بخشی از مقاله
چکیده
رسوب لجن در طول انعقاد و ته نشینی در فرایند تصفیه آب آشامیدنی "بقایای تصفیه آب" نامیده می شود. معمولا از پلی آلومینیوم کلراید به عنوان ماده منعقد کننده استفاده می شود. بازیافت بقایای تصفیه آب مورد نظر است. یک راه برای استفاده مجدد از آن استفاده بعنوان خاک شخم زده است. از آنجا که استفاده مجدد از بقایای تصفیه آب در این راه به علت وجود آلومینیوم حاصل از اضافه کردن پلی آلومینیوم کلراید و ظرفیت بالای جذب فسفات و دیگر ترکیبات کود شیمیایی توسط آلومینیوم بازداشته شده است. بنابراین حذف آلومینیوم از بقایای تصفیه آب به منظور استفاده مجدد به عنوان خاک شخم زده سودمند است. این پژوهش اثر اسید شویی در حذف آلومینیوم از بقایای تصفیه آب را نشان می دهد. درصد حذف آلومینیوم از بقایای تصفیه آب به وسیله محلول سولفوریک اسید در 3 pH حدود 90 درصد بود. در مورد نمونه خشک شده در آفتاب این درصد به 40 کاهش یافت. به وسیله اسید شویی با حذف 90 درصد آلومینیوم حداکثر ظرفیت جذب فسفات کاهش یافت و فسفر در دسترس افزایش یافت.
کلمات کلیدی: انعقاد، لجن، پلی آلومینیوم کلراید، بازیافت
-1 مقدمه
انعقاد و ته نشینی یک روش رایج در تصفیه آب آشامیدنی است. پلی آلومینیوم کلراید و آلومینیوم سولفات - آلوم - مواد منعقد کننده رایج هستند، انعقاد می تواند به طور موثر با افزایش اندازه ذرات معلق به وسیله تولید لخته ها افزایش یابد. لخته ها می توانند به آسانی در طول فرایند ته نشینی ته نشین شوند و به عنوان لجن ته نشین شده حذف شوند. سپس مایع بالایی خالص می تواند به دست بیاید. لجن ته نشین شده به عنوان بقایای تصفیه آب شناخته می شود. بررسی های کتابخانه ای اخیر نشان می دهد که اروپا و ایالات متحده آمریکا هر ساله به ترتیب چند صد هزار و بیش از 2 میلیون تن باقیمانده جامد تولید می کنند و تولید جهانی لجن 10000 تن در روز می باشد.[1]
در اغلب مواقع باقیمانده جامد تولید شده از طریق دفن کردن یا کاربرد در زمین از بین می روند. اما هر دو گزینه در میان گزینه های دیگر اکنون مورد بررسی دقیق قرار دارند. افزایش تولید باقیمانده جامد به همراه محدودیت های زیست محیطی در رابطه با دفع مواد زائد، باعث افزایش تحقیقات راجع به استفاده مجدد از باقیمانده جامد شد.راه های بسیاری برای استفاده مجدد از باقیمانده جامد وجود دارد. از باقیمانده جامد عمدتا در ساختمان سازی و یا کاربرد در زمین استفاده می شود.[2]غلظت فلزات سنگین همچون سرب، کادمیم و کروم در باقیمانده جامد عمدتا در سطوح رضایت بخش کم قرار دارد، بنابراین بازیافت باقیمانده جامد مشکل نیست. یکی از موارد استفاده مجدد مهم، استفاده به عنوان مواد خام در صنعت سیمان و شن و ماسه های رشته های ورزشی است.
