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

به‌منظور دسترسی به منابع آب شرب با کیفیت استاندارد، لزوم استفاده از تکنولوژی‌های نوین تصفیه آب که علاوه بر کارایی بالا و هزینه کم، کمترین تأثیرات جانبی را بر محیط زیست داشته باشند، بیش از پیش احساس می‌شود. ذرات آهن با ظرفیت صفر به‌منظور حذف طیف وسیعی از آلاینده‌های آب مورد استفاده قرار گرفته‌اند. کربن فعال نیز به‌عنوان ماده متخلخلی که قادر است گونه‌های مختلفی از آلاینده‌ها با اندازه‌های مختلف (مانند مواد آلی و کلراین) را با هزینه کم به‌صورت جذب سطحی از آب حذف نماید و بو و کدورت آب را بهبود دهد، در سیستم‌های تصفیه آب خانگی و تجاری بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پژوهش، با توجه به قابلیت‌ ذرات آهن با ظرفیت صفر (در مقیاس میکرو و نانو) و همچنین کربن فعال در حذف آلاینده‌ها و بهبود کیفیت آب شرب، این مواد واکنشگر به‌صورت 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 =1میلی‌متر در حذف مواد آلاینده از آب شرب مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور، پنج ستون آزمایش (طول 50 سانتی‌متر و قطر داخلی 2 سانتی‌متر) از این مواد واکنشگر به‌صورت مجزا و یا ترکیبی (با درصدهای وزنی مختلف) تهیه و جریان پیوسته از آب شرب مرکز تهران با نرخ ثابت 4/4 میلی‌لیتر در دقیقه به‌مدت 28 روز (در مجموع 177 لیتر) به درون هر یک از ستون‌ها تزریق شد. تغییرات غلظت یون‌های کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، نیترات و آهن محلول کل و همچنین مقدار EC و pH در جریان ورودی و خروجی از هر یک از ستون‌های محتوی مواد واکنشگر طی سه دوره نمونه‌برداری در پایان روزهای اول، هفتم و 28 (در مجموع تعداد 18 نمونه آب) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. هم‌زمان با نمونه‌گیری از آب، تغییرات فشار آب منفذی در طرفین ستون‌های آزمایش نیز با هدف تغییرات آبگذری محیط واکنشگر اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که ستون‌های محتوی نانوذرات آهن کارایی بیشتری در کاهش غلظت یون‌های مورد بررسی در مقایسه با میکرو ذرات آهن و کربن فعال دارد. اما کاهش آبگذری و واکنش‌پذیری، رهایش آهن و افزایش قلیائیت آب خروجی از جمله چالش‌های توأم با ستون‌های واکنش محتوی نانوذرات آهن است. نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده ترکیبی از جاذب‌های کربن فعال و ذرات آهن (به‌ویژه در مقیاس میکرو) در سیستم‌های تصفیه آب خانگی می‌تواند به‌صورت بالقوه مبنای طراحی نسل آینده این نوع سیستم‌ها باشد که علاوه بر کارایی در حذف آلاینده‌ها، تأثیرات جانبی کمتر و طول عمر بیشتری دارند.