مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف سرب (Pb²⁺) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت شدید، تجمع زیستی و اثرات مخرب آن بر سیستم عصبی، کلیه‌ها و رشد کودکان، از اهمیت حیاتی برخوردار است. سرب معمولاً در فاضلاب صنایعی مانند باتری‌سازی، آبکاری فلزات، معادن و صنایع الکترونیک یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف سرب، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف سرب:

1. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • فرمول واکنش با هیدروکسید سدیم (NaOH):

     ↓Pb2++2OH−→Pb(OH)2​

   • فرمول واکنش با سولفید سدیم (Na₂S):

     ↓Pb2++S2−→PbS

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

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

2. تبادل یونی (Ion Exchange):

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

   • فرمول کلی:

     +2R-Na+Pb2+→R2​-Pb+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:

     Pb2++Adsorbent→Pb-Adsorbent

   • مزایا: ساده و مؤثر.

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

روش‌های نوین حذف سرب:

1. نانو جاذب‌ها (Nanoadsorbents):

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

   • مکانیسم: گروه‌های عاملی (-OH، -COOH) روی سطح نانوذرات، یون‌های Pb²⁺ را جذب می‌کنند.

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

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

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

   • فرمول واکنش:

     -Fe→Fe2++2e
   • ​↓Fe2++Pb2++4OH−→Fe(OH)2​⋅Pb(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 سرب بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: تا ۹۹٪ حذف سرب.

   • مزایا: مناسب برای سیستم‌های صنعتی بزرگ.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌جذب (Biosorption):

   • استفاده از زیست‌توده‌های ارزان مانند جلبک‌ها، پوست گردو یا ضایعات کشاورزی.

   • فرمول کلی:

     Pb2++Biomass→Pb-Biomass

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

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • ته‌نشینی: pH ~۹–۱۱ برای تشکیل Pb(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:

• محصول انحلال (Ksp) برای Pb(OH)₂:

  Ksp​=[Pb2+][OH−]2=1.2×10−15

• ایزوترم جذب لانگمویر:

• Ce/qe=1/(KL*qm)+Ce/qm

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

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 سرب.

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 سرب، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت سرب، 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 فسفات (PO₄³⁻) از آب و فاضلاب به دلیل نقش آن در ایجاد اوتریفیکاسیون (رشد بی‌رویه جلبک‌ها) و اختلال در اکوسیستم‌های آبی، از اهمیت بالایی برخوردار است. فسفات معمولاً در فاضلاب‌های کشاورزی (ناشی از کودهای شیمیایی)، صنایع غذایی و شوینده‌ها یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف فسفات، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف فسفات:

1. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • استفاده از نمک‌های فلزی مانند آلومینیوم سولفات (Al₂(SO₄)₃)، کلرید آهن (FeCl₃) یا آهک (Ca(OH)₂) برای تشکیل فسفات‌های نامحلول.

   • فرمول واکنش:

     ↓Al3++PO43−​→AlPO4​↓
   • ↓Fe3++PO43−​→FePO4​
   • ↓3Ca2++2PO43−​→Ca3​(PO4​)2

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

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

2. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از جاذب‌هایی مانند اکتیو آلومینا (Al₂O₃)، زئولیت‌ها یا رس‌های اصلاح‌شده.

   • فرمول جذب:

     PO4 3−​+Adsorbent→PO4​−Adsorbent

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: ظرفیت جذب محدود و نیاز به احیای جاذب.

3. تصفیه بیولوژیکی (Biological Removal):

   • استفاده از باکتری‌های تجمع‌دهنده فسفات (PAOs) در فرآیندهای هوازی/بی‌هوازی (EBPR).

   • مکانیسم: ذخیره فسفات در سلول‌های میکروبی تحت شرایط بی‌هوازی و آزادسازی در شرایط هوازی.

   • مزایا: سازگار با محیط زیست.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق شرایط عملیاتی (دما، pH، زمان ماند).

روش‌های نوین حذف فسفات:

1. نانو جاذب‌های انتخابی (Selective Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات اکسید آهن (Fe₃O₄)، بیوچار اصلاح‌شده یا کامپوزیت‌های پلیمری برای جذب فسفات.

   • مکانیسم: جذب از طریق بار سطحی مثبت و تشکیل پیوندهای شیمیایی.

