بخشی از مقاله
چکیده
آلودگی آب و فاضلاب به نیترات خطر بزرگی برای محیط زیست و سلامت انسانها میباشد بط.وریکه بیش از700 نوع ماده شیمیایی مضر در آب کشف شده اند که 78 مورد از آنها در آبهای لوله کشی شهری در دنیا شناخته شده اندکه 31 مورد از آنها عوامل سرطانزا هستند و 40 مورد باعث بوجود آمدن بیماریهای مختلف میشوند . با توجه به مصرف بالای مواد شیمیایی در صنایع و کشاورزی که آلودگی نیتراتی به آبهای سطحی و زیر زمینی وارد میکنند ضرورت حذف این آلاینده وجود دارد. در این تحقیق تاثیر پارامترهای دما و غلظت نیترات اولیه در حذف نیترات از فاضلابهای صنعتی و شهری توسط خاک اره درخت کاج مورد مطالعه قرار گرفت.
برای این منظور خاک اره درخت کاج را پس از خشک شدن توسط دستگاه بالمیلینگ به ذ رات ریز تبدیل کرده و خاک اره حاصل را با آب دمین شستشو میدهیم تا گرد و غبار آن گرفته شود. سپس آنرا در هاون قرار داده تا خشک شود سپس در دسیکاتور قرار میدهیم تا رطوبت آن گرفته شود تا برای جذب مورد استفاده قرار دهیم و تاثیر دما و نیترات اولیه را در جذب نیترات مورد بررسی قرار میدهیم و ایزوترم های جذب لانگمویر و فروندلیچ را بر داده های بدست آمده از آزمایش برازش میکنیم. نتایج نشان داد که ایزوترم لانگمویر برازش بهتری بر داده های آزمایش دارد.نتایج حاصل از این پژوهش بیانگر آن است که خاک اره درخت کاج توانایی بالایی در جذب نیترات آب و فاضلاب دارد.
واژه های کلیدی : فاضلابهای صنعتی ، خاک اره درخت کاج ، آب دمین، ایزوترم های جذب
مقدمه
نیترات یک ماده شیمیایی بی رنگ، بی بو ، بی طعم و دارای فرمول شیمیایی ΝΟ₃ است که در طبیعت موجود میباشد و اکسیده ترین شکل نیتروژن در سیستم های طبیعی بوده و یکی از عناصر بسیار ضروری برای سنتز پروتئین در گیاهان است و بدلیل داشتن بار منفی - آنیون - با یونهای با بار مثبت - کاتیون - ترکیب شده و بصورت نیترات سدیم و نیترات پتاسیم در می آیندکه بعنوان کود در کشاورزی استفاده میشوند. تنها میکروبها و باکتریها قادر به احیای نیترات به نیتریت میباشند استاندارد نیترات در آب آشامیدنی طبق اعلام سازمان بهداشت جهانی - 1 - WHO حداکثر 50 میلی گرم در لیتر - برحسب نیترات - میباشد. با توجه به اینکه نیترات بصورت محلول در آب است،روشهای معمول تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند از این رو نیاز به تصفیه پیشرفته میباشد.روشهای تصفیه و حذف نیترات در آب آشامیدنی از جمله اسمز معکوسRO2، رزین های تبادل یونی،تقطیر، روشهای تصفیه بیولوژیکی ،الکترو دیالیز ، الکترو دیالیز معکوس و روشهای گوناگون دیگر میباشد.
در سالهای اخیر تحقیقات فراوانی در این خصوص حذف آلاینده ها از فاضلاب با هزینه کمتر و بدون ایجاد آلودگیهای زیست محیطی جانبی در حذف آن آلاینده انجام گرفته است - سو و همکاران. - 2004 برای اینکه بتوانیم از بار آلودگی آبها کم کنیم، باید آلودگی فاضلابهای آلوده صنایع و شهری را تا حد مجاز کم کرده و برای مصارف گوناگون در طبیعت مورد استفاده قرار دهیم. هدف از این پژوهش نیز حذف آلاینده نیترات میباشد که توسط خاک اره درخت کاج و بدون افزودن هیچ ماده شیمیایی دیگر است. فاضلاب شهری دارای املاح و آلاینده های گوناگونی میباشد که نیترات یکی از همین آلاینده ها بشمار می آید. بنابرای یرای حذف نیترات باید شرایط از دمایی و میزان نیترات اولیه در جذب را در نطر بگیریم و تاثیر آنها را مورد بررسی قرار داده تا بهترین شرایط را برای این منظور در نظر بگیریم.
مواد و روشها
نمونه فاضلاب شهری را برای بررسی پارامترهای دما و نیترات اولیه در حذف نیترات مورد استفاده قرار میدهیم.
