حذف نیترات از سیلاب شهری توسط فرآیند فیلترهای چند گانه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی دانشگاه آزاد اسلامی واحد رامهرمز

2 استادیار دانشگاه دولتی یاسوج، گروه مهندسی عمران

3 استادیار گروه مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه یاسوج

4 دانشیار گروه شیمی، دانشگاه علوم پایه یاسوج

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: در طی دو قرن اخیر، میزان تولید و مصرف نیترات به خصوص در بخش کشاورزی افزایش چشمگیری داشته است. در حال حاضر بسیاری از نقاط جهان حتی در ایران با مشکل بالا بودن غلظت نیترات در آب آشامیدنی روبه رو هستند که مهم‌ترین علت آن ورود رواناب‌های کشاورزی و فاضلاب‌های شهری و صنعتی به منابع آبی به خصوص آب‌های زیرزمینی می‌باشد. مصرف آب آلوده به نیترات، همواره با مواد غذایی محتوای نیترات بالا می‌تواند باعث ورود مقدار زیادی نیترات به بدن گردد. هدف نهایی این تحقیق، طراحی و بررسی یک سیستم تصفیه نفوذپذیر فعال به منظور حذف نیترات موجود در رواناب می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، لایه‌های متناوب از فیلترهای ژئوتکستایل بافته‌نشده و خاک دانه‌ای برای کاهش و حذف آلودگی به کار گرفته شدند. این لایه‌ها، از نظر قابلیت نفوذپذیری و قدرت جذب حائز اهمیت می‌باشند. در انتخاب مواد به نکاتی از جمله کارایی آن در حذف آلودگی، در دسترس بودن و تا حد امکان ارزان‌قیمت بودن آن توجه شده است.
یافته‌ها: پس از انجام آزمایش‌های نفوذپذیری، نسبت اختلاط وزنی مواد به‌کاررفته در PRB به صورت 25% ماسه، 25% آنتراسیت، 20% زئولیت، 20% براده آهن و 10% خاک اره چوب سپیدار در نظر گرفته شد. در آزمایش‌های ناپیوسته مشاهده شده است که در 7=pH حداکثر راندمان جذب نیترات توسط زئولیت حدود 69%، خاک اره 29% و براده آهن 12% می‌باشد. نتایج جذب نیترات توسط ترکیب نهایی PRB در غلظت‌های مختلف نیترات در شرایط pH بهینه و ثابت‌ماندن سایر پارامترها نشان می‌دهد که بیش‌ترین جذب مربوط به غلظتmg L-1150 و در حدود 83% اتفاق می‌افتد و هرچه غلظت اولیه نیترات بیش‌تر شود، میزان جذب افزایش می‌یابد. همچنین حذف نیترات با میزان جاذب یکسان و pH بهینه در زمان‌های مختلف برای تعیین زمان تعادل انجام گرفت و حداکثر حذف 100% در زمان تعادل 96 ساعت حاصل گردید. در آزمایش ستون انجام‌شده جهت حذف آلودگی، فیلتر قادر بود تا پس از رشد توده بیولوژیک در محیط خود، نیترات را به میزان 99% بعد از 9 روز کاهش داده و میزان نهایی آن را از mg L-1100 به mg L-11 کاهش دهد.
نتیجه گیری: لایه‌های نفوذ‌پذیر فعال با درصد اختلاط وزنی طراحی‌شده، دارای قابلیت جذب نیترات تا حد زیاد و در مدت زمان کم می‌باشد. شست‌وشوی مواد جاذب و رفع آلودگی، افزایش سطح مخصوص جاذب را باعث می‌شود و بنابراین قدرت جذب بالا می-رود.
واژه‌های کلیدی: فیلتر خاکی بیولوژیکی، حذف نیترات، تصفیه رواناب شهری، جذب، مواد جاذب ارزان‌قیمت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Elilination of Nitrate from Urban Storm Runoffs by Multi-Filters Process

چکیده [English]