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

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

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

   • فرمول واکنش:

     -Al→Al3++3e
   • ↓Al3++PO43−​+OH−→Al(OH)3​⋅PO4​

   • مزایا: کاهش همزمان چند آلاینده و کاهش لجن.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

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

     • جداسازی فسفات بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: ۹۰–۹۸٪ حذف فسفات.

   • مزایا: عدم نیاز به مواد شیمیایی.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. استخراج زیستی (Bioextraction):

   • استفاده از گیاهان آبزی (مانند عدسک آبی یا نی) برای جذب فسفات از آب.

   • مزایا: سازگاری کامل با محیط زیست و امکان استفاده از زیست‌توده به عنوان کود.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • ته‌نشینی شیمیایی: pH ~۵–۶ برای Al³⁺ و Fe³⁺، pH ~۱۰–۱۲ برای Ca²⁺.

  • جذب سطحی: pH ~۶–۸ برای اکتیو آلومینا.

• نسبت مولی مواد شیمیایی:

  • نسبت مولی Al:PO ₄ ≈ ۱.۵:۱ برای رسوب بهینه.

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

• ولتاژ در الکتروکواگولاسیون: ۱۰–۳۰ ولت.

فرمول‌های کلیدی:

• محصول انحلال (Ksp) برای فسفات‌ها:

  Ksp​(AlPO4​)=9.8×10−21
• Ksp​(FePO4​)=1.3×10−22

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای فاضلاب شهری: ترکیب تصفیه بیولوژیکی (EBPR) با ته‌نشینی شیمیایی.

   • برای فاضلاب صنعتی: استفاده از الکتروکواگولاسیون یا نانوفیلتراسیون.

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (Al₂(SO₄)₃، FeCl₃)، الکترودهای آلومینیوم/آهن، غشاهای نانوفیلتراسیون، نانوذرات Fe₃O₄.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای ته‌نشینی، سلول‌های الکتروشیمیایی یا سیستم‌های غشایی.

   • نصب پمپ‌ها، سنسورهای pH و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • دفع ایمن لجن‌های حاوی فسفات، احیای جاذب‌ها و تمیزکاری غشاها.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ته‌نشینی شیمیایی و جذب سطحی به دلیل سادگی و هزینه پایین، همچنان در صنعت استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌ها، الکتروکواگولاسیون و فناوری غشایی به دلیل بازده بالا و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت فسفات، 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 نیترات (NO₃⁻) از آب و فاضلاب به دلیل خطرات سلامتی (مانند ایجاد سندرم نوزاد آبی و سرطانزایی) و اثرات زیست‌محیطی (اوتریفیکاسیون) از اهمیت بالایی برخوردار است. نیترات معمولاً در فاضلاب کشاورزی (ناشی از کودهای نیتروژنه)، صنایع شیمیایی و فاضلاب شهری یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف نیترات، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف نیترات:

1. دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی (Biological Denitrification):

   • تبدیل نیترات به نیتروژن گازی (N₂) توسط باکتری‌های بی‌هوازی (مانند Pseudomonas و Paracoccus) در حضور منبع کربن (مانند متانول یا استات).

   • فرمول واکنش:

     N2​↑+6H2​O→باکتری‌ها​ 2NO3−​+10e−+12H+

   • مزایا: سازگار با محیط زیست و تبدیل نیترات به گاز بی‌خطر.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق pH (~۷–۸) و زمان ماند طولانی.

2. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل آنیونی (مانند رزین‌های پایه استایرن-دی‌وینیل بنزن) برای جایگزینی نیترات با یون‌های کلرید (Cl⁻).

   • فرمول کلی:

     −R-Cl+NO3−​→R-NO3​+Cl

   • مزایا: بازده بالا (~۹۵٪) و مناسب برای آب‌های شرب.

   • معایب: تولید پساب شور و نیاز به احیای دوره‌ای با NaCl.

3. اسمز معکوس (Reverse Osmosis - RO):

   • جداسازی نیترات با استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا تحت فشار بالا.

   • مکانیسم: عبور انتخابی آب از غشا و باقی ماندن یون‌های نیترات.

   • مزایا: حذف همزمان سایر آلاینده‌ها.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

روش‌های نوین حذف نیترات:

1. الکترودیالیز (Electrodialysis - ED):

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

   • فرمول کلی:

     محلول غلیظ →-NO3+​غشاپ

   • مزایا: بازده بالا (~۹۸٪) و امکان بازیابی نیترات.

