Document Type : Original Article
Authors
- Abdolmotalleb Seyyed Mohammadi
- Ghorban Asgari
- MohammadTaghi Samadi
- Ali Pour Mohammadi
- Ali Faramarzi Govhar
Abstract
Background and aim: Humic Acid (HA) is one of the polyelectrolyte compounds which cause many problems in water treatment process. In present study, UV/IO4- as a novel advance oxidation process, was used for removing HA.
Material and methods: In present research, a batch reactor in lab scale was used.This reactor with useful volume of 2.5 L, made of stainless steel, which equipped with a low pressure Hg vapor lamp. In this study the effect of some parameters including pH, initial HA concentration, IO4- concentration and Fe (0) nanoparticles concentration were investigated. HA concentration was determined using Spectrophotometer at an absorbance wavelength of 254 nm.
Results: According to the results, pH 3, periodate concentration 125 mg/L and Fe (0) Nano particles 12.5 mg/L were determined as optimum conditions. Moreover, results indicated that in presence of UV coupled with Periodate removal efficiency of HA increased to 66.08%, and the increase of Fe (0) Nano particles can led to increase HA removal (73.3%).
Conclusion: Results show thatthe presence of UV letto increase in the activation of periodate, on the other hands, the presence of Fe (0) Nano particles led to further activation of periodate subsequently cause the increasing HA removal.
Keywords
بررسی تأثیر اشعهی فرابنفش توأم با نانوذرات آهن بهمنظور فعالسازی پریودات در حذف اسید هیومیک از منابع آبی
عبدالمطلب صیدمحمدی1، قربان عسگری1، محمد تقی صمدی2، علی پورمحمدی3*، علی فرامرزی گوهر4
1 استادیارگروه مهندسی بهداشت محیط، مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سلامت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران
2 دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، مرکز تحقیقات علوم بهداشتی، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران
3 کارشناس ارشد بهداشت محیط، مرکز تحقیقات توسعه اجتماعی و ارتقاء سلامت، دانشگاه علوم پزشکی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران
4 دانشجوی کارشناسی ارشد آمار زیستی، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران
* نشانی نویسنده مسؤول: همدان، دانشگاه علوم پزشکی، مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سلامت، علی پورمحمدی
E-mail: apoormohammadi000@yahoo.com
وصول: 28/5/93، اصلاح: 16/9/93، پذیرش: 17/10/93
چکیده
زمینه و هدف: ترکیبات هیومیکی ازجمله مواد پلی الکترولیت آلی هستند که از جنبههای مختلف بر عملکرد فرایند تصفیهی آب تاثیر میگذارند.در مطالعهی حاضر از UV/IO4- بهعنوان یک فرایند نوین اکسیداسیون پیشرفته بهمنظور حذف اسیدهیومیک استفادهگردید.
مواد و روشها: در این پژوهش از یک راکتور ناپیوسته در مقیاس آزمایشگاهی استفادهگردید. راکتور مورد استفاده با حجم مفید 5/2 لیتر از جنس استیل مجهز به لامپ بخار جیوه کم فشار بود. در این مطالعه تأثیر پارامتر ها نظیر pH، غلظت اولیهی اسید هیومیک، غلظت پریودات و غلظت نانو ذرات آهن بررسیشد و درنهایت غلظت اسید هیومیک با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری در دامنهی طول موج 254 نانومتر تعیین مقدارگردید.
یافتهها: مطابق با نتایج pH3، غلظت پریودات 125 میلیگرم بر لیتر و غلظت نانوذرات آهن صفر 5/12 میلیگرم بر لیتر به عنوان شرایط بهینهی واکنش تعیین شدند. همچنین نتایج بیانگر آن است که در فرایند UV/IO4-کارایی حذف اسید هیومیک بهحدود %08/66 رسیده و افزایش نانوذرات آهن به فرایند سبب افزایش حذف اسید هیومیک به %3/73 شدهاست.
نتیجهگیری: نتایج نشانداده که حضور UV سبب افزایش فعالسازی پریودات و نیز حضور نانوذرات آهن سبب فعالسازی بیشتر پریودات و متعاقباً سبب اکسیداسیون بیشتر اسید هیومیک گردید.
واژه های کلیدی: اسید هیومیک، پریودات، نانوذرات آهن، اشعه فرابنفش، منابع آبی.
