مشخصات پژوهش

صفحه نخست /بررسی کارایی ستون مخلوط آهن ...
عنوان بررسی کارایی ستون مخلوط آهن وآلومینیوم صفر ظرفیتی اصلاح شده با H2O2 و NaClOدر حذف فلزات سنگین از محلول های آبی
نوع پژوهش پایان نامه
کلیدواژه‌ها ستون آهن وآلومینیوم, H2O2 و NaClO, حذف , فلزات سنگین
چکیده در کنار رشد صنایع و افزایش جمعیت، میزان تولید زباله های شهری وصنعتی روز به روز در حال افزایش است به طوریکه میزان تولید زباله شهری در ایران روزانه بالغ بر 50 میلیون تن می باشد. از این رو برای دفع زباله های حاصله روش های مختلفی مورد استفاده قرار میگیرد که از جمله آنها می توان به کمپوست کردن، سوزاندن و دفن زباله اشاره کرد(1). روش دفن کردن زباله علاوه بر مزیت اقتصادی ناشی از ارزان بودن آنها، اثرات نامطلوب زیست محیطی کمتری نسبت به سایر روش های دفع زباله های شهری دارد (2). البته بعد از دفن مواد در داخل زمین، در نتیجه نفوذ بارش های آسمانی و آب ها زیر زمینی به درون مواد زاید جامد دفن شده، وقوع فرایندها شیمیایی و زیستی در سلول دفن و رطوبت موجود در مواد زاید، فاضلابی سیاه رنگ و بد بو تولید می شودکه به شیرابه مکان دفن معروف است (3). شیرابه فاضلابی قوی دارای بار آلی بالا و انواع فلزات سنگین است (4). به دلیل سیال بودن اگر شیرابه بدون هیچ گونه تصفیه ای در محیط رها شودباعث آلودگی آبهای سطحی، زیر زمینی و خاک می شود(5). ویژگی های شیرابه محل دفن زباله معمولا می تواند توسط پارامترهای اساسیCOD، BOD، نسبت COD به BOD، مواد جامد معلقSS، pH، آمونیوم نیتروژن(NH3-N)، نیتروژن کجلدال(TKN) وفلزات سنگین، بیان شود(5). شیرابه محل دفن زباله حاوی مقادیر فراوانی از فلزات سنگین می باشد، افزایش نگرانی های زیست محیطی در دهه اخیر به علت افزایش عناصر سنگین در محیط منجر به وضع قوانین در مورد پسماند های خطر ناکی که حاوی فلزات سنگین هستند، از قبیل باتری های مصرف شد ه و سایر مواردی که به محیط عناصر سنگین وارد می کنند در جهان شده است(6).برای مثال، افزایش رشد تکنولوژی در دهه های اخیر و کاربرد وسیع باتری ها در تلفن های بی سیم، چراغ قوه، ماشین حساب، اسباب بازی ها و... منجر به آغشته شدن پسماندهای دفع شده در لندفیل به فلزات سنگین شده و شیرابه خروجی از این لندفیل ها مملو از فلزات سنگین می باشند(7). نیتروژن و آلاینده های آلی موجود در شیرابه به راحتی توسط واکنش های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تجزیه می شوند، اما فلزات سنگین به وسیله میکروارگانیسم های موجود در لایه های مختلف خاک تجزیه نمی شوند، البته به وسیله روش های تحرک شدید و ارگانیسم های زنده می توان این فلزات را تا حدودی در خاک تغلیظ نمود. با این وجود حذف کامل فلزات سنگین از خاک بسیار دشوار بوده و یک تهدید جدی برای سلامت انسان به شمار می آید(8). بنابراین غلظت این آلاینده ها بایستی تا سطح استانداردهای وضع شده کاهش یابد و چنانچه از نظر اقتصادی با ارزش هستند می باید آنها را بازیابی نموده و مورد استفاده مجدد قرار داد. یکی از نگرانی های موجود حضور فلزات سنگین در محیط زیست است که این به علت سمیت و تمایل تجمع زیستی آنها در زنجیره مواد غذایی است(9-11). کادمیوم با عدد اتمی 48 و جرم اتمی 112.4 عنصری متعلق