با چه روش‌هایی می‌توان نیترات را از آب آشامیدنی حذف کرد؟ (قسمت دوم)
فناوری‌های نوین در حذف نیترات از آب آشامیدنی
با توجه به مضرات حضور نیترات باید به دنبال روش‌های مناسبی برای حذف نیترات از آب آشامیدنی باشیم. امروزه روش‌های مختلفی برای حذف نیترات توسعه یافته است.. در مقاله قبلی سعی کردیم انواع روش‌های رایج مورد استفاده در حذف نیترات از آب آشامیدنی را بررسی کنیم. همانطور که بیان شد روش‌های رایج دارای محدودیت‌هایی هستند که باعث شده استفاده از آن‌ها دارای چالش‌های مختلفی باشد. از این رو نیاز به توسعه فناوری‌های جدید بیشتر احساس می‌شود. در این مقاله سعی داریم روش‌های نوین و در حال توسعه برای حذف نیترات را مورد بررسی قرار دهیم.
با چه روش‌هایی می‌توان نیترات را از آب آشامیدنی حذف کرد؟
حذف نیترات با استفاده از فرایند جذب
نیترات زدایی با استفاده از نانوفیلتراسیون
نیترات زدایی با استفاده از غشاء بیولوژیکی
احیاء اتوتروفیک (Autotrophic) نیترات
حذف نیترات با استفاده از فرایند جذب
سادگی فرایند، در دسترس بودن، هزینه پایین و استفاده آسان در هر سیستمی، عمده مزیت‌های فرایند جذب برای تصفیه آب است. با استفاده از مواد جاذب مختلف می‌توان انواع آلاینده‌های غیرآلی مثل فلوراید، نیترات، برومات، پر کلرات را حذف یا کاهش داد.
جاذب‌ها را می‌توان به شش گروه اصلی تقسیم کرد
- پایه کربنی
- طبیعی
- ضایعات کشاورزی
- ضایعات صنعتی
- جاذب‌های زیستی
- سایر
پایه کربنی
مواد پایه کربنی شامل انواع پودرهای کربن فعال، پارچه کربنی و نانولوله کربن است. در این میان رایج‌ترین و ارزان‌ترین نوع مواد کربنی، کربن فعال است که با استفاده از آن می‌توان آلاینده‌های مختلفی را حذف کرد. اما نکته قابل توجه اینست که بازدهی کربن فعال نسبتاً کم است و تحقیقات بر روی توسعه مواد کربنی ارزان قیمت با بازده بیشتر ادامه دارد.
یکی از راه‌های بهبود و افزایش بازده مواد کربنی اصلاح ساختار شیمیایی کربن است. قابلیت حذف نیترات بوسیله پارچه کربنی اصلاح شده با استفاده از اسید سولفوریک در حدود ۰۳/۲ میلی مول بر گرم است که نسبت به نمونه اصلاح نشده بسیار بیشتر است.
کربن فعال را می‌توان با استفاده از ضایعات کشاورزی مختلف مثل پوست گردو، پوست پسته، پوست نارگیل و غیره تولید کرد. تحقیقات نشان می‌دهد روش فعالسازی بر روی ساختار و بازده جذب بسیار موثر است.
جاذب‌های طبیعی
امروزه از مواد جاذب طبیعی مثل رس، زئولیت و دیگر خاک‌های طبیعی برای حذف آلاینده‌های غیرآلی مثل نیترات استفاده می‌شود. رس‌های جاذب انواع مختلفی مثل مونت موریولونیت، کائولینیت و ایلیت دارند که هر کدام دارای مزایای متنوعی در جذب نیترات هستند.
یکی از عوامل موثر در بازده حذف نیترات، اصلاح ساختاری و شیمیایی جاذب است. برای بهبود خواص جاذب‌های طبیعی از روش‌های اصلاحی مختلف بهره گرفته می‌شود. بعنوان مثال شست و شوی مونت موریولونیت با اسید کلریدریک باعث افزایش ۲۲% بازده حذف نیترات نسبت به شست و شو با اسید سولفوریک می‌شود. در یک نمونه دیگر اصلاح ساختار زئولیت باعث شده تا بازده جذب نیترات از ۵ به ۷۷ درصد افزایش یابد.
از دیگر پارامترهای موثر در بازده جذب نیترات، می‌توان به دما، مقدار جاذب، pH، حضور سایر یون‌ها و مقدار اولیه یون نیترات اشاره کرد.
ضایعات کشاورزی
انواع مختلفی از ضایعات کشاورزی در حذف نیترات استفاده می‌شوند. از جمله گیاهان مورد استفاده عبارتند از سبوس گندم، ساقه نیشکر، پوست برنج، پوسته نارگیل، پوسته بادام و تفاله چغندرقند. برای بهبود خواص جذب ضایعات کشاورزی از روش‌های اصلاح ساختار شیمیایی استفاده می‌کنند.
سایر جاذب‌ها
ضایعات صنعتی و جاذب‌های زیستی از دیگر ضایعاتی هستند که می‌توان از آن‌ها برای حذف نیترات و سایر آلاینده‌های غیرآلی استفاده کرد. یکی از مواد زیستی رایج کیتوسان است. اصلاح سطح کیتوسان با استفاده از گروه‌های هیدروکسیل و آمین باعث بهبود قابل توجه بازده جذب می‌شود.
شرایط فرایند مثل pH، دما، زمان ماندگاری و مقدار جاذب از جمله عوامل موثر در بازده و توانایی جذب هستند.
نیترات زدایی با استفاده از نانوفیلتراسیون
توسعه فناوری نانوفیلتراسیون در دهه گذشته باعث شده تا بتوان از این روش برای حذف نیترات از آب آشامیدنی استفاده کرد. برای حذف نیترات غشاءهای مختلفی را مورد آزمایش قرار داده‌اند؛ از جمله NF70، NF45، UTC-20 و UTC-60. تحقیقات نشان می‌دهد که بازده این روش در غشاء NF70 در حدود ۷۶% است.
نیترات زدایی با استفاده از غشاء بیولوژیکی
با استفاده از راکتورهای غشاء زیستی (MBR) می‌توان آب با کیفیت بالایی تولید کرد. با عبور آب حاوی نیترات از تخلخل‌های غشاءها، فرایند نیترات زدایی در دیواره‌های داخلی تخلخل‌های غشاء اتفاق می‌افتد. با استفاده از فرایند MBR می‌توان آب حاوی نیترات اولیه ۲۰۰ میلی گرم بر لیتر، را تا ۹۹% تصفیه کرد.
راکتوربیو بستر متحرک (MBBR)
روش MBBR یکی از روش‌های رایج تصفیه فاضلاب به شمار می‌آید. در این روش از یک بستر پلاستیکی برای تشکیل بیوفیلم و انجام فرایندهای بیولوژیکی استفاده می‌شود. این روش حالت توسعه یافته روش بیولوژیکی در حذف نیترات است.
از جمله مزایای حذف نیترات با استفاده از روش MBBR عبارتست از:
- سرعت واکنش بالا که در نتیجه نیاز به حجم راکتور کوچکتری دارد؛
- قابلیت استفاده برای جریان‌های آبی با غلظت نیترات بالا (تا ۳۰۰۰ میلی گرم بر لیتر نیتروژن)؛
- قابلیت احیاء کربن آلی موجود در آب؛
- کاهش مقدار لجن تولیدی؛
- قابلیت استفاده برای فرایندهای صنعتی.
احیاء اتوتروفیک (Autotrophic) نیترات
این فناوری، گونه‌ای از روش‌های تصفیه بیولوژیکی است که برای حذف آلاینده‌های اکسیدی همچون نیترات، پرکلرات و کرومیوم هگزاوالانت استفاده می‌شود. همانند سایر روش‌های بیولوژیکی در این روش نیز هیچ گونه جریان آب شور و ضایعات دیگری تولید نمی‌شود.
اساس این روش استفاده از باکتری‌هایی هست که با استفاده از هیدروژن، بعنوان دهنده الکترون و کربن موجود در بی کربنات، منجر به تشکیل دی اکسید کربن مورد نیاز فرایند می‌شود. از جمله مزایای این روش عبارتست از:
- استفاده از باکتری‌های اتوتروفیک که نیاز به افزودن کربن اضافی را رفع می‌کند؛
- استفاده از یک دهنده الکترون ارزان قیمت مثل هیدروژن که به صورت تجاری در دسترس است؛
- قابلیت کنترل آهنگ اضافه کردن هیدروژن؛
- استفاده از دهنده الکترون غیر سمی که هیچ گونه ضایعاتی تولید نمیکند؛
- تولید لجن بسیار کم.
آزمایش‌های انجام شده بر روی یک نمونه تجاری از این فناوری، نشان می‌دهد که می‌توان آب شیرین با غلظت نیترات کمتر از ۱ میلی گرم بر لیتر تولید کرد.
شتابدهنده واتک اولین مرکز تخصصی حوزه فناوری و ایده های حوزه آب می باشد. جهت ثبت طرح خود به سایت واتک مراجعه کنید همچنین جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان واتک تماس بگیرید.
