مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف عنصر بور در تصفیه آب و فاضلاب:

۱. اهمیت حذف بور

بور (B) یک عنصر سمی است که در غلظت‌های بالا باعث اختلال در رشد گیاهان و آسیب به سیستم عصبی انسان می‌شود. استاندارد مجاز بور در آب شرب معمولاً ≤ ۰.۵ mg/L (WHO) و در فاضلاب صنعتی ≤ ۱ mg/L است.

۲. روش‌های سنتی

الف. انعقاد-لخته‌سازی (Coagulation-Flocculation)

• مکانیسم:
  استفاده از منعقدکننده‌های مانند آلوم یا کلرید فریک برای جذب بور روی لخته‌های هیدروکسید فلزی.

  • بازدهی پایین (۲۰–۴۰٪) به دلیل ماهیت غیر یونی بور در pH خنثی.

• فرمول:

  ↓Al(OH)3+H3BO3→Al-B کمپلکس

• پارامترها:

  • pH بهینه: ۹–۱۰ (تبدیل بور به یون بورات −B(OH)4​).

  • دوز آلوم: ۵۰–۱۵۰ mg/L.

ب. تبادل یونی (Ion Exchange)

• مکانیسم:
  استفاده از رزین‌های انتخابی بور (مثل Amberlite PWA10 یا Purolite S108) برای جذب یون بورات.

  -R-OH+B(OH)4−​→R-B(OH)4​+OH

• محدودیت:

  • حساسیت به حضور یون‌های رقیب (مانند −SO4^2−​).

  • نیاز به احیای مکرر با اسید یا باز.

۳. روش‌های نوین

الف. اسمز معکوس (RO) با تنظیم pH

• مکانیسم:
  افزایش pH آب به ۹–۱۰ برای تبدیل بور به یون بورات (−B(OH)4​) که توسط غشاهای RO با راندمان ۸۰–۹۵٪ حذف می‌شود.

• فرمول شار غشایی:

  (J=(ΔP−Δπ)/(μ⋅Rm​

  • J: شار (LMH)، ΔP: فشار (bar)، Δπ: فشار اسمزی.

ب. هیبرید RO + جذب سطحی

• مکانیسم:
  ترکیب RO با جاذب‌های اختصاصی بور (مانند اکسید منیزیم یا نانوذرات Fe3​O4​) برای حذف باقیمانده بور.

• ظرفیت جذب:

  qe=((C0−Ce)⋅V)/m​

  • qe​: ظرفیت جذب (mg/g)،C0​: غلظت اولیه بور (mg/L).

ج. الکترودیالیز (Electrodialysis)

• مکانیسم:
  استفاده از میدان الکتریکی برای انتقال انتخابی یون بورات از طریق غشاهای انتخابی.

• فرمول نرنست:

  E=E0−(RT/nF)ln⁡Q

  • E: پتانسیل سلول، Q: ضریب واکنش.

۴. بهینه‌سازی روش‌ها

روش راندمان هزینه چالش‌ها کاربرد

انعقاد-لخته‌سازی۳۰–۴۰٪ کم نیاز به pH بالا صنایع کوچک

تبادل یونی۷۰–۹۰٪ متوسط حساسیت به یون‌های رقیب آب‌های با TDS پایین

RO + تنظیم pH ۸۰–۹۵٪ بالا مصرف انرژی بالا صنایع نیمه‌هادی

الکترودیالیز ۹۰–۹۸٪ بسیار بالا هزینه تجهیزات سیستم‌های پیشرفته

۵. فرمول‌های کلیدی

محاسبه دوز رزین تبادل یونی

ظرفیت رزین (mg/g)=(جرم رزین (g))/(غلظت بور ورودی (mg/L)×حجم آب (L))

محاسبه سطح غشای RO

سطح غشا (m²)=(شار (LMH)×۲۴)/(دبی (m³/day))

• مثال: دبی ۱۰ m³/day و شار ۲۰ LMH → سطح ≈ ۰.۰۲ m².

۶. ساخت و اجرا

الف. سیستم RO با تنظیم pH

• تجهیزات:

  • پمپ فشار بالا (۱۵–۳۰ bar)، غشاهای پلی آمیدی.

  • سیستم تزریق NaOH برای تنظیم pH.

• اجرا:
  ۱. افزایش pH آب به ۹–۱۰ با NaOH.
  ۲. عبور آب از غشاهای RO در دو مرحله (Two-pass RO).

ب. سیستم هیبریدی (RO + جاذب)

• تجهیزات:

  • فیلترهای کربنی یا نانوذرات اکسید منیزیم.

  • پمپ‌های دوزینگ شیمیایی.

• اجرا:

  • پیش‌تصفیه با RO و حذف باقیمانده بور با جاذب.

۷. نتیجه‌گیری

• روش سنتی: انعقاد-لخته‌سازی برای آب‌های با غلظت بور پایین و صنایع کوچک مناسب است.

• روش نوین: ترکیب RO با تنظیم pH یا هیبرید RO + جاذب برای حذف بور با راندمان > ۹۰٪ پیشنهاد می‌شود.

• بهینه‌سازی:

  • تنظیم pH به ۹–۱۰ برای تبدیل بور به بورات.

  • استفاده از غشاهای RO با شار بالا (مانند SWRO).

• مدیریت پسماند: احیای رزین‌ها با اسید/باز یا دفن ایمن غشاهای مصرف‌شده.

مثال طراحی:

• شرایط: دبی ۵ m³/day، غلظت بور ۱۰ mg/L، هدف: ≤ ۰.۵ mg/L.

• روش انتخابی: RO دو مرحله‌ای با تنظیم pH.

  • سطح غشا: (۱۵×۲۴)/۵≈۰.۰۱۴ m².

  • دوز NaOH: ۵۰ mg/L برای تنظیم pH به ۹.۵.

  • انرژی مصرفی: bar ۲۰ ×۵ m³/day۳۶۰۰×۰.۷≈۰.۰۴ kWh/m³.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب