تصفیه پساب به روش تبادل یونی

تصفیه پساب به روش تبادل یونی يك فرايند جذب است. از این فرآیند برای تصفیه پساب های صنعتی مانند آبکاری استفاده می شود.  اين فرايند يك پديده سطحي است كه در تبادل يون شركت مي كند. بدين صورت كه، يك يون كه توسط نيروهاي الكترواستاتيك روي سطح مواد قرار دارد با يك يون موجود در محلول مبادله مي گردد. اين فرايند در سطح مواد مبادله كننده يوني كه در تماس با محلول هستند، اتفاق مي افتد. مواد مبادله كننده كه به رزين معروف هستند، ممكن است به دو صورت طبيعي يا مصنوعي باشند. يون هايي كه از درون محلول به سمت سطح رزين مي آيند، داراي تمايل بيشتري به واكنش با عوامل سطحي رزين بوده و به آنها متصل مي شوند.

بدين ترتيب يون هايي كه قبلاً در سطح رزين بودند آنجا را ترك كرده و وارد محلول مي گردند. در عمل آلاينده هاي موجود در فاضلاب با يون هاي بي خطر يا قابل پذيرش رزين مبادله مي گردند. معمولاً يون هاي آزاد شده توسط رزين، در مبادله كننده هاي كاتيوني، هيدروژن يـا سديم و در مبادله كننـده هاي آنيوني گروه هاي هيدروكسيد، سولفات و كلرور هستند. اصول اين فرايند انتخابي و ترجيح يون هايي خاص جهت اتصـال بـه عوامل سطحي رزين است. 

واكنش تبادل يوني برگشت پذير بوده و به غلظت يون در محلول بستگي دارد. به عبارت ديگر زماني يك يون با تقدم جذب پايين، توسط رزين گرفته مي شود كه غلظت آن بالاتر از يون با اولويت جذب بالا باشد. اساس احياء مبادله كننده هاي يوني همين است. دو خصوصيت مهم تبادل يون عبارت از راندمان حذف بالا و انتخابگري است. راندمان حذف بالاي تبادل يوني منجر به توليد پسابي با كيفيت بالا و مطابق با استانداردهاي تخليه پساب به محيط زيست و يا معيارهاي استفاده مجدد از پساب مي شود. بدين ترتيب امكان استفاده مجدد آب فراهم مي گردد. انتخابگري، پايه بازيافت مواد است. انتخابگري يك يون نسبت به ساير يون ها يك عامل از هزاران عامل مختلف است. همچنين انتخابگري در تعيين قابليت حذف مهم است. بطوري كه ميزان كاهش يون با درجه اولويت اول توسط رزين، به غلظت يونهاي با اولويت جذب كمتر بستگي دارد. 

احياء رزين ها محلول غليظي از يون هاي حذفي توليد مي نمايد. اين غلظت ممكن است به هزاران mg/L برسد. مي توان اين محلول را تغليظ و يا بازيافت نمود. اگر محلول حاصل از احياء رزين قابل بازيافت نباشد به سيستم تصفيه فرستاده مي شود. بكارگيري فرايند تبادل يوني، در يك ستون حاوي بستر رزين قابل انجام است. بدين ترتيب كه محلول از درون ستون عبور نموده و مورد تصفيه قرار ميگيرد. پيش تصفيه مورد نياز براي تبادل يوني عبارت از حذف جامدات معلق و مواد مختل كننده رزين است. 

اختلال عملكرد رزين عبارت از كاهش ظرفيت تبادل يون كه در اثر واكنش هاي برگشت ناپذير بين مواد خاص و رزين به وجود مي آيد. همچنين ايـن واكنش ها ممكن است باعث صدمه ديدن رزين گردند. براي جلوگيري از اختلالات ناشي از مواد آلـي روي عملكرد رزين، بايستي فاضلاب قبل از ورود به ستون رزين از بستر كربن فعال عبور داده شود تا مواد آلي موجود در آن حذف
گردند. درجه حرارت بالا و وجود عوامل اكسيد كننده مثل اكسيژن محلول از عوامل محدود كننده فعاليت رزين محسوب مي گردند.

جهت جلوگيري از رسوب فلزات سنگين روي رزين، تنظيم pHقبل از ورود فاضلاب به ستون رزين الزامي است. ممكن است بعضي از كمپلكس هاي فلزات بعد از رقيق سازي به سيستم تصـفيه رزين تزريق گردند. رزين هايي وجود دارند كه در شرايط كيلاته شدن بهره برداري مي گردند. اين گروه از رزين ها خاصيت انتخابي بسيار بالايي به كاتيون هاي ويژه اي مثل مس دارند. بنابراين، اين رزين ها تحت تأثير ساير كاتيون ها، حتي در غلظت هاي بالا قرار نمي گيرند. رزين هاي آنيوني بازي قوي مولكول هاي اسيدي را جذب مي نمايند. اين خاصـيت در تكنولوژي معروف -جذب اسيد- استفاده مي شود. انواع مختلفي از رزين هاي آنيوني و كـاتيوني وجـود دارند كه داراي خواص گوناگوني بوده و خاصيت انتخابگري متفاوتي دارند.

گروه هاي گسترده اي از رزين هاي كاتيوني و آنيوني در بازار وجود دارند. در حاليكه بعضي از فلزات بصورت كاتيون باقي مي مانند، بعضي از آنها به شكل آنيوني در سطح رزين هاي آنيوني جذب مي شوند كه بطور نمونه مي توان به كروم  VI اشاره كرد. عموماً، براي ايجاد راندمان بالا و اطمينان بيشتر، بيش از يك سري مبادله كننده يوني مورد استفاده قرار مي گيرند. معمولاً واحدهاي ذخيره براي چرخه احياء پيش بيني مي گردند تا بتوان واحدهاي اشباع شده را از مدار خارج و احياء نمود. اسيدها
و بازها نيز براي احياء بكار مي روند. ظرفيت قابل استفاده يك رزين براي حذف يك فلز خاص به عوامل مختلفي بستگي دارد. تعيين خصوصيات جذب و رسوخ فلز در ستون رزين پايه بهره برداري از ستون رزين مي باشد. 

تبادل يون به عنوان يك فرايند تصفيه نهايي است، اما كاربرد اصلي آن بازيافـت فاضـلاب هاي ناشي از آبكشـي فلزات و
فرايندهاي شيميايي است. در ميان انواع مختلف كاربرد مبادله كننده هاي يوني در صنايع تكميل فلزات، بازيافت فلزات گرانبها، بازيافت كروم، نيكل، محلولهاي فسفات، اسيد سولفوريك و آب ناشي از آبكشـي فلزات متداول تر هستند.