رزین حذف آرسنیک

ما در این پست از نشریه حقایق آب میخواهیم به بررسی رزین حذف آرسنیک چیست؟ بپردازیم و در ادامه،مکانیسم رزین حذف آرسنیک را توضیح می دهیم.

رزین حذف آرسنیک چیست؟

رزین حذف آرسنیک نوعی رزین تبادل یونی است که برای حذف آرسنیک از آب استفاده می شود. مواد جامد دانه‌داری هستند که دارای حفره های بسیار ریزی هستند.رزین تبادل یونی: یک ماده جامد‍‍‍‍‍‍‍‍‌، متخلل و معمولاً به شکل دانه یا مهره است که برای حذف یون ها از محلول ها استفاده می‌شود. این رزین ها از یک ساختار پلیمری تشکیل شده‌اند که گروه های عاملی خاصی خاصی به آن ها متصل شده است. این گروه های عاملی می توانند یون‌های با بار مثبت(کاتیون‌ها) یا یون‌های با بار منفی(آنیون‌ها) را به صورت انتخابی و با یون‌های مشابه در محلول تبادل کنند.

آرسنیک چیست؟

عنصری با علامت اختصاری As و عدد اتمی 33 می باشد. آرسنیک یک عنصر طبیعی و شبه فلزی سمی است . آرسنیک در آب هوا و خاک یافت می شود. دو شکل از آرسنیک وجود دارد: آلی، حاوی کربن و غیر آلی که دارای کربن نیستند. آرسنیک در پایدار ترین حالت عنصری خود یک جامد خاکستری فولادی و شکننده با هدایت حرارتی و الکتریکی  کم است.

رزین حذف آرسنیک چگونه عمل می‌کند؟

اصل روش تبادل یونی شامل استفاده از زرین های تبادل آنیونی با یون های قابل تعویض است که با یون های آرسنیک موجود در آب براب حذف آرسنیک واکنش نشان می‌دهند.

گروه های عاملی موجود در حفره های این رزین ها دارای بار الکتریکی هستند و می توانند با یون های موجود در آب واکنش دهند.

آرسنیک در آب به صورت یون‌های آرسنات و آرسنیت وجود دارد. هنگامی که آبی، حاوی این یون ها است از قسمت رزین عبور می کند،یون های آرسنیک به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی به گروه های عاملی رزین چسبیده و جایگزین یون های دیگری می‌شوند که قبلا به رزین چسبیده بودند.

این فرایند به طور کلی به سه مرحله تقسیم بندی می‌شوند.

• تماس آب با رزین
• تبادل یونی
• احیای رزین

تماس آب با رزین

آب زیر زمینی یا هر آبی که دارای آرسنیک است با رزین تماس پیدا می کند. یون های آرسنیک از مایع به سطح رزین نفوذ می کنند. یون های آرسنیک به گروه های عاملی فعال روی سطح رزین جذب می شوند.

تبادل یونی

یون های آرسنیک که به سطح رزین جذب شده اند، با یون های دیگری که قبلا به رزین متصل بوده‌اند، جایگزین می شوند. آرسنیک از از سطح رزین به درون ذرات رزین نفوذ می کند و و جایگزین یون های موجود در داخل ذرات می شود. این مکانیسم تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که تعادل بین غلظت یون های ارسنیک در آب و رزین برقرار شود.

احیای رزین:

بعد از گذشت مدتی، ظرفیت جذب رزین برای یون های آرسنیک کاهش می یابد و رزین اشباع می شود. برای برگردادن ظرفیت جذب رزین، از یک محلول شیمیایی استفاده می شود. این محلول یون های ارسنیک را از رزین جدا کرده و آن ها را به محلول منتقل می کند. پس از احیا، رزین با آب شسته می شود تا باقی مانده‌های محلول احیا کننده از روی آن حذف شود.

کاربرد رزین حذف آرسنیک در فرآیند های گسترده‌ای کاربرد دارد.

از جمله:

1. اکسیداسیون: یکی از مراحل بسیار مهم در فرآیند حذف آرسنیک از آب به کمک رزین های تبادل یونی است. آرسنیک معمولاً در اکسیداسیون به دو حالت آرسنیت و آرسنات در آب وجود دارد. رزین های تبادل یونی آرسنات را بهتر جذب می کنند. آرسنات به دلیل بار منفی بیشتر، بهتر به گروه های عاملی رزین های آنیونی می چسبد.
2. پیش فیلتراسیون: رزین حذف آرسنیک در پیش فیلتراسیون، به عنوان یک دفاع در برابر این اسید سمی عمل می کنند. این رزین ها معمولاً در ابتدای سیستم های تصفیه آب قرار می گیرند تا آب خام ورودی را قبل از ورود به مراحل بعدی تصفیه، از آرسنیک پاکسازی کنند.
3. پساب شستشوی معکوس: پساب شستشوی معکوس در سیستم های تصفیه آب، به ویژه در سیستم هایی که از فیلتر نیمه تراوا استفاده می کنند، تولید می شود. این پساب ها معمولاً حاوی غلظت بالایی از آرسنیک هستند. در این فرآیند، جهت جریان آب برعکس شده و با فشار زیاد از فیلتر یا رزین ها عبور می کند تا ذرات و مواد جامد گرفتار در آن را خارج کند. برای حذف آرسنیک از رزین های حذف آرسنیک استفاده می‌کنند. در این حالت با حذف آرسنیک،خطر آلودگی محیط زیست هم پایین می‌آید.

کاربرد های رزین حذف آرسنیک

• تصفیه آب آشامیدنی:

اصلی ترین کاربرد رزین حذف آرسنیک، حذف این عنصر سمی از آب آشامیدنی است که می‌تواند سلامت انسان را به خطر بیندازد. با حذف آرسنیک توسط روش تبادل یونی، کیفیت کلی آب آشامیدنی بهبود پیدا می کند و برای مصارف خانگی و صنعتی مناسب تر است.

• صنایع داررویی:

در صنایع دارویی، آب با کیفیت بسیار بالا برای تولید داروها مورد نیاز است. رزین حذف آرسنیک برای حذف آرسنیک از آب مورد آستفاده در فرآیند تولید دارو به کار می روند.

• صنایع غذایی:

در تولید نوشیدنی هایی مانند آب معدنی، آبمیوه و نوشابه های گازدار، استفاده از آب با کیفیت بالا ضرروری است. در تولید محصولات لبنی مانند شیر،پنیر و ماست استفاده از آب با کیفیت بالا برای شستشوی تجهیزات و تولید محصولات ضروری است.

• صنایع شیمیایی:

بسیاری از صنایع شیمیایی، پساب هایی تولید می‌کنند که حاوی آرسنیک هستند. استفاده از رزین های حذف آرسنیک برای تصفیه این پساب ها قبل از تخلیه به محیط زیست ضروری است. برای تولید مواد شیمیایی با خلوص بالا، از آب تصفیه شده با رزین حذف آرسنیک استفاد می شود.

• صنایع کشاورزی:

در برخی مناطق، آب های زیر زمینی مورد استفاده برای آبیاری محصولات کشاورزی الوده به آرسنیک هستند. استفاده از روش تبادل یونی، برای تصفیه این آب ها قبل از آبیاری، از ورود آرسنیک به زنجیره ِغذایی جلوگیری می‌کند.

• صنعت برق:

در نیروگاه های حرارتی، برای تولید بخار با کیفیت بالا از آب تصفیه شده با رزین استفاده می شود.

مزایای رزین حذف آرسنیک

1. کارایی بالا
2. انتخاب پذیری بالا
3. استفاده آسان
4. انتخاب پذیری بالا
5. سازگار با محیط زیست
6. کاربرد گسترده و وسیع در صنایع مختلف
7. هزینه مناسب
8. حذف همزمان سایر آلاینده ها

معایب رزین حذف آرسنیک

1. هزینه اولیه بالا
2. هزینه‌های نگهداری
3. نیاز به تخصص بالا
4. تولید پساب های سمی
5. اشتغال فضا
6. حساسیت به شرایط عملی