مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف جیوه (Hg) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت بسیار بالا، تجمع زیستی و اثرات مخرب آن بر سیستم عصبی، کلیهها و محیط زیست، از چالش‌های مهم در تصفیه آب است. جیوه معمولاً در فاضلاب صنایعی مانند معادن طلا، تولید کلر-آلکالی، صنایع الکترونیک و باتری‌سازی یافت می‌شود. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف جیوه، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف جیوه:

1. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • فرمول واکنش با سولفید سدیم (Na₂S):

     ↓Hg2++S2−→HgS

   • فرمول واکنش با هیدروکسید سدیم (NaOH):

     ↓Hg2++2OH−→Hg(OH)2​

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: تولید لجن سمی و نیاز به دفع ایمن.

2. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از کربن فعال، اکسیدهای آهن یا زئولیت‌ها برای جذب جیوه.

   • فرمول جذب:

     Hg2++Adsorbent→Hg-Adsorbent

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: محدودیت در ظرفیت جذب و نیاز به احیای جاذب.

3. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل یونی (مانند رزین‌های تیول) برای جذب انتخابی جیوه.

   • فرمول کلی:

     +2R-SH+Hg2+→R-S-Hg-S-R+2H

   • مزایا: بازده بالا در pH اسیدی.

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

روش‌های نوین حذف جیوه:

1. نانو جاذب‌ها (Nanoadsorbents):

   • استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe₃O₄)، گرافن اکسید یا نانوذرات طلا (با قابلیت جذب انتخابی جیوه).

   • مکانیسم: گروه‌های عاملی (-SH، -NH₂) روی سطح نانوذرات، جیوه را جذب می‌کنند.

   • مزایا: ظرفیت جذب بالا (تا ۵۰۰ mg/g) و قابلیت بازیابی با میدان مغناطیسی.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن (Fe) یا آلومینیوم (Al) و جریان الکتریکی برای تولید هیدروکسیدهای فلزی که جیوه را رسوب می‌دهند.

   • فرمول واکنش:

     -Fe→Fe2++2e
   • ↓Fe2++Hg2++4OH−→Fe(OH)2​⋅Hg(OH)2​

   • مزایا: حذف همزمان چند فلز سنگین و کاهش لجن.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

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

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

     • بازده: تا ۹۹٪ حذف جیوه.

   • مزایا: مناسب برای سیستم‌های صنعتی.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌پالایی (Bioremediation):

   • استفاده از باکتری‌های مقاوم به جیوه (مانند Pseudomonas و Bacillus) برای تبدیل جیوه به شکل کم‌خطر (Hg⁰).

   • فرمول واکنش:

     Hg0↑ → آنزیم‌ها ​ Hg2++2e

   • مزایا: سازگار با محیط زیست.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق دما و pH.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • جذب سطحی: pH ~۶–۸ برای حداکثر جذب.

  • تبادل یونی: pH ~۴–۶ برای فعال‌سازی گروه‌های تیول.

• زمان تماس: ۳۰–۱۲۰ دقیقه برای جذب سطحی و الکتروکواگولاسیون.

• غلظت جاذب: ۱–۱۰ گرم بر لیتر برای نانو جاذب‌ها.

• ولتاژ در الکتروکواگولاسیون: ۱۰–۲۵ ولت.

• دما: ۲۵–۳۵°C برای فعالیت بهینه میکروبی.

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب ته‌نشینی شیمیایی با فیلتراسیون.

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

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (Na₂S، NaOH)، رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات Fe₃O₄، الکترودهای آهن/آلومینیوم، غشاهای نانوفیلتراسیون.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای ته‌نشینی، ستون‌های جذب یا سیستم‌های الکتروشیمیایی.

   • نصب پمپ‌ها، سنسورهای pH و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • تعویض رزین‌ها، تمیزکاری غشاها و دفع ایمن لجن‌های حاوی جیوه.

فرمول‌های کلیدی:

• ایزوترم جذب فروندلیش:

• 
  ln⁡qe=ln⁡KF+(1/n)ln⁡Ce​

• • qe​: ظرفیت جذب (mg/g)، Ce​: غلظت تعادلی (mg/L).

• بازده حذف:

  
  بازده (%)=((Cf/​Ci​​)-1)×100

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ته‌نشینی شیمیایی و جذب سطحی به دلیل سادگی و هزینه پایین، همچنان کاربرد دارند. اما روش‌های نوین مانند نانو جاذب‌ها، الکتروکواگولاسیون و زیست‌پالایی به دلیل کارایی بالا، قابلیت بازیابی جیوه و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس غلظت جیوه، شکل شیمیایی آن (Hg²⁺، متیل‌مرکوری)، 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