به گروه IIB جدول تناوبی، هم گروه با جیوه و روی می باشد(12). کادمیوم یک فلز سنگین است که سمیت آن 2-20 برابر دیگر فلزات سنگین است(13, 14)، و یکی از فلزات سنگین سمی دارای اهمیت شغلی و محیطی می باشد که از راه سوختن سوخت های فسیلی، تولید فلزات، کاربرد کود های فسفاته، آبکاری و ساخت باطری ها و رنگ ها به صورت کلراید، سولفید، کربنات، اکسید و غیره آزاد می شود. در سال های اخیر در مورد کادمیوم و شکل های مختلف استفاده زیاد از آن نگرانی هایی به دلیل عوارض طولانی مدت مزمن، به یک مشکل بهداشتی تبدیل شده است(15). عملیات استخراج و فرآوری مس و استفاده وسیع این ماده در آفت کشهای با پایه مس همانند هیدروکسید مس و سولفات مس برای کنترل قارچ، باکتری، بی مهرگان و جلبک به عنوان یک عامل سمیت مس برای گیاهان و آلودگی خاک مطرح است(16). این فلزات ممکن است از طریق استنشاق گردوغبار، مصرف آب آشامیدنی آلوده، ورود به خاک یا مصرف گیاهان رشد کرده در خاک آلوده به فلزات سنگین به ویژه سبزیجات به عنوان اصلی ترین منبع رژیم غذایی انسانها وارد بدن گردد(17). مصرف نیکل در مقادیر زیاد باعث افزایش احتمال ابتلا به سرطان ریه، بینی، حنجره و همچنین پروستات می شود. حداکثر غلظت قابل قبول از نظر سازمان جهانی بهداشت برای کادمیم 005/0، مس 5/1، نیکل02/0 میلی گرم درلیتر در آب آشامیدنی در نظر گرفته شده است(18). بر خلاف آلاینده های آلی که اغلب به صورت بیولوژیکی تجزیه شده و به فرم های بی خطر تبدیل می شوند، فلزات سنگین چنین پتانسیلی را برای تبدیل به اجزاء بی خطر ندارند. استخراج درحلال، ترسیب شیمیایی، تبادل یون، استخراج الکتریکی، فرآیندهای غشایی و جذب مهمترین روش های مورد استفاده برای حذف فلزات سنگین از محیط های آّبی هستند. هر کدام ار این روش ها دارای مزایا و معایبی هستند. هزینه بالای بهره برداری و نگهداری، لزوم استفاده از مواد شیمیایی در مقادیر بالا، مشکلات دفع پساب و عدم حذف کامل فلزات سنگین از معایب روش های فوق می باشد که کاربرد آن را با محدودیت هایی همراه نموده است(19). همچنین استفاده از این روش ها برای زمانی که حذف ترکیبی از فلزات سنگین موجود مد نظر باشد، به خصوص زمانی که یون های فلزات سنگین به دوشکل کاتیون و آنیون حضور داشته باشند مشکل است(20, 21). بسیاری از نظریه ها وفناوری ها به حذف موثر فلزات سنگین اختصاص داده شده است،در سالیان اخیر فرایندهای احیاء شیمیایی به منظور حذف بسیاری از آلاینده های آلی و معدنی مورد توجه محققین قرار گرفته است.در این فراینداز فلزاتی نظیر آهن با ظرفیت صفر(Fe0) و آلومینیوم با ظرفیت صفر به منظورحذف آلاینده ها استفاده می شود (22) . انتخاب مناسب ترین مواد واکنش پذیر باید بر اساس میزان نفوذ پذیری، هدایت هیدرولیکی، سازگاری با محیط زیست، در دسترس بودن، کم هرینه بودن و پایداری دراز مدت آنها باشد (23). ZVI یکی از موادی است که در سالهای اخیر به صورت PRB جهت حذف آلاینده ها از آب استفاده شده است. چون قابلیت واکنش پذیری این مواد برای مدت طولانی حفظ می شود (24). همچنین ZVI( آهن صفر ظرفیتی) با طیف گسترده ای از آلاینده هایی که دارای پتانسیل اکسایش- کاهش هستند واکنش میدهد. با این حال استفاده از ZVI( آهن صفر ظرفیتی) به تنهایی، دارای