فرآیندهای حذف مس از آب و فاضلاب

فرآیندهای حذف مس از آب و فاضلاب

نیکل، روی، نقره، سرب، آهن، کروم، مس، آرسنیک، کادمیوم و اورانیوم متداول ترین فلزات سنگین موجود در پساب های صنعتی هستند. دراین میان، مس معمولاً در غلظت‌های بالایی در فاضلاب موجود می باشد. علاوه بر این، مس یک فلز بسیار سمی است به همین سبب فاضلاب آلوده به مس باید قبل از تخلیه به محیط زیست، تصفیه شود. حد مجاز یون مس در پساب های صنعتی توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده  آمریکا 1.3 میلی گرم در لیتر گزارش شده است، در حالی که سازمان بهداشت جهانی اعلام کرده است که میزان یون مس در آب آشامیدنی نباید از 2 میلی گرم در لیتر تجاوز کند. در طول چند سال گذشته، روش‌ها و تکنیک‌های جدید و متعددی برای حذف یون ‌های مس از پساب‌ های صنعتی توسعه یافته‌اند که از جمله آن ها می توان به روش جذب، فیلتراسیون غشایی، الکترودیالیز و فوتوکاتالیز اشاره نمود.

 فرآیند جذب سطحی در حذف مس از فاضلاب

کلمه جذب فرآیند انتقال جرم را توصیف می کند که در آن ماده از فاز مایع مستقیماً به سطح فاز جامد منتقل می شود. روش جذب سطحی فرآیند مورد استفاده برای حذف یون های مس از فاضلاب صنعتی در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، به دلیل سادگی در طراحی و هزینه کم سرمایه گذاری، در مقایسه با سایر تکنیک های تصفیه، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. جاذب های مورداستفاده در این فرآیند به چند دسته جاذب های طبیعی، پلیمرهای زیستی اصلاح شده، ضایعات بیولوژیکی و نانوموادها طبقه بندی می شوند.

فرآیند فیلتراسیون غشایی در حذف مس از فاضلاب

فیلتراسیون غشایی در سال های اخیر توجه قابل قبولی را برای تصفیه فاضلاب صنعتی آلوده به مس به خود جلب کرده است، زیرا برای حذف ترکیبات معلق جامد، آلی و معدنی (به عنوان مثال فلزات سنگین) کاربرد فوق العاده ای دارد. از جمله مزایای این روش می توان به صرفه جویی در مصرف انرژی، عدم تغییر فاز، مقرون به صرفه بودن، راندمان بالا در جداسازی و ایمن بودن از نظر زیست محیطی اشاره کرد. غشاهای مورد استفاده در حذف مس از فاضلاب به سه دسته اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس طبقه بندی می شوند.

فرآیند الکترودیالیز در حذف مس از فاضلاب

به طور کلی، روش‌های حذف الکتروشیمیایی به طور گسترده در متالورژی و تکمیل فلز برای جداسازی یون‌های فلزی (به عنوان مثال روی، مس، نقره، سرب) استفاده شده است. مهم ترین روش های الکتروشیمیایی مورد استفاده برای حذف یون های فلزات سنگین، انعقاد الکتریکی و الکترودیالیز است. الکترودیالیزبه عنوان یک فرآیند الکتروشیمیایی برای جدا کردن یون‌ های مس از فاضلاب صنعتی در نظر گرفته می ‌شود. یون های فلزات سنگین میل ترکیبی بالایی برای واجذب شدن و انتقال به کاتد از طریق مهاجرت الکتریکی دارند که دلیل آن این است که تبدیل یونی پروتون ها در مقایسه با یون های هیدروکسیل بسیار بیشتر است. شکل زیر جریان پیوسته فاضلاب آلوده به فلز را نشان می دهد که می تواند در باتری جریان سلول های منفرد تصفیه شود. هر سلول منفرد از سه بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از بخش کاتولیت (101)، بخش فاضلاب آلوده به فلز (102) و بخش آنولیت (103). جریان فاضلاب آلوده به فلز (100) به جریان های زیادی تقسیم می شود که از (108) وارد تمام سلول ها می شوند و از (109) خارج می شوند. یون های فلزی توسط بخش آنولیت از طریق (110) دریافت می شود و اکسیژن تولید شده از آند از (112) خارج می شود در حالی که هیدروژن تولید شده از کاتد از (113) خارج می شود. تمام فاضلاب های خروجی در جریان (114) ترکیب خواهند شد.

فرآیند انعقاد الکتریکی در حذف مس از فاضلاب

بسیاری از محققان گزارش کرده اند که انعقاد الکتریکی یک فناوری مناسب برای حذف فلزات سنگین، از جمله مس، از جریان های فاضلاب صنعتی است. انعقاد الکتریکی یکی از روش های الکتروشیمیایی است که می تواند از جریان الکتریکی برای حذف یون های مس از فاضلاب صنعتی استفاده کند. روش انعقاد الکتریکی بر اساس تولید مواد منعقدکننده در فاضلاب با حل کردن یک آند فلزی از الکترودهای Al، Fe یا ترکیبی Al/Fe عمل می کند. انعقاد الکتریکی مزایای بسیاری نسبت به سایر روش های تصفیه دارد که از جمله آن ها می توان به عملکرد سریع، ساده، ارزان، آسان و ایمن از نظر زیست محیطی اشاره کرد.

فرآیند فتوکاتالیز در حذف مس از فاضلاب

فوتوکاتالیز روشی امیدوارکننده برای تصفیه چندین نوع پساب صنعتی است. در این فرآیند، جفت الکترون-حفره را می توان به طور پیوسته از نیمه هادی تحت تابش خورشیدی تولید کرد. در این فرآینداز نیمه هادی های مختلفی مانند ZnS، ZnO، TiO₂، CdS و CeO₂ استفاده می شود. با این حال TiO₂ به دلیل فعالیت فتوکاتالیستی بالا، پایداری بالا، غیر سمی بودن و خواص دی الکتریک عالی، بیشترین استفاده را دارد.

مقایسه فرآیندهای حذف مس از فاضلاب

به طور کلی روش‌های مختلفی برای حذف یون‌های مس از پساب‌های صنعتی توسط محققین مورد مطالعه قرار گرفته است. این روش ‌های تصفیه را می‌توان به‌عنوان روش های شیمیایی، فیزیکی و زیستی طبقه‌ بندی کرد و اغلب بر اساس مزایای بسیاری مانند جداسازی انتخابی بالا، سادگی در کنترل و نیاز به فضای کمتر انتخاب می‌شوند. فرایندهای تصفیه‌ فیزیکی وشیمیایی را می‌ توان مناسب‌ترین روش تصفیه برای حذف یون‌ های مس از پساب‌ های صنعتی دانست. با این حال، آنها همچنان از هزینه عملیاتی بالا به دلیل هزینه بالای مرتبط با مواد شیمیایی مورد استفاده و مصرف بالای انرژی رنج می برند. از آنجایی که فاضلاب آلوده به فلز ممکن است حاوی برخی مواد معدنی و آلی باشد، فوتوکاتالیز روشی امیدوارکننده برای حذف آلاینده‌های آلی و معدنی به صورت همزمان است. به طور کلی، هر روش درمانی مزایا و محدودیت های خاص خود را دارد. در جدول زیر مزایا و معایب اصلی فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی خلاصه شده است.

(2017)Copper removal from industrial wastewater: A comprehensive review