تکنیک های حذف نیترات در تصفیه آب

نیترات، ماده ای است که اغلب در آب های آشامیدنی وجود دارد و به دلیل فعالیت های بشری مانند استفاده بیش از حد از کودهای شیمیایی مثل نیترات پتاسیم و نیترات آمونیوم، کامل نبودن سیستم سپتیک و دفع نامناسب زباله های صنعتی، انسانی و حیوانی به وجود می آید. این موارد منبع اصلی تولید نیتروژن هستند؛ این مواد در خاک به نیترات تبدیل می‌شوند و از آنجا که نیترات در آب به صورت محلول است از طریق باران وارد آب های زیر زمینی و در نهایت آب‌های آشامیدنی می‌شود. شرکت دانش بنیان پویا ژن آزما تولید کننده دستگاه تصفیه آب صنعتی بر پایه بیوفیلتر، در این مقاله قصد دارد تکنیک های حذف نیترات در تصفیه آب را بازگو کند.

دستگاه تصفیه صنعتی بر پایه بیوفیلتر، تولیدی پویاژن آزما. با حجم پساب پنج متر مکعب در روز

نیترات در آب آشامیدنی

نیترات بطور طبیعی در آب آشامیدنی وجود دارد ولی در اکثر آبها این میزان کمتر از حد مجاز یعنی  45mg/L می باشد. میزان نیترات در چاه های آب آشامیدنی تعدادی از شهرهای مهم ایران نظیر مشهد ، شیراز و جنوب تهران 2 تا 3 برابر حد مجاز می باشد و با توجه به بحران آب، تصفیه آن امری مهم و ضروری است.

عوارض ناشی از نیترات بر روی بدن انسان

خبر بد این است که نیترات موجود در آب تبخیر نمی شود و به صورت پایدار در آب باقی می‌ماند. یعنی شما با جوشاندن آب دارای نیترات نمی توانید مقدار آن را کاهش دهید. این ماده به طور معمول برای سلامتی خطرناک نیست اما مصرف مداوم و بیش از اندازه آن می‌تواند اثرات زیادی بر سلامتی انسان به خصوص نوزادان بگذارد. علت نگرانی اصلی در مورد حضور نیترات در آب مربوط به بیماری مت هموگلوبینی یا سندرم کودکان آبی (blue baby syndrome)، به ویژه در نوزادان کوچک تر از 6 ماه می باشد.

سیستم گوارش نوزاد، به صورتی است که نیترات را به نیتریت احیا می کند و نیتریت می تواند هموگلوبین را برای حمل اکسیژن ناتوان سازد. سایر عوارض استفاده از نیترات در مدت زمان طولانی شامل کاهش اسیدیته معده ، کمبود آنزیم ، کاهش هموگلوبین های طبیعی خون ، افسردگی ، تاثیر بر سیستم عصبی وغلظت بالای 70% آن سبب مرگ خواهد شد. همچنین نیترات تبدیل به نیتروزوامین ها و نیتروزوامیدها می شود که این مواد بالقوه سرطانزا هستند. درنتیجه تصفیه آب صنعتی و غیرصنعتی حاوی نیترات اهمیت بسیاری دارد.

میزان مجاز نیترات در آب آشامیدنی

علاوه بر آب آشامیدنی مواد غذایی نیز حاوی نیترات می‌باشند. به گفته سازمان بهداشت جهانی اکثر افراد بالغ روزانه بین 20 تا 70 میلی گرم نیترات را به همراه مواد غذایی مثل کاهو ، کرفس ، اسفناج و …. مصرف می‌کنند. آنالیز آب در ایالات متحده و کانادا نشان داده است که مقدار نیترات در این آب‌ها 10 میلی گرم در لیتر است. اما به گفته سازمان بهداشت جهانی (WHO) مقدار استاندارد نیترات در آب‌های آشامیدنی حداکثر باید ppm 50 باشد.

روش های حذف نیترات از آب آشامیدنی

روشهای مختلفی جهت تصفیه آب دارای نیترات وجود دارد که شامل روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی، الکترومغناطیسی و بیولوژیک می شود:

1- روش تعویض یونی

تعویض آنیونی روشی است که برای حذف نیترات، مشابه سبک کننده های آب استفاده می شود که یون نیترات به جای یون های سختی آب حذف می شود. نیترات از طریق جا به جایی با یون کلر از سیستم حذف می گردد. جهت حذف نیترات به طور متوالی بازسازی ستون مورد نیاز می باشد.

بازسازی با استفاده از محلول نمکی غلیظ که سبب جایگزینی کلراید با نیترات می شود، انجام می گیرد. به صورت کلی، دو نوع رزین برای تصفیه آب حاوی نیترات مورد استفاده قرار می گیرد: رزین های آنیونی استاندارد و رزین های مخصوص حذف نیترات (Nitrate-Selective). تفاوت عمده این دو نوع رزین، به میزان تمایل جذب یونهای سولفات و آرسنات موجود در آب با این رزین ها برمی گردد.

2- روش اسمز معکوس

اسمز معكوس قابلیت کاهش املاح آب را 90 تا 98 درصد دارد. حذف باكتری ها و ویروس ها و دیگر میكروارگانیسم ها با اسمز معكوس تقریبا صد‌در‌صد است، اما بعلت عدم آب‌بندی كامل سیستم اسمزمعكوس مقدار كمی از این ناخالصی ها ممكن است از غشاء عبور كرده و در آب تصفیه شده دیده شوند. در مقایسه دو روش اسمز معکوس و تبادل یون ، تبادل یون کم‌هزینه‌تر و مقرون به صرفه تر می‌باشد.

