشهـا در کـاهش ایـن نـوع آلایندهها، تصفیه فاضلاب میباشد که منجر به حذف مقادیر چشمگیر فلزات سنگین از فاضلابهاي صنعتی میگردد، در این مقاله با استفاده از مطالعه اسنادي انواع روشهاي رایج تصفیه فاضلاب از فلزات سنگین مورد بررسی قرار گرفت نهایتاًو با مقایسـه آنهـا مناسبترین روش تصفیه فاضلابهاي حاوي فلزات سنگین در هر کدام از انواع صـنعت در جدولی بیان گردید و سعی شد تا مناسبترین و مقرون به صـرفه تـرین روشهـا در کشور ما انتخاب گردد. نتیجه این بررسی حاکی از آن است که فرآیند انعقاد و شـناور-

سازي الکتریکی چشم انداز بسیار مطلوبتري در صـنعت آب و فاضـلاب کشـور دارد، همچنین انعقاد شیمیایی و تصفیه بیولوژیکی و روشهاي جذب زیستی جـزء معمـول-

ترین متدها میباشندعموماً. هزینههاي تصفیه توسط روشهاي بیولوژیکی بسیار کمتر از هزینههاي تصفیه با روشهاي شیمیائی میباشد، اما نقطه ضعف این تکنولـوژي نوپـا بودن آن است. در نتیجه اگرچه که هرکدام از روشهاي مذکور مزایا و معایبی دارند، اما براي داشتن کارایی بهتر در حذف این المانها از فاضلابهاي صنعتی شـاید بهتـر ایـن است که از روشهاي ترکیبی و تلفیقی استفاده گردد تا مزایاي هر کدام از این روشهـا معایب آنها را پوشانده نهایتاًو راندمان حذف این نوع از آلایندهها بالاتر برود.

کلمات کلیدي

آلودگی، تصفیه فاضلاب صنعتی، فلزات سنگین، محیط زیست

2

مقدمه

یکی از مهمترین مسائل دنیاي امروز، آلودگی محیط زیست به فلزات سـمی و خطرنـاك اسـت.

استخراج فلزات از معادن و کاربرد گسترده فلزات سنگین در صنایع، باعث شده اسـت کـه غلظـت ایـن فلزات در آب، فاضلاب، هوا و خاك افزایش یابد .[21] بـر اسـاس گـزارش سـازمان بهداشـت جهـانی، آلودگی آب منجر به مرگ بیش از 3/5 میلیون نفر در سال در جهان شده که وجود فلزات سـنگین در این آب ها به دلیل سمیت زیاد و غیرقابل زیست تجزیه پـذیري، آلـودگی آنهـا را تشـدید کـرده اسـت

14]و.[31 مهمترین عناصر سنگین به طور کلی، سرب، کـادمیوم، کـروم ، مـس، جیـوه، نیکـل، روي، وانادیوم و فلزات دیگري که در ارتباط با آلودگی سمی قرار می گیرند، هسـتند. بایـد اضـافه کـر د کـه عناصري مانند آرسنیک و سلنیوم نیز به دلیل خواص ویژ ة سمی، بسیار مورد نظر هستند. بیشـتر ایـن فلزات (به استثناي مولیبدن) در pH پایین بسیار محلـول بـوده و قابلیـت راهیـابی بـه اجـز اي حیـاتی موجودات زنده را دارند 4]،3،1 و .[5 بنابراین حذف فلزات سـنگین از محـیط آبـی، موضـوع مهمـی در بهداشت عمومی جامعه محسوب می شود که از دو جنبه اهمیت دارد:

-1 جداسازي فلزات سنگین سمی از پسابهاي صنعتی، زهاب کشاورزي، معادن و خنثی کردن اثرات سمی آنها
-2 احیا و بازیافت فلزات که با کاهش تدریجی منابع معدنی امري ضروري به نظر میرسد .[12]

