مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف مولیبدن (Mo) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت آن در غلظت‌های بالا و اثرات نامطلوب بر سلامت انسان (مانند اختلالات گوارشی و کلیوی) و محیط زیست، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. مولیبدن معمولاً در فاضلاب صنایعی مانند معادن، تولید فولاد، صنایع شیمیایی و تولید کودهای کشاورزی یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف مولیبدن، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف مولیبدن:

1. ترسیب شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • فرمول واکنش با آهک (Ca(OH)₂):

     ↓MoO42−​+Ca2+→CaMoO4​

   • فرمول واکنش با سولفید آهن (FeS):

     ↓MoO42−​+Fe2++H2​S→FeMoS4​

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: تولید لجن سمی و نیاز به کنترل دقیق pH (~۸–۱۰).

2. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از جاذب‌هایی مانند اکسید آهن (Fe₃O₄)، اکتیو کربن یا رس‌های اصلاح‌شده.

   • فرمول جذب:

     MoO42−​+Adsorbent→Mo-Adsorbent

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: ظرفیت جذب محدود و تداخل با آنیون‌های رقیب (مانند سولفات).

3. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل آنیونی انتخابی برای جذب مولیبدات (MoO₄²⁻).

   • فرمول کلی:

     −R-Cl+MoO42−​→R-MoO4​+2Cl

   • مزایا: بازده بالا در pH ~۶–۸.

   • معایب: هزینه بالای رزین و نیاز به احیای دوره‌ای با محلول NaCl.

روش‌های نوین حذف مولیبدن:

1. نانو جاذب‌های انتخابی (Selective Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al₂O₃)، گرافن اکسید یا نانوذرات مغناطیسی عامل‌دار با گروه‌های عاملی (-NH₂، -SH).

   • مکانیسم: جذب انتخابی مولیبدات از طریق برهمکنش الکترواستاتیک و تشکیل کمپلکس.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۱۲۰ mg/g) و امکان بازیابی جاذب.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن (Fe) یا آلومینیوم (Al) و جریان الکتریکی برای تولید هیدروکسیدهای فلزی که مولیبدات را جذب می‌کنند.

   • فرمول واکنش:

     -Fe→Fe2++2e
   • ​↓Fe2++MoO42−​+OH−→Fe(OH)2​⋅MoO4

   • مزایا: کاهش همزمان چند آلاینده و کاهش لجن.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF):

     • مکانیسم: جداسازی مولیبدات بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: ۹۰–۹۸٪ حذف مولیبدن.

   • مزایا: عدم نیاز به مواد شیمیایی.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌پالایی (Bioremediation):

   • استفاده از میکروارگانیسم‌های مقاوم (مانند Pseudomonas و Bacillus) برای کاهش مولیبدات (MoO₄²⁻) به مولیبدنیت (MoS₂).

   • فرمول واکنش:

     ​ MoO42−​+4H2​S--میکروب‌ها→MoS2​+4H2​ O

   • مزایا: سازگار با محیط زیست.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق دما و pH.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • ترسیب شیمیایی: pH ~۸–۱۰ برای تشکیل CaMoO₄.

  • جذب سطحی: pH ~۴–۶ برای حداکثر جذب توسط اکسیدهای فلزی.

• غلظت مواد شیمیایی: دوز بهینه آهک یا FeCl₃ برای جلوگیری از مصرف بیش از حد.

• زمان تماس: ۳۰–۹۰ دقیقه برای جذب سطحی و الکتروکواگولاسیون.

• ولتاژ در الکتروکواگولاسیون: ۱۰–۲۵ ولت.

فرمول‌های کلیدی:

• محصول انحلال (Ksp) برای CaMoO₄:

  Ksp​=[Ca2+][MoO42−​]=1.4×10−8

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب ترسیب شیمیایی با فیلتراسیون.

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانو جاذب‌ها یا سیستم‌های غشایی.

2. مواد و تجهیزات:

   • آهک، کلرید آهن، رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات Al₂O₃، غشاهای نانوفیلتراسیون.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای اختلاط سریع و آهسته، ستون‌های جذب یا سیستم‌های الکتروشیمیایی.

4. نگهداری:

   • دفع ایمن لجن‌های حاوی مولیبدن، احیای رزین‌ها با NaCl و تمیزکاری غشاها.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ترسیب شیمیایی و تبادل یونی به دلیل سادگی و هزینه پایین، هنوز در صنعت استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌های انتخابی، الکتروکواگولاسیون و زیست‌پالایی به دلیل کارایی بالا و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت مولیبدن، هزینه و مقررات زیست‌محیطی انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، زمان تماس و دوز جاذب، نقش کلیدی در افزایش بازده و کاهش هزینه‌ها دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب