SUPERVISOR
Norolah Mirghafari,Behzad Rezaei
نوراله میرغفاری (استاد راهنما) بهزاد رضائی (استاد راهنما)
STUDENT
Roghayeh Rezaei
رقیه رضائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Use of Compost as a Biosorbent for Heavy Metals Adsorption and Treatment of Municipal Solid Waste Leachate
Leachates contain large amounts of organic matter and compounds such as ammonia-nitrogen, heavy metals, chlorinated organic and inorganic salts. Not treatment leachate migration from the landfill to surface and groundwater could be a potential source of contaminations.Various treatment leachate method include biological treatment (aerobic and anaerobic processes) and physical and chemical treatment (chemical oxidation, adsorption, chemical precipitation, coagulation/?occulation, sedimentation/?otation and air stripping) have been used to treat land?ll leachate. Moreover heavy metals are one of the most important and dangerous environmental pollutants because of accumulating in aquatic ecosystem and high toxicity characteristics. In recent years, adsorption process has taken more attention at heavy metals and pollutants treatment due to high efficiency and approximately low cost. At this among, low cost adsorbents can be considered as one of the widely-used process for the removal of heavy metals from the wastewater due to its simplicity of design, easy availability, versatility, selectivity, environmentally friendly method and high removal efficiency. The objective of this study was the adsorption of copper and chromium heavy metals and reduction of organic matter of leachate using production adsorbents from compost to form raw and treatment (300°C and 600°C). The adsorption experiments was designed using batch and column techniques, and the parameters affecting the sorption including equilibrium time, pH, initial heavy metals concentration, adsorbent amount and its particle size were investigated. Some physical, chemical and morphological properties of adsorbents were determined by thermal gravimetric analysis, fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, elemental analysis and experimental analysis. Adsorption kinetics studies showed that the adsorption of copper and chromium heavy metals by raw and treatment compost is rapid, as to reach equilibrium for copper adsorption was found to be 30 and 15 min for raw and 300TC sorbents, and 600TC sorbent, respectively and for chromium adsorption was 60 min. the pseudo- first order and pseudo- second order kinetic data for heavy metals sorption by three adsorbents shown that pseudo- second order model were precisely fitted. There was not significant difference (?=5%) in the percentage of copper removal with an increase of pH from 2.0 to 6.0. The optimum pH for chromium sorption by adsorbents was 3/0. The isotherms adsorption indicated that the adsorption by raw and treatment compost could be well described by Langmuir and Redlich–Peterson models for copper and Freundlich and Redlich–Peterson models for chromium adsorption. Maximum capacity of copper and chromium adsorption using adsorbents were forecast 50 and 13 mg/g by Langmuir, respectively. The percentage of copper removal increased with the increment of the sorbent amount and decrease of particle size. Copper desorption by hydrochloric acid and nitric acid were equal for 600 °C treatment compost, and to survey of adsorbents efficiency at copper adsorption at column techniques after asid transit from it, 5M nitric acid concentration were chose. The result of this stage shown that column has 70% efficiency of copper adsorption. The initial results of removal organic matter from leachate shown that adsorbents have efficiency of COD adsorption (%30). Also to survey the optimum adsorbent amount for reduction of COD from leachate by 600°C treatment compost shown that with the increment of the sorbent amount t the percentage of COD removal increased. Therefore achieved to more reduction of leachate COD to be need to more adsorbent amount that is conceivable as regards it easy availability and low cost. Moreover organic matter adsorption from wastewater shown that removal percent with raw and 600°C treatment compost from %41.2 to %58.8 were increased with to be low initial COD concentration. Key words Compost, heavy metals, Leachate, Adsorption, Thermal treatment, Kinetic, Isotherm.
شیرابه زباله های شهری حاوی مقادیر زیادی مواد آلی و ترکیباتی مانند نیتروژن آمونیاکی، فلزات سنگین، مواد آلی کلردار و نمک های معدنی می باشند. نفوذ شیرابه های تصفیه نشده به آب های زیرزمینی یا آب های سطحی، باعث آلودگی منابع آب می شود. روش های مختلف تصفیه شیرابه شامل تصفیه بیولوژیکی (فرایندهای هوازی و بی هوازی) و تصفیه فیزیکی- شیمیایی (اکسیداسیون شیمیایی، جذب سطحی، ترسیب شیمیایی، انعقاد، شناورسازی- لخته سازی و هوازدایی) به منظور کاهش بار آلودگی شیرابه بکار برده می شوند. از طرفی امروزه فلزات سنگین نیز به دلیل خاصیت تجمع پذیری در اکوسیستم های آبی و سمیت بالا، یکی از مهمترین و خطرناک ترین آلاینده های زیست محیطی محسوب می گردند. در سال های اخیر، فرآیند جذب سطحی به علت بازدهی بالا و هزینه نسبتا کم توجه زیادی را در زمینه تصفیه فلزات سنگین و آلاینده ها به خود معطوف کرده است. در این میان جاذب های ارزان قیمت بدلیل سادگی تکنیک استفاده، عدم نیاز به فرآیندهای فراوری و اصلاح پیچیده، انتخابی عمل کردن، دوستدار محیط زیست بودن و کارائی جذب سطحی بالا جهت جذب آلاینده ها بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف این مطالعه، جذب فلزات سنگین مس و کروم و کاهش بار آلی شیرابه با استفاده از جاذب تهیه شده از کمپوست زبالههای شهری بصورت خام و تیمار شده در °C300 و °C600 بود. آزمایشات جذب به دو روش ناپیوسته و ستونی طراحی شد و پارامترهای موثر بر میزان جذب از جمله زمان تعادل، pH، غلظت اولیه فلزات، مقدار جاذب و دانه بندی آن مورد بررسی قرار گرفت. برخی خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مورفولوژی جاذب ها به کمک روش های آنالیز ترموگراویمتری، طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز عنصری و آنالیزهای آزمایشگاهی تعیین شدند. مطالعات سینتیک جذب نشان دهنده سرعت زیاد فرآیند جذب بود بطوریکه زمان تعادل در جذب فلز مس بعد از زمان های 30 و 15 دقیقه به ترتیب برای جاذب های خام و TC 300؛ و جاذب TC600 اتفاق افتاد. در رابطه با فلز کروم نیز زمان تعادل در 60 دقیقه صورت گرفت. برازش دادهها با مدل های سینتیکی شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم نشان داد که مدل شبه مرتبه دوم برای هر دو فلز در هر سه جاذب برازش بهتری را داشت. با افزایش pH از 2 تا 6، درصد جذب مس در سطح احتمال 5% هیچ تفاوت معنی داری نداشت. در جذب کروم بررسی اثر pH محلول نشان داد که pH بهینه برای جذب این فلز 3=pH می باشد. هم دماهای جذب سطحی برازش شده نشان دادند که جذب به وسیله هر سه جاذب در مس با مدل لانگمویر و ردلیچ- پترسون و کروم با مدل های فروندلیچ و ردلیچ- پترسون تطابق بیشتری دارد. حداکثر جذب 50 و 13 میلی گرم در گرم به ترتیب برای فلزات مس و کروم از معادله لانگمویر پیش بینی شد. با افزایش مقدار جاذب خام وکاهش دانه بندی آن نیز درصد جذب مس افزایش یافت. حداکثر درصد جذب فلزات مس و کروم به ترتیب 100 و 99 درصد برای کمپوست تیمار شده در °C600 بدست آمد. واجذب مس توسط اسید کلریدریک و اسید نیتریک یکسان بود و غلظت 5/0 مولار اسید نیتریک به منظور بررسی کارایی جاذب پس از عبور اسید در جذب مس در طی دو چرخه عبور محلول مس انتخاب گردید. نتایج این مرحله از آزمایشات نشان داد که ستون تقریبا 70 درصد کارایی جذب یون های مس را دارد. نتایج اولیه حذف بار آلی شیرابه نشان داد که جاذب ها کارایی جذب بار آلی (30%) را دارند. بررسی مقدار جاذب بهینه برای کاهش COD از شیرابه توسط کمپوست تیمار شده در °C600 نیز نشان داد که با افزایش مقدار جاذب، درصد جذب افزایش یافت. دستیابی به راندمان بیشتر کاهش COD شیرابه توسط این جاذب با افزایش مقدار جاذب ممکن به نظر میرسد که با توجه به ارزان قیمت بودن و دسترسی آسان آن، این امر قابل توجیه میباشد. از طرف دیگر، جذب COD از پساب شهری توسط جاذب خام و تیمار شده نیز نشان داد که با پایین بودن غلظت COD اولیه، درصد حذف با کمپوست خام و تیمار شده در°C600 به ترتیب به 2/41 و8/58 درصد افزایش یافت. کلمات کلیدی: کمپوست، فلزات سنگین، شیرابه، جذب سطحی، تیمار حرارتی، سینتیک جذب، هم دمای جذب