مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف ترکیبات سولفور (سولفید، سولفات، و سولفیت) از آب و فاضلاب به دلیل اثرات نامطلوبی مانند خورندگی، بوی نامطبوع، و سمیت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در زیر روش‌های سنتی و نوین، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی برای هر یک از این ترکیبات ارائه می‌شود:

۱. حذف سولفید (S²⁻):

روش‌های سنتی:

• اکسیداسیون شیمیایی:
  استفاده از کلر (Cl₂)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂) یا ازن (O₃) برای تبدیل سولفید به سولفات یا گوگرد عنصری.

  • فرمول واکنش با کلر:

    −S2−+4Cl2​+4H2​O→SO42−​+8H++8Cl

  • مزایا: حذف سریع و کامل.

  • معایب: تولید محصولات جانبی سمی (مانند تری‌هالومتان‌ها).

• ته‌نشینی با نمک‌های فلزی:
  افزودن سولفات آهن (FeSO₄) یا کلرید آهن (FeCl₃) برای تشکیل رسوب سولفید آهن.

  • فرمول واکنش:

    ↓Fe2++S2−→FeS

روش‌های نوین:

• الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):
  استفاده از الکترودهای آهن (Fe) برای تولید یون Fe²⁺ که با سولفید واکنش می‌دهد.

  • فرمول واکنش:

    −Fe→Fe2++2e
  • ↓Fe2++S2−→FeS

• بیوراکتورهای بی‌هوازی:
  استفاده از باکتری‌های اکسیدکننده سولفید (مانند Thiobacillus) برای تبدیل سولفید به گوگرد عنصری.

  • فرمول واکنش:

    ​2S0↓+4OH →باکتری‌ها 2S2−+O2​+2H2​O

۲. حذف سولفات (SO₄²⁻):

روش‌های سنتی:

• ته‌نشینی با نمک‌های کلسیم:
  افزودن آهک (Ca(OH)₂) برای تشکیل رسوب ژیپس (CaSO₄).

  • فرمول واکنش:

    ↓Ca2++SO42−​→CaSO4

  • محدودیت: حلالیت نسبی ژیپس در آب (~۲٫۴ گرم بر لیتر).

• تبادل یونی:
  استفاده از رزین‌های تبادل آنیونی برای جذب سولفات.

  • فرمول کلی:

    −R-Cl+SO42−​→R-SO4​+2Cl

روش‌های نوین:

• فناوری غشایی (نانوفیلتراسیون):
  استفاده از غشاهای با بار منفی برای دفع انتخابی سولفات.

  • بازده: ۹۰–۹۵٪ حذف سولفات.

• کاهش بیولوژیکی:
  تبدیل سولفات به سولفید توسط باکتری‌های احیاکننده سولفات (SRB) در محیط بی‌هوازی.

  • فرمول واکنش:

    ​S2−+4H2​O ---SRB→​SO42−​+8H++8e

۳. حذف سولفیت (SO₃²⁻):

روش‌های سنتی:

• اکسیداسیون شیمیایی:
  استفاده از هوا یا اکسیژن در حضور کاتالیست برای تبدیل سولفیت به سولفات.

  • فرمول واکنش:

    −2SO3+2−​+O2​→2SO42​

• ته‌نشینی با کلسیم:
  افزودن آهک برای تشکیل کلسیم سولفیت.

  • فرمول واکنش:

    ↓Ca2++SO32−​→CaSO3​

روش‌های نوین:

• الکترواکسیداسیون (Electrooxidation):
  استفاده از الکترودهای دی اکسید سرب (PbO₂) یا الماس دوپ شده با بور (BDD) برای اکسیداسیون سولفیت.

  • فرمول واکنش:

    ----- −​SO42−​+2H++2e→الکترولیز SO32−​+H2​O

• جذب با نانوذرات:
  استفاده از نانوذرات اکسید آهن (Fe₃O₄) یا کربن فعال اصلاح‌شده برای جذب سولفیت.

بهینه‌سازی پارامترها:

• pH:

  • سولفید: pH ~۸–۱۰ برای کاهش انتشار گاز H₂S.

  • سولفات: pH ~۵–۷ برای جذب سطحی.

  • سولفیت: pH ~۶–۸ برای اکسیداسیون.

• زمان تماس: ۳۰–۱۲۰ دقیقه برای فرآیندهای اکسیداسیون و جذب.

