مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف آمونیوم (NH₄⁺) از آب و فاضلاب به دلیل اثرات منفی آن بر کیفیت آب (مانند اوتریفیکاسیون و سمیت برای آبزیان) و سلامت انسان (در غلظت‌های بالا) از اهمیت بالایی برخوردار است. آمونیوم معمولاً در فاضلاب شهری، صنایع کشاورزی، دامپروری و تولید کودهای شیمیایی یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف آمونیوم، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف آمونیوم:

1. نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی:

   • نیتریفیکاسیون: تبدیل آمونیوم به نیترات (NO₃⁻) توسط باکتری‌های هوازی (مانند Nitrosomonas و Nitrobacter).

     • فرمول واکنش:

       ​​ NO2−​+2H++H2​ONO2 →باکتری‌ها NH4+​+1.5O2
     • -NO3→​باکتری‌هاNO2−​+0.5O2 ​​

   • دنیتریفیکاسیون: تبدیل نیترات به نیتروژن گازی (N₂) توسط باکتری‌های بی‌هوازی.

     • فرمول واکنش:

       −​​ N2​↑+H2​O → باکتری‌ها NO3

   • مزایا: سازگار با محیط زیست و مناسب برای فاضلاب‌های شهری.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق دما، pH و زمان ماند.

2. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل کاتیونی (مانند زئولیت‌های طبیعی یا مصنوعی) برای جایگزینی NH₄⁺ با یون‌های بی‌خطر (مانند Na⁺).

   • فرمول کلی:

     +R-Na+NH4+​→R-NH4​+Na

   • مزایا: بازده بالا در pH ~۶–۸.

   • معایب: نیاز به احیای دوره‌ای با محلول NaCl و هزینه بالای رزین.

3. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • افزودن منیزیم فسفات (MAP) برای تشکیل رسوب استروویت (MgNH₄PO₄·6H₂O).

   • فرمول واکنش:

     ↓Mg2++NH4+​+PO43−​+6H2​O→MgNH4​PO4​⋅6H2​O

   • مزایا: امکان بازیابی فسفات و نیتروژن به عنوان کود.

   • معایب: هزینه بالای مواد شیمیایی و نیاز به تنظیم دقیق pH (~۸–۹).

روش‌های نوین حذف آمونیوم:

1. فرآیندهای غشایی (Membrane Processes):

   • اسمز معکوس (RO): جداسازی آمونیوم با استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا.

   • الکترودیالیز (Electrodialysis): استفاده از غشاهای انتخابی و جریان الکتریکی.

   • مزایا: بازده بالا (تا ۹۵٪).

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

2. جاذب‌های پیشرفته (Advanced Adsorbents):

   • استفاده از زیولیت‌های اصلاح‌شده، نانوذرات اکسید فلزی یا بیوچار (Biochar).

   • مکانیسم: جذب NH₄⁺ از طریق تبادل یونی یا جذب سطحی.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۵۰ mg/g برای زیولیت) و امکان بازیابی جاذب.

3. الکتروشیمیایی (Electrochemical Methods):

   • الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation): استفاده از الکترودهای آهن یا آلومینیوم برای تولید هیدروکسیدهای فلزی که آمونیوم را جذب می‌کنند.

   • الکترواکسیداسیون (Electrooxidation): اکسیداسیون آمونیوم به نیتروژن گازی با استفاده از الکترودهای ویژه (مانند Ti/PbO₂).

   • فرمول واکنش:

     −----​NO3−​+8H++6eالکترولیز→NH4+​+2H2​O

   • مزایا: حذف کامل و تولید محصولات بی‌خطر.

4. فرآیندهای ترکیبی (Hybrid Processes):

   • ترکیب روش‌های بیولوژیکی و شیمیایی (مانند SHARON-ANAMMOX) برای حذف کارآمدتر آمونیوم.

   • ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation): تبدیل مستقیم آمونیوم و نیتریت به نیتروژن گازی توسط باکتری‌های بی‌هوازی.

     • فرمول واکنش:

       N2​↑+2H2O → باکتری‌ها −​​​ NH4+​+NO2

   • مزایا: کاهش مصرف انرژی و تولید لجن کمتر.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • نیتریفیکاسیون: pH ~۷–۸.

  • ته‌نشینی شیمیایی (MAP): pH ~۸–۹.

  • جذب سطحی: pH ~۶–۷ برای زیولیت‌ها.

• غلظت اکسیژن: ۲–۴ mg/L برای نیتریفیکاسیون.

• نسبت مولی مواد شیمیایی: در روش MAP، نسبت Mg:NH ₄:PO ₄ ≈ ۱:۱:۱.

• زمان ماند هیدرولیکی (HRT): ۶–۱۲ ساعت در فرآیندهای بیولوژیکی.

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای فاضلاب شهری: استفاده از فرآیندهای بیولوژیکی (نیتریفیکاسیون/دنیتریفیکاسیون) همراه با ANAMMOX.

   • برای فاضلاب صنعتی: ترکیب الکتروکواگولاسیون با تبادل یونی.

