بررسی روش‌های جذب نیترات از آب‎‌های آلوده با استفاده از زغال زیستی

آب و توسعه پایدار

مقاله 9، دوره 7، شماره 1 - شماره پیاپی 15، خرداد 1399، صفحه 79-90   

نوع مقاله: پژوهشی کاربردی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v7i1.81367

نویسندگان

الهام قنبری عدیوی^{* 1}؛ پریسا مهرابی‌نیا¹؛ جلیل کرمان نژاد²

¹شهرکرد

²لرستان

چکیده

نوع مقاله: کاربردی
امروزه معضل آلودگی منابع آب و خاک به عنوان یک موضوع اساسی و تأثیرگذار برای زندگی سالم انسان‌ها و موجودات زنده مطرح می‌باشد. نیترات به عنوان یکی از منابع غیرمتمرکز آلودگی محیط‌زیست در پساب و یا زه‌آب‌های کشاورزی ناشی از مصرف بیش از حد کود، می‌باشد. نفوذ و نشت این آب‌ها به منابع آب‌های سطحی و آب‌های زیرزمینی باعث آلوده‌ شدن این آب‌ها به نیترات می‌گردد. نیترات به دلیل بار منفی و عدم جذب برروی سطوح خاک، به راحتی در پروفیل خاک حرکت می‌کند و باعث آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی می‌شود. جهت جذب نیترات از پساب‌های مختلف شهری، صنعتی و کشاورزی، معمولاً از روش‌های مختلف فیزیکی و شیمیایی استفاده می‌شود که در مقیاس‌های صنعتی پیچیده و پرهزینه می‌باشند. در این تحقیق انواع روش‌های جذب نیترات بیان شده و تمرکز اصلی مطالعه به فرآیند جذب سطحی توسط زغال زیستی (بیوچار) ارزان قیمت، به عنوان یک فرایند موثر و یک روش مناسب در تصفیه نهایی آب‌های آلوده به نیترات، قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

آلودگی؛ بیوچار؛ تصفیه؛ جذب؛ نیترات

مراجع

افیونی، م . و عرفانمنش، م. 1379. آلودگی آب و خاک و هوا. دانشگاه صنعتی اصفهان. انتشارات ارکان.

اکبری، ت. 1384. بررسی کاربرد باگاس به عنوان یک جاذب طبیعی ارزان قیمت به منظور حذف روی، سرب و کادمیوم از آب. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات اهواز.

امینی، ا. 1391. کارایی نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی روی بستر نانوکربن جهت حذف فسفات از آب. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی.

آیتی، ب.، فرتوس، س. و دلنواز م. 1385. بررسی فناوری‌های نوین ذرات نانو در مهندسی محیط‌زیست. همایش آینده‌پژوهی، فناوری و چشم انداز توسعه.

بی‌آزار، س. 1391. حذف نیترات و سولفات از محلول های آبی به وسیله نانو ذرات و جاذب ها زیستی. پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشگاه بیرجند، دانشکده محیط زیست.

تنگسیر، س.، ناصری، ع.ع.، معاضد، ه.، هاشمی گرم دره، س.ا. و برومند نسب، س. 1396. بررسی عملکرد باگاس نیشکر به عنوان منبع کربنی مورد نیاز در طراحی بسترهای دنیتریفیکاسیون. مجله علوم و مهندسی آبیاری،40: 39-57.

تقی یان اقدم، ا. شهیدی،؛ ع. خزاعی تبار، ح. 1394. بهینه سازی پوشش کانال های آبیاری با مواد ژئوسنتیک. همایش بین المللی پژوهش های کاربردی در کشاورزی. تهران.

جرسایی تالار، ع. 1375. حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب. سمینار کارشناسی ارشد. دانشگاه علم و صنعت ایران دانشکده عمران.

سلیمانی، م.، انصاری، م.، عباسی، م. و عابدی، ج. 1387. بررسی حذف نیترات و آمونیوم از آب های زیر زمینی با استفاده از فیلترهای کانساری. مجله آب و فاضلاب، 67.

