رقيه رضايي

كاربرد كمپوست به عنوان جاذب زيستي براي جذب فلزات سنگين و تصفيه شيرابه پسماندهاي شهري

چكيده:

شيرابه زباله­هاي شهري حاوي مقادير زيادي مواد آلي و تركيباتي مانند نيتروژن آمونياكي، فلزات سنگين، مواد آلي كلردار و نمك­هاي معدني مي­باشند. نفوذ شيرابه­هاي تصفيه نشده به آب­هاي زيرزميني يا آب­هاي سطحي، باعث آلودگي منابع آب مي­شود. روش­هاي مختلف تصفيه شيرابه شامل تصفيه بيولوژيكي (فرايندهاي هوازي و بي­هوازي) و تصفيه فيزيكي- شيميايي (اكسيداسيون شيميايي، جذب سطحي، ترسيب شيميايي، انعقاد، شناورسازي- لخته­سازي و هوازدايي) به منظور كاهش بار آلودگي شيرابه بكار برده مي­شوند. از طرفي امروزه فلزات سنگين نيز به دليل خاصيت تجمع­پذيري در اكوسيستم­هاي آبي و سميت بالا، يكي از مهمترين و خطرناك­ترين آلاينده­هاي زيست­محيطي محسوب مي­گردند. در سال­هاي اخير، فرآيند جذب سطحي به علت بازدهي بالا و هزينه نسبتا كم توجه زيادي را در زمينه تصفيه فلزات سنگين و آلاينده­ها به خود معطوف كرده است. در اين ميان جاذب­هاي ارزان­قيمت بدليل سادگي تكنيك استفاده، عدم نياز به فرآيندهاي فراوري و اصلاح پيچيده، انتخابي عمل كردن، دوستدار محيط­زيست بودن و كارائي جذب سطحي بالا جهت جذب آلاينده­ها بيشتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف اين مطالعه، جذب فلزات سنگين مس و كروم و كاهش بار آلي شيرابه با استفاده از جاذب‌ تهيه شده از كمپوست زباله‌هاي شهري بصورت خام و تيمار شده در °C300 و °C600   بود. آزمايشات جذب به دو روش ناپيوسته و ستوني طراحي شد و پارامترهاي موثر بر ميزان جذب از جمله زمان تعادل، pH، غلظت اوليه فلزات، مقدار جاذب و دانه­بندي آن مورد بررسي قرار گرفت. برخي خصوصيات فيزيكي، شيميايي و مورفولوژي جاذب­ها به كمك روش­هاي آناليز ترموگراويمتري، طيف سنجي مادون قرمز با تبديل فوريه، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، آناليز عنصري و آناليزهاي آزمايشگاهي تعيين شدند. مطالعات سينتيك جذب نشان­دهنده سرعت زياد فرآيند جذب بود بطوريكه زمان تعادل در جذب فلز مس بعد از زمان­هاي 30 و 15 دقيقه به ترتيب براي جاذب­هاي خام و TC300؛ و جاذب TC600 اتفاق افتاد. در رابطه با فلز كروم نيز زمان تعادل در 60 دقيقه صورت گرفت. برازش داده‌ها با مدل­هاي سينتيكي­ شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم نشان داد كه مدل شبه مرتبه دوم براي هر دو فلز در هر سه جاذب برازش بهتري را داشت. با افزايش pH از 2 تا 6، درصد جذب مس در سطح احتمال 5% هيچ تفاوت معني­داري نداشت. در جذب كروم بررسي اثر pH محلول نشان داد كه pH بهينه براي جذب اين فلز 3=pH مي­باشد. هم­دماهاي جذب سطحي برازش­ شده نشان دادند كه جذب به وسيله هر سه جاذب در مس با مدل لانگموير و ردليچ- پترسون و كروم با مدل­هاي فروندليچ و ردليچ- پترسون تطابق بيشتري دارد. حداكثر جذب 50 و 13 ميلي­گرم در گرم به ترتيب براي فلزات مس و كروم از معادله لانگموير پيش­بيني شد. با افزايش مقدار جاذب خام وكاهش دانه­بندي آن نيز درصد جذب مس افزايش يافت. حداكثر درصد جذب فلزات مس و كروم به ترتيب 100 و 99 درصد براي كمپوست تيمار شده در °C600 بدست آمد. واجذب مس توسط اسيد كلريدريك و اسيد نيتريك يكسان بود و غلظت 5/0 مولار اسيد نيتريك به منظور بررسي كارايي جاذب پس از عبور اسيد در جذب مس در طي دو چرخه عبور محلول مس انتخاب گرديد. نتايج اين مرحله از آزمايشات نشان داد كه ستون تقريبا 70 درصد كارايي جذب يون­هاي مس را دارد. نتايج اوليه حذف بار آلي شيرابه نشان داد كه جاذب­ها كارايي جذب بار آلي (30%) را دارند. بررسي مقدار جاذب بهينه براي كاهش COD از شيرابه توسط كمپوست تيمار شده در °C600 نيز نشان داد كه با افزايش مقدار جاذب، درصد جذب افزايش يافت. دستيابي به راندمان بيشتر كاهش COD شيرابه توسط اين جاذب با افزايش مقدار جاذب ممكن به نظر مي‌رسد كه با توجه به ارزان ­قيمت بودن و دسترسي آسان آن، اين امر قابل توجيه مي‌باشد. از طرف ديگر، جذب COD از پساب شهري توسط جاذب خام و تيمار شده نيز نشان داد كه با پايين بودن غلظت COD اوليه، درصد حذف با كمپوست خام و تيمار شده در°C600   به ترتيب به 2/41 و8/58 درصد افزايش يافت.