نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

امکان‌سنجی حذف یون‌های شوری از پساب شور حاوی فلزات سنگین سرب و روی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمدرضا یزدانی 1
سمیه سلطانی گردفرامرزی 2
محسن قاسمی 3
فاطمه آبیار 4
1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان
2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه اردکان
3 آب منطقه ای یزد
4 دانشیار گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اردکان، ایران
چکیده
مساله کمبود آب در ایران و بخصوص در مناطق خشک باعث شده که استفاده از فاضلاب های خانگی و صنعتی و آبهای نامتعارف رو به افزایش باشد. با توجه به این ضرورت، آزمایشی در سه بخش جاذب معمولی، نانو جاذب، و جاذب اصلاح شده در پساب شور حاوی فلز سنگین انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل تیمار جاذب در چهار سطح (1- کربن فعال، 2- نانوکربن فعال، 3- نانوسیلیکا، ۴- نانوسیلیکای اصلاح شده با ویتامین سی)، تیمار شوری در سه سطح (یک، 10 و 2۰ دسی زیمنس بر متر) و غلظت فلزات سنگین سرب و روی در چهار غلظت متفاوت (صفر، 50 و 100، 200 میلی‌گرم بر لیتر) در سه تکرار به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا ًتصادفی در محیط ناپیوسته انجام شد و جذب یون‌های عامل شوری در حضور و عدم حضور فلزات سنگین سرب و روی بررسی گردید. نتایج نشان داد که برای هر چهار جاذب با افزایش سطوح شوری در شرایط عدم حضور و در شرایط حضور فلز‌های سنگین، ظرفیت کل جذب به صورت معنی‌دار افزایش یافت. همچنین ظرفیت کل جذب با حضور و افزایش غلظت فلز‌های سنگین برای هر چهار جاذب روند کاهشی نشان داد که بیانگر جذب رقابتی میان یون‌های عامل شوری و فلز‌های سنگین می‌باشد. جاذب نانوکربن‌فعال از نظر شوری‌زدایی عملکرد بهتری نسبت به جاذب کربن فعال داشته و به طور کلی عملکرد جاذب نانوسیلیکا در شوری‌زدایی از نانوسیلیکای اصلاح شده بهتر می‌باشد. بر اساس نتایج با افزایش شوری درصد شوری‌زدائی افزایش و بیشترین میزان آن در شوری 20 دسی زیمنس بر متر توسط جاذب نانوکربن فعال (3/28 درصد) و کمترین مقدار آن (4/9 درصد) در شرایط عدم حضور فلزات سنگین توسط جاذب کربن فعال در شوری یک دسی زیمنس بر متر مشاهده شد. یافته‌ها می‌تواند در جهت بهبود کاربرد جاذب‌ها برای تصفیه آب‌های شور و پساب‌های حاوی فلزات سنگین موثر واقع شود.
کلیدواژه‌ها
شوری‌زدائی
جذب سطحی
نانوجاذب
پساب آلوده
اصلاح جاذب

عنوان مقاله English

Feasibility of Removing Salinity Ions from Saline Wastewater Containing Heavy Metals Lead and Zinc

نویسندگان English

Mohamadreza Yazdani 1
Somayeh Soltani-Gerdefaramarzi 2
Mohsen Ghasemi 3
Fatemeh Abyar 4
1 Student of Irrigation and Drainage, Department of Water Sciences and Engineering, Collage of Agriculture and Natural Resource, Ardakan University, Ardakan, Iran.
2 Water Science and Engineering Department, Faculty of agriculture and natural resource
3 Planning Deputy of Yazd Regional Water Company
4 Associate Professor of Physical Chemistry, Chemical Engineering Department, Ardakan University, Ardakan, Iran
چکیده English

