جهت حذف یونهای فلزی از پسابهای مختلف از جمله پسابهای آبکاری از روش های مختلفی مثل رسوب دهی شیمیای، رزین ها، جاذب ها، غشاها، روشهای الکتروشیمیایی و شناورسازی می توان استفاده کرد.

1. روش رسوب دهی شیمیایی:

           روش رسوب دهی شیمیایی برای حذف یون های فلزی به طور گسترده ای استفاده می شود و موثر هم می باشد. زیرا روشی ساده و ارزان قیمت می باشد. در این فرآیند واکنشگرهای شیمیایی با یون های فلزی واکنش می دهد و آن ها را به صورت رسوبات نامحلول در می آورد. این رسوبات نامحلول می تواند با روش فیلتراسیون و یا ته نشینی از پساب تصفیه شده جدا گردد. آب تصفیه شده هم می تواند تخلیه شود و مجدد مورد استفاده قرار گیرد. رسوب های مرسوم به صورت رسوبات هیدروکسیدی و سولفیدی می باشد. 

                      *   رسوب هیدروکسیدی: 

           رسوب دادن یون های فلزی به صورت هیدروکسیدی به طور گسترده ای استفاده می شود. زیرا روشی ارزان، آسان و کنترل pH آن راحت می باشد. کمترین حلالیت هیدروکسید های فلزی در رنج pH 8 تا 11 می باشد. هیدروکسید های فلزات با روش انعقاد و ته نشینی از پساب جدا می شوند. از CaOH2 و NaOH به عنوان قلیا برای رسوب دادن یون های فلزی به صورت هیدروکسیدهای نامحلول استفاده می شود.

در فرآیند رسوبات هیدروکسیدی از یک ماده منعقد کننده نظیر آلوم، نمک های آهن و یا پلیمرهای آلی برای افزایش راندمان خروج هیدروکسید های فلزی استفاده می شود. حجم لجن های تشکیل شده هنگام استفاده از سود در مقایسه با آهک کمتر و زمان واکنش آن هم کمتر و نسبت به آهک گران تر است.

هر یون فلزی در یک pH بهینه بیشترین حالت رسوب را دارد.

          ×××  معایب این فرایند شامل:  

 بالا بودن حجم لجن تشکیل شده و پایین بودن دانسیته لجن می باشد که سبب بروز مشکلاتی می شود.

 همچنین هیدروکسید برخی از فلزات خاصیت آمفوتری دارد که ترسیب این گونه فلزات را مشکل می سازد زیرا pH بهینه برای تشکیل رسوب فلزات مختلف متفاوت است.

 اگر در پساب هم عوامل کمپلکس دهنده وجود داشته باشد ترسیب آنها را به صورت هیدروکسیدی مشکل می کند.

                      *   رسوبات سولفیدی: 

           برای رسوب دادن یون های فلزی به صورت سولفیدی به دوحالت محلول و نامحلول می باشد. در فرآیند سولفید محلول از سولفید سدیم به عنوان ماده رسوب دهنده استفاده می شود اما در فرآیند سولفید نامحلول از سولفید آهن و یا باکتری احیا کننده سولفیدی  SBR استفاده می شود.

ابتدا در pH<3 گاز H2S تولید می شود و سپس گاز تولید شده در pH بین 3 تا 6 جذب فلز می شود و به صورت سولفید فلزی رسوب می نماید.

مزایای استفاده از باکتری SBR این است که علاوه بر کاهش غلظت یون های فلزی مقدار ترکیبات آلی کل یعنی TOC را هم کاهش می دهد زیرا لازمه آن برای برای تولید گاز H2S حمله کردن به ترکیبات آلی می باشد. اما در ابتدای واکنش بایستی به اندازه کافی در محلول وجود داشته باشد. مثلا برای یک پساب با غلظت یون روی به اندازه ppm 400 و TOC=500 ppm مقدار SBR مورد نیاز 6000 میلی گرم بر لیتر می باشد تا بتواند آنها را به طور کامل از بین ببرد.

