حذف آهن در تصفیه آب – حذف آهن از آب

حذف آهن در تصفیه آب یکی از مراحل مهم برای بهبود کیفیت آب شرب و جلوگیری از بروز مشکلاتی نظیر تغییر رنگ، طعم بد و رسوب‌گذاری در لوله‌ها و وسایل خانگی است. در زیر روش‌هایی برای حذف آهن از آب آورده شده است:

اکسیداسیون و فیلتراسیون در حذف آهن در تصفیه آب:

اکسیداسیون و فیلتراسیون دو مرحله کلیدی در حذف آهن از آب هستند که می‌توانند به طور مؤثری کیفیت آب شرب را بهبود بخشند.

اکسیداسیون: آهن محلول (آهن ۲+) با افزودن مواد اکسید کننده مانند کلر یا پرمنگنات پتاسیم به آهن متصل (آهن ۳+) تبدیل می‌شود.

بیشتر بخوانید: تصفیه فاضلاب بهداشتی

مواد اکسید کننده معمول:

• کلر: اثری قوی در اکسید کردن آهن دارد و معمولاً به عنوان یک روش اقتصادی و موثر به کار می‌رود.
• پرمنگنات پتاسیم : در غلظت‌های پایین می‌تواند آهن را اکسید کند و در خوراک‌های آب شرب کاربرد دارد.
• هیدروژن پراکسید : این ماده نیز می‌تواند به اکسیداسیون آهن کمک کند و به طور مکرر در تصفیه آب استفاده می‌شود.

فیلتراسیون: این آهن اکسید شده سپس با استفاده از فیلترهای شن، کربن یا فیلترهای مخصوص حذف می‌شود.

بیشتر بخوانید: حذف سیلیس در تصفیه آب

انواع فیلترها:

• فیلترهای شن و ماسه: این فیلترها ذرات ریز آهن را از آب جدا می‌کنند. معمولاً از چند لایه شن و ماسه با اندازه‌های مختلف تشکیل شده‌اند.
• فیلترهای کربن فعال: این فیلترها علاوه بر حذف آهن، به بهبود طعم و بوی آب نیز کمک می‌کنند.
• فیلترهای خاص آهن: فیلترهایی که به طور خاص برای حذف آهن طراحی شده‌اند، معمولاً ترکیبی از مواد مختلف را شامل می‌شوند تا به بهینه‌سازی فرآیند حذف آهن کمک کنند.

بیشتر بخوانید: مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب

روش‌های شیمیایی در حذف آهن در تصفیه آب:

• افزودن مواد شیمیایی مانند آهک یا سولفات آلومینیوم که می‌توانند به رسوب آهن کمک کنند.

بیشتر بخوانید: تصفیه فاضلاب صنعتی

استفاده از مواد اکسید کننده

اضافه کردن مواد اکسید کننده به آب باعث تبدیل آهن به فرم غیر محلول و رسوب آن می‌شود.

• آهک (کلسیم هیدروکسید): با افزودن آهک به آب، pH آن افزایش یافته و آهن به شکل غیر محلول رسوب می‌کند. این روش به ویژه در سیستم‌های تصفیه طبیعی و بیولوژیکی استفاده می‌شود.

• سولفات آلومینیوم: این ماده می‌تواند به عنوان یک منعقدکننده عمل کرده و به حذف ذرات معلق و آهن کمک کند. با افزایش غلظت این ماده در آب، ذرات آهن به هم می‌چسبند و به صورت رسوبات بزرگ‌تر درآمده و سپس از آب جدا می‌شوند.

• مواد منعقد کننده مانند پلی‌الکترولیت‌ها: این مواد به بهبود فرایند جمع آوری و حذف ذرات آهن کمک می‌کنند.

2. فیلترهای آهن در حذف آهن در تصفیه آب:استفاده از فیلترهای خاصی که طراحی شده‌اند تا آهن را از آب حذف کنند، مانند فیلترهای بیولوژیکی یا فیلترهای حاوی زئولیت.

