بخشی از مقاله
چکیده
امروزه آلودگی آبهاي سطحی و به ویژه زیرزمینی به نیترات در برخی مناطق جهان در حال افزایش است. از آنجایی که که سطح بالاي نیترات می تواند باعث بروز مشکلاتی از قبیل متهموگلوبینمیا، تشکیل ترکیبات نیتروزآمین و بیماري سرطان گردد، افزایش آن در آب زیرزمینی منجر به غیر قابل استفاده شدن منابع آب زیرزمینی گردیده است. بنابراین هدف اصلی از این مطالعه تعیین میزان حذف نیترات بوسیله جاذب گرانول هیدروکسید آهن - GFH - است.
همچنین میزان تبعیت فرآیند جذب نیترات بوسیله GFH از ایزوترم هاي فروندلیخ، لانگمویر و تمکین مورد مطالعه قرار گرفت. این آزمایش یک مطالعه بنیادي- کاربردي است که در سطح آزمایشگاه انجام گردید. متغیرهاي مورد مطالعه pH ، زمان تماس ، دوز جاذب در4 سطح در جرمهاي ، غلظت اولیه نیترات است.
همچنین در این مطالعه اثر یونهاي مداخله کننده سولفات و کلراید در راندمان حذف نیترات مورد بررسی قرار گرفت. حداکثر راندمان حذف نیترات در شرایط اپتیمم pH برابر 4/8، زمان تماس 90 دقیقه و دوز جاذب 3/75 گرم60 در صد بدست آمد. با افزایش مقدار دوز جاذب میزان حذف افزایش یافت. ضمنĤ راندمان جذب در حضور یونهاي سولفات و کلرور به شدت کاهش می یابد. ایزوترم جذب با مدل هاي لانگمویر و فروندلیخ تطابق خوبی دارد، اما بیشترین همخوانی را با مدل فروندلیخ دارد.
یافته ها نشان داد که با کاهش pH، افزایش زمان تماس، کاهش غلظت نیترات و افزایش مقدار جاذب درصد حذف را می توان افزایش داد. لذا استفاده از جاذب GFH به عنوان روشی مناسب با راهبري آسان براي کاهش غلظت نیترات در منابع آب و تامین استاندارد قابل قبول است..
کلید واژهها: نیترات آب آشامیدنی گرانول هیدروکسید فریک ایزوترم جذب، فروندلیخ
مقدمه
نیتروژن، یکی از مهمترین عناصر موجود در طبیعت بوده و چرخه نیتروژن یکی از مهمترین چرخه هاي بیولوژیکی است. نیترات، بالاترین عدد اکسیداسیون نیتروژن را دارد و از اکسیداسیون مواد آلی حیاتی توسط باکتري ها تشکیل می شود . فرم نیترات و نیتریت تواما در محیطهاي آبی وجود دارد و براحتی از یک فرم به فرم دیگر تبدیل می شود. از نقطه نظر بهداشتی نیترات معمولاً به سادگی در بدن تبدیل به نیتریت می گردد .
در طی 50 سال گذشته چرخه نیتروژن به دلیل تجمع دایم نیترات در آب هاي سطحی و زیر زمینی، شدیدا تغییر کرده است. امروزه تثبیت منشأ انسانی نیتروژن - که مهمترین آن کودهاي ازته است - از طریق فرایند طبیعی به میزان %30 است. نیتروژن آلی و معدنی توسط فرایند هایی از قبیل معدنی شدن، هیدرولیز و نیتریفیکاسیون باکتریایی به نیترات تبدیل می شود. نیترات حاصله توسط گیاهان مصرف نشده و یا در طی فرایند دنیتریفیکاسیون در شرایط آنوکسیک احیا نشده و به گاز نیتروژن تبدیل نمی گردد در نتیجه این نیترات وارد آب هاي سطحی و زیرزمینی می شود .