فراستی، م.، جعفرزاده، ن.، برومند نسب، س.، معاضد، ه.، عابدی کوپایی، ج. و سیدیان، س.م. 1391. استفاده از نانو جاذب‌های گیاهی به منظور حذف نیترات از محلول‌های آبی. مجله پژوهشات منابع آب ایران، 3: 28-38.

شامحمدی حیدری، ز.، معاضد، ه.، جعفرزاده حقیقی، ن. و حقیقت‌جو، پ. 1387. حذف کادمیم از محیط آبی در غلظت‌های کم به وسیله پوسته شلتوک اصلاح شده. مجله آب و فاضلاب،27: 33-67.

شاهچراغ، س.ک. 1395. مطالعه خواص فیزیکی و سنتز نانو ساختارهای حفره‌دار کربن فعال کاربرد در رفع آلودگی‌های زیست محیطی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه دامغان، دانشکده فیزیک.

صادقی لاری، ع. 1391. بررسی اثرات کنترل سطح ایستابی بر روی میزان جریان نیتروژن و فسفر خروجی از زهکش‌های زیرزمینی در نواحی خشک (مطالعه موردی شعیبیه خوزستان). پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد رشته آبیاری زهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز.

عابدی‌کوپایی ج. 1386. تأثیر آبیاری سطحی و زیرسطحی با پساب تصفیه شده بر خصوصیات چمن برموداگراس. مجله علوم و کشاورزی و منابع طبیعی. جلد 15. شماره 4.

عزتی فیض ج. 1394. بحران آب (چالش‌ها و راه‌کارها). فصل‌نامه زمین‌شناسی تنیس. سال ششم. شماره پانزدهم.

مارزی، م.، فرحبخش، م. وخیال ص. 1395. سینتیک و هم دمای جذب نیترات از محلول آبی با استفاده ازبیوچار. نشریه دانش آب و خاک. 26: 145-158.

مقیمی، ن.، ناصری، ع.ع،، سلطانی محمدی، ا. و هاشمی گرم دره، س.ا. 1395. بررسی عملکرد باگاس نیشکر در کاهش نیترات خروجی از زه‌آب زهکش‌های زیرزمینی. مجله علوم و مهندسی آبیاری، 39: 2.

مشایخی، م. و ایزدنیا، ح.ر. 1382. استفاده از سطوح مختلف باگاس غنی شده با اوره در جیره غذایی گاومیش‌های شیرده خوزستان. مجله پژوهش و سازندگی، 16(1): 2-5.

ملکوتی، م. 1387. حاصل‌خیزی خاک‌های مناطق خشک. انتشارات دانشگاه تربیت مدرس تهران.

ملکیان، ر. 1390. تأثیر زئولیت و زئولیت اصلاح شده کلینوپتیلولایت بر آبشویی نیترات و آمونیوم و رشد گیاه. رساله دکترا آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه اصفهان.

مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، شماره استاندارد ایران 1053، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آب آشامیدنی.

موسوی، ع. مرتضایی ز. محمدی ط. چراغیان فرد ش. 1394. مروری بر روش‌های حذف نیترات از آب و فاضلاب. دومین کنفرانس بین المللی مهندسی محیط زیست.

مهردادی، ن. عدل م و زرنکابی م ر.1380. مدیریت کیفیت زه آب‌های کشاورزی. انتشارات کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران. شماره 43.

هاشمی، س.ا.، حیدرپور، م. و مصطفی‌زاده فرد، ب. 1390. بررسی میزان حذف نیترات در دو حالت قرارگیری فیلترهای زیستی در سیستم های زهکشی زیرزمینی. مجله علوم و مهندسی آبیاری، 34: 1.

هاشمی، م.، ناصری، ع.ع. و تکدستان، ا. 1396. بررسی کارایی جاذب باگاس نیشکر در حذف نیترات از زهاب خروجی کشاورزی. مجله علمی علوم و مهندسی آبیاری، 40: 1-10.

Bakker H. 2012. Sugar Cane Cultivation and Management. Springer Science & Business Media. 54: 74-85

Benefield D., Judkins F. and Weand I. 1982. Process chemistry for water and wastewater treatment. Prentice-Hall.