• غلظت مواد شیمیایی: دوز بهینه کلر یا آهک بر اساس غلظت اولیه.

• ولتاژ در الکتروشیمیایی: ۵–۲۰ ولت.

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • سولفید: ترکیب الکتروکواگولاسیون با فیلتراسیون.

   • سولفات: استفاده از نانوفیلتراسیون یا بیوراکتورهای SRB.

   • سولفیت: ترکیب الکترواکسیداسیون با جذب سطحی.

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (آهک، کلر)، رزین‌های تبادل یونی، غشاهای نانوفیلتراسیون، الکترودهای آهن/BDD.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای اکسیداسیون، سلول‌های الکتروشیمیایی یا ستون‌های جذب.

4. نگهداری:

   • تعویض رزین‌ها، تمیزکاری غشاها و مدیریت لجن‌های تولیدی.

نتیجه‌گیری:

• سولفید: روش‌های الکتروکواگولاسیون و بیوراکتورها به دلیل سازگاری با محیط زیست توصیه می‌شوند.

• سولفات: نانوفیلتراسیون و کاهش بیولوژیکی گزینه‌های بهینه برای غلظت‌های بالا و پایین هستند.

• سولفیت: الکترواکسیداسیون و جذب سطحی با نانوذرات کارایی بالایی دارند.

• بهینه‌سازی: کنترل دقیق pH، زمان تماس و دوز مواد شیمیایی کلید موفقیت است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مداخله گرها : رنگ و مواد معلق موجود در آب به عنوان مداخله گر در این روش مطرح می شوند که  بایستی نمونه قبل از اندازه گیری سولفات فیلتر شود .

وسایل لازم :

۱- مگنت

۲- شیکر

۳- اسپکتروفتومتر

مواد لازم :

۱- بافر سولفات

 30gr Mgcl₂.6H₂O + 5 gr  Sodium acetate ,CH₃COONa . 3H₂O + 10 gr Potasium nitrate ,KNO₃+20 ml acetic acid ,CH₃COOH(99%) +500 ml distilled water+ make up to 1000 ml

2-کلرید باریم ,Barium Chloride

3- منحنی کالیبراسیون سولفات ( چند تا غلظت مختلف ساخته و منحی را رسم نمایید )

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سولفات آب از سه روش ۱-گراويمترى ۲- نفلومترى ۳- يون کروماتوگرافى سنجيده مى شود. در روش گراويمترى از کلريد باريوم استفاده مى شود. در اين روش براى حذف سيليکاتهاى موجود در آب بايستى نمونه را تبخير کرد تا خشک شود‌؛سپس به باقيمانده تبخير ۵ ميلى ليتر اسيد کلريدريک ۱۲۵/۱ گرم در ميلى ليتر اضافه کرده تا نقطه جوش حرارت دهيد و دوباره ۵ ميلى ليتر از اسيد کلريدريک ۱۲۵/۱ به آن اضافه کنيدو حجم محلول را تا ۵۰ ميلى ليتر رقيق کنيد. مخلوط را صاف کرده و صافى را با اسيد کلريدريک ۱: ۵۰ بشوييد. اگر در نمونه سولفيت موجود است قبل از اضافه کردن اسيد طبق روش تعيين سولفيت مقدار يونهاى اس او سه ظرفيتى دو بار منفى را اندازه گیری نمایید و یادداشت کنید تا از مقدار بدست آمده برای اس او چهار ظرفیتی دو بار منفی کسر شود. وسایل و معرف های مورد نیاز: ترازوی ۱/۰ میلی گرم ظرف کوارتزی کروزه چینی یا پلاتینی صافی شیشه ای یا چینی اسید کلریدریک ۱۲۵/۱ گرم در میلی لیتر محلول نیترات نقره تقریبا ۱/۰ مول محلول کلرید باریم: ۱۰ گرم دو آبه و کلرید باریم دو ظرفیتی را با ۹۰ میلی لیتر آب مقطر مخلوط کنید یک میلی لیتر از این محلول تقریبا ۴۰ میلی گرم یون سولفات چهار ظرفیتی دو بار منفی رسوب می دهد. روش کار: حجم نمونه آب برای این آزمایش باید اندازه مشخصی باشد؛ اگر مقدار سولفات آب بین ۱۰ تا ۵۰۰ میلی گرم باشد حجم بیشتری از آب را باید تا ۴۰۰ میلی لیتر کاهش داد و یا در غلظت های پایین یونهای سولفات حجم بیشتری از آب را تا ۱۰۰ میلی لیتر کاهش داد. به هر صورت آب نمونه را در بشر ریخته و توسط اسید کلریدریک اسیدی کنید تا رسوب های احتمالی کاملا حل شود (به ازای هر ۱۰۰ میلی لیتر محلول یک میلی لیتر اسید اضافه شود) اگر باز هم رسوبی موجود بود (مثل اسید سیلسیلیک) یا مواد دیگری بصورت نامحلول باقی مانده بودند؛ محلول را قبل از رسوب گیری صاف کنید و صافی را با آب مقطر خالص بشویید.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اندازه گيري سولفات SO42- :

