بخشی از مقاله
چکیده:
با روند سریع توسعه صنایع، مقادیر هشدار دهندهای از فلزات سنگین به همراه پسماندهای این صنایع بهطور مستقیم در محیط زیست رها میشوند که اکوسیستمهای طبیعی و سلامت عمومی بشر را به مخاطره انداخته و زمینه بروز انواع سرطانها را تشدید میکنند. منشأ اصلی این ترکیبات خطرناک صنایع پتروشیمی، پالایشگاهها و نیروگاهها هستند.از عمدهترین آلایندههای آبهای صنعتی، فلز کروم است که به تبع کاربرد وسیعش، آلودگی گستردهای را در طبیعت ایجاد میکند. حذف این آلاینده، پیش از دفع سطحی یا زیر سطحی پساب، اقدام بسیار مؤثری در حفظ و جلوگیری از آلودگی منابع طبیعی و محیط زیست است. در این پژوهش، کروم - - III توسط خاک رس طبیعی، در اثر جذب سطحی، از محلول حذف شده و اثر پارامترهایعملیاتی نظیر مقدار جاذب، pH، غلظت اولیهی محلول کروم و زمان تماس بررسی و نقطه بهینه مشخص شده است. نتایج حاصل نشان میدهد که در مدت زمان 30 دقیقه، جذب سطحی بهتعادل میرسد و در pH برابر با 4 و غلظت اولیهی 140 میلیگرم بر لیترکروم، با 0/075 گرم از جاذب، بازده فرایند حذف در اثر جذب سطحی، بیش از 99 درصد میباشد.
کلمات کلیدی: جذب سطحی، فلزات سنگین، کروم، تصفیه پساب، پالایشگاه و پتروشیمی، رس طبیعی
-1 مقدمه
آلایندهها وقتی به آب اضافه میشوند به طور متفاوتی عمل میکنند. مواد غیرمقاوم، مانند مواد آلی، برخی مواد معدنی و میکروارگانیسمها توسط فرایندهای خودپالایی طبیعی تجزیه میشوند. این در حالی است که بسیاری از مواد معدنی از جمله فلزات سنگین جزو آلایندههای مقاوم بوده و تحت تأثیر فرایندهای طبیعی قرار نمیگیرند و فرایندهای معمول تصفیه آب و پساب برآنها اثر نمیکند .[1]فلزات سنگین از اجزای تشکیل دهنده پوسته زمین هستند ولی فعالیتهای انسان، سیکل ژئوشیمی و بیوشیمیایی آنها را به هم زده و باعث انتشار آنها در محیط زیست میشود.[2] پسابهای صنعتی به عنوان بخشی از محیط زیست نیز دارای فلزات سنگین هستند که در گسترش آلودگیها نقش قابل توجهی را ایفا می-کنند.[3]
پسابصنایع مختلفی از جمله پالایشگاههای نفت و پتروشیمیها حاوی مواد مختلفی همچون نفت، فنول، سولفید، آمونیاک، نیتروژن و فلزات سنگینی مانند کروم، نیکل، آهن، وانادیوم، روی، مس ... است.[4]در میان فلزات سنگین، کروم یکی از عمدهترین آلایندههای صنعتی است که به تبع کاربرد وسیعش در صنایع چرمسازی، دباغی، نساجی، رنگرزی، عکاسی، آبکاری، پالایش نفت و پتروشیمی، آلودگی گستردهای در طبیعت ایجاد میکند.[5]فولادهای کروم-مولیبدن در نیروگاههای برق، پالایشگاهها، پتروشیمیها و صنایع شیمیایی برای استفاده در لولهکشی، ساخت مخازن تحت فشار و مبدلهای حرارتی به کار گرفته میشوند. این نوع آلیاژها مقاومت ویژهای در برابر مواد خورنده پالایشگاهی و پتروشیمیایی مانند گوگرد و حملهی هیدروژنیاز خود نشان میدهند.[6]
حضور کروم در سلول گیاهان باعث بروز اختلال در توزیع مواد مغذی، ایجاد تغییرات نامطلوب در فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدان، ممانعت از رشد و باعث تخریب رنگدانهها میشود.[7] تجمعکروم در بدن انسان نیز باعث ایجاد اختلال در کار کبد و کلیهها شده و یکی از عوامل بروز سرطان دستگاه تنفسی و ریه است.[8] در جدول 1 حداکثر غلظت مجاز اعلام شده برای کروم سه و شش ظرفیتی مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی آورده شده است.[5]راهکارهای متنوعی برای کاهش غلظت فلزات سنگین از فاضلابها و پسابهای صنعتی همچون تهنشینی، فیلتراسیون، اکسیداسیون و احیا، تبادل یونی و جداسازی غشایی وجود دارد که هر کدام از آنها دارای مزایا و معایبی بر اساس سادگی، انعطاف پذیری، مؤثر بودن فرایند، قیمت، مشکلات فنی و نگهداری میباشند که از این میان جذب سطحی یک فرایند کارآمد به شمار میرود.[9]
در میان جاذبهای طبیعی مختلفی از جمله انواع زئولیتها [9] پوسته فندق[10]، تفاله سیب[11]، سبوس برنج[12] و خزه[13] که تاکنون برای جذب فلزات سنیگن به کار رفتهاند؛ کانیهای رسی به علت دارا بودن ویژگیهایی مانند سهولت دسترسی، قیمت پایین و ساختار لایهای، تخلخل و سطح ویژه بالا،بیشتر مورد توجه قرار گرفتهاند.در این تحقیق میزان جذب سطحی کروم - - III با استفاده از خاک رس مورد ارزیابی قرار گرفته است. این نوع خاک رس به طور سنتی جهت حذف مواد رنگی از آب انگور استفاده میشود. میزان تأثیر هر یک از عوامل مقدار جاذب، pH محلول، غلظت اولیه یون و زمان تماس بررسی شدهاند.
-2 مواد، روشهاو تجهیزات
-1-2 مواد
برای تهیه محلولهای کروم - - III از انحلال نمک کلرید کروم - - III شش آبه - Samchun - در آب دیونیزه استفاده شده است. تنظیم pH محلولها توسط اسید هیدروکلریدریک و سدیم هیدروکسید 0/1 مولار انجام شد. خاک رس مورد استفاده برای انجام آزمایشهای جذب سطحی از شهرستان ارومیه تهیه شده بود. نمونههای خاک رس قبل از انجام آزمایشها، با استفاده از غربال استاندارد 854میلیمتر الک شدند.
-2-2 روشها
برای بررسی اثر مقدار جاذب، محلول کروم - - III با غلظت 140 میلیگرم بر لیتر و pH اولیه 4 با مقادیر 0/025-0/2 گرم از جاذب در تماس قرار گرفت. میزان تأثیر pH بر روی فرایند جذب سطحی، با در تماس قرار دادن محلول کروم - - III به غلظت 140 میلیگرم بر لیتر در pHهای 3-5/8 با 0/075 گرم از جاذب مورد بررسی قرار گرفت. محلولهایی ازکروم - - III به غلظت 100-300 میلیگرم بر لیتر در pH برابر 4 با 0/075 گرم از جاذب در تماس قرار داده شدند تا میزان تأثیر غلظت اولیهی یون بررسی شود. برای مشخص کردن زمان برقراری تعادل نیز 0/075 گرم جاذب با محلول کروم - - III به غلظت 140 میلیگرم بر لیتر و pH برابر 4 در زمانهای 1-240 دقیقه در تماس قرارداده شد. در تمامی آزمایشها دمای 20 1 درجه سانتیگراد، حجم محلول 100 میلی لیتر، سرعت همزن 100 دور بر دقیقه و زمان تماس 180 دقیقه بود. در پایان زمان آزمایش، نمونه برداری با فیلتر سر سرنگی انجام شد و غلظت باقی مانده در محلول توسط دستگاه جذب اتمی اندازهگیری گردید. بازده حذف کروم توسط رابطه زیر محاسبه شده است.که در آن C0 غلظت اولیه آلاینده - mg/L - و Ct غلظت آلاینده - mg/L - در زمان t است. همچنین pH نهایی محلولها بعد از اتمام فرایند جذب سطحی اندازهگیری شده است.
-3-2 تجهیزات
جداسازی خاک رس از محلول توسط فیلتر سرسرنگی - 39 - PHPEUDQH' 67.5 SVL' 0.22 P - ، سنجش غلظت کروم توسط دستگاه جذب اتمی - novAA 400 P, Analytikjena - و اندازهگیریpH محلول-هاتوسط دستگاهpH متر - PTR79, ZAG CHEMIE - صورت گرفت.
-3 بحث و نتایج
-1-3 بررسی اثر مقدار جاذب
اثر مقدار جاذب بر میزان جذب سطحی در شکل 1 نشان داده شده است. با افزایش میزان جاذب، درصد حذف افزایش مییابد و سپس ثابت باقی میماند که این به دلیل افزایش محلهای جذبی موجود در سطح خاک
