بررسی اثر pH و اسید هیومیک بر مقدارآمونیوم و نیتریت حاصل از فرایند نیترات‏‌زدایی از آب توسط نانوذرات آهن صفر ظرفیتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد علوم خاک، دانشکده کشاورزی،دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

2 دانشیار، گروه آب و خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

3 استادیار، بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی، زنجان، ایران

چکیده

نیترات، یکی از گسترده‏ترین آلاینده منابع آب در جهان و از مهم‌ترین شاخص‌های کیفیت آب‏ شرب است. تاکنون روش‌های متعددی برای حذف آلاینده‌های آلی و معدنی از آب به‌کار گرفته شده است که در این میان کاربرد نانوذرات آهن کاربرد رو به رشدی داشته است. در ایــن پژوهش اثر اسیدیته و مواد آلی محلول بر تشکیل و پایداری ترکیبات ثانویه حاصل از کاربرد نانوذرات آهن صفر ظرفیتی در شرایط درون شیشه‌ای بررسی شد. در این پژوهش توانایی سطوح مختلف نانوذرات آهن صفر ظرفیتی پایدار شده بر ذرات شن (1، 5/1 و 2 میلی‌گرم در لیتر) در احیای کامل نیترات به آمونیوم و مقدار تشکیل نیتریت در اسیدیته‌های مختلف (3-4-5) و سه غلظت‏های اسید هیومیک (0-25/0-75/0 میلی‏گرم در لیتر) ارزیابی شد. بر اساس نتایج به‌دست آمده نانوذرات آهن صفر ظرفیتی به‌تنهایی در 3=pH بیش از 85 درصد نیترات به آمونیوم احیا کردند. با افزایش اسید هومیک به محلول، غلظت آمونیوم و نیتریت به‌شدت افزایش یافت که می‌تواند ناشی از اکسید شدن بخشی از ترکیبات پروتئینی ساختار اسید هیومیک در مجاورت نانوذرات باشد. نانوذرات آهن صفر ظرفیتی نه‌تنها موجب احیا نیترات شده بلکه مواد آلی محلول در آب را حذف کردند. باندهای آمونیومی اسید هیومیک در مجاورت نانوذرات آهن صفر ظرفیتی هیدراته شده و بخشی از آمونیوم تولیدی در سطح محلول اکسید می‌شود. بنابراین با آزمایش‌های بیشتر می‌توان امیدوار به حذف هم‌زمان نیترات و مواد آلی محلول توسط نانوذرات آهن صفر ظرفیتی از منابع آب بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effects of pH and Humic Acid on the Amounts of Ammonium and Nitrite from Water Denitrification Process Using Zero Iron Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Nasibeh Shakeri 1
  • Hadi Ghorbani 2
  • Mohammad Hadi Ghaffarian Mogharrab 3
1 Former MSc. Student, Water and Soil Dept., Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Assoc. Prof., Water and Soil Dept., Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
3 Assist. Prof., of Soil and Water Research, Agricultural and Natural Resources Research Center, Zanjan, Iran
چکیده [English]

Nitrate is one of the most widespread water supplies in the world and one of the most important indicators of drinking water quality. So far, several methods have been used to remove organic and inorganic pollutants from water, that has resulted in the increasing application of iron nanoparticles. Therefore, in this study, the effect of acidity and soluble organic matter on the formation and stability of secondary compounds of nitrate reduction by application of Nanoparticles Zero Iron (nZVI) in vitro conditions is evaluated. In this study, the ability of various levels of zero iron nanoparticles to stabilize on gravel particles (1, 1/5 & 2 mg/l) in the complete recovery of nitrate to ammonium and the formation of nitrite in different acidity (3-4-5) and three concentrations of humic acid (0-0/25-0/75 mg/l) was evaluated. Based on the results, the zero-strength iron nanoparticles alone at pH=3. More than 85% of nitrate was restored to ammonium. By increasing the humic acid to the solution, the concentration of ammonium and nitrite increased significantly, which could be due to the oxidation of part of the protein compounds structure of humic acid being in the vicinity of nanoparticles. Nanoparticles Zero Iron (nZVI) not only eliminated nitrate but also removed organic soluble organic matter. Ammonium bands of humic acid are hydrated in the presence of Nanoparticles Zero Iron (nZVI) and part of the ammonium produced at the surface of the oxidation solution. Therefore, with further experiments, it is hoped that the removal of nitrates and soluble organic matter with Nanoparticles Zero Iron (nZVI) from water resources would be possible.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water Pollution
  • Nitrate
  • Zero Capacity Iron Nanoparticles
An, Y., Dong, Q. & Zhang, K. 2014. Bioinhibitory effect of hydrogenotrophic bacteria on nitrate reduction by nanoscale zero-valent iron. Chemosphere, 103, 86-91.
Cheng, I. F., Muftikian, R., Fernando, Q. & Korte, N. 1997. Reduction of nitrate to ammonia by zero-valent iron. Chemosphere, 35, 2689-2695.
Fagan, R., Mccormack, D. E., Dionysiou, D. D. & Pillai, S. C. 2016. A review of solar and visible light active TiO2 photocatalysis for treating bacteria, cyanotoxins and contaminants of emerging concern. Materials Science in Semiconductor Processing, 42, 2-14.
Jung, S., Kim, J., Lyu, Y., Lee, M. & Park, J. 2011. Speed‐dependent emission of air pollutants from gasoline‐powered passenger cars. Environmental Technology, 32(11), 1173-1181.
Kanel, S. R., Grenèche, J. M. & Choi, H. 2006. Arsenic(V) removal from groundwater using nano scale zero-valent iron as a colloidal reactive barrier material. Environmental Science and Technology, 40, 2045-2050.
Li, X. Q., Elliott, D. W. & Zhang, W. X. 2006. Zero-valent iron nanoparticles for abatement of environmental pollutants: materials and engineering aspects. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 31, 111-122.
Mikhak, A. 2009. Elimination of nitrate using iron nanoparticles coated on quartz. MSc Thesis, Agriculture Faculty, University of TarbiatModarres, Tehran. Iran. (In Persian)
Pan, G., Li, L., Zhao, D. & Chen, H. 2010. Immobilization of non-point phosphorus using stabilized magnetite nanoparticles with enhanced transportability and reactivity in soils. Environmental Pollution, 158, 35-40.
Salvato, J. A., Nemerow, N. L. & Agardi, F. J. 2003. Environmental Engineering. John Willy & Sons Pub. New Jersey, USA
Singh, J., Zhang, T. C., Shea, P. J., Comfort, S. D., Hundal, L. S. & Hage, D. S. 1996. Transformation of atrazine and nitrate in contaminated water byiron-promoted processes. Proceedings of the Water Environment Federation 69th Annual Conference and Exposition, Vol. 3, 143-150. Dallas, Texas.
Shakeri, N., Ghorbani, H., Ghafariyanmogharab, M. H. 2014. The effects of humic acid on nitrate removal process using Zero-Nano Iron. MScThesis, Agriculture Faculty, University of Shahrood, Iran. (In Persian)
Soares, O. S. G., Órfão, J. J. & Pereira, M. F. R. 2008. Activated carbon supported metal catalysts for nitrate and nitrite reduction in water. Catalysis Letters, 126(3-4), 253-260.
Suzuki, T., Moribe, M., Oyama, Y. & Niinae, M. 2012. Mechanism of nitrate reduction by zero-valent iron: equilibrium and kinetics studies. Chemical Engineering Journal, 183, 271-277.
Wang, W., Jin, Z. H., Li, T. L., Zhang, H. & Gao, S. 2006. Preparation of spherical iron nanoclusters in ethanol–water solution for nitrate removal. Chemosphere, 65, 1396-1404.
Xu, J., Hao, Z., Xie, C., Lv, X., Yang, Y. & Xu, X. 2012. Promotion effect of Fe2+ and Fe3O4 on nitrate reduction using zero-valent iron. Desalination, 284, 9-13.
Zazouli, M., Barafrashtehpour, M., Barafrashtehpour, Z. & Ghalandari, V. 2014. Temporal and spatial variation of nitrate and nitrite concentration in drinking water resource in Kohgiluyeh county using geographic information system. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences, 23, 258-263.
Zhang, H., Jin, Z. H., Han, L. & Qin, C. H. 2006. Synthesis of nanoscale zero-valent iron supported on exfoliated graphite for removal of nitrate. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 16, s345-s349.
Zhang, M., Xu, Z., Teng, Y., Christie, P., Wang, J., Ren, W., et al. 2016. Non-target effects of repeated chlorothalonil application on soil nitrogen cycling: the key functional gene study. Science of The Total Environment, 543, 636-643.
Zhou, D., Li, Y., Zhang, Y., Zhang, C., Li, X., Chen, Z., et al. 2014a. Column test-based optimization of the permeable reactive barrier (PRB) technique for remediating groundwater contaminated by landfill leachates. Journal of Contaminant Hydrology, 168, 1-16.
Zhou, Y. Z., Yang, J., Wang, X. L., Pan, Y. Q., Li, H., Zhou, D., et al. 2014b. Bio-beads with immobilized anaerobic bacteria, zero-valent iron, and active carbon for the removal of trichloroethane from groundwater. Environmental Science and Pollution Research, 21, 11500-11509.