   • معایب: هزینه بالای تجهیزات و انرژی.

2. نانو جاذب‌های انتخابی (Selective Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات اکسید آهن (Fe₃O₄)، بیوچار اصلاح‌شده یا گرافن اکسید برای جذب نیترات.

   • مکانیسم: جذب از طریق بار سطحی مثبت و تشکیل پیوند هیدروژنی.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۱۰۰ mg/g) و امکان بازیابی جاذب با میدان مغناطیسی.

3. کاتالیزورهای الکتروشیمیایی (Electrochemical Catalysis):

   • کاهش نیترات به نیتروژن گازی با استفاده از الکترودهای دو فلزی (مانند Pd-Cu یا Ti/Pt).

   • فرمول واکنش:

     NO3−​+6H++5e−→0.5N2​↑+3H2​O

   • مزایا: کاهش مصرف انرژی و عدم تولید لجن.

   • معایب: نیاز به کاتالیزورهای گران‌قیمت.

4. فرآیندهای ترکیبی (Hybrid Processes):

   • ترکیب بیوراکتورهای غشایی (MBR) با دنیتریفیکاسیون برای حذف همزمان نیترات و جامدات معلق.

   • مزایا: کاهش فضای مورد نیاز و افزایش بازده.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • دنیتریفیکاسیون: pH ~۷–۸.

  • الکتروشیمیایی: pH ~۴–۶ برای بهبود بازده کاهش.

• نسبت COD:NO ₃⁻:

  • نسبت ایده‌آل ≈ ۳:۱ برای فعالیت بهینه باکتری‌ها.

• ولتاژ در الکترودیالیز: ۱۰–۳۰ ولت.

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

فرمول‌های کلیدی:

• معادله دنیتریفیکاسیون:

  NO3−​→NO2−​→NO→N2​O→N2​

• ایزوترم جذب فروندلیش:

• 
  ln⁡qe=ln⁡KF+(1/n)ln⁡Ce​

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای آب شرب: ترکیب تبادل یونی با اسمز معکوس.

   • برای فاضلاب صنعتی: استفاده از بیوراکتورهای پیشرفته یا الکترودیالیز.

2. مواد و تجهیزات:

   • رزین‌های آنیونی، غشاهای RO/ED، نانوذرات Fe₃O₄، الکترودهای Pd-Cu.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای بیولوژیکی با سیستم هوادهی، سلول‌های الکتروشیمیایی یا ستون‌های جذب.

   • نصب سنسورهای pH، ORP و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • احیای رزین‌ها با NaCl، تمیزکاری غشاها و جایگزینی کاتالیزورها.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند دنیتریفیکاسیون و تبادل یونی به دلیل اثربخشی و هزینه نسبتاً پایین، همچنان کاربرد گسترده‌ای دارند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌ها، الکترودیالیز و کاتالیزورهای الکتروشیمیایی به دلیل بازده بالا، کاهش مصرف انرژی و امکان بازیابی نیتروژن، برای سیستم‌های پیشرفته مناسب‌اند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت نیترات، هزینه و الزامات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، نسبت COD:NO ₃⁻ و ولتاژ، نقش کلیدی در افزایش بازده دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف نیتریت (NO₂⁻) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت بالا و نقش آن در تشکیل ترکیبات سرطان‌زای نیتروزآمین، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نیتریت معمولاً در فاضلاب صنایع شیمیایی، کشاورزی (ناشی از کودهای نیتروژنه) و فرآیندهای ناقص نیتریفیکاسیون/دنیتریفیکاسیون یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف نیتریت، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف نیتریت:

1. دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی (Biological Denitrification):

   • تبدیل نیتریت به نیتروژن گازی (N₂) توسط باکتری‌های بی‌هوازی (مانند Pseudomonas و Paracoccus).

   • فرمول واکنش:

     N2​↑+2OH−+2H2​O​→باکتری‌ها2NO2−​+3H2 ​

   • مزایا: سازگار با محیط زیست و تبدیل نیتریت به گاز بی‌خطر.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق pH (~۷–۸) و منبع کربن (مانند متانول).

2. اکسیداسیون شیمیایی (Chemical Oxidation):

   • استفاده از ازن (O₃) یا پراکسید هیدروژن (H₂O₂) برای اکسیداسیون نیتریت به نیترات (NO₃⁻).

