حذف آرسنیک از آب بوسیله رزین های تبادل یونی

 

استفاده از دستگاه های حذف آرسنیک از آب در مصارف خانگی و صنعتی، روز به روز در حال گسترش است. حداکثر میزان مجاز آرسنیک در آب آشامیدنی، برابر 10 ppb (میکروگرم در لیتر) است که در بسیاری از چاه هایی که جدیداً حفر می شوند، میزان آرسنیک در آنها بیش از این حد مجاز است. به همین دلیل است که دستگاه های مخصوص حذف آرسنیک از آب با ظرفیت های بین 5 تا 300 گالن بر دقیقه، در بسیاری از مصارف خانگی، نیمه صنعتی و صنعتی کوچک در حال استفاده بوده و مورد استقبال زیادی قرار می گیرند.

آرسنیک، یک ماده طبیعی است که در مناطق با بستر سنگ های آتشفشانی، بیشتر یافت می شود. آرسنیک در آب معمولاً به دو صورت AS-III یا "آرسنیت" و AS-V یا "آرسنات" وجود دارد. تقریباً بسیاری از دستگاه های تصفیه آب، توان حذف AS(V) را دارند. اما تعداد معدودی از این دستگاه ها قادر به حذف هر دو نوع آرسنیک نامبرده شده هستند. به همین دلیل است که در بسیاری از سیستم ها، برای حذف هر دو نوع آرسنیک، می بایست ابتدا یک مرحله پیش تصفیه قرار داده شود تا در آن، AS-III اکسید شده و به AS-V تبدیل شود تا بتوان آن را از آب، جدا کرد.

برای حذف آرسنیک از آب، سه روش متداول وجود دارد:

- روش اسمز معکوس (RO)

- استفاده از رزین های تبادل یونی

- استفاده از مواد فیلتراسیون جاذب آرسنیک

در این مقاله، در مورد حذف آرسنیک از آب با استفاده از رزین های تبادل یونی، توضیحاتی ارائه خواهد شد.

استفاده از رزین های مخصوص حذف آرسنیک، مدت زیادی است که به عنوان یک روش شناخته شده و تجربه شده حذف آرسنیک از آب مورد استفاده قرار گرفته است. هزینه اولیه این دستگاه ها، تقریباً معادل دستگاه های دارای مواد فیلتراسیون جاذب آرسنیک است. اما استفاده از رزین برای حذف آرسنیک، آنطور که ساده به نظر می رسد، نبوده و هزینه های نگهداری و تعمیرات مخصوص به خود را دارد.

از جمله این مشکلات می توان به هزینه سیستم پیش تصفیه این دستگاه ها اشاره نمود. همانطور که اشاره شد، برای تبدیل AS-III به AS-V، لازمست تا یک ماده اکسید کننده به آب تزریق شود. این ماده اکسید کننده، می تواند "کلر" و یا "ازن" باشد. هزینه کلر و سیستم تزریق آن و یا هزینه برق دستگاه ازن ژنراتور، می تواند در طول زمان باعث گران شدن این روش برای حذف آرسنیک شود. مسأله دیگر، بک واش این فیلترها است. آب بک واش دستگاه های حذف آرسنیک با رزین، علاوه بر اینکه باعث هدررفت آب شده و هزینه مخصوص به خود را دارد، دارای مقادیر بالایی آرسنیک و کلر است که تخلیه آن به سطح زمین در بسیاری از مناطق، منع قانونی داشته و برای محیط زیست خطرناک است.  

رزین های بازی آنیونی قوی (Strong Base Anion Resins) که در فرم کلراید هستند، توانایی حذف بسیاری از آلاینده ها را از آب دارند. از جمله این آلاینده ها می توا به Arsenic V (آرسنات)، نیترات، کرومات، فلوراید و اورانیوم اشاره نمود. رزین های بازی آنیونی قوی، در دو مدل نوع 1 (Type 1) و نوع 2 (Type 2) تولید می شوند. هر دو نوع رزین نامبرده شده، توانایی حذف آلاینده های فوق را از آب دارا هستند. تفاوت این دو نوع رزین، در ترکیب شیمیایی ماده پایه آنهاست. ماده پایه رزین بازی آنیونی قوی نوع 1، از گروه "تری متیل آمین" (TMA) است، در حالیکه ماده پایه رزین آنیونی قوی نوع 2، از گروه "دی متیل اتانول آمین" (DMEA) می باشد. رزین های نوع 1، در صورت وجود شرایط قلیایی در آب، باعث تولید بوی ضخم ماهی در آب تصفیه شده می شوند. در حالیکه رزین های نوع 2، باعث به وجود آمدن بو در آب نمی شوند. بنابراین، برای تولید آب آشامیدنی، رزین های بازی آنیونی قوی نوع 2 ارجحیت دارند.

