حذف فلزات سنگین روی و کادمیوم از فاضلاب صنعتی با استفاده از جاذب‌های آلی و نانو اکسیدهای فلزی

Abstract

سابقه و هدف: امروزه به دلیل کاهش منابع آب، استفاده از آب‌های نامتعارف نظیر فاضلاب مورد توجه ویژه قرار گرفته است. وجود برخی فلزات سنگین در فاضلاب به‌ویژه فاضلاب صنعتی موارد استفاده از آن را محدود می‌کند. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی برخی جاذب‌های آلی و نانواکسید فلزها در حذف فلزات سنگین روی و کادمیوم از فاضلاب صنعتی انجام شد. مواد و روش‎ها: این پژوهش در چهار مرحله شامل 1) اثر جرم جاذب‌ها، 2) اثر زمان تماس، 3) اثر غلظت فلزات سنگین و 4) اثر pH بر قابلیت جذب فلزات سنگین روی و کادمیوم از فاضلاب انجام شد. ابتدا فاضلاب با غلظت روی و کادمیوم به‌ترتیب 40 و 25 میلی‌گرم در لیتر تهیه شد. چهار جاذب شامل دو جاذب آلی (کاه گندم و الیاف خرما) و دو نانواکسید فلزی (نانو اکسید تیتانیوم و نانو اکسید آهن) هر یک در پنج سطح شامل 2/0، 5/0، 1، 5/1 و 2 گرم در لیتر استفاده شد. برای بررسی اثر زمان و نیز تعیین زمان تعادل، زمان‌های مختلف تماس برای هر جاذب اعمال شد. به‌علاوه، تأثیر pH بر کارایی جاذب‌ها در دامنه بین 3 تا 6 مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای مطالعه اثر غلظت‌های مختلف روی و کادمیوم بر کارایی جاذب‌ها، سه سطح آلودگی از ترکیب 40، 80 و 120 میلی‌گرم روی در لیتر و 25، 50 و 75 میلی‌گرم کادمیوم در لیتر مورد بررسی قرار گرفت.یافته‎ها: نتایج نشان داد که با افزایش میزان مصرف جاذب، میزان جذب فلزات سنگین روی و کادمیوم افزایش یافت. با افزایش میزان مصرف جاذب‌های الیاف خرما، کاه گندم، نانو اکسید تیتانیوم و نانو اکسید آهن از 2/0 به 2 گرم در لیتر، میزان جذب عنصر روی به‌ترتیب 4/49، 1/17، 1/13 و 4/11 درصد و میزان جذب کادمیوم به‌ترتیب 1/41، 8/3، 0/18 و 5/1 درصد افزایش نشان داد. در مجموع، مصرف 5/1 گرم در لیتر الیاف خرما، به‌عنوان حد بهینه این جاذب در حذف روی (2/87 درصد) و کادمیوم (2/46 درصد) از فاضلاب مصنوعی با غلظت روی و کادمیوم به‌ترتیب 40 و 25 میلی‌گرم در لیتر شناخته شد. مدت زمان لازم برای رسیدن به شرایط تعادل برای هر دو فلز در تیمارهای کاه گندم، الیاف خرما، نانو اکسید تیتانیوم و نانو اکسید آهن به‌ترتیب 300، 120، 30 و 30 دقیقه بود. در واقع، نانواکسید فلزها سریع‌تر از جاذب‌های آلی به شرایط تعادل رسیدند. جاذب‌های آلی در pH برابر با 6 و نانواکسیدهای فلزی در pH برابر با 4، بیشترین کارایی در جذب روی داشتند، در حالی که بیشترین کارایی کادمیوم توسط جاذب کاه گندم در pH 5، الیاف خرما در pHهای 6 و 3، نانو اکسید تیتانیوم در pHهای 4 و 3 و نانو اکسید آهن در pHهای 4 و 5 مشاهده شد. همچنین مشخص شد که جاذب‌های آلی در سطوح کمتر آلودگی و نانواکسید فلزها در سطوح بالاتر آلودگی، کارایی بیشتری در حذف فلزات سنگین مورد مطالعه داشتند. نتیجه‎گیری: یافته‌های این پژوهش نشان داد که در فرآیند تصفیه فاضلاب از فلزات روی و کادمیوم، جاذب‌های آلی دارای مقدار جذب بیشتر و در عوض جاذب‌های نانو دارای سرعت جذب بیشتری در رسیدن به شرایط تعادل هستند.

Keywords

• آلودگی
• زمان تعادل
• جاذب آلی
• نانو اکسید
• عناصر سنگین