بررسي حذف درجاي MTBE و بنزن از آب‌‌هاي زيرزميني جنوب تهران در مقياس پايلوت آزمايشگاهي از طريق اكسيداسيون شيميايي با استفاده از نانوذرات آهن صفرظرفيتي پايدارشده

Investigation of in-situ remediation of benzene & MTBE-contaminated groundwater by chemical oxidation using stabilized Zero-Valent Iron Nanoparticles (Case study: southern Tehran’s aquifer)

در اين تحقيق، براي بررسي حذف درجاي MTBE و بنزن از آب زيرزميني، آزمايش‌هايي در ستون خاك يك‌بُعدي با شرايط فيزيكي و شيميايي مشابه منطقه مطالعاتي ترتيب داده شد. با توجه به شرايط طبيعي محدودكننده محيط، يعني ريزدانه‌بودن آبخوان، نفوذپذيري پايين، محدوده pH خنثي و بالابودن عوامل مزاحم مثل يون‌‌ها و ساير مواد آلي، براي حذف آلاينده‌‌‌هاي مورد هدف به روش اكسيداسيون شيميايي، از واكنش فنتون (H2O2/Fe) و نانوذرات آهن صفرظرفيتي پايدارشده (S-NZVI) به‌منزله كاتاليزور استفاده شد. طبق نتايج اين تحقيق، براي حذف غلظت‌هاي حدود mg/L2 MTBE و mg/L1 بنزن در آب زيرزميني، غلظت‌‌هاي بهينه S-NZVI و هيدروژن پراكسيد در شرايط محيطي شبيه‌‌‌سازي‌شده در پايلوت به ترتيب برابر mg/L300 و mg/L1500 به دست آمد كه به حذف 78 درصد MTBE و 87 درصد بنزن منجر شد. غلظت محصولات جانبي خطرناك توليد‌شده يعني استون و TBA، پس از اتمام زمان واكنش (به طور ميانگين كمتر از ppm1/0) نشان داد كه عمليات پالايش از اين لحاظ با مشكلي روبه‌رو نيست. براي كم‌كردن اثر عمليات در كاهش نفوذپذيري، همچنين افزايش بازدهي سيستم يا كاهش مصرف نانوذرات آهن به اسيدي‌كردن محيط واكنش اقدام شد‌‌ تا جايي كه با ايجاد شرايط 2/3pH=، بازده حذف 90 درصد براي MTBE و 96 درصد براي بنزن محاسبه شد. علاوه بر اين، ميزان تاثير يون‌‌هاي مزاحم در كاهش كارايي سيستم حذف، حداكثر حدود 15 درصد به دست آمد.

In this study, a bench-scale pilot was designed to investigate in-situ removal of MTBE and benzene from simulated groundwater in southern Tehran. The tests were implemented on a one-dimensional soil column with similar chemical and physical conditions of the region. Based on the environmental conditions of the case study area, including relatively fine grained aquifer, low permeability soil, high buffering capacity and high levels of scavengers like ions, Fenton chemical oxidation (H2O2/Fe) with stabilized nano zero-valent iron particles (S-NZVI) was utilized. It was concluded that for remediation of groundwater polluted with approximately 2mg/L MTBE and 1mg/L BTEX, optimum concentrations of 1500 mg/L and 300 mg/L of H2O2 and S-NZVI respectively, leads to 78% elimination of MTBE and 87% of benzene. Hazardous by-products (acetone and TBA) concentrations were less than 0.1 ppm on average after 90 minutes reaction time which is considered to be negligible. To increase the system efficiency and reduce the consumption of S-NZVI, the reaction environment was acidified down to pH=3.2 which led to 90% removal efficiency for MTBE and 96% for benzene. The scavengers (ions) in the water reduced the system efficiency up to 15%.