لذا روشهاي مختلف فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی براي حذف فلزات سنگین از پساب طراحی شده است 31]،26 و [34، تاکنون روشهایی نظیر ترسیب شیمیایی2، تبادل یونی3، فیلتراسیون غشایی4،
اسمز معکوس11]5،23،24 و [28، جذب زیستی6، تجزیه الکتریکی7، گیاه پالایی8، ترکیب سازي9،

روشهاي الکتروشیمیایی و جاذبهاي طبیعی [35] و ... براي حذف فلزات سنگین از آب و پسابها به کار گرفته شده است (جدول .(1 استفاده از هر یک از این روشها به عوامل مختلفی نظیر موقعیت فاضلاب، نوع و غلظت فلزات سنگین، حضور آلایندههاي دیگر در فاضلاب، میزان تصفیه مورد نیاز، هزینه تصفیه و مهمتر از همه به میزان شناخت ما از روش تصفیه و مزایا و معایب آن بستگی دارد. هر کدام از این روشها مزیتها و محدودیتهایی در کاربرد دارد که در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

3

جدول -1 خلاصه فرآیند روشهاي مختلف تصفیه

روش فرآیند
تبادل یونی حاوي رزینهاي کاتیونی و آنیونی. در اثر مبادله یونی، کاتیونها یا آنیونهاي موجود در محلول با
کاتیونها و آنیونهاي موجود در رزین تعویض میشوند به گونهاي که هم محلول و هم رزین از نظر
الکتریکی خنثی باقی میمانند
انعقاد الکتریکی انعقاد الکتریکی (Electrocoagulation) یا به اختصار EC یک فرآیند الکتروشیمیایی است که از
جریان مستقیم برق جهت حذف آلایندهها از محلول استفاده میکند

انعقاد شیمیایی اغلب فرآیندهاي انعقاد الکتروشیمیایی به منظور ناپایدارسازي عوامل آلودهکننده آب، مواد معلق و
کلوئیدي از جریان الکتریسیته و به کارگیري الکترودهایی عموماً از جنس آهن و آلومینیوم استفاده
میشود
فرآیند ترکیبی پودر به عنوان فرآیندي جهت تصفیه فاضلابهاي صنعتی با بار آلی زیاد و وجود ترکیبات دیر تجزیه شونده
کربن فعال- لجن و یا بازدارنده رشد میکروبی همچون فلزات سنگین مورد استفاده قرار میگیرد
فعال
نانو فیلتراسیون عبارت است از جداسازي مواد حل شده از حلال با گذراندن محلول از غشایی که قطر منافذ آن در
محدوده 0/5 تا 2 نانو متر قرار دارد. عامل پیشران در این فرآیند اعمال اختلاف فشاري در حد 5 تا
40بار می باشد
روشهاي یک روش بیولوژیکی از خانواده لجن فعال بوده که از انعطاف پذیري و راندمان بالاي تصفیه برخوردار
بیولوژیکی است
اسمز معکوس در این فرآیند آب خام ( تصفیه نشده ) توسط پمپ به داخل محفظهاي که داراي غشاي نیمه تراوا
(ممبران ) میباشد، رانده میشود چون تقریباً فقط آب خالص میتواند از غشاء عبور کند به این صورت
آب تقریبا خالص در یک طرف غشاء و آب تغلیظ شده از ناخالصیها در طرف دیگر قرار خواهد گرفت
ته نشین سازي فرآیند جداسازي یا تبدیل مواد آلاینده، به کمک افزودن موادشیمیایی که در نتیجه واکنشهاي
شیمیایی شیمیایی مواد صورت می گیرد

اکسیداسیون / احیا واکنشهایی هستند که در طی آنها یک یا چند الکترون از ماده شیمیایی مورد نظر به ماده دیگر که
اکسید کننده نامیده می شود منتقل می گردد. به عبارتی وقتی که الکترونها از یک یون، اتم یا
مولکول حذف شوند، ماده اکسید شده و هنگامی که الکترونها به یک یون، اتم یا مولکول افزوده
شوند ماده احیا می شود . واکنشهاي اکسیداسیون و احیا نقش مهمی در مهندسی محیط زیست دارند

