مدل سازي فرآيند حذف پركلرواتيلن از آب بوسيله مانع واكنش دهنده نفوذ پذير با بستر آهن صفر ظرفيتي

Modelling the process of perchloroethylene removal from water using Zero Valent Iron-Permeable Reactive Barrier

زمینه و هدف: پركلرواتیلن به دلیل اثرات سوء بهداشتی و پایداری در منابع آب زیرزمینی، در دسته  آلاینده های نگران‌كننده قرار دارد. مانع واكنش دهنده نفوذپذیر با بستر آهن صفر ظرفیتی یك ناحیه تصفیه غیرفعال بوده كه در آن، اتن های كلره بصورت در محل و از طریق مكانیسم احیای شیمیایی تجزیه می شوند. هدف از انجام این پژوهش، بهینه سازی و مدل سازی تكنولوژی مانع واكنش دهنده نفوذپذیر با بستر آهن صفر ظرفیتی با استفاده از روش رویه پاسخ، برای حذف پركلرواتیلن از محیط آبی است. روش بررسی: به منظور شبیه سازی مانع واكنش دهنده نفوذپذیر با بستر آهن صفر ظرفیتی، از یك ستون پر شده با ماسه سیلیسی و پودر آهن صفر ظرفیتی استفاده شد و تاثیر سه متغیر pH، ارتفاع ستون یا ضخامت مانع و دبی بر كارایی كلرزدایی كاهشی بررسی گردید. طراحی آزمایش، مدل سازی و آنالیز داده ها از طریق روش رویه پاسخ صورت گرفت. یافته ها: كارایی كلرزدایی حدود 93% در شرایط بهینه (pH برابر با 5، ارتفاع ستون cm26 و دبی mL/min 2) بدست آمد. روند افزایشی pH در طول ستون نشان دهنده حاكم بودن شرایط احیا بر ستون بود. ضریب تعیین 0/98 نیز تطابق بالای نتایج آزمایشگاهی با مقادیر پیش بینی شده حاصل از مدل را نشان داد. نتیجه گیری: با توجه به نتایج، تكنولوژی مانع واكنش دهنده نفوذپذیر با بستر آهن صفر ظرفیتی كارایی بالایی در كلرزدایی پركلرواتیلن دارد. همچنین با توجه به عدم نیاز به مصرف انرژی، فراوان بودن آهن، عدم تولید محصولات جانبی مضر و هزینه اثربخش بودن، مانع واكنش دهنده نفوذپذیر با بستر آهن صفر ظرفیتی به عنوان یك تكنولوژی پایدار، سبز و دوستدار محیط زیست در تصفیه آب های زیرزمینی مطرح است.

Background and objectives: Perchloroethylene (PCE) is categorized as contaminant of concern because of its adverse health effects and persistence in drinking water resources. Permeable reactive barrier with zero valent iron (ZVI-PRB) is a passive zone in which chlorinated ethenes are degraded in situ through the chemical reduction mechanism. The objective of the present investigation was optimization and modelling of ZVI-PRB technology for the elimination of PCE from the aqueous environment using response surface methodology. Materials and methods: In order to simulate ZVI-PRB, a column filled with silica sand and ZVI was used. effects of three variables including pH, column height or barrier thickness and flow on reductive dechlorination efficiency were assessed. Design of experiment, modelling, and data analysis were carried out using response surface method. Results: The dechlorination efficiency was about 93% under optimum conditions (pH=5, 26 cm column height and 2 mL/min flow rate). The ascending trend of pH along the column revealed that the reductive condition was dominant within the column. The R2 value of 0.98 also indicated good fitness of the experimental results and model predictions. Conclusion: Based on the results, ZVI-PRB technology has high efficiency in dechlorination of PCE. Likewise, regarding to no need of energy consumption, abundance of iron, no production of harmful by-products and cost-effectiveness, ZVI-PRB is propounded as a stable, green, and environmental friendly technology in groundwater remediation.