رسنیک معدنی – شکل سنگین تر سمی این عنصر metalloid – آلاینده های آب آشامیدنی در سراسر جهان را آلوده می کند. در ایالات متحده، مهمترین آلودگی آرسنیک در غرب، غرب میانه، جنوب غربی و شمال شرقی رخ می دهد؛ تا حدود 20 میلیون نفر – بسیاری از آب خود را از چاه های خصوصی غیر قابل تنظیم – ممکن است در معرض آرسنیک بیش از حد در آب آشامیدنی خود قرار گیرند. در بنگلادش تخمین زده می شود که 40 میلیون نفر ممکن است از مسمومیت با آرسنیک رنج ببرند. آب آشامیدنی آلوده نیز در بسیاری از کشورهای دیگر، از جمله آرژانتین، چین، شیلی، غنا، مجارستان، هند و مکزیک، مشکل است.
روش های متعددی برای حذف آرسنیک معدنی از آب وجود دارد. بسیاری از باند قوی که بین آرسنیک و آهن تشکیل می دهند استفاده می کنند. در حال حاضر لایتتون، فن آوری های ADA مبتنی بر کلرادو، از طریق برنامه های تحقیقاتی NIEHS Superfund Basic، نیروی هوایی ایالات متحده، آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) و ایالت کلرادو، در بهره برداری از این مشخصه با یک کلاس جدید از اصلاح سیلیکات اصلاح شده که آرسنیک را از آب بیشتر می کند و راحت تر و ارزان تر می کند. ADA همچنین با محققان موسسه پلی تکنیک ویرجینیا و دانشگاه ایالتی و دانشگاه Old Dominion برای بررسی تعامل بین گونه های آرسنیک و رسانه های مبتنی بر اکسید آهن کار می کند و با همکاران دیگر همکاری می کند تا روش های کم هزینه برای اندازه گیری غلظت آرسنیک را در آب آشامیدنی.
یک میزبان از خطرات بهداشتی
اکثر آرسنیک محیطی به طور طبیعی ظاهر می شود و در رسوبات مواد معدنی و معدنی، از جمله آرسنوپیریت، انارگی و پروستیت ظاهر می شود. منبع آرسنیک کوچکتر، اما همچنان قابل توجه است، انسان شناسی است. آرسنیک معدنی و همچنین ترکیبات آرسنیک مختلف در مواد شیمیایی کشاورزی و مواد نگهدارنده چوب، در صنعت شیشه و تولید شمش سرب استفاده شده است. در سایر نقاط، انتشارات از نیروگاه های سوخت زغال سنگ منبع مهمی برای آرسنیک هستند.
با این حال، اکثر آلودگی سمی از آب آشامیدنی آلودگی به آرسنیک به طور طبیعی رخ می دهد. مصرف آرسنیک مزمن از طریق آب آشامیدنی باعث ایجاد سرطان پوست می شود و با افزایش خطر ابتلا به سرطان مثانه، ریه، کلیه، کبد، روده، معده، رحم و پروستات ارتباط دارد. آرسنیک همچنین با بیماری های قلبی، ریوی و شریانی، دیابت و بیماری های عصبی، انکشافی و تولید مثل ارتباط دارد.
در ایالات متحده، یک استاندارد تجدیدپذیر آب آشامیدنی برای آرسنیک 10 میکروگرم در لیتر (μg / L) در ژانویه سال 2006 تأسیس می شود، اما نگرانی های زیادی وجود دارد که این سطح هنوز برای امنیت عمومی بسیار زیاد است. در بسیاری از کشورهای دیگر سطح مجاز حتی بالاتر است. با توجه به این که میلیون ها نفر در سراسر جهان با اثرات نامطلوب بالقوه سلامت این آلودگی مواجه هستند، نیاز به روش های موثر و مقرون به صرفه برای حذف آرسنیک از آب آشامیدنی بسیار مهم است.