   • فرمول واکنش:

     NO2−​+O3​→NO3−​+O2​

   • مزایا: سرعت بالا و حذف کامل نیتریت.

   • معایب: هزینه بالای مواد اکسیدان و تشکیل نیترات (که خود نیاز به حذف دارد).

3. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل آنیونی انتخابی برای جذب نیتریت.

   • فرمول کلی:

     -R-Cl+NO2−​→R-NO2​+Cl

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

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

روش‌های نوین حذف نیتریت:

1. الکتروشیمیایی (Electrochemical Reduction):

   • استفاده از الکترودهای کاتدی (مانند مس یا پالادیوم) برای کاهش نیتریت به نیتروژن گازی یا آمونیاک.

   • فرمول واکنش:

     NO2−​+6H++4e−→NH2​OH+H2​O

   • مزایا: کنترل دقیق فرآیند و کاهش مصرف مواد شیمیایی.

   • معایب: هزینه انرژی و نیاز به الکترودهای ویژه.

2. فوتوکاتالیست‌ها (Photocatalysis):

   • استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) تحت تابش UV برای تجزیه نیتریت.

   • فرمول واکنش:

     NO2−​+TiO2​ UV→​NO3−​+•OH

   • مزایا: عدم تولید پسماند شیمیایی.

   • معایب: نیاز به نور UV و هزینه تجهیزات.

3. نانو جاذب‌های انتخابی (Selective Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات اکسید آهن (Fe₃O₄) یا بیوچار اصلاح‌شده برای جذب نیتریت.

   • مکانیسم: جذب از طریق بار سطحی و تشکیل کمپلکس.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۸۰ mg/g) و امکان بازیابی جاذب.

4. فرآیندهای ترکیبی (Hybrid Processes):

   • ترکیب الکتروشیمیایی با بیولوژیکی برای تبدیل نیتریت به N₂.

   • مثال: کاهش الکتروشیمیایی نیتریت به NO و سپس تبدیل بیولوژیکی به N₂.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • دنیتریفیکاسیون: pH ~۷–۸.

  • الکتروشیمیایی: pH ~۴–۶ برای بهبود بازده کاهش.

• پتانسیل اکسیداسیون-کاهش (ORP):

  • حفظ ORP بین -۵۰ تا +۵۰ mV برای فعالیت بهینه باکتری‌ها.

• غلظت ماده آلی (COD):

  • نسبت COD:NO ₂⁻ ≈ ۳:۱ برای دنیتریفیکاسیون.

• ولتاژ در الکتروشیمیایی: ۱–۳ ولت برای جلوگیری از تشکیل محصولات جانبی.

فرمول‌های کلیدی:

• نرخ دنیتریفیکاسیون:

  (Ks+S)/(μmax⋅X⋅S)=r

• • r: نرخ واکنش، μmax​: نرخ رشد بیشینه، X: غلظت زیست‌توده، S: غلظت نیتریت.

• ایزوترم جذب لانگمویر:

• Ce/qe=1/(KL*qm)+Ce/qm

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای فاضلاب شهری: استفاده از راکتورهای بیولوژیکی (مانند SBR یا MBBR) همراه با افزودن منبع کربن.

   • برای فاضلاب صنعتی: ترکیب الکتروشیمیایی با جذب سطحی.

2. مواد و تجهیزات:

   • رزین‌های تبادل یونی، الکترودهای گرافیتی/پالادیوم، نانوذرات TiO₂، راکتورهای فوتوکاتالیستی.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای بیولوژیکی با سیستم هوادهی، سلول‌های الکتروشیمیایی یا ستون‌های جذب.

   • نصب سنسورهای pH، ORP و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • احیای رزین‌ها با NaCl، تمیزکاری الکترودها و جایگزینی جاذب‌های اشباع‌شده.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی و اکسیداسیون شیمیایی به دلیل سادگی و هزینه پایین، همچنان کاربرد دارند. اما روش‌های نوین مانند الکتروشیمیایی، فوتوکاتالیست‌ها و نانو جاذب‌ها به دلیل بازده بالا و امکان بازیابی نیتروژن، برای سیستم‌های پیشرفته مناسب هستند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت نیتریت، هزینه و مقررات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، ORP و نسبت COD:NO ₂⁻ نقش کلیدی در افزایش بازده دارد.

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