تمایل جذب یونهای متداول موجود در آب به رزین های آنیونی قوی، معمولاً به شکل الگوی زیر است:

 

حذف آرسنیک از آب بوسیله رزین های تبادل یونی

 

با مشاهده این موضوع، می توان دریافت که چرا بازدهی و اثربخشی استفاده از رزین های آنیونی، به مقدار یون سولفات موجود در آب وابسته است. سولفات، آنیونی است که معمولاً در مقادیر بالایی نسبت به سایر آنیونها مانند فلوراید، نیترات، آرسنیک، سلنیوم، کرمیوم و ... در آب وجود داشته و تمایل آن به جذب توسط رزین های آنیونی نیز بالاست. بغیر از نیترات، سایر آنیونهای نامبرده شده، معمولاً در مقادیر بسیار ناچیزی در آب (در حد چند میکروگرم در لیتر یا ppb) وجود دارند.  در حالیکه میزان یونهایی مانند سولفات، نیترات، کلراید و قلیائیت، معمولاً زیاد بوده و مقدار آنها با واحد میلیگرم بر لیتر یا ppm بیان می شود.

یون آزاد قابل جایگزینی در رزین های آنیونی بازی قوی، یون "کلر" است. احیای این رزین ها توسط محلول آب نمک انجام می گیرد. غلطت مناسب آب و نمک در این سیستم ها، حدود 10 تا 15 پوند در هر فوت مکعب آب است. دبی جریان عبوری بهینه از این دستگاه ها نیز، بین 3 تا 5 گالن بر دقیقه به ازای هر فوت مکعب رزین توصیه شده است.

 

روش های اکسید کردن AS-III و تبدیل آن به AS-V

 

همانطور که در بخش های فوق نیز گفته شد، اکسیداسیون AS-III و تبدیل آن به AS-V، تأثیر زیادی روی اثربخشی حذف آرسنیک در آب در بخش های بعدی تصفیه، از جمله در رزین است. طبق تحقیقات و آزمایشهای مختلف، روش های گوناگونی برای این کار وجود دارد که در ادامه به معرفی برخی از آنها می پردازیم:

- کلر: تزریق کلر، یکی از روش های موفق اکسیداسیون AS-III به AS-V است. حتی وجود آهن (بین 0.3 تا 3 میلیگرم در لیتر)  و منگنز (تا 0.2 میلیگرم در لیتر)، هیچگونه تأثیر منفی روی اکسیداسیون AS-III به AS-V ندارد. البته وجود گوگرد (بین 1 تا 2 میلیگرم در لیتر)، باعث کاهش سرعت اکسیداسیون آرسنیک می شود. اما با این حال، حتی در این شرایط، در کمتر از یک دقیقه اکسیداسیون آرسنیت بصورت کامل انجام می شود.

- پرمنگنات: تزریق پرمنگنات هم در اکسیداسیون آرسنیت بسیار موفق عمل کرده و سرعت اکسیداسیون در این حالت، نزدیک به کلر و در برخی شرایط حتی سریعتر از آن است.

- ازن: ازن زنی یکی از بهترین و قوی ترین روش های اکسیداسیون آرسنیت است که می تواند این کار را در مدت زمان حدودی 15 ثانیه ای انجام دهد. وجود آهن و منگنز، هیچ اثر منفی روی سرعت اکسیداسیون آرسنیت در این روش نداشته، اما وجود گوگرد باعث کاهش قابل توجه سرعت اکسیداسیون آرسنیت می شود.

نکته: روش "هوادهی"، برای اکسیداسیون آرسنیت، به هیچ عنوان روش اثربخشی نیست. هرچند که برای اکسیداسیون آهن و منگنز، یکی از روش های متداول محسوب می شود.

نوشته شده توسط : محمدرضا برابی
منبع :

نظرات

CAPTCHA reload_32
whatsapp