نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

اثر امواج اولتراسونیک بر حذف نیترات در محلول آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمدرضا آلاشتی 1
مجتبی خوش روش 2
فردین صادق زاده 3
هازی محمد عظمت الله 4
1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.
2 دانشیار گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
3 دانشیار گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده علوم زارعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.
4 استاد گروه مهندسی عمران و محیط زیست، دانشکده فنی، دانشگاه هند غربی، ترینیداد و توباگو.
چکیده
تخلیه و دفع پساب‌ها و فاضلاب‌های حاوی مقادیر زیاد نیترات باعث افزایش آن در آب‌های زیرزمینی و منابع آب شده که آثار مخربی بر محیط زیست و سلامت انسان دارد. با هدف بررسی اثر امواج اولتراسونیک بر حذف نیترات و خواص جذب نیترات توسط جاذب‌های بیوچار کاه برنج، بیوچار پوشش داده‌شده با آهن (III) و روی، آزمایشی به صورت تعیین پارامترهای بهینه، با سه تکرار در آزمایشگاه کیفیت آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری اجرا شد. تیمارهای منبع آب شامل استفاده از امواج فراصوت بدون استفاده از جاذب (U)، جاذب بیوچار (B)، جاذب بیوچار به همراه اولتراسونیک (BU)، جاذب بیوچار با پوشش آهن سه‌ظرفیتی (BF)، جاذب بیوچار با پوشش آهن سه‌ظرفیتی به همراه اولتراسونیک (BFU)، جاذب بیوچار با پوشش کاتیون روی (BZ) و جاذب بیوچار کاه با پوشش کاتیون روی به همراه اولتراسونیک (BZU) بود. نتایج نشان داد که امواج اولتراسونیک توانست نیترات موجود در محلول آبی را حذف کند. همچنین فرایند اولتراسونیک در فرایند جذب نیترات توسط جاذب موثر می‌باشد. نتایج در جاذب‌های بیوچار با پوشش آهن سه‌ظرفیتی و روی نشان داد که اولتراسونیک سبب افزایش pH بهینه‌ی محلول نیترات شده است و در جاذب‌های بیوچار و بیوچار پوشش‌داده شده با روی سبب کاهش دوز جاذب بهینه شده و میزان بهینه‌ی غلظت اولیه‌ی نیترات نیز در بیوچار پوشش‌داده شده با روی از 80 ppm به 150 ppm افزایش پیدا کرده است. نتایج نشان‌دهنده‌ی کاهش 27 درصدی نیترات از محلول بود. با توجه به نتایج پیشنهاد می‌شود که استفاده‌ی ترکیبی از اولتراسونیک صورت گیرد که در فرایند تجزیه و تخریب آلاینده راندمان بیشتری دارد.
کلیدواژه‌ها
بیوچار
پوشش آهن
تصفیه‌ی آب
فراصوت
منابع آب

عنوان مقاله English

The effect of ultrasonic waves on nitrate removal in aqueous solution

نویسندگان English

Mohammad Reza Alashti 1
Mojtaba Khoshravesh 2
Fardin Sadegh-Zadeh 3
Hazi Mohammad Azamathulla 4
1 Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
2 Associate Professor. Department of Water Engineering. Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
3 Department of Soil Science, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
4 Department of Civil and Environmental Engineering, Faculty of Engineering, The University of the West Indies, St. Augustine Campus, St Augustine, Trinidad and Tobago.
چکیده English

Discharge and disposal of wastewater containing high nitrate levels contribute to its increase in groundwater and water resources, posing adverse effects on the environment and human health. An experiment was conducted at laboratory water quality, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, to investigate the impact of ultrasonic waves on nitrate removal and the absorption properties of rice straw biochar absorbents. Various treatments were applied, including ultrasound alone (U), biochar absorbent (B), biochar absorbent with ultrasound (BU), iron-coated biochar absorbent (BF), iron-coated biochar absorbent with ultrasound (BFU), zinc cation-coated biochar absorbent (BZ), and ultrasound with rice straw biochar coated with zinc cations (BZU). Results showed that ultrasonic waves effectively removed nitrates from the aqueous solution and enhanced the nitrate absorption process by the absorbent. In the iron and zinc-coated biochar absorbents, ultrasonication increased the optimal pH of the nitrate solution. The biochar and zinc-coated biochar absorbents exhibited a reduction in the optimal absorbent dose, and the optimal initial nitrate concentration in zinc-coated biochar increased from 80 ppm to 150 ppm. Overall, a 27% reduction in nitrate concentration was observed in the solution. Considering the results, a combined use of ultrasonication is recommended for a more efficient decomposition of pollutants.

