مدلسازی فازی فرآیند حذف آرسنیک از آب‌های زیرزمینی با نانو ذرات اکسید آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، شهر تبریز، ایران

2 گروه علوم زمین، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

مطالعاتی که اخیراً در سطح کشور صورت گرفته، آنومالی آرسنیک با غلظت بیش از حد استاندارد سازمان بهداشت جهانی و ملی (ppb 10) را در منابع آب نشان می­دهد که استفاده از این آب اثرات جبران ناپذیری بر سلامت انسان دارد. لذا می‌بایست راهکارهای اصولی و هدفمند جهت کاهش آنومالی آرسنیک ارائه گردد. تاکنون استفاده از نانوذرات در کاهش آرسنیک از آب در محیط آزمایشگاهی انجام گرفته است ولی کارایی این نانوذرات در کاهش مقدار آرسنیک در منابع آب زیرزمینی که عموماً دارای کمپلکس­های مختلف است، بررسی نشده است. در این پژوهش از نانو ذرات اکسید آهن برای کاهش مقدار آرسنیک از منابع آب زیرزمینی استفاده شده است. مطالعات پیشین انجام شده بر روی نانو ذرات اکسید آهن به صورت جداسازی آرسنیک اضافه شده در محیط آزمایشگاهی بوده است ولی چالش اصلی این پژوهش، جداسازی آرسنیک از نمونه آب زیرزمینی می­باشد. نتایج حاصل از بررسی تاثیر پارامترهای مختلف از جمله pH، دما، زمان تصفیه و مقدار ماده جاذب در جداسازی آرسنیک از آب نشان داد که جداسازی آرسنیک تحت شرایط دمایی بالاتر از دمای محیط، pH اسیدی، زمان ۵ تا ۱۵ دقیقه و مقدار ماده جاذب 3/0 گرم در بالاترین میزان راندمان خود قرار دارد. در ادامه این پژوهش، از مدل فازی ساجنو برای شبیه سازی و مدلسازی فرایند حذف آلاینده آرسنیک از منابع آب زیرزمینی استفاده گردید. نتایج مدل فازی نشان داد که این مدل با مقدار NRMSE و R2 به ترتیب برابر با 03/0 و 8/0 برای پیش­بینی تقریبی جذب آرسنیک توسط نانوذرات اکسید آهن بسیار کارآمد می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Fuzzy modeling of arsenic removal process from groundwater by iron oxide nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Ata Allah Nadiri 1
  • Maryam Gharekhani 1
  • Parisa Lotfinia 2
  • Mehdi Asadi 3
1 Department of geology, Faculty of natural science, University of Tabriz, Tabriz city, Iran
2 Department of geology, Faculty of natural science, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In recent studies in Iran, arsenic anomalies have shown in excess of the WHO standard (10 ppb) in water resources that the use this water has irreparable effects on human health. Therefore, it is necessary to offer a solution for reducing the arsenic anomalies. In recent years, nanoparticles have been used to reduce the arsenic concentration in water resources at syntheses samples. However, the performance of these nanoparticles to reduce the arsenic concentration in groundwater resources, which generally have different complexes, has not been investigated. In this study, iron oxide nanoparticles have been used to reduce the arsenic anomalies from groundwater resources. Previous studies on iron oxide nanoparticles have been to isolate arsenic added in the laboratory, but the main challenge of this study is the separation of arsenic from groundwater sample. The results of investigation the effective various parameters such as pH, temperature, filtration time and the adsorbent amount on the separation of arsenic from groundwater showed that the highest separation is the temperature conditions above ambient temperature, low pH, time 5 to 15 minutes and the adsorbent amount 0.3 g. Finally, Sugeno fuzzy model was used to simulate and model the process of removing arsenic pollutants from groundwater sources. The fuzzy model results showed this model is very efficient for approximate prediction of arsenic adsorption by iron oxide nanoparticles with NRMSE = 0.03 and R2 = 0.8.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ARSENIC
  • Pollution treatment
  • Groundwater
  • Iron Oxide Nanoparticles
اسدی، م.، م. پیروزمند، و م. خاتمیان اسکویی. 1394. سنتز 41-Ni/MCM به روش پساسنتز و مستقیم و مقایسه کارایی آن‌‌‌ها با نانو ذرات نیکل در جذب Co2. پایان‌نامه کارشناسی ارشد نانوشیمی، دانشگاه تبریز.
پورمحمدی، پ.، م. فراستی، ب. فرهادی و م. پیرصاحب. 1398. بررسی تأثیر غلظت جریان ورودی به ستون بستر ثابت بر روی حذف کادمیم توسط جاذب کنوکارپوس. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 9، شماره 3، ص 194-182.
فرزی، س، م. فراستی، ب. فرهادی بانسوله و م. پیرصاحب. 1397. حذف کادمیم از محلول آبی توسط نانوساختار پوشال نیشکر. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 8، شماره 3، ص 223-210.
کوهپایه‌زاده، ح.، ع. ترابیان، غ. نبی بیدهندی و ن. حبشی. 1391. تاثیر نانوذرات آهن صفر ظرفیتی بر حذف آرسنیک پنج ظرفیتی از آب آشامیدنی. نشریه آب و فاضلاب، شماره 83، ص 67-60.
ندیری، ع.ا.، ا. اصغری مقدم، ف. صادقی­اقدم و ح. آقایی. 1391. بررسی آنومالی آرسنیک موجود در منابع آب سد سهند. نشریه محیط­شناسی، دوره 38، شماره 3، ص 74-61.
Deliyanni, E.A., D.N. Bakpyannakis, A.I. Zouboulis and K.A. Matis. 2003. Sorption of As (V) ions by akaganeite-type nanocrystals. Chemosphere Journal, 50 (1): 155-163.
Hu, J.S., L.S. Zhong, W.G. Song and L.J. Wan. 2008. Synthesis of Hierarchically Structured Metal Oxides and their Application in Heavy Metal Ion Removal. Advanced Materials Journal, 20 (15): 2977-2982.
Kanel, S.R., J.M. Greneche and H. Choi. 2006. Arsenic (V) removal from groundwater using nano scale zero-valent iron as a colloidal reactive barrier material. Environmental Science & Technology Journal, 40 (6): 2045-2050.
Kanel, S.R., B. Manning, L. Charlet and H. Choi. 2005. Removal arsenic (III) from groundwater by nanoscale zero-valent iron. Environmental Science & Technology Journal, 39(5): 1291-1298.
Lata, S. and S.S. Samadder. 2016. Removal of arsenic from water using nano adsorbents and challenges: A review. Journal of Environmental Management, 166: 387-406.
Mohan, D. and J.C.U. Pittman. 2007. Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents- a critical review. Journal of Hazardous Materials, 142 (1-2): 1-53.
Nadiri, A.A., F. Sadeghi Aghdam, R. Khatibi and A. Asghari Moghaddam. 2018. The problem of identifying arsenic anomalies in the basin of Sahand dam through risk-based ‘soft modelling’. Science of the Total Environment, 613: 693–706.
Saberi Nasr, A., M. Rezaei and M. Dashti Barmaki. 2013. Groundwater contamination analysis using Fuzzy Water Quality index (FWQI): Yazd province, Iran. Geopersia journal, 3 (1): 47-55.
Soni, R. and D.P. Shukla. 2019. Data on Arsenic (III) removal using zeolite-reduced graphene oxide composite. Journal of Data in Brief, 22: 871-877.
World health organization (WHO). 2004. Guide for drinking water quality, 3rded, Geneva.
Xu, H., B. W. Zeiger and K.S. Suslick. 2013. Sonochemical synthesis of nanomaterials. Journal of Chemical Society Reviews, Issue 7.
Zadeh, L.A. 1965. Fuzzy sets. Information and Control, 8 (3): 338–353.