روش های حذف آرسنیک از آب

در این مقاله فصد داریم تا روش‌های حذف آرسنیک از آب را مورد بررسی قرار دهیم.
آب یکی از مهم‌ترین منابع طبیعی برای ادامه حیات انسان، توسعه صنایع و حفظ محیط زیست است. با این حال، وجود برخی آلاینده‌های شیمیایی و فلزات سنگین در منابع آبی می‌تواند سلامت انسان و عملکرد تجهیزات صنعتی را با خطرات جدی مواجه کند. آرسنیک یکی از خطرناک‌ترین عناصر سمی به شمار می‌رود. این ماده به‌ صورت طبیعی یا در اثر فعالیت‌های صنعتی وارد منابع آب زیرزمینی و سطحی می‌شود. این عنصر حتی در غلظت‌های پایین نیز می‌تواند در صورت مصرف طولانی‌ مدت، اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان داشته باشد. حذف این ماده شیمیایی از آب یکی از مراحل مهم در طراحی سیستم‌های تصفیه آب آشامیدنی و صنعتی است. در این مقاله از صنعت آب زارعان، انواع روش‌های حذف آرسنیک، تجهیزات مورد نیاز و نکات مهم در طراحی سیستم‌های صنعتی برای این منظور را بررسی می‌کنیم.

صنعت اب زارعان، از مجموعه‌های با سابقه در زمینه طراحی و فروش انواع دستگاه تصفیه آب است. دستگاه‌های مختلف این شرکت در انواع مختلفی از جمله دستگاه تصفیه آب صنعتی، دارویی، کشاورزی، دامداری، تصفیه آب دریا و غیره طراحی می‌شود. این مجموعه، همچنین در زمینه فروش دستگاه تصفیه آب دست دوم و قطعات این دستگاه‌ها فعالیت دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره و راهنمایی از کارشناسان ما با شماره‌های شرکت تماس حاصل فرمایید.

تماس با ما: 09100910940

آرسنیک چیست و چگونه وارد منابع آب می‌شود؟

آرسنیک یک عنصر شیمیایی طبیعی با نماد As است که در پوسته زمین، سنگ‌ها، خاک و برخی مواد معدنی وجود دارد. این عنصر می‌تواند از طریق فرآیندهای طبیعی زمین‌شناسی یا فعالیت‌های انسانی وارد آب‌های زیرزمینی و سطحی شود. یکی از مهم‌ترین منابع ورود آرسنیک به آب، انحلال مواد معدنی حاوی این عنصر در لایه‌های زمین است. در مناطقی که منابع آب زیرزمینی از میان سنگ‌ها و رسوبات غنی از آرسنیک عبور می‌کنند، احتمال افزایش غلظت این آلاینده هست. علاوه بر منابع طبیعی، فعالیت‌های صنعتی نیز در آلودگی آب به آرسنیک نقش دارند. وجود آرسنیک در منابع آب موضوعی نیست که بتوان آن را تنها با بررسی رنگ، بو یا مزه آب تشخیص داد. این عنصر معمولاً بدون ایجاد تغییرات ظاهری محسوس در آب حضور دارد. بنابراین، انجام آزمایش‌های تخصصی برای اندازه‌گیری غلظت آن ضروری است.

