شبيه سازي سينتيك ستون هاي كربن فعال گرانولي (GAC) در جذب كروم شش ظرفيتي از جريان پيوسته آب

Kinetic Simulation of Hexavalent Chromium Adsorption on Granular Activated Carbon Columns from Continuous Flow of Water

مقدمه: با توجه به اثرات سرطان زايي و جهش زايي و عوارض كليوي، كبدي و ريوي كروم شش ظرفيتي، بررسي روش هاي حذف آن از آب آشاميدني ضروري مي باشد. در اين ميان، هرچند فرايند جذب سطحي به عنوان يكي از روش هاي موثر در حذف كروم معرفي شده، اما تاكنون مطالعه اي داخلي در مورد شبيه سازي فرايند جذب سطحي با كربن فعال گرانولي (Granular activated carbon يا GAC) در حذف كروم شش ظرفيتي با استفاده از مدل Bohart-Adams صورت نگرفته است. از اين رو، هدف از انجام پژوهش حاضر، شبيه سازي سينتيك ستون هاي GAC در جذب كروم شش ظرفيتي از جريان پيوسته آب بود. روش ها: در اين مطالعه تجربي- مداخله اي، براي تعيين ضريب سرعت و ظرفيت جذب ستون هاي GAC در حذف كروم شش ظرفيتي از جريان پيوسته آب، از مدل Bohart-Adams استفاده شد. در اين راستا، سه ستون GAC در مقياس آزمايشگاهي با عمق بستر 31، 45 و 62 سانتي متر در بارگذاري هاي 1.41، 2.43 و 3.85 ميلي ليتر بر سانتي متر مربع در دقيقه براي تصفيه جريان پيوسته آب حاوي 20 ميلي گرم بر ليتر كروم شش ظرفيتي، مورد بهره برداري قرار گرفت. زمان كاركرد ستون ها تا لحظه تامين حداكثر غلظت قابل قبول كروم در آب خروجي در نظر گرفته شد. براي تعيين غلظت كروم از روش استاندارد دي فنيل كاربازايد استفاده گرديد. يافته ها: با تغيير عمق ستون هاي GAC از 31 به 62 سانتي متر، مدت سرويس دهي آن ها به ازاي بار سطحي 1.41 ميلي ليتر بر سانتي متر مربع در دقيقه جهت تصفيه جريان پيوسته آب حاوي 20 ميلي گرم بر ليتر كروم شش ظرفيتي، از 2.5 به 6 ساعت افزايش يافت. با افزايش بار سطحي به 3.85 ميلي ليتر بر سانتي متر مربع در دقيقه، مدت سرويس دهي ستون هاي مذكور به ترتيب 0.5 و 1.5 ساعت كاهش يافت. با تغيير بار سطحي از 1.41 به 3.85، ظرفيت جذب هر ليتر از ستون ها، از 191.31 به 148.57 ميلي گرم بر ليتر كروم كاهش پيدا كرد. اين روند با تغيير ضريب سرعت جذب GAC از 0/005 به 0.01 ميلي گرم بر ليتر در دقيقه مطابقت داشت. نتيجه گيري: ستون هاي GAC قادر هستند جريان پيوسته آب حاوي 20 ميلي گرم بر ليتر كروم شش ظرفيتي را در حد تامين استانداردهاي مربوط تصفيه نمايند.

Background: With regard to the carcinogenic, mutagenic, and pulmonary effects of hexavalent chromium [Cr(VI)] and its impact on the kidney and liver, a study of different methods of its removal from drinking water is essential. In this regard, although the adsorption process has been introduced as an effective method for the removal of chromium, no Iranian study has ever investigated the simulation of the adsorption process with granular activated carbon (GAC) for the removal of Cr(VI) using the Bohart-Adams model. Hence, the aim of the present study was to simulate the kinetics of GAC columns for the adsorption of Cr(VI) from the continuous flow of water. Methods: In this experimental-interventional study, the Bohart-Adams model was used to determine the rate coefficient and adsorption capacity of GAC columns in Cr(VI) removal from aqueous solutions in continuous flow. In this regard, three GAC columns in laboratory scale with bed depths of 31, 45, and 62 cm were operated to treat water containing 20 mg/l Cr(VI) in overflow rates of 1.41, 2.43, and 3.85 ml/cm2.minute. The longevity of columns was considered up to the moment of providing maximum acceptable concentration of chromium in water. Chromium concentration was determined using the standard method of diphenylcarbazide. Findings: By changing the depth of columns from 31 cm to 62 cm in the overflow rate of 1.41 ml/cm2.minute, the longevity of GAC columns increased from 2.5 hours to 6 hours. By increasing the overflow rate to 3.85 ml/cm2.minute, the longevity of these columns was reduced to 0.5 hour and 1.5 hours, respectively. By changing the overflow from 1.41 ml/cm2.minute to 3.85 ml/cm2.minute, the adsorption capacity of the columns declined from 191.31 mg/l to 148.57 mg/l. This procedure was consistent with the change in adsorption rate coefficient of GAC from 0.005 l/mg.minute to 0.01 l/mg.minute. Conclusion: GAC columns can be used to treat the continuous flow of water containing 20 mg/l Cr(VI) to the extent of providing the relevant standards.