The problem of water scarcity in Iran, especially in arid regions, has led to an increasing use of domestic and industrial wastewater and unconventional water resources. Given this necessity, an experiment was conducted in three sections – conventional adsorbent, nano-adsorbent, and modified adsorbent – in saline wastewater containing heavy metals. The experimental treatments included adsorbent treatment at four levels (1- activated carbon, 2- nano-activated carbon, 3- nanosilica, 4- vitamin C modified nanosilica), salinity treatment at three levels (1, 10, and 20 dS/m), and heavy metal concentrations of lead and zinc at four different concentrations (0, 50, 100, and 200 mg/L) in three replicates, using a factorial experiment in a completely randomized design in a batch system. The adsorption of salinity ions was investigated in the presence and absence of heavy metals lead and zinc. The results showed that for all four adsorbents, the total adsorption capacity significantly increased with increasing salinity levels, both in the absence and presence of heavy metals. Furthermore, the total adsorption capacity decreased with the presence and increasing concentration of heavy metals for all four adsorbents, indicating competitive adsorption between salinity ions and heavy metals. The nano-activated carbon adsorbent performed better in desalination than the activated carbon adsorbent, and generally, the performance of the nanosilica adsorbent in desalination was better than that of the modified nanosilica. Based on the results, the percentage of desalination increased with increasing salinity, with the highest rate observed at a salinity of 20 dS/m by the nano-activated carbon adsorbent (28.3%) and the lowest rate (9.4%) observed in the absence of heavy metals by the activated carbon adsorbent at a salinity of 1 dS/m. These findings can be effective in improving the application of adsorbents for the treatment of saline water and wastewater containing heavy metals.

کلیدواژه‌ها English

Desalination
Adsorption
Nanoadsorbent
Contaminated wastewater
Adsorbent remediation
حسن آبادی، م.، سلطانی گردفرامرزی، س.، قاسمی، م. و عزیزیان، ا. 1403. بررسی کارایی زغال زیستی برای شوری‌زدایی در حضور یون مس. محیط زیست و مهندسی آب. 10(4): 438-451.
حویزاوی، س.، تیشه زن، پ. و هوشمند، ع. 1403. بررسی کاهش شوری زه‌آب کشاورزی با استفاده از جاذب کوکوپیت. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 18(3): 421-432.
رستمیان، ر.، حیدرپور، م.، موسوی، ف. و افیونی، م. 1394. کاربرد بیوچار تولید شده از شالیزار در نمک‌زدایی آب آبیاری. مجله علوم آب و خاک (علوم و فناوری کشاورزی و منابع طبیعی). 71: 21-29.
شکریان، ف.، سلیمانی، ک.، نعمت زاده، ق. و بی پروا، پ. 1396. امکان سنجی کاهش شوری آب توسط جاذب های زیستی پوسته برنج و صدف. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران. 7(3): 93-106.
شکریان، ف.، سلیمانی، ک.، نعمت زاده، ق. و بی پروا، پ. 1399. بررسی مقایسه­ای جاذبهای زیستی و معدنی در کاهش شوری آب. علوم و تکنولوژی محیط زیست. 22(4): 57-66.
صحرائی، م.، لیاقت، ع. و نازی قمشلو، ا. 1400. بررسی اثر استفاده از زئولیت و بنتونیت ایرانی در نمک‌زدایی. مجله آب و فاضلاب. 32(6): 58-66.
فاتحی دهاقانی، م. ح.، ذبیحی، م. و شایگان، ج. 1398. جذب رقابتی سه یون فلزی کروم، سرب و جیوه در محلول‌های آبی بر روی کربن فعال مغناطیسی حاصل از سنگ هلو. مجله علوم و مهندسی جداسازی. 11(1): 76-88.‏
قاسمی، م.، عابدی کوپاپی، ج.، حیدرپور، م. و دیناری، م. 1396. تاثیر کربن فعال تولید شده از مخروط های درخت کاج در کاهش پارامترهای شوری آب آبیاری. تحقیقات آب و خاک ایران (علوم کشاورزی ایران). 48(5 ): 1097-1107.
مویدی، ا.، یارقلی، ب.، پذیرا, ا. و بابازاده، ح. 1401. نمک‌زدایی بیولوژیکی آب شور و دریا با استفاده از جلبک‌های دونالیلاسالینا و کلرلاولگاریس. مدیریت آب در کشاورزی. 9(1): 45-56.
Andrzejewska, A., Krysztafkiewicz, A. and Jesionowski, T. 2007. Treatment of textile dye wastewater using modified silica. Dyes and Pigments. 75(1): 116-124. ‏
Bodzek, M., Konieczny, K. and Kwiecińska-Mydlak, A. 2020. The application of nanomaterial adsorbents for the removal of impurities from water and wastewaters: a review. Desalination and Water Treatment. 185:1-26.
Demiral, H. and Güngör, C. 2016. Adsorption of copper (II) from aqueous solutions on activated carbon prepared from grape bagasse. Journal of Cleaner Production. 124: 103-113.
El-Sayed, M. E. 2020. Nanoadsorbents for water and wastewater remediation. The Science of the Total Environment. 739: 139903.
Lee, X., Yang, F., Xing, Y., Huang, Y., Xu, L., Liu, Z., Holtzman, R., Kan, I., Li, Y., Zhang, L. and Zhou, H. 2022. Use of biochar to manage soil salts and water: Effects and mechanisms. Catena, 211:106018.
Liu, X., Ma, Z., Xing, J. and Liu, H. 2004. Preparation and characterization of amino–silane modified superparamagnetic silica nanospheres. Journal of Magnetism and magnetic Materials. 270(1-2): 1-6. ‏
Liu, X., Xu, X., Dong, X. and Park, J. 2020. Competitive adsorption of heavy metal ions from aqueous solutions onto activated carbon and agricultural waste materials. Polish Journal of Environmental Studies, 29(1):749-761.
Mahmoud, M. E., Hassan, S. S., Kamel, A. H. and Elserw, M. I. 2019. Efficient and fast microwave sorption of heavy metals on nanosilica sorbents-microwave immobilized-vitamin C and vitamin L1. Journal of Environmental Chemical Engineering. 7(1): 102850. ‏
Manyangadze, M., Chikuruwo, N. H. M., Chakra, C. S., Narsaiah, T. B., Radhakumari, M. and Danha, G. 2020. Enhancing adsorption capacity of nano-adsorbents via surface modification: A review. South African Journal of Chemical Engineering. 31(1): 25-32. ‏
Nouri-Shamsi, M., Soltani-Gerdefaramarzi, S., Ghasemi, M. and Yarami, N. 2025. Investigating the Adsorption Capacity, Isotherm and Kinetics of Biochar Adsorbents Derived from Sesame Residues for the Removal of Salinity Ions from Saline Water. Environment and Water Engineering. In press.
Rashidi, L., Vasheghani-Farahani, E., Rostami, K., Gangi, F. and Fallahpour, M. 2013. Mesoporous silica nanoparticles as a nanocarrier for delivery of vitamin C. Iranian Journal of Biotechnology. 11(4): 209-213. ‏
Rouquerol, J., Rouquerol, F., Llewellyn, P., Maurin, G. and Sing, K. 2013. Adsorption by powders and porous solids: principles, methodology and applications. Academic press. 269-298‏.
Sarfraz, S., Ullah, H., Sikandar, S. and Raza, A. 2022. Use of nano-sized adsorbents for wastewater treatment: a review. International Journal of Economic and Environmental Geology. 13(1): 23-29.
Tang, E., Cheng, G., Ma, X., Pang, X. and Zhao, Q. 2006. Surface modification of zinc oxide nanoparticle by PMAA and its dispersion in aqueous system. Applied Surface Science. 252(14): 5227-5232. ‏
Wei-bin, Z.H.A.O., Song, W.A.N.G., Ling-ling, L.I.U., Jiang, X.I.A.O., Shu-feng, W.A.N.G., Li, T.A.N.G. and Guang-cai, C.H.E.N. 2024. Effect of biochar amendment on saline-alkaline soil amelioration and plant growth: A literature review. Chin. J. Soil Sci. 55(2): 551-561.
Yang, Y., Matsubara, S., Xiong, L., Hayakawa, T. and Nogami, M. 2007. Solvothermal synthesis of multiple shapes of silver nanoparticles and their SERS properties. The Journal of Physical Chemistry C. 111(26): 9095-9104. 
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 19، شماره 3 - شماره پیاپی 112
مرداد و شهریور 1404
صفحه 395-408