Cengeloglu Y., Tor A., Ersoz M. and Arslan G. 2006. Removal of nitrate from aqueous solution by using red mud, Sep. Purif. Technol, 51: 374-378.

choeman J.J and Steyn A. 2003. Nitrate removal with reverse osmosis in a rural area in South Africa. Desalination, 155: 15–26.

Criss, E., and Davisson, M., 2004. Fertilizers, water quality, and human health. Environmental Health Perspective. 112: 536-546

Clifford D.A., Liu X. 1993. Ion Exchange for Nitrate Removal. Journal AWWA, 85(4):135-143.

Demiral H and Gundzoglu G. 2010. Removal of nitrate from aqueous solutions by activated carbon prepared from sugar beet bagasse. Bioresour Technol, 101: 1675-1680.

Divband Hafshejani L. Hooshmand A. Naseri A.A. Soltani Mohammadi A. Abbasi F. & Bhatnagar A. Removal of nitrate from aqueous solution by modified sugarcane bagasse biochar. 2016. Ecological Engineering 95:101-111.

Edimar R., Claudio N., Osvaldo A., Serra AGS. and Prado A. 2007. Antenna Effect in Highly Luminescent Eu3+ Anchored in Hexagonal Mesoporous Silica. Chem. Mater, Vol, 19(22): 5437-5442.

Fangkum A. and Reungsang A. 2011. Biohydrogen production from sugarcane bagasse hydrolysate by elephant dung: effects of initial pH and substrate concentration. International Journal of Hydrogen Energy, 36(14): 8687-8696.

Faust S.D. and Aly O.M. 1987. Adsorption Process for Water Treatment. Butterworths Publishers, Stoneham,

Feyman R.P. 1960. There is plenty of room at the bottom. Eng Sci, 23(2): 155-163.

Hewakuruppu Y.L., Dombrovsky L.A., Chen C., Timchenko V., Jiang X., Baek S. and Taylor R.A. 2013. Plasmonic pump–probe method to study semi-transparent nanofluids. Applied Optics, 52(24): 6041–6050.

Gupta A. and Sankararamakrishnan N. 2010. Column studies on the evaluation of novel spacer granules for the removal of arsenite and arsenate from contaminated water. Bioresource Technology.101: 2173-2179.

Jaafari K., Ruiz T., Elmaleh S., Coma J. and Benkhouja K. 2004. Simulation of a fixed bed adsorber packed with protonated cross-linked chitosan gel beads to remove nitrate from contaminated water. Chem. Eng. J, 99: 153-160.

Kaneko K., Camara S., Ozeki S. and Souma M. 1991. Dynamic NO3 adsorption characteristics of iron oxide-dispersed activated carbon fibers. Carbon, 29: 1287 -1289.

Kapoor A, T. Virapaghavan. 1977. "Nitrate removal from drinking water", J. Environ. Eng. 123 :371 379.

Kohler M. and Fritzsche W. 2004. Nanotechnology An Introduction to Nanostructuring techniques. Wiley-VHC, ISBN, 978-3-527-30750-0.

Kumar M and Chakraborty S. 2006. Chemical denitrification of water by zero valent magnesium powder. Journal Hazardous Materials,135: 112–121.

Laird D.A., Rogovska N.P., Garcia-Perez M. Collins H.P, Streubel J.D. and Smith M. 2010. Pyrolysis and biochar opportunities for distributed production and soil quality enhancement. In: Braun R. Karlen D. and Johnson D. Sustainable alternative fuel feedstock opportunities, challenges and roadmaps for six U. S. regions. Proceedings of the Sustainable Feedstocks for Advance Biofuels Workshop, pp. 257–281.

Lehman J.J and Rondon M. 2006. Biochar sequestration in terrestrial ecosystems-A review. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 11(2): 403–427.

Mishra P.C and Patel R.K. 2009. Use of agricultural waste for the removal of nitratenitrogen from aqueous medium. Environ Manage, 90: 519-522.

Mor S., Chhoden K. and Khaiwal R. 2016. Application of Agro-waste Rice Husk Ash for the removal of Phosphate from Wastewater. Journal of Cleaner Production, 50: 98.

Mohanraj V.J. and Chen Y. Nanoparticles – A Review. Tropical J of Pharml Res, 5(1): 561-573.

Ohe K., Nagae Y., Nakamura S. and Baba Y. 2003. Removal of nitrate anion by arbonaceous materials prepared from bamboo and coconut shell. J. Chem. Eng. Japan, 36: 511–515.

Orlando U.S., Baes A.U., Nishijima W and Okada M. 2002. A new procedure to produce lignocellulosic anion exchangers from agricultural waste materials. Bioresour.Technol, 83: 195-198.

Ovez B., Ozgen S and Yuksel M. 2006. Biological denitrification in drinking water using Glycyrrhiza glabra and Arunda donax as the carbon source. Process Biochemistry, 41: 1539-1544.

Ozturk N. and Bekta TE. 2004. Nitrate removal from aqueous solution by adsorption onto various materials. J. Hazard. Mater, B112: 155–162.

Pinnavaia T.J. 1983. Intercalated clay catalysts. Science, 220: 365-371.

Pollard S.J.T., Fowler G.D., Sollars C.J. and Perry R. 1992. Low-cost adsorbents for waste and wastewater treatment: a review. Sci. Total Environ, 116: 31-52.

Qaiser S., Saleemi A. and Mahmood M. 2007. Heavy metal uptake by agro based waste materials", Electronic Journal of Biotechnology, 10(3): 409-416.

Qu X., Alvarez P.J.J. and Li Q. 2013. Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment. Water Res, 47: 3931-3946.

Rahmani A., Zavvar Mousavi H. and Fazli M. 2010. Effect of nanostructure alumina on adsorption of heavy metals. Desalination, 253(1-3): 94 -100.

Saad R., Hamoudi S. and Belkacemi K. 2008. Adsorption of phosphate and nitrate anions on ammonium-functionnalized mesoporous silicas. J. Porous Mater, 15: 315-323.

Saltali K., Sari A. and Aydin M. 2007. Removal of ammonium ion from aqueous solution by natural Turkish (YIldIzeli) zeolite for environmental quality. J. Hazard. Mater, 141: 258-263.

Shah M.A. and Ahmad T. 2011. Principles of nanoscience and nanotechnology. Narosa Publishing House: New Delhi, India, 11.

Soares M.I.M. 2000. Biological denitrification of ground water. Water, Air, & Soil Pollution, 123: 183–193.

Taylor R.A., Phelan P.E., Otanicar T.P., Adrian R. and Prasher R. 2011. Nanofluid optical property characterization: Towards efficient direct absorption solar collectors. Nano Res Lett, 6: 1-225.

Tezuka S., Chitrakar R., Sonoda A., Ooi K. and Tomida T. 2004. Studies on selective adsorbents for oxo-anions. Nitrate ion-exchange properties of layered double hydroxides with different metal atoms. Green Chem, 6: 104-109.

Wang Y., Lin S. and Juang R. 2003. Removal of heavy metal ions from aqueous solutions using various low-cost adsorbents. Journal of hazardous materials, 102(2-3): 291-302.

Wang S,. Peng Y. 2010. " Natural zeolites as effective adsorbents in water and

wastewater treatment", Chem. Eng. J. 156 :11 24.

Winsley P. 2007. Biochar and bioenergy production for climate change mitigation. New Zealand Science Review 64: 5-10.

Yao Y. Gao B. Zhang M. Inyang M. & Zimmerman AR. 2012. Effect of biochar amendment on sorption and leaching of nitrate, ammonium, and phosphate in a sandy soil. Chemosphere 89: 1467-1471.

Xu T. and Huang Ch. 2008. Electrodialysis-Based Separation Technologies: A Critical Review. AIChE J, 54: 3147-3159.

Zhang H., Tong Z.h., Wei T. and Tang Y. 2011. Removal characteristics of Zn(II) from aqueous solution by alkaline Ca-bentonite. Desalination, 276: 103-108.

https://apps.WHO.int/iris/handle/10665/38551 (visited 4 June 2020)

http://standard.isiri.gov.ir/1053 (visited 4 June 2020)