کاربرد دیگر آن استفاده به عنوان بخشی از خاک شخم خورده می باشد. با این حال باقیمانده جامد شامل آلومینیوم حاصل از منعقدکننده ها می باشد که دارای اثر زیان آوری بر روی گیاهان است.[3] علاوه بر این به دلیل اینکه آلومینیوم ظرفیت جذب بالایی برای فسفات و دیگر آنیون ها دارد، وجود آلومینیوم در باقیماندهجامد مانع استفاده گیاه از اجزای آنیونی کود و فسفات می شود.[4] برای مثال نواک و واتس در سال 2004 بیشترین ظرفیت جذب فسفات توسط باقیمانده جامد - - p-max را 85 تا 175 میلی گرم فسفات به ازای هر گرم لجن تعیین کردند که بیشتر از 85 برابر میزان جذب فسفات برخی از خاک های طبیعی است.[5]
به دلیل ظرفیت جذب بالای باقیمانده جامد برای فسفر، استفاده از آن به عنوان جاذب در تصفیه آب مورد بررسی قرار می گیرد. مکریس و همکاران در سال 2004 توانایی باقیمانده جامد را به عنوان نگهدارنده طولانی مدت فسفر جذب شده گزارش کردند، نتایج آزمایشات آنها نشان داد که باقیمانده جامد حلالیت فسفر را به شدت کاهش می دهد. به دلیل ظرفیت جذب بالای فسفر محدودیت استفاده از باقیمانده جامد در خاک شخم زده کشاورزی نیز نشان داد شده است.[6] اضافه کردن بی رویه باقیمانده جامد می تواند منجر به تثبیت بیش از حد فسفر محلول و در نتیجه نقص محصولات کشاورزی شود.مطالعاتی برای استفاده مجدد از باقیمانده جامد به عنوان سیستم منعقد کننده فاضلاب انجام شده است.
میانوشیتا و همکاران در سال 2009 هزینه تصفیه فاضلاب با استفاده از باقیمانده جامد را در کشور ژاپن ارزیابی کردند. نتیجه این بود که هزینه ساخت و ساز تصفیه ترکیبی خیلی کمتر از تصفیه انفرادی است. بار فاضلاب اضافی کمتر از هزینه ساخت سیستم تصفیه لجن جدا است.[7] با این حال برای اطمینان از بی خطر بودن آب تصفیه شده لازم است که آلومینیوم برای استفاده مجدد باقیمانده جامد به عنوان منعقدکننده برای تصفیه آب آشامیدنی استخراج شود. در مطالعه ای تولید دوباره پلی آلومینیوم کلراید از باقیمانده جامد به روش دو مرحله ای استخراج گزینش پذیر آلومینیوم از منگنز پیشنهاد شد.[8] روش دو مرحله ای ذکر شده آلومینیوم و منگنز را استخراج و آلومینیوم را به وسیله ته نشینی در 4/5 pH تا 6/5 خالص سازی می کند. این پژوهش اثر pH را در اسید شویی روی میزان حذف آلومینیوم از باقیمانده جامد نشان می دهد، همچنین ویژگی های لجن شسته شده به عنوان خاک شخم زده مورد بررسی قرار گرفت.
-2 مواد و روش ها
-1-2 اسید شویی باقیمانده جامد
نمونه باقیمانده جامد مورد استفاده در این مطالعه از یک کارخانه تصفیه آب آشامیدنی به دست آمده بود. ماده منعقد کننده مورد استفاده پلی آلومینیوم کلراید بود. pH با استفاده از NaOH و HCl روی مقدار مورد نظر تنظیم شد. انعقاد پس از ته نشینی ذرات معلق بزرگتر بدون استفاده از مواد شیمیایی انجام شد. باقیمانده جامد بوسیله تغلیظ نمونه در یک تغلیظ کننده و بدون وجود فشار یا اضافه کردن مواد شیمیایی تشکیل شد. سپس باقیمانده جامد به مدت چندین ماه در آفتاب خشک شد. لجن تغلیظ شده و خشک شده با آفتاب که به ترتیب دارای 85 و 15 درصد آب بودند در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفتند.سولفوریک اسید برای اسید شویی و حذف آلومینیوم از باقیمانده جامد مورد استفاده قرار گرفت.
