بخشی از مقاله
خلاصه
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 از مهم ترین آلاینده های زیست محیطی است که باعث آلودگی منابع آب و اختلال در فعالیت های متابولیکی موجودات زنده می شود. 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 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. پایلوت ها با توجه به شرایط فاضلاب و مقاومت مورد نیاز بتن حوضچه های تصفیه وکانالهای فاضلاب تهیه شد.
یک نمونه پایلوت 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 در بازه 1 تا PPM 1000 به روش آزمایشگاهی ساخته شد. تاثیر مشخصه های زمان تماس فاضلاب, دوز جاذب, pH ,غلظت فاضلاب کروم, مقدار جذب کروم توسط پایلوتها بررسی و با یکدیگر مقایسه شدند. حداکثر جذب 99/7 درصد در زمان تماس بهینه 6 ساعت, دوز جاذب بهینه 20 میلیگرم بر لیتر, pH بهینه 3 در غلظت فاضلاب PPM 10 و در دمای آزمایشگاه بدست آمد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که روش مورد استفاده برای حذف کروم - - +6 روشی موثر و کار آمدو ارزان - به علت تعدد استفاده ازسطح جاذب - می باشد..
کلمات کلیدی: بتن , نانو ذره آهن , جذب سطحی , سبوس برنج , کروم - - +6
.1 مقدمه
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 .[1] کروم 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 آبیعمدتاً به دو حالت سه و شش ظرفیتی وجود دارد.[2] به منظور احیاء و حذف کروم از فاز آبی 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.
استاندارد آژانس حفاظت محیط زیست امریکا حد مجاز کروم 6 ظرفیتی را در آب های سطحیmg/l 1/0 و برای آب آشامیدنی را mg/l 0/05 تعیین کرده است 3]،. [4 در تحقیقی 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، در غلظت اولیه 50 میلیگرم بر لیتر، مقدار جاذب 0/15 گرم و دمای 70 درجه سانتیگراد، میزان جذب کروم در =pH 2/6 حداکثر است.[5]
نتایج تحقیقات مشخص ساخت که کارایی حذف کروم شش ظرفیتی با افزایش pH از 4 به 8 در شرایط ثابت از % 57/65 به % 30/63 و از % 79/5 به % 68/67 به ترتیب در شرایط هوازی و بی هوازی کاهش یافت. همچنین با افزایش غلظت اولیه کروم از 10 به 50 میلی گرم بر لیتر کارایی حذف در شرایط هوازی 79/34 درصد به 30/56 در صد ودر شرایط بی هوازی از % 98/98 به % 40/46 کاهش یافت.[6] 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 پایلوت بتنی که در مدت زمان کوتاهی عمل تصفیه را انجام دهد.
-2مواد و روشها
-1-2 روش تهیه پایلوت
در این روش برای ساخت پایلوت 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[7] و هدف دوم کاهش مصرف سیمان و به تبع آن کاهش آلودگی زیست محیطی سیمان است. در کشور ایران 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. [8] هدف از انتخاب سیمان پرتلند نوع 2 با توجه به تعریف نوع استفاده از پایلوت برای تصفیه فاضلاب شهری,مقاومت خوبی است که این سیمان در شرایط قرارگیری مدام در برابر رطوبت و یخ زدگی دارد.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 استفاده شده است.
-1-1-2طرح اختلاط
با توجه به کم بودن بار وارد بر بتن - 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[9] 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 پایلوت
برای ساخت پایلوت از قالب جنس پلاستیکی و به شکل بشقاب استفاده شد. - تصویر شماره - - 1 - که قطر آن 16 سانتیمتر و ارتفاع بتن درون قالب 3 سانتی متر انتخاب شد. بنابر این طبق معادله - 1 - مقدار مصالح برای یک نمونه پایلوت طبق جدول - 2 - خواهد بود :