بیشتر بخوانید: سپتیک تانک چربی‌ گیر

فیلترهای رسانه‌ای

این نوع فیلترها به طور خاص برای حذف آهن طراحی شده‌اند و معمولاً شامل انواع زیر هستند:

• فیلترهای کربن فعال:
  • این فیلترها می‌توانند به رفع بوی و طعم نامطبوع و همچنین حذف ذرات آهن کمک کنند. کربن فعال معمولاً به شکل دانه‌های ریز وجود دارد و می‌تواند مواد آلی و برخی فلزات سنگین را جذب کند.
• فیلترهای یادبود آهن:
  • شامل چندین لایه از مواد مختلف هستند که به‌طور خاص برای حذف آهن طراحی شده‌اند. آن‌ها به مکانیزم اکسیداسیون و رسوب کمک می‌کنند.

بیشتر بخوانید: اسکرابر پلی اتیلن

فیلترهای شن و ماسه

• این فیلترها معمولاً از لایه‌های مختلف شن و ماسه تشکیل شده‌اند که ذرات ریز آهن اکسید شده را از آب جدا می‌کنند. آب از میان لایه‌های مختلف عبور کرده و ذرات ناخالصی شامل آهن و رسوبات دیگر در لایه‌ها به دام می‌افتند.

بیشتر بخوانید: پکیج واحد ته نشینی ( زلال ساز ) فاضلاب

فیلترهای رسوبی

• این نوع فیلترها به طور خاص برای جمع‌آوری ذرات معلق (مانند آهن) طراحی شده‌اند. آن‌ها می‌توانند با استفاده از مکانیزم‌های مختلف شامل گرانول‌های رسوب‌دهنده و مواد دیگر، آهن را حذف کنند.

بیشتر بخوانید: تصفیه بیولوژیکی به روش BNR

فیلترهای بیولوژیکی

• این فیلترها از باکتری‌ها و ارگانیزم‌های زنده برای حذف آهن استفاده می‌کنند. باکتری‌ها می‌توانند به اکسید کردن و رسوب آهن کمک کنند، بنابراین این نوع فیلترها علاوه بر حذف آهن، به تصفیه بیولوژیکی آب نیز کمک می‌کنند.

بیشتر بخوانید: پکیج تصفیه فاضلاب صنایع فولاد

فیلترهای تحت فشار

• این فیلترها به طور خاص طراحی شده‌اند تا تحت فشار عمل کنند و می‌توانند شامل روش‌های مختلف از جمله استفاده از غشا (ممکن است در روش‌های اسمز معکوس گنجانده شوند) باشند. این فیلترها می‌توانند ذرات آهن را در آب‌های با غلظت بالاتر حذف کنند.

بیشتر بخوانید: تصفیه فاضلاب صنایع شیمیایی و صنایع پتروشیمی

اسمز معکوس در حذف آهن در تصفیه آب :

• در این روش، آب تحت فشار از غشای نیمه‌نفوذپذیر عبور کرده و ناخالصی‌ها از جمله آهن حذف می‌شوند.

اصول اسمز معکوس

اسمز معکوس به معنای عبور آب از یک غشای نیمه‌نفوذپذیر تحت فشار است. در این فرآیند، فشار بر روی آب باعث می‌شود که مولکول‌های آب از غشای خاصی عبور کنند، در حالی که ذرات و آلاینده‌های بزرگ‌تر (از جمله یون‌های آهن) نمی‌توانند از آن عبور کنند و در نتیجه در سمت دیگر غشاء باقی می‌مانند.