2. مواد و تجهیزات:

   • رزین‌های تبادل یونی، مواد شیمیایی (MgCl₂، H₃PO₄)، الکترودهای آهن/آلومینیوم، غشاهای RO.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای بیولوژیکی، ستون‌های تبادل یونی یا سیستم‌های الکتروشیمیایی.

   • نصب پمپ‌ها، بلوئرهای هوادهی و سنسورهای کنترل pH/اکسیژن.

4. نگهداری:

   • احیای رزین‌ها، تمیزکاری غشاها و مدیریت لجن تولیدی.

فرمول‌های کلیدی:

• محصول انحلال (Ksp) برای استروویت:

  Ksp​=[Mg2+][NH4+​][PO43−​]=2.5×10−13

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند نیتریفیکاسیون/دنیتریفیکاسیون و تبادل یونی به دلیل سادگی و هزینه نسبتاً پایین، هنوز در صنعت استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند ANAMMOX، الکتروشیمیایی و جاذب‌های پیشرفته به دلیل بازده بالا، کاهش مصرف انرژی و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته مناسب هستند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت آمونیوم، هزینه پروژه و الزامات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، زمان ماند و نسبت مواد شیمیایی، نقش کلیدی در افزایش بازده دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف نیکل (Ni²⁺) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت بالا و اثرات منفی بر سلامت انسان (مانند حساسیت پوستی، آسیب به کلیه و سرطانزایی) و محیط زیست، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نیکل معمولاً در فاضلاب صنایعی مانند آبکاری فلزات، تولید باتری، صنایع الکترونیک و فولادسازی یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف نیکل، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف نیکل:

1. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • فرمول واکنش با هیدروکسید سدیم (NaOH):

     ↓Ni2++2OH−→Ni(OH)2​

   • فرمول واکنش با سولفید سدیم (Na₂S):

     Ni2++S2−→NiS↓Ni2++S2−→NiS↓

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: تولید لجن سمی و نیاز به دفع ایمن.

2. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل کاتیونی (مانند رزین سولفونیک اسید) برای جایگزینی یون نیکل با یون‌های بی‌خطر (مانند Na⁺).

   • فرمول کلی:

     +2R-Na+Ni2+→R2​-Ni+2Na

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: هزینه بالای رزین و نیاز به احیای دوره‌ای با اسید یا نمک.

3. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از جاذب‌هایی مانند کربن فعال، اکسید آهن یا زئولیت‌ها.

   • فرمول جذب:

     Ni2++Adsorbent→Ni-Adsorbent

   • مزایا: ساده و مؤثر.

   • معایب: محدودیت در ظرفیت جذب و نیاز به احیای جاذب.

روش‌های نوین حذف نیکل:

1. نانو جاذب‌ها (Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe₃O₄)، گرافن اکسید یا نانولوله‌های کربنی برای جذب انتخابی نیکل.

   • مکانیسم: گروه‌های عاملی (-OH، -COOH) روی سطح نانوذرات، یون‌های Ni²⁺ را جذب می‌کنند.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۱۵۰ mg/g) و قابلیت بازیابی با میدان مغناطیسی.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن (Fe) یا آلومینیوم (Al) و جریان الکتریکی برای تولید هیدروکسیدهای فلزی که نیکل را رسوب می‌دهند.

   • فرمول واکنش:

     -Fe→Fe2++2e
   • ​↓Fe2++Ni2++4OH−→Fe(OH)2​⋅Ni(OH)2

   • مزایا: حذف همزمان چند فلز سنگین و کاهش لجن.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF):

     • مکانیسم: جداسازی یون‌های نیکل بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: تا ۹۹٪ حذف نیکل.

   • مزایا: مناسب برای سیستم‌های صنعتی بزرگ.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌جذب (Biosorption):

   • استفاده از زیست‌توده‌های ارزان مانند جلبک‌ها (Spirulina)، پوست موز یا ضایعات کشاورزی.

   • فرمول کلی:

     Ni2++Biomass→Ni-Biomass

   • مزایا: سازگار با محیط زیست و هزینه عملیاتی پایین.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • ته‌نشینی: pH ~۹–۱۱ برای تشکیل Ni(OH)₂.

  • جذب سطحی: pH ~۶–۸ برای حداکثر جذب.

• زمان تماس: ۳۰–۱۲۰ دقیقه برای جذب سطحی و الکتروکواگولاسیون.

• غلظت جاذب: ۱–۵ گرم بر لیتر برای نانو جاذب‌ها.

• ولتاژ در الکتروکواگولاسیون: ۱۰–۲۰ ولت.

• دما: ۲۵–۳۵°C برای فعالیت بهینه زیست‌جاذب‌ها.

فرمول‌های کلیدی:

• ایزوترم جذب لانگمویر:

• Ce/qe=1/(KL*qm)+Ce/qm

• • qe​: ظرفیت جذب (mg/g)، Ce​: غلظت تعادلی (mg/L)، KL​: ثابت لانگمویر.

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب ته‌نشینی شیمیایی با فیلتراسیون.

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانو جاذب‌ها یا سیستم‌های غشایی.