گوپتا و همکاران (2008) بیان کردند که از بین این روشها، روش اسمز معکوس یک روش مؤثر بوده ولی به دلیل تعویض غشاها، این فرآیند پر هزینه است. فرایند ترسیب شیمایی، براي آلایندههاي با غلظت اندك مناسب نیست معمولاًو حجم بالایی از لجن شیمیایی تولید میکند. فرآیند تبادل یون

4

براي حذف فلزات سنگین، گران و پیچیده است. روش استخراج حلال نیز تنها یک روش اقتصادي براي محلولهاي غلیظ است. روش جذب با توجه به راندمان بالا براي حذف فلزات سنگین، کاربري آسان، اقتصادي بودن و در دسترس بودن جاذبهاي مختلف، داراي کاربرد وسیعی براي حذف فلزات سنگین از محلولهاي آبی است .[9] همچنین در دهههاي اخیر کاربرد نانو فناوري در تصفیه آلایندهها با توجه به سهولت و اقتصادي بودن استفاده از آنها در مقایسه با روشهاي فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی متداول توسعه بیشتري یافته است .[17-20] گزارش هاي زیادي نیز در مورد استفاده از نانو فناوري به عنوان فرایند تصفیه و حذف آلایندهها از محیط زیست وجود دارد 17]،30 و .[32 بنابراین هدف از این مطالعه بررسی انواع روشهاي رایج در حذف فلزات سنگین از فاضلابهاي صنعتی بوده نهایتاًو انتخاب اینکه کدامیک از این روشها در کشور ما مقرون به صرفه و مناسبتر میباشد.

مواد و روش کار

در این مطالعه با بررسی اسنادي، ابتدا با مراجعه به سایتهاي مختلف اینترنتی، مقالات و متون موجود در نشریات و کتابخانهها، روشهاي مختلف تصفیه فاضلاب بخصوص فاضلابهاي صنعتی مـورد مقایسه قرار گرفت.

نتایج:

بررسیها نشان داد که مزایا و معایب هر کدام از این روشها متفاوت است که در جدول 2 مـورد مقایسه قرار گرفته است:

جدول: 2 مقایسه انواع روشهاي تصفیه فاضلاب از فلزات سنگین

هزینههاي بالاي سرمایه گذاري سیستم، این فرآیند براي سیستم هاي تصفیه کوچک مقرون به صرفه نیست

نیاز به مکمل دارد تا عملکرد به حد استاندارد برسد

نیاز به مکمل دارد تا عملکرد به حد استاندارد برسد، این روش ضایعات زیادي تولید کرده و لذا براي اکثر کاربردهاي صنعتی مناسب نیست، مشکل عمده این روش مصرف زیاد کربن پودري و غیراقتصادي بودن فرآیند می باشد

هزینه زیاد در مقایسه با جاذبها، عدم تولید غشاء در داخل کشور و مشکلات واردات آن، سطوح بزرگ براي تصفیه پساب در مقیاس واقعی، باید تصفیه مقدماتی قبل از ورود به سیستم غشایی صورت بگیرد

تخلیه فاضلاب تصفیه شده به طور متناوب و با محدودیت انجام می گیرد لذا پساب ممکن است تا زمانی که به حد مناسب نرسیده است تخلیه نگردد، مقدار هواي مورد نیاز در طی یک ساعت بیش از مقدار مشابه در روشهاي لجن

صنایع فلزي، آبکاري، چینی و سرامیک، کاغذ سازي، فولاد، استخراج فلزات سنگین از معادن
æ صنایع نساجی، کارگاه هاي رنگ، چرم، چاپخانه و...

صنایعی که فاضلاب آنها حاوي آلودگیهاي آلی (مثل روغن و چربی) است، صنایع نساجی

حذف مواد آلی و رنگ از پسابهاي صنایع نساجی و فاضلاب خانگی

صنایع آبکاري و صنایع استخراج فلزات سنگین، حاوي فلزات سنگینی از قبیل سرب، نیکل کادمیوم، مس و ...

حذف فلزات سنگین از فاضلابهاي صنعتی