ویژگی های شیمیایی بلانکیت و تأثیر آن در تصفیه آب و پساب صنعتی

بلانکیت با نام علمی سدیم دی تیونیت (Na₂S₂O₄) یک ترکیب شیمیایی احیاکننده قوی است که به دلیل ویژگی های منحصر به فردش کاربردهای گسترده ای در تصفیه آب و پساب صنعتی پیدا کرده است. این ماده به ویژه در حذف آلاینده های مقاوم به روش های سنتی تصفیه نقش مهمی ایفا می کند.

تعریف و عملکرد فنی بلانکیت

بلانکیت یک پودر کریستالی سفید یا مایل به زرد با بوی ضعیف دی اکسید گوگرد است. از نظر شیمیایی بلانکیت نمک سدیم اسید دی تیونواس است و حاوی یون دی تیونیت (S₂O₄²⁻) می باشد. این یون هسته اصلی خاصیت احیاکنندگی بلانکیت را تشکیل می دهد.

مکانیسم عمل احیاگری بلانکیت :

عملکرد اصلی بلانکیت در تصفیه آب و پساب بر مبنای واکنش های احیا و اکسیداسیون (Redox) استوار است. یون دی تیونیت یک عامل احیاکننده بسیار قوی است و تمایل زیادی به از دست دادن الکترون و افزایش عدد اکسایش خود دارد. در حضور آلاینده های اکسیدکننده بلانکیت الکترون ها را به آن ها منتقل کرده و آن ها را احیا می کند. این فرآیند می تواند منجر به تغییر ساختار شیمیایی آلاینده ها کاهش سمیت آن ها و یا تسهیل جداسازی آن ها از آب و پساب شود.

به طور خلاصه عملکرد فنی بلانکیت را می توان در موارد زیر خلاصه کرد :

• احیا و حذف فلزات سنگین : بلانکیت می تواند یون های فلزات سنگین مانند کروم شش ظرفیتی (Cr(VI)) را به فرم های کم خطرتر و نامحلول تر مانند کروم سه ظرفیتی (Cr(III)) احیا کند. این فرآیند به رسوب گذاری و جداسازی آسان تر فلزات سنگین از پساب کمک می کند.
• ده کلرزنی : بلانکیت به سرعت و به طور مؤثر کلر آزاد موجود در آب و پساب را احیا کرده و آن را به یون کلرید بی ضرر تبدیل می کند. این خاصیت در تصفیه آب آشامیدنی و پساب های صنعتی که نیاز به حذف کلر دارند بسیار حائز اهمیت است.
• رنگ زدایی : بلانکیت می تواند پیوندهای کروموفوری موجود در ساختار رنگ های آلی را شکسته و آن ها را بی رنگ کند. این کاربرد در صنایع نساجی و رنگرزی که با پساب های رنگی مواجه هستند بسیار مهم است.
• حذف نیترات و نیتریت : در شرایط خاص و با استفاده از کاتالیزورهای مناسب بلانکیت می تواند نیترات و نیتریت را به گاز نیتروژن احیا کند و از این طریق به حذف آن ها از آب و پساب کمک کند. این فرآیند در تصفیه آب های کشاورزی و پساب های حاوی نیتروژن اهمیت دارد.

اجزای اصلی و اصول کارکرد بلانکیت در تصفیه

برای استفاده مؤثر از بلانکیت در تصفیه آب و پساب سیستم های مختلفی طراحی و اجرا می شوند. اجزای اصلی و اصول کارکرد این سیستم ها به شرح زیر است :

1. محلول سازی و آماده سازی بلانکیت : بلانکیت معمولاً به صورت پودر عرضه می شود و باید قبل از استفاده در آب حل شود. حلالیت بلانکیت در آب نسبتاً خوب است اما باید توجه داشت که محلول های بلانکیت در معرض هوا و رطوبت به تدریج تجزیه می شوند. بنابراین محلول سازی باید در شرایط کنترل شده و ترجیحاً در لحظه استفاده انجام شود. برای افزایش پایداری محلول بلانکیت می توان از مواد پایدارکننده مانند کربنات سدیم یا هیدروکسید سدیم استفاده کرد.
2. سیستم تزریق و کنترل دوز بلانکیت : دوز مناسب بلانکیت برای تصفیه آب و پساب بستگی به نوع و غلظت آلاینده ها دارد. سیستم های تزریق دقیق برای افزودن محلول بلانکیت به آب یا پساب ضروری هستند. این سیستم ها معمولاً شامل پمپ های پریستالتیک یا پمپ های دوزینگ با قابلیت تنظیم دبی و کنترل دقیق هستند. برای بهینه سازی مصرف بلانکیت و جلوگیری از مصرف بیش از حد می توان از سیستم های کنترل دوز خودکار استفاده کرد که بر اساس پایش آنلاین پارامترهای کیفیت آب (مانند غلظت آلاینده هدف pH ORP) دوز بلانکیت را تنظیم می کنند.
3. واکنشگاه و سیستم اختلاط : پس از تزریق بلانکیت به آب یا پساب واکنش احیا باید در یک واکنشگاه مناسب انجام شود. طراحی واکنشگاه باید به گونه ای باشد که اختلاط کامل و یکنواخت بین بلانکیت و آلاینده ها فراهم شود و زمان تماس کافی برای تکمیل واکنش احیا وجود داشته باشد. انواع مختلفی از واکنشگاه ها مانند مخازن اختلاط سریع (Rapid Mixing Tanks) راکتورهای لوله ای (Plug Flow Reactors) و راکتورهای بستر سیال (Fluidized Bed Reactors) می توانند برای این منظور استفاده شوند.
4. سیستم جداسازی و ته نشینی (در صورت نیاز) : در برخی از کاربردها مانند حذف فلزات سنگین فرآیند احیا با رسوب گذاری آلاینده ها همراه است. در این موارد نیاز به یک سیستم جداسازی و ته نشینی برای جدا کردن رسوبات از آب تصفیه شده وجود دارد. این سیستم می تواند شامل مخازن ته نشینی (Sedimentation Tanks) فیلترهای شنی (Sand Filters) فیلترهای غشایی (Membrane Filters) یا سانتریفیوژها (Centrifuges) باشد.

کاربردهای صنعتی بلانکیت و مثال هایی از صنایع مختلف

بلانکیت به دلیل ویژگی های احیاکنندگی قوی و طیف وسیع کاربردها در صنایع مختلف جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. برخی از مهم ترین کاربردهای صنعتی بلانکیت در تصفیه آب و پساب به شرح زیر است :

• صنایع نساجی :
• رنگ زدایی از پساب رنگرزی : پساب صنایع نساجی حاوی مقادیر زیادی رنگ های آلی است که باعث آلودگی بصری و زیست محیطی آب های سطحی می شوند. بلانکیت به طور مؤثر این رنگ ها را بی رنگ کرده و کیفیت پساب را بهبود می بخشد. به عنوان مثال در کارخانه رنگرزی پارچه “X” در شهر یزد از سیستم تصفیه پساب مبتنی بر بلانکیت برای رنگ زدایی از پساب های حاوی رنگ های راکتیو و مستقیم استفاده می شود. این سیستم توانسته است میزان COD (Chemical Oxygen Demand) و رنگ پساب را به طور قابل توجهی کاهش دهد و پساب خروجی را مطابق با استانداردهای سازمان حفاظت محیط زیست ایران سازگار کند.
• ده کلرزنی پساب سفیدگری : در فرآیند سفیدگری پارچه با استفاده از کلر مقداری کلر آزاد در پساب باقی می ماند که باید قبل از تخلیه به محیط زیست حذف شود. بلانکیت به عنوان یک عامل ده کلرزن قوی به طور مؤثری کلر آزاد را حذف می کند.
• صنایع کاغذسازی :
• سفیدگری خمیر کاغذ : بلانکیت به عنوان یک عامل سفیدکننده در صنعت کاغذسازی برای افزایش روشنایی و سفیدی خمیر کاغذ استفاده می شود. این ماده به ویژه برای سفیدگری مکانیکی خمیر کاغذ که حاوی لیگنین است مؤثر است.
• ده کلرزنی پساب سفیدگری : مشابه صنایع نساجی در صنعت کاغذسازی نیز از کلر و ترکیبات کلردار برای سفیدگری خمیر کاغذ استفاده می شود که منجر به تولید پساب های حاوی کلر آزاد می شود. بلانکیت برای ده کلرزنی این پساب ها کاربرد دارد.
• صنایع معدنی و متالورژی :
• حذف کروم شش ظرفیتی از پساب آبکاری و معدن : کروم شش ظرفیتی یک فلز سنگین سمی و سرطان زا است که در پساب های صنایع آبکاری و معدن یافت می شود. بلانکیت به طور مؤثر کروم شش ظرفیتی را به کروم سه ظرفیتی احیا می کند که کم خطرتر و نامحلول تر است و به راحتی رسوب گذاری و جدا می شود. در مجتمع مس سرچشمه کرمان از بلانکیت در سیستم تصفیه پساب های صنعتی برای حذف کروم شش ظرفیتی استفاده می شود. این سیستم توانسته است غلظت کروم شش ظرفیتی را به کمتر از ۰.۰۵ میلی گرم در لیتر برساند که مطابق با استانداردهای بین المللی تخلیه پساب است.
• بازیابی فلزات گرانبها : بلانکیت در فرآیندهای بازیابی فلزات گرانبها مانند طلا و نقره از محلول های لیچینگ سیانیدی کاربرد دارد. این ماده می تواند فلزات گرانبها را از محلول احیا کرده و رسوب دهد.
• تصفیه آب آشامیدنی :
• ده کلرزنی آب آشامیدنی : در برخی موارد ممکن است نیاز به ده کلرزنی آب آشامیدنی پس از گندزدایی با کلر وجود داشته باشد به عنوان مثال برای حذف طعم و بوی نامطبوع کلر یا برای حفاظت از سیستم های توزیع آب. بلانکیت می تواند برای این منظور استفاده شود.
• حذف برخی از آلاینده های خاص : بلانکیت ممکن است در حذف برخی از آلاینده های خاص مانند آرسنیک و سلنیوم از آب آشامیدنی نیز کاربرد داشته باشد البته تحقیقات بیشتری در این زمینه مورد نیاز است.

استانداردهای بلانکیت

استانداردهای بین المللی :

استفاده از بلانکیت در تصفیه آب و پساب باید مطابق با استانداردهای بین المللی و ملی مربوط به کیفیت آب و پساب باشد. برخی از استانداردهای مرتبط عبارتند از :

• استانداردهای سازمان بهداشت جهانی (WHO) برای کیفیت آب آشامیدنی : این استانداردها محدودیت هایی را برای غلظت فلزات سنگین کلر باقیمانده و سایر آلاینده ها در آب آشامیدنی تعیین می کنند.
• استانداردهای سازمان حفاظت محیط زیست (EPA) ایالات متحده برای تخلیه پساب صنعتی : این استانداردها محدودیت هایی را برای غلظت آلاینده های مختلف در پساب های صنعتی که به محیط زیست تخلیه می شوند تعیین می کنند.
• استانداردهای ISO ۱۴۰۰۱ برای سیستم های مدیریت زیست محیطی : این استانداردها چارچوبی را برای مدیریت زیست محیطی سازمان ها ارائه می دهند و بر کاهش آلودگی و استفاده پایدار از منابع تأکید دارند.
• استانداردهای ملی کیفیت آب و پساب در کشورهای مختلف : هر کشور استانداردهای ملی خود را برای کیفیت آب و پساب دارد که باید در استفاده از بلانکیت و سایر روش های تصفیه رعایت شوند. به عنوان مثال در ایران استانداردهای سازمان حفاظت محیط زیست ایران برای کیفیت آب آشامیدنی و تخلیه پساب صنعتی وجود دارد.

فناوری های پیشرفته مرتبط :

• تولید بلانکیت با استفاده از فناوری های نوین : روش های جدیدی برای تولید بلانکیت با کارایی بالاتر و هزینه کمتر در حال توسعه هستند. به عنوان مثال استفاده از فناوری های الکتروشیمیایی برای تولید بلانکیت در محل مصرف می تواند هزینه های حمل و نقل و نگهداری را کاهش دهد و پایداری محصول را افزایش دهد.
• بهینه سازی فرآیندهای تصفیه با بلانکیت : تحقیقات در حال انجام است تا فرآیندهای تصفیه با بلانکیت را بهینه سازی کرده و کارایی و اثربخشی آن را افزایش دهد. به عنوان مثال استفاده از کاتالیزورهای مناسب می تواند سرعت واکنش احیا را افزایش دهد و دوز مورد نیاز بلانکیت را کاهش دهد.
• ترکیب بلانکیت با سایر روش های تصفیه : استفاده ترکیبی از بلانکیت با سایر روش های تصفیه پیشرفته مانند فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) فیلتراسیون غشایی و جذب سطحی می تواند کارایی تصفیه را بهبود بخشیده و طیف وسیع تری از آلاینده ها را حذف کند. به عنوان مثال ترکیب بلانکیت با فرآیند فنتون می تواند در حذف رنگ های مقاوم و آلاینده های آلی پایدار از پساب های صنعتی مؤثر باشد.

چالش ها و محدودیت های فنی استفاده از بلانکیت

با وجود مزایای فراوان استفاده از بلانکیت در تصفیه آب و پساب با چالش ها و محدودیت های فنی نیز همراه است که باید در طراحی و بهره برداری از سیستم های تصفیه مورد توجه قرار گیرند :

• پایداری و نگهداری بلانکیت : بلانکیت در حضور هوا و رطوبت به تدریج تجزیه می شود و خاصیت احیاکنندگی خود را از دست می دهد. این تجزیه به ویژه در محلول های آبی بلانکیت سریع تر رخ می دهد. بنابراین نگهداری و انبارداری بلانکیت باید در شرایط خشک و خنک و به دور از هوا و رطوبت انجام شود. محلول های بلانکیت باید در لحظه استفاده تهیه شوند و از نگهداری طولانی مدت آن ها خودداری شود. افزودن مواد پایدارکننده می تواند به افزایش پایداری محلول بلانکیت کمک کند اما همچنان محدودیت زمانی برای استفاده از محلول وجود دارد.
• تشکیل محصولات جانبی : واکنش احیا با بلانکیت ممکن است منجر به تشکیل محصولات جانبی شود. به عنوان مثال در ده کلرزنی با بلانکیت سولفات و سولفیت به عنوان محصولات جانبی تشکیل می شوند. غلظت بالای سولفات و سولفیت در پساب ممکن است باعث مشکلات زیست محیطی شود. بنابراین باید دوز بلانکیت به دقت کنترل شود تا از تشکیل بیش از حد محصولات جانبی جلوگیری شود. همچنین در برخی موارد ممکن است نیاز به تصفیه بیشتر پساب برای حذف محصولات جانبی وجود داشته باشد.
• هزینه های اقتصادی : بلانکیت نسبت به برخی از مواد شیمیایی دیگر مورد استفاده در تصفیه آب و پساب هزینه بالاتری دارد. هزینه خرید حمل و نقل و انبارداری بلانکیت می تواند بخش قابل توجهی از هزینه های تصفیه را تشکیل دهد. بنابراین باید بهینه سازی مصرف بلانکیت و جستجوی جایگزین های ارزان تر در صورت امکان مورد توجه قرار گیرد. همچنین ارزیابی اقتصادی دقیق برای مقایسه هزینه-اثربخشی استفاده از بلانکیت در مقایسه با سایر روش های تصفیه ضروری است.
• حساسیت به pH : کارایی بلانکیت در فرآیندهای احیا به pH محیط بستگی دارد. بلانکیت در pH قلیایی پایداری بیشتری دارد اما در pH اسیدی به سرعت تجزیه می شود. با این حال کارایی احیاگری بلانکیت در pH اسیدی و خنثی معمولاً بیشتر است. بنابراین باید pH محیط واکنش به دقت کنترل شود تا هم پایداری بلانکیت حفظ شود و هم کارایی احیاگری بهینه باشد. معمولاً pH خنثی تا کمی اسیدی برای استفاده از بلانکیت در تصفیه آب و پساب توصیه می شود.

نکات کلیدی برای بهینه سازی و بهبود عملکرد بلانکیت

برای دستیابی به عملکرد بهینه و کاهش چالش های استفاده از بلانکیت در تصفیه آب و پساب رعایت نکات کلیدی زیر ضروری است :

• کنترل دقیق دوز بلانکیت : دوز بلانکیت باید بر اساس نوع و غلظت آلاینده های هدف و شرایط عملیاتی به دقت تعیین و کنترل شود. استفاده از سیستم های کنترل دوز خودکار و پایش آنلاین پارامترهای کیفیت آب می تواند به بهینه سازی مصرف بلانکیت و جلوگیری از مصرف بیش از حد کمک کند.
• بهینه سازی pH و دما : pH محیط واکنش باید در محدوده مناسب (معمولاً خنثی تا کمی اسیدی) تنظیم شود تا هم پایداری بلانکیت حفظ شود و هم کارایی احیاگری بهینه باشد. دمای محیط واکنش نیز می تواند بر سرعت واکنش احیا تأثیر بگذارد. به طور کلی افزایش دما سرعت واکنش را افزایش می دهد اما ممکن است پایداری بلانکیت را کاهش دهد.
• استفاده از مواد پایدارکننده : افزودن مواد پایدارکننده مانند کربنات سدیم یا هیدروکسید سدیم به محلول بلانکیت می تواند پایداری آن را افزایش داده و عمر مفید محلول را طولانی تر کند.
• بهبود اختلاط و زمان تماس : اختلاط کامل و یکنواخت بین بلانکیت و آلاینده ها و فراهم کردن زمان تماس کافی برای تکمیل واکنش احیا از عوامل مهم در دستیابی به کارایی بالای تصفیه است. طراحی مناسب واکنشگاه و سیستم اختلاط باید مورد توجه قرار گیرد.
• استفاده ترکیبی با سایر روش های تصفیه : ترکیب بلانکیت با سایر روش های تصفیه پیشرفته می تواند کارایی تصفیه را بهبود بخشیده و محدودیت های استفاده از بلانکیت را کاهش دهد. به عنوان مثال استفاده از بلانکیت به عنوان پیش تصفیه قبل از فرآیندهای غشایی می تواند به کاهش گرفتگی غشاها و افزایش عمر مفید آن ها کمک کند.
• بازیابی و استفاده مجدد از بلانکیت (در صورت امکان) : در برخی از کاربردها امکان بازیابی و استفاده مجدد از بلانکیت مصرف شده وجود دارد. این کار می تواند به کاهش هزینه های تصفیه و کاهش اثرات زیست محیطی استفاده از بلانکیت کمک کند. تحقیقات در زمینه توسعه روش های بازیابی بلانکیت در حال انجام است.

نتیجه گیری

بلانکیت به عنوان یک عامل احیاکننده قوی نقش مهمی در تصفیه آب و پساب صنعتی ایفا می کند. ویژگی های منحصر به فرد آن از جمله توانایی حذف فلزات سنگین ده کلرزنی رنگ زدایی و حذف نیترات و نیتریت آن را به یک ابزار ارزشمند در صنایع مختلف تبدیل کرده است. با این حال استفاده از بلانکیت با چالش ها و محدودیت های فنی نیز همراه است که باید در طراحی و بهره برداری از سیستم های تصفیه مورد توجه قرار گیرند. با رعایت نکات کلیدی برای بهینه سازی عملکرد و استفاده از فناوری های پیشرفته مرتبط می توان از بلانکیت به طور مؤثر و پایدار در تصفیه آب و پساب صنعتی بهره برد و به حفاظت از محیط زیست و منابع آبی کمک کرد. تحقیقات و توسعه فناوری های نوین در زمینه تولید کاربرد و بازیابی بلانکیت نقش مهمی در گسترش کاربردهای آن و افزایش کارایی و پایداری فرآیندهای تصفیه مبتنی بر بلانکیت خواهد داشت.

