پديد آورندگان :
ميرزاخاني، افسانه دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات تهران - دانشكده محيط زيست و انرژي - گروه مهندسي محيط زيست, , غلامي، مرتضي دانشگاه گلستان - دانشكده علوم پايه - گروه شيمي , اميني، آرش دانشگاه گلستان - دانشكده علوم پايه - گروه رسوب شناسي و سنگ شناسي رسوبي , برقعي، مهدي دانشگاه صنعتي شريف - پژوهشكده زيست فناوري و محيط زيست - گروه مهندسي محيط زيست
كليدواژه :
جذب سطحي , گلوكونيت , سرخس , مراوه‌تپه , سينتيك , ايزوترم
چكيده فارسي :
سابقه و هدف:وجود آهن در آب‌هاي زيرزميني، حتي در غلظت‌هاي كم براي استفاده شرب مشكل هاي بسياري را بوجود مي‌آورد. آهن رشد انواع ميكروارگانيسم‌هاي مقاوم به كلر را در شبكه توزيع افزايش مي‌دهد كه سبب افزايش هزينه‌هاي گندزدايي، افزون بر مشكلات بو و طعم مي‌شود. روش‌هاي متنوعي براي حذف آهن بكار گرفته مي‌شود كه شامل اكسيداسيون و فيلتراسيون، فيلتراسيون با بستر جذبي يا كاتاليزوري، تبادل يوني، نرم‌سازي (سختي‌زدايي)، بيوفيلتراسيون و جذب سطحي است. يكي از ارزانترين روش‌هاي حذف آهن از آب آشاميدني جذب سطحي با استفاده از كاني‌هاي ارزان معدني همانند گلوكونيت است. در اين تحقيق حذف آهن از آب آشاميدني از طريق دو جاذب معدني گلوكونيت سرخس و مراوه‌تپه مورد بررسي قرار گرفت.مواد و روش‌ها:نمونه‌هاي گلوكونيت طبيعي از ماسه سنگ‌هاي گلوكونيت‌دار سازند نيزار در مقطع سرخس و ماسه سنگ گلوكونيت‌دار سازند آتامير در مقطع مراوه‌تپه جمع‌آوري شد و در آزمايشگاه فرآوري شده و با قطر ذرات mm 0/1-5/0 دانه‌بندي شد. سطح ويژه و حجم حفرههاي دو نمونه با استفاده از آناليز bet به روش جذب نيتروژن بدست آمد. بررسي رفتار سينتيكي و تعادلي فرآيند جذب، منحني‌هاي سينتيكي و ايزوترمي جذب آهن بر جاذب‌هاي گلوكونيت، از طريق آزمايش تعيين شد. اين آزمايش‌ها در سه ph معادل 5، 7 و 9 انجام شد. محلول‌هاي آبي حاوي آهن در بالن ژوژه‌هايي در تماس با ميزانهاي مختلف جاذب قرار گرفت و دما در °c 20 تنظيم شد.نتايج و بحث:انجام آناليز bet به روش جذب نيتروژن بر نمونه‌هاي گلوكونيت نشان داد كه سطح ويژه دو نمونه گلوكونيت نيزار سرخس و آتامير مراوه‌تپه به ترتيب معادل 0/999 و m^2/g 2/833 است. همچنين حجم حفره هاي گلوكونيت سرخس و مراوه‌تپه به‌ترتيب 0/006 و cm^3/g 0/0123 و قطر متوسط حفره ها نيز به ترتيب 24/07 و nm 17/31 تعيين شد. نتايج آزمايشات نشان داد كه با افزايش ph، ظرفيت و سرعت جذب آهن بر گلوكونيت سرخس و مراوه‌تپه به‌طور چشمگيري افزايش مي‌يابد. مقايسه نتايج جذب آهن بر گلوكونيت سرخس و مراوه‌تپه ميزان جذب بيشتر آهن بر گلوكونيت مراوه‌تپه است كه با سطح ويژه بيشتر اين جاذب نسبت به گلوكونيت سرخس متناظر است. ظرفيت جذب نهايي جاذب گلوكونيت مراوه‌تپه در phهاي 5، 7 و 9 به ترتيب 17/3، 11/7 و 13/9 درصد بيشتر از ظرفيت جذب گلوكونيت سرخس بدست آمد. نتايج رگرسيون مدل‌هاي سينتيكي گوياي رفتار كاملاً مشابه مدل‌هاي ريچي و هو براي توصيف منحني‌هاي سينتيك جذب آهن بر جاذب‌هاي گلوكونيت بود. درنهايت با توجه به انطباق مدل‌هاي سينتيكي گفته شده بر داده‌هاي تجربي، مي‌توان گفت كه در فرآيند جذب آهن بر گلوكونيت، جذب از سينتيك درجه دوم پيروي مي‌كند. بهترين مدل ايزوترم توصيف داده‌هاي تعادلي جذب آهن بر گلوكونيت مدل‌هاي تمكين و داوودي‌نژاد تعيين شدند. تبعيت از مدل داوودي‌نژاد نشان‌دهنده وجود جذب سطحي تك‌لايه به همراه ناهمگني سطح جاذب و وجود ممانعت‌هاي فضايي بر سر راه جذب بوده و تبعيت از مدل تمكين آن است كه آنتالپي جذب تابعي خطي از بارگيري سطح جاذب است.نتيجه‌گيري:جاذب‌هاي معدني گلوكونيت سرخس و مراوه‌تپه كارايي بهتري از زئوليت و كائولن داشته و توانايي مشابهي با زئوليت منگنز، پيرولوزيت و پاميس در حذف آهن از آب دارند و با توجه به وفور آن‌ها در ايران مي‌توانند بعنوان روشي ارزان قيمت براي حل مشكل آهن در آب‌هاي آشاميدني كشور مورد بهره برداري قرار گيرند.