روش A  :

مواد مورد نياز :

1- تيمول بلو 04/0 درصد :

04/0 گرم  Thymol Blueرا  در آب مقطر حل كرده و حجم cc 100 برسانيد.

2- اسيد نيتريك 4/0 نرمال :

70/27 ميلي ليتر HNO3  را به حجم 1 ليتر برسانيد.

3- نيترات كلسيم 05/0 نرمال :

903/5 گرم اسيد نيتريك را در آب مقطر حل كرده و حجم را به  cc 1000 برسانيد.

4- استن

5- الكل اتيليك

6- موركسيد :

5/0 گرم پورپورات آمونيوم (C8H4N5O6NH4) را با 100 گرم نمك طعام جامد (NaCl ) يا سولفات پتاسيم (سديم) مخلوط كرده و در هاون بكوبيد.

7- E . D . T . A 01/0 مولار :

 cc100 از  E . D . T . A 1/0 مولار را به حجم يك ليتر برسانيد.

8- سود نرمال :

40 گرم سود خالص را وزن نموده و در بالن ژوژه cc 1000 به حجم يك ليتر برسانيد يا مي توانيد از تيترازول يك نرمال استفاده نماييد.

9- HCl  01/0 نرمال :

 10 ميلي ليتر HCl 1/0 نرمال  را با آب مقطر به حجم cc 100 برسانيد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سولفات در آب بصورت SO4-2 نشان داده مي شود و برحسب ppm  اندازه گيري مي شود

روشهاي اندازه گيري سولفات:

    روش كدورت سنجي
    روش استفاده از هدايت سنج

روش كدورت سنجي:

يونهاي سولفات موجود در نمونه با كلرورباريم (BaCl2 ) تشكيل رسوب سولفات باريم را مي دهد .