3- روش الکترودیالیز معکوس

فرآیند الکترودیالیز (EDR) ، یک روش هدایت الکتریکی است که از طریق غشاهای نیمه تراوا با استفاده از ولتاژ، یون‌ها را عبور داده و سبب کاهش سختی آب و حذف نیترات می‌شود. این فرآیند به طور متناوب تکرار شده و انتقال در یک میدان با ولتاژ مستقیم (DC) انجام می‌شود. این روش شامل عبور آند از بین غشای کاتدی و عبور کاتد از بین غشای آندی است.

بدین صورت سختی آب کاهش پیدا کرده و آب در سمت دارای غلظت کمتر جمع آوری می‌شود. استفاده از روش الکترودیالیز در حذف نیترات از آب نیز انجام شده و اگرچه این روش در مقایسه با سایر روش‌ها کمی پیچیده تر است، اما از نظر اقتصادی نسبت به روش اسمز معکوس مقرون به صرفه تر می باشد.

4- روش حذف بیولوژیکی نیترات

یکی از جدیدترین روش های تصفیه آب دارای نیترات که امروزه در جهان نیز استفاده می شود، روش بیولوژیکی است. تصفیه بیولوژیکی نیترات یا دنیتریفیکاسیون بیولوژیک شامل تبدیل نیترات به نیتروژن توسط باکتری‌های موجود در بیوراکتورها است. باکتری‌های موجود در این راکتورها نیترات موجود در آب را به نیتروژن تبدیل می کنند.

در برخی از موارد از استات، اتانول و یا متانول به عنوان منبع کربن باکتریها در این بیوراکتورها استفاده می‌شود. این روش تنها روشی است که در آن نیترات واقعا تجزیه می شود و بازدهی آب حدود 100% است، در حالیکه در روش های دیگر نیترات تغلیظ شده و در داخل پساب تشکیل شده باقی می ماند.

میزان پساب تشکیل شده در هر روش از 20 تا 40% متفاوت است لذا راندمان تصفیه آب در این روشها 60 تا 80% است. طی سالهای 2004 تا 2007 یک تیم آلمانی در مشهد حذف نیترات از آب آشامیدنی این شهر را در مقیاس پایلوت با چهار روش مختلف بررسی کردند و در نهایت این تیم مناسب ترین روشها جهت تصفیه آبهای آلوده به نیترات در مشهد و ایران را روشهای تصفیه بیولوژیک و RO اعلام کردند. با توجه به اینکه هدف از این طرح ایجاد سیستم تصفیه با روش بیولوژیک است لذا در ادامه مراحل و هزینه های مورد نیاز این سیستم را خواهیم گفت.

مراحل تصفیه بیولوژیک نیترات

دنیتریفیکاسیون بیولوژیک یک تکنولوژی طبیعی در تیمار پساب است که بطور اساسی برای حذف نیترات از پساب استفاده می شود. امروزه این تکنولوژی بسیار مورد توجه قرار گرفته و در حال گسترش برای تیمار آب آشامیدنی است. مهمترین مزیت این روش تولید تنها یک جریان بک واش(Back Wash) است که می تواند وارد سیستم پساب شده و یا مجددا وارد سیستم تصفیه شود. این تکنولوژی بر اساس استفاده از باکتری های طبیعی است که در آب های زیر زمینی وجود دارند و نیترات به N2 تبدیل می کنند.

این سیستم با موفقیت در اروپا بخصوص در آلمان ، فرانسه و لهستان بصورت full scale مورد استفاده قرار گرفته است و لی در امریکا با محدودیتهایی روبرو است. در هر حال سیستم 2000 گالن در دقیقه در حال حاضر توسط East valley municipal water district جهت حذف پرکلرات از آبهای زیر زمینی ساخته شده است. این سیستم شبیه سیستم حذف نیترات است چون باکتریهایی که قادر به تبدیل نیترات هستند قادر به تبدیل پرکلرات هستند.

سیستم تیمار بیولوژیک نیترات شامل چهار مرحله است:

• مرحله اول یک بیوفیلتر است که باکتریهای تجزیه کننده نیترات در داخل این بیوفیلتر وجود دارند و نیترات را به N2 تجزیه می کنند.
• مرحله دوم کانتکتور هوادهی است که که اکسیژن را به آب اضافه کرده و نیتروژن از آب حذف می گردد.
• مرحله سوم یک فرایند فیلتراسیون جهت حذف ذرات و باکتری های موجود در خروجی است.
• مرحله چهارم ضد عفونی کردن آب می باشد.

اضافه کردن اسید استیک بعنوان منبع غذایی باکتری ها جهت حذف نیترات، دوز پایینی از اسید فسفریک به عنوان منبع فسفر باکتریها، و مواد شیمیایی شامل کواگولانت جهت کمک به فیلتر و کلرین جهت ضد عفونی کردن در مراحل مختلف انجام می شود. بیوفیلتر و فیلتر جدا کننده ذرات جامد هر 24 تا 48 ساعت نیاز به بک واش دارند. پساب بک واش می تواند وارد سیستم پساب شده و یا مجددا تیمار گردد. در این صورت میزان پساب از 5 درصد به 1/0 تا 5/0 درصد می رسد.

نمای شماتیک یک روش بیولوژیک جهت حذف نیترات

امیدواریم این مقاله برای شما مفید واقع شده باشد.

برای مطابعه ی بیشتر در مورد تکنیک اسمز معکوس (RO) میتوانید به این لینک مراجعه کنید.