مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف نقره در تصفیه آب و فاضلاب

۱. روش‌های سنتی

الف. رسوب‌سازی شیمیایی (Chemical Precipitation)

• مکانیسم:

  • افزودن عوامل رسوب‌دهنده مانند سولفید (S²⁻) یا هیدروکسید (OH⁻) برای تشکیل ترکیبات نامحلول نقره:

    • سولفید نقره (Ag₂S):

      2Ag++S2−→Ag2​S↓(Ksp​=6.3×10−51)

    • هیدروکسید نقره (AgOH):

      Ag++OH−→AgOH↓(Ksp​=2.0×10−8)

• مواد شیمیایی:

  • سدیم سولفید (Na₂S)، آهک (Ca(OH)₂)، یا سولفات آهن (FeSO₄).

• مزایا: هزینه پایین، سادگی اجرا.

• معایب: تولید لجن، نیاز به مدیریت پساب.

ب. تبادل یونی (Ion Exchange)

• مکانیسم:

  • جایگزینی یون‌های نقره (Ag⁺) با یون‌های بی‌ضرر (مثل Na⁺) روی رزین.

  • فرمول کلی:

    +R-Na+Ag+→R-Ag+Na

• رزین‌های رایج: رزین‌های کاتیونی سولفونیک اسید.

• ظرفیت رزین: ۲–۵ میلی‌اکیوالان بر گرم (meq/g).

• احیای رزین: استفاده از NaCl غلیظ.

ج. جذب سطحی (Adsorption)

• مواد جاذب: کربن فعال، زئولیت، یا اکسیدهای فلزی.

• فرمول ایزوترم جذب فروندلیچ:

  qe​=Kf​⋅Ce1/n​

  • qe​: ظرفیت جذب (mg/g)، Ce​: غلظت تعادلی (mg/L).

۲. روش‌های نوین

الف. فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

• انواع:

  • اسمز معکوس (RO): حذف ۹۵–۹۹٪ یون‌های نقره.

  • نانوفیلتراسیون (NF): مناسب برای نقره یونی و کلوئیدی.

• شار غشایی: ۱۰–۳۰ LMH (لیتر بر متر مربع در ساعت).

ب. الکتروکوآگولاسیون (Electrocoagulation)

• مکانیسم:

  • استفاده از الکترودهای آهن یا آلومینیوم برای تولید یون‌های فلزی که با Ag⁺ ترکیب شده و رسوب می‌کنند.

  • واکنش آند:

    -Fe→Fe2++2e

  • تشکیل هیدروکسید فلزی:

    ↓Fe2++2OH−→Fe(OH)2​

• فرمول فارادی:

  (m=(I⋅t⋅M)/(n⋅F​

  • m: جرم نقره حذف‌شده (g)، I: جریان (A)، t: زمان (ثانیه)،

ج. نانوتکنولوژی (Nanotechnology)

• نانوجاذب‌ها:

  • نانوذرات اکسید آهن (Fe₃O₄) یا نانوکربن با سطح ویژه بالا.

  • ظرفیت جذب: تا ۱۵۰ mg/g برای Ag⁺.

د. بازیافت نقره به روش الکترولیز

• مکانیسم:

  • کاهش الکتروشیمیایی Ag⁺ به Ag⁰ روی کاتد.

  • واکنش کاتد:

    ↓Ag++e−→Ag

• کاربرد: صنایع عکاسی و الکترونیک برای بازیافت نقره.

۳. بهینه‌سازی روش‌ها

روش هزینه راندمان مدیریت پسماند کاربرد

رسوب‌سازی کم۸۰–۹۰٪لجن خطرناک صنایع کوچک

تبادل یونی متوسط ۹۵–۹۹٪احیای رزین آب‌های با غلظت پایین

الکتروکوآگولاسیون بالا۹۰–۹۸٪ لجن فلزی پساب‌های صنعتی

نانوجاذب‌ها بسیار بالا ۹۵–۹۹٪ بازیافت نانو ذرات سیستم‌های پیشرفته

۴. فرمول‌های کلیدی

• محاسبه دوز مواد شیمیایی در رسوب‌سازی:

  دوز سولفید (mg/L)=خلوص ماده/(غلظت Ag⁺ (mg/L)×۱.۲)

• ظرفیت رزین تبادل یونی:

  عمر رزین (روز)=(غلظت Ag⁺ (meq/L)×دبی (m³/day))/(ظرفیت رزین (meq/g)×جرم رزین (kg))

۵. ساخت و اجرا

الف. سیستم رسوب‌سازی

• تجهیزات:

  • مخزن اختلاط سریع، تهنشینی، و سیستم جمع‌آوری لجن.

• مواد: پلی‌اتیلن یا فولاد ضدزنگ.

ب. سیستم الکتروکوآگولاسیون

• اجزا:

  • الکترودهای آهنی، منبع تغذیه DC، مخزن واکنش.

• پارامترها: ولتاژ ۱۰–۳۰ ولت، زمان تماس ۲۰–۴۰ دقیقه.

ج. سیستم نانوجاذب

• اجرا:

  • تزریق نانوذرات به جریان آب و جداسازی با فیلتراسیون یا سانتریفیوژ.

۶. نتیجه‌گیری

• روش سنتی: رسوب‌سازی شیمیایی برای صنایع کوچک مقرون‌به‌صرفه است.

• روش نوین: الکتروکوآگولاسیون و نانوتکنولوژی برای حذف با راندمان بالا پیشنهاد می‌شود.

• بهینه‌سازی: ترکیب روش‌ها (مثل پیش‌تصفیه با رسوب‌سازی + فیلتراسیون غشایی) برای کاهش هزینه و افزایش راندمان.

• مدیریت پسماند: بازیافت نقره از لجن یا الکترولیز برای کاهش آلودگی محیط زیست.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب