پالایش آب‌های زیرزمینی آلوده به کادمیم با استفاده از نانوذرات آهن در مقیاس آزمایش‌های پیمانه‌ای و محیط متخلخل

Abstract

از آنجا که بخش عمده‌ای از منابع غذایی از محصولات کشاورزی آبیاری شده با آب‌های زیرزمینی تأمین می‌شود، پالایش آب‌های زیرزمینی آلوده با استفاده از روش‌های داخل محل از قبیل استفاده از حائل‌های واکنش‌پذیر تراوا، ضروری به‌نظر می‌رسد. با توجه به ضرورت کاهش آلودگی اراضی آلوده به کادمیم در جنوب شهر تهران، در این پژوهش هدف تعیین جاذب کارآمد در نتیجه مقایسه میزان درصد جذب کادمیم توسط جاذب‌های نانوذرات آهن صفر ظرفیتی با کانی‌های زئولیت و کلسیت بود. نتایج حاصله حاکی از افزایش قابل توجه درصد جذب کادمیم توسط nZVI نسبت به کلسیم و زئولیت بود. روند افزایش غلظت جاذب نانوذرات آهن از 1 به 2 گرم در لیتر، بر محلول‌هایی با غلظت 2/0، 5/0 و ppm4 کادمیم بررسی شد و نتایج حاکی از افزایش به‌ترتیب 5/5، 4/3 و 5/11 درصدی میزان جذب کادمیم پس از گذشت 2 ساعت بود. همچنین در نتیجه افزایش غلظت اولیه آلایندگی از 2/0 به ppm5/0 ، به ازای تزریق 1 و 2 گرم در لیتر نانوذرات آهن پس از گذشت 24 ساعت به‌ترتیب، 45/5 و 75/7 درصد کاهش میزان جذب گزارش شد. در ادامه اثر شرایط محیطی، تغییرات pH و دما بر میزان جذب بررسی شد. کاهش کادمیم نسبت به غلظت اولیه ppm4 طی 3 ساعت، در شرایط اسیدی (7/3=pH)، 15/37 درصد و در شرایط قلیایی (1/13=pH)، این نسبت به اندازه 75/92 درصد کاهش نشان داد. در نتیجه افزایش دما از 20 به 75 درجه سلسیوس پس از 6 ساعت، غلظت کادمیم 5/38 درصد کاهش داشت. به‌منظور بررسی اثرات محیط‌ زیستی تزریق نانوذرات در جهت جذب سطحی و ترسیب کادمیم، غلظت یون آهن موجود در محیط اندازه‌گیری شد. در واکنش محلول ppm5/0 کادمیم با محلول 2 گرم در لیتر جاذب، غلظت یون آهن پس از 24 ساعت نسبت به غلظت اولیه برابر 0041/0 درصد گزارش شد. در آزمایش‌های صورت گرفته در محیط متخلخل همگن اشباع قائم، تحت جریان آب آلوده با غلظت ppm92/2 ، تزریق جاذب نانوذرات آهن ظرفیت صفر با غلظت 3 گرم در لیتر منجر به کاهش آلایندگی تا زیر حد مجاز آب آشامیدنی شد. در واکنش نانوذرات آهن با کادمیم محلول در محیط، نانوذرات به‌عنوان جاذب کارآمد عمل نموده و ضمن جذب سطحی کادمیم در نتیجه گذشت زمان، کادمیم موجود در محیط را در نتیجه عمل ترسیب از محیط واکنش خارج ساخت.