حذف فسفات از آب و پساب با استفاده از پودر اسكلت داخلي سپيا (ماهي مركب) به‌عنوان يك جاذب طبيعي

Phosphate Removal from Water and Wastewater using Sepia (Cuttlefish) Endoskeleton Powder as a Natural Adsorbent

تخليه يون فسفات از فاضلاب شهري و صنعتي به پيكره آبي باعث رشد بي‌رويه جلبك‌ها مي‌شود. هدف از اين پژوهش بررسي حذف فسفات از محلول‌هاي آبي با استفاده از پودر اسكلت داخلي سپيا (ماهي مركب) به‌عنوان يك جاذب طبيعي زيستي، ارزان و غيرسمّي است. اين پژوهش در يك سيستم بسته انجام شد. اسكلت داخلي سپيا با آب مقطر شسته شد. سپس در دماي 80 درجه سلسيوس خشك و به‌وسيله آسياب كاملاً پودر شد. ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي جاذب با استفاده از دستگاه‌هاي پارتيكل سايزر، ميكروسكوپ نيروي اتمي، طيف‌سنجي مادون قرمز و فلورسانس اشعه ايكس تعيين شد. تأثير متغيرهاي مؤثر بر حذف فسفات مانند pH، مقدار جاذب، زمان تماس، غلظت اوليه فسفات وسرعت اختلاط بهينه شدند. همچنين براي ارزيابي داده‌ها از مدل‌هاي ايزوترم (لانگمير، فروندليچ، تمكين و دوبينين رادشكويچ) و مدل‌هاي سينتيك شبه‌مرتبه اول و شبه‌مرتبه دوم استفاده شد. نتايج به‌دست آمده نشان داد كه بيشترين درصد حذف در pH برابر با 5، مقدار جاذب 5 گرم در ليتر و زمان تماس 10 دقيقه در غلظت اوليه 10 ميلي‌گرم در ليتر فسفات مشاهده مي‌شود. با استفاده از پودر سپيا تحت شرايط بهينه، يون فسفات موجود در نمونه‌هاي آبي در غلظت 10 ميلي‌گرم در ليتر با بازدهي بيش از 99 درصد حذف شد. نتايج حاصل نشان داد كه مدل ايزوترم فروندليچ بهتر از ساير مدل‌ها داده‌هاي به‌دست آمده از اين پژوهش را توضيح مي‌دهد و نشانگر جذب يون فسفات در يك سطح ناهمگن است. با استفاده از مدل لانگمير، بيشينه ظرفيت جذب براي فسفات، 02/68 ميلي‌گرم بر گرم به‌دست آمد. همچنين مدل سينتيكي حذف فسفات از مدل شبه‌مرتبه دوم پيروي كرد. مقدار درصد حذف فسفات از نمونه‌هاي حقيقي آب رودخانه و آب زهكشي، بيش از 98 درصد به‌دست آمد كه نشان‌دهنده توانايي مناسب اين جاذب زيستي و ارزان قيمت در حذف اين آلاينده از محلول‌هاي آبي است.

Wastewaters produced from various industries and their entry into surface water is one of the most important environmental problems that have harmful effects on aquatic life. Discharging phosphate from urban and industrial wastewater to the aquatic environment causes a lot of algae growth. The aim of this study was to evaluate the removal of phosphate from aqueous solutions using sepia endoskeleton (cuttlebone) powder as a natural biomass, cheap and non-toxic absorbent. This study was conducted in a batch system. Sepia endoskeleton was washed with distilled water. It was then dried at 80 °C and thoroughly powdered by milling. Physical and chemical properties of the adsorbent were determined using the Particle Sizer, atomic force microscopy, and infrared spectroscopy and X-ray fluorescence. The effects of variables affecting phosphate uptake, such as pH, adsorbent amount, contact time, initial concentration of phosphate and stirring rate were optimized. Also, the isotherm models (Langmuir, Freundlich, Tamkin and Dubbin-Radshkvich) and first-order and second-order kinetics models were used to evaluate the data. The results showed that the highest removal percentage was observed at pH 5, adsorbent content of 5 g/L and contact time of 10 min at initial phosphate concentration of 10 mg/L. Using sepia powder under optimal laboratory conditions, the phosphate ion with the concentration of 10 mg/L was removed with a yield of over 99%. The results indicated that the Freundlich isotherm model gives a better description than other models showing the adsorption of phosphate ions occurs in a heterogeneous surface. Using Langmuir model, the maximum absorption capacity for phosphate was 68.02 mg/g. The kinetic model of phosphate removal followed the pseudo-second-order model. Besides, the percentage of removal of the real samples was over 98%, indicating the great ability of this natural and inexpensive absorbent to remove this pollutant from the water solutions.