          ××× مزایای استفاده از روش ترسیب فلزات به صورت سولفیدی: 

• حلالیت بسیار پایین سولفید های فلزی در مقایسه با هیدروکسید های فلزی. 

• نداشتن خاصیت آمفوتری برای سولفید های فلزی

• ترسیب سولفید های فلزی در دامنه وسیع تری از pH در مقایسه با هیدروکسید های فلزی می باشد.

• ضخامت لجن تشکیل شده بهتر و آبگیری آسان آن

• ترسیب سولفیدهای فلزی در حضور عوامل کمپلکس دهنده در محلول

         ××× معایب ترسیب یون های فلزی به صورت سولفیدی: 

• احتمال انتشار ماده خطرناک گاز سولفید هیدروژن

• نیازمند سرمایه گذاری بالا و فناوری پیچیده به دلیل جلوگیری از تولید گاز سمی و خطرناک هیدروژن سولفید در pH اسیدی، این واکنش در pH های خنثی تا قلیایی متوسط ایجاد می شود که در این pH رسوبات به صورت کلوییدی می باشند و سبب ایجاد مشکل در فیلتراسیون می شود.

                         *  حذف یون های فلزی با عوامل کیلیت دهنده: 

استفاده از روش های رسوب دهی برای حذف یون های فلزی محدودیت هایی دارد، از جمله در حضور عوامل کوردینه دهنده.

در این مواقع برای حذف موثر یون های فلزی از عوامل کیلیت ساز استفاده می کنند، که می توانند با یون های فلزی کمپلکس تشکیل دهند و از محیط خارج شوند.

با توجه به اینکه یون های فلزی با مواد کلیت دهنده به سختی کمپلکس تشکیل می دهند بنابراین بهتر است متناسب با هر فلز لیگاند خاصی استفاده شود.

        .از یک سری لیگاند هایی که برای حذف یون های فلزی استفاده می شود شامل موارد زیر می باشد:

 Trimercaptotriazine * 

 Potassium/ Sodiumthiocarbonate * 

      Sodiumdimethyldithiocarbamate * 

1,3-benzenediamidoethanethiol (BDET2) for mercury * 

N,N0-bis-(dithiocarboxy) piperazine (BDP) * 

1,3,5-hexahydrotriazinedithiocarbamate (HTDC) * 

Dipropyl dithiophosphate *

 

2. رزین ها : 

              از رزین ها برای حذف فلزات سنگین برای مواقعی استفاده می شود که آب حاصل بایستی عاری از هر گونه آلودگی باشد. رزینهای مورد استفاده برای حذف فلزات به صورت کاتیونی می باشد که به صورت اسید ضعیف و یا قوی است.

اسید قوی حاوی گروه های SO3H است واسید ضعیف دارای گروه COOH می باشد که گروه H+ از این اسید ها جداشده وکاتیون های فلزی جایگزین می شود.

مزایای استفاده از رزین ها ظرفیت بالا برای حذف، راندمان بالا و سرعت بالا در حذف می باشد.

عوامل موثر بر میزان حذف فلزات دمای پساب، مقدار pH، غلظت اولیه یون های فلزی، مدت زمان تماس رزین ویون فلزی، و بار یونهای فلزی می باشد به عبارتی میزان حذف برای این یون های فلزی به صورت +Ce4+>Fe3+>Pb2 می باشد. علاوه بر رزین های سینتیک از رزین های طبیعی نظیر زئولیت ها و سیلیکات ها به علت مناسب بودن هزینه ها استفاده می شود. 

 

 

3.جاذب ها: 

       جاذب ها از لحاظ اقتصادی به صرفه و برای حذف موثر است. جاذب ها قابل بازسازی هستند بنابراین استفاده از آنها به صرفه می باشد.

