چکیده

با توجه به مشکلاتی که آهن موجود در آب زیرزمینی در تأسیسات خانگی، تجاری، صنعتی و در تصفیه خانه ها ایجاد می کند حذف آنها در جاییکه غلظت آن ها بیش از حد مجاز باشد ضرورت دارد. در این تحقیق کارایی دو روش سیستم برج هوادهی و پرمنگنات پتاسیم بصورت جداگانه جهت حذف آهن از منابع آب زیرزمینی مطالعه گردیده است. برای انجام این تحقیق، پایلوت ستون برج هوادهی از جنس PVC با قطر ۱۵cm و ارتفاع ۱۵۰ cm که از قطعات لوله خرطومی پر گردید طراحی، اجرا و راه اندازی گردید. در pH های اولیه ۵، ۷ و ۹ و غلظت های اولیه آهن ۲ mg/l، ۳ و ۴ از خروجی سیستم، نمونه برداری صورت گرفت. همچنین برای تعیین کارایی پرمنگنات پتاسیم ، غلظت۱ mg/l آهن تهیه شده و غلظت های ۰/۲ -۱/۴ mg/l پرمنگنات پتاسیم به آن اضافه گردید. میزان جذب نمونه ها در طول موج ۵۱۰nm توسط دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری گردید. نتایج نشان داد که در pH های ۵، ۷، ۹ کارایی سیستم برج هوادهی در حذف آهن برای غلظت های اولیه آهن ۲mg/l، ۳، ۴ به ترتیب ۵۳، ۴۶،%۴۸، ۶۶، ۶۵، %۶۲ و ۸۱،۸۵، ۷۸ درصد بود. با توجه به نتایج می توان گفت که با افزایش pH و کاهش غلظت اولیه آهن ورودی کارایی سیستم هوادهی در حذف آهن از آب زیرزمینی افزایش یافته است. در حالیکه با افزایش غلظت پرمنگنات پتاسیم، میزان حذف آهن افزایش یافته بطوریکه در غلظت ۱/۴mg/l پرمنگنات پتاسیم میزان حذف آهن به حدود۸۱ درصد رسید.

واژههای کلیدی: آهن، آب زیرزمینی، برج هوادهی، پرمنگنات پتاسیم، تصفیه آب، کیفیت آب

۱

-۱ مقدمه

افزایش تقاضای مصرف آب به دلیل رشد جمعیت، توسعه تکنولوژی، بالا رفتن سطح زندگی و بهداشت جوامع از یک سو و همچنین استفاده نادرست از منابع موجود و محدودیت منابع و ذخایر آب قابل استفاده از سوی دیگر در اکثر نقاط دنیا ایجاد منمودار نموده است. منابع آبی که مورد استفاده انسان قرار می گیرند، چه سطحی و چه زیرزمینی به علت تماس با هوا و خاک همواره در معرض ورود انواع موادی که می توانند به عنوان آلاینده محسوب شوند قرار دارند. به لحاظ کمی بعد از اقیانوس ها و یخ های قطبی مهمترین منبع آب، آب زیرزمینی است و دریاچه ها، رودخانه ها و رطوبت جو به ترتیب در جایگاه های بعدی قرار دارند. آب های زیرزمینی به واسطه عبور از لایه های مختلف خاک و به علت خاصیت خود آب و حلالیت زیاد آن، حاوی عناصر و مواد معدنی موجود در خاک خواهند بود که این مواد گاه می توانند برای سلامتی مصرف کنندگان خطرناک بوده و یا حداقل از لحاظ زیبا شناختی مطلوب نباشند. آهن از نظر فراوانی چهارمین عنصر پوسته زمین بوده و در کانی های معدنی بیشتر به صورت کربنات، اکسیدها، سیلیکات ها و سولفیدها وجود دارند( ۱و.(۲ نفوذ آب از طریق خاک و صخره ها می تواند مواد معدنی از جمله این عناصر را حل نموده و آن ها را به صورت محلول در آورد. لوله های آهنی انتقال و توزیع آب نیز ممکن است منبع وجود آهن در آب باشند۰۳و.(۴ با توجه به اینکه منابع آب زیر زمینی معمولأ در حالت آنوکسیک هستند آهن موجود در این آب ها به صورت دو ظرفیتی خواهد بود که در مواجهه با هوا یا اکسیدان های مختلف به آهن سه ظرفیتی تبدیل می شود. این نمودار آهن به صورت رسوب نامحلول اکسید فریک در خواهد آمد که رنگ قرمز دارد. آهن سه ظرفیتی به جزء در pH های خیلی پایین در آب محلول نمی باشند(.(۵ اگرچه آهن یک ماده معدنی ضروری برای انسان است، اما حضور مقادیر بالای آن در آب های زیرزمینی باعث ایجاد طعم نامطبوع در آب، تولید رنگ قرمز مایل به قهوه ای در آب، تشکیل رسوب و واکنش با لوله و اتصالات، ایجاد رنگ و لکه بر روی لباس و ظروف، اختلال در فرآیند سختی گیری به روش تبادل یون، احتمال تشکیل کمپلکس محلول آهن با برخی از ترکیبات آلی و افزایش احتمال تشکیل بیوفیلم در لوله از طریق رشد باکتری های کرنوتریکس می شود. بیوفیلم تشکیل شده علاوه بر افزایش احتمال گرفتگی لوله ها، منموداراتی نظیر ایجاد طعم و بو در آب را نیز به همراه دارد(.(۶-۹ مقادیر توصیه شده آهن در آب آشامیدنی توسط سازمان جهانی بهداشت ۰/۳ mg/l می باشد(.(۶ هدف اساسی از تصفیه آب، حفاظت مصرف کننده در برابر عوامل بیماری زا و ناخالصی های موجود در آن است. آب های سطحی نسبت به آب های زیرزمینی به تصفیه بیشتری نیاز دارند. بطور کلی آب های زیرزمینی برای حفظ سلامتی حداقل باید گندزدایی شوند ولی برخی از آن ها برای خارج کردن آهن و سایر ترکیبات از آب به تصفیه بیشتری نیاز دارند(.(۱۰ روش های متعددی نظیر تبادل یونی((۱۱، پالایش زیستی((۱۲، تصفیه با سنگ آهک((۱۳، کربن فعال((۱۴، سختی گیری، فیلتراسیون غشایی((۱۵-۱۸ و اکسیداسیون(کلرزنی، ازن زنی، هوادهی، پرمنگنات

