مقایسه انواع روش های حذف نیترات از آب شرب

مقایسه انواع روش های حذف نیترات از آب شرب


در این بخش روش های اصلی مورد استفاده جهت حذف نیترات از آب شرب مورد مقایسه قرار می گیرند، این روش ها در طول زمان تکمیل و بالغ شده اند. روش هایی که در زمانی روش طلایی در نظر گرفته می شده به دلایل مختلفی اکنون دیگر کاربرد نداشته و استفاده از آن مقرون به صرفه و اقتصادی نبوده و با شرایط اقلیمی موجود غیرقابل قبول می باشند.

روش های اصلی مورد استفاده در حذف نیترات عبارتند از RO، تبادل یونی، الکترودیالیز، روش های بیولوژیک با استفاده از میکروارگانیزم ها و روش های مبتنی بر آنزیم ها. البته لازم به ذکر است که شرکت های مختلف در دنیا با ارائه برخی روش های تلفیقی درصدد کاهش هزینه های تولید آب و نیز کاهش پساب تولید شده هستند که برخی از آن ها پروژه های پایلوت و صنعتی مرتبط را انجام داده اند که گزارشات قابل قبولی نیز داشته اند.

با توجه به این که در کشور امکان استفاده از برخی روش ها بسیار ساده تر و دردسترس تر است و دسترسی به برخی از روش ها در حال حاضر مقدور نمی باشد، تنها روش های قابل اجرا در کشور در شرایط فعلی ذکر شده و قیاس خواهند شد.

  روش اسمز معکوس (Reverse Osmosis):

یکی از روش های متحول کننده در صنعت آب و فاضلاب بوده که توسط آن منابع آبی مختلف تصفیه شده و  انواع آلودگی ها با موفقیت حذف شدند. این روش در مناطق مختلف دنیا و نیز در کشور ما به وفور استفاده شده و از موفقیت بالایی در اجرا برخوردار بوده است. مزایای این روش بلوغ تکنیکال و حذف تقریبا انواع آلاینده های شیمیایی آب می باشد. این روش برای منابع آبی با TDSبالا و نیز دارای آلاینده های گوناگون بسیار مطلوب می باشد و پروژه های عظیمی جهت تصفیه آب دریا در کشورهای حوزه خلیج فارس با این روش اجرا شده است. در کشور ما نیز پروژه های متعددی جهت تصفیه آب در استان های مختلف با این روش درحال اجرا می باشد. البته معایب این روش با گذشت زمان اهمیت بالایی پیدا کرده است. این معایب شامل تولید پساب بالا (حداقل 30%) و ورود مجدد آن به محیط است که با گذشت سالیان زیاد منجر به افزایش غلظت آلاینده های محیطی شده و آثار زینبار و جبران ناپذیر زیست محیطی را بر دریاها و مناطق خشکی برجای خواهد گذاشت. علاوه بر اثرات مخرب زیست محیطی این روش برای مناطقی مانند کشور ما که دارای محدودیت منابع آبی هستند روشی بسیار نامناسب خواهد بود که در آن بخش عمده ای از آب به فاضلاب تبدیل خواهد شد. قیمت اولیه راه اندازی و نصب بسیار بالا، مصرف بالای انرژی، اپراتوری مداوم و دشوار و تجهیزات وارداتی از دیگر معایب این روش می باشند. در کنار این موارد سیستم ROآب خام را به آب فاقد املاح (نزدیک به آب مقطر) تبدیل می کند که نیازمند استفاده از سیستم هایی برای تزریق املاح استاندارد برای آب شرب می باشد. تنظیم pHو استفاده حجم بالایی از سایر مواد شیمیایی از دیگر اشکالات این روش است.

به طور کلی در شرایطی که امکان استفاده از روش های دوستدار محیط زیست فراهم باشد،

 

                                                                                                                                                   طرحی از سیستم اسموز معکوس

 الکترودیالیز (Electrodialysis (ED)):

اگر در ظرفی کمی آب نمک‌دار ریخته و دو الکترود در آن گذاشته شود، جریان پیوسته‌ای برقرار می‌شود، یون‌های سدیم که بار الکتریکی مثبت دارند، به طرف کاتد و یون‌های کلر که بار الکتریکی منفی دارند، به طرف آند کشیده می‌شوند. اما اگر در این ظرف، غشاهای انتخاب کننده قرار دهیم، به طوری که بعضی از غشاها، یون‌های منفی (که به آنها غشاهای منفی یا کاتیونی می‌گویند) و بعضی دیگر یون‌های مثبت (غشاهای مثبت یا آنیونی که آنیون‌ها را از خود عبور می‌دهند) را متوقف کنند، آب در سلول‌ها نمک‌زدایی می‌شود، در حالی که غلظت در قسمت دیگر افزایش می‌یابد. در نزدیکی الکترودها، کلر از آند و هیدروژن از کاتد آزاد می‌شود.

این روش در سال 1950 میلادی کشف و در سال 1954 اولین واحد مبتنی بر این اساس ساخته شد. سیستم‌های الکترود دیالیز اولیه دارای صدها سلول بودند. نوع پیشرفته‌تر این فرایند الکترود دیالیز معکوس است که در آن قطب‌های مثبت و منفی به طور مداوم جابجا می‌شوند. این کار باعث کاهش مصرف مواد شیمیایی در بخش پیش تصفیه می‌شود. همچنین به دلیل تعویض مداوم قطب‌های الکتریکی از ایجاد رسوب بر روی غشا و گرفتگی حفره‌های آن جلوگیری می‌کند. این روش استفاده قابل ملاحظه‌ای در جداسازی نمک‌ها از آب‌های شور دارد و قسمت قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص داده است.

 

به این ترتیب هر سیستم الکترودیالیز دارای اجزای زیر می‌باشد:

·        بخش پیش تصفیه

·         ردیف‌ها (سلول‌های) غشاء

·         پمپ سیرکولاسیون که تحت فشار کم کار می‌کند.

·        منبع تغذیه برای ایجاد جریان مستقیم

·         قسمت تصفیه پس از الکترودیالیز

لازم به ذکر است که پس از عملیات الکترودیالیز، آب تهیه شده برای حذف گازهای باقیمانده مانند هیدروژنH2Sبه قسمت پس تصفیه وارد می‌شود. بیشتر واحدهایی که از این نوع هستند برای تهیه آب آشامیدنی از آب‌های شور مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این زمینه الکترودیالیز با روش‌هایی مانند اسمز معکوس و تبخیر کننده‌های چند مرحله‌ای رقابت می‌کنند.

 

برخلاف روشRO در این روش تنها نیاز به نیروی الکتریسیته است و عموماً از این روش برای شیرین‌سازی آب‌های لب شور استفاده می‌شود. از معایب این روش می توان از هزینه های بالای اولیه، مصرف بالای الکتریسیته، نگهداری مداوم، تولید پساب بالا و همچنین نیاز به پیش تیمار آن نام برد.

 

  

طرحی از سیستم الکترودیالیز

 

 

  

نمونه ای از پکیج الکترودیالیز

  روش تبادل یونی با استفاده از رزین ها:

 این روش یکی از بهترین روش ها برای آب هایی است که تنها دارای آلودگی نیتراتی هستند. تعداد زیادی از پروژه های حذف نیترات در دنیا با استفاده از این روش برای دبی های کم تا بسیار زیاد اجرا شده است و در عمل در حال حاضر به عنوان روش انتخابی برای حذف نیترات از آب شرب در دنیا کاربرد دارد. ویژگی های مختلفی مانند سادگی اجرا، اپراتوری کم و وجود امکانات مناسب، این روش را در حال حاضر به روشی انتخابی در اکثر مواقع تبدیل نموده است.

 

مهمترین فاکتور این روش استفاده از رزین های مناسب و اختصاصی است که در رقابت نیترات با سولفات امکان حذف بیشتری را فراهم سازند. در صورت انتخاب رزینی که تمایل بیشتری به سولفات دارد در مناطقی که آب دارای سولفات بالایی است راندمان حذف نیترات کاهش می یابد. بنابراین برای این منظور باید بر اساس آنالیز آب موجود و اطلاعات واقعی رزین های عرضه شده بهترین گزینه را انتخاب نمود.

الگویی از فرایند تبادل یونی

نمونه ای از تجهیزات سیستم تبادل یونی

 

ارزیابی تکنولوژی های مختلف در حذف یا کاهش غلظت نیترات در آب آشامیدنی

 

تکنولوژی بایو سنتی :       عدم اعتماد به رفتار میکرو ارگانیزم ها و عدم توانایی کنترل آن ها ׀ کم شدن یا فقدان میکروارگانیزم ها ׀ تولید لجن و درنتیجه نیاز به جداسازی و دفع بهداشتی لجن ׀ نیاز به فضای زیاد برای اجرای پروژه


 

فیزیکی مثل نانو فیلتراسیون:    مصرف زیاد انرژی در نتیجه بالا بودن هزینه های O&M ׀ ایجاد فاضلاب ثانویه ׀ نیاز به تصفیه فاضلاب ثانویه و یا انتقال و دفع بهداشتی آن ׀ نیاز به فضای نسبتا زیاد برای اجرا پروژه ׀ بازدهی حدود %85


شیمیایی مثل تعویض یونی:  بالا بودن هزینه O&M  به واسطه جایگزینی رزین  | ایجاد فاضلاب ثانویه در مرحله Backwash و Regeneration | نیاز به تصفیه فاضلاب ثانویه و یا دفع بهداشتی آن  | بازدهی حدود %95


الکترودیالیز  :    ایجاد فاضلاب ثانویه ׀ نیاز به تصفیه فاضلاب ثانویه و یا انتقال و دفع بهداشتی آن ׀ مصرف زیاد انرژی در نتیجه O&M بالا ׀ احتیاج به فیلتراسیون اولیه برای کاهش ذرات جامد معلق ׀ پیچیدگی اجرایی بالا ׀ بازدهی %95


تکنولوژی مایکرووی:   عدم ایجاد فاضلاب ثانویه | هزینه O&M کمتر در مقایسه با دیگر روش ها  | بازدهی صددرصدی  |  کاهش استفاده از مواد شیمیایی  | عدم تولید لجن 

 

راه حل ما از  اساسی ترین فرآیندهای  طبیعی نشات می گیرد.