-1-2تهیه جاذب
خاک اره درخت کاج را که از چوب بری در تهران تهیه شده است را در هوای آزاد و جلو نور آفتاب قرار داده تا کاملا خشک شود سپس خاک اره خشک شده را توسط دستگاه بالمینینگ به ذرات ریز تبدیل میکنیم. خاک اره بدست آمده را که بصورت پودر میباشد توسط آب بدون یون شستشو داده تا تمام گرد و غبار آن گرفته شود خاک اره شستشو داده شده را بمدت نیم ساعت در دمای 100 درجه سانتیگراد در آون قرار میدهیم تا کاملا خشک شود در مرحله بعد خاک اره را از آون در آورده و در داخل دسیکاتور قرار میدهیم . در ادامه خاک اره حاصله را بعنوان جاذب به کار میبریم.
-2-2 مواد شیمیایی
مواد شمیایی که برای انجام تست های سنجش نیترات مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از:
سدیم سالسیلات اسید سولفوریک
محلول استاندارد تهیه شده از تارتارات سدیم-پتاسیم و هیدروکسید
-3-2 دستگاههای اندازه گیری
دستگاه PHمتر METROHM دستگاه دوپرتوی CECIL دستگاه تک پرتوی HACH
-4-2روش کار
نمونه فاضلاب را که از فاضلاب شهر گرفته ایم برای اندازه گیری و بررسی میزان نیترات در فرآیند جذب مورد استفاده قرار میدهیم. در مرحله اول میزان نیترات موجود در فاضلاب را اندازه میگیریم. 20میلی لیتر از نمونه را برداشته و در یک ارلن 100 میلی لیتری میریزیم سپس 1,5 میلی لیتر سدیم سالسیلات را به محلول اضافه کرده و در آون قرار میدهیم تا کاملا خشک شود .پس از خشک شدن آنرا بمدت 30 دقیقه درون دسیکاتور قرار میدهیم و سپس 2 میلی لیتر اسید سولفوریک را اضافه کرده و 10 دقیقه زمان میدهیم و 15 میلی لیتر آب بدون یون را به آن اضافه میکنیم و15 میلی لیتر تارتارات سدیم-پتاسیم و هیدروکسید سدیم را اضافه کرده و پس از 10دقیقه در دستگاه دو پرتوی CECIL قرار داده و میزان نیترات را قرائت میکنیم.
مقدار PH نمونه فاضلاب بین 6/1 تا 6/8 میباشد. میزان نیترات اولیه فاضلاب برابر - 107 میلی گرم بر لیتر - میزان نیترات پس از استفاده از جاذب برابر 86/8 - میلی گرم بر لیتر - میزان نیترات حذف شده توسط خاک اره درخت کاج برابر 20/2 - میلی گرم بر لیتر - برای بررسی میزان جذب نیترات ،مقدار 50 میلی لیتر از نمونه فاضلاب را در یک بشر شیشه ای 500 میلی لیتر ریخته و 15 گرم از خاک اره خشک را وزن کرده و داخل بشر اضافه میکنیم و محلول حاصل را روی دستگاه قرار داده و بمدت 30 دقیقه توسط همزن مغناطیسی محلول خوب بهم زده میشود. سپس محلول حاصل را توسط کاغذ صافی و قیف شیشه ای ، صاف میکنیم و مدتی زمان میدهیم تا تمام مایع از صافی عبور کند. سپس مایع زیر صافی را برای سنجش نیترات مورد استفاده قرار میدهیم که مشخص کننده مقدار نیترات حذف شده است.
R درصد کاهش نیترات محاسبه شده - میلی گرم بر لیتر -
C0 غلظت نیترات اولیه - میلی گرم بر لیتر -
Cr غلظت نیترات باقیمانده - میلی گرم بر لیتر -
-5-2 تاثیر دما
آزمایش را در دماهای 5 ،10 ،20 ،40 ،60 ،70 درجه سانتیگراد انجام میدهیم و میزان جذب آنها را بدست میاوریم و نمودار جذب بر حسب دما را رسم میکنیم. از نمودار بدست آمده مشخص میشود که جذب در دمای پایین بهتر صورت میگیرد . نتایج نشانگر آن است که در دمای 5 درجه بالاترین جذب را داریم و سپس با افزایش دما جذب کاهش یافته و در دمای 40درجه به کمترین مقدار جذب و مجددا با افزایش دما تا 60 درجه جذب افزایش یافته و سپس با افزایش دما مقدار جذب کاهش میابد و بنابراین برای جذب نیترات دما تاثیر گذار است . در تحقیقات کارانن و همکاران در سال2013 و اورلاندو و همکاران در سال 2002 نیز به بررسی تاثیر دما در جذب نیترات توسط خاک اره اصلاح شده با اتیلن و تری اتیل آمین پرداخته اند که مطالعات و نتایج این تحقیق را نیز تایید میکند.
