مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف ترکیبات سولفور (سولفید، سولفات، و سولفیت) از آب و فاضلاب به دلیل اثرات نامطلوبی مانند خورندگی، بوی نامطبوع، و سمیت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در زیر روش‌های سنتی و نوین، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی برای هر یک از این ترکیبات ارائه می‌شود:

۱. حذف سولفید (S²⁻):

روش‌های سنتی:

• اکسیداسیون شیمیایی:
  استفاده از کلر (Cl₂)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂) یا ازن (O₃) برای تبدیل سولفید به سولفات یا گوگرد عنصری.

  • فرمول واکنش با کلر:

    −S2−+4Cl2​+4H2​O→SO42−​+8H++8Cl

  • مزایا: حذف سریع و کامل.

  • معایب: تولید محصولات جانبی سمی (مانند تری‌هالومتان‌ها).

• ته‌نشینی با نمک‌های فلزی:
  افزودن سولفات آهن (FeSO₄) یا کلرید آهن (FeCl₃) برای تشکیل رسوب سولفید آهن.

  • فرمول واکنش:

    ↓Fe2++S2−→FeS

روش‌های نوین:

• الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):
  استفاده از الکترودهای آهن (Fe) برای تولید یون Fe²⁺ که با سولفید واکنش می‌دهد.

  • فرمول واکنش:

    −Fe→Fe2++2e
  • ↓Fe2++S2−→FeS

• بیوراکتورهای بی‌هوازی:
  استفاده از باکتری‌های اکسیدکننده سولفید (مانند Thiobacillus) برای تبدیل سولفید به گوگرد عنصری.

  • فرمول واکنش:

    ​2S0↓+4OH →باکتری‌ها 2S2−+O2​+2H2​O

۲. حذف سولفات (SO₄²⁻):

روش‌های سنتی:

• ته‌نشینی با نمک‌های کلسیم:
  افزودن آهک (Ca(OH)₂) برای تشکیل رسوب ژیپس (CaSO₄).

  • فرمول واکنش:

    ↓Ca2++SO42−​→CaSO4

  • محدودیت: حلالیت نسبی ژیپس در آب (~۲٫۴ گرم بر لیتر).

• تبادل یونی:
  استفاده از رزین‌های تبادل آنیونی برای جذب سولفات.

  • فرمول کلی:

    −R-Cl+SO42−​→R-SO4​+2Cl

روش‌های نوین:

• فناوری غشایی (نانوفیلتراسیون):
  استفاده از غشاهای با بار منفی برای دفع انتخابی سولفات.

  • بازده: ۹۰–۹۵٪ حذف سولفات.

• کاهش بیولوژیکی:
  تبدیل سولفات به سولفید توسط باکتری‌های احیاکننده سولفات (SRB) در محیط بی‌هوازی.

  • فرمول واکنش:

    ​S2−+4H2​O ---SRB→​SO42−​+8H++8e

۳. حذف سولفیت (SO₃²⁻):

روش‌های سنتی:

• اکسیداسیون شیمیایی:
  استفاده از هوا یا اکسیژن در حضور کاتالیست برای تبدیل سولفیت به سولفات.

  • فرمول واکنش:

    −2SO3+2−​+O2​→2SO42​

• ته‌نشینی با کلسیم:
  افزودن آهک برای تشکیل کلسیم سولفیت.

  • فرمول واکنش:

    ↓Ca2++SO32−​→CaSO3​

روش‌های نوین:

• الکترواکسیداسیون (Electrooxidation):
  استفاده از الکترودهای دی اکسید سرب (PbO₂) یا الماس دوپ شده با بور (BDD) برای اکسیداسیون سولفیت.

  • فرمول واکنش:

    ----- −​SO42−​+2H++2e→الکترولیز SO32−​+H2​O

• جذب با نانوذرات:
  استفاده از نانوذرات اکسید آهن (Fe₃O₄) یا کربن فعال اصلاح‌شده برای جذب سولفیت.

بهینه‌سازی پارامترها:

• pH:

  • سولفید: pH ~۸–۱۰ برای کاهش انتشار گاز H₂S.

  • سولفات: pH ~۵–۷ برای جذب سطحی.

  • سولفیت: pH ~۶–۸ برای اکسیداسیون.

• زمان تماس: ۳۰–۱۲۰ دقیقه برای فرآیندهای اکسیداسیون و جذب.

• غلظت مواد شیمیایی: دوز بهینه کلر یا آهک بر اساس غلظت اولیه.

• ولتاژ در الکتروشیمیایی: ۵–۲۰ ولت.

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • سولفید: ترکیب الکتروکواگولاسیون با فیلتراسیون.

   • سولفات: استفاده از نانوفیلتراسیون یا بیوراکتورهای SRB.

   • سولفیت: ترکیب الکترواکسیداسیون با جذب سطحی.

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (آهک، کلر)، رزین‌های تبادل یونی، غشاهای نانوفیلتراسیون، الکترودهای آهن/BDD.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای اکسیداسیون، سلول‌های الکتروشیمیایی یا ستون‌های جذب.

4. نگهداری:

   • تعویض رزین‌ها، تمیزکاری غشاها و مدیریت لجن‌های تولیدی.

نتیجه‌گیری:

• سولفید: روش‌های الکتروکواگولاسیون و بیوراکتورها به دلیل سازگاری با محیط زیست توصیه می‌شوند.

• سولفات: نانوفیلتراسیون و کاهش بیولوژیکی گزینه‌های بهینه برای غلظت‌های بالا و پایین هستند.

• سولفیت: الکترواکسیداسیون و جذب سطحی با نانوذرات کارایی بالایی دارند.

• بهینه‌سازی: کنترل دقیق pH، زمان تماس و دوز مواد شیمیایی کلید موفقیت است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب