كليدواژه :
تصفيه آب , نانو ذرات , آهن با ظرفيت صفر , كربن گرانول فعال
چكيده فارسي :
به منظور دسترسي به منابع آب شرب با كيفيت استاندارد، لزوم استفاده از تكنولوژي‌هاي نوين تصفيه آب كه علاوه بر كارايي بالا و هزينه كم، كمترين تأثيرات جانبي را بر محيط زيست داشته باشند، بيش از پيش احساس مي‌شود. ذرات آهن با ظرفيت صفر به‌منظور حذف طيف وسيعي از آلاينده‌هاي آب مورد استفاده قرار گرفته‌اند. كربن فعال نيز به‌عنوان ماده متخلخلي كه قادر است گونه‌هاي مختلفي از آلاينده‌ها با اندازه‌هاي مختلف (مانند مواد آلي و كلراين) را با هزينه كم به‌صورت جذب سطحي از آب حذف نمايد و بو و كدورت آب را بهبود دهد، در سيستم‌هاي تصفيه آب خانگي و تجاري بسيار مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين پژوهش، با توجه به قابليت ذرات آهن با ظرفيت صفر (در مقياس ميكرو و نانو) و همچنين كربن فعال در حذف آلاينده‌ها و بهبود كيفيت آب شرب، اين مواد واكنشگر به‌صورت مجزا و يا تركيبي در درصدهاي وزني مختلف در پنج ستون آزمايش مورد بررسي قرار گرفتند. كارايي ذرات آهن در مقياس نانو d50=50 نانومتر و ميكرو d50=150 ميكرومتر و كربن فعال گرانول d50 =1ميلي‌متر در حذف مواد آلاينده از آب شرب مورد ارزيابي قرار گرفت. براي اين منظور، پنج ستون آزمايش (طول 50 سانتي‌متر و قطر داخلي 2 سانتي‌متر) از اين مواد واكنشگر به‌صورت مجزا و يا تركيبي (با درصدهاي وزني مختلف) تهيه و جريان پيوسته از آب شرب مركز تهران با نرخ ثابت 4/4 ميلي‌ليتر در دقيقه به‌مدت 28 روز (در مجموع 177 ليتر) به درون هر يك از ستون‌ها تزريق شد. تغييرات غلظت يون‌هاي كلسيم، منيزيم، سديم، پتاسيم، نيترات و آهن محلول كل و همچنين مقدار EC و pH در جريان ورودي و خروجي از هر يك از ستون‌هاي محتوي مواد واكنشگر طي سه دوره نمونه‌برداري در پايان روزهاي اول، هفتم و 28 (در مجموع تعداد 18 نمونه آب) مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. هم‌زمان با نمونه‌گيري از آب، تغييرات فشار آب منفذي در طرفين ستون‌هاي آزمايش نيز با هدف تغييرات آبگذري محيط واكنشگر اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد كه ستون‌هاي محتوي نانوذرات آهن كارايي بيشتري در كاهش غلظت يون‌هاي مورد بررسي در مقايسه با ميكرو ذرات آهن و كربن فعال دارد. اما كاهش آبگذري و واكنش‌پذيري، رهايش آهن و افزايش قليائيت آب خروجي از جمله چالش‌هاي توأم با ستون‌هاي واكنش محتوي نانوذرات آهن است. نتايج اين پژوهش نشان داد كه استفاده تركيبي از جاذب‌هاي كربن فعال و ذرات آهن (به‌ويژه در مقياس ميكرو) در سيستم‌هاي تصفيه آب خانگي مي‌تواند به‌صورت بالقوه مبناي طراحي نسل آينده اين نوع سيستم‌ها باشد كه علاوه بر كارايي در حذف آلاينده‌ها، تأثيرات جانبي كمتر و طول عمر بيشتري دارند.
چكيده لاتين :
In order to ensure drinking water meets the standards, utilization of novel treatment technology with low cost and minimum effects on environment is inevitable. Zero-valent-iron in micro and
nano scale is extensively used to remove wide range of contaminants from water. Besides the
ZVI, granular activated carbon is used in household water purification systems as a low-price,
porous medium that adsorbs different contaminants (e.g. organic species and chlorine) and
modifies the odor and turbidity of water. The aim of this study is investigation of the efficiency
of ZVI and GAC in the treatment of tap water. In this study, the efficiency of zero-valent-iron in
scales of nano (NZVI, d50=50 nm) and micro (MZVI, d50=50 em) and granular activated
carbon (GAC, d50=1 mm) in purification of tap water is evaluated. For this purpose, five
experimental columns (length=50 cm and inner diameter=2 cm) filled by nano and micro ZVI,
and GAC in different mass percentages are prepared, whereas continuous tap water flow of
Tehran at the rate of 4.4 ml/min during 28 days (totally 177 liters) is injected through each
reactive column. Temporal variations of calcium, magnesium, sodium, potassium, nitrate, and
total iron, as well electrical conductivity, pH in the influent waters to and effluent waters from
the five reactive columns are sampled and analyzed three times over experimental time at the
end of 1st, 7th, and 28th day (totally 18 samples). Simultaneously with the water sampling, the
variations of pore water pressure along the columns are measured through pressure gauges. The
results indicated that the reactive column containing NZVI (individually or combined with
GAC) are proficient in reduction of ions concentration from the influent water in comparison to
those containing MZVI and GAC. Decreasing the permeability of reactive materials, reduction of reactivity over time, release of iron into effluent water, and increase of water alkalinity are
challenges accompanied by the columns containing NZVI. Results of this study reveal that
combinational use of GAC and MZVI in household purification system provides a potentially
promising reactive medium with acceptable pollutant removal efficacy and life-time, as well
less side effects.
