دلایل اهمیت حذف نیترات از آب و فاضلاب و بررسی روش های حذف آن

اهمیت حذف نیترات از آب و فاضلاب

نیتریت و نیترات بخش ­های اصلی چرخه نیتروژن هستند که به طور طبیعی در آب یافت می ­شوند. وجود این ترکیبات نیتروژن معدنی به عنوان شاخص آلودگی آب و فاضلاب محسوب می­ شود. آن ها می ­توانند از طریق آب آشامیدنی، غذا، هوا و خاک بر سلامت انسان تأثیر بگذارند. افزایش ورود پسماندهای صنعتی، انسانی و حیوانی به آب‌های زیرزمینی، افزایش شهرنشینی و همچنین کودهای کشاورزی، اکسیداسیون آمونیاک در خاک و استفاده بیش از حد از منابع آب زیرزمینی باعث جاری شدن نیترات به آب، افزایش میانگین غلظت آن و به خطر افتادن ایمنی آب می‌ شود، در چنین شرایط است که استفاده از پکیج تصفیه فاضلاب الزامی می باشد. در این محتوا ما قصد داریم درباره اهمیت حذف نیترات از آب و فاضلاب توضیح دهیم.

چرا باید از فاضلاب ها نیترات را حذف کرد؟

غلظت بالای نیترات (بیش از 50 میلی گرم در لیتر) باعث جذب ید و پرکاری تیروئید و افزایش مرگ و میر نوزادان، دیابت دوران کودکی، فشار خون بالا، بیماری ­های قلبی عروقی، مشکلات عصبی، سقط جنین، بیماری به همین سبب حذف این ترکیب از منابع آب و فاضلاب از اهمیت وویژه­ای برخوردار است. در سال­ های اخیر روش­ های فیزیکی اسمز معکوس، الکترودیالیز، تبادل یونی و روش ­های زیستی برای حذف نیترات از آب  و فاضلاب مورد استفاده گسترده ­ای قرار گرفته­ اند .

از جمله اثرات زیست محیطی نیترات می توان به  ایجاد سمیت و پایین­ آوردن اکسیژن محلول در آب­ های پذیرنده اشاره نمود. یکی از پدیده­ هایی که مواد نیتروژنی در آب­ های پذیرنده به وجود می ­آورند رشد بیش ازحد جلبک­ ها است. اوتروفیکاسیون می ­تواند عمدتا به علت دنیتریفیکاسیون نیترات باشد. وقتی که نیترات احیاء شود، گازنیتروژن به صورت محصول نهایی تولید می­ شود. عامل مهم دیگری که روی زندگی آبزیان اثر می­ گذارد، وجود آمونیاک است. افزایش PH باعث تبدیل یون آمونیوم به آمونیاک می­ شود.

انواع روش های حذف نیترات

با توجه به اثرات نیترات بر سلامتی انسان حذف آن از آب بسیار حائز اهمیت می­ باشد. مهم­ترين روش های کاهش نيترات آب، عبارت است از روش تبادل يونی، اسمز معکوس، جذب سطحی، الکتروشيميايی و روش زيستی که هرکدام از آن­ ها دارای مزيت­ ها و معایبی هستند.

روش تبادل یونی

روش تبادل يونی يک روش مؤثر، ساده و با هزينة نسبتاً کم است که بازدهی مناسبی به خصوص برای منابع آب با حجم کم دارد. اين روش شامل عبوردادن آب حاوي نيترات از بستر رزينی متشکل از رزين­ های مبادله­ کننده آنيون است که طی آن، يون نيترات با کلريد مبادله می ­شود و بازدهی حذف بيش از 90 درصد دارد. رزين­ های تبادل­ کننده آنيونی معمولاً حاوی گروه ­های عاملی تری متيل آمين و پلی­ آکريليک هستند. رزين­ های آنيونی استاندارد، سولفات­ های دوظرفيتی آب دوست را به نيترات تک­ ظرفيتی آبگريز ترجيح می ­دهند. ترجيح سولفات بر نيترات در رزين های تبادل آنيونی استاندارد به ظرفيت پايين جذب سطحی نيترات، خوردگی بيشتر و اثرات منفي بر سلامتی انسان با مقدار کلريد بيشتر در آب محصول منجر می ­شود.

روش اسمز معکوس

در اين روش مولکول­ های آب از ميان غشا اسمز معکوس متراکم عبور داده می­ شوند تا حلال و حل­ شونده از هم جدا شوند. اين فناوری علاوه بر نمک ­ها و يون­ ها، توانايی حذف مواد جامد معلق، مواد آلی، کلوئيدها، باکتری­ ها و ويروس­ ها را نيز دارد.

برای توليد فشار اسمز معکوس به پمپ آب نياز است. وقتی فشار برابر با فشار اسمزی طبیعی محلول باشد، حلال جريان نمی ­يابد. اگر فشار کمتر از فشار اسمزی طبيعی محلول باشد، حلال از محلول رقيق به غليظ جريان می ­يابد. درغيراين صورت حلال از غشا اسمز معکوس عبور می ­کند؛ به ­طوری که در طرف مقابل محلول رقيق تشکيل شده و در سمت فشار، محلول غليظ ­تری تشکيل می ­شود. واحدهای اسمز معکوس در محدوده فشار 300 تا psi 1500 می ­توانند يون ­های نيترات آب را حذف کنند. غشاهای مورد استفاده در اين فرايند معمولا از جنس استات سلولز، پلی ­آميدها و مواد کامپوزيتی ساخته می شوند.

جذب سطحی

براي حذف مقادير کم آلاينده­ ها و يون­ های موجود در آب، از بستر جامد به عنوان جاذب، استفاده می­ شود. سهولت کار و طراحی غيرپيچيده، جذب سطحی را به يک روش مقرون به صرفه برای حذف نيترات مبدل ساخته­ است. يک جاذب مناسب بايد قيمت پايين، ظرفيت جذب بالا و گزينش­ پذيری مناسب داشته ­باشد؛ از اين ­رو می توان زئوليت، کيتوسان، کربن فعال و پسماندهای کشاورزی را جاذب­ های قابل اتکا در حذف نيترات از آب دانست.

انعقاد الکتریکی

روش انعقاد الکتريکی شامل اعمال جريان الکتريکی به سلول حاوی آند و کاتد کمکی است که در آن جريان، يک گونه انعقادی درجا در آند توليد می­ کند. گونه­ های تشکيل­ شده با آلاينده ­ها يک مجموعه را تشکيل می­ دهند و سپس رسوب می کنند. معمولاً جنس الکترودهای به­ کار رفته در اين فرايند از نوع آهن و آلومينيوم است. وقتی آهن و آلومينيوم به­ عنوان آند استفاده می ­شوند، آهن 3 بار مثبت و یا الومینیوم يا آلومینیوم 3 بار مثبت تشکیل­ شده با OH کاتدی واکنش می دهد، هيدروکسيد فلز تشکيل­ شده منجر به جذب آلاينده می ­شود. pH ، زمان، جنس الکترود، جريان الکتريکی، هدايت و ويژگي­ های هيدروديناميکی مهمترين عوامل مؤثر بر سيستم انعقاد الکتریکی هستند. ساده­ بودن، امکان تنظيم خودکار، کارايی بالا و داشتن صرفه اقتصادی از مهمترين مزيت­ های انعقاد الکتریکی است.

الکترولیز

دراين روش با استفاده از جريان مستقيم الکتريکی، يون­ ها از طريق غشا از محلول رقيق ­تر به محلول غليظ ­تر منتقل می شوند. الکترودياليز با حذف گزينشی يون­ های غيرمطلوب از طريق يک غشا نيمه ­تراوا، آب را تصفيه می ­کند. اين سيستم نيازمند آب تحت فشار psi 50-75 با پيش ­تصفيه است. معمولاً دستگاه الکترودياليز از واحد غشايی و سه محفظه الکترود رقيق، غليظ و الکترودها با حجم 500 ميلی ­ليتر تشکيل می­ شود. در قسمت غشايی، 10 جفت غشاي تبادل کاتيون و آنيون با
سطح 55 سانتی مترمربع برای هريک قرار دارد.