شستشو با نسبت جامد به مایع 3 به 6 - 100 گرم لجن در 200 میلی لیتر - انجام شد. در طول شستشو pH به وسیله سولفوریک اسید روی مقدار مشخصی - بین 1 تا - 5 تنظیم شده بود. بعد از انجام استخراج اسیدی به مدت 2 ساعت، لجن به وسیله سانتریفیوژ و عبور از دکانتور جمع آوری شد. لجن شسته و جمع آوری شده سپس در 200 میلی لیتر آب مقطر به صورت معلق درآمد. سوسپانسیون به طور دستی به وسیله محلول سدیم هیدروکسید به 7 pH رسید و خنثی شد. لجن تولید شده به وسیله سانتریفیوژ و شستشو با آب مقطر جمع آوری شد و سپس در یک آون به مدت 12 ساعت در دمای 100 درجه سلسیوس برای استفاده در آزمایش های بعدی خشک شد.تراوایی لجن با اسید شویی در pH برابر 1 همانطور که بعدا شرح داده خواهد شد، کاهش پیدا کرد. بنابراین دانه سازی انجام شد.
-2-2 تجزیه خواص خاک
مقدار آلومینیوم حذف شده از باقیمانده جامد به عنوان نسبت غلظت آلومینیوم در محلول استخراج شده به محتوی آلومینیوم در لجن محاسبه شد. غلظت آلومینیوم در محلول به وسیله طیف سنجی نشر اتمی پلاسمای جفت شده القایی آرگون تعیین شد و سپس با فیلتر غشایی با ضخامت 0/45 میکرومتر فیلتر شد. محتوی آلومینیوم در لجن به وسیله استخراج با محلول ا نرمال هیدروکلریک اسید تعیین شد. موازنه جرم آلومینیوم مقدار آلومینیوم مصرفی را مشخص می کرد.با ارزیابی اثر حذف آلومینیوم روی ظرفیت جذب فسفر توسط لجن، بیشترین ظرفیت جذب فسفر بر اساس منحنی هم دمای جذب فسفر تعیین شد.[9]
منحنی جذب هم دمای فسفر به وسیله موازنه ناپیوسته با محلول فسفر استاندارد - 10 - KH2PO4 تا 500 میلی گرم در لیتر و 10 میلی مولار کلسیم کلرید - به عنوان تنظیم کننده یونی - و 67 میلی مولار - CHCl3 جهت گندزدایی - تولید شده بود. یک گرم از نمونه لجن به یک ویال با 10 میلی لیتر محلول فسفریک اسید اضافه شد. جذب سطحی تعادلی به وسیله مخلوط کردن با یک همزن مکانیکی به مدت 24 ساعت و در دمای 25 درجه سلسیوس به دست آمد. مایع تصفیه شده با عبور از فیلتر غشایی 0/45 میکرومتری به دست آمد و میزان فسفر محلول در مایع تصفیه شده با استفاده از دستگاه طیف سنج در طول موج 880 نانومتر اندازه گیری شد. میزان فسفر ماکزیمم بر اساس مدل لانگمویر تعیین شد.
-3 نتایج و بحث ها
-1-3 حذف آلومینیوم از لجن ها
برای بررسی اثر pH های مختلف اسید شویی روی میزان حذف آلومینیوم از لجن ها، درصد حذف - استخراج - آلومینیوم برای لجن تغلیظ شده و خشک شده با آفتاب تعیین شد. محتوی آلومینیوم هر یک از لجن های تصفیه نشده تغلیظ شده و خشک شده با آفتاب به ترتیب برابر 34 و 69 گرم بر کیلوگرم بود، درصد حذف بر اساس این مقدار در لجن تصفیه نشده محاسبه شد. از لحاظ نظری آلومینیوم عمدتا به صورت یونیزه و حل شده به عنوان یون آلومینیوم در 3/5 pH، همانطور که در شکل 1 گونه محلول آلومینیوم اصلی در pH های مختلف و در حضور Al - OH - 2+ و Al3+ نشان داده شده است.[10] همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، درصد حذف آلومینیوم از نمونه لجن خشک شده با آفتاب در pH برابر 3 فقط 5 درصد و در pH برابر 1 بالای 80 درصد بود. همچنین درصد حذف آلومینیوم در نمونه لجن تغلیظ شده حتی در pH برابر 3 حدود 70 درصد بود.
