بررسي تاثير غلظت و نرخ جريان ورودي به ستون بستر ثابت بر روي عملكرد جذب زيستي نيكل توسط جلبك قهوه‌اي پروتونه شده‌ Cystoseira indica و مدل‌سازي نتايج تجربي

Investigation of Effect of Influent Concentration and Flow Rate on Nickel Biosorption using Protonated Cystoseira indica Brown Alga in a Packed Bed Column and Modeling the Experimental Data

زمينه و هدف: جذب زيستی يك فناوری جديد و ارزان جهت حذف و بازيابی فلزات سنگين از محلول‌های آبی است. به منظور بررسی پتانسيل اين روش در حذف يون‌های نيكل، جذب زيستی نيكل از محلول‌های آبی توسط زيست‌توده‌ Cystoseira indica در يك ستون بستر ثابت بررسی شد. روش بررسی: ميزان جذب يون‌های نيكل توسط جاذب زيستی پروتونه شده در غلظت‌ و نرخ جريان‌های ورودی متفاوت، مورد بررسی قرار گرفت. هم‌چنين، منحنی شكست بدست آمده تحت يك شرايط آزمايشگاهی مشخص، با استفاده از مدل-های Thomas، Yoon & Nelson، Dose-Response و Belter مدل‌سازی شد. يافته‌ها: نتايج بدست آمده نشان داد افزايش غلظت ورودی به ستون از 58 تاmg/L 100، باعث افزايش نيروی محركه‌ انتقال جرم شده و ظرفيت جذب جاذب از 55/84 بهmg/g95/69 افزايش می‌يابد. بررسی اثر نرخ جريان نشان داد هنگامی‌كه فرآيند توسط انتقال جرم داخلی كنترل می‌شود، نرخ جريان‌های پايين مطلوب است. در مورد كنترل فرآيند توسط انتقال جرم خارجی، نرخ جريان‌های بالا باعث كاهش مقاومت لايه‌ نازك سيال اطراف جاذب شده و باعث افزايش انتقال جرم می‌شوند. مدل‌سازی داده‌های آزمايشگاهی، نشان داد مدل‌های فوق‌الذكر، به ويژه مدل Dose-Response، برای پيش‌بينی منحنی‌های شكست مناسب هستند. بررسی pH محلول خروجی از ستون نشان داد كه مكانيسم تبادل يونی يكی از مكانيسم‌های اصلی در جذب زيستی نيكل توسط اين جاذب است. نتيجه‌گيری: نتايج اين پژوهش تكميل‌كننده‌ آزمايش‌های جذب ناپيوسته‌ تعادلی است. لذا، از نقطه‌نظر فرآيندی، اين زيست‌توده می‌تواند در ستون‌های جذب به عنوان جاذب يون‌های نيكل مطرح باشد.

Background and Objectives: Biosorption is a new and inexpensive technique in heavy metals removal and recovery from aqueous solutions. In order to evaluate the potential of this method for the removal of nickel ions, biosorption of nickel ions from aqueous solution was studied using Cystoseira indica biomass in a packed bed column. Materials and Methods: The uptake capacity of nickel ions was investigated using protonated biomass at different influent concentrations and flow rates. In addition, the experimental breakthrough curve obtained under definite experimental conditions was modeled using Thomas, Yoon & Nelson, Dose-Response, and Belter models. Results: It was found that increasing influent concentration from 58 to 100 mg/l led to the increase of driving force for mass transfer and uptake capacity raised from 55.84 to 95.69 mg/g. The investigation of flow rate effect showed when the process is intraparticle mass transfer controlled, a slower flow rate favors the sorption. In the case of external mass transfer control, a higher flow rate decreases the film resistance and leads to an increase in mass transfer. Modeling the experimental data revealed that the abovementioned models were suitable to predict the breakthrough curves, especially Dose-Response. Measurement of pH of the effluent solution indicated that ion exchange is one of the main mechanisms of nickel biosorption using this biosorbent. Conclusion: The results of this study are complementary of the batch equilibrium sorption experiments. Therefore, from process viewpoint, this biomass can be proposed in the sorption columns as a sorbent for nickel ions.