آلوده زدایی آب زیرزمینی آلوده به شیرابه به وسیله لایه نفوذپذیر فعال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی عمران- محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر *(مسوول مکاتبات

2 استادیار دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

زمینه و هدف: یکی از چالش­های مهم در بهره­برداری از محل­های دفن زباله شهری، جمع آوری و تصفیه شیرابه است. از آن جا که بیش‌تر نقاط ایران به دلیل اقلیم خشک و نیمه خشک با مشکل محدودیت منابع آب روبه‌رو است، مطالعه در زمینه آلوده­زدایی از آب زیرزمینی آلوده به شیرابه حاصل از محل دفن زباله نیز دارای اهمیت فراوان می­باشد.
در دهه اخیر، فعالیت­های گسترده­ای در خصوص توسعه و پیاده­سازی موانع واکنش­دهنده نفوذپذیر (PRB ها ) صورت گرفته است که در این میان کاربرد این روش جهت آلوده­زدایی از آب زیرزمینی آلوده به شیرابه هم‌چنان نیازمند بررسی­های دقیق­تر است. به همین منظور در این مقاله ضمن بررسی این روش، نقش کربن فعال گرانولی و زئولیت طبیعی به عنوان بسترهای رایج جهت حذف آلاینده آلی در آب زیرزمینی بررسی گردید.
روش بررسی: جهت انجام آزمایش، آب آلوده به شیرابه با COD­های 690، 1910 و (mg/L) 3100، از مدل آزمایشگاهی مانع واکنش­دهنده نفوذپذیر پرشده با ماسه شسته شده، زئولیت طبیعی و کربن فعال گرانولی، عبور داده شد و میزان حذف COD در هریک از شرایط محاسبه گردید.
یافته­ها: بیش‌ترین میزان حذف COD توسط کربن فعال گرانولی و بهترین عملکرد آن در غلظت آلاینده (mg/L) 690 مشاهده گردید. هم‌چنین، اختلاف محسوسی در میزان کارایی حذف COD توسط زئولیت، با ماسه مشاهده نشد.
نتیجه­گیری: بنابراین، به منظور ایجاد شرایط بهینه مصرف مواد واکنش­دهنده، پیشنهاد می­شود این سیستم با ترتیب لایه­های زئولیت و کربن فعال، در فاصله­ای مناسب از منبع آلودگی قرار گیرد تا علاوه بر حذف مناسب آلاینده توسط هر لایه، بتوان از حذف آلاینده توسط خاک بیش‌ترین استفاده را نمود.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورههجدهم، شماره دو، تابستان 95

 

آلوده­زدایی آب زیرزمینی آلوده به شیرابه به وسیله لایه نفوذپذیر فعال

 

محمد بهشتیان اردکانی *[1]

mbeheshtian@aut.ac.ir

تقی عبادی [2]

 

تاریخ دریافت: 30/11/90

تاریخ پذیرش:22/5/91

 

چکیده

زمینه و هدف: یکی از چالش­های مهم در بهره­برداری از محل­های دفن زباله شهری، جمع آوری و تصفیه شیرابه است. از آن جا که بیش‌تر نقاط ایران به دلیل اقلیم خشک و نیمه خشک با مشکل محدودیت منابع آب روبه‌رو است، مطالعه در زمینه آلوده­زدایی از آب زیرزمینی آلوده به شیرابه حاصل از محل دفن زباله نیز دارای اهمیت فراوان می­باشد.

در دهه اخیر، فعالیت­های گسترده­ای در خصوص توسعه و پیاده­سازی موانع واکنش­دهنده نفوذپذیر (PRB ها ) صورت گرفته است که در این میان کاربرد این روش جهت آلوده­زدایی از آب زیرزمینی آلوده به شیرابه هم‌چنان نیازمند بررسی­های دقیق­تر است. به همین منظور در این مقاله ضمن بررسی این روش، نقش کربن فعال گرانولی و زئولیت طبیعی به عنوان بسترهای رایج جهت حذف آلاینده آلی در آب زیرزمینی بررسی گردید.

روش بررسی: جهت انجام آزمایش، آب آلوده به شیرابه با COD­های 690، 1910 و (mg/L) 3100، از مدل آزمایشگاهی مانع واکنش­دهنده نفوذپذیر پرشده با ماسه شسته شده، زئولیت طبیعی و کربن فعال گرانولی، عبور داده شد و میزان حذف COD در هریک از شرایط محاسبه گردید.

یافته­ها: بیش‌ترین میزان حذف COD توسط کربن فعال گرانولی و بهترین عملکرد آن در غلظت آلاینده (mg/L) 690 مشاهده گردید. هم‌چنین، اختلاف محسوسی در میزان کارایی حذف COD توسط زئولیت، با ماسه مشاهده نشد.

نتیجه­گیری: بنابراین، به منظور ایجاد شرایط بهینه مصرف مواد واکنش­دهنده، پیشنهاد می­شود این سیستم با ترتیب لایه­های زئولیت و کربن فعال، در فاصله­ای مناسب از منبع آلودگی قرار گیرد تا علاوه بر حذف مناسب آلاینده توسط هر لایه، بتوان از حذف آلاینده توسط خاک بیش‌ترین استفاده را نمود.

واژه­های کلیدی: لایه واکنش­دهنده نفوذپذیر، آب زیرزمینی، شیرابه، زئولیت، کربن فعال.

