بهینه‌سازی جذب یون مس توسط فیلتر زئولیتی با استفاده مطالعات آزمایشگاهی و مدل‌سازی عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تبریز

چکیده

در نتیجه فعالیت معدن مس سونگون واقع در شمال استان آذربایجان‌‌شرقی زهاب اسیدی ایجاد و وارد رودخانه پخیرچای می‌‌شود. در این مطالعه با استفاده از مطالعه‌های آزمایشگاهی و مدل‌سازی، روش بهینه برای تصفیه زهاب اسیدی این معدن ارایه شده است. بدین منظور ابتدا با استفاده مطالعه‌های آزمایشگاهی دینامیک بر روی زئولیت میزان حذف مس توسط زئولیت ارزیابی شد و بعد از آن تحت آزمایش‌های استاتیک میزان حداکثر جذب با مقدار 85/2 میلی‌‌گرم در هر گرم زئولیت محاسبه شد. در نتیجه فیلتر زئولیتی به طول 250متر برای حذف یون مس از زهاب معدن سونگون در نظر گرفته شد و به منظور شبیه‌‌سازی انتقال یون مس در این فیلتر از مدل HYDRUS 2D استفاده شد تا رفتار آلاینده در محیط متخلخل با بدنه زئولیتی و تاثیر  زئولیت بر کاهش غلظت مس تحت سناریوهای مختلف مورد بررسی قرار گیرد. پیش‌‌بینی تحت سناریوی نخست برای غلظت فعلی زهاب نشان داد که زئولیت تا دو ماه غلظت مس را تا زیر حد استاندارد mg/L5 خواهد رساند. سناریوی دوم که معرف بدترین حالت ممکن است و طی آن فرض شد غلظت یون مس 50 درصد افزایش ‌‌یابد پیش‌‌بینی کرد که این فیلتر فقط به مدت یک ماه می‌‌تواند غلظت مس را زیر حد استاندارد نگه دارد. در نهایت آخرین سناریو یعنی خوشبینانه‌‌ترین سناریو که بر اساس آن ورود یون مس یک ماه پس از اجرای مدل قطع می‌‌شود نشان داد که در این شرایط بدون نیاز به تعویض فیلتر زئولیتی طی دو ماه یون مس موجود در کل زهاب عبوری جذب خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of Copper Sorption by Zeolite Filter Using Lab Studies and Numerical Modeling

نویسندگان [English]

  • Batuol Azizi
  • Abdorreza Vaezihir
  • Kamal Siahcheshm
University of Tabriz,
چکیده [English]

As a result of mining activities in Sungun copper mine at the north of Iran acid mine drainage enters into Pakhirchay river a subbasin of Aras borderline river. In this study using laboratory and modeling studies, optimal method is provided for treating acid mine drainage. First dynamics laboratory model was employed to evaluate zeolite efficiency to remove the copper and then using a static tests the maximum absorption potential was estimated 2.85 mg/L. Thus a zeolite filter with a length of 250 m was considered for removal of copper from the acidic drainage. For simulation copper ion transport HYDRUS 2D model was employed to investigate behavior of contaminants in porous media with a body of zeolite and also evaluate efficiency of zeolite on reducing of copper concentration under various scenarios. First scenario showed for the present condition of the drainage zeolite will decrease Cu concentration down to sub-standard copper concentration (5 mg/L) for two months. In the second scenario, as the worst case scenario, it was assumed that the concentration of copper ion increase 50% of the initial value. The model revealed that filter is able to keep the copper level below the standard level only for a month. Finally, under the last scenario and also the most optimistic one that the entering copper is ceased a month after the implementation of the model, zeolite filter will absorb copper ions for two months, without needing to change the filter material.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acid Drainage
  • Copper Ion
  • Sungun mine
  • Simulation
  • HYDRUS
Cui, H.; Li, L. Y.; & Grace, J. R. 2006. Exploration of remediation of acid rock drainage with clinoptilolite as sorbent in a slurry bubble column for both heavy metal capture and regeneration. Water research, 40(18), 3359-3366.
dos Santos, D. R.; Cambier, P.; Mallmann, F. J. K.; Labanowski, J.; Lamy, I.; Tessier, D. & Van Oort, F. 2013. Prospective modeling with Hydrus-2D of 50 years Zn and Pb movements in low and moderately metal-contaminated agricultural soils. Journal of contaminant hydrology, 145, 54-66.
EPA. 2006. Process design manual land treatment of Municipal wastewater Effluents, EPA, 625, R.06, 016. 28-29.
Fletcher, Clive AJ. Computational galerkin methods. Computational Galerkin Methods. Springer Berlin Heidelberg, 1984. 72-85.
Garcia, C.; Moreno, D. A.; Ballester, A.; Blazquez, M. L. & Gonzalez, F. 2001. Bioremediation of an industrial acid mine water by metal-tolerant sulphate-reducing bacteria. Minerals Engineering, 14(9), 997-1008.
Johnson, D. B. & Hallberg, K. B. 2003. The microbiology of acidic mine waters. Research in microbiology, 154(7), 466-473.
Kalin, M.; Fyson, A. & Wheeler, W. N. 2006. The chemistry of conventional and alternative treatment systems for the neutralization of acid mine drainage. Science of the Total Environment, 366(2), 395-408.
Leppert, D. 1990. Heavy metal adsorption with clinoptilolite zeolite: alternatives for treating contaminated soil and water, Min. Eng. 42,604-608.
Li, Y.; Šimůnek, J.; Zhang, Z.; Jing, L. & Ni, L. 2015. Evaluation of nitrogen balance in a direct-seeded-rice field experiment using Hydrus-1D. Agricultural Water Management, 148, 213-222.
Mallmann, F. J. K.; dos Santos, D. R.; Ceretta, C. A.; Cella, C.; Šimůnek, J. & van Oort, F. 2012. Modeling field-scale vertical movement of zinc and copper in a pig slurry-amended soil in Brazil. Journal of hazardous materials, 243, 223-231.
McGinness, S. 1999. Treatment of acid mine drainage. Great Britain, Parliament, House of Commons, Library.
Merdun, H. 2012. Effects of Different Factors on Water Flow and Solute Transport Investigated by Time Domain Reflectometry in Sandy Clay Loam Field Soil. Water, Air, & Soil Pollution, 223(8), 4905-4923.
Mo’allim, A.; Kamal, M.; Muhammed, H.; Mohd Soom, M.; Mohamed Zawawi, M.; Wayayok, A.; & Che Man, H. 2018. Assessment of Nutrient Leaching in Flooded Paddy Rice Field Experiment Using Hydrus-1D. Water, 10(6), 785.
Neuman, S. P. 1975. Galerkin approach to saturated-unsaturated flow in porous media. Finite elements in fluids, 1, 201-217.
Peña-Sancho, C.; Ghezzehei, T. A.; Latorre Garcés, B.; & Moret-Fernández, D. 2015. A theoretical analysis to estimate the hydraulic properties of a loam soil from a capillary-overpressure-evaporation process employing the HYDRUS 2D model.
Pinder, G. F. & Gray, W. G. 2013. Finite element simulation in surface and subsurface hydrology. Elsevier.
Šimůnek, J.; Van Genuchten, M. T.; & Šejna, M. 2006. The HYDRUS software package for simulating two-and three-dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variably-saturated media. Technical manual, version, 1, 241.
Sprynskyy, M.; Buszewski, B.; Terzyk, A. P. & Namieśnik, J. 2006. Study of the selection mechanism of heavy metal (Pb 2+, Cu 2+, Ni 2+, and Cd 2+) adsorption on clinoptilolite. Journal of colloid and interface science, 304(1), 21-28.
Tom Ridge & Gournor. James. M. 1995. Coal mine drainage prediction and pollution prevention in Pensylvania, The Pensylvania department of environmental protectio
Wang, S. & Peng, Y. 2010. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chemical Engineering Journal, 156(1), 11-24.
Wei, X.; Wolfe, F. A. & Han, Y. 2014. Mine drainage: Characterization, treatment, modeling, and environmental aspect. Water Environment Research, 86(10), 1515-1534.
Yavuz, Ö.; Altunkaynak, Y. & Güzel, F. 2003. Removal of copper, nickel, cobalt and manganese from aqueous solution by kaolinite. Water research, 37(4), 948-952.
Zienkiewicz, O. C.; Taylor, R. L. & Taylor, R. L. 1977. The finite element method (Vol. 3). London: McGraw-hill.