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (NaOH، Na₂S)، رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات Fe₃O₄، الکترودهای آهن/آلومینیوم، غشاهای نانوفیلتراسیون.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای ته‌نشینی، ستون‌های جذب یا سیستم‌های الکتروشیمیایی.

   • نصب پمپ‌ها، سنسورهای pH و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • تعویض رزین‌ها، تمیزکاری غشاها و دفع ایمن لجن‌های حاوی نیکل.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ته‌نشینی شیمیایی و تبادل یونی به دلیل سادگی و هزینه پایین، هنوز در صنایع استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌ها، الکتروکواگولاسیون و زیست‌جذب به دلیل کارایی بالا، سازگاری با محیط زیست و امکان بازیابی نیکل، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت نیکل، هزینه پروژه و الزامات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، زمان تماس و دوز جاذب، نقش کلیدی در افزایش بازده و کاهش هزینه‌ها دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف مولیبدن (Mo) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت آن در غلظت‌های بالا و اثرات نامطلوب بر سلامت انسان (مانند اختلالات گوارشی و کلیوی) و محیط زیست، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. مولیبدن معمولاً در فاضلاب صنایعی مانند معادن، تولید فولاد، صنایع شیمیایی و تولید کودهای کشاورزی یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف مولیبدن، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف مولیبدن:

1. ترسیب شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • فرمول واکنش با آهک (Ca(OH)₂):

     ↓MoO42−​+Ca2+→CaMoO4​

   • فرمول واکنش با سولفید آهن (FeS):

     ↓MoO42−​+Fe2++H2​S→FeMoS4​

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: تولید لجن سمی و نیاز به کنترل دقیق pH (~۸–۱۰).

2. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از جاذب‌هایی مانند اکسید آهن (Fe₃O₄)، اکتیو کربن یا رس‌های اصلاح‌شده.

   • فرمول جذب:

     MoO42−​+Adsorbent→Mo-Adsorbent

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: ظرفیت جذب محدود و تداخل با آنیون‌های رقیب (مانند سولفات).

3. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل آنیونی انتخابی برای جذب مولیبدات (MoO₄²⁻).

   • فرمول کلی:

     −R-Cl+MoO42−​→R-MoO4​+2Cl

   • مزایا: بازده بالا در pH ~۶–۸.

   • معایب: هزینه بالای رزین و نیاز به احیای دوره‌ای با محلول NaCl.

روش‌های نوین حذف مولیبدن:

1. نانو جاذب‌های انتخابی (Selective Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al₂O₃)، گرافن اکسید یا نانوذرات مغناطیسی عامل‌دار با گروه‌های عاملی (-NH₂، -SH).

   • مکانیسم: جذب انتخابی مولیبدات از طریق برهمکنش الکترواستاتیک و تشکیل کمپلکس.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۱۲۰ mg/g) و امکان بازیابی جاذب.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن (Fe) یا آلومینیوم (Al) و جریان الکتریکی برای تولید هیدروکسیدهای فلزی که مولیبدات را جذب می‌کنند.

   • فرمول واکنش:

     -Fe→Fe2++2e
   • ​↓Fe2++MoO42−​+OH−→Fe(OH)2​⋅MoO4

   • مزایا: کاهش همزمان چند آلاینده و کاهش لجن.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF):

     • مکانیسم: جداسازی مولیبدات بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: ۹۰–۹۸٪ حذف مولیبدن.

   • مزایا: عدم نیاز به مواد شیمیایی.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌پالایی (Bioremediation):

   • استفاده از میکروارگانیسم‌های مقاوم (مانند Pseudomonas و Bacillus) برای کاهش مولیبدات (MoO₄²⁻) به مولیبدنیت (MoS₂).

   • فرمول واکنش:

     ​ MoO42−​+4H2​S--میکروب‌ها→MoS2​+4H2​ O

   • مزایا: سازگار با محیط زیست.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق دما و pH.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • ترسیب شیمیایی: pH ~۸–۱۰ برای تشکیل CaMoO₄.

  • جذب سطحی: pH ~۴–۶ برای حداکثر جذب توسط اکسیدهای فلزی.

• غلظت مواد شیمیایی: دوز بهینه آهک یا FeCl₃ برای جلوگیری از مصرف بیش از حد.

• زمان تماس: ۳۰–۹۰ دقیقه برای جذب سطحی و الکتروکواگولاسیون.

• ولتاژ در الکتروکواگولاسیون: ۱۰–۲۵ ولت.

فرمول‌های کلیدی:

• محصول انحلال (Ksp) برای CaMoO₄:

  Ksp​=[Ca2+][MoO42−​]=1.4×10−8

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب ترسیب شیمیایی با فیلتراسیون.

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانو جاذب‌ها یا سیستم‌های غشایی.

2. مواد و تجهیزات:

   • آهک، کلرید آهن، رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات Al₂O₃، غشاهای نانوفیلتراسیون.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای اختلاط سریع و آهسته، ستون‌های جذب یا سیستم‌های الکتروشیمیایی.