کلیدواژه‌ها English

Biochar
Iron coating
Ultrasound
Water purification
Water sources
اکبرزاده، م.، قهرمان، ب. و داوری، ک. 1395. ارزیابی کیفیت منابع آب زیرزمینی مشهد با استفاده از کریجینگ نشانگر بر مبنای آلودگی نیترات. آبیاری و زهکشی ایران. 1 (10): 62-48.
جاهدخانیکی، غ.ر.، مهدوی، م.، قصری، الف. و سعیدنیا، س .1388. بررسی غلظت نیترات در برخی از بطری‌های آب آشامیدنی موجود در تهران. بهداشت و محیط. 1 (1): 50-45.
خوش روش، م.، دیوبند، ل.، معتمدی، ف. و ریحانی، گ. 1395. تاثیر کادمیم بر جذب کروم شش ظرفیتی (VI) توسط نانو رس کلویزایت سدیمی. پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 23 (3): 256-241.
رحمانی، الف. ر.، سلیمانی امین‌آباد، م.، اصغری، ق. و برجسته عسکری، ف. 1390. حذف نیترات به وسیله‌ی بستر اصلاح شده‌ی MgCL2 و منیزیم صفر با از محلول آبی. بهداشت و محیط. 3 (4): 474-461.
رحمانی، ح. و خان‌محمدی، ز. 1402. بررسی و پهنه‌بندی کیفیت شیمیایی چاه‌های آب شرب و کشاورزی برخی از شهرستان‌های استان اصفهان. تحقیقات نظام سلامت. 19 (2): 110-103.
سلیمانی، م.، انصاری، آ.، حاج عباسی، م. ع. و عابدی کوپایی، ج. 1387. بررسی حذف نیترات و آمونیم از آب‌های زیرزمینی با استفاده از فیلترهای کانساری. آب و فاضلاب. 67: 26-18.
ضامنی، ل.، صادق‌زاده، ف. و جلیلی، ب. 1394. آبشویی نیترات در خاک اصلاح‌شده با بیوچار و بیوچار دارای پوشش آهن. رساله‌ی کارشناسی ارشد، علوم خاک گرایش شیمی و حاصلخیزی خاک، دانشکده‌ی علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.
عبدی مفتی کلائی، م.، غلامی سفیدکوهی، م. ع.، خوش‌روش، م. و عباس پلنگی، ج. 1397. ارزیابی جذب نیترات از زه‌آب کشاورزی توسط زغال‌زیستی با استفاده از روش بستر ثابت. پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی. دانشکده‌ی مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.
الماسی، ح.، عسکری. ق.، لیلی، م.، شریفی، ز. و صیدمحمدی، ع. 1395. بررسی حذف فنل از محلول‌های آبی توسط عوامل اکساینده پراکسید هیدروژن، پرسولفات و پریدات فعال‌سازی شده با امواج فراصوت. مجله‌ی دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان. 15 (9): 848- 835.
مریخی، آ. و حیدری، ا. 1398. تعیین پارامترهای همدمای جذب لانگمویر با استفاده از روش بهینه‌سازی غیرخطی. شیمی و مهندسی شیمی ایران. 38 (3): 218-211.
مسلمی کوچصفهانی، م.، نوابیان، م.، اسمعیلی ورکی، م. و وظیفه دوست، م. 1391. کاهش نیترات و شوری زه آب کشاورزی با استفاده از زئولیت. پایان‌نامه‌ی تحصیلات تکمیلی آبیاری و زهکشی، دانشکده‌ی علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان. 80 ص.
معصوم بیگی، ح.، غلامی، ف.، یحیی پور، س. ع. و غنی زاده، ق. 1401. ارزیابی فرایند الکتروشیمیایی جریان مستقیم و متناوب با الکترودهای آلومینیوم و روی در حذف نیترات از محلول‌های آبی. مجله‌ی تحقیقات سلامت در جامعه. 8 (1): 38-27.
میریان، س. م. و ابراهیمی، ا. 1402. بهینه‌سازی تصفیه‌خانه‌ی فاضلاب به روش لجن فعال با استفاده از نرم‌افزارX-GPS . تحقیقات نظام سلامت. 19 (2): 125-117.
یزدانی شلدره، م.، غلامی سفیدکوهی، م. ع. و ضیاء تبار احمدی، م. خ. 1396. تصفیه‌ی آب‌های آلوده به نیترات با استفاده از میکرو و نانو ساختارهای جاذب پوشال برنج و گندم. پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی. دانشکده‌ی مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.
Anastasopoulos, A., Hannah, L. and Hayden, B.E. 2013. High throughput optimisation of PdCu alloy electrocatalysts for the reduction of nitrate ions. Journal of Catalysis. 305: 27-35.
Asgari, G., Seid Mohammadi, A., Chavoshani, A. and Rahmani, A.R. 2013. Microwave/ H2O2 efficiency in pentachlorophenol removal from aqueous solutions. Journal of Resesrch in Health Science. 14(1): 36 – 39.
Cataldo, D.A., Maroon, M., Schrader, L.E. and Youngs, V. L. 1975. Rapid colorimetric determination of nitrate in plant tissues by nitration of salicylic acid. Commun. Soil Science and Plant Analysis. 6(1): 71 -80.