Ba2++ SO42- →   BaSO4 (s

رسوب ايجاد شده ايجاد كدورت مي كند كه شدت كدورت متناسب با غلظت يون سولفات در نمونه است و با رسم منحني استاندارد سولفات مي توان غلظت سولفات نمونه را تعيين كرد .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دوشكل از سولفور، معمولا در آب آشاميدني يافت مي‌شود:
 سولفات و سولفيد هيدروژن، هر دو شكل نامطلوب بوده و معمولا به‌عنوان خطري براي سلامتي مطرح نمي‌شوند.
• منابع سولفات و سولفيد هيدروژن در آب آشاميدني:
سولفات:
سولفات‌ها تركيبي از سولفور و اكسيژن بوده و به‌عنوان بخشي از مواد معدني طبيعي. در تشكيلات بعضي از خاك‌ها و سنگ‌ها يافت مي‌شوند. به مرور زمان اين مواد معدني حل شده و در آب‌هاي زير زميني رها مي‌شوند.
سولفيد هيدروژن:
باكتري‌هاي احياء كننده سولفور، كه از سولفور به‌عنوان منبع انرژي استفاده مي‌كنند، عمده‌ترين توليد كننده سولفيد هيدروژن مي‌باشند. اين باكتري‌ها از نظر شيميايي در آب موجب تبديل سولفات‌هاي طبيعي به سولفيد هيدروژن مي‌شوند. باكتري‌هاي احيا كننده سولفور، در محيط‌هاي فاقد اكسيژن از قبيل چاه‌هاي عميق، سيستم‌هاي لوله‌كشي منازل(Plumbing systems) و دستگاه‌هاي گرم‌كننده آب يافت مي‌شوند. همچنين گاز سولفيد هيدروژن به‌طور طبيعي در برخي از آب‌هاي زيرزميني يافت مي‌شود. اين ماده ممكن است از تجزيه مواد آلي همانند گياهان پوسيده در زيرزمين حاصل شود. سولفيد هيدروژن در چاه‌هاي عميق يا سطحي نيز يافت مي‌شود و مي‌تواند از طريق چشمه‌ها وارد آب‌هاي سطحي شده كه البته در اين حالت H2S به سرعت رها شده و وارد اتمسفر مي‌شود. سولفيد هيدروژن اغلب در چاه‌هاي حفر شده در مناطق سنگ رس يا ماسه سنگ( Sand stone) ، نزديك معادن زغال سنگ يا رسوبات حاصل از كودهاي گياهي و يا ميدان‌هاي نفتي يافت مي‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دوشکل از سولفور، معمولا در آب آشامیدنی یافت می‌شود:
سولفات و سولفید هیدروژن، هر دو شکل نامطلوب بوده و معمولا به‌عنوان خطری برای سلامتی مطرح نمی‌شوند.
● منابع سولفات و سولفید هیدروژن در آب آشامیدنی:
▪ سولفات:
سولفات‌ها ترکیبی از سولفور و اکسیژن بوده و به‌عنوان بخشی از مواد معدنی طبیعی. در تشکیلات بعضی از خاک‌ها و سنگ‌ها یافت می‌شوند. به مرور زمان این مواد معدنی حل شده و در آب‌های زیر زمینی رها می‌شوند.
▪ سولفید هیدروژن:
باکتری‌های احیاء کننده سولفور، که از سولفور به‌عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند، عمده‌ترین تولید کننده سولفید هیدروژن می‌باشند. این باکتری‌ها از نظر شیمیایی در آب موجب تبدیل سولفات‌های طبیعی به سولفید هیدروژن می‌شوند. باکتری‌های احیا کننده سولفور، در محیط‌های فاقد اکسیژن از قبیل چاه‌های عمیق، سیستم‌های لوله‌کشی منازل(Plumbing systems) و دستگاه‌های گرم‌کننده آب یافت می‌شوند. همچنین گاز سولفید هیدروژن به‌طور طبیعی در برخی از آب‌های زیرزمینی یافت می‌شود. این ماده ممکن است از تجزیه مواد آلی همانند گیاهان پوسیده در زیرزمین حاصل شود. سولفید هیدروژن در چاه‌های عمیق یا سطحی نیز یافت می‌شود و می‌تواند از طریق چشمه‌ها وارد آب‌های سطحی شده که البته در این حالت H۲S به سرعت رها شده و وارد اتمسفر می‌شود. سولفید هیدروژن اغلب در چاه‌های حفر شده در مناطق سنگ رس یا ماسه سنگ( Sand stone) ، نزدیک معادن زغال سنگ یا رسوبات حاصل از کودهای گیاهی و یا میدان‌های نفتی یافت می‌شود.
• نشانه‌های وجود سولفات و سولفید هیدروژن در آب آشامیدنی

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اندازه گیری سولفات در آب آشامیدنی:

سولفات به طور طبیعی در بسیاری از مواد معدنی وجود داشته و به طور تجاری به ویژه در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.سولفات از طریق پساب های صنعتی و از طریق فروریزه های جوی به آب تخلیه می شود.به هر صورت بیشترین مقادیر معمولا در آب های زیر زمینی وجود داشته و ناشی از منابع طبیعی است.

دو روش کلی سنجش سولفات در آب روش توربیدیمتری و روش وزنی با خشک کردن پس مانده است، که در زیر به دو روش اشاره می کنیم:

روش توربیدی متری:

مقدار سولفات موجود در نمونه های آب نیز با روش اسپکتروفتومتری تعیین می شود،منتهی در این حالت به جای تشکیل کمپلکس رنگی،واکنش های خاصی صورت می گیرد که منجر به تشکیل رسوبات بسیار ریز از ذرات سولفات باریم در محلول می شود و در نتیجه آن به صورت کدورت و کلوئیدی شدن محلول تظاهر پیدا می کند.

سولفات با یون باریم واکنش نشان داده ،تشکیل یک رسوب خالص می دهد. مقدار رسوب به وسیله ی روش اسپکتروفتومتری  تعیین می شود.نور بدون عبور از محلول متفرق می شود و همچنین نور توسط مواد موجود در محلول جذب نمی شود.طول موج تنظیمی برای سولفات 420 نانومتر است.البته می توان کدورت را توسط کدورت سنج نیز تعیین کرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب