مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف سلنیوم (Se) از آب و فاضلاب به دلیل سمیت بالا (اثراتی مانند آسیب به سیستم عصبی و سرطانزایی) و حضور آن در پساب صنایعی مانند معادن، نیروگاه‌های زغال‌سوز، صنایع الکترونیک و کشاورزی، از چالش‌های مهم در تصفیه آب است. سلنیوم معمولاً به صورت آنیون‌های سلنات (SeO₄²⁻) و سلنیت (SeO₃²⁻) وجود دارد. در ادامه روش‌های سنتی و نوین حذف سلنیوم، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف سلنیوم:

1. ترسیب شیمیایی (Chemical Precipitation):

   • استفاده از نمک‌های فلزی مانند کلرید آهن (FeCl₃) یا سولفات آلومینیوم (Al₂(SO₄)₃) برای تشکیل ترکیبات نامحلول سلنیوم.

   • فرمول واکنش:

     ↓Fe3++SeO32−​→FeSeO3

   • مزایا: ساده و کم‌هزینه.

   • معایب: تولید لجن سمی و نیاز به دفع ایمن.

2. جذب سطحی (Adsorption):

   • استفاده از جاذب‌هایی مانند اکتیو آلومینا (Al₂O₃)، اکسید آهن یا زئولیت‌ها.

   • فرمول جذب:

     SeO32−​+Adsorbent→Se-Adsorbent

   • مزایا: مناسب برای غلظت‌های پایین.

   • معایب: ظرفیت جذب محدود و نیاز به احیای جاذب.

3. تبادل یونی (Ion Exchange):

   • استفاده از رزین‌های تبادل آنیونی انتخابی برای جایگزینی سلنات/سلنیت با یون‌های کلرید (Cl⁻).

   • فرمول کلی:

     R-Cl+SeO42−→R-SeO4+2Cl−R-Cl+SeO42−​→R-SeO4​+2Cl−

   • مزایا: بازده بالا (~۹۰٪).

   • معایب: هزینه بالای رزین و نیاز به احیای دوره‌ای.

روش‌های نوین حذف سلنیوم:

1. کاهش شیمیایی با نانوذرات (Nanoparticle Reduction):

   • استفاده از نانوذرات آهن صفرظرفیتی (nZVI) برای کاهش سلنات/سلنیت به سلنیوم عنصری (Se⁰) غیرسمی.

   • فرمول واکنش:

     SeO42−​+Fe0+H+→Se0↓+Fe2++H2​O

   • مزایا: تبدیل سلنیوم به شکل کم‌خطر و عدم تولید لجن.

2. الکتروکواگولاسیون (Electrocoagulation):

   • استفاده از الکترودهای آهن یا آلومینیوم و جریان الکتریکی برای تولید هیدروکسیدهای فلزی که سلنیوم را جذب می‌کنند.

   • فرمول واکنش:

     -Al→Al3++3e
   • ↓Al3++SeO32−​+OH−→Al(OH)3​⋅SeO3​

   • مزایا: حذف همزمان چند آلاینده.

3. فناوری غشایی (Membrane Technology):

   • اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF):

     • مکانیسم: جداسازی سلنیوم بر اساس اندازه و بار الکتریکی.

     • بازده: ۹۵–۹۹٪ حذف سلنیوم.

   • مزایا: مناسب برای سیستم‌های صنعتی.

   • معایب: هزینه بالای انرژی و گرفتگی غشاها.

4. زیست‌پالایی (Bioremediation):

   • استفاده از باکتری‌های کاهنده (مانند Thauera و Enterobacter) برای تبدیل سلنات/سلنیت به سلنیوم عنصری (Se⁰).

   • فرمول واکنش:

     ↓SeO42​→−​باکتری‌هاSe0

   • مزایا: سازگار با محیط زیست و کم‌هزینه.

   • معایب: نیاز به کنترل دقیق دما و pH.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• pH:

  • ترسیب شیمیایی: pH ~۴–۶ برای جذب سلنیت روی اکسید آهن.

  • زیست‌پالایی: pH ~۷–۸ برای فعالیت بهینه باکتری‌ها.

• پتانسیل اکسیداسیون-کاهش (ORP):

  • حفظ ORP منفی (~-۲۰۰ تا -۴۰۰ mV) برای فرآیندهای کاهشی.

• غلظت ماده آلی (COD):

  • نسبت COD:Se ~۵:۱ برای فعالیت میکروبی.

• زمان تماس: ۱–۴ ساعت برای جذب سطحی و الکتروکواگولاسیون.

فرمول‌های کلیدی:

• محصول انحلال (Ksp) برای FeSeO₃:

  Ksp​=[Fe3+][SeO32−​]=1.6×10−29

• ایزوترم جذب فروندلیش:

• ln⁡qe=ln⁡KF+(1/n)ln⁡Ce​

ساخت و اجرا:

1. طراحی سیستم:

   • برای غلظت‌های بالا: ترکیب ترسیب شیمیایی با فیلتراسیون.

   • برای غلظت‌های پایین: استفاده از نانوذرات nZVI یا سیستم‌های غشایی.

2. مواد و تجهیزات:

   • مواد شیمیایی (FeCl₃، Al₂(SO₄)₃)، رزین‌های تبادل یونی، نانوذرات آهن، غشاهای RO/NF.

3. نصب و راه‌اندازی:

   • ساخت راکتورهای اختلاط سریع، سلول‌های الکتروشیمیایی یا بیورآکتورهای میکروبی.

   • نصب سنسورهای pH، ORP و کنترلرهای جریان.

4. نگهداری:

   • دفع ایمن لجن‌های حاوی سلنیوم، احیای رزین‌ها و تمیزکاری غشاها.

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند ترسیب شیمیایی و تبادل یونی به دلیل سادگی، هنوز در صنعت استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند نانوذرات nZVI، الکتروکواگولاسیون و زیست‌پالایی به دلیل بازده بالا، کاهش تولید لجن و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند. انتخاب روش نهایی باید بر اساس فرم شیمیایی سلنیوم (سلنات/سلنیت)، غلظت و هزینه پروژه انجام شود. بهینه‌سازی پارامترهایی مانند pH، ORP و زمان تماس، نقش کلیدی در افزایش بازده دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب