بخشی از مقاله
چکیده
سالانه مقادیر زیادی فاضلاب از منابع خانگی ، کشاورزی ، صنعتی وارد محیط زیست می شود که حاوی غلظت بالایی از مواد شیمیایی و فلزات سنگین می باشد.کروم و کادمیم از مهم ترین آلاینده های زیست محیطی هستند که باعث آلودگی منابع آب و اختلال در فعالیت های متابولیکی موجودات زنده می شوند.در این پژوهش با استفاده از تغییر در ساختار بتن از دو نمونه جاذب سطحی نانو ذره آهن و کربن فعال سبوس برنج به طور همزمان و همچنین جداگانه برای حذف کروم - - +6 و کادمیم - - 2 از فاضلاب استفاده شده است.نانو ذره به صورت محلول با چسب بتن روی سطح بتن نشانده شد و سبوس در ساختار بتن و به اندازه چهل درصد وزنی سیمان به کار رفت. نمونه ها با توجه به شرایط فاضلاب و مقاومت مورد نیاز بتن حوضچه های تصفیه وکانالهای فاضلابتهیه شد.
یک نمونه با سطح پوشیده از نانو ذره ، یک نمونه با سبوس ، یک نمونه با سبوس و نانو ذره و نهایتا یک نمونه بدون جاذب ساخته شد.غلظت های مختلفی از فاضلاب حاوی کروم و کادمیم در بازه1 PPM تا 1000 بهروش آزمایشگاهی ساخته شد.تاثیر مشخصه های زمان تماس فاضلاب ، دوز جاذب ، pH ، غلظت فاضلاب کروم و کادمیم ، مقدار جذب توسط نمونه ها بررسی و با یکدیگر مقایسه شدند.حداکثر جذب 99/7 درصد برای کروم و 93/5درصد برای کادمیوم در زمان تماس بهینه 6 ساعت ، دوز جاذب بهینه20 mg/l برای کروم و40 mg/l برای کادمیوم ، pH بهینه 3 در غلظت فاضلاب 10 PPM و در دمای آزمایشگاه بدست آمد.بنابراین می توان نتیجه گرفت که روش مورد استفاده برای حذف کروم - - +6 و کادمیم - - 2 روشی موثر و کار آمدو ارزان - به علت تعدد استفاده ازسطح جاذب - می باشد.
کلید واژه : بتن ، نانو ذره آهن ، جذب سطحی ، سبوس برنج ، کروم - - +6 و کادمیم - . - 2
-1مقدمه
وجود فلزات سنگین در فاضلاب ها ، از مشکلات عمده دنیای امروز به حساب می آید. بعضی از فلزات سنگین مانند جیوه ، سرب ، کادمیوم ، مس ، کروم و نیکل حتی در مقادیر بسیار جزئی نیز سمی می باشند. - - 1کروم از جمله این فلزات سمی است که ازفرایندهای صنعتی مختلفی مانند فرایندهای دباغی چرم ، آبکاری فلزات ، ساخت رنگ و کاغذ تولید می شود .کروم درمحیط آبی عمدتاً به دو حالت سه و شش ظرفیتی وجود دارد - - 2 کادمیوم یکی ازخطرناکترین فلزات سنگین موجود درمحیط زیست می باشد.قسمت اعظم کادمیوم ازفعالیتهای آب فلزکاری وارد محیط زیست آبی می شود.درغلظتهای بالا،نوعی بیماری به نام »ایتای - ایتای«ایجادمی کندکه شکنندگی استخوانها و درد شدیداز مشخصات آن است .[3]
به منظور احیاء و حذف کروم و کادمیوم از فازآبی روشهای بسیاری مانند روشهای فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی گزارش شده اند که از این دسته می توان به فیلتراسیون ، جذب سطحی ، اسمز معکوس ، تبادل یون ، الکترودیالیز ، ترسیب شیمیایی و جذب زیستی اشاره نمود 4 - .و - 5 استاندارد آژانس حفاظت محیط زیست امریکا حد مجاز کروم 6 ظرفیتی را در آب های سطحی 0/1 mg/lوبرای آب آشامیدنی را 0/05 mg/l و کادمیوم 0/003 mg/l تعیین کرده است. 6 - و - 7 در تحقیقات رازقه اخباری زاده و همکاران با تأثیر مشخصه های مختلف از قبیل غلظت اولیه کروم و نیکل ، pH ، زمان تماس ، میزان نانو ذرات و دما بررسی شد ه است با افزایش غلظت میزان جذب کاهش یافته و با افزایش میزان جاذب ، زمان تماس و دما ، میزان جذب افزایش می یابد بنابراین برای محلول شبیه سازی شده ، درغلظت اولیه 50 میلیگرم بر لیتر ، مقدار جاذب 0/15 گرم و دمای 70 درجه سانتیگراد ، میزان جذب کروم در 2/6 pH حداکثراست. - - 8 آقایان Jing-fu Liu , Zong-shan Zhao andGui-bin Jiang درسال 2008
با استفاده ازپوششFe3O4 ذرات نانومغناطیسی از طریق اسید هومیک جهت رفع فلزات سنگین درآب با کارآمدی بالا،مطالعاتی را دراین زمینه انجام دادند. جذب فلزات سنگین به درون ترکیب Fe3O4/HA درکمتر از15دقیقه به تعادل رسیدو تطابق خوبی با مدل جذب لانگمویر باحداکثر ظرفیت جذب 46/3 تا 97/7 mg/g داشت. ترکیب Fe3O4/HA می تواند تابیش از % 99 ازحجم جیوه - II - و سرب - II - و بیش از %95 ازحجم مس - II - و کادمیم - II - را در آب شیر و آب معدنی و درpH بهینه جدا کند .[9]در کنار این جاذبها محققین درصدد دستیابی به مواد جاذب کم هزینه می باشند.ازجمله جاذبهای زیستی طیبعی ارزان قیمت با پتانسیل بالا میتوان به سبوس برنج،برگ چای،تفاله چای،پوست پرتغال،دانه های قهوه،ساقه گندم،پوسته تخم مرغ و غیره به منظور حذف فلزات سنگین سمی از محلولهای آبی اشاره کرد [10] هدف از این مطالعه عبارت است از 1 -بررسی جذب کروم از محلول آبی توسط نانو ذره آهن و کربن فعال سبوس برنج ، 2 -مطالعه اثر غلظت جاذب ، غلظت اولیه کروم ، pH ، زمان تماس بر فرایند جذب 3 -پیدا کردن ایزوترم جذب مناسب بر فرایند جذب کروم-4 تهیه نمونه بتنی که در مدت زمان کوتاهی عمل تصفیه را انجام دهد.
-2مواد و روشها
-1-2 روش تهیه نمونه
در این روش برای ساخت نمونه از شن با اندازه متوسط 19 میلیمتر ، ماسه 0 - 5 میلیمتر ، سیمان پرتلند نوع 2 وکربن فعال سبوس برنج استفاده شده است.هدف اصلی از انتخاب کربن فعال سبوس برنج خاصیت جاذب بودنش برای کروم - - +6 این ماده است. - - 11 و هدف دوم کاهش مصرف سیمان و به تبع آن کاهش آلودگی زیست محیطی سیمان است.در کشور ما خاکستر پوسته برنج ، مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران در رده پوزولانهای مصنوعی قرار دارد که می تواند به عنوان جایگزین درصدی از سیمان خواص مکانیکی و دوام بتن را بهبود بخشد. - - 12 هدف از انتخاب سیمان پرتلند نوع 2 با توجه به تعریف نوع استفاده از نمونه برای تصفیه فاضلاب شهری ، مقاومت خوبی است که این سیمان در شرایط قرارگیری مدام در برابر رطوبت و یخ زدگی دارد و تا حدی در مقابل حمله سولفات ها مقاوم است. . - 13 - چسب بتن نیز به صورت محلول و برای نشاندن پوشش نانو ذره روی سطح بتن استفاده شده است. در این پژوهش از نمک Cr - NO3 - 3.9H2O برای ساخت محلولهای فاضلاب کروم و ازنمک نیترات کادمیم - - Cd - NO3 - 2.4H2O برای ساخت محلولهای فاضلاب کادمیوم استفاده شد.
-1-1-2طرح اختلاط
با توجه به کم بودن بار وارد بربتن - لایه نازک فاضلاب - مقاومت فشاری اهمیت زیادی نداشت اما در طرح اختلاط مقاومت فشاری بتن میزان مناسب 250 کیلو گرم بر سانتیمتر مربع در نظر گرفته شد.مخلوط های بتنی مختلف مطابق روش آیین نامه بتن آمریکا - 14 - - ACI- 211 - ساخته شد که در نهایت طرح اختلاط وزنی بعد از اصلاح به جهت رطوبت دانه ها مطابق جدول - - 1 با توجه به شرایط محیطی متوسط استفاده شد.
-2-1-2ساخت نمونه
برای ساخت نمونه از قالب جنس پلاستیک و به شکل بشقاب استفاده شد. - تصویر شماره - 1 - - که قطر آن 16 سانتیمتر وارتفاع بتن درون قالب 3 سانتی متر انتخاب شد.بنابر این طبق معادله - 1 - مقدار مصالح برای یک نمونه طبق جدول - 2 - خواهد بود.
