روش بیوجذب به منظور کاهش و حذف فلزات سنگین از فاضلاب های صنعتی

یکــی از مهمتــرین مســائل دنیــاي امــروز، آلــودگی محــیط زیســت بــه فلــزات ســنگین ســمی و خطرنــاك می باشد. روشهای متداول حذف فلزات سنگین از محیط آبی شامل ترسـیب شـیمیایی، تعـویض یـون، جـذب سـطحی، فرآیند های غشـــایی و فرآینـــدهای اکسیداســـیون و احیـــا مـــی شـــود کـــه روشـــهایی گـــران قیمـــت و بـــا هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری بالا می باشند.

بدین ترتیب، براي حذف مؤثر فلزات سـنگین از آب و فاضـلاب بهداشتی، نیاز مبرمی به توسعه روشی جدید، ارزان قیمت و اقتصادي وجود دارد. براي پاسـخگویی بـه ایـن نیـاز در سـالهاي اخیـر مطالعات در زمینه بیوجذب (Biosorption) شدت گرفته است.

بیوجذب، جذب فیزیکوشیمیایی فلزات سـنگین توسـط میکروارگانیزم هاي غیر زنده (باکتري، قارچ، جلبک) و سایر اجرام آلی (مانند سبوس برنج، پوسـت میـوه، بـرگ و پوسـت درختان و …) است. مزایاي فرآیند بیوجذب در مقایسه با روشهاي متداول حذف فلزات سنگین شـامل مقـرون بـه صـرفه بودن و کم کردن هزینه های تصفیه فاضلاب، خاصیت جذب انتخابی، قابلیت احیاي بیوجاذب و بازیافت فلزات، بالا بودن سرعت فرآیند و عـدم تولیـد لجـن مـی باشد.

با استفاده از روشهاي پیش تصفیه فیزیکی و تصفیه شیمیایی، می توان عملکرد بیوجـاذب هـا (Biosorbent) را بهبـود بخشید. مطالعات صورت گرفته در زمینه بیوجذب نشان می دهد که بعضی از بیوجاذب هـا ظرفیـت جـذب بـالایی بـراي فلزات سنگین دارند.

معرفی این مواد آلی به صنعت، منجر به تولید برخی محصولات تجاري گردیده که از آنها در مقیاس واقعی براي حذف فلزات سنگین در تصفیه فاضلاب استفاده می شود. بدین ترتیب با رواج این تکنولوژي ارزان قیمت، گام مهمی در جهت بهبود کیفیت محیط زیست برداشته خواهد شد.

معرفی فرآیند بیوجذب

برخی بیوجاذب ها (Biosorbent) با ظرفیت بالاي جذب خود، قادر بـه رقابـت بـا تکنولوژی هـاي متـداول در حذف فلزات سنگین هستند. اگرچه مهمترین فاکتور در مقایسه بیوجاذب ها با یکدیگر و سایر روشهاي حذف فلزات سنگین، ظرفیت جـذب بـراي فلـز مورد نظر می باشد. اما از آنجایی که شرایط آزمایش (دما، pH، غلظت اولیه فلـز، نسـبت جـذب شـونده بـه جـاذب و …)، ظرفیت جذب را تحت تأثیر قرار می دهد.

براي انجام مقایسه باید این شرایط را نیز مد نظر قرار داد که این امـر، مقایسـه نتایج مطالعات مختلف را مشکل می کند.

در سالهاي اخیر تحقیقات در مورد بیوجاذب ها بر روي مواد آلی زایداتی (مانند زایـدات فرآینـد تخمیـر و لجـن فعال تولید شده در تصفیه خانه های فاضلاب) و اجرام آلی فـراوان در محـیط زیسـت (ماننـد جلبکهـاي دریـایی) متمرکز شده است.

مزایای فرآیند بیوجذب

مزایاي فرآیند بیوجذب در مقایسه با روشهاي متداول حذف فلزات سنگین به صـورت زیـر مـی باشـد:

• مقرون به صرفه بودن: به دلیل فراوانی بیوجاذب ها در طبیعت و ضایعات صـنایع مختلـف، ایـن مـواد ارزان قیمت می باشند.

قیمت بیوجاذب هاي تجارتی حدود 10-15 دلار بر کیلوگرم می باشد، در حالیکه قیمت رزینهـای تبـادل یون 30-50 دلار بر کیلوگرم است. برآوردها نشان می دهد که استفاده از روش بیوجذب در مقایسه بـا روشهای متـداول حذف فلزات سنگین %20 هزینه های سرمایه گذاري، %36 هزینه های بهره برداری و %28 هزینه هاي کل تصفیه فاضلاب شهری را کاهش می دهد.

• خاصیت انتخابی در حذف فلزات: بررسی عملکرد انواع بیوجاذب ها نشان مـی دهـد کـه ایـن مـوارد تمایـل متفاوتی نسبت به جذب فلزات مختلف از خود نشان می دهند که این خاصیت بستگی بـه عوامـل مختلـف از جملـه نـوع بیومس، نوع پیش تصفیه، ترکیب و شرایط فیزیکو شیمیایی محلول دارد.

• قابلیت احیاي بیوجاذب
• امکان بازیافت فلزات
• بالا بودن سرعت فرآیند

• عدم تولید لجن، درجه تصفیه بسیار بالا و رعایت سختگیرانه ترین استانداردهای محیط زیست

مکانیزم هاي مؤثر در فرآیند بیوجذب

با انجام مطالعات جذب و وا جذب، اطلاعاتی در مورد مکانیزم هاي بیوجذب به دسـت آمـده اسـت. بـراي درك فرآیند بیوجذب باید چگونگی و نوع پیوندهاي ایجاد شده بین بیوجاذب و فلزات را تعیین نمود که ایـن اطلاعـات اسـاس مدلسازي ریاضی فرآیند نیز می باشد.

مکانیزم هاي اثبات شده فعال در فرآیند بیوجذب شامل موارد زیر است:

• جذب سطحی
• تعویض یون
• کیلاته کردن
• Microprecipitation
• واکنشهاي اکسیداسیون و احیاء

با توجه به نوع بیوجاذب چند مکانیزم به طور همزمان در فرآیند بیوجذب عمـل حـذف فلـزات را بـه انجـام مـی رسانند.