كاربرد لجن فعال خشك‌شده در جذب سرب و كادميوم: مدل‌سازي ايزوترم و سينتيك واكنش‌هاي جذب

Application of Dry Activated Sludge for Lead and Cadmium Adsorption: Isotherm and Kinetic Modeling

زمينه و هدف: فلزات سنگين نقش مهمي در زندگي موجودات دارند و غلظت بالاي آنها ممكن است تهديد بزرگي براي زندگي انسانها و ساير موجودات زنده باشد. از جمله روش‌هايي كه براي حذف اين فلزات استفاده شده، مي‌توان به فرآيند جذب اشاره نمود. هدف از اين مطالعه، بازيابي دورريز شهري و استفاده از آن به‌‌عنوان جاذب در حذف فلزات سرب و كادميوم از محيط‌‌هاي آبي است. روش بررسي: در اين مطالعه، حذف سرب و كادميوم توسط لجن فعال بررسي شد. جاذب لجن فعال از تصفيه‌خانه فاضلاب صنايع شير، واقع در شهر تهران تهيه گرديد. آزمايشها در سيستم ناپيوسته و بر روي 202 نمونه سنتتيك انجام شد. تاثير پارامترهاي pH محلول، دوز جاذب، غلظت اوليه سرب و كادميوم و زمان تماس بررسي، همچنين متداول‌ترين ايزوترم‌ و سينتيك‌‌هاي جذب براي توصيف جذب فلزات و ديناميك واكنش‌ها بررسي گرديد. يافته‌ها: در اين مطالعه با افزايش مقدار جاذب، زمان تماس و pH محلول، راندمان حذف سرب و كادميوم افزايش يافت. حداكثر جذب سرب و كادميوم در pH محلول برابر با 6 به‌ دست آمد و زمان رسيدن به تعادل 180 دقيقه بود. ضمناً با افزايش غلظت اوليه سرب و كادميوم در محلول، راندمان حذف آنها كاهش يافت. نتايج حاصل از اين مطالعه، بيشترين همبستگي را با مدل ايزوترم لانگموير نوع 2 (99/0 < R2) و سينتيك پخش بين ذره‌اي (94/0 < R2) نشان داد. حداكثر ظرفيت جذب سرب و كادميوم لجن فعال خشك‌ شده به ترتيب برابر 66/2 و mg/g66/1 به دست آمد. آناليز سينتيك واكنش‌هاي جذب نشان داد حداكثر سرعت واكنش براي جذب سرب و كادميوم به ترتيب 045/0 وmg/g.min0.5041/0 مي‌باشد. نتيجه‌گيري: براساس نتايج مطالعه حاضر، لجن فعال خشك‌‌شده را مي‌توان به‌عنوان جاذبي مناسب براي جداسازي فلزات سنگين سرب و كادميوم از محلول‌هاي آبي به كار برد.

Background and Objectives: Heavy metals have an important role on organism life and their high concentration may be a great threat for humans and other organisms’ lives. Up to now, various methods have been used for the removal of these metals, which include the adsorption process. The aim of this study was the recovery of municipal disposals, and using as absorbent for lead & cadmium removal from aqueous solutions. Methods: Adsorption of lead & cadmium on dry activated sludge was investigated. Activated sludge was obtained from diary industry (Tehran). All experiments were performed in batch system on 202 synthetic samples to investigate the effects of pH, contact time initial concentration lead & cadmium and adsorbent dose. The most conventional adsorption and kinetic models were applied to describe metal adsorption and dynamic reaction. Results: The results showed that with increasing of adsorbent doses, contact time and pH solution, lead & cadmium removal efficiency increased. The maximum lead & cadmium adsorption was obtained at pH: 6 and an equivalent time of 180 min. With increasing initial concentration of lead & cadmium, removal efficiency decreased. The obtained results in this study were matched with langmuir 2 isotherm (R2 > 0.99) and interparticle diffusion kinetic (R2 > 0.94). Maximum adsorption capacity of lead & cadmium on dry activated sludge was obtained to be 2.66 and 1.66mg/g, respectively. Maximum constant rate of lead & cadmium was 0.045 and 0.041mg/g.min0.5, respectively. Conclusion: According to the results, dry activated sludge is recommended as a low cost and available adsorbent to remove lead & cadmium from aqueous solutions.