مقاله کاربرد پوست انار در تصفیه فاضلاب های حاوی فلزات سنگین

بخشی از مقاله

چکیده

در این تحقیق ما پوست انار را به عنوان یک بستر جدید برای حذف فلزات سنگین وسمی جیوه و کادمیم از محلولهای آبی بکار برده ایم. در تحقیق حاضر حذف جیوه و کادمیم از آبهای آلوده توسط پوست انار خرد شده به صورت تابعی از چند پارامتر آزمایشی مورد مطالعه قرار گرفته و بوسیله نتایج تجربی تعادل فرایند جذب یون های جیوه و کادمیم مورد بررسی قرار خواهد گرفت تا راه برای استفاده صنعتی از بستر جدید فراهم شود. مطالغات بهینه سازی و مدلسازی تعادل فرایند به طور کامل انجام شده است. محدوده pH بهینه برای هردو فلز در حدود 4/8 است. برازش ایزوترمهای جذب تعادلی با مدل لانگمویر از همه مدلها بهتر بود و ظرفیت جذب ماکزیمم پوست انار برای یونهای Cd - II - و Hg - II - به ترتیب حدود 89/59 و 42/25 mg.g-1 بود.

-1 مقدمه

آلودگی محیط زیست اعم از آب، هوا و خاک نتیجه ناگواری است که از فعالیت های صنعتی انسان نشات می گیرد. امروزه به خوبی مشخص شده است که برخلاف آلودگیهای آلی، فلزات سنگین تحت تجزیه بیولوژیکی قرار نگرفته و در ارگانیسمها تجمع می یابند که نتیجه نهایی ورود آنها به زنجیره غذایی انسان است. برای حذف کادمیم، جیوه و بعضی از فلزات سنگین دیگر از پسابها، معمول ترین روشها رسوب دهی شیمیایی به صورت هیدروکسید، و یا سولفید و یا تعویض یونی است که در حال حاضر گزینش ناپذیری این روشها و هزینه بالای آنها باعث خودداری صاحبان صنایع از کاربرد این روشهای سنتی می شود.

علاوه بر این روشهای رسوب دهی مشکل تولید لجن حاصل از رسوبات شیمیایی را نیز به دنبال دارند، که درواقع مشکل موجود در محیط آبی تبدیل به مشکلی جدید در قسمت مواد زاید شده که سازگار با محیط زیست نیست. چنین مشکلاتی سبب شده است که تحقیقات جدید به سوی یافتن گزینه های اقتصادی تر و سازگار با محیط زیست سوق پیدا کنند.

در سالهای اخیر مطالعات در زمینه جذب بیولوژیکی شدت گرفته است زیرا تحقیقات نشان داده اند که این تکنیک می تواند به عنوان روشی جدید، ارزانقیمت و اقتصادی برای حذف مؤثر فلزات سنگین از آب و فاضلاب باشد. ما می دانیم که بقایای گیاهان می توانند ظرفیت جذب زیادی داشته باشند زیرا دیواره سلولی این جاذبها حاوی گروههای عاملی است که به سبب وجود تعداد زیادی از هترواتمها، در سطح دیواره بوجود آمده اند. بطور خاص پوست انار می تواند برای جذب برخی از فلزات سنگین از جمله جیوه و کادمیم مناسب باشد زیرا گروههای عاملی زیادی از نوع کربوکسیل، و هیدروکسیل و ... برروی سطح آن وجود دارد.

پوست انار یک جاذب بیولوژیکی است که در pH های بالا دارای سطحی منفی است که با توجه به گروههای عاملی موجود بر روی سطح آن، می تواند جاذب خوبی برای یونهای مثبت فلزی جیوه و کادمیم مناسب باشد. به سبب منافعی که در بالا برای استفاده از جاذبهای بیولوژیک ذکر شد، برای استفاده بهینه باید پوست انار را خرد نمود.

اما به علت وابستگی زیاد جذب به پارامترهایی از قبیل pH، دما، قدرت یونی و ... باید قبل از هرگونه استفاده از جاذب در مقیاس صنعتی ، مقادیر بهینه این پارامترها را مشخص نمود و علاوه بر مطالعه کامل و همه جانبه مکانیسم جذب، معادلات نیمه تجربی را برای طراحی راکتورهای تصفیه صنعتی بدست آورد. در این تحقیق ما می خواهیم پوست انار را خرد نموده و از آن برای حذف یا بازیابی جیوه و کادمیم از آبها یا فاضلابها ی حاوی آنها استفاده کنیم، بطوریکه بتوان بعد از تصفیه از این فاضلاب ها برای مصارف دیگر استفاده نموده و جیوه و کادمیم جداسازی شده را نیز بصورت ترکیبی خالص بدست آورده و مورد استفاده مجدد قرار داد.

جذب یک فلز بر روی جاذب می تواند به دو روش پیوسته و غیر پیوسته انجام شود. در روش غیر پیوسته معمولا عمل جذب در حوضچه های آشفته انجام می شود که در آنها عمل جذب با بهم زدن جاذب با پساب، تکمیل می شود. در این تحقیق در مقیاس آزمایشگاهی به صورت شبه صنعتی راکتوری غیر پیوسته برای تصفیه آب های حاوی یونهای Hg - II - و Cd - II - طراحی شده و بطور دقیق محاسبات مربوط به تعادل، سنتیک و ترمودینامیک جذب این فلزات در این راکتور انجام شده است.

این محاسبات نشان خواهد داد که چه شرایطی برای برای حذف هر یک از فلزات بهتر، ارزانتر و مقرون به صرفه تر است. همچنین این محاسبات کار را برای صنعتی کردن روش ارائه شده هموار خواهد نمود. کارایی فنی و اقتصادی روش پیشنهادی برای حذف جیوه کادمیم از محلولهای آبی و فاضلاب صنعتی تا حداکثر مقداری که می تواند وارد محیط زیست شود، و نیز بازیابی این فلزات گرانبها به تفکیک بررسی خواهد شد.

-2 تهیه محلولها

محلول ذخیره یونهی جیوه و کادمیم 1000 - میلی گرم بر لیتر - با استفاده از نیترات جیوه و نیترات کادمیم - ساخت کارخانه مرک آلمان - در اسید نیتریک 0/05 مولار ساخته شد. در کلیه آزمایشها، حجم محلول مورد استفاده در ارلن مایرهای 250 میلی لیتری، 100 میلی لیتر در نظر گرفته شد و برای انجام آزمایشات جذبی 500 میلی گرم پوست انار خرد شده به این ظروف اضافه می شد.

در هر مرحله ظروف با اسید و سپس با آب بدون یون بخوبی شسته شدند. در تمامی آزمایشها، ابتدا پوست انار با 10 میلی لیتر آب مقطر به مدت 15 دقیقه بهم خورده و پس از صاف نمودن به مدت 15 دقیقه با 15 میلی لیتر اسید 0/02 مولار بهم زده شد. سپس مخلوط صاف شده و دو بار با 15 میلی لیتر آب مقطر شسته شد تا اسید از روی آن بطور کامل شسته شود.

سپس 100 میلی لیتر از محلول یون فلزی و جاذب روی یک شیکر رفت و برگشتی با سرعت مناسب - دور در دقیقه - تکان داده می شدند. کلیه محلولها از صافی واتمن شماره 40 گذرانده شد و غلظت فلز باقی مانده در محلول با استفاده از دستگاه اسپکترومتر جذب اتمی شعله ای مدل 6800 - ساخت کارخانه شیمادزو ژاپن - اندازهگیری گردید. در کلیه مراحل آزمایش، دمای محلول ها به صورت ثابت کنترل شد. لازم به ذکر است که در تمامی آزمایشها pH محلول با استفاده از سود یا محلول اسید کلریدریک تنظیم گردید و pH محلول در هر مرحله توسط دستگاه pH متر ساخت کارخانه بل ایتالیا - مدل - PHS-3BW اندازه گیری شد.

-3 تهیه پوست انار خردشده

ابتدا پوست انار مصرف شده با آب مقطر شسته شد تا ناخالصی های آلی از سطح آن زدوده شود. سپس پوستهای انار به مدت چند روز در آفتاب خشک شد. سپس پوست انار خشک شده در هاون کوبیده شد تا خرد شده و به ذرات کوچک تبدیل شود. پس از الک کردن و جداکردن قسمتی از پوست انار که پودر شده بود، پوست انار خرد شده چند بار به مدت دو ساعت در آب مقطر خوابانده شد تا رنگ آن از بین برود.

پس از خشک کردن پوست انار خرد شده در آون در دمای 70 درجه سانتیگراد، جاذب جدید برای جذب جیوه و کادمیم از محلولهای آبی بکار برده شد. ای انجام هر آزمایش ابتدا مقدار لازم از پوست انار خردشده و خشک توزین گشته و سپس به مدت 12 ساعت با آب مقطر به هم زده شد تا حداکثر تورم ایجاد شود. سپس پوست انار متورم شده صاف گشته و با 10 میلی لیتر اسید کلریدریک 0/02 مولار به مدت 1 ساعت تماس داده می شد تا برای انجام آزمایش جذب آماده شود. نهایتا پس از شستشوی پوست انار با میزان کافی از آب مقطر، آزمایش جذب مورد نظر انجام می شد.

-4 آزمایشهای جذب

آزمایشهای جذب در یک سیستم ناپیوسته برای تعیین pH، زمان تعادل، تعیین مدل ایزوترم مطلوب، ظرفیت جذب فلز، تعیین مدل مطلوب ایزوترمی و محاسبات ترمودینامیکی مختلف انجام گرفت. در این پژوهش، در طول زمان واکنش محتویات ظرف روی شیکر با دور مناسب قرار داده شدند و پس از هر آزمایش مقدار جیوه یا کادمیم باقیمانده در محلول با دستگاه FAAS اندازه گیری شده و به کمک آن میزان جذب در هر آزمایش مشخص می شود.