4. نگهداری:

   • دفع ایمن لجن‌های حاوی مولیبدن، احیای رزین‌ها با NaCl و تمیزکاری غشاها.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ترسیب شیمیایی و تبادل یونی به دلیل سادگی و هزینه پایین، هنوز در صنعت استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌های انتخابی، الکتروکواگولاسیون و زیست‌پالایی به دلیل کارایی بالا و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت مولیبدن، هزینه و مقررات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، زمان تماس و دوز جاذب، نقش کلیدی در افزایش بازده و کاهش هزینه‌ها دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف منیزیم (Mg²⁺) از آب و فاضلاب عمدتاً به دلیل ایجاد سختی آب و مشکلات ناشی از آن مانند رسوب‌گذاری در سیستم‌های لوله‌کشی، کاهش کارایی شوینده‌ها و اختلال در فرآیندهای صنعتی اهمیت دارد. منیزیم معمولاً همراه با کلسیم در منابع آب طبیعی وجود دارد. در زیر روش‌های سنتی و نوین حذف منیزیم، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف منیزیم:

1. نرم‌سازی با آهک (Lime Softening):

   • افزودن آهک (Ca(OH)₂) و سودا اش (Na₂CO₃) برای تبدیل منیزیم به هیدروکسید منیزیم نامحلول.

   • فرمول واکنش:

     +Mg2++Ca(OH)2​→Mg(OH)2​↓+Ca2

   • مزایا: کاهش همزمان سختی کلسیم و منیزیم.

   • معایب: تولید لجن و نیاز به تنظیم دقیق pH (~۱۰.۵–۱۱).

2. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل کاتیونی (مانند رزین سولفونیک اسید) برای جایگزینی یون‌های Mg²⁺ با Na⁺.

   • فرمول کلی:

     +2R-Na+Mg2+→R2​-Mg+2Na

   • مزایا: مناسب برای آب‌های با سختی متوسط.

   • معایب: نیاز به احیای دوره‌ای با محلول NaCl و هزینه بالای رزین.

3. ترسیب شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • استفاده از فسفات‌ها یا کربنات‌ها برای تشکیل ترکیبات نامحلول مانند منیزیم فسفات.

   • فرمول واکنش:

     ↓3Mg2++2PO43−​→Mg3​(PO4​)2​

   • محدودیت: هزینه مواد شیمیایی و تولید لجن.

روش‌های نوین حذف منیزیم:

1. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO):

     • جداسازی یون‌های Mg²⁺ با استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا.

     • بازده: ۹۵–۹۹٪ حذف منیزیم.

   • نانوفیلتراسیون (NF):

     • مناسب برای حذف انتخابی یون‌های دوظرفیتی مانند Mg²⁺.

   • مزایا: عدم نیاز به مواد شیمیایی.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و نگهداری.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن یا آلومینیوم و جریان الکتریکی برای تولید هیدروکسیدهای فلزی که منیزیم را جذب می‌کنند.

   • فرمول واکنش:

     -Al→Al3++3e
   • ​↓Al3++Mg2++OH−→Al(OH)3​⋅Mg(OH)2

   • مزایا: کاهش همزمان چند آلاینده.

3. جاذب‌های نانوساختار (Nanostructured Adsorbents):

   • استفاده از نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) یا گرافن اکسید اصلاح‌شده برای جذب انتخابی Mg²⁺.

   • مکانیسم: گروه‌های عاملی (-OH) روی سطح نانوذرات، یون‌های منیزیم را جذب می‌کنند.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۵۰ mg/g) و امکان بازیابی جاذب.

4. فرآیندهای الکتروشیمیایی (Electrochemical Processes):

   • استفاده از سلول‌های الکترولیتی برای رسوب‌دهی منیزیم روی کاتد.

   • فرمول واکنش:

     ↓Mg2++2e−→Mg

   • مزایا: بازیابی منیزیم به صورت فلزی.

   • معایب: نیاز به غلظت بالا و انرژی زیاد.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • آهک‌زدایی: pH ~۱۰.۵–۱۱ برای تشکیل Mg(OH)₂.

  • الکتروکواگولاسیون: pH ~۶–۸ برای پایداری فلوک‌ها.

• غلظت مواد شیمیایی: دوز بهینه آهک یا آلوم برای جلوگیری از مصرف بیش از حد.

• زمان تماس: ۲۰–۶۰ دقیقه برای فرآیندهای ترسیب.

• ولتاژ در الکتروکواگولاسیون: ۱۰–۳۰ ولت.

فرمول‌های کلیدی:

• محصول انحلال (Ksp) برای Mg(OH)₂:

  Ksp​=[Mg2+][OH−]2=1.8×10−11

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای آب‌های سخت: ترکیب آهک‌زدایی با فیلتراسیون.

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانوفیلتراسیون یا الکتروکواگولاسیون.

2. مواد و تجهیزات:

   • آهک، سودا اش، رزین‌های تبادل یونی، غشاهای نانوفیلتراسیون، الکترودهای آلومینیوم.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای اختلاط سریع و آهسته (برای آهک‌زدایی)، ستون‌های تبادل یونی یا سیستم‌های غشایی.

