روش های موجود در حذف یون نیترات در آب آشامیدنی

رقیق سازی (Dilution)

زمانی که برای تأمین آب جهت توزیع در یک سامانه آبرسانی، امکان استفاده از چند منبع آب خام یا کیفیت های متفاوت وجود داشته باشد، بحث رقیق سازی قابل طرح خواهد بود. به طور معمول غلظت های بالاتر از حد مجاز نیترات در منابع آب زیرزمینی مشاهده می شود و در مقابل، آب های سطحی اغلب دارای غلظت نیترات کمتری هستند. از این رو در یک سامانه آبرسانی می توان از اختلاط آب های سطحی با آب های زیرزمینی که دارای غلظت های متفاوتی از نیترات می باشند، برای تعدیل این آلاینده استفاده نمود.

گاهی به دلیل گستردگی سامانه آبرسانی امکان فراهم نمودن شرایط اختلاط بهینه ممکن نیست. وجود مخازن متعدد و پراکنده در سطح شهر که از منابع چندانه تغذیه می شوند، مدل طراحی شبکه آبرسانی و سرعت مصرف آب در معامله توزیع، همه از عواملی هستند که دستیابی به اختلاط بهینه را دشوار می سازند.

از سوی دیگر با افزایش غلظت نیترات در منابع آب زیرزمینی، به همان نسبت به حجم بیشتری از آب خام دارای نیترات کم برای رقیق سازی نیاز خواهد بود. در شرایط ایده آل (در دسترس بودن آب بدون نیترات) برای کاهش غلظت نیترات 100 میلی گرم در لیتر (در یک حجم آب) به غلظت نیترات 25 میلی گرم در لیتر، نیاز به 3 حجم آب بدون نیترات می باشد. حال در صورتی که غلظت نیترات به 200 میلی گرم در لیتر برسد، نیاز به 7 حجم آب بدون نیترات برای رسیدن به آب دارای نیترات، 25 میلی گرم در لیتر است.

در شرایط واقعی و به طور معمول، آب های سطحی نیز خود دارای مقداری نیترات می باشند که در نتیجه نیاز به حجم بیشتری از آب برای رقیق سازی است و به خصوص زمانی که منابع تولید و انتشار ترکیبات نیتروژن و فرآیند نیترات سازی همچنان فعال باشند، عملیات رقیق سازی به مرور قابلیت خود را برای کاهش نیترات از دست می دهد و دیگر راه حل قابل اطمینانی نخواهد بود.

تبادل یون تبادل یون

تبادل یون یک واکنش برگشت پذیر است که در آن یون های یک محلول با یون های دارای بار الکتریکی مشابه موجود روی رزین تعویض می گردند. نیترات در آب از بار منفی برخوردار است بنابراین می توان آن را توسط رزین های آنیونی از آب حذف نمود. وقتی که رزین یون های قابل تبادل خود را از دست داد، نیاز به احیاء دارد.

در این عمل با استفاده از یک محلول که دارای یون های از دست رفته رزین به مقدار کافی می باشد، رزین دوباره به فرم فعال اولیه تبدیل می شود اما مقداری از ظرفیت تبادل خود را از دست می دهد، به طور کلی هر چه ظرفیت یون بیشتر باشد یا تمایل بیشتری جذب رزین می گردد. بنابراین یون سه ظرفیتی و یون دو ظرفیتی بیش از یون یک ظرفیتی توسط رزین جذب می شود. حتی برای یون های با ظرفیت یکسان نیز ضریب گزینش متفاوت است و اغلب هر چقر وزن مولکولی بیشتر باشد و با اندازه یون کوچکتر گردد، تمایل به جذب افزایش می یابد. وجود ضریب گزینش باعث می شود که یون ها به طور یکسان جذب رزین نشوند.

در نتیجه وقتی که نیترات یون موردنظر برای حذف باشد، قبل از آن به طور اجتناب ناپذیر، فسفات و سولفات مبادله شده و زمانی نیترات مبادله می گردد که دیگر یون های مذکور به صورت آزاد وجود نداشته باشند.