چرخه نیترات سازي در شهرهایی که دفع نادرست فاضلاب به طریق چاه هاي جذبی صورت می گیرد همچنان ادامه دارد و مشکل تولید پیوسته نیترات و انتشار آن به آب هاي زیرزمینی را سبب می شود. در ایران %60 از آب هاي شیرین قابل استفاده جزء آب هاي زیر زمینی می باشد. محدودیت منابع آب در مناطق خشک و نیمه خشک، به حفاظت و استفاده بهینه از آن ها اهمیت بیشتري می دهد. آلودگی نیتراتی یکی از راه هاي هدر رفت و محدود کننده منابع آبی قابل شرب است. وقتی مقدار نیترات در آب شرب انسان به مقداري فراتر از حد مجاز، یعنی 45 میلی گرم در لیتر برسد، دامنه تأثیرات سوء آن ممکن است سلامتی انسان و بویژه سلامتی نوزادان و بزرگسالان را در معرض خطر قرار دهد.
همه خطرات نیترات براي سلامتی مربوط به تبدیل شدن آن به نیتریت است. نیتریت یک مولکول واکنش پذیر همراه با مشکلات متعددي است. متداول ترین آن ها تبدیل شدن به ترکیبات -N نیتروزو و ایجاد متهمو گلوبینمیا و سرطان می باشد . نتایج برخی مطالعات نشان می دهد که مادرانی که در دوران بارداري از آب آشامیدنی با غلظت زیاد نیترات استفاده نموده اند احتمال سقط جنین و بروز نقص عضو در نوزادان آنها بالا بوده و کاهش انتقال اکسیژن به نوزاد از طریق خون مادر نیز مؤثر بوده است.
در صورت استفاده از آب با نیترات بالاي حدود 29 میلی گرم در لیتر باشد احتمال سقط جنین خانم هاي باردار تا %75 افزایش می یابد و همچنین باعث افزایش خطر ابتلا به سرطان مثانه در خانم ها می گردد . نیترات به صورت میلی گرم نیترات در لیتر یا به صورت میلی گرم نیتروژن نیتراتی در لیتر بیان می گردد. بین این دو تفاوت مهمی وجود دارد.در این تحقیق غلظت واقعی نیترات یعنیبه کار می رود مگر موارد مشخص که مقدار تصحیح شده داخل پرانتز آورده شود. در رهنمود آب نوشیدنی جامعه اروپا نیترات در گروه B پارامتر هاي شیمیایی است و حد اکثر مقدارآن می باشد.
این مقدار هم راستا با راهنماي پیشنهادي سازمان بهداشت جهانی است که جهت محافظت نوزادان تغذیه شده با شیر خشک در برابر متهموگلوبینمیا می باشد. به دلیل ارتباط نزدیک بین نیترات و نیتریت استانداردي نیز براي نیتریت در نظر گرفته شده است.سازمان جهانی بهداشت دو مقدار راهنما براي نیتریت در نظر گرفته است.براي مواجهه کوتاه مدت حداکثر مقدار وبراي مواجهه طولانی مدت مقدار محتاطانه هم چنین در راهنماي تجدید نظر شده براي آب آشامیدنی سازمان بهداشت جهانی پیشنهاد کرد که جمع نسبت غلظت هاي هریک به مقادیر راهنماي مربوطه نباید بیشتر از یک شود.بسیاري از کشورها فرمول نیترات-نیتریت را پذیرفتهاند.
روش هاي متعدد شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی - تبادل یون، دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی، احیاي شیمیایی، اسمز معکوس و الکترودیالیز - به منظور حذف نیترات وجود دارد. یکی از روشهاي متداول جهت حذف نیترات از آب جذب سطحی است که از انواع جاذبهایی نظیر رزین، کربن فعال، رس، زئولیت، خاکستر فعال، پوست درختان کاج ، گردو و غیره استفاده می شود. گرانول هیدروکسید آهن ترکیبی است که به عنوان جاذب جهت حذف برخی از آلاینده ها استفاده شده است.
نتایج حاصل از یک تحقیق نشان داد که با افزایش غلظت اولیه نیترات، ظرفیت جذب نیترات با استفاده از جاذب گرانول هیدروکسید فریک در زمان 2-3 دقیقه به بیشترین حد می رسد. همچنین سینتیک جذب از از الگوي واکنش درجه دو کاذب پیروي می کند . در تحقیقی دیگر در خصوص کارایی حذف آرسنیک توسط گرانول هاي هیدروکسید آهن ، نشان داد که جذب توسط از هر دو مدل ایزوترم جذب فروندلیخ و لانگموئر، با ضرایب همبستگی به طور تقریباً یکسانی تبعیت دارد. pH و زمان بهینه براي حذف آرسنیک به ترتیب 7/5 و 30 دقیقه برآورد گردید.در پژوهشی دیگر فرآیند و جذب روي کربن فعال قادر به کاهش موثر نیترات به میزان 90 درصد است .
همچنین در پژوهشی دیگر حذف نیترات از آب هاي زیرزمینی با استفاده کربن فعال به دست آمده از سبوس برنج، لجن حاصل از صنایع غذایی، کربن فعال تجاري و زغال طبیعی نشان داد در تمامی جاذب ها، بیشترین میزان جذب در pH برابر 4 بوده و در زمان تماس 4 ساعت، سیستم به تعادل رسیده است. این مطالعه نشان داد که در تمامی حالات، اصلاح جاذب ها با ZnCl2 ، باعث افزایش میزان جذب شده است. این آزمایش ها نشان دهنده تاثیر مثبت افزایش غلظت جاذب برحذف نیترات، مستقل بودن میزان جذب ازغلظت اولیه نیترات و انطباق نتایج با ایزوترم لانگمویر و مدل جذب سینتیکی شبه درجه دوم می باشد.
امکان حذف آرسنات آرسنیت توسط GFH - گرانول هیدروکسید آهن - نیز مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که سینتیک واکنش بستگی به میزان pH دارد .سینیتک جذب حذف فلوارید از محلول هاي آبی نیز به وسیله گرانول هیدروکسید فریک در ابتدا بالا بوده و %95 جذب انجام شده در همان 10 دقیقه ابتداي واکنش اتفاق افتاده است و واکنش بعد از 60 دقیقه به تعادل می رسد. روند جذب از معادله درجه اول کاذب تبعیت می کند و بیشترین میزان راندمان حذف فلوارید در ظرفیت جذب بین 4-8 اتفاق افتاد. همچنین جذب فلوارید در حضور فسفات و کربنات و سولفات بطور قابل ملاحظه اي کاهش یافت .
علیرضا عسگري و همکاران نیز در تحقیقی حذف کروم شش ظرفیتی توسط گرانول هیدروکسید فریک را بررسی نمودندکه نتایج حاصله نشان داد ظرفیت و پتانسیل بالایی جهت جذب کروم شش ظرفیتی در و در زمان تماس 90 دقیقه دارد. همچنین بیشترین میزان جذب کروم در غلظت مشاهده شد. میزان جذب کروم شش ظرفیتی به وسیله از ایزوترم فروندلیخ با ضریب همبستگی0/968 تبعیت می کند . لوسین بولز به بررسی امکان حذف و بازیافت فسفانات مورد استفاده در فرایند اسمز معکوس پرداخته و به نتیجه رسیده که هیدروکسید آهن در جذب فسفانات از غشاي اسمز معکوس بسیار خوب عمل می کند، همچنین نتایج حاصله نشان می دهد که در حضور کلسیم فرایند جذب پیشرفت بهتري دارد.
از آن جایی که استان فارس یک استان کشاورزي می باشد و همواره مقام اول در تولید گندم و ذرت و بسیاري دیگر از محصولات کشاورزي را دارد و از طرفی کودهاي ازته بطور گسترده اي در مزارع کشاورزي براي افزایش میزان محصولات بکار برده می شود، لذا امکان آلودگی منابع آب به نیترات بسیار زیاد است. بنابراین هدف از انجام این مطالعه تعیین میزان حذف نیترات با استفاده از گرانول هیدروکسید آهنGFH در شرایط اپتیمم، تعیین میزان تاثیر یون هاي مداخله کننده سولفات و کلراید بر فرآیند جذب و تعیین سینتیک جذب نیترات توسط GFH است.