4. نگهداری:

   • دفع لجن‌های حاوی منیزیم، احیای رزین‌ها با NaCl و تمیزکاری غشاها.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند آهک‌زدایی و تبادل یونی به دلیل سادگی و هزینه نسبی پایین، هنوز در صنعت استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانوفیلتراسیون، الکتروکواگولاسیون و جاذب‌های نانوساختار به دلیل کارایی بالا و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته مناسب هستند. انتخاب روش نهایی به عواملی مانند غلظت منیزیم، هزینه و مقررات زیست‌محیطی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف لیتیوم (Li) از آب و فاضلاب، به ویژه با افزایش استفاده از باتری‌های لیتیوم-یونی و فعالیت‌های معدنی، اهمیت یافته است. اگرچه لیتیوم در مقایسه با فلزات سنگین سمیت کمتری دارد، اما تجمع آن در محیط زیست می‌تواند اثرات نامطلوبی داشته باشد. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف لیتیوم، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف لیتیوم:

1. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل یونی لیتیوم-انتخابی (مانند رزین‌های مبتنی بر منگنز اکسید یا تیتانیوم اکسید) برای جذب یون‌های Li⁺.

   • فرمول کلی:

     +R-Na+Li+→R-Li+Na

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین لیتیوم.

   • معایب: هزینه بالای رزین و نیاز به احیای دوره‌ای با نمک (مانند NaCl).

2. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از جاذب‌های طبیعی مانند زئولیت‌های اصلاح‌شده یا اکسیدهای فلزی (مانند Al₂O₃).

   • فرمول جذب:

     Li++Adsorbent→Li-Adsorbent

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: ظرفیت جذب محدود و تداخل با یون‌های دیگر (مانند Na⁺، K⁺).

3. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • افزودن مواد شیمیایی مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) یا کربنات سدیم (Na₂CO₃) برای تشکیل ترکیبات کم‌محلول لیتیوم.

   • فرمول واکنش:

     Li++OH−→LiOH(محلول در آب)

   • محدودیت: بیشتر ترکیبات لیتیوم در آب محلول هستند، لذا این روش کارایی کمی دارد.

روش‌های نوین حذف لیتیوم:

1. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO):

     • جداسازی لیتیوم بر اساس اندازه و بار یونی.

     • بازده: ۸۰–۹۵٪ حذف لیتیوم.

   • الکترودیالیز (Electrodialysis):

     • استفاده از غشاهای انتخابی و جریان الکتریکی برای انتقال یون‌های Li⁺.

   • مزایا: مناسب برای سیستم‌های صنعتی.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

2. نانو جاذب‌های انتخابی (Selective Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات اکسید منگنز (MnO₂) یا گرافن اکسید اصلاح‌شده با گروه‌های عاملی (مانند -OH).

   • مکانیسم: جذب انتخابی Li⁺ به دلیل اندازه حفره و بار سطحی.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۳۰ mg/g) و امکان بازیابی لیتیوم.

3. استخراج با حلال (Solvent Extraction):

   • استفاده از حلال‌های آلی (مانند تری‌بوتیل فسفات) برای استخراج انتخابی لیتیوم از فاضلاب.

   • فرمول کلی:

     کمپلکس لی-حلال→Li++حلال

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های بالا.

   • معایب: خطر آلودگی ثانویه و هزینه بالای حلال.

4. الکترووینینگ (Electrowinning):

   • استفاده از جریان الکتریکی برای کاهش یون Li⁺ به فلز لیتیوم روی کاتد.

   • فرمول واکنش:

     ↓Li++e−→Li

   • مزایا: بازیابی لیتیوم به صورت فلز خالص.

   • معایب: نیاز به غلظت بسیار بالا و انرژی زیاد.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • تبادل یونی: pH ~۶–۸ برای حداکثر جذب.

  • جذب سطحی: pH ~۱۰–۱۲ برای بهبود جذب توسط اکسیدهای فلزی.

• غلظت یون‌های رقیب: کاهش غلظت Na⁺ و K⁺ برای افزایش انتخاب‌پذیری.

• زمان تماس: ۱–۴ ساعت برای جذب سطحی و تبادل یونی.

• ولتاژ در الکترودیالیز: ۱۰–۳۰ ولت.

فرمول‌های کلیدی:

• ایزوترم جذب لانگمویر:

• Ce/qe=1/(KL*qm)+Ce/qm

• • qe​: ظرفیت جذب (mg/g)، Ce​: غلظت تعادلی (mg/L).

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانو جاذب‌ها یا تبادل یونی.

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب استخراج با حلال و الکترووینینگ.

2. مواد و تجهیزات:

   • رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات MnO₂، غشاهای RO، حلال‌های آلی، سلول‌های الکتروشیمیایی.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت ستون‌های تبادل یونی، سیستم‌های غشایی یا راکتورهای استخراج.

   • نصب پمپ‌ها، سنسورهای pH و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • احیای رزین‌ها با محلول NaCl، تعویض غشاها و بازیابی حلال‌های استفاده‌شده.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند تبادل یونی و جذب سطحی به دلیل سادگی، هنوز در صنعت استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌های انتخابی، الکترودیالیز و الکترووینینگ به دلیل امکان بازیابی لیتیوم و کارایی بالا، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت لیتیوم، هزینه و هدف (حذف یا بازیابی) انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، غلظت یون‌های رقیب و زمان تماس، نقش کلیدی در افزایش بازده دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف جیوه (Hg) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت بسیار بالا، تجمع زیستی و اثرات مخرب آن بر سیستم عصبی، کلیهها و محیط زیست، از چالش‌های مهم در تصفیه آب است. جیوه معمولاً در فاضلاب صنایعی مانند معادن طلا، تولید کلر-آلکالی، صنایع الکترونیک و باتری‌سازی یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف جیوه، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف جیوه:

1. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • فرمول واکنش با سولفید سدیم (Na₂S):

     ↓Hg2++S2−→HgS

   • فرمول واکنش با هیدروکسید سدیم (NaOH):

     ↓Hg2++2OH−→Hg(OH)2​

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: تولید لجن سمی و نیاز به دفع ایمن.

2. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از کربن فعال، اکسیدهای آهن یا زئولیت‌ها برای جذب جیوه.

   • فرمول جذب:

     Hg2++Adsorbent→Hg-Adsorbent

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: محدودیت در ظرفیت جذب و نیاز به احیای جاذب.

3. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل یونی (مانند رزین‌های تیول) برای جذب انتخابی جیوه.

   • فرمول کلی:

     +2R-SH+Hg2+→R-S-Hg-S-R+2H

   • مزایا: بازده بالا در pH اسیدی.

   • معایب: هزینه بالای رزین و نیاز به احیای دوره‌ای.

روش‌های نوین حذف جیوه:

1. نانو جاذب‌ها (Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe₃O₄)، گرافن اکسید یا نانوذرات طلا (با قابلیت جذب انتخابی جیوه).

   • مکانیسم: گروه‌های عاملی (-SH، -NH₂) روی سطح نانوذرات، جیوه را جذب می‌کنند.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۵۰۰ mg/g) و قابلیت بازیابی با میدان مغناطیسی.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن (Fe) یا آلومینیوم (Al) و جریان الکتریکی برای تولید هیدروکسیدهای فلزی که جیوه را رسوب می‌دهند.

   • فرمول واکنش:

     -Fe→Fe2++2e
   • ↓Fe2++Hg2++4OH−→Fe(OH)2​⋅Hg(OH)2​

   • مزایا: حذف همزمان چند فلز سنگین و کاهش لجن.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF):

     • مکانیسم: جداسازی جیوه بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: تا ۹۹٪ حذف جیوه.

   • مزایا: مناسب برای سیستم‌های صنعتی.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌پالایی (Bioremediation):

   • استفاده از باکتری‌های مقاوم به جیوه (مانند Pseudomonas و Bacillus) برای تبدیل جیوه به شکل کم‌خطر (Hg⁰).

   • فرمول واکنش:

     Hg0↑ → آنزیم‌ها ​ Hg2++2e

   • مزایا: سازگار با محیط زیست.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق دما و pH.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • جذب سطحی: pH ~۶–۸ برای حداکثر جذب.

  • تبادل یونی: pH ~۴–۶ برای فعال‌سازی گروه‌های تیول.

• زمان تماس: ۳۰–۱۲۰ دقیقه برای جذب سطحی و الکتروکواگولاسیون.

• غلظت جاذب: ۱–۱۰ گرم بر لیتر برای نانو جاذب‌ها.

• ولتاژ در الکتروکواگولاسیون: ۱۰–۲۵ ولت.

• دما: ۲۵–۳۵°C برای فعالیت بهینه میکروبی.

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب ته‌نشینی شیمیایی با فیلتراسیون.

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانو جاذب‌ها یا سیستم‌های غشایی.

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (Na₂S، NaOH)، رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات Fe₃O₄، الکترودهای آهن/آلومینیوم، غشاهای نانوفیلتراسیون.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای ته‌نشینی، ستون‌های جذب یا سیستم‌های الکتروشیمیایی.

   • نصب پمپ‌ها، سنسورهای pH و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • تعویض رزین‌ها، تمیزکاری غشاها و دفع ایمن لجن‌های حاوی جیوه.

فرمول‌های کلیدی:

• ایزوترم جذب فروندلیش:

• 
  ln⁡qe=ln⁡KF+(1/n)ln⁡Ce​

• • qe​: ظرفیت جذب (mg/g)، Ce​: غلظت تعادلی (mg/L).

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ته‌نشینی شیمیایی و جذب سطحی به دلیل سادگی و هزینه پایین، همچنان کاربرد دارند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌ها، الکتروکواگولاسیون و زیست‌پالایی به دلیل کارایی بالا، قابلیت بازیابی جیوه و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت جیوه، شکل شیمیایی آن (Hg²⁺، متیل‌مرکوری)، هزینه و مقررات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، زمان تماس و دوز جاذب، نقش کلیدی در افزایش بازده و کاهش هزینه‌ها دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف مس (Cu) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت آن در غلظت‌های بالا و اثرات منفی بر سلامت انسان (مانند آسیب به کبد و کلیه) و محیط زیست، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. مس معمولاً در فاضلاب صنایعی مانند آبکاری فلزات، معادن، تولید الکترونیک و صنایع شیمیایی یافت می‌شود. در ادامه به روش‌های سنتی و نوین حذف مس، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی اشاره می‌شود:

روش‌های سنتی حذف مس:

1. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • فرمول واکنش با هیدروکسید سدیم (NaOH):

     ↓Cu2++2OH−→Cu(OH)2​

   • فرمول واکنش با سولفید سدیم (Na₂S):

     Cu2++S2−→↓CuS

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: تولید لجن سمی و نیاز به دفع ایمن.

2. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل کاتیونی (مانند رزین سولفونیک اسید) برای جایگزینی یون مس با یون‌های بی‌خطر (مانند Na⁺).

   • فرمول کلی:

     +2R-Na+Cu2+→R2​-Cu+2Na

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: هزینه بالای رزین و نیاز به احیای دوره‌ای با اسید یا نمک.

3. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از جاذب‌هایی مانند کربن فعال، اکسید آهن یا زئولیت‌ها.

   • فرمول جذب:

     Cu2++Adsorbent→Cu-Adsorbent

   • مزایا: ساده و مؤثر.

   • معایب: محدودیت در ظرفیت جذب و نیاز به احیای جاذب.

روش‌های نوین حذف مس:

1. نانو جاذب‌ها (Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe₃O₄)، گرافن اکسید یا نانولوله‌های کربنی برای جذب انتخابی مس.

   • مکانیسم: گروه‌های عاملی (مانند -OH، -COOH) روی سطح نانوذرات، یون‌های Cu²⁺ را جذب می‌کنند.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۱۸۰ mg/g) و قابلیت بازیابی با میدان مغناطیسی.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن (Fe) یا آلومینیوم (Al) و جریان الکتریکی برای تولید یون‌های فلزی که مس را رسوب می‌دهند.

   • فرمول واکنش:

     Fe→Fe2++2e−
   • ↓Fe2++Cu2++4OH−→Fe(OH)2​⋅Cu(OH)2​

   • مزایا: حذف همزمان چند فلز سنگین و کاهش لجن.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF):

     • مکانیسم: جداسازی یون‌های مس بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: تا ۹۸٪ حذف مس.

   • مزایا: مناسب برای سیستم‌های صنعتی بزرگ.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌جذب (Biosorption):

   • استفاده از زیست‌توده‌های ارزان مانند جلبک‌ها (Spirulina)، پوست موز یا ضایعات کشاورزی.

   • فرمول کلی:

     Cu2++Biomass→Cu-Biomass

   • مزایا: سازگار با محیط زیست و هزینه عملیاتی پایین.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • ته‌نشینی: pH ~۹–۱۰ برای تشکیل Cu(OH)₂.

  • جذب سطحی: pH ~۵–۶ برای حداکثر جذب.

• زمان تماس: ۳۰–۱۲۰ دقیقه برای جذب سطحی و الکتروکواگولاسیون.

• غلظت جاذب: ۱–۵ گرم بر لیتر برای نانو جاذب‌ها.

• ولتاژ در الکتروکواگولاسیون: ۱۰–۲۰ ولت.

• دما: ۲۵–۳۵°C برای فعالیت بهینه زیست‌جاذب‌ها.

فرمول‌های کلیدی:

• ایزوترم جذب لانگمویر:

• Ce/qe=1/(KL*qm)+Ce/qm

• • qe​: ظرفیت جذب (mg/g)، Ce​: غلظت تعادلی (mg/L)، KL​: ثابت لانگمویر.

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب ته‌نشینی شیمیایی با فیلتراسیون.

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانو جاذب‌ها یا سیستم‌های غشایی.

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (NaOH، Na₂S)، رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات Fe₃O₄، الکترودهای آهن/آلومینیوم، غشاهای نانوفیلتراسیون.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای ته‌نشینی، ستون‌های جذب یا سیستم‌های الکتروشیمیایی.

   • نصب پمپ‌ها، سنسورهای pH و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • تعویض رزین‌ها، تمیزکاری غشاها و دفع ایمن لجن‌های حاوی مس.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ته‌نشینی شیمیایی و تبادل یونی به دلیل سادگی و هزینه پایین، هنوز در صنایع استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌ها، الکتروکواگولاسیون و زیست‌جذب به دلیل کارایی بالا، سازگاری با محیط زیست و امکان بازیابی مس، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت مس، هزینه پروژه و الزامات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، زمان تماس و دوز جاذب، نقش کلیدی در افزایش بازده و کاهش هزینه‌ها دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف کروم (Cr) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت بالا، به ویژه در حالت شش‌ظرفیتی (Cr(VI)) که سرطان‌زاست، از اهمیت حیاتی برخوردار است. کروم معمولاً در فاضلاب صنایعی مانند آبکاری فلزات، تولید رنگ، دباغی چرم و صنایع شیمیایی یافت می‌شود. در ادامه به روش‌های سنتی و نوین حذف کروم، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی اشاره می‌شود:

روش‌های سنتی حذف کروم:

1. کاهش شیمیایی و ته‌نشینی (Chemical Reduction & Precipitation):

   • کاهش Cr(VI) به Cr(III): استفاده از عوامل کاهنده مانند سولفات آهن (FeSO₄) یا دی‌اکسید گوگرد (SO₂).

