بررسی کارایی پسماند پشم سنگ در جذب آلودگی‌های نفتی (نفت سفید) در آب

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، مرکز تحقیقات پسماند و پساب، دانشگاه آزاد اسلامی، خوراسگان (اصفهان)، ایران.

2 دانشجوی دکتری، گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، مرکز تحقیقات پسماند و پساب، دانشگاه آزاد اسلامی، خوراسگان (اصفهان)، ایران.

3 کارشناس، گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، مرکز تحقیقات پسماند و پساب، دانشگاه آزاد اسلامی، خوراسگان (اصفهان)، ایران.

چکیده

زمینه و هدف: آلوده شدن آب به ترکیبات نفتی در ایران از بدو استخراج نفت از سده گذشته ایجاد شده است و انباشت تدریجی آنها در محیط سلامتی منابع آب کشور را تهدید می‌کند، بنابراین گسترش فناوری­های جدید برای حذف و پاک‌سازی آلودگی­های نفتی ضروری است. روش­های مختلفی برای پاک‌سازی آلودگی­های نفتی و مشتقات آن وجود دارد. در این پژوهش، از جاذب پسماند پشم سنگ به عنوان جاذب ارزان قیمت برای حذف آلودگی نفتی (نفت سفید) از پساب استفاده شد.
مواد و روش‌ها: در ابتدا با استفاده از آنالیز­­ XRF و XRD ترکیب شیمیایی تعیین شد، سپس آزمایشات جذب به صورت ناپیوسته با استفاده از محلول­های آزمایشگاهی حاوی نفت انجام گرفت و شرایط بهینه جذب با تغییر فاکتورهای مؤثر بر جذب که شامل pH، غلظت اولیه آلوده کننده، زمان تماس و مقدار جاذب بر میزان جذب در سطوح مختلف بود، مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت استفاده از جاذب برای پساب آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت.
یافته­ ها: کارایی جاذب در زمان تعادل برای جذب نفت با استفاده از جاذب پسماند پشم سنگ در min 15 دقیقه با اختلاف معنی‌داری بیشتر از دیگر زمان تماس­ها بود (میزان 76/01 درصد جذب؛ 0/05>p) و کمترین مقدار آن با اختلاف معنی‌داری در min 3 مشاهده شد (میزان 63/82 درصد جذب؛ 0/05>p). بیشترین میزان جذب پسماند پشم سنگ در 3=pH مشاهده شد که اختلاف معنی‌داری با دیگر pH‌ها داشت (میزان 70/59 درصد جذب؛ 0/05>p) و کمترین درصد جذب با اختلافی معنی‌دار در 9=pH مشاهده شد (میزان 57/69 درصد جذب؛ 0/05>p). تأثیر مقادیر جاذب پسماند پشم سنگ در 0/5 و g/L 1 با یکدیگر اختلاف معنی­داری با یکدیگر نداشتند، اما با اختلاف معنی‌داری بیشتر از دیگر مقدار جاذب­ها بودند (به ترتیب میزان 76/80 و 75/30 درصد جذب؛ 0/05>p) و کمترین درصد جذب با اختلاف معنی‌داری نسبت به سایر مقادیر در g/L 0/25 مشاهده شد (میزان 67/78 درصد؛ 0/05>p). برازش هم­دماهای جذب سطحی نشان داد که جذب نفت توسط پسماند پشم سنگ با مدل لانگمویر مطابقت دارد (میزان 0/99=R2 می­باشد).
نتیجه­ گیری: جاذب پسماند پشم سنگ، کارایی بالای در جذب نفت از پساب دارد و می­تواند در رفع آلودگی نفتی (نفت سفید) مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study on the efficacy of mineral wool wastes in adsorption of waterborne oil contamination (Kerosene)

نویسندگان [English]

  • mohammad hadi abolhasani 1
  • niloofar pirestani 2
  • hajar amini 3
1 Assistant Professor, Departmant of environmental science, waste and wastewater research center, Islamic azad university, khorasgan(Isfehan), Iran.
2 PHD, Departmant of environmental science, waste and wastewater research center, Islamic azad university, khorasgan(Isfehan), Iran.
3 BS, Departmant of environmental science, waste and wastewater research center, Islamic azad university, khorasgan(Isfehan), Iran.
چکیده [English]

Background and aim: water oil contamination has occurred in Iran since the previous century and environmental oil accumulation threatens the country water resources’ health. There are several methods to remove oil and its derivatives contamination. In the present study, mineral wool waste was used as low price adsorbent for wastewater oil contamination (kerosene) removal.
Materials and methods: first, XRF and XRD analyses were used to determine chemical composition. Then, adsorption tests were conducted discontinuously using laboratory solutions containing oil to determine optimum adsorption conditions by adjustment of effective factors such as pH, initial concentration, exposure time and adsorbent concentration. Thereafter, application of adsorbent for laboratory wastewater was studied.
Results: after 15 min exposure, the adsorbent (mineral wool wastes) efficacy was significantly higher than the other times (76.01 % adsorption; P<0.05); whereas, the lowest efficacy was observed after 3 min (63.82 %; P<0.05). Among the tested pH, the highest and lowest adsorption were observed at pH = 3 (70.59 %; P<0.05) and 9 (57.69 %; P<0.05), respectively. There was no significant difference in adsorption between the adsorbent concentrations of 0.5 and 1 g (76.80 and 75.30 %); however, both were significantly (P<0.05) higher than the other concentrations. the lowest adsorption was observed at the concentration of 0.25 g adsorbent (67.78 %). Isotherm fitting of surface adsorption showed that oil adsorption by mineral wool wastes follows Langmuir model (R2=0.99).
Conclusion: it is concluded that mineral wool waste has high efficiency to adsorb oil from wastewater and could be used for oil contamination removal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rock wool's waste
  • oil pollution
  • laboratory wastewater
  • effective factors on absorption
1. Taghvaii pour A. Water Analysis;.  first  ed Arak University Press. 2016. (Persian)

2. Dehghani F, Rahnamaii R, Melkotti M J, Saadat S. Investigating the ratio of calcium to magnesium ratio in some irrigation water in the country. Journal of Water Research in Agriculture.2015;1:13-1. (in Persian)

3. Durand JP, Béboulène JJ, Ducrozet A. Detailed characterization of petroleum products with capillary analyzers. Analusis.1995;23:481-483.

4. Chen L, Si Y, Zhu H, Jiang T, Guo Z. A study on the fabrication of porous PVDF membranes by in-situ elimination and their applications in separating oil/ water mixtures and nano-emulsions. Journal of Membrane Science. 2016;520:760-800.

5. Fox C, O’Hara P, Bertazzon S, Morgan K, Underwood F, Paquet P. A preliminary spatial assessment of risk: Marine birds and chronic oil pollution on Canada’s Pacific coast. Science of The Total Environment.2016;573:799-809.

6. Lee M, Jung J-Y. Pollution risk assessment of oil spill accidents in Garorim Bay of Korea. Marine Pollution Bulletin.2015;100(1):297-303.

7.Bícego M.C, Taniguchi S, Yogui GT, Montone RC, Da Silva DAM, Lourenco RA, De Castro Martins C, Sasaki,ST, Pellizari VH, Webe RR. Assessment of contamination by polychlorinated biphenyls and aliphatic and aromatic hydrocarbons in sediments of the Santos and Sao Vicente Estuary System, Sao Paulo, Brazil. J. of Marine Pollution Bulletin;2006;52(12):1804-1816.

8. Yuan M, Tong S, Zhao S. and Jia CQ. Adsorption of polycyclic aromatic hydrocarbons from water using petroleum coke-derived porous carbon", Journal of Hazardous Materials.2011;181(1-3):1115-1120.

9. Bande RM, Prasad B, Mishra I, Wasewar KL. Oil field effluent water treatment for safe disposal by electroflotation. Chemical Engineering Journal. 2008;137(3):503-9.

10. Tir M, Moulai-Mostefa N. Optimization of oil removal from oily wastewater by electrocoagulation using response surface method. Journal of hazardous materials. 2008;158(1):107-15.

11. IRAC.Man-Made Fiber and Radon.IRAC Monograph on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans.1988.Vok.43.Lyon:IRAC.

12. Grawv-Hill, McGraw-hill. Encyclopedia of Science and tecnology. Asbestos. Mc,Inc.,U.S.A.1989; 91-93.

13. luoto Kirsi, Holopainen Mikko, Kangas,Juhani, Pentti, Savolainen, Kai. Dissolotion of Short and Long Rockwool and Glasswool Fibers by Machrophages in flowthrough Cell Culture. Environmental Research.1998;78:25_37.

14. Kamstrup J, davis JMG, Ellehauge A, Guldberg. The Biopersistance and Pathogenicity of Man-Made Vitreous Fiber after Short and long Term Inhalation. Ann. Occup. Hyg. Vol. 1998;42(3):191-198.

15. ISO 9229, “Thermal insulation–Vocabulary”, 2007.

16. Perezcandela M, Martinmartinez JM. Torregrosamacia R. Chromium (VI) removal with activated carbons. water research.1995;29: 2174-2180.

17. Mortazavi B, Rasoul L, Kazemian H. Chromat removal from aqueous solutions by cationic surfactant modified zeolite. Journal of Health and Environment, Volume III.2010;46-37.(Persian)

18. Kumar S, Nair RR, Pillai PB, Gupta SN, Iyengar M, Sood AK. Graphene Oxide−MnFe2O4 Magnetic Nanohybrids for Efficient Removal of Lead and Arsenic from Water. ACS Appl Mater Interfaces.2014;6(20):17426-36.

19. Anbia, M. and Moradi, S.E. Adsorption of naphthalenederived compounds from water by chemically oxidized nanoporous carbon", Chemical Engineering Journal.2009;148(2-3):452-458.

20. Aklil A, Mouflihb M, Sebti S. Removal of heavy metal ions from water by using calcined phosphate as a new adsorbent, Journal of Hazardous Materials.2004:183–190.

21. Hall K, Eagleton R, Acrivos L, Vermeulen A. Pore and solid diffiusion kinetics for fixed-bed adsorption under Constant- Pattern Condition,  Industtri & Eng. chem.Fundamental.1996;5:212-223.

22. Roop Ch. B, Goyal M.  Activated Carbon Adsorption, CRC Press. 2005; 497.

23. Ibrahim S, Wang S, Ang HM. Removal of  Emulsified  Oil from  Oily  Wastewater  Using Agricultural Waste Barley Straw, Biochem. Eng. J.2010;49(1):78-83.

24. Ong ST, Lee CK, Zainal Z. Removal of basic and reactive dyes using ethylenediamine modified rice hull. Bioresour Technol12007; 5:2792-9.

25. Banat FA, Al-Bashir B, Al-Asheh S, Hayalneh O. Adsorption of phenol by bentonite. Environ Pollut.2000;107:391-398.

26. Varghese S, Vinod VP. Kinetic and equilibrium charactrerization of phenols adsorpton onto a novel activated carbom in water treatment. Indian J Chem Technol.2004;11:825-833.

27. Salehi Rad A, Haghighat Kish M, Hosseini Verkhani, M. Application of polyester hollow fiber polyethylene (polyethylene terephthalate). Petroleum Research.2014 23(76):64-57.(Persian)

28. Chowdhury A K, Sarkar AD, Bandyopadhyay A.  Rice  Husk  Ash as a  Low  Cost  Adsorbent for the  Removal of  Methylene  Blue and  Congo  Red in  Aqueous  Phases,  Clean–Soil, Air, Water. 2009;37(7):581-591.

29. Haussard M, Gaballah I, Kanari N, De Donato P, Barres O, Villieras F. Separation of  Hydrocarbons and Lipid from Water Using Treated Bark, Water Res.2003;37(2):362-374.

30. Husseien M, Amer A, El-Maghraby A, Taha N. Availability of Barley  Straw  Application on Oil Spill Clean up, Int. J. Environ. Sci. Technol.2009;6(1):123-130.

31. Liew K, Yee A, Nordin M. Adsorption of Carotene from Palm Oil by Acid-Treated Rice Hull Ash, J. Am. Oil Chem. Soc.1993;70(5):539-541.

32. Lim TT, Huang X. Evaluation of Kapok (Ceiba pentandra (L.) Gaertn.) as a Natural Hollow Hydrophobic-Oleophilic Fibrous Sorbent for Oil Spill Cleanup, Chemosphere.2007;66(5):955-963.

 

33. Sayyahzadeh A H, Ganji Dost H, Ayati B. The removal of hydrocarbons from petroleum refinery effluent using natural adsorbents. Sharif Civil Engineering Magazine.2015;2(2-3):41-4.(Persian)

34. Razavi Z., Mirghfari N. Application of crude rice crust in the removal of crude from aqueous media. Journal of Chemistry and Chemical Engineering of Iran. 2014; 35(1):13-23. (Persian)

35. Razavi Z, Mirghfari N and Rezaei B. The application of rice husk in the removal of engine oil from aquatic environments, the 6th National Conference and the First International Management Conference on Waste Management, Mashhad, the Organization of Municipalities and Demand of the country. 2013. (Persian)

36. Majid Hosseini Z B, Shenavaei Zare T, Saleh Abadi Kh. Hydrocarbon removal from sludge in gasoline tanks using the Zeolite region of Semnan. Oil Research. 2017;88:122-112. (Persian)

37. Adebajo M.O, Frost R L, Kloprogge JT, Carmody O, Kokot S. Porous materials for oil spill cleanup: A review of synthesis and absorbing properties. J. of Porous Materials. 2003;10:159-170.

38. Fernández-Calviño D, Rodríguez-Salgado I, Pérez-Rodríguez P, Nóvoa-Muñoz JC, Arias-Estévez M. Time evolution of the general characteristics and Cu retention capacity in an acid soil amended with a bentonite winery waste. Journal of Environmental Management. 2015;150:435-443.

39. Papadopoulos AM. State of the art in thermal insulation materials and aims for future developments. Energ Build. 2005;37:77–86.

40. Mu¨ller A, Leydolph B, Stanelle K. Recycling mineral wool waste—Technologies for the conversion of the fiber structure, Part 1. Interceram. 2009;58:378–381

41. Dunster AM. Industrial sector study on the utilization of alternative materials in the manufacture of mineral wool insulation. http://www.smartwaste.co.uk/filelibrary/Mineralwool_ sectorstudy.pdf Accessed: 23 January 2012