                             *  کربن اکتیو ها: 

                یکی از جاذب ها کربن اکتیو می باشد. کربن اکتیوهایی که سایز حفره های آنها بین 2-50 نانومتراست مزوپور و به کربن اکتیوهایی که سایز حفره های آنها کمتر از 2 نانومتر است میکروپور گفته می شود. کربن اکتیوها به صورت طبیعی هزینه بالایی دارد که از افزودنی هایی به همراه آن نظیر منیزیم، سورفکتانت ها و تانیک اسید استفاده می شود. جاذب های طبیعی نظیر کانی ، کائولینیت، مونت موریلینیت، مواد پسماند کشاورزی، لیگنین ها، دیاتومه، خاک رس و.... استفاده می شود.

                           * کربن نانو تیوب ها:

                کربن نانو تیوب ها توسط شخصی به نام Lijima در سال 1991 کشف شد که به دو صورت تک و چند جداره می باشد. مکانیسم جذب یون های فلزی به صورت الکترواستاتیک، جذب سطحی رسوبات و تعامل شیمیایی بین یون های فلزی و گروه های عاملی بر سطح می باشد.

از کربن نانوتیوب های یک و یا چند دیواره و کربن فعال برای حذف یون های فلزی از پساب برای غلظت های در حد ppb استفاده می شود و کربن نانو تیوب چند دیواره ظرفیت جذب بالاتری دارد.

کربن نانو تیوب خام توانایی حذف یون های فلزی را در حد پایین دارد در صورتی که اگر توسط عواملی از قبیل HNO3، KMnO4، NaClO عامل دار شود قدرت جذب افزایش می یابد.

مشکل نانو تیوب ها این می باشد که ثابت نیستند و حرکت می کند که برای انسان مضر می باشد. برای رفع این مشکل از کلسیم آلژینا استفاده می شود که سبب ثابت ماندن آن در پساب می شود.

                           * بایو جاذب ها : 

                مزایای بایوجاذب ها برای حذف یون های فلزی از پساب: 

  • • از لحاظ اقتصادی به صرفه می باشند.
  • • خاصیت جذب انتخابی دارند
  • • قابلیت احیای بایوجاذب ها
  • • بازیافت فلزات
  • • بالا بودن فرآیند حذف
  • • عدم تولید لجن
  • • قابلیت حذف فلزات با غلظت های بسیار پایین از پساب

منشا بایوجاذب ها میکروارگانیزم های غیر زنده از قبیل میگو، پوست خرچنگ ها، ماهی های مرکب، اجرام زیستی میکروبی که شامل باکتری ها، قارچ ها مخمرها، باکتری هایی نظیر باسیل سرئوس، اشرشیا ای کولای، سودو موناس، آئزوژینزا و جلبک ها می باشد.

 

 

4. غشاها:

            انواع غشاهای مورد استفاده شامل الترافیلتراسیون، نانو فیلتراسیون، اسمز معکوس و الکترو دیالیز می باشد. غشاها دارای محاسنی از جمله بالا بودن بهره وری، آسان بودن عملیات و صرفه جویی در مکان مورد توجه قرار گرفته اند.

                        * الترافیلتراسیون: 

                 از الترافیلتراسیون برای جداسازی یون ها به صورت حل شده و یا کلوئیدی استفاده می شود. غشاهای موجود در الترافیلتراسیون به دلیل اینکه سایز حفره ها بزرگتر از یون های موجود در پساب می باشد و یا اینکه جرم مولکولی این یون ها کم است بنابراین از غشا عبور می کند برای رفع این مشکل از غشا ها به همراه مسیل و یا پلیمر استفاده می شود که نام استفاده از مسیل ها MEUF و PEUF می باشد.

          ××× MEUF  

       یکی از روش ها برای جداسازی یون های فلزی از پساب استفاده از سورفکتانت ها به پساب می باشد که به نحوی اگر غلظت سورفکتانت ها به حدی برسد مسیل ها تشکیل می شود.