Background and Objectives: Over the last two centuries, a substantial increase has been observed in the rate of production and consumption of nitrate, particularly in agricultural sector. Currently, in many parts of the world and even in Iran, the high concentration of nitrate in drinking water has shown to be a serious problem, mainly caused by the introduction of agricultural wastewater and home and industrial sewage runoffs in the water resources, and especially in the groundwater. Use of the contaminated water with nitrate along with some food products containing high levels of nitrate can result in the entrance of excessive amounts of nitrate into the body. The ultimate goal of the present study is to design and investigate the bio-geo-filters in order for the elimination of nitrate from the runoffs.
Materials and Methods: In this research, alternate layers of non-woven geotextile filters and granular soil have been used for reduction and removal of pollution. These layers are of paramount importance in terms of their permissibility and absorption capability. For selection of materials some points have been considered, which include the material capability for pollution elimination, their accessibility, and maximal cost-effectiveness.
Results: After conduction of permissibility tests, the ratio of the weight mixture of the applied materials in PRB has been considered as 25% sand, 20% zeolite, 20% iron borings, and 10% poplar wood sawdust. It has been observed that for pH=7, the maximal nitrate absorption efficiency by zeolite is about 69%, sawdust 29%, and iron borings 12%. As indicated by the results of nitrate absorption through the final mixture of PRB in different concentrations of nitrate under optimal pH conditions while other parameters being constant, maximal absorption is due to the concentration of 150 mg L-1 and occurs in about 83%. The more the original nitrate concentration increases, the more the absorption amount goes up. Moreover, nitrate elimination with equal amounts of absorbent and optimal pH has been performed in different times for determination of equilibrium time, and the maximal elimination of 100% has been obtained in equilibrium time of 96 hours. in the administered test for removal of the pollution, after the growth of biologic mass in its environment, the filter was able to decrease the amount of nitrate up to 99% after the elapse of 9 days, and consequently its final amount was decreased from 100 mg L-1 to 1 mg L-1.
Conclusion: The designed permeable reactive barriers with the percentage of weight mix has the capability of adsorbing a quite large amount of nitrate in a short time. Washing of adsorbent materials and removal of the pollutants result in the increase in the especial surface of the adsorbent, and thus the adsorption power increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bio-geo-filter
  • Nitrate removal
  • Treating urban runoff
  • absorption
  • low-priced absorbents
auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; 1.World Health Organization. 1971. International standards for drinking-water, 3rd ed. Geneva:
World Health Organiza-tion.
2.Gilchrist, M., Winyard, P.G., and Benjamin, N. 2010. Review; Dietary nitrate – Good or bad?,
Nitric Oxide. 22: 104-109.
3.Camargo, J.A., Alonso, A., and Salamanca, A. 2005. Nitrate Toxicityto Aquatic Animals: a
Review with New Data for Freshwater Invertebrates, Chemosphere. 58: 1255-1267.
4.EVS, Nitrate and Nitrite. 2005. Human Health Fact Sheet. Argonne National Laboratory,
EVS.
5.DES. Nitrate and Nitrite: Health Information Summary. 2006. Environmental Fact Sheet. New
Hampshire Department of Environmental Services. ARD-EHP-16.
6.Soejima, T. 2002. In Situ Remediation of Nitrate-Contaminated Grounwater Using a
Permeable Reactive Barrier, Environmental Geotechnics (4th ICEG). de Mello and Almeida.
2: 811-816.
7.Parvinnia, M. 2007. Filterability and Recovery of Civic Floods Using Active Penetrable
Layers, PhD Thesis. University of Shiraz. Department of civil and road engineering.
8.Yaman, C. 2003. Geotextiles as Biofilm Filters in Wastewater Treatment, PhD Thesis.
Department of Environmental Engineering. Drexel University. Philadelphia.
9.Mohammed, T., Vigneswaran, S., and Kandasamy, J. 2010. Biofiltration as Pre Treatment to
Water Harvesting and Recycling, Water Sci. Technol.
10.Amini, S. 1997. Filtration of color sewage in sewing factories using surface adsorbents with
the aim of recovery, the 4th international conference of civil engineering.
11.Patil, S.B., and Chore, H.S. 2015. Experimental and Numerical Modeling of Solute
Transport Through Porous Media, Inter. J. Engin. Res. Pp: 244-249.
12.Harris, B. 2004. PRB’s and their role in thesustainable remediation of groundwater, Belfast
Northern Irland.
13.Delbazi, N., Ahmadi Moghadam, M., Takdastan, A., and Jafar Zade Haghighi Fard, N. 2011.
A Comparison of Filter Performance Layer of Sand-Floor and Bilayer Filter with Lika and
Anthracite Floors in the Removal of Organic Matter and Turbidity, J. Health Environ. J. Sci.
Res. 3: 301-312.
14.Afandi Zade, SH. 1988. Geotextiles (Textiles species), J. Road. 17: 13-21.
15.Naddafi, K., and Gholami, M. 2014. Removal of Reactive Red 120 from aqueous solutions
using surface modified natural zeolite, J. Health Environ. 3: 7. 276-288.
16.Kamali, M., and Haji, S. 2011. Application of zeolite in water and wastewater treatment,
First Conference on Biology Environmental Refining Technologies.
17.Hosseini, M., Kholghi, M., Ataee Ashtiani, B., and Bagheri Mohagheghi, M.M. 2011.
Laboratorial Study of Reduction of Nitrate from Drinkable Water Using Bimetal
Nanoparticles Of Iron/ Copper, J. Water Soil. 1: 94-103.
18.Ghasemian, M.K. 2010. Modeling of Biologic Soil Filters for Removal of Organic Materials
Solved in Civil Floods, M.Sc. Thesis. Department of Civil Engineering. Yasouj University.
19.Öztürk, N., and Bektaş, T.E. 2004. Nitrate Removal from Aqueous Solution by Adsorption
Onto Various Materials, J. Hazard. Mater. 112: 1. 62-155.
20.Fouladshekan, F., and Rahnemaie, R. 2015. Using Quartz-Supported Zero-Valent Iron
Nanoparticles for Removing Nitrate in Equilibrium and Fluid Systems, J. Water Soil Cons.
22: 2. 219-227.
21.Huang, C.P. et al. 1998. Nitrate Reduction by Metallic Iron, Wat. Res. 32: 8. 2257-2264.
22.Islam, M., and Patel, R. 2010. Synthesis and Physicochemical Characterization of Zn/Al
Chloride Layered Double Hydroxide and Evaluation of Its Nitrate Removal Efficiency,
Desalination. 256: 1-3. 8-120.