مطالعه تلفیق مانع واکنش دهنده نفوذپذیر و فرآیند اکسیداسیون پیشرفته بر پایه رادیکال سولفات جهت تصفیه آب آلوده به پرکلرواتیلن

A study on combination of Permeable Reactive Barrier (PRB) and sulfate radical-based advanced oxidation process for the treatment of perchloroethylene-polluted water


چاپ صفحه
پژوهان
صفحه نخست سامانه
مجری و همکاران
مجری و همکاران
منابع
منابع
علوم پزشکی شهید بهشتی
علوم پزشکی شهید بهشتی

مجریان: اکبر اسلامی , سید نادعلی علوی بختیاروند

کلمات کلیدی: مانع واکنش دهنده نفوذپذیر، تتراکلرواتیلن، کلرزدایی، رادیکال سولفات، هیدروکربن¬های آلیفاتیک کلره

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 8177
عنوان فارسی طرح مطالعه تلفیق مانع واکنش دهنده نفوذپذیر و فرآیند اکسیداسیون پیشرفته بر پایه رادیکال سولفات جهت تصفیه آب آلوده به پرکلرواتیلن
عنوان لاتین طرح A study on combination of Permeable Reactive Barrier (PRB) and sulfate radical-based advanced oxidation process for the treatment of perchloroethylene-polluted water
کلمات کلیدی مانع واکنش دهنده نفوذپذیر، تتراکلرواتیلن، کلرزدایی، رادیکال سولفات، هیدروکربن¬های آلیفاتیک کلره
نوع طرح بنیادی-کاربردی
نوع مطالعه مطالعه تجربی
مدت اجراء - روز 210
ضرورت انجام تحقیق تتراکلرواتیلن یا پرکلرواتیلن (PCE) یکی از هیدروکربن¬های آلیفاتیک کلره و از آلاینده¬های آب¬های زیرزمینی است که غالبا بعنوان حلال در صنایع شیمیایی، نساجی، خشکشویی¬ها، چربی زدایی فلزات، آفت¬کش ها، چاپ، تولید چسب و رنگ و روان کننده¬ها کاربرد داشته و از این طریق به محیط زیست وارد می¬شود. تتراکلرواتیلن در دمای محیط بصورت مایعی بی¬رنگ و شفاف با بوی شیرین است. این ماده طبق سازمان سلامت عمومی کالیفرنیا (CDPH)، به عنوان یکی از آلاینده¬های آب آشامیدنی مطرح بوده و حداکثر غلظت مجاز آن، 5 میکروگرم بر لیتر تعیین شده است. سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا نیز این آلاینده را بعنوان سرطان¬زای احتمالی انسان طبقه بندی نموده است. روش¬های پمپاژ و تصفیه (Pump-and-treat) که متداول¬ترین روش¬های تصفیه آب¬های زیرزمینی به شمار می¬روند، دارای کاستی¬ها و نقاط ضعف متعددی هستند که از آن جمله می¬توان به نیاز به حفاری¬های گسترده و مصرف مداوم و بالای انرژی جهت پمپاژ آب اشاره نمود. بر خلاف فرآیندهای بیولوژیکی، کلرزدایی از طریق استفاده از عوامل احیاء کننده نظیر آهن صفر ظرفیتی (Fe0) و یا کلر زدایی کاتالیتیکی با هیدروژن (Catalytic hydrodechlorination) در شرایط راهبری مختلف قابل کاربرد هستند. تکنولوژی مانع واکنش دهنده نفوذ¬ پذیر (Permeable Reactive Barrier) بعنوان جایگزین مناسبی برای روش¬های قدیمی پمپاژ و تصفیه، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. تکنولوژی PRB بطور موفقیت¬آمیزی در تصفیه در محل (In situ) آب¬های زیرزمینی آلوده به انواع آلاینده¬های احیا پذیر از قبیل فلزات سنگین و هیدروکربن¬های هالوژنه بکار گرفته شده است. بطور کلی، ساختار یک PRB شامل یک مانع متخلخل است که در مسیر جریان آب زیرزمینی قرار داده می-شود. مانع یا حداقل بخش نفوذ پذیر آن، دارای بستری است که حین عبور جریان آب از آن، از طریق مکانیسم¬های جذب سطحی یا واکنش با آلاینده، آنرا حذف یا به اجزای مورد قبول از جنبه زیست محیطی و بهداشتی تبدیل می¬نماید. از طرفی توجه به ترکیبات واسطه یا محصولات جانبی واکنش¬های کلرزدایی بسیار حائز اهمیت است چرا که سمیت برخی از محصولات جانبی ممکن است از سمیت ترکیب اولیه (مادر) بیشتر باشد. رویکرد قابل توجه کاربرد فرآیند اکسیداسیون جهت تصفیه خروجی راکتور PRB است.
هدف کلی تعیین کارایی تلفیق مانع واکنش دهنده نفوذپذیر و فرآیند اکسیداسیون پیشرفته بر پایه رادیکال سولفات جهت تصفیه آب آلوده به پرکلرواتیلن
خلاصه روش کار به منظور مطالعه سیستم PRB، از یک ستون استوانه¬ای به ارتفاع 30 سانتی¬متر و قطر داخلی 3 سانتی¬متر در دمای محیط استفاده می¬شود. بستر واکنش دهنده بکار رفته در داخل ستون، آهن صفر ظرفیتی است که با نسبت 1:1 با ماسه سیلیسی مخلوط می¬شود. شیرهای نمونه¬برداری در بدنه ستون و یک شیر در پایین¬ترین نقطه ستون، برای ورود جریان به داخل ستون، قرار دارد. جریان آب حاوی تتراکلرواتیلن با غلظت اولیه مشخص در داخل یک مخزن ریخته شده و به وسیله پمپ پریستالتیک با دبی¬های متغیر به ستون وارد می-شود. جهت جریان نیز از پایین به بالا است. با استفاده از آنالیز GC-MS، غلظت پرکلرواتیلن و سایر ترکیبات واسطه اندازه¬گیری می¬شود. اندازه¬گیری کلراید در نمونه¬ها بصورت کارایی کلرزدایی در شرایط بهینه با استفاده از روش تیتراسیون یا ICP مطابق با استاندارد متد انجام می¬شود. مقدار آهن وارد شده به محلول بصورت یون فرو از طریق روش فنانترولین، مطابق با استاندارد متد اندازه¬گیری می¬شود. پس از بدست آمدن شرایط بهینه کلرزدایی پرکلرواتیلن، پساب خروجی از ستون وارد راکتور اکسیداسیون می¬شود که طی این مرحله، غلظت-های مختلف پرسولفات استفاده می¬شود. همچنین، از لامپ UV برای فعال¬سازی بیشتر پرسولفات، افزایش تولید گونه¬های رادیکالی اکسید کننده و افزایش کارایی اکسیداسیون استفاده می¬شود. به منظور بررسی مکانیسم واکنش¬های اکسیداسیون و بررسی سهم اثر گونه¬های رادیکال، از آزمون¬های Scavenging با اتانول و ترت بوتیل الکل استفاده می¬شود.

اطلاعات مجری و همکاران
hide/show

نام و نام‌خانوادگی سمت در طرح نوع همکاری درجه‌تحصیلی پست الکترونیک
اکبر اسلامیمجری اصلیطراحیدکترای تخصصی پی اچ دیaeslami@sbmu.ac.ir
مهسا مرادیهمکاراجراء طرحفوق لیسانسmahsamoradi2010@gmail.com
فرشید قنبریهمکاراجراء طرح farshidbeat@gmail.com
سید نادعلی علوی بختیاروندمجری دکترای تخصصی پی اچ دیalavi@sbmu.ac.ir

منابع
hide/show

1. Copley, SD. Evolution of efficient pathways for degradation of anthropogenic chemicals. Nature chemical biology. (2009);(5)8:559–566. 2. Lapworth DJ, Baran N, Stuart ME, Ward RS. Emerging organic contaminants in groundwater: A review of sources, fate and occurrence. Environmental Pollution. (2012);163:287-303. 3. Zheng M, Bao J, Liao P, Wang K, Yuan A, Tong M. et al. Electrogeneration of H2 for Pd-catalytic hydrodechlorination of 2,4-dichlorophenol in groundwater. Chemosphere. (2012);87:1097–1104. 4. Baric M, Majone M, Beccari M, Petrangeli Papini M. Coupling of polyhydroxybutyrate (PHB) and zero valent iron (ZVI) for enhanced treatment of chlorinated ethanes in permeable reactive barriers (PRBs). Chemical Engineering Journal. (2012);195–196:22–30. 5. Barnes RJ, Riba O, Gardner MN, Scott TB, Jackman SA and Thompson IP. Optimization of nano-scale nickel/iron particles for the reduction of high concentration chlorinated aliphatic hydrocarbon solutions. Chemosphere. (2010);79:448–454. 6. EPA. DNAPL site characterization. Quick reference fact sheet,1994. Office of emergency and remedial response, Hazardous site control division (5203G). 7. Pankow JF, Cherry JA. Dense chorinated solvents and other DNAPLs in groundwater. 1996. Waterloo Press. 8. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). Tetrachloroethylene. 1997. U.S. department of health and human services, Public health services. 9. State Water Resources Control Board. Groundwater information sheet; Tetrachloroethylene (PCE). 2009. Division of Water Quality, GAMA Program. 10. Hashim MA, Mukhopadhyay S, Narayan Sahu J and Sengupta B. Remediation technologies for heavy metal contaminated groundwater. Journal of Environmental Management. (2011);92:2355-2388. 11. Roehl KE, Meggyes T, Simon FG and Stewart DI. Long-term Performance of Permeable Reactive Barriers. 2005. ELSEVIER B.V. 12. Borden RC. Development of Permeable Reactive Barriers (PRB) Using Edible Oils [Project]. North Carolina State University, Distribution Statement, 2008. p. 4-7. 13. Lee J, Graettinger AJ, Moylan J and Reeves HW. Directed site exploration for permeable reactive barrier design. Journal of Hazardous Materials. (2009);162:222-229. 14. Gillham RW, O'Hannesin SF. Enhanced degradation of halogenated aliphtics by zero-valent iron. Ground water. (1994);32(6):958-967. 15. Guerin TF, Horner S, McGovern T and Davey B. An application of permeable reactive barrier technology to petroleum hydrocarbon contaminated groundwater. Water Research. (2002);36:15-24. 16. Muegge J. An assessment of zero valence iron permeable reactive barrier projects in California. [Project]. Office of pollution prevention and technology development, California Department of Toxic Substances Control, 2008). p. 9-12. 17. Scherer MM, Richter S, Valentine RL and Alvarez PJJ. Chemistry and Microbiology of Permeable Reactive Barriers for In Situ Groundwater Cleanup. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. (2000);30(3):363-411. 18. Mc Mahon PB, Dennehy KF and Sandstorm MW. Hydraulic and geochemical performance of a permeable reactive barrier containing zero-valent iron, Denver federal center. Ground water. (1999);37(3):396-404. 19. Li L and Benson CH. Evaluation of five strategies to limit the impact of fouling in permeable reactive barriers. Journal of Hazardous Materials. (2010);181:170–180. 20. USEPA. Introduction to Green Remediation. 2011. Quick reference fact sheet, Office of Solid Waste and Emergency Response (5102G). 21. Goupy J, Creighton L. Introduction to Design of Experiments. 3rd ed. USA: SAS Institute Inc; 2007. p. 245-287. 22. Xin BP, Wu CH, Wu CH and Lin CW. Bioaugmented remediation of high concentration BTEX-contaminated groundwater by permeable reactive barrier with immobilized bead. Journal of Hazardous Materials. (2013);244-245:765– 772. 23. Su YF, Hsu CY and Shih YH. Effects of various ions on the dechlorination kinetics of hexachlorobenzene by nanoscale zero-valent iron. Chemosphere. (2012);88:1346–1352. 24. Ruhl AS and Jekel M. Impacts of Fe(0) grain sizes and grain size distributions in permeable reactive barriers. Chemical Engineering Journal. (2012);213:245–250. 25. Han YS, Gallegos TJ, Demond AH and Hayes KF. FeS-coated sand for removal of arsenic(III) under anaerobic conditions in permeable reactive barriers. Water research. (2011);45:593-604. 26. Natale FD, Natale MD, Greco R, Lancia A, Laudante C and Musmarra D. Groundwater protection from cadmium contamination by permeable reactive barriers. Journal of Hazardous Materials. (2008);160:428–434. 27. Liu SJ, Jiang B, Huang GQ and Li XG. Laboratory column study for remediation of MTBE-contaminated groundwater using a biological two-layer permeable barrier. Water research. (2006);40:3401–3408. 28. Liang L, Korte N, Gu B, Puls R and Reeter C. Geochemical and microbial reactions affecting the long-term performance of in situ iron barriers. Advances in Environmental Research. (2000);4:273-286. 29. Puls RW, Blowes DW and Gillham RW. Long-term performance monitoring for a permeable reactive barrier at the U.S. Coast Guard Support Center, ElizabethCity, North Carolina. Journal of Hazardous Materials. (1999);68:109–124.