برای افزایش راندمان بیشتر از سورفکتانت های آنیونی استفاده می شود که دارای بار مخالف با یون های فلزی می باشد بنابراین ساختار یون - مسیل بزرگتر از حفره های غشاها می شود و به راحتی می تواند از محیط پساب خارج شود.

بیشترین سورفکتنانت آنیونی که استفاده می شود سدیم دی دسیل سولفات (SDS)، و آلیل بنزن خطی (LAS) می باشد. چون نسب غلظت سورفکتانت به فلز مهم می باشد و بایستی بیشتر از فلز باشد بنابراین برای اینکه از لحاظ اقتصادی به صرفه باشد از عامل کیلیت دهنده سورفکتانت استفاده می شود مثلا استفاده از EDTA. حال عواملی که بر روی کیفیت جداسازی آن موثر می باشد، غلظت اولیه یون فلزی و سورفکتنانت، مقدار pH و قدرت یونی یون ها می باشد.

          ××× PEUF

      الترافیلتراسیون پلیمری غشایی می باشد که از ترکیبات پلیمری به همراه غشا استفاده می شود و یون های فلزی موجود در پساب به این پلیمرهای متصل  یا کمپلکس می دهد و بنابراین نمی تواند از غشا عبور نماید.

از پلیمر هایی که در غشا ها استفاده می شود شامل پلی آکریلیک اسید، پلی اتیلن ایمین (PEI)، سلولز دی اتیلن آمینو اتیل و هومیک اسید (PAA) می باشد. مقدار pH، نسبت یون فلزی به پلیمر و مقادیر حضور سایر یون های فلزی عوامل موثر بر فرآیند غشا می باشد.

 

                         * اسمز معکوس: 

           اسمز معکوس از یک غشا نیمه تراوا استفاده می شودکه رنج وسیعی از آلاینده ها را از خود عبور نمی دهد.از اسمز معکوس بیشتر برای نمک زدایی استفاده می شود و هنوز به طور کامل و گسترده برای حذف یون های فلزی استفاده نشده است.

تا به حال برای یون های فلزی Cu  و Ni استفاده شده است. در یک فرآیند حذف Cu  و Ni در راکتور غشایی از ماده Na2EDTA استفاده شده است و فرآیند آن اسمز معکوس می باشد که این فرآیند میزان یون ها را به اندازه 5/99% کاهش داده است. اسمز کردن هزینه پمپاژ کردن و ریکاوری بالایی دارد.   

                 

                        * نانوفیلتراسیون :

             مزایای نانو فیلتراسیون شامل موارد ذیل می باشد:

  • • کاهش مصرف انرژی
  • • راندمان بالا
  • • قابل اطمینان
  • • سهولت عملیات

مقدار pH، دمای محلول، غلظت خوراک عوامل موثر بر میزان حذف یون های فلزی می باشد. به طوری که در یک نمونه کار تحقیقاتی میزان حذف یون های فلزی از 98 به 92% کاهش یافته است برای هنگامی که غلظت خوراک از 2 به 250 میلی گرم بر لیتر رسیده است. در صنعت از نانو فیلتراسیون بیشتر به همراه اسمز معکوس برای حذف فلزات سنگین استفاده می شود.   

 

                      *الکترودیالیز: 

           الکترودیالیز یک فرآیند جداسازی غشایی می باشد که در آن از اختلاف پتانسیل الکتریکی به عنوان نیروی محرکه استفاده می شود. در این سیستم غشاهای پلیمری از رزین های آنیونی و کاتیونی می باشد که برای تبادل یون استفاده می شود.

پلیمرهای مورد استفاده معمولا پلی اتیلن هستند، از این فرآیند برای تولید آب آشامیدنی از آب های دریا و یا بازیافت یون های فلزی از پسماند ها و اخیرا برای جداسازی یون های فلزی از پساب ها مورد استفاده قرار گرفته است.