Hosseingholilu, B., Banakar, A. and Mostafaei, M. 2019. Design and evaluation of a novel ultrasonic desalination system by response surface methodology. Desalination and Water Treatment. 164:263-275.
Hou, D., Zhang, L., Zhao, Ch., Fan, H., Wang, J. and Huang, H. 2016. Ultrasonic irradiation control of silica fouling during membrane distillation process. Desalination. 386: 48-57.
Hu, Q., Chen, N., Feng, C. and Hu, W. W. 2015. Nitrate adsorption from aqueous solution using granular chitosan-Fe3+ complex. Journal of Applied Surface Science. 374: 1-9.
Katal, R., Baei, M. S., Rahmati, H. T. and Esfandian, H. 2012. Kinetic, isotherm and thermodynamic study of nitrate adsorption from aqueous solution using modified rice husk. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 18: 295–302.
Li, Y., Hsieh, W. P., Mahmudov, R., Wei, X. and Huang, C. P. 2013. Combined Ultrasound and Fenton (US- Fenton) Process for the treatment ammonition waste water. Journal of Hazardous Materials. 244(1): 403- 411.
Lin, L., Chen, J., Xu, Z. and Yuan, S. 2009. Removal of ammonia nitrogen in wastewater by microwave radiation: A pilot-scale study. Journal of Hazardous Materials. 168(2-3): 862-7.
Loganathan, P., Vigneswaran, S. and Kandasamy, J. 2013. Enhanced removal of nitrate from water using surface modification of adsorbents–a review. Journal of Environmental Management. 131: 363-374.‏
Mohamad. A., K. H., Ramli, S., Othman, Z. and Jaafar, J. 2018. Evaluation of Ammonia-Nitrogen Removal by Ultrasonic Irradiation in Synthetic Solution Using Response Surface Methodology. Key Engineering Materials. 797: 108-117.
Ning, P., Bart, H-J., Jiang, Y., de Haan, A. B. and Tien, C. 2005.Treatment of organic pollutants in coke plant wastewater by the method of ultrasonic irradiation, catalytic oxidation and activated sludge. Separation and Purification Technology. 41(2): 133-139.
Ozturk, E. and Bal, N. 2015. Evaluation of ammonia– nitrogen removal efficiency from aqueous solutions by ultrasonic irradiation in short sonication periods. Ultrasonics Sonochemistry. 26: 422-427.
Rahmani, A.R. Shabanloo, A. Mehralipour, J., FazlzadeH, M. and Poureshgh, Y. 2015. Degradation of phenol in aqueous solutions using electrofenton process. Research Journal of Environmental Sciences. 9(7): 332-341.
Rashwan, S. S., Dincer, I., Mohany, A. and Pollet, B. G. 2019. The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy. 44(29): 14500-14526.
Samatya, S., Kabay, N., Yuksel, U., Arda, M. and Yuksel, M. 2006. Removal of nitrate from queous solution by nitrate selective ion exchange resins. Reactive and Functional Polymers. 66: 1206- 1214.
Tang, X. and Weavers, L. K. 2008. Using Photoactivated Periodate to decompose TOC hudrolysates of chemical warfare agents. Journal of Photochemistry and Photobiology. 194(2): 212-219.
Wang, X., Wang, L., Li, J., Qiu, j., Cai, C. and Zhang, H. 2014. Degredation of Acic Orange 7 by Persulfate activated with Zero Valent iron in the Persence of ultrasonic irradiation. Separation and Purification Technology, 122(1): 41-46.
Weng, C. H. and Tao, H. 2015. Highly efficient persulfate oxidation process activated with Fe0 aggergate for decolorization of reactive azo dye Remazol Golden Yellow. Arabian Journal of Chemistry. 11(8): 1292-1300.
Yang, Y., Wang, P., Shi, S. and Liu, Y. 2009. Microwave enhanced Fenton-like process for the treatment of high concentration pharmaceutical wastewater. Journal of Hazardous Materials. 168(1): 238 – 245.
Zhihui, A., Peng, Y. and Xiaohua, L. 2005. Degradation of 4-chlorophenol by microwave irradiation enhanced Advanced Oxidation Processes. Chemosphere. 60(6): 824- 827.
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 18، شماره 2 - شماره پیاپی 105
خرداد و تیر 1403
صفحه 319-328