 

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 18, No.2, summer 2016

 

 

 

 


Landfill Leaching-Contaminated Groundwater Remediation by Permeable Reactive Barrier

 

Mohammad Beheshtian Ardakani [3]

mbeheshtian@aut.ac.ir

Taghi Ebadi  [4]

 

Abstract

Background and Objective: Collection and treatment of landfill leaching is one of the most important challenges in the operation of municipal solid waste landfills. Since the most parts of Iran, due to the arid and semi-arid climate, are faced with the limited water resources, the study of landfill leaching-contaminated groundwater remediation is also very important.

In recent decades, extensive work has been done regarding the development and implementation of permeable reactive barriers (PRBs) but application of this method needs more investigations for landfill leaching-contaminated groundwater remediation. For this purpose, the groundwater remediation method by permeable reactive barriers was investigated in this paper. In addition, the granular activated carbon and natural zeolite were studied as a common media for the removal of organic pollutants in water.

Method: For the experiment, leaching-contaminated water with a COD of 690, 1910 and 3100 (mg/l) was passed from the experimental model of permeable reactive barrier, filled with washed sand, granular activated carbon and natural zeolite, and COD removal rate was calculated in each condition.

Findings: The highest COD removal was obtained by granular activated carbon and the best performance was in the 690 (mg/l) concentration pollutants. Also, significant differences were not observed in the rate of COD removal efficiency by zeolite compare to sand.

Discussion and Conclusions: Therefore, in order to optimize the use of reactive media, the system must be arranged with layers of zeolite and activated carbon respectively and in a suitable distance from pollution source so that removal of pollutants by the soil can be used in addition to the proper removal of pollutants by each layer.

 

Key words: Permeable Reactive Barrier, Groundwater, Landfill Leachate, Zeolite, Activated Carbon

 

 

 

 

مقدمه


آب زیرزمینی منبع محیط زیستی محدود و با ارزشی است که تنها درصد کوچکی از کل توزیع آب را تشکیل می­دهد (1و2). در صورتی که مدیریت مناسبی صورت نگیرد، این منابع به میزان زیادی مستعد پذیرش آلودگی هستند (3). گزارش­های بسیاری از حوادث جدی آلودگی آب زیرزمینی به سبب سرریز شدن­های اتفاقی مواد نفتی، دفع غیر رضایت بخش مواد شیمیایی صنعتی، فعالیت­های کشاورزی، فعالیت­های معدنی، دفع نامناسب پسماندهای شهری و غیره تاکنون ارایه گردیده است (4و5).

یکی از چالش­های مهم در بهره­برداری از محل­های دفن زباله شهری، جمع آوری و تصفیه شیرابه است (6). عدم کنترل و مدیریت مناسب شیرابه حاصل از محل­های دفن زباله می­تواند اثرات مخرب زیست­محیطی را برای محیط­های پذیرنده از جمله آب­های زیرزمینی و سطحی به دنبال داشته باشد (7). از آن‌جا که بیش‌تر نقاط ایران به دلیل اقلیم خشک و نیمه خشک و کمبود بارش­های جوی با مشکل محدودیت منابع آب روبه‌رو است، مدیریت صحیح شیرابه به عنوان یکی از مهم­ترین آلاینده­های منابع آب زیرزمینی همواره بسیار قابل توجه بوده و از این رو، مطالعه در زمینه آلوده­زدایی از آب زیرزمینی آلوده به شیرابه حاصل از محل دفن زباله نیز حایز اهمیت فراوان می­باشد.

تلاش­های اولیه در پاک­سازی آب زیرزمینی با مقیاس بزرگ در اوایل دهه 1980 آغازگردید. نتایج حاصل از این تلاش­ها به ندرت کاهش مورد انتظار در سطوح آلودگی را ارایه می­کردند. مطالعات انجام شده توسط آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) (8 و9) مشخص نمود که تکنولوژی­های پمپاژ و تصفیه متداول (P&T) (پمپاژ نمودن آب و تصفیه آن روی سطح) به ندرت سبب بازگرداندن سایت­های حاوی آب زیرزمینی آلوده به شرایط اولیه گردیده­اند. یکی از تکنولوژی­های آلوده­زدایی نوید بخش، استفاده از موانع واکنش­دهنده نفوذپذیر (PRBs) پرشده با مواد واکنش­دهنده، جهت به دام انداختن و حذف آلودگی از فلوم آلوده در زیرسطح است. در دهه اخیر، فعالیت­های گسترده­ای در خصوص توسعه و پیاده­سازی PRBها صورت گرفته است (10و11)، که در این میان کاربرد این روش جهت آلوده­زدایی از آب زیرزمینی آلوده به شیرابه هم‌چنان نیازمند بررسی­های دقیق­تر است. به همین منظور در این مقاله به بررسی روش­ آلوده­زدایی از آب زیرزمینی آلوده، به وسیله موانع واکنش­دهنده نفوذپذیر پرداخته شده و ضمن تشریح فرآیند، به نقش بسترهای رایج جهت حذف آلاینده­های متفاوت در آب زیرزمینی اشاره شده است.