مقدمه
وجود مواد آلی طبیعی در منابع آبی مشکلات عدیدهای بهویژه در فرایند تصفیهی متداول آب ایجادنمودهاست. ترکیبات هیومیکی ازجمله موادّ پلی الکترولیت آلی هستند که بیشترین قسمت کربن آلی محلول موجود در محیطهای آبی را تشکیلمی دهند(1). این ترکیبات ازجنبههای مختلف ازجمله اثر بر عملکرد فرایندهای اکسیداسیون، انعقاد، جذب و فرایند گندزدایی بر عملکرد فرایند تصفیهی آب تاثیرمیگذارند. مهمترین اثر حضور ترکیبات هیومیکی در آب واکنش آن با کلر به عنوان رایجترین مادهی گندزدای مورد استفاده در فرایند تصفیهی آب و امکان تشکیل محصولات جانبی گندزدایی ازجمله تریهالومتانها و هالواستیک اسید میباشد(2).
این ترکیبات سمّی، سرطانزا و دارای خاصیت جهشزایی بوده و مشکلاتی نظیر سرطان مثانه، کلیه، رودهی بزرگ و رودهی کوچک در انسان ایجادمیکنند.
از دیگر اثرات حضور اسید هیومیک در محیط های آبی ایجاد رنگ، خوردگی فلزات، تشکیل بیوفیلم در شبکههای انتقال و توزیع آب اشامیدنی میباشد. پتانسیل بالقوه این ترکیبات بهخصوص نقش آن به عنوان پیشساز تشکیل تریهالومتانها لزوم حذف این ترکیبات از آب را بیش از پیش افزایشدادهاست(3،4). ازسوی دیگر بهدلیل پرهزینهبودن روش های حذف ترکیبات جانبی گندزدایی پس از تولید روش معقول جلوگیری از تشکیل آن ها از طریق حذف پیش سازهای آنهاست. در فرایندهای متداول تصفیهی آب که در غالب تصفیهخانههای آب انجاممیشود، تنها در حدود 30 درصد از ترکیبات هیومیکی از آب حذفمیشود(5). درمیان تکنیکهای مختلف پیشنهادشده جهت حذف این مواد آلی، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته بهدلیل سهولت کاربرد، اقتصادیبودن و کارایی بالا امروزه توجه زیادی را به خود معطوف داشتهاند. اکسیداسیون شیمیایی بهطور گسترده درتصفیهی آلایندههای خطرناک مورد استفاده قرارگرفتهاست(6،7).
حذف آلایندهها در روش فرآیند اکسیداسیون پیشرفته بر پایهی تولید رادیکال آزاد با قدرت اکسیداسیون بالا بوده که بسیاری از ترکیبات شیمیایی آلی را به مواد معدنی تبدیل میکند. بهطور معمول، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته (Advanced Oxidation processes; AOPs) دربرگیرندهی تولید و استفاده از رادیکال هیدروکسیل بهعنوان یک اکسیدکنندهی قوی برای تجزیه و تخریب موادی می باشد که بهوسیلهی اکسیدکنندههای متداول ازقبیل اکسیژن، ازن و کلر اکسیدنمیگردند(6،7). در این بین از فرایندهای اکسیداسیون با UV بهطورگستردهای استفادهمیگردد، اما استفاده از روشهای نوین و کارآمدتر همیشه بخشی از تفکر پژوهشگران را به خود اختصاص دادهاست (8،9). از این رو، در سالهای اخیر از فرایند UV/IO4- بهعنوان فرایندهای امید بخش جهت حذف مواد آلی یاد شده است(10). در سالهای گذشته مطالعاتی در رابطه با کاربرد این فرایندها در حذف مواد آلی صورتگرفته است. به عنوان مثال در مطالعهی Chia و همکاران از فعالسازی نوری پریودات در حذف 4 کلرفنل در شرایط اسیدی استفادهگردید(10). ازسوی دیگر در مطالعهی مشابه دیگری از فعالسازی نوری پریودات بهمنظور حذف رنگ از محیطهای آبی استفادهشد(11). همچنین در مطالعات گذشته از روشهای دیگری نیز جهت حذف اسید، نظیر روشهای انعقاد الکتروشیمیایی(1)، جذب (5) و روشهایی غشایی(4) که هریک از این معایب خاص خود را دارند، استفادهشده است. بهگونهای تولید لجن و نیاز به تصفیه و جداسازی لجن تولیدی در فرایند انعقاد الکتروشیمیایی (1) و سطح محدود در فرایند جذب بر جاذبهای مختلف (5) و درنهایت هزینهی بالا و گرفتگی غشاء در فرایند های غشایی (5) بهعنوان محدودیتهای کاربردی فرایندهای مذکور مانع از استفاده آنها در مقیاسهای بزرگ و عملی شدهاست. لذا باتوجه به گستردگی آلایندهها در محیط زیست و نارساییهای موجود درخصوص کارایی این فرایندها در حذف ترکیبات آلی، این پژوهش بهمنظور بررسی کارایی روشهای اکسیداسیون پیشرفتهUV/IO4- و UV/IO4-/Fe0 در حذف مادهی آلی اسید هیومیک و شناسایی عوامل موثر بر انجام واکنش صورتگرفت.
مواد و روش ها
اسید هیومیک (Sodium salt)، پریودات سدیم (NaIO4,98%) و آهن صفر ظرفیتی (نانوذرات) از شرکت سیگما آلدریچ و مرک آلمان خریداریگردیدند. در تمامی مراحل از محلول استوک با غلظت 1000 میلی گرم بر لیتر اسید هیومیک استفادهشد. بدین منظور حجم مشخصی از محلول استوک حاوی مادهی آلی اسید هیومیک را با استفاده از پیپت به حجم معین آب مقطر اضافهنموده و محلول آماده پس از هدایت به یک مخزن توسط یک دستگاه همزن مغناطیسی شرایط همگن برای محلول اسید هیومیک، فراهم و جهت تنظیم pH هیدروکسید سدیم 1 نرمال و اسیدسولفوریک 1 مولار به محلول اضافهگردید. درنهایت به منظور تعیین pH نهایی از دستگاه pH متر )مدل (Selecta LaG استفادهشد. محتویات داخل مخزن پس از اختلاط کافی و تنظیم pH ازطریق شیر ورودی به راکتور منتقل شد. در هر مرحله، عملیات نمونهبرداری در فواصل زمانی مشخص از شیر خروجی و با استفاده از ظرف شیشهای انجامگرفت.
راکتور مورد استفاده در این پژوهش در مقیاس آزمایشگاهی و بهصورت ناپیوسته راهبریگردید. راکتور بهصورت سیلندر استوانه ای با حجم مفید 5/2 لیتر ازجنس استیل ضد زنگ بسیار صاف و صیقلی بهمنظور به حداکثر رساندن انعکاس پرتو درون راکتور ساختهشدهبود.
پرتو فرابنفش مورد استفاده در این مطالعه توسط لامپ بخار جیوه کم فشار 55 وات تامینگردید. این لامپها حدود 90 درصد پرتو خروجیشان در ناحیهی 7/253 نانومتر قراردارد که توسط شرکت فیلیپس هلند ساختهشدهاست. لامپ درون پوشش کوارتزی بسیار شفاف به قطر 2 سانتیمتر در امتداد طول راکتور و به صورت مرکزی در داخل آن قراردادهشد. شکل 1 شمای کلی راکتور تابش پرتو فرابنفش را نشان دادهاست.
راکتور مجهز به شیر ورودی و خروجی و سیستم هشداردهندهی سمعی و بصری عدم کارکرد لامپ است.
مشخصات راکتور و لامپ مورد استفاده در جداول 1 و 2 آورده شدهاست. درنهایت غلظت اسید هیومیک با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری (DR5000 مدل HATCH) در دامنهی طول موج 254 نانومتر با استفاده از سل کوارتز تعیین مقدارگردید (12).
در این پژوهش تأثیر برخی پارامترها نظیر زمان تابش پرتو فرابنفش (10-60 دقیقه)، pH (3، 7 و11)، غلظت اولیهی اسید هیومیک (10، 20، 30 و 50 میلی گرم بر لیتر)، غلظت پریودات (5/62، 125، 250 و 500 میلیگرم بر لیتر) و غلظت نانو ذرات آهن (25/6، 5/12 و 5/62 میلیگرم بر لیتر) در حذف اسید هیومیک از محیطهای آبی بررسیشد.
یافتهها
تأثیر تغییرات pHمختلف در فرایند UV/IO4-
نتایج تأثیر pH بر کارایی فرایند UV/IO4- در حذف اسید هیومیک از محلولهای آبی در شکل 2 نشان دادهشدهاست. مطابق با نتایج کسبشده کارایی فرایند ( با غلظت اولیهی اسید هیومیک 20 میلیگرم بر لیتر و غلظت پریودات 500 میلیگرم بر لیتر) در pH های 3، 7 و 11 پس از گذشت 60 دقیقه از زمان واکنش 37/46، 28/39 و 87/28 درصد میباشد. همانگونه که قابل مشاهده است، بالاترین کارایی فرایند در pH معادل 3 مشاهدهشد، بنابراین pH معادل 3 بهعنوان pH بهینه برای ادامهی آزمایشها انتخابشد.