چرا حذف آرسنیک از آب اهمیت دارد؟

آرسنیک از جمله آلاینده‌هایی به شمار می‌رود که قرار گرفتن طولانی‌ مدت در معرض آن می‌تواند مشکلات جدی برای سلامت انسان ایجاد کند. سازمان جهانی بهداشت، آرسنیک را یکی از مواد شیمیایی مهم از نظر مخاطرات بهداشتی معرفی کرده است. مصرف آب آلوده به آرسنیک در طولانی ‌مدت با افزایش خطر ابتلا به برخی سرطان‌ها، به‌ ویژه سرطان پوست، مثانه و ریه، مرتبط است. همچنین مشکلات پوستی، اختلالات قلبی و عروقی و عوارض متابولیکی نیز ایجاد می‌کند. در صنایع نیز وجود این عنصر می‌تواند مشکلات زیست‌محیطی و عملیاتی ایجاد نماید. تخلیه پساب‌های حاوی آرسنیک بدون تصفیه مناسب باعث آلودگی خاک، آب‌های سطحی و منابع آب زیرزمینی می‌گردد. به همین دلیل، حذف آرسنیک از آب نه ‌تنها برای تأمین آب سالم، بلکه برای رعایت استانداردهای زیست‌محیطی، حفاظت از تجهیزات و مدیریت صحیح پساب‌های صنعتی ضروری است.

انواع آرسنیک موجود در آب

پیش از انتخاب روش تصفیه، باید نوع ترکیبات آرسنیک موجود در آب مشخص شود. زیرا شکل شیمیایی این عنصر تأثیر مستقیمی بر راندمان فرآیندهای تصفیه دارد. آرسنیک در آب معمولاً در دو حالت اکسیداسیون اصلی دیده می‌شود.

آرسنیک سه ‌ظرفیتی (As III)

این نوع آرسنیک با نام آرسنیت شناخته می‌شود و معمولاً در آب‌های زیرزمینی با شرایط احیایی و اکسیژن محلول پایین وجود دارد. آرسنیک سه ‌ظرفیتی در محدوده pH متداول آب، عمدتاً به شکل خنثی حضور دارد. همین ویژگی، باعث می‌شود حذف آن با برخی روش‌های متداول، به‌ خصوص فرآیندهای تبادل یونی و جذب سطحی، دشوارتر باشد. به همین دلیل، در بسیاری از سیستم‌های صنعتی ابتدا از فرآیند اکسیداسیون برای تبدیل آرسنیک سه‌ ظرفیتی به نوع پنج ‌ظرفیتی استفاده می‌شود.

آرسنیک پنج‌ ظرفیتی (As V)

آرسنیک پنج‌ ظرفیتی را با نام آرسنات می‌شناسند و معمولاً در شرایط اکسید کننده در آب وجود دارد. این ترکیب در محدوده pH معمول آب به شکل گونه‌های دارای بار منفی حضور دارد. به همین دلیل، با استفاده از موادی مانند اکسیدهای آهن، جاذب‌های تخصصی و رزین‌های آنیونی راحت‌تر قابل حذف است. در بسیاری از فناوری‌های تصفیه، حذف آرسنیک پنج‌ ظرفیتی راندمان بالاتری نسبت به نوع سه ‌ظرفیتی دارد. بنابراین، شناخت نوع آرسنیک موجود در آب یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی سیستم تصفیه به شمار می‌رود.

روش های حذف آرسنیک از آب

روش‌های مختلفی برای حذف آرسنیک از آب وجود دارد که هر کدام بر اساس ویژگی‌های شیمیایی آب، میزان آلودگی و ظرفیت مورد نیاز سیستم انتخاب می‌شوند. در ادامه مهم‌ترین روش‌های مورد استفاده در تصفیه آب صنعتی را بررسی می‌کنیم.

حذف آرسنیک با روش جذب سطحی (Adsorption)

جذب سطحی یکی از روش‌های مؤثر و پرکاربرد برای حذف آرسنیک از آب محسوب می‌گردد. در این روش، آب آلوده از بستری از مواد جاذب عبور کرده و ترکیبات آرسنیک به سطح این مواد متصل می‌شوند. مواد مختلفی برای این فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• اکسید آهن گرانولی (GFO).
• هیدروکسید آهن گرانولی (GFH).
• آلومینای فعال (Activated Alumina).
• جاذب‌های اصلاح‌شده بر پایه آهن.
• برخی رزین‌ها و مواد جاذب تخصصی.