شرح تکنولوژی

لایه نفوذ­پذیر فعال (PRB)، که هم‌چنین دیواره تصفیه، دیواره تصفیه فعال و یا مانع نفوذ­پذیر نامیده می­شود، تکنولوژی تصفیه­ای است که به منظور تجزیه یا تثبیت آلاینده­های موجود در آب زیرزمینی هنگام عبور جریان از میان مانع طراحی می‌گردد (شکل 1). لایه به وسیله ساختن ترانشه­ای در مقابل جریان عبوری آب زیرزمینی آلوده و پرکردن آن با بستر واکنش­دهنده، در محل قرار داده ­می­شود. با عبور آب زیرزمینی آلوده از میان PRB، آلاینده­های موجود در آن تثبیت و یا به مواد غیر سمی تبدیل می­شوند (16-12). بنابراین، PRB مانعی برای آب نیست، بلکه به عنوان مانعی برای عبور آلاینده­ها می‌باشد.

 

شکل 1- مانع نفوذپذیر واکنش­دهنده برای تصفیه آب زیرزمینی (14).

Figure 1- Permeable reactive barrier for groundwater treatment (14)

 

بسترهای واکنش­دهنده موجود در موانع، شامل لایه­هایی جهت تجزیه مواد آلی فرار، تثبیت فلزات و یا مواد مغذی و اکسیژن به منظور تسریع فرایند آلوده­زدایی بیولوژیکی بوده (17) و اغلب به صورت ترکیب شده با مواد متخلخل نظیر ماسه به منظور بالا­بردن جریان آب زیرزمینی در داخل مانع به کار می­روند. موانع نفوذ­پذیر ممکن است به صورت مانع فعال پیوسته و یا به صورت سیستم قیف و دروازه کار گذاشته شوند (14).

انتخاب بسترهای واکنش­دهنده به نوع آلاینده مورد نظر برای تصفیه بستگی دارد. تصفیه به وسیله بسترهای واکنش­دهنده از طریق فرآیندهای جذب، ترسیب و تجزیه انجام می‌شود. فرآیند جذب سبب حذف آلاینده­ها از آب زیرزمینی به­وسیله جذب شدن فیزیکی آلاینده بر روی سطوح بسترهای فعال می­گردد. نمونه­هایی از این مواد جاذب زئولیت­ها و کربن فعال هستند. محصولاتی که به صورت غیر محلول در آب زیرزمینی در حرکت­اند، در داخل مانع پایین آمده و ته­نشین می­شوند (18). به طورکلی، انواع مواد واکنش­دهنده استفاده شده برای ساخت موانع واکنش­دهنده نفوذپذیر، عبارتند از آن‌هایی که موجب تغییرات pH یا پتانسیل اکسیداسیون و احیاء می­گردند، آن‌هایی که موجب ترسیب می­شوند، موادی با ظرفیت جذب بالا و آن‌هایی که مواد مغذی/ اکسیژن را به منظور ارتقاء تجزیه بیولوژیکی به سیستم وارد می­کنند (19). مطالعه انجام شده توسط USEPA (14)، مواد واکنش­دهنده را بر اساس آلاینده هدف و مکانیزم حذف دسته­بندی کرده است (جدول 1).

 

 

جدول 1- مواد واکنش­دهنده دسته­بندی شده بر اساس آلاینده هدف و مکانیزم حذف (14).

Table 1- Classified reactive substances based on the pollutant target and removal mechanism (14)

آلاینده هدف و مکانیزم حذف

مواد واکنش­دهنده

مواد غیر آلی- موانع جذب­کننده یا جایگزین­کننده

کربن فعال، آلومینیای فعال، با اکسیت، رزین جایگزین­کننده، اکسیدهای فریک و اکسی هیدرواکسایدها، مگنتایت، کودگیاهی، هیومیت، ذغال، ذغال سنگ، فسفات­ها، دی­اکسید تیتانیوم، زئولیت

مواد غیر آلی- موانع ترسیب­کننده

مواد گیاهی، دی­تیونیت، هیدرواکسیدهای فروس، فروس کربونیت­ها، فروس سولفاید، گاز هیدروژن سولفاید، آهک، خاکستر، سنگ آهک، میسلانئوس، Mg(OH)2، MgCO3، CaCl2، CaSO4، BaSO4، BaCl2، فلزات با ظرفیت صفر

مواد غیر آلی- موانع تجزیه کننده

مواد گیاهی، فلزات با ظرفیت صفر

مواد آلی- موانع تجزیه­کننده

فروس­های معدنی، آزادکننده­های اکسیژن، باکتری­های بسیار ریز، فلزات با ظرفیت صفر

مواد آلی- موانع جذب­کننده

زئولیت، کربن فعال، رس­ها

 

 

 

کربن‌های فعال مواد شیمیایی پایداری هستند که به طور گسترده به عنوان جاذب مناسب برای تصفیه آب زیرزمینی آلوده در سایت یا خارج از آن مورد استفاده قرار می‌گیرند (20). این ماده ظرفیت جذب­کنندگی بالایی را برای بسیاری از آلاینده­های آلی و غیر آلی، بیش‌تر به دلیل مساحت سطح بالایی که دارد (حدود m2/g1000) و وجود انواع مختلفی از گروه­های فعال سطحی (هیدروکسیل، کربنین، لاکتن، اسید کربکسیلیک و غیره)، ایجاد می­نماید (21). به شکل گرانولی، کربن فعال به صورت بسیار مؤثری برای استفاده در موانع نفوذپذیر ظاهر می­شود (22). زئولیت­ها تکتوسیلیکات­هایی با ساختار سه بعدی آلومینوسیلیکات­های حاوی مولکول­های آب، فلزات زمینی آلکانی و آلکالاین در چهارچوب ساختاری خود هستند (23). این مواد معدنی دارای ظرفیت­های بسیار بالای تعویض یونی، جذب­کنندگی، کاتالیستی، غربال­کنندگی مولکولی هستند که پتانسیل مفید بودن آن­ها را به عنوان ماده معدنی تصفیه کننده برای استفاده در PRBها بالا می­برد (24و25). با توجه به مطالعه پیشینه استفاده از کربن فعال و زئولیت در رفع آلودگی از آب­های زیرزمینی، مشاهده گردید تحقیقات چندانی در خصوص استفاده از این مواد جهت حذف آلودگی آلی، ناشی از ورود شیرابه به آب زیرزمینی، صورت نگرفته است. بنابراین در این مقاله، از آزمایش ستونی به منظور مطالعه میزان کارایی این مواد استفاده شد.

روش بررسی

  1. 1.  مواد به کار رفته

به منظور تهیه نمونه آزمایشگاهی، شیرابه زباله (جدول 2) از مرکز دفن زباله کهریزک، واقع در جنوب شهر تهران، تهیه گردید و با توجه به غلظت آلاینده آلی مورد نظر برای آزمایش، با آب چاه ترکیب شد. جهت تهیه بستر، از ماسه شسته شده غیر یکنواخت (26)، با قطر متوسط mm 2±76/0 استفاده گردید. هم‌چنین از کربن فعال گرانولی و زئولیت طبیعی (جدول 3) به عنوان لایه واکنش­دهنده نفوذپذیر جهت حذف آلاینده آلی بهره‌برداری گردید. آنالیز شیمیایی زئولیت استفاده شده در این تحقیق در جدول (4) ارایه گردیده است.

جدول 2- مشخصات شیرابه به کاررفته جهت تهیه نمونه آب زیرزمینی

Table 2- Specifications of landfill leachate used to prepare the groundwater sample

ویژگی

مقدار

COD

(mg/L) 52300

BOD5

(mg/L) 18000

pH

84/6

TDS

(mg/L) 29500

EC

(mS/cm) 7/34

 

 

 

جدول 3- مشخصات مواد به کاررفته جهت تهیه بستر

Table 3- Specifications of the materials used to prepare the media of the reactor

ماده

ماسه شسته شده

کربن فعال گرانولی

زئولیت طبیعی (23)

مشخصات

  • جهت تهیه بستر خاک
  • mm 2±76/0 = d50
  • (gr/cm3) 64/2 = ρ
  • 4/0 = n تخلخل
  • جهت تهیه بستر واکنش­دهنده
  • mm 2±85/1 = d50
  • (gr/cm3) 43/1 = ρ در آب
  • 4/0 = n تخلخل
  • جهت تهیه بستر واکنش­دهنده
  • mm 2±70/0 = d50
  • (gr/cm3) 6/2 = ρ
  • 4/0 = n تخلخل
   

 

جدول 4- آنالیز شیمیایی کانی زئولیت استفاده شده

Table 4- Chemical analysis of the zeolite used in this reseach

عنصر

SiO2

Al2O3

Na2O

K2O

CaO

Fe2O3

L.O.I*

درصد

68

5/11

8/1

9/1

5/2

5/1

2/12

* Loss in Ignition


2. وسایل به کار رفته

 

راکتور شبیه­ساز موانع واکنش­دهنده نفوذپذیر استفاده شده در این پژوهش، از جنس پلکسی گلاس (Plexiglass) (27)، با سطح مقطع دایره­ای شکل به قطر cm5، به منظور جلوگیری از اثر دیواره­ها (28)، مطابق شکل (2)، از سه بخش مجزا تشکیل گردیده است. دو بخش ابتدا و انتهای آن به طول cm15، حاوی ماسه شسته شده با تخلخل مشخص، به منظور مشابه­سازی رفتار بستر خاک و بخش میانی آن به طول cm5، حاوی بستر واکنش­دهنده مورد بررسی در این پژوهش است. جهت مشابه­سازی سرعت آب زیرزمینی از پمپ پریستاتیک (Peristaltic) (23)، با دبی (l/h) 55/0 استفاده شد. میزان اکسیژن خواهی شیمیایی نمونه­ها توسط دستگاه اسپکتروفتومتر (HACH, DR 4000, USA) و مقادیر pH نیز توسط pHسنج (340i, WTW, Germany) کنترل گردید.

 

 

 

شکل 2- طرح نمونه­وار مانع نفوذپذیر واکنش­دهنده استفاده شده برای تصفیه آب زیرزمینی

Figure 2- Schematic design of permeable reactive barrier used for the treatment of groundwater

 

 