چكيده لاتين :
Introduction: The presence of iron in groundwater, even at low concentrations, results in many problems regarding the drinking water. Iron increases the growth of chlorine-resistant microorganisms in drinking water distribution system, leading to an increase in disinfection cost, in addition to problems regarding changes in odor and taste of water. In order to remove iron from water, diverse techniques are being used including oxidation and filtration, absorption or catalytic bed filtration, ion exchange, softening, biofiltration and adsorption. One of the cheapest methods to remove iron from drinking water is adsorption by cheap minerals such as glauconite. In this study, drinking water iron removal by two mineral absorbent glauconites from Sarakhs and Maraveh Tapeh has been investigated.
Material and methods: The natural glauconites were collected from glauconitic sandstones in Sarakhs (Neyzar formation) and Maraveh Tapeh (Aitamir formation) and were processed in the laboratory and graded in particle diameter 0.5-1.0 mm. The specific surface area and volume of the cavities of the two specimens were determined by BET analysis by nitrogen absorption method. In order to study the kinetic and equilibrium behavior of the adsorption process, iron adsorption kinetic and adsorption isotherm curves on glauconite absorbents have been determined through experimental tests. These tests were done at three pH levels (5, 7, and 9). The aqueous solutions containing 5 mg/l of iron in a volumetric flask were exposed to different amounts of the absorbent at a constant temperature (20 °C). Results and discussion: BET analysis as a nitrogen absorption method revealed the specific surfaces of the two glauconite samples from Sarakhs and Maraveh Tapeh as 0.999 and 2.833 m2/g, respectively. The pore volume of Sarakhs and Maraveh Tapeh glauconites were measured as 0.006 and 0.0123 cm3/g, respectively and the average pore diameter were determined 24.07 and 17.31 nm, respectively. The results indicated that as the pH increased, the iron adsorption capacity and absorption rate by the glauconite from Sarakhs and Maraveh Tapeh increased significantly. Comparing the iron adsorption of glauconites revealed that the extracted glauconite from Maraveh Tapeh had more iron adsorption capacity than that of Sarakhs, corresponding to the higher specific surface area of this absorbent. At pH 5, 7, and 9, the ultimate absorption capacity of glauconite from Maraveh Tapeh was 17.3, 11.7 and 13.9 % higher than that of Sarakhs. The kinetic model regression indicated that Hu et al. and Ritchie's models have absolutely similar behavior in describing the iron adsorption kinetics curves on glauconite absorbents. Eventually, it can be stated that the process of iron adsorption by glauconite follows the second order kinetics. The best isotherm model to describe the iron adsorption equilibrium data on glauconite are the models developed by Temkin and Davoudinejad. Accordance with Davoudinejad's model demonstrates the presence of monolayer adsorption along with heterogeneous adsorbent surface and steric hindrances for absorption. Complying with Temkin’s model indicates that absorption enthalpy is a linear function of absorbent surface loading.
Conclusion: Glauconite mineral absorbents extracted from Sarakhs and Maraveh Tapeh performed better than natural Zeolite and Kaolin and had similar performance to Manganese zeolite, Pyrolusite, and Pumice for iron absorption from the water. Regarding their abundance in Iran, they can be used as an affordable method to solve the problem of the presence of iron in drinking water in Iran.