تأثیر تغییرات غلظت پریودات در فرایند UV/IO4-
بهمنظور بررسی تغییرات غلظت پریودات به عنوان اکسیدکننده غلظتهای مختلفی از پریودات (5/62، 125، 250 و 500 میلی گرم بر لیتر) در فرایند UV/IO4- مورد آزمایش قرارگرفت. نتایج این بخش از آزمایشها در شکل 3 نشاندادهشدهاست. همانگونه که ملاحظهمیگردد در غلظتهای 5/62، 125، 250 و 500 میلیگرم بر لیتر از پریودات، کارایی فرایند UV/IO4- بهترتیب معادل 46/61، 88/63، 84/57 و 52/46 درصد بوده است. بنابراین بالاترین و پایینترین کارایی فرایند بهترتیب در 125 و 500 میلیگرم بر لیتر پریودات مشاهدهشدهاست. از اینرو، غلظت 125 میلیگرم بر لیتر از پریودات بهعنوان غلظت بهینهی این ماده در فرایند UV/IO4- انتخابشد.
تأثیر تغییرات غلظت اسید هیومیک در فرایند UV/IO4
در این قسمت از پژوهش حاضر بهمنظور بررسی تأثیر غلظتهای متفاوت اسید هیومیک بر کارایی فرایند غلظتهای 10، 20، 30 و 50 میلیگرم بر لیتر از این ماده در فرایند UV/IO4-با pH 3 و غلظت 125 میلیگرم بر لیتر از پریودات مورد آزمایش قرارگرفت.
نتایج آن در شکل 4 آمدهاست. همانگونه که قابل مشاهدهاست، در غلظتهای اولیه 10، 20، 30 و 50 میلیگرم بر لیتر از اسید هیومیک کارایی فرایند بهترتیب معادل 08/66، 54/65، 10/56 و 75/37 درصد بوده است.
بنابراین بالاترین و پایینترین کارایی فرایند به ترتیب در غلظتهای اولیهی اسید هیومیک معادل 10 و 50 میلیگرم در لیتر مشاهدهشد.
فرایند UV/IO4-/Fe0
در این بخش از انجام آزمایشها، تأثیر نانوذرات آهن صفر در فعالسازی بیشتر پریوداات در فراین UV/IO4-/Fe0 و افزایش کارایی حذف اسید هیومیک توسط فرایند مذکور مورد بررسی قرارگرفت. نتایج این بخش از آزمایشها در شکل 5 نشاندادهشده است. در این قسمت از مطالعه آزمایشها در غلظت اولیهی اسید هیومیک 20 میلیگرم بر لیتر، در حضور پریودات و در غلظتهای متغیری از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (25/6، 5/12 و 5/62 میلیگرم یا در نسبتهای 05/0 :1، 1/0 :1 و 5/0 :1 پریودات به نانوذرات آهن صفر) انجامشدند. همانگونه که ملاحظهمیگردد بیشترین کارایی فرایند در غلظت 5/12 میلیگرم بر لیتر از نانوذرات آهن صفر حاصلگردید (3/73 درصد).
تأثیر پریودات به تنهایی
در این مرحله از انجام آزمایشها بهمنظور بررسی کارایی پریودات بهتنهایی در حذف اسید هیومیک، آزمایشها در غلظت اولیهی اسید هیومیک 20 میلیگرم بر لیتر، pH معادل 3 و غلظت پریودات 125 میلیگرم بر لیتر در عدم حضور اشعهUV و در حضور اکسیدکنندهی پریودات بهتنهایی انجام شدند. نتایج این قسمت از آزمایشها در شکل 6 نشان دادهشدهاست. مطابق با نتایج حاصل کارایی فرایند پریودات به تنهایی در حذف اسید هیومیک بسیار کم بوده است و همانگونه که مشاهده میگردد، تا زمان تماس 40 دقیقه راندمان فرایند را به مقدار اندکی افزایشیافته و پس از آن ثابت شدهاست.
بحث
مطابق با نتایج حاصل از تأثیر pH بر فرایندUV/IO4-، کارایی فرایند با افزایش pH کاهش یافتهاست که این موضوع میتواند با تأثیر pH محلول بر تولید رایکالها در فرایندهای UV/IO4- مرتبط باشد.
پریودات از دو مسیر جهت تولید رادیکالهای پریدیل (IO4) و آیدیل IO3)) استفادهمیکند. لازم بهذکر است که در این بین رادیکال هیدروکسیل و واسطههای غیر رادیکالی نظیر ازن نیز حاصلمیشود (مطابق با روابط 3 و4). در pH 1 تا 8 عامل اصلی اکسیداسیون پریدات (IO4-)است. تجزیهی کندتر پریودات در pH 7 نسبت به pH 3 منجر به تولید مجدد پریودات میشود. طبق روابط 7 و 8 رادیکال پریدیل (IO4-) و آیدیل IO3)) تولیدشده میتواند مجدداًً به پریودات و آیدات احیا شوند (12,10).
کاهش قابل توجه راندمان تجزیهی فنل درpH 11 را میتوان بهحضور ترکیبات غالب H3IO6-2و H4I2O10-4 در شرایط قلیایی نسبتداد که در مقایسه با pH های 3 و 7 دارای مکانیسم فتولیز و جذب پرتو متفاوت میباشند (13). در مطالعهای که Xsuming tang و همکاران در حذف TOC ناشی از عوامل شیمیایی ناشی از جنگ توسط فرایند فعالسازی نوری پریدات انجامدادند، به این نتیجه دستیافتند که pH نقش مهمی در حذف TOC دارد و با کاهش pH راندمان حذف افزایشمییابد که با نتایج تحقیق حاضر مطابقتدارد (13). از آنجایی که بالاترین کارایی فرایند در pH 3 مشاهدهشد، بنابراین pH معادل 3 بهعنوان pH بهینه برای ادامهی آزمایشها انتخابشد.
روابط فعالسازی پریودات بهوسیلهی اشعه ماوراء بنفش به شرح ذیل است:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
بهمنظور بررسی تغییرات غلظت پریودات بهعنوان اکسیدکننده غلظتهای مختلفی از پریودات در فرایند UV/IO4- مورد آزمایش قرارگرفت. نتایج این بخش از آزمایشها در شکل 3 نشاندادهشدهاست. همانگونه که ملاحظهمیگردد در ابتدا با افزایش غلظت پریودات از 5/62 تا 125 میلیگرم بر لیتر کارایی فرایند در حذف اسید هیومیک افزایش یافته، اما در ادامه با افزایش مقدار پریودات به 250 و 500 میلیگرم بر لیتر میزان حذف اسید هیومیک کاهشیافت و بهترتیب به 84/57 و 52/46 درصد رسید که این موضوع میتواند با واکنشهای خود رقابتی پریودات در غلظت های بالا مرتبط باشد. زیرا در غلظتهای کم پریدات، فتولیز پریودات افزایشمییابد که خود منجر به تولید رادیکال هیدروکسیل بیشتر میشود که درنهایت با آلایندهی آلی واکنش داده و سبب افزایش راندمان حذف آن می شود. اما با افزایش غلظت پریودات در محیط، راندمان حذف بهدلیل درگیر شدن پریودات در واکنشهای رقابتی با خود کاهش مییابد. لذا پریودات میتواند بهعنوان یک واکنش مختلکننده در تولید رادیکال هیدروکسیل عمل کند (15،14). در همین رابطه، در مطالعهای که Changha Lee و همکاران در حذف رنگ با استفاده از فرایند فعالسازی نوری پریودات انجامدادند، مشخصگردید که حذف رنگ با افزایش غلظت پریودات بهطور خطی افزایش مییابد، اما تا زمانی که پریودات خود به عنوان مختلکننده رادیکال هیدروکسیل نباشد (11).
تأثیر غلظتهای متفاوت اسید هیومیک بر کارایی فرایند غلظتهای 10، 20، 30 و 50 میلیگرم بر لیتر از این ماده در فرایند UV/IO4- با pH 3 و غلظت 584/0 میلی مول از پریودات مورد آزمایش قرارگرفت. نتایج آن در شکل 4 آمده ست. مطابق با نتایج در این فرایند کارایی فرایند اکسیداسیون پیشرفته UV/IO4- با افزایش غلظت مادهی آلی اسید هیومیک کاهش یافته که این کاهش نیز میتواند با نوع آلاینده و فرایند UV/IO4- مرتبط باشد.
زیرا در این فرایند تنها مقادیر معینی رادیکال فعال تولید میگردد. لذا فرایند قادر به اکسیداسیون و حذف مقادیر مشخصی از ترکیبات آلی است. ازطرفی دیگر، تولید محصولات جانبی دارای واکنشپذیری بیشتر از اسید هیومیک با رادیکالهای موجود در واکنش و کاهش احتمال برخورد مولکولهای هیومیکی با عوامل اکسیدکننده در اثر افزایش غلظت این ماده، میتواند دو دلیل اصلی کاهش سرعت واکنش در غلظتهای بالای آلاینده باشد. نتایج مطالعات مشابه با مطالعهی حاضر مطابقت دارد (13،16).
نتایج حاصل از بررسی تأثیر غلظت های متفاوت نانوذرات آهن صفر نشان میدهد که بیشترین کارایی فرایند در غلظت 5/12 میلیگرم از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (1/0 :1 از پریودات به نانوذرات آهن) مشاهده شد. بدین ترتیب با مقایسهی نتایج فرایندهایUV/IO4- و UV/IO4-/Fe0درحالت بهینه مشخصمیگردد که کارایی فرایند UV/IO4-/Fe0 بهصورت قابل ملاحظهای بالاتر بوده است که علت افزایش کارایی فرایند UV/IO4-/Fe0میتواند با نقش نانو ذرات آهن صفر در فعالسازی بیشتر پریودات مرتبط باشد و افزایش فعالسازی پریودات در حضور نانوذرات آهن صفر در پی آزادسازی یونهای Fe+2از Fe0در فرایند میباشد. زیرا یونهای Fe+2 سبب تولید رادیکالهای فعال از تجزیه پریودات و موجب افزایش کارایی فرایند و حذف اسید هیومیک میشود که این بخش از نتایج با مطالعات Oh و همکاران درخصوص فعالسازی پرسولفات با استفاده از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (17) و مطالعات Liang و همکاران در اکسیداسیون تری کلرواتیلن با پرسولفات و آهن (18) مطابفت دارد. همچنین مطابق با نتایج، بررسی کارایی فرایند UV بهتنهایی و پریودات به تنهایی بیانگر آن است که هریک از فرایندها بهصورت مجزا کارایی بسیار اندکی در حذف اسید هیومیک داشته، حالآنکه در شرایط توأم UV/IO4- افزایش چشمگیری پیداکردهاست که این موضوع میتواند با نقش UV در فعالسازی مادهی اکسیدکنندهی پریودات مرتبط باشد. در فرایندهای UV/IO4- تولید رادیکالهای فعال حاصل از پریودات ناشی از تأثیر اشعهی UV بر پریودات می باشد (مطابق با روابط 1 تا 5). لذا UV تأثیر قابل ملاحظهای در افزایش کارایی پریودات بهمنظور اکسیداسیون اسید هیومیک داشته است.
این پژوهش بهمنظور بررسی کارایی روشهای اکسیداسیون پیشرفتهUV/IO4-و UV/IO4-/Fe0 در حذف مادهی آلی اسید هیومیک و شناسایی عوامل موثر بر انجام واکنش صورتگرفت. مطابق با نتایج حاصل pH 3، غلظت پریودات 125 میلیگرم بر لیتر و غلظت نانوذرات آهن صفر 5/12 میلیگرم بر لیتر بهعنوان شرایط بهینهی واکنش تعیین شدند. همچنین نتایج بیانگر آن است که کاربرد UV به همراه پریودات کارایی حذف اسید هیومیک را بهحدود %08/66 رسانده و افزایش نانوذرات آهن سبب افزایش حذف اسید هیومیک به %3/73 شده است. بنابراین حضور UV سبب افزایش فعالسازی پریودات شدهاست. از سوی دیگر نیز حضور نانوذرات آهن سبب فعال سازی بیشتر پریودات و متعاقباً سبب اکسیداسیون بیشتر اسید هیومیک گردید.
تشکر و تقدیر
این مقاله منتج از بخشی از نتایج پایاننامهی دانشجویی علی پورمحمدی جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد می باشد. بدین وسیله از دانشگاه علوم پزشکی همدان جهت حمایت مالی این پژوهش تشکر و قدردانی میگردد.
References
- Mohora E, Rončević S, Dalmacija B, Agbaba J, Watson M, Karlović E, Dalmacija M. Removal of natural organic matter and arsenic from water by electrocoagulation/flotation continuous flow reactor. J Hazard Mater. 2012; 235– 6: 257–64.
- Von Gunten U. Ozonation of drinking water. Part II. Disinfection and by-product formation in presence of bromide, iodide and chlorine. Water Res. 2003; 37(7): 1469–87.
- Dabrowska A, Nawrocki J, Szelag-Wasielewska E. Appearance of aldehydes in the surface layer of lake waters. Environ Monit Assess. 2014; 186(7): 4569–80.
- Mazloomi S, Nabizadh R, Nasseri S, Naddafi K, Nazmara S, Mahvi AH.Efficiency of Domestic Reverse Osmosis in Removal of Trihalomethanes from Drinking Water. Iran J Environ Health Sci Eng. 2009; 6 (4):3016.
- Zhang X, Minear RA. Formation, adsorption and separation of high molecular weight disinfection byproducts resulting from chlorination of aquatic humic substances. Water Res. 2006; 40(2): 221-30.
- Rahmani AR, Mehr Ali Pour J, Shabanlo N, Zaheri F, Poureshgh Y, Shabanlo A. Performance Evaluation of Advanced Electrochemical Oxidation Process With the Using Persulfate in Degradation of Acid Blue 113 from Aqueous Solutions. J Sabzevar Univ Med Sci. 2014; 21(5): 797-807. [Persian]
- Kasprzyk-Hordern B, Ziolek M, Nawrocki J. Catalytic ozonation and methods of enhancing molecular ozone reactions in water treatment. Appl Catalysis–B: Environ. 2003; 46(4): 639-69.
- Raharinirina D, Ramanantsizehena G, Razafindramisa FL, Leitner NKV. Comparison of UV/H2O2 and UV/S2O82- processes for the decoloration of azo dyes Congo Red in various kinds of water. 2012; 114:1–9.
- Asgari G, Seidmohammadi AM, Chavoshani A. Pentachlorophenol removal from aqueous solutions by microwave/persulfate and microwave/H2O2: a comparative kinetic study. J Environ Health Sci Eng. 2014; 12: 94.
- Chia LH, Tang X, Weavers LK. Kinetics and mechanism of photoactivated periodate reaction with 4-chlorophenol in acidic solution. Environ Sci Technol. 2004; 38(24): 6875-80.
- Lee C, Yoon J. Application of photoactivated periodate to the decolorization of reactive dye: reaction parameters and mechanism. J Photochem Photobiol A: Chem, 2004; 165(1–3): 35-41.
- Seidmohammadi AM, Asgari G, Rajabizadeh A, Poormohammadi A, Ahmadian M. The Efficiency of Electrocoagulation Process Using Iron Electrode in Removal of Humic Acid from Water in the Presence of Chitosan as a Coagulant Aid. Journal of Health & Development. 2014; 3(3): 200-11. [persian]
- Tang X, Weavers LK. Using photoactivated periodate to decompose TOC from hydrolysates of chemical warfare agents. J Photoch Photobio A Chem. 2008; 194(2–3): 212-19.
- Vlessidis A, Evmiridis NP. Periodate oxidation and its contribution to instrumental methods of micro-analysis—A review. Analytica Chimica Acta. 2009; 652(1–2): 85-127.
- Wang Y, Hong C-s. Effect of hydrogen peroxide, periodate and persulfate on photocatalysis of 2-chlorobiphenyl in aqueous TiO2 suspensions. Water Res. 1999; 33(9): 2031-6.
- Klaning UK, Sehested K. Photolysis of periodate and periodic acid in aqueous solution. J Chem Soc, Faraday Trans 1: Physical Chemistry in Condensed Phases . 1978; 74: 2818-38.
- Oh SY, Kim HW, Park JM, Park HS, Yoon C. Oxidation of polyvinyl alcohol by persulfate activated with heat, Fe2+, and zero-valent iron. J Hazard Mater. 2009; 168(1): 346–51.
- Liang C, Lee IL, Hsu IY, Liang CP, Lin YL. Persulfate oxidation of trichloroethylene with and without iron activation in porous media. Chemosphere. 2008; 70(3): 426–35.
The Effect of UV and coupled with Fe (0) Nanoparticles in activation of IO4- in removal of Humic Acid from the water Resources
Abdol Motaleb Seid Mohammadi,
Social Determinants of Health Research Center, Department of Environmental Health Engineering, Faculty of Public Health, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran
Ghorban Asgari ,
Social Determinants of Health Research Center, Department of Environmental Health Engineering, Faculty of Public Health, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran
Mohammad Thaghi Samadi,
Department of Environmental Health Engineering, Faculty of Health and Research Center for Health sciences, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran
* Ali Poormohammadi,
Social Development and Health Promotion Research Center, Kermanshah University of Medical Sciences, Kermanshah, Iran
Ali Faramarzi-gohar,
Department of Biostatistics, School of Public health and Research Center for Health Sciences, Hamadan university of Medical Sciences, Hamadan, Iran
Received:16/11/2014, Revised:07/12/2014, Accepted:07/01/2015
Abstract
Background and aim: Humic Acid (HA) is one of the polyelectrolyte compounds which cause many problems in water treatment process. In present study, UV/IO4- as a novel advance oxidation process, was used for removing HA.
Material and methods: In present research, a batch reactor in lab scale was used.This reactor with useful volume of 2.5 L, made of stainless steel, which equipped with a low pressure Hg vapor lamp. In this study the effect of some parameters including pH, initial HA concentration, IO4- concentration and Fe (0) nanoparticles concentration were investigated. HA concentration was determined using Spectrophotometer at an absorbance wavelength of 254 nm.
Results: According to the results, pH 3, periodate concentration 125 mg/L and Fe (0) Nano particles 12.5 mg/L were determined as optimum conditions. Moreover, results indicated that in presence of UV coupled with Periodate removal efficiency of HA increased to 66.08%, and the increase of Fe (0) Nano particles can led to increase HA removal (73.3%).
Conclusion: Results show thatthe presence of UV letto increase in the activation of periodate, on the other hands, the presence of Fe (0) Nano particles led to further activation of periodate subsequently cause the increasing HA removal.
Keywords: Humic Acid, Periodate, Zero-Valent Iron Nanoparticles, Ultra-violent, water resources.
Correspond Author:
Abdol Motaleb Seid Mohammadi,,
Hamedan, Medical Sciences University of Hamedan, Department of Environmental Health Engineering
E-mail: apoormohammadi000@yahoo.com
- Mohora E, Rončević S, Dalmacija B, Agbaba J, Watson M, Karlović E, Dalmacija M. Removal of natural organic matter and arsenic from water by electrocoagulation/flotation continuous flow reactor. J Hazard Mater. 2012; 235– 6: 257–64.
- Von Gunten U. Ozonation of drinking water. Part II. Disinfection and by-product formation in presence of bromide, iodide and chlorine. Water Res. 2003; 37(7): 1469–87.
- Dabrowska A, Nawrocki J, Szelag-Wasielewska E. Appearance of aldehydes in the surface layer of lake waters. Environ Monit Assess. 2014; 186(7): 4569–80.
- Mazloomi S, Nabizadh R, Nasseri S, Naddafi K, Nazmara S, Mahvi AH.Efficiency of Domestic Reverse Osmosis in Removal of Trihalomethanes from Drinking Water. Iran J Environ Health Sci Eng. 2009; 6 (4):3016.
- Zhang X, Minear RA. Formation, adsorption and separation of high molecular weight disinfection byproducts resulting from chlorination of aquatic humic substances. Water Res. 2006; 40(2): 221-30.
- Rahmani AR, Mehr Ali Pour J, Shabanlo N, Zaheri F, Poureshgh Y, Shabanlo A. Performance Evaluation of Advanced Electrochemical Oxidation Process With the Using Persulfate in Degradation of Acid Blue 113 from Aqueous Solutions. J Sabzevar Univ Med Sci. 2014; 21(5): 797-807. [Persian]
- Kasprzyk-Hordern B, Ziolek M, Nawrocki J. Catalytic ozonation and methods of enhancing molecular ozone reactions in water treatment. Appl Catalysis–B: Environ. 2003; 46(4): 639-69.
- Raharinirina D, Ramanantsizehena G, Razafindramisa FL, Leitner NKV. Comparison of UV/H2O2 and UV/S2O82- processes for the decoloration of azo dyes Congo Red in various kinds of water. 2012; 114:1–9.
- Asgari G, Seidmohammadi AM, Chavoshani A. Pentachlorophenol removal from aqueous solutions by microwave/persulfate and microwave/H2O2: a comparative kinetic study. J Environ Health Sci Eng. 2014; 12: 94.
- Chia LH, Tang X, Weavers LK. Kinetics and mechanism of photoactivated periodate reaction with 4-chlorophenol in acidic solution. Environ Sci Technol. 2004; 38(24): 6875-80.
- Lee C, Yoon J. Application of photoactivated periodate to the decolorization of reactive dye: reaction parameters and mechanism. J Photochem Photobiol A: Chem, 2004; 165(1–3): 35-41.
- Seidmohammadi AM, Asgari G, Rajabizadeh A, Poormohammadi A, Ahmadian M. The Efficiency of Electrocoagulation Process Using Iron Electrode in Removal of Humic Acid from Water in the Presence of Chitosan as a Coagulant Aid. Journal of Health & Development. 2014; 3(3): 200-11. [persian]
- Tang X, Weavers LK. Using photoactivated periodate to decompose TOC from hydrolysates of chemical warfare agents. J Photoch Photobio A Chem. 2008; 194(2–3): 212-19.
- Vlessidis A, Evmiridis NP. Periodate oxidation and its contribution to instrumental methods of micro-analysis—A review. Analytica Chimica Acta. 2009; 652(1–2): 85-127.
- Wang Y, Hong C-s. Effect of hydrogen peroxide, periodate and persulfate on photocatalysis of 2-chlorobiphenyl in aqueous TiO2 suspensions. Water Res. 1999; 33(9): 2031-6.
- Klaning UK, Sehested K. Photolysis of periodate and periodic acid in aqueous solution. J Chem Soc, Faraday Trans 1: Physical Chemistry in Condensed Phases . 1978; 74: 2818-38.
- Oh SY, Kim HW, Park JM, Park HS, Yoon C. Oxidation of polyvinyl alcohol by persulfate activated with heat, Fe2+, and zero-valent iron. J Hazard Mater. 2009; 168(1): 346–51.
- Liang C, Lee IL, Hsu IY, Liang CP, Lin YL. Persulfate oxidation of trichloroethylene with and without iron activation in porous media. Chemosphere. 2008; 70(3): 426–35.