شکل ۴-۱۷- نمودار میله ای مطلوبیت ترکیبات تعریف شده در اهداف ۸۰
شکل ۴-۱۸- مقایسه نمودار بدست آمده از آزمایشها با مدل Adam-Bohart 82
شکل ۴-۱۹- مقایسه نمودار بدست آمده از آزمایشها با مدل توماس ۸۳
شکل پ-۱- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۹۵/۲۵ سانتی متر، دبی ۷۵/۱۵ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۷۶ میلی گرم بر لیتر ۹۵
شکل پ-۲- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۹۵/۲۵ سانتی متر، دبی ۷۲/۱۰ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲/۳۴ میلی گرم بر لیتر ۹۵
شکل پ-۳- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۰۵/۱۴ سانتی متر، دبی ۷۸/۱۵ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲/۳۴ میلی گرم بر لیتر ۹۶
عنوان و شماره صفحه
شکل پ-۴- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۰۵/۱۴ سانتی متر، دبی ۷۲/۱۰ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲/۳۴ میلی گرم بر لیتر ۹۶
شکل پ-۵- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۹۵/۲۵ سانتی متر، دبی ۷۸/۱۵ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲/۳۴ میلی گرم بر لیتر ۹۷
شکل پ-۶- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۰۵/۱۴ سانتی متر، دبی ۷۲/۱۰میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۸/۷۵ میلی گرم بر لیتر ۹۷
شکل پ-۷- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۹۵/۲۵ سانتی متر، دبی ۷۲/۱۰میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۸/۷۵ میلی گرم بر لیتر ۹۸
شکل پ-۸- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۰۵/۱۴ سانتی متر، دبی ۷۸/۱۵میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۸/۷۵ میلی گرم بر لیتر ۹۸
شکل پ-۹- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی ۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۹۰ میلی گرم بر لیتر ۹۹
شکل پ-۱۰- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی ۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲۰ میلی گرم بر لیتر ۹۹
شکل پ-۱۱- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۵/۱۷میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۰
شکل پ-۱۲- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۱۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۰
شکل پ-۱۳- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۹میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۱
شکل پ- ۱۴- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۱
شکل پ-۱۵- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۲
عنوان و شماره صفحه
شکل پ-۱۶- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۲
شکل پ-۱۷- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۳
شکل پ-۱۸- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۳
شکل پ-۱۹- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۴
شکل پ-۲۰- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات ارتفاع جاذب و غلظت نیکل ورودی بر بازدهی جذب ۱۰۵
شکل پ-۲۱- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات دبی ورودی و غلظت نیکل ورودی بر بازدهی جذب ۱۰۶
شکل پ-۲۲- – نمودار اثر توامان ارتفاع جاذب و غلظت اولیه نیکل بر راندمان جذب ۱۰۷
شکل پ- ۲۳- نمودار اثر توامان غلظت اولیه نیکل و دبی بر راندمان جذب ۱۰۸
شکل پ-۲۴- نمودار سه بعدی اثر توامان غلظت اولیه نیکل و ارتفاع جاذب بر راندمان جذب ۱۰۹
شکل پ-۲۵- نمودار سه بعدی اثر توامان غلظت اولیه نیکل و دبی بر راندمان جذب ۱۱۰
فصل اول
مقدمه
۱-۱- کلیات
امروزه فعالیت های بشری موجب آلودگی هر چه بیشتر محیط زیست شده است. از این میان فعالیت های صنعتی بخش وسیعی از این آلودگی ها را ایجاد می کنند به طوری که فلزات سنگین حاصل از پساب این صنایع در محیط تجمع می یابد. این در حالی است که این فلزات قابل تجزیه زیستی نبوده و با ورود به چرخه غذایی در بدن موجودات زنده تجمع می یابند و بیماری های خطرناکی را ایجاد می کنند (Ozer, 2007).
روش های متعددی برای پاکسازی فلزات سنگین از محیط به کار گرفته شده است که از آن میان می توان به موارد زیر اشاره کرد:
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

• • اسمز معکوس: در این روش از غشاهای جدا کننده ای استفاده می شود که مولکولهای آب را از خود عبور می دهند اما مولکولهای مواد حل شده توانایی عبور از این غشا را ندارند. در این روش آب خالص از قسمت رقیق با فشار اسمزی به قسمت غلیظ وارد می شود و این روند ادامه می یابد تا پتانسیل شیمیایی دو طرف برابر گردد. این فرایند را اسمز می نامند. بنابراین در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا با اختلاف فشار اسمزی برابر است (مظفریان و همکاران، ۱۳۸۵).