پتاسیم)((۱۹ جهت حذف آهن از آب مطرح می باشد. در مطالعه حاضر از دو روش سیستم برج هوادهی و پرمنگنات پتاسیم جهت حذف آهن از آب های زیرزمینی استفاده شده است. هوادهی جهت حذف آهن، طعم و بوی گازهای نامطلوب کاربرد دارد. به دلیل اینکه آهن به همراه دی اکسید کربن آزاد در آب حضور دارد، در صورت استفاده از این روش، فرآیند هوادهی باید به گونه ای طراحی شود که جهت جلوگیری از خوردگی، مقدار دی اکسید کربن باقی مانده در آب به کمتر از ۱۰mg/l کاهش یابد. این فرآیند برای آب هایی که حداکثر غلظت آهن ۵ mg/l باشد و عوامل نامساعد دیگری نظیر رنگ، منگنز، کدورت و اسیدهای هیومیک موجود نباشد کاربرد دارد. میزان اکسیداسیون در این روش تابعی از pH آب بوده و با افزایش pH حلالیت ترکیبات اکسید شده آهن، کاهش می یابد. بطور کلی فرآیند اکسیداسیون آهن در pH بالای ۷/۵ تشدید می شود، بنابراین کنترل pH در این روش اهمیت دارد(۲۰ و.(۲۱ هدف از انجام این تحقیق بررسی بررسی کارایی حذف آهن از آب زیرزمینی به دو روش برج هوادهی و پرمنگنات پتاسیم می باشد.

-۲ روش کار

برای انجام این تحقیق، پایلوت ستون برج هوادهی طراحی، اجرا و راه اندازی گردید. ستون برج هوادهی از جنس PVC با قطر ۱۵ سانتی متر و ارتفاع ۱۵۰ سانتی متر که در بالای آن یک سر دوش قرار دارد، مورد استفاده قرار گرفت. در داخل ستون از لوله های خرطومی به طول ۴-۴/۵ سانتی متر و قطر ۲ سانتی متر به خاطر افزایش سطح تماس آب و هوا استفاده شد. هوای مورد نیاز با استفاده از یک دستگاه پمپ ۸۰ وات آکواریم با میزان جریان ۸۸ لیتر در دقیقه که جریان هوا را از پایین ستون به بالای آن وارد می کرد، تأمین شد. این عمل اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون آهن را فراهم می نماید. آب خام ورودی به این سیستم از منبع چاه تأمین شد. شکل ۱ نشان دهنده شمای پایلوت برج هوادهی می باشد. پمپ هوا همزمان با شروع به کار سیستم روشن گردید، سپس در pH های اولیه ۵، ۷و ۹ و غلظت های اولیه آهن ۲، ۳ و ۴ میلی گرم در لیتر از خروجی سیستم، نمونه برداری شد. میزان غلظت و جذب نمونه ها در ورودی و خروجی سیستم به روش فنانترولین در طول موج ۵۱۰ nm توسط دستگاه اسپکتروفتومتر Varian مدل UV-120-02 اندازه گیری و برای تنظیم pH از آهک و اسید کلریدریک استفاده گردید. تمامی مراحل ساخت محلول های استاندارد آهن، فرو سولفات آمونیوم و انجام آزمایش ها بر اساس روش های موجود در کتاب استاندارد متد چاپ بیستم انجام شد(. (۲۲