بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به مشکلات زیست محیطی فلزات سنگین در لجن فاضلاب، مدیریت این مواد موضوعی مهم است. به منظور بررسی اثر پیرولیز بر قابلیت دسترسی زیستی فلزات سنگین - عصارهگیری شده با - AB-DTPA لجن فاضلاب در سه دمای 300، 400 و 500 درجه سانتیگراد به زغال زیستی - Biochar - تبدیل شد.
نتایج نشان داد با افزایش دمای پیرولیز، عملکرد تولید زغال زیستی و غلظت کل فلزات سنگین در آن به ترتیب کاهش و افزایش یافت. اما نتایج حاصل از آنالیز - AB-DTPA - نشان داد که در روند پیرولیز دسترسی زیستی فلزات کاهش یافت و ریسک فلزات سنگین در زغال زیستی کمتر از لجن فاضلاب بود. بنابراین، استفاده از زغال زیستی نسبت به لجن فاضلاب از نظر ریسک انتقال فلزات به زنجیره غذایی مطمئنتر است.
مقدمه
لجن فاضلاب1محصول اجتناب ناپذیر تصفیهخانه فاضلاب است که اگر به درستی دفع نشود یک منبع آلودگی جدی برای محیط زیست به شمار میرود - سانگ و همکاران، . - 2014 رها کردن فاضلاب در محیط تهدیدی جدی برای محیط زیست و سلامت بشر تلقی میشود
در حال حاضر رایجترین روشهای دفع لجن فاضلاب دفن پس از خشک شدن، سوزاندن و استفاده در زمین است، اما هر یک از این روشها آسیب پذیری خود را دارد - سانگ و همکاران، . - 2014 مدیریت لجن فاضلاب نه تنها به دلیل مقادیر بالای تولید بلکه به خاطر غلظت بالای فلزات سنگین و عوامل بیماریزا در آن دشوار است. به غیر از روشهای مرسوم مورد استفاده برای دفع لجن فاضلاب - استفاده مستقیم در بخش کشاورزی، سوزاندن و دفن زباله - ، اخیراً فرایند حرارتی لجن فاضلاب که بر تبدیل زیستتوده متمرکز است، بیشتر مور توجه قرار گرفته است
پیرولیز2 لجن فاضلاب - تجزیه در اثر حرارت - میتواند یک روش جایگزین برای مدیریت آن به ویژه در مقایسه با روشهای فعلی دفن زباله و استفاده مستقیم در کشاورزی باشد - هوانگ و همکاران، . - 2007 این فرآیند منجر به کاهش حجم پسماندهای جامد و حذف پاتوژنها و ترکیبات آلی که در حال حاضر یکی از نگرانیهای مربوط به لجن فاضلاب است، میشود
زغال زیستی یا بیوچار3 کربن جامد متخلخل است که در شرایط گرمایی و در فضای فاقد یا محدود اکسیژن و درجه حرارت کمتر از 700 درجه سانتیگراد تولید شده که این فرآیند تحت عنوان پیرولیز در دمای کم است و ماده جامد حاصل از آن دارای زی تودهی غنی از کربن، گروههای آروماتیک و خواص فیزیکی مناسب برای ذخیرهسازی مطمئن و طولانی مدت کربن در محیط زیست و به طور بالقوه، بهبود خاک است
- یان و همکاران، - 2015 با بررسی تأثیر درجه حرارت پیرولیز بر خواص فیزیکی و شیمیایی زغال زیستی ساخته شده از لجن فاضلاب نشان دادند پیرولیز میزان فلزات سنگین در زغالهای زیستی تولید شده را افزایش میدهد. هی و همکاران - 2010 - با بررسی تغییر مس، روی، سرب و کادمیوم در طول پیرولیز لجن فاضلاب در دماهای مختلف نشان دادند افزایش دمای پیرولیز پایداری فلزات سنگین در زغالهای زیستی تولید شده را افزایش میدهد. یان و همکاران - 2015 - نشان دادند که در روند پیرولیز دسترسی زیستی عناصر کاهش خواهد یافت.