بیشتر بخوانید: پکیج تصفیه فاضلاب کشتارگاه

مراحل فرآیند اسمز معکوس در حذف آهن

پیش تصفیه

قبل از ورود آب به سیستم اسمز معکوس، معمولاً نیاز به پیش تصفیه وجود دارد. این مرحله شامل موارد زیر است:

• حذف ذرات بزرگ: از فیلترهای شن و ماسه و یا فیلترهای کربن فعال برای از بین بردن ذرات معلق و مواد آلی استفاده می‌شود.
• کنترل :pH برای بهبود عملکرد غشاء و کاهش مسدود شدن آن، ممکن است pH آب به سطح مطلوبی تنظیم شود.
• اکسیداسیون آهن:  اگر آهن به صورت ۲+ (محلول) باشد، ممکن است نیاز به اکسیداسیون اولیه داشته باشد تا به فرم ۳+ (نامحلول) تبدیل شود. اما در بسیاری از سیستم‌های RO، خود آهن نیز می‌تواند حذف شود.

بیشتر بخوانید: پکیج تصفیه فاضلاب بیمارستانی

عبور از غشا

• پس از پیش تصفیه، آب به داخل واحد RO هدایت می‌شود. فشار بالا (معمولاً ۵۰ تا ۸۰ بار) به آب اعمال شده و باعث عبور مولکول‌های آب از غشای نیمه‌نفوذپذیر می‌شود. در این مرحله، یون‌های آهن و سایر آلاینده‌ها باقی مانده و در پشت غشاء تجمع می‌یابند.

بیشتر بخوانید: پکیج صفیه فاضلاب آبکاری

تصفیه بیولوژیکی در حذف آهن در تصفیه آب:

• استفاده از باکتری‌ها و ارگانیزم‌های زنده که قادر به حذف آهن از آب هستند.

بیشتر بخوانید: پکیج تصفیه فاضلاب صنایع لبنی

اصول تصفیه بیولوژیکی

تصفیه بیولوژیکی شامل استفاده از میکروارگانیسم‌هایی است که به طور طبیعی قادر به اکسید کردن آهن (Fe²⁺ به Fe³⁺) و به دنبال آن رسوب آن هستند. این میکروارگانیسم‌ها می‌توانند شامل باکتری‌ها، قارچ‌ها، و پروتوزوآها باشند.

بیشتر بخوانید: پکیج حذف فلزات سنگین از فاضلاب

مراحل تصفیه بیولوژیکی آهن

اکسیداسیون بیولوژیکی

• باکتری‌های اکسید کننده آهن: نوع خاصی از باکتری‌ها به نام باکتری‌های اکسید کننده آهن مانند  می‌توانند آهن ۲+ را به آهن ۳+ اکسید کرده و در نتیجه سبب تشکیل رسوبات نامحلول آهن شوند.
• مکانیسم: این باکتری‌ها الکترون‌های آزاد آهن را از اکسیداسیون آهن دریافت کرده و سپس آن را به شکل نامحلول معمولاً به صورت آهن هیدروکسید، تبدیل می‌کنند.

بیشتر بخوانید: پکیج تصفیه فاضلاب بی هوازی

رسوب‌دهی

• پس از اکسیداسیون آهن، ذرات آهن اکسید شده به عنوان رسوب در سیستم تصفیه بیولوژیکی باقی می‌مانند. معمولاً این رسوبات به الگوهای لخته‌زنی و رسوب‌گذاری کمک می‌کنند و در نهایت می‌توان آن‌ها را با استفاده از روش‌های فیزیکی مانند فیلتراسیون یا ته‌نشینی جدا کرد.

بیشتر بخوانید: چربی گیر فاضلاب به روش DAF و CPI

سیستم‌های تبادل یونی در حذف آهن در تصفیه آب

• استفاده از رزین‌های تبادل یونی که می‌تواند یون‌های آهن را با یون‌های دیگر تعویض کند.

اصول کار سیستم‌های تبادل یونی

در سیستم‌های تبادل یونی، رزین‌های خاصی استفاده می‌شوند که به عنوان واسط عمل می‌کنند. این رزین‌ها می‌توانند یون‌های خاصی را از آب جذب کرده و در عوض یون‌های دیگری را آزاد کنند.

بیشتر بخوانید: ایستگاه پمپاژ آب و فاضلاب

نوع‌های رزین

• رزین‌های کاتیونی: این نوع رزین‌ها به شکل کاتیون (یون‌های مثبت) عمل می‌کنند و می‌توانند یون‌های آهن را از آب حذف کنند. آن‌ها به طور معمول با یون‌هایی مانند سدیم یا کلسیم جایگزین می‌شوند.
• رزین‌های آنیونی: این رزین‌ها برای حذف آنیون‌ها (یون‌های منفی) به کار می‌روند و می‌توانند به طرز مؤثری به حذف یون‌های دیگر کمک کنند.

بیشتر بخوانید: ابزار دقیق

مراحل عملکرد سیستم‌های تبادل یونی در حذف آهن

ورود آب به سیستم

آب ملتهب و رسوب‌دار از طریق فیلتر‌های اولیه به سیستم تبادل یونی وارد می‌شود. این فیلتر‌ها می‌توانند ذرات بزرگتر و رسوبات را از بین ببرند.

بیشتر بخوانید:‌ پکیج تزریق مواد شیمیایی

فرآیند تبادل یونی

• تبادل یونی: در این مرحله، یون‌های آهن موجود در آب با یون‌های رایگان که بر روی سطح رزین قرار دارند، جابجا می‌شوند. به عنوان مثال، وقتی آب حاوی آهن از رزین کاتیونی عبور می‌کند، آهن جذب رزین می‌شود و به جای آن یون‌های سدیم آزاد می‌شوند.
• راندمان حذف: این فرآیند می‌تواند تا ۹۰-۹۹ درصد آهن موجود در آب را حذف کند.

بیشتر بخوانید: قطره گیر تیغه ای

احیای رزین

بعد از مدت زمان مشخصی که بسته به غلظت آهن و مقدار آب مورد تصفیه متفاوت است، رزین‌ها اشباع می‌شوند و نیاز به احیاء دارند. این کار معمولاً با استفاده از محلول نمکی (برای رزین‌های کاتیونی) انجام می‌شود تا یون‌های آهن از رزین خارج شده و یون‌های سدیم دوباره بر روی رزین بارگذاری شوند.

بیشتر بخوانید: زباله سوز

روش های حذف آهن از آب

حذف آهن از آب به دلایل مختلفی مانند بهبود طعم و بو، جلوگیری از تشکیل لکه‌های زرد و قهوه‌ای روی سطوح، و حفاظت از تجهیزات و لوله‌ها ضروری است. آهن در آب به دو شکل اصلی یافت می‌شود: آهن محلول (آهن فرو) و آهن نامحلول (آهن فریک). در اینجا روش‌های مختلف حذف آهن از آب توضیح داده شده است:

1. هوادهی (Aeration)

هوادهی یکی از ساده‌ترین و مؤثرترین روش‌ها برای حذف آهن محلول است. در این روش، آب با هوا ترکیب می‌شود تا آهن محلول (Fe²⁺) اکسید شده و به آهن نامحلول (Fe³⁺) تبدیل شود که به‌صورت رسوب قابل حذف است.

بیشتر بخوانید: بگ فیلتر

• مزایا:
  • اقتصادی و سازگار با محیط زیست.
  • نیازی به مواد شیمیایی ندارد.
• معایب:
  • نیاز به فضای بزرگ برای سیستم هوادهی.
  • مناسب برای غلظت‌های کم آهن.

2. استفاده از فیلتر شنی

فیلتر شنی برای حذف آهن نامحلول استفاده می‌شود. پس از هوادهی یا اضافه کردن مواد اکسیدکننده، رسوبات آهن در فیلتر شنی به دام می‌افتند.

• مزایا:
  • ساده و کارآمد.
  • هزینه نگهداری پایین.
• معایب:
  • نیاز به شستشوی مداوم فیلتر.
  • مناسب برای آهن نامحلول.

3. استفاده از مواد اکسیدکننده

مواد شیمیایی اکسیدکننده مانند کلر، پرمنگنات پتاسیم، و ازن می‌توانند آهن محلول را به شکل نامحلول تبدیل کنند.

• مزایا:
  • سرعت بالا در حذف آهن.
  • مؤثر برای آب‌هایی با غلظت بالای آهن.
• معایب:
  • هزینه بالای مواد شیمیایی.
  • نیاز به مدیریت دقیق برای جلوگیری از اثرات جانبی.

4. سیستم تبادل یونی (Ion Exchange)

سیستم تبادل یونی مانند رزین‌های کاتیونی می‌تواند یون‌های آهن را از آب حذف کند. این روش برای حذف آهن محلول مؤثر است.

• مزایا:
  • کیفیت بالای آب خروجی.
  • مناسب برای حذف سایر فلزات سنگین.
• معایب:
  • هزینه بالای رزین و نیاز به بازسازی مکرر.
  • حساس به آب‌های با کدورت بالا.

5. فیلتراسیون با مواد خاص (Greensand یا Birm)

فیلترهای ساخته‌شده از مواد خاصی مانند Greensand یا Birm برای حذف آهن استفاده می‌شوند. این مواد با اکسید کردن آهن محلول، آن را به رسوب تبدیل می‌کنند.

• مزایا:
  • طول عمر بالا.
  • مناسب برای آب‌های حاوی منگنز و آهن.
• معایب:
  • نیاز به بازسازی مواد فیلتر.
  • کارایی وابسته به pH آب.

6. استفاده از اسمز معکوس (RO)

سیستم‌های اسمز معکوس می‌توانند آهن را همراه با سایر ناخالصی‌ها از آب حذف کنند. این روش برای حذف آهن محلول و نامحلول کارآمد است.

• مزایا:
  • حذف همزمان سایر آلاینده‌ها.
  • کیفیت بالای آب خروجی.
• معایب:
  • هزینه بالای سیستم و نگهداری.
  • نیاز به فشار آب بالا.

7. استفاده از سیستم‌های زیستی (Biological Treatment)

در این روش، از میکروارگانیسم‌های خاصی استفاده می‌شود که قادر به اکسید کردن آهن محلول هستند. این میکروارگانیسم‌ها آهن را به شکل رسوب تبدیل می‌کنند.

• مزایا:
  • سازگار با محیط زیست.
  • هزینه‌های پایین در بلندمدت.
• معایب:
  • نیاز به مدیریت دقیق زیستی.
  • زمان‌برتر نسبت به روش‌های شیمیایی.

8. انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation and Flocculation)

در این روش، مواد شیمیایی مانند سولفات آلومینیوم یا پلیمرها به آب اضافه می‌شوند تا آهن به‌صورت لخته درآمده و از آب جدا شود.

• مزایا:
  • مناسب برای حذف آهن و سایر ناخالصی‌ها.
  • سرعت بالا.
• معایب:
  • نیاز به تجهیزات اضافی.
  • هزینه مواد شیمیایی.

9. تقطیر (Distillation)

در روش تقطیر، آب تبخیر شده و سپس میعان می‌یابد، و تمام آلاینده‌ها از جمله آهن از آب جدا می‌شوند.

• مزایا:
  • حذف کامل آلاینده‌ها.
  • کیفیت بسیار بالای آب.
• معایب:
  • هزینه انرژی بالا.
  • سرعت پایین در تولید آب.

نتیجه‌گیری

انتخاب روش مناسب برای حذف آهن از آب به عواملی مانند غلظت آهن، نوع آهن (محلول یا نامحلول)، بودجه، و نیازهای مصرف‌کننده بستگی دارد. برای مصارف خانگی، روش‌هایی مانند فیلتر شنی یا سیستم تبادل یونی مقرون‌به‌صرفه هستند، در حالی که برای کاربردهای صنعتی، استفاده از هوادهی یا مواد اکسیدکننده مناسب‌تر است.