پس از کاهش ظرفیت رزین مشکل دیگری به وجود می آید که آن مبادله دوباره یون های نیترات جذب شده روی رزین با یون های سولفات تازه وارد است که منجر به افزایش نیترات در آب خروجی می شود که به پدیده Nitrate Dumping معروف است. در این زمان مقدار نیترات در آب تصفیه شده بیش از مقدار نیترات در آب خام ورودی می گردد.

در سال های اخیر رزین هائی ساخته شده اند که نسبت به نیترات قابلیت جذب بیشتری دارند و به آنها رزین های انتخابی می گویند. برای افزایش ضریب گزینش نیترات در این نوع رزین ها، طول زنجیره های استری (به دلیل وجود گروه فعال تری اتیل و ری یونیل آمین) افزایش یافته تا ظرفیت نیترات برای احیاء زنجیره ها بیشتر شود. اما با افزایش طول این زنجیره، ظرفیت حجمی رزین کاهش می یابد، بنابراین رزین های انتخابی در فواصل زمانی کوتاه تری نسبت به رزین های معمولی نیاز به احیاء دارند.

مزایای روش تبادل یونی به اختصار شامل بهره برداری آسان، عدم نیاز به تخصص بالا و تجهیزات پیچیده، عدم نیاز به فضای زیاد جهت احداث و سرمایه گذاری اولیه کمتر نسبت به اسمز معکوس می باشد. معایب آن نیز عبارتند از این که یک روش تصفیه شیمیایی است و نیاز به مواد شیمیایی برای راهبری دارد، مشکل دفع و یا تصفیه پساب خروجی وجود دارد، حدود 2 تا 15 درصد آب ورودی صرف شستشوی معکوس و احیاء رزین می شود، قادر به حذف ذزرات، میکروارگانیسم ها و سایر آلاینده های آب نمی باشد و هزینه بهره برداری آن در درازمدت زیاد است.

اسمز معکوس (R.O)

در فرآیند اسمز معکوس آب با فشار زیاد از یک سری غشاء نیمه تراوا (Semi PermeableMembrane) عبور داده می شود. این فشار خارجی از فشار اسمزی طبیعی بیشتر است در نتیجه مولکول های کوچکتر از منافذ غشاء، عبور می کنند در حالی که مولکول های بزرگتر، قادر به عبور از غشاء نیستند و سپس در جریانی جانبی از کنار غشاء عبور داده شده و دفع می گردند (شکل 2). در این فرآیند میکروارگانیسم ها نیز از آب حذف می شوند. به طور کلی این فرآیند برای شیرین کردن آب های شور به کار می رود ولی در سال های اخیر برای حذف آلاینده های خاص نظیر نیترات مورد توجه قرار گرفته است. اسمز معکوس یک روش تصفیه فیزیکی و نوعی فیلتراسیون است که نیاز به موادشیمیائی ندارد.

در اغلب منابع از روش اسمز معکوس به عنوان روشی موفق و اقتصادی در درازمدت برای کنترل آلاینده های آب از جمله نیترات یاد شده است. در این روش علاوه بر نیترات، کل جامدات محلول (TDS) آب نیز کاهش می یابد. اگرچه فرآیند RO می تواند میکروارگانیسم ها را نیز حذف کند، اما توصیه شده که آب پاک از نظر شاخص باکتریایی (بدون کلیفرم) به فرآیند RO وارد گردد. به طور کلی فرآیندهای فیلتراسیون برای جداسازی آلاینده ها به چهار گروه کلی قابل طبقه بندی هستند. میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF)، نانوفیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس که به هایپرفیلتراسیون (HF) شهرت یافته است. )

در برخی منابع قطر منافذ غشاهای صنعتی RO حدود 0005/0 میکرون (500 پیکومتر) و اندازه تقریبی منافذ غشاهای دستگاه های تصفیهء خانگی نیز تا 0001/0 میکرون (100 پیکومتر) ذکر شده است.

منبع: پایگاه پژوهش سرای دانش آموزی زكریای رازی گرمه

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نسرین صادقی