جاذب‌های پایه آهن به دلیل تمایل بالا به اتصال با آرسنات، در بسیاری از سیستم‌های تصفیه آرسنیک کاربرد دارند. در این روش، آب از داخل مخزن فیلتر حاوی ماده جاذب عبور کرده و آرسنیک روی سطح جاذب باقی می‌ماند. با گذشت زمان و افزایش میزان آلودگی جذب ‌شده، ظرفیت ماده جاذب کاهش یافته و باید تعویض یا در صورت امکان احیا گردد. مزایای روش جذب سطحی شامل موارد زیر هستند:

• راندمان مناسب در حذف آرسنیک
• امکان استفاده در ظرفیت‌های مختلف
• طراحی و بهره‌برداری نسبتاً ساده
• عدم نیاز به تجهیزات پیچیده در بسیاری از کاربردها
• امکان استفاده به‌عنوان مرحله تکمیلی تصفیه

استفاده از جاذب مناسب و بررسی دقیق کیفیت آب ورودی برای دستیابی به راندمان مطلوب در حذف آرسنیک از آب اهمیت زیادی دارد.

حذف آرسنیک از آب با روش اسمز معکوس (RO)

اسمز معکوس یکی از فناوری‌های پیشرفته و شناخته ‌شده در صنعت تصفیه آب است. این روش با استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا و اعمال فشار، بسیاری از املاح محلول، فلزات سنگین و آلاینده‌های شیمیایی را از آب جدا می‌کند. در سیستم اسمز معکوس، آب با فشار مناسب از غشا عبور می‌کند. بخش عمده آب تصفیه‌ شده از غشا عبور کرده و به‌ عنوان آب محصول جمع‌آوری می‌شود. در حالیکه بخش زیادی از آلودگی‌ها در جریان تغلیظ‌ شده یا پساب باقی می‌مانند. این فناوری در شرایط طراحی و بهره‌برداری مناسب می‌تواند برای کاهش غلظت آرسنیک بسیار مؤثر باشد. مزایای اسمز معکوس عبارتند از:

• توانایی حذف طیف گسترده‌ای از آلاینده‌های محلول.
• راندمان بالای حذف آرسنیک در شرایط مناسب.
• کاهش هم‌زمان سختی و املاح محلول آب.
• قابلیت استفاده در ظرفیت‌های صنعتی و نیمه‌صنعتی.
• امکان ترکیب با سایر مراحل پیش‌تصفیه.

نکته مهم اینکه میزان حذف آرسنیک به نوع غشا، شرایط عملیاتی و شکل شیمیایی آرسنیک بستگی دارد. آرسنیک پنج ‌ظرفیتی معمولاً بهتر از آرسنیک سه‌ ظرفیتی توسط غشاهای اسمز معکوس حذف می‌شود. بنابراین، در برخی پروژه‌ها استفاده از مرحله اکسیداسیون قبل از RO ضروری می‌باشد.

حذف آرسنیک با روش انعقاد و لخته‌سازی

انعقاد و لخته‌سازی یکی دیگر از روش‌های متداول در تصفیه آب صنعتی و شهری محسوب می‌گردد. در این فرآیند، مواد شیمیایی خاصی به آب اضافه شده تا ترکیبات آرسنیک به ذرات تشکیل ‌شده متصل و از آب جدا گردد. معمولاً از ترکیبات آهن و آلومینیوم مانند کلرید فریک و سولفات آلومینیوم به ‌عنوان مواد منعقدکننده استفاده می‌شود. پس از تزریق مواد شیمیایی، ذرات ریز و لخته‌های حاوی آرسنیک تشکیل می‌گردد. این ذرات در مرحله ته‌نشینی از آب جدا و سپس با استفاده از فیلترهای مناسب، ذرات باقیمانده حذف می‌شوند. مراحل اصلی این فرآیند عبارتند از:

• تزریق ماده منعقد کننده به آب
• اختلاط سریع برای توزیع یکنواخت مواد شیمیایی
• اختلاط آرام برای تشکیل لخته‌های بزرگ‌تر
• ته‌نشینی ذرات حاوی آرسنیک
• فیلتراسیون آب برای حذف ذرات باقیمانده

مزایای حذف آرسنیک از آب با انعقاد و لخته‌سازی عبارتند از:

• قابلیت استفاده در ظرفیت‌های بالا
• امکان حذف هم‌زمان برخی مواد معلق
• استفاده از مواد شیمیایی در دسترس
• قابلیت ترکیب با فیلترهای شنی و سایر تجهیزات تصفیه

این روش به ‌خصوص برای تصفیه حجم زیادی از آب در تأسیسات صنعتی و شهری کاربرد دارد و در بسیاری از موارد با اکسیداسیون اولیه ترکیب می‌شود.

حذف آرسنیک با روش تبادل یونی (Ion Exchange)

تبادل یونی از دیگر روش‌های مورد استفاده برای تصفیه آب و حذف برخی آلاینده‌های یونی است. برای مثال یکی از مهمترین کاربردهای رزین پرولایت، حذف آرسنیک از آب  است. در این فرآیند، آب از بستری از رزین‌های تبادل یونی عبور کرده و یون‌های آلاینده با یون‌های موجود روی رزین جایگزین می‌شوند. برای حذف آرسنیک پنج ‌ظرفیتی می‌توان از رزین‌های آنیونی مناسب استفاده کرد. این رزین‌ها توانایی جذب گونه‌های دارای بار منفی آرسنات را دارند. در طراحی این سیستم باید به غلظت سولفات، نیترات و سایر آنیون‌های موجود در آب توجه شود. زیرا این ترکیبات با آرسنات برای جایگاه‌های فعال رزین رقابت می‌کنند. مزایای تبادل یونی شامل:

• راندمان مناسب در حذف آرسنیک پنج‌ظرفیتی.
• امکان احیای برخی رزین‌ها.
• قابلیت استفاده در سیستم‌های پیوسته صنعتی.
• طراحی نسبتاً فشرده تجهیزات.

می‌باشند. در سیستم‌های صنعتی، استفاده از رزین تبادل یونی باید بر اساس آنالیز کامل آب ورودی و بررسی ظرفیت واقعی رزین انتخاب گردد.

اکسیداسیون و فیلتراسیون

اکسیداسیون به‌ تنهایی همیشه باعث حذف کامل آرسنیک نمی‌شود. بلکه در بسیاری از سیستم‌ها به ‌عنوان یک مرحله پیش‌تصفیه برای بهبود عملکرد سایر فرآیندها به کار می‌رود. هدف اصلی این فرآیند، تبدیل آرسنیک سه‌ ظرفیتی به آرسنیک پنج‌ ظرفیتی است. همان ‌طور که اشاره شد، نوع پنج ‌ظرفیتی در بسیاری از فرآیندهای جذب و انعقاد راحت‌تر حذف می‌شود. مزایای اکسیداسیون و فیلتراسیون عبارتند از:

• بهبود قابلیت حذف آرسنیک سه ‌ظرفیتی
• امکان ترکیب با فیلترهای آهن و منگنز
• افزایش راندمان برخی فرآیندهای جذب
• قابلیت استفاده به‌ عنوان پیش‌تصفیه سیستم‌های صنعتی

انتخاب ماده اکسید کننده باید با توجه به کیفیت آب و احتمال تشکیل محصولات جانبی انجام گیرد.

مطلب پیشنهادی: روش های حذف فلزات سنگین از آب

مراحل طراحی سیستم صنعتی حذف آرسنیک از آب

طراحی یک سیستم صنعتی موفق به انتخاب یک فیلتر یا دستگاه، محدود نمی‌شود. برای دستیابی به عملکرد پایدار، باید تمام پارامترهای مؤثر در فرآیند تصفیه، بررسی گردند.مهم‌ترین مراحل طراحی در ادامه این بخش ذکر شده‌اند. برای طراحی و تجهیز سیستم حذف آرسنیک از آب با مشاورین و مهندسین صنعت آب زارعان تماس بگیرید.