• • روش ترسیب: در این روش دامنه گسترده ای از فلزات سنگین حذف می شوند و آنیونها که نقش رسوب دهنده های ویژه را دارند و از آنها در ترسیب استفاده می شود قابل دستیابی می باشند. این روش نسبت به سایر روشها ارزانتر است و احداث واحدهای جدید آن به هزینه گزافی احتیاج ندارد (خسروی، ۱۳۸۶).

• • روش تبادل یونی: در این روش کاتیونهای غیر سمی جایگزین کاتیومهای فلز سنگین در محلول می شوند. در این صورت از رزین هایی استفاده می شود که به میزان ظرفیت فعال خود می تواند کاتیونها و آنیونها را دریافت کرده و عمل تبادل یونی را انجام دهد. برای حذف فلزات سنگین باید از رزین های کاتیونی با پوشش پروتونی و یا یک فلز دیگر به عنوان عامل تعویض شونده استفاده کرد (خسروی، ۱۳۸۶).

در این روش می توان در صورت استفاده از حجم بالای رزین، فلزات سنگین را تا حد ppb تصفیه کرد. همچنین این روش به نسبت ارزان است و تجهیزات آن در دسترس می باشد (زیودار، ۱۳۸۳).

• • روش الکترودیالیز: این روش معمولترین روش تصفیه الکتروشیمیایی است که در آن از یک سل الکتروشیمیایی برای احیاء فلزات به حالت اکسیداسیون صفر استفاده می شود. یک سل ساده شامل دو الکترود مثبت ( آند) و منفی (کاتد) است که با بهره گرفتن از یک منبع برق خارجی مانند باتری، پتانسیل ثابتی به الکترودها اعمال می شود و به دلیل وجود جاذبه الکتروستاتیک بین بارهای غیر همنام، یونهای موجود در محلول جذب الکترودها می شوند. معمولا سل های متوالی به این صورت ایجاد می شوند که تیغه های آند و کاتد به صورت یک در میان قرار می گیرند و به اینترتیبیونهای فلزات سنگین با بار مثبت به سمت کاتد حرکت کرده و در آنجا به حالت عدد اکسیداسیون صفر احیا می شوند. در صورت وجود آنیون در آب، آنیون جذب آند می شود.

در صورت استفاده از سل های الکتروشیمیایی می توان یک فلز را به صورت انتخابی حذف کرد و فلز جذب شده غالبا قابل بازیافت است. همچنین با این روش به غلظت هایی در حدppm 1 و یا حتی کمتر رسید (زیودار، ۱۳۸۳).

• • روش جذب سطحی: جذب عبارتی است که به تجمع یک ماده در فصل مشترک بین دو فاز مختلف مثل جامد و مایعیا جامد و گاز اطلاق می شود. ماده ای که در فصل مشترک تجمع مییابد را ماده جذب شونده و جامدی که فرایند جذب بر روی آن صورت می گیرد را ماده جاذب می نامند (Bhatnagar & Sillanpaa, 2010). این روش کاربردی آسان و موثر دارد که در آن امکان حذف مواد آلی و معدنی حتی در غلظت های پایین وجود دارد. همچنین می توان از آن در موقعیت های مختلف بدون نیاز به تجهیزات پیچیده در صورتی استفاده کرد که نه تنها لجن تولید نمی شود بلکه امکان احیاء ماده جاذب و استفاده مجدد از آن وجود دارد و در صورت استفاده از جاذب های طبیعی هزینه کمی خواهد داشت (Hu et al., 2009؛ Zhao et al., 2009؛ Wang et al., 2007؛ Yang et al., 2009؛ Ozer, 2007؛ Gao et al., 2009؛ Zhu et al., 2009؛ Rao et al., 2007؛ Li et al., 2003؛ Li et al., 2005؛ Wang et al., 2007؛ Kikuchi et al., 2005؛ Lu et al., 2008؛ Ranjan et al., 2009؛ Kandah and Meunier., 2007؛ Li et al., 2007).

یکی از فلزات سنگین که نگرانی های بسیاری در مورد آثار مخرب آن وجود دارد نیکل است. از نمکهای نیکل معمولا در ریخته گری، پالایش نقره، صنایع باطری سازی، آبکاری الکتریکی، چاپ و ساخت بعضی از آلیاژها استفاده می شود. از مشکلاتی که این فلز ایجاد می کند می توان به تورم پوست و ایجاد حساسیت اشاره کرد. همچنین در صورتی که غلظت نیکل بالا باشد، موجب سرطان ریه، استخوان، حالت تهوع و استفراغ، تنگی نفس، بالا رفتن ضربان قلب، سر درد و سر گیجه و … می شود (سعادت، ۱۳۹۱؛ Kandah & Meunier, 2007؛ Lu et al., 2008).
بر طبق آخرین استاندارد منتشر شده از طرف سازمان محیط زیست ایران ماکزیمم مقدار مجاز غلظت فلز نیکل در خروجی پساب ها ۲ میلی گرم در لیتر می باشد (سازمان حفاظت محیط زیست، ۱۳۸۳). همچنین سازمان بهداشت جهانی ماکزیمم غلظت مجاز این فلز را در آب آشامیدنی کمتر از ۱/۰ میلی گرم در لیتر اعلام کرده است (Kandah & Meunier, 2007).
۲-۱- ضرورت انجام تحقیق
پساب بعضی صنایع مانند باتری سازی، ریخته گری و چاپ دارای غلظت های زیادی از فلز نیکل می باشند. با ورود این پساب به آبهای سطحی و یا زیرزمینی این آبها آلوده شده و موجب بروز مشکلات جدی برای محیط زیست و انسان می گردد. همان طور که در قسمت قبل بیان شد، روش های متعددی برای حذف فلزات سنگین وجود دارد. اما درمیان این روشها، در روش اسمز معکوس فشار اسمزی به قسمت غلیظ وارد می شود و آب خالص از قسمت غلیظ به طرف رقیق وارد می شود و یونها توانایی عبور از غشا را ندارند. همچنین در روش ترسیب، بازدهی عملیات ترسیب به دلیل وجود اسید و نمکهای آنیونی تحت تاثیر قرار می گیرد. همچنین برای انجام عمل تصفیه باید مواد شیمیایی به آب یا فاضلاب اضافه گردد. در روش تبادل یونی، رزین ها ممکن است توسط مواد آلی موجود در آب و یا جامدات دیگر آلوده شوند. همچنین محلول های خیلی غلیظ را نمی توان به این روش تصفیه کرد. در روش الکترودیالیز، هزینه عملیاتی سلهای الکتروشیمیایی بسیار بالا است و نیاز به کنترل دائمی دارد.
جذب سطحی به دو صورت فیزیکی و شیمیایی رخ می دهد. جذب فیزیکی که به دلیل وجود نیروهای جاذبه واندروالسی بین مولکولهای ماده آلاینده و سطح جاذب اتفاق می افتد، از متداولترین انواع جاذب بوده و دارای خاصیت برگشت پذیری است. جذب شیمیایی در نتیجه یک واکنش شیمیایی بین ماده آلاینده و سطح جاذب رخ می دهد و دارای سرعت پایینی بوده و برخلاف جذب فیزیکی غیر قابل برگشت است. احتمال رخ دادن این نوع جذب در جاذب ها کم است (Raynolds & Richards, 1996). تا کنون کاربرد جاذب های گوناگونی برای حذف یونهای فلزی مورد مطالعه قرار گرفته که از آن جمله می توان به کربن فعال، خاک اره، پوسته برنج، پوست گردو و نانو ذرات کربنی اشاره کرد (سعادت، ۱۳۹۱). این روش یکی از فرایندهای رایج در حذف فلزات سنگین است که ماده جاذب مهمترین بخش در این فرایند است. عملا در استفاده از جاذب های متداول مشکلاتی از قبیل محدودیت در ظرفیت جذب و احیا سازی و سرعت جذب پایین وجود دارد. در سالهای اخیر توجه محققان به سمت استفاده از ضایعات گیاهان و محصولات کشاورزی به عنوان ماده جاذب معطوف شده است چرا که مواد طبیعی راه حلی اقتصادی برای حذف فلزات سنگین و فرایند جذب سطحی می باشند. جذب فلزات به وسیله این مواد توسط پروتئین ها، کربوهیدرات ها و ترکیبات فنلی آنها انجام می شود. این ترکیبات دارای سولفات، هیدروکسیل، گروه های آمینو، فسفات و کربوکسیل هستند که توانایی ترکیب با یونهای فلزی را دارند.
با توجه به مطالب فوق باید روشی وجود داشته باشد تا علاوه بر توانایی در حذف فلز سنگین، به راحتی قابل استفاده بوده، ارزان قیمت باشد و فاضلاب را به مواد آلی آلوده نکند. بنابراین در این تحقیق روش جذب سطحی به کمک جاذب های طبیعی به عنوان روشی کارآمد و ارزان در حذف فلزات سنگین معرفی می شود. همچنین در اکثر تحقیقات انجام شده روش جذب سطحی به صورت ناپیوسته مورد تحقیق بوده است در حالی که در این پژوهش از سیستم ستون برای حذف فلز نیکل استفاده شده و روشی عملی تر مورد بررسی قرار گرفته است.