     • فرمول واکنش:

       Cr2​O72−​+6Fe2++14H+→2Cr3++6Fe3++7H2​O

   • ته‌نشینی Cr(III): افزودن هیدروکسید سدیم (NaOH) برای تشکیل رسوب Cr(OH)₃.

     • فرمول واکنش:

       ↓Cr3++3OH−→Cr(OH)3​

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: تولید لجن سمی حاوی کروم و نیاز به دفع ایمن.

2. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل یونی (مانند رزین‌های سولفونیک اسید) برای جذب انتخابی یون‌های کروم.

   • فرمول کلی:

     +R-Na+Cr3+→R-Cr+3Na

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: هزینه بالای رزین و نیاز به احیای دوره‌ای.

3. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از جاذب‌هایی مانند کربن فعال، اکسید آهن (Fe₂O₃) یا زئولیت‌ها.

   • فرمول جذب:

     Cr3++Adsorbent→Cr-Adsorbent

   • مزایا: ساده و مؤثر.

   • معایب: محدودیت در ظرفیت جذب و نیاز به احیای جاذب.

روش‌های نوین حذف کروم:

1. نانو جاذب‌ها (Nanoadsorbents):

   • استفاده از گرافن اکسید، نانوذرات مغناطیسی (Fe₃O₄) یا نانولوله‌های کربنی برای جذب انتخابی کروم.

   • مکانیسم: گروه‌های عاملی (مانند -OH، -COOH) روی سطح نانوذرات، یون‌های کروم را جذب می‌کنند.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۲۰۰ mg/g) و قابلیت بازیابی با میدان مغناطیسی.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن یا آلومینیوم و جریان الکتریکی برای تولید یون‌های فلزی که کروم را به صورت فلوک رسوب می‌دهند.

   • فرمول واکنش:

     -Fe→Fe2++2e−
   • +Cr6++3Fe2+→Cr3++3Fe3+

   • مزایا: کاهش همزمان Cr(VI) و حذف فلزات دیگر.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF):

     • مکانیسم: جداسازی یون‌های کروم بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: تا ۹۹٪ حذف کروم.

   • مزایا: مناسب برای سیستم‌های صنعتی بزرگ.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌پالایی (Bioremediation):

   • استفاده از باکتری‌های کاهنده (مانند Shewanella یا Pseudomonas) برای تبدیل Cr(VI) به Cr(III).

   • فرمول واکنش:

     ​2Cr3++7H2​O →​میکروب‌ها Cr2​O72−​+8H++3H2

   • مزایا: سازگار با محیط زیست و کم‌هزینه.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق دما و pH.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • کاهش شیمیایی: pH اسیدی (~۲–۳) برای تبدیل Cr(VI) به Cr(III).

  • ته‌نشینی: pH ~۸–۹ برای تشکیل Cr(OH)₃.

• زمان تماس: ۳۰–۹۰ دقیقه برای جذب سطحی و الکتروکواگولاسیون.

• غلظت جاذب: ۱–۵ گرم بر لیتر برای نانو جاذب‌ها.

• پتانسیل الکتریکی: ۱۰–۲۰ ولت در الکتروکواگولاسیون.

• دما: ۲۵–۳۵°C برای فعالیت بهینه میکروبی.

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب کاهش شیمیایی با ته‌نشینی.

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانو جاذب‌ها یا سیستم‌های غشایی.

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (FeSO₄، NaOH)، رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات Fe₃O₄، الکترودهای آهن، غشاهای نانوفیلتراسیون.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای کاهش شیمیایی، ستون‌های جذب یا سیستم‌های الکتروشیمیایی.

   • نصب پمپ‌ها، سنسورهای pH و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • تعویض رزین‌ها، تمیزکاری غشاها و دفع ایمن لجن‌های حاوی کروم.

فرمول‌های کلیدی:

• ایزوترم جذب فروندلیش:

  ln⁡qe=ln⁡KF+(1/n)ln⁡Ce​

  • qe​: ظرفیت جذب (mg/g)، Ce​: غلظت تعادلی (mg/L)، KF​ و n: ثابت‌های فروندلیش.

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ته‌نشینی شیمیایی و تبادل یونی به دلیل سادگی و هزینه پایین، همچنان در صنایع استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌ها، الکتروکواگولاسیون و زیست‌پالایی به دلیل کارایی بالا، سازگاری با محیط زیست و امکان حذف انتخابی، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس نوع کروم (Cr(III) یا Cr(VI))، غلظت، هزینه و مقررات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، زمان تماس و دوز جاذب، نقش کلیدی در افزایش بازده و کاهش هزینه‌ها دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب