ارزیابی کارایی نانو و میکروذرات آهن و کربن گرانول فعال در سیستم تصفیه خانگی آب شرب

به منظور دسترسی به منابع آب شرب با کیفیت استاندارد، لزوم استفاده از تکنولوژی های نوین تصفیه آب که علاوه بر کارایی بالا و هزینه کم، کمترین تاثیرات جانبی را بر محیط زیست داشته باشند، بیش از پیش احساس می شود. ذرات آهن با ظرفیت صفر به منظور حذف طیف وسیعی از آلاینده های آب مورد استفاده قرار گرفته اند. کربن فعال نیز به عنوان ماده متخلخلی که قادر است گونه های مختلفی از آلاینده ها با اندازه های مختلف (مانند مواد آلی و کلراین) را با هزینه کم به صورت جذب سطحی از آب حذف نماید و بو و کدورت آب را بهبود دهد، در سیستم های تصفیه آب خانگی و تجاری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش، با توجه به قابلیت ذرات آهن با ظرفیت صفر (در مقیاس میکرو و نانو) و همچنین کربن فعال در حذف آلاینده ها و بهبود کیفیت آب شرب، این مواد واکنشگر به صورت مجزا و یا ترکیبی در درصدهای وزنی مختلف در پنج ستون آزمایش مورد بررسی قرار گرفتند. کارایی ذرات آهن در مقیاس نانو d50=50 نانومتر و میکرو d50=150 میکرومتر و کربن فعال گرانول d50 =1میلی متر در حذف مواد آلاینده از آب شرب مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور، پنج ستون آزمایش (طول 50 سانتی متر و قطر داخلی 2 سانتی متر) از این مواد واکنشگر به صورت مجزا و یا ترکیبی (با درصدهای وزنی مختلف) تهیه و جریان پیوسته از آب شرب مرکز تهران با نرخ ثابت 4/4 میلی لیتر در دقیقه به مدت 28 روز (در مجموع 177 لیتر) به درون هر یک از ستون ها تزریق شد. تغییرات غلظت یون های کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، نیترات و آهن محلول کل و همچنین مقدار EC و pH در جریان ورودی و خروجی از هر یک از ستون های محتوی مواد واکنشگر طی سه دوره نمونه برداری در پایان روزهای اول، هفتم و 28 (در مجموع تعداد 18 نمونه آب) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. هم زمان با نمونه گیری از آب، تغییرات فشار آب منفذی در طرفین ستون های آزمایش نیز با هدف تغییرات آبگذری محیط واکنشگر اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که ستون های محتوی نانوذرات آهن کارایی بیشتری در کاهش غلظت یون های مورد بررسی در مقایسه با میکرو ذرات آهن و کربن فعال دارد. اما کاهش آبگذری و واکنش پذیری، رهایش آهن و افزایش قلیائیت آب خروجی از جمله چالش های توام با ستون های واکنش محتوی نانوذرات آهن است. نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده ترکیبی از جاذب های کربن فعال و ذرات آهن (به ویژه در مقیاس میکرو) در سیستم های تصفیه آب خانگی می تواند به صورت بالقوه مبنای طراحی نسل آینده این نوع سیستم ها باشد که علاوه بر کارایی در حذف آلاینده ها، تاثیرات جانبی کمتر و طول عمر بیشتری دارند.