- ۰۹۱۲۲۳۱۷۱۱۶
- دامغان - بلوار جانباز- روبروی فنی حرفه ای خواهران
بور یکی از عناصر کم یاب اما بسیار مهم در چرخه آب و محیط زیست است. این عنصر در غلظت های پایین، معمولاً مشکلی برای انسان ایجاد نمی کند، اما هنگامی که غلظت آن از حد استاندارد بالاتر برود، ممکن است نگرانی های جدی برای سلامت انسان و حساسیت گیاهان ایجاد کند. در شهرهایی که آب دریا را شیرین سازی می کنند، مناطق دارای چاه های عمیق با رسوبات بوراتی، یا مناطقی با فعالیت کشاورزی و صنعتی گسترده، مسئله حذف بور از آب آشامیدنی به یک چالش جدی و کاملاً تخصصی تبدیل می شود. در این مقاله، ابتدا توضیح می دهیم که بور چیست و چگونه وارد منابع آب می شود، سپس انواع روش های حذف بور از آب را بررسی می کنیم.
برای دریافت مشاوره تخصصی و خرید انواع آب شیرین کن صنعتی کوچک یا مدل های دیگر متناسب با نیاز و کاربری خود، می توانید با کارشناسان مجرب ما در مجموعه آب ناب تماس بگیرید.
برای درک دقیق فرآیند حذف بور از آب آشامیدنی، ابتدا باید رفتار شیمیایی بور، منشاء آن و نحوه ورودش به چرخه آب را شناخت. بور یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۵ است که در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارد و معمولاً در قالب ترکیبات پایدار مانند اسید بوریک و بورات ها یافت می شود. این ترکیبات محلول هستند و به همین دلیل به راحتی وارد منابع آب می شوند.
در حالت کلی، بور از دو منبع اصلی وارد آب می شود:
در بسیاری از مناطق جهان، رسوبات زمین شناسی حاوی کانی های بوراتی هستند. این رسوبات به مرور زمان در تماس با آب باران یا آب های زیرزمینی حل می شوند و بور را وارد سفره های آب می کنند. همچنین مناطقی که دارای فعالیت آتشفشانی، چشمه های آب گرم و خاک های معدنی هستند، غلظت بیشتری از بور را در آب نشان می دهند. آب دریا از دیگر منابع طبیعی بور است. میزان بور در آب دریا معمولاً چند برابر آب های معمولی است. به همین دلیل در تصفیه خانه های آب شیرین کن، مسئله حذف بور از آب آشامیدنی بسیار مهم می شود، زیرا حتی با وجود عبور آب از فرآیند نمک زدایی، بخشی از بور ممکن است در آب باقی بماند.
فعالیت های انسانی نقش بزرگی در افزایش غلظت بور در آب دارند. برخی صنایع مانند تولید شیشه و سرامیک، صنایع شوینده، نساجی، چرم سازی، فلزکاری و کارخانه های خاص از ترکیبات بور استفاده می کنند. تخلیه پساب این صنایع بدون تصفیه مناسب باعث ورود بور به رودخانه ها و آب های زیرزمینی می شود. در بخش کشاورزی نیز کودهای حاوی بور، که به عنوان ریزمغذی برای برخی محصولات استفاده می شوند، در صورت مصرف بیش از حد می تواند وارد زمین و سپس منابع آب شود.
دلیل اصلی سختی حذف بور از آب آشامیدنی، رفتار شیمیایی آن است. حضور بور در آب معمولاً به صورت اسید بوریک است که فاقد بار الکتریکی بوده و توسط بسیاری از روش های تصفیه فیزیکی و شیمیایی معمول قابل حذف نیست. به همین دلیل، در تصفیه خانه های مدرن از فرآیندهای غشایی، تبادل یونی انتخابی و روش های خاص استفاده می شود. این ویژگی باعث شده حذف بور از آب آشامیدنی، یک موضوع تخصصی و کاملاً مهندسی باشد.
برای حذف بور از آب آشامیدنی، روش های مختلفی طراحی شده است که هر کدام مزایا، محدودیت ها و شرایط عملیاتی خاص خود را دارند. اما حذف بور برخلاف بسیاری از املاح و یون ها، کار ساده ای نیست. علت اصلی این دشواری، ویژگی شیمیایی بور در آب است؛ زیرا بور در شرایط طبیعی، عمدتاً به صورت اسید بوریک حل می شود و این ترکیب دارای بار الکتریکی نیست، در نتیجه بسیاری از فرآیندهای معمول تصفیه آب بر آن اثر کمی دارند.
همین ویژگی باعث می شود که روش های تخصصی تری مانند اسمز معکوس، تبادل یونی، جذب سطحی و فرآیندهای حرارتی برای حذف بور از آب آشامیدنی به کار گرفته شوند. انتخاب روش مناسب معمولاً به کیفیت آب خام، میزان شوری، غلظت اولیه بور، ظرفیت تصفیه خانه و هزینه های انرژی و نگهداری بستگی دارد.
اسمز معکوس یکی از مؤثرترین و پرکاربردترین فناوری ها برای نمک زدایی و کاهش املاح محلول در آب است که در تصفیه آب صنعتی هم کاربرد دارد. این فناوری به ویژه در تصفیه آب دریا و آب های بسیار شور، کاربرد گسترده ای دارد. در فرآیند اسمز معکوس، آب تحت فشار بالا از غشاهای نیمه تراوا عبور می کند و بخش عمده ای از یون ها و املاح در پشت غشاء باقی می مانند. اما حذف بور از آب آشامیدنی با RO پیچیده تر از سایر یون هاست. اسید بوریک به دلیل بی بار بودن، به راحتی از غشای RO عبور می کند. برای افزایش راندمان، معمولاً pH آب را قلیایی می کنند تا اسید بوریک به یون بورات تبدیل شود.
این یون دارای بار منفی است و برای غشاء قابل دفع تر است. در بسیاری از آب شیرین کن ها از سیستم های دومرحله ای RO استفاده می شود که مرحله دوم، مخصوص حذف بور است.
نانوفیلتراسیون نوعی فناوری غشایی است که قابلیت حذف بخشی از یون ها و بسیاری از مواد آلی را دارد. راندمان نانوفیلتراسیون برای حذف بور کمتر از RO است، اما ترکیب این دو با هم، باعث کاهش بار غشاء RO و افزایش راندمان کلی می شود. در برخی طراحی ها، نانوفیلتراسیون به عنوان پیش تصفیه برای کاهش سختی و آلاینده های آلی به کار می رود.
رزین های تبادل یونی از مؤثرترین روش ها برای حذف بور از آب آشامیدنی هستند. این رزین ها گروه های فعال خاصی دارند که می توانند بور را به طور انتخابی جذب کنند. رزین های حاوی گروه N-methylglucamine از رایج ترین نوع رزین ها برای این کار هستند. در pH قلیایی، اسید بوریک به بورات تبدیل شده و به خوبی توسط رزین جذب می شود. رزین پس از اشباع با محلول های قلیایی احیا می شود. این روش در مرحله نهایی تصفیه برای کاهش غلظت بور به مقادیر پایین تر از استانداردها بسیار کاربرد دارد.
در این روش، از جاذب های خاص مانند آلومینای فعال، زئولیت ها، اکسید آهن یا کربن اصلاح شده برای جذب بور استفاده می شود. این روش بیشتر مناسب سیستم های کوچک تر یا آب هایی با غلظت متوسط بور است. مزیت اصلی روش جذب سطحی، سادگی بهره برداری است اما ظرفیت جذب نسبت به تبادل یونی کمتر بوده و نیاز به احیای جاذب یا تعویض دوره ای دارد.
تقطیر یکی از روش های قدیمی اما کارآمد برای تولید آب خالص است. در فرآیندهای MSF و MED، آب تبخیر شده و سپس متراکم می شود. اگر طراحی به درستی انجام شود، بخش عمده ای از بور در فاز مایع باقی می ماند و وارد آب تقطیرشده نمی شود. اما گاهی حمل آئروسل های حاوی بور باعث باقی ماندن مقادیر کمی از آن در آب می شود. در مناطقی که انرژی ارزان وجود دارد، تقطیر یکی از روش های مطمئن حذف بور از آب آشامیدنی است.
اندازه گیری بور بخش مهم کنترل کیفیت آب است. بدون اندازه گیری دقیق، ارزیابی عملکرد سیستم های حذف امکان پذیر نیست و ممکن است روش اشتباهی برای حذف بور از آب آشامیدنی انتخاب شود که تاثیرگذاری کافی را نداشته باشد. در ادامه، مهم ترین روش های اندازه گیری بور در آب را معرفی می کنیم:
روش رنگ سنجی: در این روش با استفاده از معرف های شیمیایی مانند Azomethine-H، رنگ متناسب با مقدار بور تشکیل می شود. این روش برای تصفیه خانه ها ساده و اقتصادی است.
روش های دقیق آزمایشگاهی: در مراکز پیشرفته از فناوری هایی مانند ICP-OES، ICP-MS و جذب اتمی استفاده می شود که دقت بسیار بالایی دارند و برای مقادیر بسیار پایین بور مناسب هستند.
نکات نمونه برداری: برای جمع آوری نمونه های مناسب نباید از ظروف شیشه ای استفاده شود، زیرا برخی شیشه ها حاوی بور هستند و باعث افزایش اشتباهی غلظت می شوند. ظروف پلاستیکی یا تفلونی بهترین گزینه هستند.
برای طراحی سیستم های حذف بور از آب آشامیدنی، دانستن مقدار مجاز بسیار مهم است. در بیشتر استانداردها، مقدار راهنمای بور در آب آشامیدنی حدود ۲ تا ۲/۴ میلی گرم در لیتر تعیین شده است. اتحادیه اروپا مقدار سخت گیرانه تری در حدود ۱ میلی گرم در لیتر در نظر گرفته است. این در حالی است که برخی کشورها مانند آمریکا مقدارهای راهنما بین ۲ تا ۵ میلی گرم در لیتر ارائه کرده اند.
مسئله حذف بور از آب آشامیدنی یکی از چالش های مهم تصفیه آب در جهان امروز است. با توجه به افزایش وابستگی به آب های شور، رشد شهرنشینی، فشار بر منابع آب زیرزمینی و تغییرات اقلیم، غلظت بور در بسیاری از مناطق در حال افزایش است. از سوی دیگر، ویژگی شیمیایی بور باعث می شود روش های تصفیه معمول توانایی حذف آن را نداشته باشند. مقایسه روش های مختلف حذف بور از آب نوشیدنی، نشان می دهد که بهترین عملکرد زمانی به دست می آید که از ترکیب چند فناوری استفاده شود. معمولاً اسمز معکوس به عنوان مرحله اصلی، تنظیم pH برای افزایش یونیزاسیون بور و تبادل یونی یا جذب سطحی به عنوان مرحله نهایی، مؤثرترین راهکار است.
