بخشی از مقاله
چکیده
مشکلات آلودگی آبهای آشامیدنی به نیترات موجب ایجاد روشهای متعددی برای حذف نیترات در منابع آب شده است. در این تحقیق توسط سورفکتنت کاتیونی HTAB، اثر غلظت آلاینده، سورفکتنت و همچنین ضخامت غ شا در حذف نیترات تو سط غ شا اولترافیلترا سیون PAN برر سی شد. مکانیزم مطرح شده برای پسدهی، تشکیل لایه کیک بر روی سطح غشا بود. نتایج نشان داد با افزایش غلظت سورفکتنت تا حد غلظت بحرانی، راندمان افزایش یافت. محلولهای غلیظ نسبت به محلول رقیق 40 ppm راندمان بهتری داشته و بهترین راندمان % 73/92 با غلظت سورفکتنت 10 mM و نیترات 200 ppm در ضخامت 150 میکرون به دست آمد.
.1 مقدمه
آلودگی به نیترات در آبهای آشامیدنی، یک نگرانی بزرگ در سراسر جهان است. غلظت نیترات در آب باران در مناطق صنعتی به طور معمول بیش از 5 میلی گرم بر لیتر[8] و در آبهای سطحی این مقدار معمولا در محدوده - 0 - 18 - میلی گرم در لیتر میباشد .[16] سازمان سلامت جهانی ماکزیمم سطح مجاز نیترات در آب آشامیدنی را 10 میلی گرم بر لیتر اعلام نموده است .[8] اتحادیه اروپا ماکزیمم مقدار مجاز نیترات را 50 میلی گرم بر لیتر تعیین نموده اما مقداری کمتر از 25 میلی گرم بر لیتر را توصیه میکند.
[15] سطح آلودگی نیترات میتواند از طریق استفاده بیش از اندازه از کودها، زبالههای انسانی و پسماندهای کشاورزی افزایش یابد. روشهای کنونی حذف نیترات از آب آشامیدنی عبارتاند از: رزینهای تبادل یون، دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی، دنیتریفیکاسیون شیمیایی، اسمز معکوس، الکترودیالیز ودنیتریفیکاسیون کاتالیستی، فرایندهای جذبی و ... . [13 ] هرچند هریک از این روشها با محدودیتهایی مواجه است. رزینهای تبادل یون نیاز به احیا دارند که این فرایند را پیچیده و هزینهبر میکند. دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی باعث آلودگی آلی شده و استفاده بیش از حد کلرین میشود.
ایمنی، واکنش جانبی و هزینههای اضافی مواد شیمیایی استفاده شده، دنیتریفیکاسیون شیمیایی را غیر اقتصادی میکند. الکترودیالیز نیز یک فرایند ساده و موثر از نظر اقصادی نیست. اسمز معکوس نیز مصرف انرژی بالایی داشته و مقدار محصول کمی به دست میدهد. دنیتریفیکاسیون کاتالیستی نیز به دلیل مراحل پیش و پس تصفیه و مصرف مواد شیمیایی اضافی غیر اقتصادی میشود .[13]
آلودگی آبهای آشامیدنی سلامت عمومی به ویژه سلامت اطفال را در معرض خطر قرار میدهد. در کودکان کمتر از شش سال این ترکیب میتواند موجب متاموگلوبینامیا، اسهال و اسیدوز گردد. NO3- میتواند به NO- کاهش یافته و با هموگلوبین موجود در خون ترکیب شده و متاموگلوبین تشکیل شود. این فرایند موجب ایجاد شرایطی میشود که عموما سندرم بچه- آبی نام دارد. فرایند حذف نیتراتها از آب فرایندی هزینهبر و دشوار است [11] آلودگی نیترات همچنین میتواند باعث ایجاد سرطان معده در بزرگسالان شود 13]و 9 و .[1 اولترافیلتراسیون یک فرایند جداسازی است که در آن ابعاد حلشونده به طور قابل توجهی از ابعاد حلال بزرگتر میباشد.
گزارش شده است که اولترافیلتراسیون پیشرفته میسلی به طور موثر و اقتصادی، برای حذف یونهای فلزی سنگین، ترکیبات آلی و دیگر یونها به کار گرفته شده است. تکنیک جداسازی الترافیلتراسیون پیشرفته میسلی شامل افزایش سورفکتنت به جریان آب آلوده به منظور تشکیل میسل و برهمکنش بین جز آلاینده و قسمت باردار میسل است. هر میسل از تجمع 50 تا 100 مولکول سورفکتنت تشکیل میشود .[7]
یانگ و همکاران - 2003 - در مطالعهای حذف همزمان فری سیانید و نیترات را توسط غشا اولترافیلتراسیون از جنس سلولز احیا شده، در یک سل همزده dead-end به همراه سورفکتنت CPC برر سی کردند. بر ا ساس نتایج در سی ستمهای /CPCفری سیانید و /CPCنیترات، با افزایش نسبت CPC به آلاینده حذف بهبود مییابد و حذف نیترات تک ظرفیتی به طور قابل ملاحظهای توسط فری سیانید دو ظرفیتی تحت تاثیر قرار گرفته است .
[4] مورل و همکاران - 1997 - با استفاده از غشا اولترافیلتراسیون اصلاح شده با سورفکتنت به حذف یون نیترات از محلول آبی پرداختند. آنها مشاهده کردند که سورفکتنتهای کاتیونی مختلف مورد ا ستفاده در غلظت بالاتر از غلظت بحرانی مای سل دارای راندمان بیشتری ا ست. آنها همچنین غشای سلولز استات را به دو طریق دینامیک و غوطهوری اصلاح نموده و دریافتند که حالت دینامیک راندمان بیشتری در حذف نیترات دارد .
[12] یانگ و بائک - 2004 - حذف همزمان نیترات، کرومات و هیدروکربنهای آروماتیک کلرینه شده -1 - کلرو بنزن، 1 و -2 دی کلروبنزن - را از طریق فرایند اولترافیلترا سیون می سلی برر سی نمودند. آنها م شاهده کردند که حضور همزمان نیترات و کرومات تاثیر قابل توجهی بر حذف -1کلروبنزن - کمتر از % - 2 و 1 و -2 دی کلروبنزن - کمتر از % - 10 ندارد. حضور کلروبنزنها با انحلال در بخش آبگریز میسلها از طریق نیروهای آبگریز تاثیر به سزایی بر حذف نیترات - کمتر از % - 3 و کرومات - کمتر از % - 2 ندا شته ا ست.
حذف CPC به عنوان سورفکتنت کاتیونی با ح ضور دی کلرو بنزن - حذف بیش از % - 99/5 و -1 کلروبنزن - حذف بیش از % - 98 تحت تاثیر قرار گرفته و حضور نیترات و کرومات تاثیر بسیار اندکی داشته است .[2] یانگ و همکاران - 2003 - همچنین به حذف مواد مغذی، نیترات و فسفات، توسط CPC در یک سل همزده dead-end با غشای سلولز احیا شده پرداختند. فشار عملیاتی سل 2 bar بود.
در سیستم :CPC فسفات: نیترات، هنگامی که نسب مولی از 1 :0/06 :1/06 به 1 : 0/06 : 3/18 و به 1 : 0/06 : 5/30 افزایش مییابد، پسدهی نیترات به ترتیب به 77% ، % 84 و در نهایت % 92 افزایش مییابد، در حالی که حذف فسفات به ترتیب 83% ، % 87 و % 95 میشود .[3] در این تحقیق با استفاده از سورفکتنت کاتیونی HTAB، میزان پسدهی نیترات در ضخامتهای غشا 150 و 250 میکرون به عنوان تابعی از غلظت سورفکتنت و نیترات، بررسی شد. همچنین غلظت HTAB در خروجی یا به عبارتی میزان حذف آن از محلول آبی به عنوان جز کمکی که میتواند آلودگی ثانویه ایجاد کند، مورد توجه قرار گرفته است.
.2 مواد و روشها
مواد مورد استفاده در این تحقیق شامل پلی آکریلونیتریل - PAN - از شرکت پلی آکریل ایران با وزن ملکولی متوسط 100000، نیترات سدیم، هگزا دسیل تری متیل آمونیوم بروماید - HTAB - با غلظت بحرانی 0/92 میلی مولار در محلول آبی و دی متیل فرمامید - DMF - از شرکت مرک آلمان میباشد. با انتخاب ضخامتهای 150 و 250 میکرون برای غ شا پلی آکریلونیتریل، از سورفکتنت کاتیونی HTAB به منظور بررسی تشکیل میسل باردار مثبت در به دام انداختن آنیونهای نیترات، استفاده شد. غلظت نیترات در سه سطح 200ppm - و 40 به عنوان حد بالا و پایین و 120 ppm به عنوان حد میانی - به عنوان نماینده آبهای آلوده سطحی و زیر زمینی و غلظت سورفکتنت نیز در سه سطح 10 mM - ، 5/2 و - 0/4 مورد بررسی قرار گرفت. در ضخامتهای مطرح شده به بررسی اثر تغییر غلظت سورفکتنت و نیترات پرداخته شد. ترتیب آزمایشهای ذکر شده در جدول 1 مشاهده میشود.
برای ساخت غشا از روش وارونگی فاز استفاده گردید. ابتدا محلول پلیمری % 16 وزنی PAN از طریق افزودن پلیمر به حلال DMF و همزدن به مدت حدود 4 ساعت در دمای 50 درجه سانتیگراد تهیه گردید. پس از نگهداری محلول در دمای محیط به مدت 24 ساعت به منظور خروج حبابهای ریز هوا و تثبیت محلول، فیلم نازکی توسط فیلمکش با ضخامت م شخص بر روی شی شه ک شیده شد و مدت 90 ثانیه در تماس با هوا قرار گرفت، سپس فیلم در حمام آب غوطهور گردید و پس از 6 ساعت مورد استفاده قرار گرفت.
محلول نیترات و سورفکتنت با انحلال وزن مشخص از نمک سدیم نیترات در آب دو بار تقطیر و سپس اضافه نمودن سورفکتنت و هم زدن توسط همزن مغناطیسی تا انحلال کامل سورفکتنت تهیه گردید. آزمایشها با استفاده از سل dead-end با اعمال فشار گاز نیتروژن در فشار 1 بار به منظور عبور محلول از غشا و انجام نمونهگیری در زمانهای 30 ثانیه، 15، 30، 45 و 60 دقیقه انجام پذیرفت. غلظت اجزای موجود در محلول توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 220 و 275 نانومتر برای نیترات و 206 نانومتر برای HTAB اندازهگیری شد.