رد شدن آب آرسنیک
آرسنیک به طور کلی در دو نوع معدنی در طبیعت آرسنات و آرسنیت وجود دارد. آرسنات به عنوان یک یون شارژ منفی در pH آب آشامیدنی معمولی (حدود 6.5-8.5) حضور دارد، در حالیکه آرسنیت در محدوده pH مشابه خنثی است.بسیاری از روش های درمان بر روی یک بار آرسنیک منفی تکیه می کنند، به طوری که آنها تمایل بیشتری برای جذب آرسنات دارند.
یکی از این روش ها تبادل یونی است که از رزین های مبتنی بر پلی استایرن حاوی مکان هایی با ظرفیت مثبت برای حذف گونه های منفی باقیمانده است. صرفنظر از آنکه تنها با آرسنات موثر باشد، یونهای سولفات به ترتیب به آرسنیک منتقل می شوند، بنابراین اگر مقدار زیادی از سولفات وجود داشته باشد، این یون ها سایت های پیوند را به هم متصل می کنند و برای اتصال آرسنیک کمتر می شوند. آلومینای فعال یک محیط فیلتر است که انواع آلاینده ها را از جمله فلوراید، آرسنیک (هر دو آرسنیت و آرسنات) و سلنیوم حذف می کند، اما برای تمیزکاری باقی می ماند. آلومینای فعال نیز تنها در یک pH بسیار محدود (6 تا 7) موثر است.
اکسید آهن گرانولی یک جاذب مبتنی بر آهن است که می تواند هر دو آرسنیت و آرسنیت را جذب کند، اما به طور کلی بهتر است در pH زیر 7 یا بیشتر از آن عمل کند و هر دو فسفات و سیلیکات می توانند با عمل خود مواجه شوند. یک روش چهارم، یک فرایند انعقاد / فیلتراسیون، از یک مایع کلرید آهن و یک عامل اکسید کننده مانند هیپوکلریت سدیم برای ایجاد هیدروکسید غیر محلول هیدروکسید استفاده می کند. آرسنیک به راحتی به مواد جامد جذب می شود، اما کارگران باید از اکسید سرب و اکسید کننده های فسفاته نگهداری کنند.
فرمول ADA یک رویکرد نسبتا متفاوت دارد. عنصر اساسی اکسید آهن شناخته شده به عنوان akageneite است. طبق گفته کریگ تورچی، مدیر برنامه ADA برای پروژه آرسنیک، این شرکت بر روی اکسید آهن متمرکز شده است، زیرا آهن تمایل دارد اورانیوم بسیار قوی و پایدار با آرسنیک ایجاد کند. علاوه بر این، Turchi توضیح می دهد که اکسید ها به عنوان یکی از پایدارترین مواد طبیعت هستند و بسیاری از آنها مواد تشکیل دهنده آنها را شامل می شوند، از جمله بسیاری از آلاینده ها. او می گوید: “اکسید آهن یک مولکول با گروه های هیدروکسیل است.” “و ما می دانیم که، از دیدگاه شیمیایی، آرسنیک به نوعی به عنوان یک هیدروکسیل عمل می کند.”
یکی از مزایای کلیدی در روش ADA این است که akageneite بر روی یک بستر سیلیکات غیر فعال پوشیده شده است.در مقایسه، بیشتر روش های دیگر شامل گرانول اکسید آهن خالص است. Turchi می گوید: “آزمایشات ما نشان داده اند که ما می توانیم ظرفیت های مشابه خود را با رقبای خود، اما با آهن بسیار کمتر دریافت کنید. و این هزینه را از حدود 4 دلار در هر پوند به حدود 2 دلار در هر پوند کاهش می دهد. علاوه بر این، چون ذرات akageneite ADA در مقیاس نانو هستند، آنها می توانند در آب تحت درمان بسیار مؤثر باشند. فرمول ADA نیز برای توانایی آن در حذف هر دو آرسنیت و آرسنات قابل توجه است و اثربخشی آن در محدوده pH وسیع تر 6.5-8.5 است.
