حذف آرسنیک از آب آشامیدنی با استفاده از آلومینای فعال اصلاح شده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکده بهداشت و تغذیه، دانشگاه علوم پزشکی تبریز

2 استاد دانشکده بهداشت و انستیتو تحقیقات بهداشتی و علوم پزشکی دانشگاه تهران

چکیده

مصرف آب آشامیدنی حاوی آرسنیک قادر است در دراز مدت باعث بروز انواع ضایعات پوستی، فشار خون بالا، سرطان پوست و نهایتاً سرطانهای داخلی گردد. نظر به آلوده بودن آبهای مصرفی به آرسنیک در تعدادی از روستاهای کشور از جمله در استان کردستان، در تحقیق حاضر کارآیی یک نوع آلومینای فعال اصلاح شده با ترکیبات آهنی محصول شرکت آلکان کانادا به اسم  AAFS-50، با هدف توسعه فناوری ساده تصفیة خانگی آب در مناطق روستایی مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایشهای تعادلی در حالت منقطع با استفاده از بهمزن انجام گرفت و آرسنیک با روش SDDC آنالیز شد. در مدت انجام تحقیق، تأثیر غلظت اولیه آرسنیک، دُز جاذب، حالت اکسیداسیون آرسنیک و pHبر عمل جذب بررسی شد. نتایج حاصله نشان داد که ضریب همبستگی مدل‌های فروندلیچ و لانگمیر به ترتیب برابر 0/964 و 0/991 برای As(V) و 0/97 و 0/978 برای As(III) است که مشخص می‌کند جذب آرسنیک بر روی آلومینای فعال اصلاح شده بالاترین همخوانی را با مدل لانگمیر دارد. با دو برابر شدن دز جاذب، راندمان حذف As(V) در زمانهای 0/5 ، 1 و 2 ساعت به ترتیب از 44/8 به 72درصد ، از 69/6 به 90/8درصد و از 92/4 به 98 درصد افزایش یافت. آزمایش با غلظتهای مختلف آرسنیک نشان داد که عمل جذب این ماده توسط آلومینای فعال به نوعی، از واکنش درجه یک پیروی نموده و نرخ واکنش وابسته به غلظت اولیه است. برای غلظت اولیة 0/250 میلی‌گرم بر لیتر با چهار برابر شدن زمان از 15 دقیقه به 60 دقیقه، راندمان حذف با ضریب  1/54 برابر افزایش یافته و به 94 درصد رسید. در مدت دو ساعت مقدار حذف As(V) و As(III) به ترتیب به 96 درصد و 16درصد  بالغ شد که با استفاده از کلر به میزان 1/5 میلی‌گرم بر لیتر راندمان حذف As(III) به 94 درصد افزایش یافت. از نظر تأثیر pH مشاهده شد که مقدار جذب آرسنیت با افزایش pH تا 8، افزایش یافته و سپس با افزایش بیشتر pH کاهش می‌یابد به گونه‌ای که مقدار جذب، در pH برابر 14 تقریباً برابر 2 است. بیشترین مقدار جذب برای As(V) در pH بین 6 تا 8 مشاهده شد. اعداد به دست آمده نشان می‌دهد که در صورت استفاده از آلومینای فعال حاضر نیازی به تنظیم pH آب ورودی و کاهش آن وجود ندارد و آلومینای فعال استفاده شده می‌تواند به عنوان یک جاذب مطمئن در حذف آرسنیک از آب آشامیدنی در سیستم‌های ساده تصفیه خانگی و در قالب ستونهای جذب به کار رود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Removal of Arsenic from Drinking Water Using Modified Activated Alumina

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mosaferi 1
  • Ali Reza Mesdaghinia 2
1 Assist. Prof. Faculty of Public Health, Tabriz University of Medical Sciences
2 Prof. Faculty of Public Health Tehran University of Medical Sciences
چکیده [English]

Considering contamination of drinking water to arsenic in some villages ofIran. In order to develop a simple method for household water treatment in rural areas, efficiency of  modified activated alumina with iron compounds- a product of Alcan Company with trade name of AAFS-50- was studied Equilibrium batch experiments were carried out using shaker incubator and arsenic was analyzed with SDDC method. Effects of initial concentration of arsenic, adsorbent dose, oxidation state of arsenic, pH and oxidation with chlorine on adsorption were studied. Correlation coefficient of Freundlich and Laungmuier  isotherms  for As(V) and As(III) were 0.964 , 0.991 and 0.970, 0.978 respectively . These results show that adsorption of arsenic on modified activated alumina is compatible with both models specially Laungmuier models. Removal efficiency of As(V) at 0.5 ,1 and 2 hr increased with doubling the adsorbent dose from 44.8 to 72%, 69.6 to 90.8 and 92.4 to 98% ; respectively. Experiments using different concentrations of arsenic showed that adsorption of arsenic on activated alumina are a first order reaction that is, rate of reaction is dependent on intial; concentration of arsenic. Removal efficiency for concentration of 0.250 mg/L of arsenic, with increasing of reaction time from 15 min to 60 min, increased 1.54 times and reached from 61% to 94%. During 2hrs, removal of As(V) and As(III) were 96% and 16% respectively. Using 1.5 mg/L Chlorine as oxidant agent, removal of As(III) was increased to 94%. In the case of pH effect, rate of adsorption increased for arsenite, with increasing of pH to 8 and decreased with more increasing, so that adsorption at pH 14 was equal to pH 2. For arsenate, the most adsorption was observed at pH between 6 to 8 . These results show that by using the studied activated alumina, there will not be need for adjustment of pH and the activated alumina used in this study could have application as a safe adsorbent for removal of arsenic from drinking water in simple household treatment systems in form of adsorptive column.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ARSENIC
  • Removal
  • Activated Alumina
  • Drinking Water
  • Freundlich Model
  • Laagmuier Mode
1- Naqvi, S.M. (1994). Toxicity and metabolism of arsenic in vertebrates, Chapter 4: Arsenic in the Environment , part II: Human Health and Ecosystem Effects, Edited  by Jerome O. Nriagu ,John Wiley & Sons , INC,New York.

2- World Health Organization (1996). Guidelines for drinking water quality,"2nd Ed., Vol.2 , 156-167.

3- Lewis, D.R., Southwick, J.W., Ouellet-Hellstrom, R., Rench, J., and Calderon, R.L. (2000). “Drinking Water in Utah: A Cohort Mortality Study.” J. Environmental Health Prospectives, 107(5),359-365.

4- Smith, A.H., Hopenhayn-Rich, C., Bates, M.N.,Goeden, H.M., Hertz-Picciotto, I., Dugga, H.M., Woo, R., Kosett, M.J., and Smith, M.T. (1992). “Cancer Risks from Arsenic in Drinking Water.” J. Environmental Health Prospectives, 97, 259-267.

5- Manda, B.K., Suzuki, K.T. (2002). “Arsenic Round the World: A Review.” J. Talanta, 58, 201–235.

6- Rahman, M., Tondel, M., Ahmad, S.A., and Axelson, O. (1998). “Diabetes Mellitus Associated with Arsenic Exposure in Bangladesh.” J. American Journal of Epidemiology, 48(2),198-203.

7- World Health Organization. (1999). Arsenic in drinking water, Fact sheet No. 210, <www.who.int/inf-fslen/fact210.htm> (Jun. 15, 2001).

8- U.S.Environment Protection Agency. (1998). Research plan for arsenic in drinking water, EPA/600/R-98/042.

9- Abernathy, C. (2001). Exposure and health effects, Office of Water , Office of Science and Technology , Health and Ecological Criteria Division, USEPA, 1st Ed, Revised/Edited by Ann Morgan, Chapter 3 in: United Nations Synthesis Report on Arsenic in Drinking Water, Washington, D.C., USA,

 10- National Research Council. (2001). Arsenic in drinking water, 2001 update, National Academy Press, Washington, D.C.

11- مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی (1375). استاندارد ملی آب آشامیدنی، تهران.

12- Rubel, F.(2003). “Design Manual:Removal of Arsenic from Drinking Water by Adsorptive Media.” National Risk Management Research Laboratory, Office of Research and Development,U.S. Environmental Protection Agency, EPA/600/R-03/019.

13- Daus, B. , Wennrich, R. , and Weiss, H. (2004). “Sorption Materials for Arsenic Removal from Water: A Comparative Study.” J. Water Research, 38, 2948–2954.

14- DeMarco, M.J., SenGupta, A.K., and Greenleaf, J.E. (2003). “Arsenic Removal Using A Polymeric/Inorganic Hybrid Sorbent.” J. Water Research, 37, 164–176.

15- Shevade, S., and Ford, R.G. (2004). “Use of Synthetic Zeolites for Arsenate Removal from Pollutant Water.” J. Water Research, 38, 3197–3204.

16- Ning , R.Y. (2002). “Arsenic Removal by Reverse Osmosis.” J. Desalination, 143, 237-241.

17- Goswami, D., and Das, A.K. (2000). “Removal of Arsenic from Drinking Water Using Modified Fly-Ash Bed.”  J. Int. J. Water, 1(1), 61–70.

18- Ramaswami, A., Tawachsupa, S., and Isleyen, M. (2001). “Batch-Mixed Iron Treatment of High Arsenic Waters.”, J. Water Research,. 35, (18), 4474– 4479.

19- Kartinen, E.O., and  Martin, C.J. (1995). “An Overview of Arsenic Removal Processes.”
J. Desalination, 103,79-88.

20- U.S.Environment of Protection Agency. (1999). “Arsenic in drinking water: treatment technologies for arsenic decision tree, variances and exemptions.” Office of Groundwater & Drinking Water, <www.epa.gov/ogwdw/ars/trtmnt.html>. (Jun. 16, 2001).

21- American Water Works Association. (1999). Water quality and treatment, A Handbook of Community Water Supplies, 5th Ed.,McGraw-Hill,New York.

22- Omaba N.E. (2001). Handbook of public water system, Chapter 18: Ion Exchange and Activated Alumina Sorption, 578-613.

23- U.S.Environment of Protection Agency. (2000). Technologies and costs for removal of arsenic from drinking water, Office of Water.

24- World Health Organization. (2001). Arsenic and arsenic compounds, Environmental Health Criteria 224, 2nd Ed.,Geneva.

25- Smedley, P.L., and Kinniburgh, D.G.(2001). Source and behavior of arsenic in natural waters, Chapter 1 in: United Nations Synthesis Report on Arsenic in Drinking Water, British Geological Survey, Wallingford, OxonOX10 8BB,UK.

26- Viraraghavan, T., Subramanian, K., and Aruldoss, J. (1999). “Arsenic in Drinking Water - Problems and Solutions.” J. Water Science and Technology, 40(2), 69-76.

27- Jonston, R., and Heijnen, H. (2001). “Safe water technology for arsenic removal”, Chapter 6 in: United Nations Synthesis Report on Arsenic in Drinking Water. <http://www.WHO. int/>(2001).

28- Mosaferi, M., Mesdaghinia, A.R., Yunesian, M., Nadim, A., Nasseri, S., and Mahvi, A.H. (2003). “Occurrence of Arsenic in KurdistanProvinceof I.R. Iran. ” Proc., Conference on Fate of Arsenic in the Environment, Dhaka, BUET, 1-5.

29- Mosaferi, M., Yunesian, M., Mesdaghinia, A.R., Nasseri, S., and Mahvi, A.H. (2004). Measurement of arsenic in drinking water of Bijjar city villages ,Kurdistan, Iran, Speciation and Toxicity, A two day discussion meeting, School of Earth Science , 13-14th Ed., UCL Birkbeck College, London.

30- مصداقینیا ، ع.، مسافری، م. یونسیان، م، ناصری، س.، و نحوی، ا.ح. (1384). سنجش غلظت آرسنیک در آب آشامیدنی یک منطقه آلوده به آرسنیک از طریق راه اندازی روش  آزمایشگاهی SDDC  و استفاده از یک روش صحرائی به همراه  ارزیابی دقت و صحت روشها، م. حکیم، شماره بهار.

31- Clesceri, L.S., Greenberg, A.E., and Trussell, R.R. (1998). Standard methods for examination of water and wastewater, 20th Ed., Washington, 3-60.

32- Singh, P., Singh, T.S., and Pant, K.K. (2001). “Removal of Arsenic from Drinking Water Using Activated Alumina. ” Research Journal of Chemistry and Environment, 5(3), 25-28.

33- Singh, T.S. and Pant, K.K. (2003). “Equilibrium , Kinetics and Thermodynamic Studies for Adsorption of As(III) on Activated Alumina. ” J. Separation and Purification Technology, 36, 139-147.

34- Lin, T.F., and Wu, J.K. (2001). “Adsorption of Arsenite and Arsenate within Activated Alumina Grains: Equilibrium and Kinetics.” J. Water Research, 35 (8), 2049-2057.

35- Xu, H. , Allard, B. and Grimvall, A. (1991). “Effect of Acidification and Natural Organic Materials on the Mobility of Arsenic in the Environment. ” J. Water Air Soil Pollut. 57-58,269-278.