سؤالات متداول

۱. آیا استفاده از بلانکیت در تصفیه آب آشامیدنی ایمن است؟

بله استفاده از بلانکیت در تصفیه آب آشامیدنی در صورت رعایت دوز مناسب و استانداردهای کیفیت آب ایمن است. بلانکیت به سرعت با کلر و سایر آلاینده ها واکنش می دهد و به محصولات بی ضرر تبدیل می شود. با این حال باید توجه داشت که بلانکیت می تواند سولفات و سولفیت به عنوان محصولات جانبی تولید کند. غلظت بالای سولفات در آب آشامیدنی ممکن است برای برخی افراد با مشکلات گوارشی نامطلوب باشد. بنابراین دوز بلانکیت باید به دقت کنترل شود و کیفیت آب تصفیه شده باید به طور منظم پایش شود تا اطمینان حاصل شود که مطابق با استانداردهای آب آشامیدنی است. سازمان بهداشت جهانی (WHO) و سازمان حفاظت محیط زیست (EPA) دستورالعمل هایی را برای استفاده ایمن از مواد شیمیایی در تصفیه آب آشامیدنی ارائه داده اند که باید رعایت شوند.

۲. چگونه می توان پایداری محلول بلانکیت را افزایش داد؟

پایداری محلول بلانکیت را می توان با روش های مختلفی افزایش داد :

• افزودن مواد پایدارکننده : افزودن مواد قلیایی مانند کربنات سدیم (Na₂CO₃) یا هیدروکسید سدیم (NaOH) به محلول بلانکیت می تواند pH را افزایش داده و از تجزیه بلانکیت در محیط قلیایی جلوگیری کند. این مواد با خنثی کردن اسیدهای تولید شده در اثر تجزیه بلانکیت پایداری محلول را افزایش می دهند.
• نگهداری در شرایط خنک و تاریک : تجزیه بلانکیت با افزایش دما و در معرض نور تسریع می شود. بنابراین نگهداری محلول بلانکیت در شرایط خنک و تاریک می تواند پایداری آن را افزایش دهد.
• جلوگیری از تماس با هوا : بلانکیت با اکسیژن هوا واکنش داده و تجزیه می شود. نگهداری محلول بلانکیت در ظروف دربسته و پر شده با گاز نیتروژن یا آرگون می تواند از تماس آن با هوا جلوگیری کرده و پایداری را افزایش دهد.
• تهیه محلول در لحظه استفاده : بهترین راه برای اطمینان از کارایی بلانکیت تهیه محلول آن در لحظه استفاده است. با این روش از تجزیه بلانکیت در طول زمان نگهداری جلوگیری می شود و محلول تازه و فعال برای تصفیه در دسترس خواهد بود.

۳. آیا بلانکیت می تواند جایگزین روش های سنتی تصفیه آب و پساب شود؟

بلانکیت نمی تواند به طور کامل جایگزین روش های سنتی تصفیه آب و پساب شود اما می تواند به عنوان یک روش مکمل و یا جایگزین برای برخی از مراحل تصفیه در نظر گرفته شود. روش های سنتی تصفیه آب و پساب مانند ته نشینی فیلتراسیون و گندزدایی با کلر برای حذف ذرات معلق مواد آلی و میکروارگانیسم ها بسیار مؤثر هستند و همچنان نقش اساسی در تصفیه آب و پساب ایفا می کنند.

بلانکیت به ویژه در مواردی که روش های سنتی کارایی کافی ندارند مانند حذف فلزات سنگین رنگ زدایی از پساب های رنگی و ده کلرزنی کاربرد دارد. استفاده ترکیبی از بلانکیت با روش های سنتی تصفیه می تواند به بهبود کیفیت آب و پساب و کاهش اثرات زیست محیطی آن ها کمک کند. به عنوان مثال می توان از بلانکیت برای پیش تصفیه پساب های صنعتی قبل از ورود به سیستم های تصفیه بیولوژیکی استفاده کرد تا غلظت آلاینده های مقاوم به تصفیه بیولوژیکی کاهش یابد و کارایی سیستم های بیولوژیکی بهبود یابد.