سوپر صربنت
فرمول ADA نشان می دهد آلودگی آرسنیک را تا 1000 میکروگرم در لیتر تا 10 میکروگرم در لیتر به کمتر از 30 دقیقه کاهش می دهد. Turchi می گوید: “ظرفیت جذب با افزایش میزان آرسنیک در آب افزایش می یابد. Turchi می گوید: “این رفتار نمونه ای از اغلب جاذب ها است.” Turchi می گوید ظرفیت تا حدی با محتوای آب متفاوت است، اما معمولا مواد ADA حدود 2 میلی گرم آرسنیک در هر گرم صدر را در غلظت 50 میکروگرم در لیتر و حدود 40 میلی گرم آرسنیک در هر gram sorbent در 1000 میکروگرم در لیتر.
با این وجود، به دلیل اینکه آب پاک می شود و سایت های باندینگ بیشتر با آرسنیک جذب می شوند، سخت تر و سخت تر می شود که آخرین بیت های آرسنیک را از بین ببریم. Turchi می گوید احتمالا امکان حذف آرسنیک از آب از طریق پروسه هایی مانند این وجود ندارد. او می گوید: “این به کارایی یک فرآیند تعادل می رسد. “آرسنیک دارای تمایزی است که در آب باقی بماند، و همچنین به خاطر وابستگی به مواد مانند آهن. شما تا زمانی که این وابستگی ها در بعضی مواقع توازن برقرار شود، بازده کاهش می یابد. “
Turchi می گوید کاربران در نهایت قادر خواهند بود تا از فرمول حلالیتی جذب کننده ای که می تواند به آب آلوده منتقل شود، گردش می کند و سپس فیلتر شده یا مجاز به سکونت می شود یا یک فرم گرانوله برای استفاده در یک روش بسته بندی شده بستر. بستر بسته بندی شده شامل لایه های مواد جاذب است. آب آلوده در بالا ریخته می شود و پس از دیدن مواد از آب خالص در پایین جمع آوری می شود. Turchi می گوید: “در مورد ایده آل شما به طور مرتب سوراخ کننده جدید را به انتهای آب تمیز اضافه کنید و sorbent اشباع آرسنیک را از انتهای دیگر بردارید تا بتوانید حداکثر استفاده از sorbent خود را دریافت کنید.”
هنگامی که سایت های اتصال بر روی اکسید آهن مورد استفاده قرار می گیرند، مواد را می توان با اسیدی کردن آن برای شکستن اورانیوم آرسنیک آهن، سپس آرسنیک را فیلتر نمود. اما Turchi می گوید اقتصاد و تدارکات مربوط به با آرسنیک، لایهای با pH بالا، احتمالا دیکته دفع جاذب استفاده می شود. مواد مورد استفاده آزمایش های EPA را برای تعیین احتمال اشتعال آلاینده ها از محل های دفن زباله به آب های اطراف انجام داده اند، بنابراین Turchi می گوید که در محل دفن زباله به طور منظم می توان مرتب را دفع کرد.
Turchi می گوید سیستم Sorbent ADA دارای مزایایی است که هر دو قوی و ساده است: هیچ بخش متحرک و آموزش کمی مورد نیاز است. او می گوید: “من فکر می کنم که سیستم ما مناسب تر برای استفاده های کوچکتر است.” “به طور معمول، در یک تأسیسات شهری بزرگ، شما می توانید آب را از طریق سیستم تصفیه آب اجرا کنید، اما یک روستای کوچک در یک کشور در حال توسعه احتمالا امکانات آبرسانی ندارد.”
ADA و همکاران Kinetico Incorporated، یک شرکت مهندسی سیستم تصفیه آب، در حال برنامه ریزی یک آزمایش میدان شامل یک ستون بسته شده از سیلیکات اصلاح شده در تابستان 2005 در یک مؤسسه در نیومکزیکو، که فرمول ADA در برابر دو رقبای تجاری قابل دسترس تست شده است. فرمولاسيون نيز در دو منطقه کلرادو انجام گرفت.