بخشی از مقاله
خلاصه
روش تحریک زیستی - EAB - از رایجترین روشهای مورد استفاده جهت پاکسازی آلودگیهای نفتی از آبهای زیرزمینی به شمار میآید. در این روش از تحریک قابلیت میکروارگانیزمهای موجود در بستر آب زیرزمینی جهت پاکسازی آلاینده استفاده میشود. در پژوهش حاضر نانوذرات پراکسید کلسیم - CaO2 - با روشی جدید و کاربردی سنتز شده و جهت تأمین اکسیژن مورد نیاز برایرشد و فعالیتِ میکروارگانیزمها به کاربرده شد. نانوذرات CaO2با استفاده از واکنشِ پیشمادههای FeSO4 و H2O2 سنتز شده وتأثیر عوامل مختلف بر عملکرد نانوذرات در حذف آلاینده مدلِ - بنزن - مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با حفظ غلظت اکسیژن بالاتر از 8mg/l در بستر و جلوگیری از افزایش pH به بالاتر از 9، میتوان با استفاده از روش تحریک زیستی تا %43 از بنزن را از آب زیرزمینی پس از 32 روز حذف نمود.
.1 مقدمه
بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن - BTEX - در زمره مواد خطرناک و آلاینده محیط زیست به شمار میآیند. از جمله منابعِانتشارِ BTEX به محیط زیست میتوان به نشت از مخازن ذخیره سوخت و یا شکستگی خطوط لوله اشاره نمود که موجب آلودگی خاک و آب زیرزمینی به این ترکیبات میشوند. در سالهای اخیر مطالعات بسیاری در زمینه پاکسازی مؤثر مناطق آلوده صورت پذیرفته است .[1-3] رایجترین روشهای حذف عبارتند از: زیستپالایی، جذب به روشهای فیزیکی، فنآوریهای اکسیداسیون پیشرفته، تجزیه نوری و تجزیه با امواج رادیویی 5]،.[4 از دیگر روشهای قابل استفاده جهت حذف این دسته از آلاینده ها استفاده از روشهای پمپ کردن آب به خارج از زمین و تصفیه است .[6]
هرچند این روش می تواند میزان آلایندهها را تا حد قابل قبول کاهش دهد، اما انجام چنین اقدامی مستلزم صرف هزینههای بالایی است که بهره گیری از آن را با مشکل مواجه مینماید. با توجه به نفت خیز بودنِ کشور و وجود خطوط لوله و همچنین مخازن ذخیره قدیمی در کشور و در برخی از موارد دور افتاده بودن - عدم دسترسی به برق و حداقل امکانات - امکان استفاده از روشهای تصفیه به هیچ وجه اقتصادی نخواهد بود. در مقایسه روشهای مزبور، زیستپالایی به جهت سر و کار داشتن با مواد غیر سمی و کمترین تأثیر بر محیط زیست، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است .[7]
یکی از ترکیبات مؤثر و قابل استفاده در حذف ترکیبات نفتی از آب زیرزمینی، استفاده از نانوذرات آزادکننده اکسیژن - ORC - 1 است. این ترکیبات که عموما ترکیباتی پراکسیدی هستند به محض قرار گرفتن در محیط آبی به پراکسید هیدروژن - H2O2 - تجزیه شده و H2O2 تولیدی به علت ناپایداری به اکسیژن و آب تبدیل میشود. نداشتن محصول جانبی خطرناک و سمی موجب افزایش تمایل به استفاده این ترکیبات شده است .[8] در زمینه استفاده از ترکیبات آزادکننده اکسیژن دو دیدگاه مطرح است:
-1 استفاده از این ترکیبات جهت اکسیداسیون شیمیایی آلایندهها - فنتون یا فنتون اصلاح شده.[9] - 2
-2 تزریق این ترکیبات به آب به منظور فعالسازی جمعیت میکروبی آب زیرزمینی جهت حذف زیستی آلاینده.[10] تجزیه زیستی آلایندهها به صورت طبیعی طی چندین سال انجام می گیرد. به منظور افزایش سرعت تجزیه و کاهش زمان و هزینه فرآیند پاکسازی میتوان با افزایش غلظت اکسیژن و مواد غذایی در دسترس، شرایط را برای تجزیه زیستی تسهیل نمود. هدف اصلی این پژوهش حذف آلودگیهای نفتی از آبهای زیرزمینی است.
در زمینه حذف آلودگی از آبهای زیرزمینی دو نکته حائز اهمیت است، روش مورد استفاده و ترکیبات مورد نیاز جهت حذف آلودگی. به صورت کلی دو راهکار عملیاتی برای انجام فرایند حذف آلاینده از آب زیرزمینی مطرح است: استفاده بسترهای واکنشگر تراوا - PRB - 3 و یا بهرهگیری از چاههای تزریقی. ترکیبات آزادکننده اکسیژن با محتوی اکسیژن 10 تا 17 درصدی این قابلیت را دارند که چندین ماه به فعالیت اکسیژن رسانی خود در آب ادامه دهند .[11] این ترکیبات ابتدا برای رفع آلایندههای هیدروکربنی و افزودنیهای بنزین همچون BTEX - بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن - و MTBE - متیل ترشری بوتیل اتر - مورد استفاده قرار گرفتند.
[12] اگرچه استفاده از ORC در حذف آلایندهها بسیار در سایر کشورها رواج پیدا کرده است، اما اطلاعات چندانی در خصوص جزئیات فنی استفاده از این ترکیبات در دسترس نیست. در ادامه به برخی از پژوهشهای صورت گرفته در این زمینه پرداخته میشود. از جمله عوامل مؤثر که نقش اساسی در کاربری این ترکیبات دارند میتوان به جنس و مشخصات ترکیب آزادکننده اکسیژن و همچنین نحوه آزاد سازی، تعداد دفعات تزریق و حجم تزریق مواد به چاه اشاره نمود.
در پژوهشی که در سال 1994 توسط بیانکی- ماسکورا4 و همکاران صورت گرفت از سیمان جهت کنترل تولید و رهایش اکسیژن از ORC استفاده شد .[7] در این پژوهش از مخلوط ORC و سیمان بهره گرفته شد که با شکستن قطعات جامد بزرگ تشکیل شده به قطعاتی مکعبی به طول 2 اینچ به بررسی نحوه عملکرد قطعات ORC تولیدی و مقایسه آن با پودر ORC در حذف آلایندههای BTEX پرداخته شد. در نتیجه این پژوهش مشخص شد که عواملی همچون دما، فعالیت میکروبی و pH بر میزان رهایش اکسیژن مؤثرند . علاوه بر این نشان داده شد که استفاده از قطعات سیمانی حاوی ORC میتواند باعث افزایش 4 الی 5 برابری مدت زمان انتشار اکسیژن به محیط در مقایسه با پودر ORC شود .[7]
در مطالعه دیگری به منظور بهبود عملکرد پراکسید کلسیم از کپسوله نمودن استفاده شد تا کاربرد این ترکیب در بسترهای واکنشگر تراوا مورد ارزیابی قرار گیرد. در پژوهش مذکور از احاطه کردن پراکسید کلسیم توسط ماتریس پلیمری استفاده شد تا بتوان عملکرد پودر ORC را بهبود داد که در صورت استفاده از بسترهای واکنشگر تراوا، بکارگیری این روش بسیار مناسب خواهد بود .[13] در صورت استفاده از ORC در چاههای تزریق، مسئله مهم قابلیت پخش شدن ذرات ORC در لایه اشباع از آب است.
برای این منظور، استفاده از ORC در ابعاد نانو بهترین روش برای بهبود پخش شوندگی ذرات در لایه اشباع است. ترکیب آزادکننده اکسیژن مورد استفاده در این پژوهش، پراکسید کلسیم است که به عنوان گزینه مناسب در حذف آلودگیهای نفتی از آبهای زیرزمینی در نظر گرفته میشود. واکنش پراکسید کلسیم با آب طبق رابطه ارائه شده در معادله 1 صورت میگیرد. طی این واکنش H2O2 به عنوان محصول تولید میشود. پراکسید هیدروژن در تماس با آب ناپایدار بوده و به آب و اکسیژن تبدیل میشود - معادله . - 2
مشکل عمده در استفاده از پراکسید هیدروژن به جای پراکسید کلسیم ، تجزیه سریع H2O2 است. پراکسید کلسیم - به سبب تجزیه تدریجی - میتواند تا چندین ماه به طور مداوم در محیط آبی به فعالیت خود ادامه دهد. مهم ترین مزیت پراکسید کلسیم به پراکسید هیدروژن تجزیه آهسته CaO2 در محیط آبی است که همین امر هزینههای ناشی از تزریق این ترکیبات به بستر آب زیرزمینی و استفاده از آنها را کاهش میدهد و در عمل نیازی به استفاده از تجهیزات خاص و عملیات پیوسته نیست .[14]
دو روش جهت سنتز نانوذرات پراکسید کلسیم در دست است، روش کیان و همکاران [9] که شامل واکنش پیشمادههای کربنات کلسیم و پراکسید هیدروژن است و روش خداویسی و همکاران [15] که در آن از واکنش کلرید کلسیم و پراکسید هیدروژن استفاده شده است. در روش تحریک زیستی، CaO2 میتواند منبع مناسبی جهت تأمین اکسیژن مورد نیاز برای عملیات پاکسازی باشد. بازدهی حذف زیستی آلاینده به تنوعجمعیّت میکروبی و همچنین شرایط رشد بستگی دارد. بنابراین تعیین رابطه بین آلایندهها، عوامل محیطی وجمعیّت میکروبی از اهمیت بالایی برخوردار است .[16]
آلودگی آبهای زیرزمینی یکی از معضلاتی است که بی توجهی به آن عواقب ناخوشایندی را برای کشور به دنبال خواهد داشت. با توجه به اینکه تاکنون هیچ روشی عملیاتی و مقرون به صرفهای در کشور برای حذف آلودگی آبهای زیرزمینی ارائه نشده است، استفاده از روش تزریق ترکیبات آزادکننده اکسیژن به چاههای تزریق میتواند در این زمینه راهگشا باشد. . در پژوهش حاضر، با ارائه روشی نوین و کاربردی برای سنتز نانوذرات پراکسید کلسیم، عملکرد این ترکیبات در حذف آلاینده مدل - بنزن - مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این پژوهش میتواند با ارائه روشی اقتصادی و اجرایی، گامی مؤثر در زمینه رفع مشکل آلودگی آبهای زیرزمینی ترکیبات نفتی بردارد.
.2 مواد و روشها
.1,2 ترکیبات شیمیایی مورد استفاده
کلسیم سولفات، سدیم هیدرواکسید، بنزن - 99 % - ، سولفات آهن، پراکسید هیدروژن - %30 - و محیط کشت R2A آگار از شرکت مرک و پراکسید کلسیم - %70 - از شرکت سیگما تهیه شدند.