1. آنالیز آب خام: در اولین مرحله باید نمونه آب از نظر میزان پارامترهایی مانند آرسنیک کل، نسبت آرسنیک سه ‌ظرفیتی به پنج ظرفیتی، pH، سختی، آهن، منگنز، سولفات، سیلیس و مواد جامد محلول بررسی شود. نتایج این مرحله روش و تجهیزات مورد نیاز برای ادامه پروسه حذف آرسنیک را تعیین می‌کند.
2. تعیین ظرفیت مورد نیاز: برای تعیین ظرفیت دقیق ابتدا باید دبی آب ورودی و میزان آب تصفیه ‌شده مورد نیاز در شبانه‌ روز مشخص گردد. ظرفیت سیستم بر اساس مصرف واقعی و شرایط بهره‌برداری تعیین می‌شود.
3. انتخاب فناوری مناسب: پس از بررسی نتایج آزمایشگاهی، فناوری مناسب توسط مهندسین متخصص انتخاب خواهد شد. در برخی پروژه‌ها استفاده از یک روش کافی بوده، اما در پروژه‌های پیچیده‌تر، ترکیب چند فناوری نتیجه بهتری برای حذف آرسنیک از آب ایجاد می‌کند.
4. طراحی تجهیزات پیش‌تصفیه: بسته به کیفیت آب خام، استفاده از فیلتر شنی، فیلتر کربنی، سیستم تزریق مواد شیمیایی یا تجهیزات حذف آهن و منگنز ضروری می‌باشد. کیفیت تجهیزات نیز در بهره‌وری سیستم تصفیه آب صنعتی و حذف اینماده خطرناک از آب تاثیرگذار می‌باشد.
5. انتخاب تجهیزات اصلی: در این مرحله، مخازن تحت فشار، پمپ‌ها، ممبران‌ها، فیلترهای جاذب، سیستم‌های تزریق مواد شیمیایی و ابزار دقیق باید متناسب با ظرفیت و شرایط عملیاتی انتخاب می‌شوند.
6. آزمایش و کنترل عملکرد: پس از راه‌اندازی سیستم باید غلظت آرسنیک در آب خروجی به‌ صورت دوره‌ای اندازه‌گیری گردد. با اینکار عملکرد واقعی دستگاه ارزیابی شده و بررسی می‌شود آیا با استاندارد مورد نظر مطابقت دارد یا خیر.

مراحل فوق به دلیل تخصصی بودن باید توسط مهندسین حوزه تصفیه آب و فاضلاب انجام شود. در غیر این صورت، سیستم حذف آرسنیک از آب کارایی لازم را نخواهد داشت.

کلام پایانی

آرسنیک یکی از آلاینده‌های خطرناک منابع آب به شمار می‌رود که حضور آن می‌تواند سلامت انسان، محیط زیست و فرآیندهای صنعتی را تحت تأثیر قرار دهد. به همین دلیل، استفاده از فناوری‌های مناسب برای کاهش غلظت این عنصر اهمیت زیادی دارد. از این رو روش های مختلفی برای حذف آرسنیک از آب طراحی و اجرا می‌شوند. انتخاب بهترین روش به عواملی مانند نوع آرسنیک، غلظت اولیه، pH، ترکیبات شیمیایی آب و ظرفیت مورد نیاز سیستم بستگی دارد. در بسیاری از پروژه‌ها نیز ترکیب چند فناوری می‌تواند عملکرد بهتری ایجاد کند. برای دریافت مشاوره و اجرای پروژه های صنعتی تصفیه آب و فاضلاب با مهندسین صنعت آب زارعان در اصفهان تماس بگیرید.