اشکالاتی از جمله فعالیت کند و حمل ونقل مشکل می باشد. از طرف دیگراحیاء آب توسط ZVI( آهن صفر ظرفیتی) از نظر ترمودینامیکی مناسب نیست. با توجه به ملاحظات ترمودینامیکی، سنیتیک این واکنش ها نسبتا کند بوده، در نتیجه تعادل شیمیایی حاصل نمی شود(24, 25). به منظور رفع این مشکلات استفاده از مخلوطی از ZVI( آهن صفر ظرفیتی) با مواد دیگردر نسبت وزنی مشخص، مطلوب خواهد بود. آلومینیوم به عنوان الکترون دهنده ی موثر و دارای پتانسیل کاهشی 676/1- که بسیار پایین تر از آهن است(26)، می تواند به عنوان احیاء کننده ی قوی برای حذف فلزات سنگین استفاده شود. با این حال شکل گیری اکسید آلومینیوم و هزینه بالای استفاده، کاربرد آن را محدود کرده، که شستشو با اسید یک روش مناسب برای حذف لایه های اکسید شده است (27, 28)در این فرایند از فلزاتی نظیر آهن با ظرفیت صفر(Fe0) و آلومینیم با ظرفیت(Al0) به منظور حذف آلاینده ها استفاده شده است. سیستم های مائی و در حین کاربرد این روش، Fe0 به آهن فروFe+2 و Al0 به Al+3 اکسید کرده و از این طریق موجبات احیاء آلاینده ها را فراهم می کند. از آنجائی که واکنش فلزات صفر ظرفیتی یک واکنش اکسیداسیون و احیاء محسوب می شود با افزایش پتانسیل احیاء یون فلزی، اکسیداسیون فلز و کاهش آلاینده هر دو افزایش می یابد (19). Fe+2+2e- Fe0 E0=-0.44 Al+3+3e- Al0 E0= -1.676 صرف نظرازمکانیسم های خاص درگیر درحذف فلزات سنگین، یکی از پیش نیازهای حذف فلزات سنگین توسطZVI( آهن صفر ظرفیتی) و ZVAl ( آلومینیوم صفر ظرفیتی) خوردگی سطح آن است که شامل انحلال آهن( اکسیداسیون آندی) همراه با یک واکنش عکس( احیاء کاتدیک) برای مصرف کردن الکترون می باشد (29). در این شرایط یک لایه نازک غیر فعال از اکسید و هیدرواکسید فلزی روی سطح فلزات تشکیل می شود، با توجه به هیدراسیون آب این لایه غیر فعال در pH غیر اسیدی، غیر محلول بوده و فلزات را از خوردگی بیشتر محافظت می کند (30). فلزات سنگین از طریق مکانیسم های مختلف از جمله جذب، ترسیب، هم رسوبی، و ممانعت از خروج آلاینده از طریق سایز بندی، حذف می شود (31, 32). سنتیک کند خوردگی Fe0 و Al0به دلیل محدودیت وجود اکسیژن محلول آب موجب تولید مقدار اندکی از محصولات خوردگی و حذف بخشی از فلزات سنگین به وسیله این فلزات می شود. مطالعات نشان داده است، واکنش شدید بین سطح ZVI( آهن صفر ظرفیتی) و اکسیدان ها منجر به تولید مقدار زیادی از هیدروکسیدهای آهن مانند اکسیدهای آهن معدنی هیدروژن دار، سنگ آهن، آهن مغناطیسی و انواع مختلفی از فازهای بی نظم اکسیدو هیدروکسید آهن می شود که در نتیجه آن به فرایند احیاء نیز سرعت بخشیده می شود (32, 33). لذا هدف از این مطالعه بررسی کارایی ستون مخلوط آهن و آلومینیوم صفرظرفیتی اصلاح شده با H2O2(پراکسید هیدروژن) و NaClO(هیپوکلرید سدیم) در حذف فلزات سنگین از شیرابه محل دفن زباله می باشد. در این مطالعه تاثیر تغییر پارامترهای اصلی مانند زمان زمان تماس، نسبت های حجمی مورد آزمایش، غلظت فلزات سنگین انتخاب شده(نیکل، مس، کادمیوم) وpH ، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
پژوهشگران قربان عسگری (مشاور علمی)، علیرضا رحمانی (مشاور علمی)، ژیلا قوامی (دانشجو)، محمدتقی صمدی (مجری اصلی)