بخشی از مقاله
خلاصه
بالا بودن نیترات در منابع آبی موجب بروز مشکلات بهداشتی و زیست محیطی متعددی میگردد. در این تحقیق از کاه گندم پس از اصلاح به منظور حذف نیترات استفاده شد. پارامترهای مختلفی از جمله زمان تعادل، pH، جرم جاذب و غلظت ورودی و خروجی نیترات مورد آزمایش قرار گرفت. به طور کلی با افزایش غلظت اولیه نیترات - 5 -120 میلی گرم بر لیتر - ، بازدهی حذف از 58 به 29 درصد کاهش یافته است. همچنین زمان تعادل برابر 2ساعت، pH بهینه برابر6 و جرم بهینه برابر 0/5 گرم حاصل شد. نتایج حاصل از آزمایشهای جذب ایزوترم با مدلهای لانگمیر و فروندلیچ مطابقت داده شدند. نتایج نشان داد که مدل لانگمیر دادهها را بهتر توصیف مینماید - . - R2= 0/99
کلمات کلیدی: آبهای آلوده به نیترات، حذف نیترات، جاذب گندم
مقدمه
منابع آبی همواره مورد تهاجم انواع منابع آلودگی بخصوص پسابهای کارخانجات صنعتی و پساب کشاورزی قرار میگیرند. از طرفی تحقیقات نشان میدهد که سهم عظیمی از آلودگی رودخانهها توسط پساب زهکشهای کشاورزی است. بنابراین یافتن راهکاری برای حذف مواد آلاینده از پساب کشاورزی قبل از ورود به رودخانه، میتواند نقش مهمی در کاهش آلودگی آب رودخانه که یکی از منابع اصلی آب در طبیعت است، ایفا کند. با توجه به این که آلودگیهای غالب در پسابهای کشاورزی ناشی از نیترات حاصل از مصرف بی رویه کودهای نیتروژن دار است، تاکنون تحقیقات زیادی برای حذف این آلاینده انجام شده است. مطالعات نشان داده فقط 30 تا 40 درصد کودهای نیتروژنهی افزوده شده به خاک توسط گیاه جذب و بازیافت میشود و بقیه آن به صورت نیترات به آبهای زیرزمینی و سطحی راه مییابد .[1] یون نیترات نسبتاً غیر سمی است؛ اما احیای آن توسط میکروارگانیزمها به نیتریت میتواند خطرات بهداشتی جدی را برای انسانها ایجاد نماید .[2]
در میان این خطرات بهداشتی می توان به بروز بیماری کبودی نوزاد که مختص کودکان است اشاره نمود .[3] سرطان دستگاه گوارش، ایجاد ناهنجاریهای مادرزادی بر روی جنین، افزایش اندازهی غدهی تیروئید و ایجاد گواتر،افزایش فشار خون، بروز دیابت وابسته به انسولین و کاهش عملکرد فیزیولوژیکی- عصبی از اثرات دیگر این ماده است .[4] در ایران استاندارد نیترات در آب اشامیدنی 45 mg/L است، در حالی که در بسیاری از کشورهای پیشرفته نظیر آمریکا وکانادا حداکثر غلظت مجاز 10 mg/L برحسب نیترات می باشد .[5]با توجه به اثرات نامطلوب این آلاینده روشهای مختلفی به منظور حذف آن بکار میرود که عبارتند از : فرایند دنیتریفیکاسیون شیمیایی، دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی، جذب سطحی، فرایندهای غشایی نظیر اسمز معکوس، تبادل یونی و روشهای الکتروشیمیایی [6] کاربرد برخی از فرایندهای مذکور جهت حذف نیترات از آب دارای معایبی میباشند.
اما در حال حاضر بدلیل کم هزینه بودن، سادگی و راهبری آسان، جذب بهترین روش برای حذف نیترات میباشد .[7]تاکنون مطالعات زیادی در زمینه ی حذف آلاینده ها با استفاده از ضایعات ارزان قیمت کشاورزی و جاذب های گیاهی از جمله خاک اره درخت سدر [8]، پوست نارگیل [9]، پوست عدس و پوست گندم [10]، باگاس چغندرقند [11]، پوشال برنج، نیشکر، توت، انجیر و گردو [12] صورت گرفته است. نتایج تحقیقات نشان داده است که جاذبهای گیاهی قابلیت بالایی در حذف آلایندهها دارند .[13]هدف از این پژوهش بررسی کارایی روش جذب سطحی با استفاده از کاه اصلاح شدهی گندم بهعنوان جاذب در حذف نیترات از محلولهای آبی و تعیین اثر پارامترهای مختلف - pH، زمان تماس، تأثیر غلظت جاذب و غلظت اولیه نیترات - بر آن میباشد.