3. طرح و عملیات آزمایشگاهی

در این مطالعه، نمونه آب زیرزمینی با سه غلظت 690، 1910 و (mg/L) 3100، بر مبنای اکسیژن خواهی شیمیایی (COD)، به وسیله اختلاط نمونه شیرابه و آب چاه تهیه شد. سپس برای هر یک از این نمونه­ها، سه آزمایش با ترکیب متفاوت از بسترهای موجود انجام گردید. در آزمایش اول، تنها از ماسه شسته شده استفاده شد، به‌گونه­ای که راکتور مذکور با ماسه دانه­بندی شده پرشده و جهت رسیدن به میزان تخلخل مورد نظر کوبیده شد. در آزمایش­های دوم و سوم، مطابق آزمایش اول، از ماسه برای پرنمودن قسمت­های ابتدا و انتهای راکتور استفاده گردید و در قسمت میانی، به منظور بررسی میزان کارایی لایه واکنش­دهنده، به ترتیب از کربن فعال گرانولی و زئولیت طبیعی استفاده شد. به منظور مشابه­سازی رفتار آب زیرزمینی و اطمینان از توزیع یکنواخت جریان در راکتور، نمونه آب به صورت جریان رو به بالا (29)، با دبی ثابت (l/h) 55/0 توسط پمپ پریستالتیک وارد راکتور گردید. هم‌چنین در قسمت­های ابتدایی و انتهایی سیستم از ماسه شسته­شده با دانه­بندی mm 36/2 و صفحه مشبک با قطر حفرات mm 2 برای توزیع مطلوب‌تر جریان استفاده شد. جهت بررسی کارایی موانع واکنش­دهنده، میزان COD موجود در پساب خروجی به ازای هر واحد حجم خالص (PVN)، که نشان­دهنده نسبت حجم آب تجمع­یافته با زمان به حجم خالص بستر است (30)، مطابق استاندارد متد آنالیز آب و فاضلاب انجام گرفت (31).

یافته­ها

غلظت COD خروجی از مدل آزمایشگاهی برای هر سه غلظت 690، 1910 و (mg/L) 3100، به ترتیب در نمودارهای (1، 2 و 3) نشان داده شده است. جهت اطمینان و بررسی قابلیت تکرارپذیری داده­های به‌دست آمده، آزمایشات سه مرتبه تکرار گردید و اختلاف کم‌تر از 3%±، گویای شرایط مطلوب برای بررسی نتایج به دست آمده است. در ادامه میانگین حاصل از آزمایشات انجام شده به عنوان نتیجه نهایی آزمایش لحاظ گردید و مشاهده شد که میزان حذف COD توسط کربن فعال گرانولی، به واسطه تمایل بالای آن به حذف مواد آلی، در تمامی غلظت­ها بیش‌تر از میزان حذف COD توسط زئولیت و ماسه می­باشد. هم‌چنین مشاهده می­شود که میزان حذف آلاینده توسط زئولیت، در غلظت­های بررسی شده، تفاوت چندانی با میزان حذف صورت گرفته توسط ماسه شسته شده نداشته و تنها با کاهش غلظت آلاینده، میزان حذف توسط زئولیت اندکی افزایش یافته است (نمودار 2و 3). این امر می­تواند ناشی از عدم مدت زمان کافی برای تماس زئولیت با آب آلوده و نیز بالا بودن غلظت آلودگی جهت حذف آلاینده آلی از طریق جذب آن بر روی سطح زئولیت باشد.

 

 

 

نمودار 1- درصد حذف COD خروجی از سیستم با غلظت ورودی (mg/L) 3100

Diagram 1- The COD removal percent of the system output with input concentrations of 3100 (mg/L)

 

 

نمودار 2- درصد حذف COD خروجی از سیستم با غلظت ورودی (mg/L) 1910

Diagram 2- The COD removal percent of the system output with input concentrations of 1910 (mg/L)

 

 

نمودار 3- درصد حذف COD خروجی از سیستم با غلظت ورودی (mg/L) 690

Diagram 3- The COD removal percent of the system output with input concentrations of 690 (mg/L)


                             


نمودار (4) نشان­دهنده روند تغییرات COD خروجی به ورودی، در بستر پرشده با ماسه شسته شده، با افزایش نسبت حجم آب تجمع­یافته با زمان به حجم خالص بستر (PVN) در غلظت­های مختلف است. مشاهده گردید که در تمامی غلظت­ها، سیستم در ابتدا بازدهی اندکی داشته است. این امر ناشی از خروج مواد آلی موجود در دانه­بندی استفاده شده در بستر بوده و با شسته شدن سیستم، پس از عبور دو تا سه واحد حجم خالص آب (PVN)، بازدهی سیستم افزایش می­یابد. این روند به طور مشابه در خصوص بستر پرشده با زئولیت طبیعی نیز مشاهده گردید (نمودار 5). در ادامه، روند حذف آلودگی تقریباًً پایدار شده و با گرفتگی بستر، به تدریج از بازدهی سیستم کاسته می‌شود (32). هم‌چنین، با توجه به نمودارهای (4 و 5) مشاهده می­شود که پدیده واجذبی موجب پدیدار شدن نوساناتی در حذف آلاینده آلی توسط این مواد شده است، به‌گونه­ای که پس از حذف ابتدایی آلاینده، با پرشدن ظرفیت بستر، از کارایی سیستم کاسته شده و پس از طی یک دوره زمانی، با خارج شدن آلاینده­ها، مجدداًً بازدهی حذف بهبود می­یابد. هم‌چنین این نوسانات با افزایش میزان غلظت آلاینده ابتدایی تشدید می­شود. بیش‌ترین میزان حذف آلودگی توسط بستر پرشده با کربن فعال مشاهده گردید، به‌گونه­ای که مطابق نموار (6)، در ابتدا بازدهی حذف آلاینده در تمامی غلظت­ها بالا بوده و به تدریج با کاهش واکنش­پذیری سطح کربن فعال به کار رفته به عنوان بستر واکنش­دهنده، از کارایی سیستم کاسته می­شود. در نهایت مشاهده می­شود که کربن فعال به کار رفته برای غلظت آلودگی (mg/L) 690 بهترین بازدهی را به نسبت سایر غلظت­ها دارا می­باشد. تفاوت موجود در روند حذف آلاینده آلی توسط کربن فعال با زئولیت و ماسه به این دلیل است که حذف آلاینده آلی توسط کربن فعال به واسطه جذب شیمیایی آن روی سطح کربن صورت گرفته و در نتیجه روند تغییرات سینتیک حذف با استفاده از کربن فعال در مقایسه با سینتیک حذف صورت گرفته توسط ماسه و زئولیت، که فرایند غالب حذف در آن­ها غربال شدن فیزیکی است، کاملاًً متفاوت می­باشد (33)


