آلودگی فلزات سنگین در فاضلاب به دلیل ماهیت سمی و غیرقابل تجزیه زیستی فلزاتی مانند سرب، جیوه، کادمیوم، کروم و آرسنیک، یک نگرانی زیست محیطی قابل توجه است. این آلاینده‌ها که اغلب از فرآیندهای صنعتی، عملیات معدنی و رواناب کشاورزی منشأ می‌گیرند، در صورت عدم مدیریت صحیح، تهدیدی جدی برای اکوسیستم‌های آبی و سلامت انسان به شمار می‌روند. با افزایش آگاهی جهانی از آلودگی آب، توسعه و اجرای روش‌های موثر حذف فلزات سنگین اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است.
رسوب شیمیایی
رسوب شیمیایی به دلیل سادگی و مقرون به صرفه بودن یکی از پرکاربردترین روش‌ها برای حذف فلزات سنگین از پساب می‌باشد. این فرآیند شامل افزودن معرف‌های شیمیایی – معمولاً آهک (Ca(OH)2)، هیدروکسید سدیم (NaOH) یا سولفیدها – به فاضلاب است که با یون‌های فلزات سنگین محلول واکنش داده و ترکیبات نامحلول را تشکیل می‌دهند. این رسوبات، معمولاً به صورت هیدروکسید یا سولفید، سپس با ته نشینی یا فیلتراسیون حذف می‌شوند. اثربخشی رسوب شیمیایی به pH آب و یون فلزی خاص درگیر بستگی دارد. در حالی که این روش می‌تواند به طور موثر غلظت‌های بالای فلزات را کاهش دهد، اغلب حجم زیادی از لجن تولید می‌کند که نیاز به تصفیه یا دفع بیشتر دارد و ممکن است برای آلاینده‌های سطح ردیابی کمتر موثر باشد.
تبادل یون
تبادل یونی یک فرآیند شیمیایی برگشت پذیر است که برای حذف فلزات سنگین از طریق تبادل یون‌های فلزی موجود در فاضلاب با یون‌های بی ضررتر روی مواد رزین یا زئولیت استفاده می‌شود. هنگامی که فاضلاب از ستون تبادل یونی عبور می‌کند، یون‌های فلزی مانند سرب، کادمیوم و مس با یون‌های سدیم یا هیدروژن جاسازی شده در رزین مبادله می‌شوند. این روش برای حذف فلزات سنگین با غلظت کم بسیار موثر است و امکان بازسازی و استفاده مجدد از رزین‌ها را فراهم می‌کند و در دراز مدت آن را مقرون به صرفه می‌کند. تبادل یونی به ویژه برای پرداخت پساب تصفیه شده مناسب است تا استانداردهای تخلیه دقیق را برآورده کند. با این حال، این روش به پارامترهای کیفیت آب حساس است و می‌تواند با حضور یون‌های رقیب و مواد آلی مانع شود.
جذب سطحی
جذب شامل تجمع یون‌های فلزات سنگین بر روی سطح مواد جامد به نام جاذب است. جاذب‌های رایج عبارتند از کربن فعال، مواد معدنی خاک رس، زئولیت‌ها و مواد زیستی مانند کیتوزان یا ضایعات کشاورزی. این روش برای حذف غلظت‌های پایین فلزات از جمله سرب، کادمیوم، جیوه و آرسنیک بسیار موثر است. جذب به دلیل سادگی، راندمان بالا و امکان بازسازی جاذب مورد علاقه است. با این حال، کارایی به عواملی مانند pH، زمان تماس، دما و خواص سطحی جاذب بستگی دارد. اگرچه به طور گسترده قابل استفاده است، اما استفاده در مقیاس بزرگ را می‌توان با هزینه و چالش‌های دفع جاذب‌های مصرف شده محدود کرد. تحقیقات برای توسعه جاذب‌های کم هزینه و با ظرفیت بالا ادامه دارد تا این روش پایدارتر و مقیاس پذیرتر شود.
فیلتراسیون غشایی
تکنیک‌های فیلتراسیون غشایی مانند اسمز معکوس (RO)، نانوفیلتراسیون (NF)، اولترافیلتراسیون (UF) و میکروفیلتراسیون (MF) روش‌های پیشرفته‌ای برای حذف فلزات سنگین بر اساس اندازه و حذف بار هستند. این غشاها به عنوان موانع فیزیکی عمل می‌کنند که به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهند و در عین حال یون‌های فلزی را حفظ می‌کنند. اسمز معکوس به ویژه برای حذف تقریباً همه آلاینده‌های محلول از جمله فلزات سنگین مانند آرسنیک، سرب و کروم موثر است. اگرچه سیستم‌های غشایی بسیار کارآمد هستند، اما نیاز به انرژی ورودی بالایی دارند، مستعد رسوب هستند و هزینه‌های عملیاتی بالاتری دارند. اغلب برای جلوگیری از گرفتگی غشاء، پیش درمان ضروری است. علیرغم این محدودیت ها، فیلتراسیون غشایی به دلیل قابلیت اطمینان بالا و توانایی تصفیه جریان‌های پیچیده فاضلاب در کاربردهای صنعتی و برای تولید آب فوق خالص به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.
درمان الکتروشیمیایی
روش‌های الکتروشیمیایی مانند انعقاد الکتریکی، الکتروفلوتاسیون و رسوب الکتریکی به طور فزاینده‌ای برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب استفاده می‌شود. در انعقاد الکتریکی، جریان الکتریکی از الکترودهای فلزی (معمولاً آهن یا آلومینیوم) عبور می‌کند که حل می‌شوند و منعقدکننده‌هایی تشکیل می‌دهند که با فلزات سنگین متصل می‌شوند و باعث ته نشین شدن آنها می‌شوند. الکتروفلوتاسیون با تولید حباب‌های ریز گاز که به بلند کردن آلاینده‌ها به سطح کمک می‌کند، حذف را افزایش می‌دهد. رسوب الکتریکی مستقیماً یون‌های فلزی را روی یک الکترود قرار می‌دهد. این روش‌ها به ویژه برای محلول‌های فلزی مخلوط مؤثر هستند و در مقایسه با رسوب شیمیایی، لجن کمتری تولید می‌کنند. با این حال، آنها نیاز به انرژی الکتریکی و نگهداری دوره‌ای الکترود دارند. تصفیه‌های الکتروشیمیایی به ویژه برای صنایعی که به دنبال راندمان حذف بالا با حداقل استفاده از مواد شیمیایی و کاهش ضایعات ثانویه هستند، مفید هستند.
گیاه پالایی
گیاه پالایی از گیاهان خاصی برای جذب، انباشتن و گاهی اوقات سم زدایی فلزات سنگین از فاضلاب استفاده می‌کند. گونه‌های گیاهی خاصی که به عنوان بیش انباشته کننده شناخته می‌شوند، می‌توانند فلزاتی مانند آرسنیک، سرب و کادمیوم را از طریق ریشه‌های خود استخراج کرده و در زیست توده قابل برداشت ذخیره کنند. این فرآیند شامل مکانیسم‌هایی مانند استخراج گیاهی (جذب فلزات)، ریزوفیلتراسیون (جذب روی ریشه) و تثبیت گیاهی (تحرک در خاک یا رسوب) است. این روش سازگار با محیط زیست و از نظر زیبایی شناسی به ویژه برای مناطق بزرگ با سطوح آلودگی کم تا متوسط مناسب است. مقرون به صرفه و پایدار است، اما این فرآیند نسبتاً آهسته است و به دلیل سرعت رشد گیاه، تغییرات فصلی، و فراهمی زیستی فلزات محدود است. گیاه پالایی برای پرداخت پساب‌ها و در ترکیب با سایر روش‌های تصفیه برای یک رویکرد پاکسازی جامع ایده آل است.