بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی تصفیه آب زیرزمینی آلوده به مواد نفتی با کمک جاذبهای gac، pac، peat و مواد سلولزی طبیعی (خاک اره)

آلودگی آب به خصوص آبهای زیرزمینی با مواد نفتی امروزه یکی از مشکلات زیست محیطی جدی در ایران می باشد. نشت بنزین از مخازن ذخیره قدیمی، مخازن پمپ بنزینها و بخصوص پالایشگاهها یکی از دلایل مهم این آلودگی در کشور ما است. با توجه به سمی بودن بسیاری از این ترکیبات برای انسان، حذف این آلاینده ها از آب یک ضرورت است. در این تحقیق حذف ترکیبات نفتی (بنزین) توسط چهار جاذب، خاک اره (خاک اره گردو، چنار، راش و نراد)، کربن فعال دانه ای و پودری و peat به دو صورت batch و پیوسته در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت. آب آلوده به مواد نفتی نیز به صورت مصنوعی در آزمایشگاه با افزودن 5/2 درصد حجمی بنزین به آب مقطر تهیه گردید. نتایج بررسی ها در آزمایش ها به صورت batch نشان داد که ظرفیت جذب جاذبهای مورد بررسی تابع پارامترهایی همانندغلظت اولیه مواد نفتی در محلول، ph، دما و غلظت پراکسید هیدروژن می باشد. ماکزیمم ظرفیت جذب ترکیبات بنزین توسط جاذب ها در 8=ph بوده و میزان جذب ترکیبات نفتی توسط جاذبها با افزایش دما و غلظت پراکسید هیدروژن در سیستم کاهش می یابد. به این ترتیب ماکزیمم مقدار جذب مواد نفتی بدست آمده در 8ph= و ?c10=t به مقدارmg cod/gr adsorbent 03/84، 09/129، 19/134 و 98/76 به ترتیب برای خاک اره گردو، gac، pac و peat بدست آمد. از طرف دیگر با افزایش غلظت اولیه مواد نفتی از 5/0 تا 5/2 درصد حجمی بنزین در آب، شاهد افزایش ظرفیت جذب به میزان ماکزیمم 51/74% بودیم. نتایج بررسی های تاثیر پیش تصفیه جاذبها با استفاده از پراکسید هیدروژن، سود، اسید کلریدریک و جوشاندن آنها بیانگر این موضوع است که خاک اره گردو و peat در شرایط استفاده از روش پیش تصفیه با سود، به ترتیب به میزان 38/5% و 29/7% افزایش ظرفیت جذب داشته و میزان نشت(leachate) cod از خاک اره گردو و peat به ترتیب به میزان 25/59% و 34/42%کاهش یافته است. در شرایط استفاده از پراکسید هیدروژن نیز برای کلیه جاذب ها مقدار ظرفیت جذب با افزایش غلظت پراکسید هیدروژن در پیش تصفیه افزایش یافت (افزایش به میزان 86/5%، 74/36%، 95/34% و 3/8% به ترتیب برای خاک اره گردو، gac، pac و peat). ولی استفاده از اسید در مورد خاک اره و peat و استفاده از اسید و سود در مورد کربن های فعال، کاهش ظرفیت جذب را به همراه داشت که می تواند به علت فروپاشی گروه های کربوکسیل و قرار گیری یونهای h+ و oh- در مکان های جذب باشد. به طور کلی در تمام مراحل آزمایشگاهی ظرفیت جذب کربن فعال بین 29/1 تا 02/2 برابر بالاتر از جاذب های طبیعی بود. داده های آزمایشگاهی بدست آمده در این مطالعه با سه مدل خطی، فروندلیچ و لانگمویر برازش داده شدند و ضرایب همبستگی بدست آمده حکایت از مناسب بودن مدل فروندلیچ می کند. همچنین با استفاده از آنالیز رگرسیون مدل هایی برای توصیف بهتر تغییرات میزان جذب در حالت تعادل با لحاظ تاثیرات ph و دمای محلول ارائه گردید. بطورکلی مدل های پیشنهادی دارای ضرایب همبستگی بالاتری نسبت به مدل فروندلیچ بوده و با استفاده از این مدل ها متوسط میزان درصد بهبود ضریب همبستگی نسبت به مدل فروندلیچ برای خاک اره گردو، gac، pac و peat به ترتیب برابر با 06/2%، 58/1%، 39/1% و 60/1% بود. در شرایط پیوسته داده های آزمایشگاهی بدست آمده از آزمایش ستون توسط دو روش موازنه جرمی برای حالت fixed bed و ترکیب روش شبکه عصبی با الگوریتم ژنتیک مدل سازی گردید. در مدل بدست آمده از روش موازنه جرمی برای جاذب های گوناگون مقادیر ضریب انتقال جرم حجمی کل به تفکیک محاسبه شد و مشخص گردید که مدل بدست آمده دارای توافق با داده های آزمایشگاهی است. در مدل بدست آمده از ترکیب روش شبکه عصبی با الگوریتم ژنتیک از شبکه پرسپترون چند لایه با 4 نرون در لایه ورودی، یک لایه میانی با 3 نرون و یک نرون در لایه خروجی استفاده گردید. الگوریتم ژنتیک نیز برای بهینه سازی مقادیر step size و ممنتم بکار گرفته شد که نتایج این مدل برای کلیه جاذبها دارای همبستگی بسیار بالا با داده های آزمایشگاهی بود.