 

نمودار 4- تغییرات COD خروجی به ورودی در بستر پرشده با ماسه شسته شده

Diagram 4- The COD variations between the output and input of the system in the bed media filled with washed sand

 

نمودار 5- تغییرات COD خروجی به ورودی در بستر پرشده با زئولیت

Diagram 5- The COD variations between the output and input of the system in the bed media filled with zeolite

 

 

نمودار 6- تغییرات COD خروجی به ورودی در بستر پرشده با کربن فعال

Diagram 6- The COD variations between the output and input of the system in the bed media filled with activated carbon

 


نتیجه­گیری

در این مطالعه، آب آلوده به شیرابه با COD­های 690، 1910 و (mg/L) 3100، از مدل آزمایشگاهی مانع واکنش­دهنده نفوذپذیر، پرشده با ماسه شسته شده، زئولیت طبیعی و کربن فعال گرانولی، عبور داده شد و میزان حذف COD در هریک از شرایط محاسبه گردید. نتایج حاصل از این آزمایشات نشان داد که بیش‌ترین میزان حذف COD توسط کربن فعال گرانولی و بهترین عملکرد آن در غلظت آلاینده (mg/L) 690 بوده است. هم‌چنین، اختلاف محسوسی در میزان کارایی حذف COD توسط زئولیت، با ماسه مشاهده نشد. بنابراین، به منظور ایجاد شرایط بهینه مصرف مواد واکنش­دهنده، پیشنهاد می­شود این سیستم با ترتیب لایه­های زئولیت و کربن فعال، در فاصله­ای مناسب از منبع آلودگی قرار گیرد تا علاوه بر حذف مناسب آلاینده توسط هر لایه، بتوان از حذف آلاینده توسط خاک بیشترین استفاده را نمود.

تشکر و قدردانی

این تحقیق با مساعدت و همکاری کارشناس آزمایشگاه محیط زیست دانشگاه صنعتی امیرکبیر، خانم لیدا عزالدین لو انجام گردید. نویسندگان این مقاله بدین وسیله مراتب تقدیر و سپاس­گذاری خود را از ایشان و شرکت افرازند جهت تهیه زئولیت استفاده شده در این تحقیق اعلام می­نمایند.