خطر افزودن فلزات به خاک از طریق لجن فاضلابها از نگرانیهای مربوط به لجن فاضلاب است که یافتن راهکاری که باعث کاهش یافتن دسترسی زیستی فلزات سنگین میشود، ضروری به نظر میرسد. هدف از مطالعه حاضر بررسی اثر پیرولیز لجن فاضلاب بر غلظت و میزان دسترسی زیستی فلزات سنگین در زغالهای زیستی تولید شده حاصل از آن در دماهای مختلف است.
مواد و روشها
نمونه برداری و آماده سازی لجن فاضلاب
لجن بیولوژیک از واحد تصفیهخانه فاضلاب شهری استان چهارمحال و بختیاری نمونهبرداری شد. 10 کیلوگرم لجن فاضلاب نیمهخشک در ظرف پلاستیکی مخصوص از محل دپوی لجن در واحد تصفیهخانه برداشته شد. در این واحد فاضلاب شهری تصفیه فاضلاب توسط سیستم لجن فعال و از طریق تجزیه هوازی انجام میشود. لجن آبگیری شده در هوای آزاد به مدت 72 ساعتقرار داده شد تا کاملاً خشک شود، سپس نمونهها به آزمایشگاه منتقل شده و بهوسیله دستگاه خردکن آسیاب شد. نمونههای خرد شده به منظور همگن شدن اندازهی ذرات از الک 2 میلیمتر برای تولید زغال زیستی عبور داده شد.
تولید زغال زیستی
پیش از آغاز پیرولیز، لجن فاضلاب پس از خشک شدن کوبیده شده و از الک 2 میلیمتر عبور داده شد. پیرولیز در کوره مخصوص در دماهای 300، 400 و 500 درجه سانتیگراد انجام شد. برای حفظ فضای بدون اکسیژن گاز نیتروژن با سرعت جریان 1000 میلیلیتر بر دقیقه از محفظه داخلی کوره عبور داده شد. برای اطمینان از عدم وجود اکسیژن قبل از روشن شدن دستگاه جریان گاز حامل برقرار گردید. زغال زیستی سرعت متوسط افزایش دما به ترتیب 15، 10 و 7/7 درجه سانتیگراد بر دقیقه برای زغال زیستی تولید شده در دماهای 300، 400 و 500 درجه سانتیگراد بود. بعد از رسیدن به دمای مورد نظر، نمونه در کوره به مدت 60 دقیقه - زمان ماند - نگه داشته شد. بعد از آن دستگاه خاموش و پس از تبادل حرارتی کوره با محیط و رسیدن دمای آن به زیر 100 درجه سانتیگراد، زغال زیستی از کوره خارج شد و پس از توزین در ظروف پلاستیکی ذخیره شد.
اندازهگیری غلظت کل فلزات سنگین نمونه لجن بیولوژیک و زغالهای زیستی تولید شده
بر اساس استاندارد ASTM1 D 5198-09، غلظت فلزات سنگین نمونه لجن بیولوژیک فاضلاب و زغالهای زیستی تولید شده پس از هضم نمونهها با اسید نیتریک و اسیدکلریدریک به نسبت 1:3 توسط دستگاه جذب اتمی مجهز به شعله - Perkin Elmer, AAnalyst700 - اندازهگیری شد.
اندازهگیری غلظت قابل دسترس زیستی2 فلزات سنگین در نمونههای لجن و زغال زیستی
برای آماده سازی محلول استخراج AB-DTPA3، 1/97 گرم پودر DTPA در 800 میلیلیتر آب مقطر حل شد. برای بهتر حل شدن DTPA، 2 میلیلیتر هیدروکسید آمونیوم با نسبت 1:1 آب و آمونیاک اضافه گردید. سپس 79/06 گرم پودر بیکربنات آمونیوم به محلول فوق اضافه گردید. pH محلول 7/8 تنظیم و سپس به حجم 1 لیتر رسانده شد. بعد از آماده سازی محلول، 20 گرم نمونه وزن شده در ارلن مایر 250 میلیلیتر ریخته شد. 40 میلیلیتر از محلول استخراج AB-DTPA به آن اضافه و سپس به مدت 15 دقیقه در دور 180 شیک گردید. سوسپانسیون حاصل به مدت 5 دقیقه در دور 3000 سانتریفیوژ و عصاره رویی به قوطیهای 80 میلیلیتری منتقل شد.