مواد و روشها
برای آماده سازی ماده اولیه، کاه گندم از گندمزارهای منطقه دودانگه ساری تهیه و پس از شست و شو با آب مقطر در هوای آزاد خشک شد. این مواد پس از خشک شدن توسط آسیاب گلوله ای - لس آنجلس - خرد و در نهایت دانه بندی جاذب با استفاده از الکهای استاندارد ASTM با مش 60 و 100 صورت گرفت. سپس به منظور ایجاد خاصیت تبادل آنیونی، جاذب در دو مرحله اصلاح شد. در مرحله ی اول 72 میلی لیتر اپی کلروهیدرین، 140میلی لیتر تری اتیل آمین، و 138میلی لیترمحلول متانول با هم ترکیب گردیدو در دمای 55 درجه ی سانتی گراد به مدت 5 ساعت در آون قرار داده شد تا با هم واکنش دهند. سپس در مرحله ی دوم، 50 گرم از جاذب را با مادهی به دست آمده از مرحله ی اول و 50 میلی لیتر پیریدین، در یک بالن 500 میلی لیتری ریخته و به مدت 3 ساعت در دمای 55 درجه قرار داده شد.
در نهایت محصول تولید شده را با آب مقطر شست و شو داده تا باقی مانده مواد شیمیایی و ناخالصیها حذف گردد. در پایان نیز جاذب در دمای 60 درجه سانتی گراد به مدت 12 ساعت خشک شد .[14]نیترات مورد استفاده در این مطالعه از شرکت مرک آلمان به صورت جامد و با درجه خلوص 99/9 درصد و جرم مولکولی 101/11 g/mol خریداری شد. برای تهیه محلول نیترات مادر، 0/815 گرم نیترات پتاسیم جامد در بالن 500 میلی لیتری ریخته و با آب مقطر به حجم رسانده شد. تأثیر زمان تماس 10 -240 - دقیقه - ، - 2 - 10 - pH، جرم جاذب 0/1-1 - گرم - و غلظت اولیه نیترات 5 -120 - میلی گرم در لیتر - بر راندمان حذف نیترات با دور 150دور بر دقیقه بررسی شد. سپس نمونه ها از کاغذ صافی عبور داده شد و غلظت نیترات باقی مانده توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر - - SP - UV300 SRB در طول موج 410 نانومتر قرائت گردید.
لازم به ذکر است که به منظور کاهش خطا، هر آزمایش حداقل در 3 تکرار انجام شد.درصد بازدهی حذف و میزان جذب نیترات به ترتیب از روابط - 1 - و - 2 - تعیین گردیدند:در روابط بالا: : qe میزان جذب ماده حل شده در واحد جرم جاذب : Ci - mg/g - غلظت اولیه ی ماده حل شونده - mg/L - : Cf غلظت باقی مانده ماده حل شونده - mg/L - پس از سپری شدن زمان تعادل : m مقدار جاذب : v - g - حجم محلول - L - همچنین جهت تحلیل نتایج جذب و بررسی ایزوترمهای آن دو مدل لانگمیر - - 1 و فروندلیچ - 2 - بررسی شدند.که در آن، q میزان نیترات جذب شده در واحد جرم جاذب - mg/g - ، ce غلظت نیترات باقی مانده در محلول بعد از رسیدن به تعادل - mg/L - ، b حداکثر ظرفیت جذب - mg/g - ، a ثابت لانگمیر، n و k ثابت فروندلیچ می باشد.
نتایج آزمایشات ناپیوسته
زمان واکنش یکی از متغیرهایی است که در طراحی و بهره برداری فرایند جذب تأثیرگذار میباشد. به منظور تعیین زمان مناسب جذب، نمونه برداری در زمان های - 10 -240 دقیقه - انجام شد. نتایج حاصل از آزمونها نشان داد که با افزایش زمان ماند کارایی حذف افزایش می یابد - شکل . - 1 به طوری که با افزایش زمان تماس از 10 تا 120 دقیقه کارایی حذف نیترات، از 21 تا 74 درصد افزایش یافت. با گذشت زمان، شدت جذب نیترات کاهش یافته به طوری که بعد از 120دقیقه، بازدهی جذب به حداکثر مقدار خود رسیده و پس از آن مقدار جذب ثابت گردیده است.