منابع

  1. Foster, S.S.D., Sililo, O., 2000, Groundwater-Past Achievements and Further Challenges, Balkema, Rotterdam, The Netherlands, pp.27.
  2. UNEP, 2003, Groundwater and its susceptibility to degradation: a global assessment of the problem and options for management, early warning and assessment report series, UNEP/DEWA/RS, 03-3, joint publication from United Nations Environment Programme, Department for International Development and the Natural Environment Research Council (NERC).
  3. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 1990, Civilian’s Guide to Groundwater Protection, EPA 440/6-90-004.
  4. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 2002, Field Applications of In Situ Remediation Technologies: Permeable Reactive Barriers, Washington, DC.
  5. Woinarski, A.Z., 2004, Development of a natural zeolite permeable reactive barrier for the treatment of contaminated waters in Antarctica, PhD thesis, University of Melbourne.
  6. 6.      Gupta, S. K., Singh, G., 2007, Assessment of the efficiency and economic viability of various methods of treatment of sanitary landfill leachate, Environmental Monitoring and Assessment, Vol.135, pp.107–117.
  7. 7.      Fatta, D., Papadopoulos, A., Loizidou, M., 1999, A study on the landfill leachate and its impact on the groundwater quality of the greater area, Environmental Geochemistry and Health, Vol. 21, pp.175–190.
  8. 8.      USEPA, 1989, Evaluation of Groundwater Extraction Remedies, vol. 1 and 2, EPA Office of Emergency and Remedial Responses, Washington, DC.
  9. USEPA, 1992, Evaluation of Groundwater Extraction Remedies: Phase II, vol.1, Summery Report, Publication 9355.4-05, EPA Office of Emergency and Remedial Responses, Washington, DC.
  10. 10.  Scherer, M.M., Richter, S., Valentine, R.L., Alvarez, P.J.J., 2000, Chemistry and microbiology of permeable reactive barriers for in situ groundwater cleanup, Environmental. Science. Technology, Vol. 30 (3), pp. 363-411.
  11. 11.  Thriuvenkatachari, R., Vigneswaran, S., Naidu, R., 2008, Permeable reactive barrier for groundwater remediation, Review, Industrial Engineering Chemistry, Vol. 14, pp. 145-156.
  12. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 1995c, Assessment of barrier containment technologies, presented at the International Containment Technology Workshop, Baltimore, MD, Aug. 29-31.
  13. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 1996c, A Citizen’s Guide to Treatment Walls, EPA 542-F-96-016, USEPA, Washington, DC, Sept.
  14. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency),1998c, Permeable Reactive Barrier Technologies for Contaminant Remediation, EPA/600/R-98/125, Office of Research and Development, USEPA, Washington, DC.
  15. USACE (U.S. Army Corps of Engineers), 1997b, Design Guidance for Application of Permeable Barriers to Remediate Dissolved Chlorinated Solvents, CEMP DG 1110-345-117, U.S. Department of the Army, Washington, DC, Feb.
  16. Vidic, R.D., and Pohland, F.G., 1996, Technology Evaluation Report: Treatment Walls, Groundwater Remediation Technologies Analysis Center, Pittsburgh, PA.
  17. Bowman, R., 1999, Pilot-scale testing of a surfactant-modified zeolite PRG, Groundwater Currents.
  18. Sharma, Hari D., Reddy, Krishna R., 2004, Geoenvironmental Engineering: Site Remediation, Waste Contaminant, and Emerging Waste Technologies, John Wiley & Sons, Inc.
  19. PEREBAR, 2002, 5th Framework Programme Research and Technology Development Project on Long-term Performance of Permeable Reactive Barriers Used for the Remediation of Contaminated Groundwater, PEREBAR EVK1-CT-1999-00035, National Technical University of Athens, Greece.
  20. Foo, K.Y., Hameed, B.H., 2009, An overview of landfill leachate treatment via activated carbon adsorption process, Review, Journal of Hazardous Materials, Vol. 171, pp. 54–60.
  21. Corapcioglu, M.O., Huang, C.P., 1987, the Surface Acidity and Characterization of Some Commercial Activated Carbons, Carbon, Vol. 25, pp. 569-578.
  22. Han, I., Schlautman, M.A., Batcherlor, B., 2000, Removal of Hexavalent Chromium from Groundwater by Granular Activated Carbon, Water and Environmental Research, Vol. 72 (1), pp. 29-39.
  23. Woinarski, A. Z.,Stevens, G.W.,Snape, I., 2006, A natural zeolite permeable reactive barrier to treat heavy metal contaminated waters in Antractica, Kinetic and Fixed-bed Studies, Process Safety and Environmental Protection, Vol. 84(B2): pp. 109–116.
  24. Roehl, K.E., Meggyes, T., Simon, F.G., Stewart, D.I., 2005, Long-term Performance of Permeable Reactive Barriers, Elsevier Publishers.
  25. ITRC, 2005, Permeable Reactive Barriers: Lessons Learned/New Directions.Technical/Regulatory Guidelines, ITRC, Washington, DC.
  26. Mossa Hosseini, S., Ataie Ashtiani, B., Kholghi, M, 2011, Bench-Scaled Nano-Fe0 Permeable Reactive Barrier for Nitrate Removal, Ground Water Monitoring & Remediation.
  27. Gavaskar, Arun R., 1999, Design and construction techniques for permeable reactive barriers, Journal of Hazardous Material, Vol. 68, pp. 41-71.
  28. Helfferich, F., 1962, Ion Exchange (McGraw-Hill, Japan).
  29. Chi-Hui Yeh, Chi-Wen Lin, Chih-Hung Wu, 2010, A permeable reactive barrier for the bioremediation of BTEX-contaminated groundwater: Microbial community distribution and removal efficiencies, Journal of Hazardous Materials, Vol.178, pp. 74-80.
  30. Jun, D., Yongsheng, Z., Weihong, Z., Mei, H., 2009, Laboratory study on sequenced permeable reactive barrier remediation for landfill leachate- contaminated groundwater, Journal of Hazardous Materials, Vol. 161, pp. 224-230.
  31. APHA, AWWA, WPCF, 1992, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 18th Ed, Washington DC, USA.
  32. Ansari Mahabadi, A., Hajabbasi, M.A., Khademi, H., Kazemian, H., 2007, Soil cadmium stabilization using an Iranian natural zeolite, Geoderma Vol. 137, pp. 388–393.
  33. Metcalf and Eddy, 2004, Wastewater Engineering, treatment and Reuse, 4th ed, McGraw Hill.

 

 

 

 

 

 

 



[1] - دانشجوی دکتری، مهندسی عمران- محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر*(مسوول مکاتبات).

[2] - استادیار دانشگاه صنعتی امیرکبیر

1- PhD student of Civil-Environmental Engineering, Amir Kabir University of Technology (AUT), *(Corresponding Author)

2- Assistant Professor, Amir Kabir University of Technology (AUT)

 

  1. Foster, S.S.D., Sililo, O., 2000, Groundwater-Past Achievements and Further Challenges, Balkema, Rotterdam, The Netherlands, pp.27.
  2. UNEP, 2003, Groundwater and its susceptibility to degradation: a global assessment of the problem and options for management, early warning and assessment report series, UNEP/DEWA/RS, 03-3, joint publication from United Nations Environment Programme, Department for International Development and the Natural Environment Research Council (NERC).
  3. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 1990, Civilian’s Guide to Groundwater Protection, EPA 440/6-90-004.
  4. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 2002, Field Applications of In Situ Remediation Technologies: Permeable Reactive Barriers, Washington, DC.
  5. Woinarski, A.Z., 2004, Development of a natural zeolite permeable reactive barrier for the treatment of contaminated waters in Antarctica, PhD thesis, University of Melbourne.
  6. 6.      Gupta, S. K., Singh, G., 2007, Assessment of the efficiency and economic viability of various methods of treatment of sanitary landfill leachate, Environmental Monitoring and Assessment, Vol.135, pp.107–117.
  7. 7.      Fatta, D., Papadopoulos, A., Loizidou, M., 1999, A study on the landfill leachate and its impact on the groundwater quality of the greater area, Environmental Geochemistry and Health, Vol. 21, pp.175–190.
  8. 8.      USEPA, 1989, Evaluation of Groundwater Extraction Remedies, vol. 1 and 2, EPA Office of Emergency and Remedial Responses, Washington, DC.
  9. USEPA, 1992, Evaluation of Groundwater Extraction Remedies: Phase II, vol.1, Summery Report, Publication 9355.4-05, EPA Office of Emergency and Remedial Responses, Washington, DC.
  10. 10.  Scherer, M.M., Richter, S., Valentine, R.L., Alvarez, P.J.J., 2000, Chemistry and microbiology of permeable reactive barriers for in situ groundwater cleanup, Environmental. Science. Technology, Vol. 30 (3), pp. 363-411.
  11. 11.  Thriuvenkatachari, R., Vigneswaran, S., Naidu, R., 2008, Permeable reactive barrier for groundwater remediation, Review, Industrial Engineering Chemistry, Vol. 14, pp. 145-156.
  12. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 1995c, Assessment of barrier containment technologies, presented at the International Containment Technology Workshop, Baltimore, MD, Aug. 29-31.
  13. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), 1996c, A Citizen’s Guide to Treatment Walls, EPA 542-F-96-016, USEPA, Washington, DC, Sept.
  14. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency),1998c, Permeable Reactive Barrier Technologies for Contaminant Remediation, EPA/600/R-98/125, Office of Research and Development, USEPA, Washington, DC.
  15. USACE (U.S. Army Corps of Engineers), 1997b, Design Guidance for Application of Permeable Barriers to Remediate Dissolved Chlorinated Solvents, CEMP DG 1110-345-117, U.S. Department of the Army, Washington, DC, Feb.
  16. Vidic, R.D., and Pohland, F.G., 1996, Technology Evaluation Report: Treatment Walls, Groundwater Remediation Technologies Analysis Center, Pittsburgh, PA.
  17. Bowman, R., 1999, Pilot-scale testing of a surfactant-modified zeolite PRG, Groundwater Currents.
  18. Sharma, Hari D., Reddy, Krishna R., 2004, Geoenvironmental Engineering: Site Remediation, Waste Contaminant, and Emerging Waste Technologies, John Wiley & Sons, Inc.
  19. PEREBAR, 2002, 5th Framework Programme Research and Technology Development Project on Long-term Performance of Permeable Reactive Barriers Used for the Remediation of Contaminated Groundwater, PEREBAR EVK1-CT-1999-00035, National Technical University of Athens, Greece.
  20. Foo, K.Y., Hameed, B.H., 2009, An overview of landfill leachate treatment via activated carbon adsorption process, Review, Journal of Hazardous Materials, Vol. 171, pp. 54–60.
  21. Corapcioglu, M.O., Huang, C.P., 1987, the Surface Acidity and Characterization of Some Commercial Activated Carbons, Carbon, Vol. 25, pp. 569-578.
  22. Han, I., Schlautman, M.A., Batcherlor, B., 2000, Removal of Hexavalent Chromium from Groundwater by Granular Activated Carbon, Water and Environmental Research, Vol. 72 (1), pp. 29-39.
  23. Woinarski, A. Z.,Stevens, G.W.,Snape, I., 2006, A natural zeolite permeable reactive barrier to treat heavy metal contaminated waters in Antractica, Kinetic and Fixed-bed Studies, Process Safety and Environmental Protection, Vol. 84(B2): pp. 109–116.
  24. Roehl, K.E., Meggyes, T., Simon, F.G., Stewart, D.I., 2005, Long-term Performance of Permeable Reactive Barriers, Elsevier Publishers.
  25. ITRC, 2005, Permeable Reactive Barriers: Lessons Learned/New Directions.Technical/Regulatory Guidelines, ITRC, Washington, DC.
  26. Mossa Hosseini, S., Ataie Ashtiani, B., Kholghi, M, 2011, Bench-Scaled Nano-Fe0 Permeable Reactive Barrier for Nitrate Removal, Ground Water Monitoring & Remediation.
  27. Gavaskar, Arun R., 1999, Design and construction techniques for permeable reactive barriers, Journal of Hazardous Material, Vol. 68, pp. 41-71.
  28. Helfferich, F., 1962, Ion Exchange (McGraw-Hill, Japan).
  29. Chi-Hui Yeh, Chi-Wen Lin, Chih-Hung Wu, 2010, A permeable reactive barrier for the bioremediation of BTEX-contaminated groundwater: Microbial community distribution and removal efficiencies, Journal of Hazardous Materials, Vol.178, pp. 74-80.
  30. Jun, D., Yongsheng, Z., Weihong, Z., Mei, H., 2009, Laboratory study on sequenced permeable reactive barrier remediation for landfill leachate- contaminated groundwater, Journal of Hazardous Materials, Vol. 161, pp. 224-230.
  31. APHA, AWWA, WPCF, 1992, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 18th Ed, Washington DC, USA.
  32. Ansari Mahabadi, A., Hajabbasi, M.A., Khademi, H., Kazemian, H., 2007, Soil cadmium stabilization using an Iranian natural zeolite, Geoderma Vol. 137, pp. 388–393.
  33. Metcalf and Eddy, 2004, Wastewater Engineering, treatment and Reuse, 4th ed, McGraw Hill.