Qm ظرفیت جذب نیترات V حجم نمونه
C0 غلظت نیترات اولیه - میلی گرم بر لیتر -
Cr غلظت نیترات باقیمانده - میلی گرم بر لیتر - M وزن جاذب - گرم -
-2-6 تاثیر نیترات اولیه
تاثیر نیترات اولیه در غلظت های متفاوت و در دمای های 5 ، 20 ،40 درجه بررسی قرار میدهیم و نمودار حاصل را با ایزوترم های جذب برازش میکنیم. نتایج نشان داد که در دمای پایین و غلظت بالا جذب نیترات بهتر صورت میگیرد. بنابراین در غلظتهای بالا جذب زیاد است و جذب به دما وابسته است.
-7-2 مدل لانگمویر :
در این معادله فرض میشود سطح جاذب کاملا یکنواخت است و نقاطی روی سطح جاذب وجود دارند که دارای ظرفیت جذب میباشند و هر کدام از این نقاط قادر به جذب یک مولکول میباشند بطوریکه هیچ برهمکنشی بین مولکولهای جذب شونده وجود ندارد و بنابراین لایه های جذب شده دارای ضخامت یک مولکول خواهند بود و فرض میشود تمام نقاط جذب تمایلشان برای جذب مولکولهای ماده جذب شونده یکسان است. و حضور مولکولهای جذب شده روی سطح جاذب تاثیری بر جذب سطحی نقاط مجاور ندارد. Ce غلظت تعادلی جذب - میلی گرم بر لیتر - Qeظرفیت تعادلی جذب - میلی گرم بر لیتر - Qmماکزیمم ظرفیت جذب - میلی گرم بر لیتر - Bثابت لانگمویر - لیتر بر میلی گرم - از رسم نمودار بدست می آید.
-8-2مدل فروندلیچ :
بر این فرض استوار است که جاذب دارای سطح غیر یکنواختی میباشد که از سطوح مختلفی از نقاط جذب شده تشکیل شده است و جذب بر روی هر سطح از نقاط ، ایزوترم لانگمویر تبعیت میکند. این معادله بطور تجربی از مدل لگاریتمی بدست آمده و فرض میشود که تعداد نقاط با یک انرژی آزاد ویژه جذب سطحی ، با افزایش سطح انرژی آزاد ، به طور نمایی کاهش میابد.
Qeظرفیت جذب تعادلی - میلی گرم بر گرم - Kثابت جذب فروندلیچ - میلی گرم بر گرم -
Ceغلظت تعادلی ماده جذب شونده - میلی گرم بر لیتر -
- 6-2 نتیجه گیری :
حذف نیترات با خاک اره درخت کاج با موفقیت انجام شد.نتایج نشان میدهد خاک اره درخت کاج میتواند برای حذف نیترات از آبهای آلوده به نیترات مثل فاضلاب شهری و صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.حذف نیترات به عوامل دما و نیترات اولیه بستگی دارد بطوری که جذب در دمای پایین و غلظت بالا بهتر صورت میگیرد و در دماهای بالا میزان جذب به مراتب کمتر میباشد. تجزیه و تحلیل ایزوترمهای جذب نشان میدهد که جذب نیترات توسط خاک اره درخت کاج از هر دو مدل لانگمویر و فروندلیچ پیروی میکند. ایزوترم لانگمویر برازش بهتری بر داده های آزمایش دارد.با توجه به اینکه در این پزوهش از جاذب طبیعی استفاده شده است و میزان جذب قابل قبولی دارد بنابراین استفاده از این جاذب از آلودگی محیط زیست کم میکند .
در این پژوهش فاضلاب شهری را جهت حذف نیترات مورد استفاده قرار داده شد و مشاهده شد که نیترات فاضلاب در دمای 5 درجه سانتیگراد از مقدار نیترات اولیه 107 به مقدار نهایی 86/8 رسید که شاهد حذف 20/2 میلی گرم بر گرم نیترات هستیم..هزینه پایین و کار عملیاتی کمتر از مزایای مهم این پژوهش میباشد که میتواند بعنوان یک گزینه مناسب برای حذف نیترات از آبهای دارای آلودگی نیتراتی مورد استفاده قرار گیرد. توسعه استفاده از این نوع جاذبها برای محیط زیست و سلامت نیروی انسانی در گیر در امر تصفیه فاضلاب بسیار مفید خواهد بود . قابل استفاده مجدد بودن این نوع جاذبها موارد مورد مطالعه در آینده خواهد بود.