در یک کار تحقیقاتی اخیرا سیستمی را طراحی کرده اند که برای جداسازی یون کروم شش ظرفیتی از پساب می باشد که میزان کروم پس از جداسازی به  ppm 1/0 رسیده است. در یک کار تحقیقاتی دیگر برای جداسازی Cu و Fe از آب استفاده کرده اند. عواملی که بر روی فرآیند جداسازی تاثیر دارد: دما، مقدار ولتاژ و غلظت خوراک می باشد، که با افزایش دما و ولتاژ جداسازی بهتر می باشد و اما با افزایش غلظت به بیش از ppm 500 تاثیر غلظت بر جداسازی از بین می رود.

 

 

5. روش الکترو شیمیایی: 

         از روش الکتروشیمیایی برای حذف فلزات سنگین از پساب در طی دو دهه گذشته استفاده شده است. این فرآیند به سه صورت مورد استفاده قرار می گیرد: الکتروکواگولیشن، الکتروفلوشن و الکترودپوزیشن.

 

                      * الکتروکواگولیشن:

        در فرآیند الکتروکواگولیشن سبب تشکیل کلاژن هایی با استفاده از یون های آهن و آلومینیم می شود که این یون ها با قرار دادن آنها در محیط آبی و در جایگاه آند حاصل می شود. حال با حل شدن یون های فلزی آهن و آلومینیم در آند گاز هیدروژن در کاتد آزاد می شود و این گاز ها سبب شناور شدن این کلاژن ها به خارج از آب می شود.

 

                     * الکتروفلوشن: 

        در فرآیند الکتروفلوشن از جریان هوا که شامل حباب های هیدروژن و یا اکسیژن است برای جداسازی یون های فلزی استفاده می شود و میزان اندازه حباب ها در کیفیت جداسازی موثر است برای این منظور از الکترود آلومینیم به عنوان آند استفاده می شود و اگر از آهن استفاد شود از نانو فیلتراسیون هم به همراه آن استفاده می شود.

 

                     * الکترودپوزیشن:  

        الکترودپوزیشن به عنوان یک تکنولوژی تمیز برای جداسازی یون های فلزی از پساب می باشد در این فرآیند یون های فلزی موجود در پساب بر روی سطح کاتد رسوب می نماید و معمولا از عوامل کیلیت ساز نظیر EDTA و سیتریک اسید به عنوان عوامل کمپلکس دهنده برای افزایش راندمان استفاده می شود.

 

6.شناور سازی: 

        در روش شناورسازی از حباب های هوا استفاده می شود و کل فرآیند شناورسازی به سه صورت شناورسازی هوا، شناورسازی یونی، شناورسازی رسوب دهی می باشد.

                     *شناورسازی هوا:

      در شناورسازی هوا در واقع هوا تحت یک فشاری به پساب تزریق می شود و مواد موجود در پساب را به صورت سوسپانسون در می آورد سپس این پساب وارد استخر شناورسازی می شود و هنگام خروج حباب ها از پساب موادی که به حباب ها متصل شده اند به سطح آب می آیند و سپس آنها را جدا می کنند.

                     * شناورسازی یونی:

     در شناورسازی یونی سورفکتانت های آبگریز به پساب اضافه می کنند و آنها به این یون های فلزی متصل می شوند و آن ها آبگریز شده که توسط حباب های هوا به سطح پساب می آیند.

                     * شناورسازی رسوب دهی: 

     در شناورسازی رسوب دهی بر اساس تشکیل رسوب وجداسازی این رسوب ها توسط حبابهای هوا می باشد این رسوب ها می تواند به صورت هیدروکسیدی، سولفیدی و یا کربناتی باشد

انتخاب نوع روش های برای حذف فلزات سنگین بستگی به عواملی همچون غلظت اولیه فلز، سایر اجزا موجود در پساب، سرمایه گذاری اولیه، هزینه های عملیاتی، انعظاف پذیری و درصد اطمینان از روش، تاثیرات زیست محیطی و سایر عوامل دارد.