عنوان پایان‌نامه
بررسی و تعیین پارامترهای حذف در جای MTBE از آب های زیرزمینی جنوب تهران در مقیاس پایلوت آزمایشگاهی و ارزیابی ریسک این ماده و محصولات حذف در آب زیرزمینی
- رشته تحصیلی
- مهندسی محیط زیست -منابع آب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده محیط زیست شماره ثبت: ENV 949;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56612
- تاریخ دفاع
- ۳۰ دی ۱۳۹۱
- دانشجو
- علی بریانی
- استاد راهنما
- علیرضا پرداختی, مجتبی اردستانی
- چکیده
- MTBE یکی از فراورده¬های نفتی از حدود 30 سال پیش به عنوان افزودنی در سوخت خودروها جهت بهبود کیفیت احتراق به کار رفت. اما با تولید زیاد و گسترش سریع آن در تمام جهان، همچون بسیاری از مواد دیگر موجب بروز مشکلاتی برای محیط زیست گردید بطوری¬که بعد از یک دهه، متوجه آلوده شدن آب-های زیرزمینی توسط مقادیر زیادی از این ماده شدند. این ماده پس از ورود به محیط زیرزمینی به دلیل دارا بودن خواصی همچون حلالیت بالا و نیمه عمر بالا در آب، مقدار کم ثابت قانون هنری و قابلیت جذب ضعیف توسط ذرات خاک، نفوذ و تحرک¬پذیری بسیار زیادی در خاک و آبهای زیرزمینی دارد. مهم¬ترین مشکلِ وجود این ماده در آب، ایجاد طعم و بوی نامطلوب حتی در غلظت¬های بسیار پایین (ppb 20) است. MTBE همچنین موجب خطراتی برای سلامتی و احتمالاً بروز سرطان برای انسان می¬شود. از حدود 10 سال پیش تولید این ماده در بسیاری از کشورها ممنوع شد اما در برخی کشورها از جمله ایران هنوز تولید می¬شود. آب زیرزمینیِ منطقه¬ی صنعتی ری در جنوب تهران به علت وجود انواع صنایع نفتی و تأسیسات پالایشگاهی، یکی از مناطق آلوده به این ماده است. ما در این پژوهش ابتدا حذف درجای MTBE از آب¬های زیرزمینی به روش اکسیداسیون شیمیاییِ فنتون را بررسی می¬کنیم و سپس به ارزیابی ریسکِ وجود این ماده در آب¬های زیرزمینی بر سلامتی ساکنین منطقه می¬پردازیم. در بخش ارزیابی ریسک، فقط آب مصارف خانگی و کشاورزی که از آب¬های زیرزمینی تأمین می¬شوند، مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج بدین صورت بود: مقدار ریسکِ نهایی و اندیس خطرِ نهاییِ MTBE به ترتیب برابر 5-10×4 و 386/0 به دست آمد. به دلیل آن¬که اندیس خطرِ مجموع از 1 کمتر است، می¬توان گفت در این موارد از کاربری آب¬های زیرزمینی، خطرات اثرات غیر سرطانی، مردم منطقه را تهدید نمی¬کند. همچنین با توجه به میزان ریسک می¬توان گفت از هر صد هزار نفر در منطقه، 4 نفر به دلیل مواجهه با آب آلوده به MTBE، احتمال ابتلا به سرطان در طول عمر آن¬ها وجود دارد. اما مشکل طعم و بوی MTBE در آب آشامیدنی (حتی با غلظت¬های بسیار کم)، همچنان ما را به عملیات حذف آن از آب¬های زیرزمینی وا داشته است. در بخش بررسی حذف درجای MTBE از آب¬های زیرزمینی، آزمایش¬های پایلوت آزمایشگاهی برای منطقه¬ی مورد مطالعه، در ستون¬های خاک یک بُعدی انجام پذیرفت که شرایط فیزیکی و شیمیایی منطقه به طور تقریبی و تا حد امکان در پایلوت شبیه¬سازی شد. از میان این پارامترها، غلظت اولیه¬ی آلاینده¬ی مورد هدف، جنس خاک، نفوذپذیری، pH، غلظت¬های یونی و سایر مواد آلیِ آلوده¬کننده¬ی موجود در آب زیرزمینی، مهم¬ترین شرایط تأثیرگذار در عملیات حذف شناخته شدند. با توجه به شرایط طبیعی محیط، یعنی ریزدانه بودن آبخوان، نفوذپذیری پایین، محدوده¬ی pH خنثی و بالا بودن عوامل مزاحم مثل یون¬ها و سایر مواد آلی، برای حذف آلاینده¬ی هدف به روش اکسیداسیون شیمیایی از واکنش فنتون یا H2O2/Fe استفاده کردیم. در انتخاب نوع آهن به عنوان کاتالیزور، توجه به شرایط محدودکننده و سخت محیطی ما را به سمت بهره جستن از خواص واکنش¬پذیری بالای نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی سوق داد. اما به دلیل عمر کوتاه و تحرک-پذیری کم آن¬ها در محیط، با پایدار شدن سطح نانو ذرات این کاستی¬ها جبران شد. بنابر این در این پژهش از نانوذرات آهن صفر ظرفیتیِ پایدار شده استفاده گردید. نتایج این بخش از تحقیق به این شرح است: برای حذف غلظت¬های حدود mg/L 2 از MTBE، غلظت¬های بهینه¬ی نانو ذرات آهنِ صفر ظرفیتیِ پایدار شده و هیدروژن پراکسید در شرایط محیطی ذکر شده، به ترتیب برابر mg/L 300 و mg/L 1500 به دست آمد که منجر به حذف 78% از MTBE در پایلوت شبیه¬سازی¬شده شد (نسبت¬های میلی مولار و ). طی این عملیات، غلظت¬های محصولات جانبیِ خطرناک واکنش یعنی استون و TBA، پس از گذشت حداقل 90 دقیقه از ابتدای واکنش بطور میانگین کمتر از ppm 1/0 به دست آمدند که طبق نتایج بخش ارزیابی ریسک می¬توان گفت عملیات پالایش از این لحاظ با مشکلی روبرو نیست. همچنین عملیات حذف موجب کاهش 30 درصدی نفوذپذیری خاک شد. برای کم کردن اثرِ عملیات حذف بر نفوذپذیری و همچنین افزایش بازدهی سیستم یا کاهش مصرف نانو ذرات آهن اقدام به اسیدی کردن محیط واکنش کردیم تا جایی که با ایجاد شرایط 2/3pH=، به راندمان حذف 90% دست یافتیم. علاوه بر این، میزان تأثیر یون¬های مزاحم بر کاهش کارایی سیستمِ حذف، حدود 15% به دست آمد. با توجه به سطوح بسیار پایینِ خطر و ریسکِ محصولات جانبی پس از عملیات حذف، می¬توان گفت که ریسک و خطر مصرف آب خانگی پس از عملیات حذف، برابر با ریسک و خطر MTBE باقی¬مانده در آبخوان (بخش حذف نشده) است. بنابر این با فرض اجرای پالایش، مقادیر ریسک اثرات سرطانی و خطرِ اثرات غیر سرطانی به ترتیب برابر 5-10×1 و 103/0 یعنی یک چهارم برابر حالت اولیه خواهد شد. کلید واژه¬ها: MTBE، آب زیرزمینی، حذف درجا، اکسیداسیون شیمیایی فنتون، نانوذرات آهن صفر ظرفیتی، ارزیابی ریسک، آبخوان جنوب تهران
- Abstract
- Abstract: MTBE is one of oil products which has been used since over 25 years ago as an additive in fuel to increasing gasoline octane number. After a decade, vast production of MTBE caused some environmental problems as it contaminated most Groundwater exceedingly. The most important problem of this material in water is bad taste and odor even at low concentrations (20 ppb). In addition, MTBE can cause cancerous and hazardous effects on human health. Although, Production and usage of MTBE in some industrial countries have been prohibited for 10 years, in Iran it is produced and used yet. Because of presence of oil industries and refinery facilities, Groundwater in south of Tehran, is one the most contaminated regions in Iran. Therefore, in this research at first we are going to investigate in-situ remediation of MTBE and then assess the risk of MTBE in Groundwater on resident’s health. The part of risk assessment was limited only to two applications of Groundwater including drinking and agricultural water. In this part, we concluded that the ultimate cancerous risk and hazard index (HI) of MTBE are 4*10-5 and 0.386 respectively. Because total HI<1, residents are not exposed to hazardous effects by these two Groundwater applications. Based on amount of cancerous risk, it can be estimated that in this region, 4 cases out of every hundred thousand people likely to be diagnosed with cancer in their lifetime, due to exposure to water contaminated with MTBE. Despite these two low levels, the problem of bad taste and odor of MTBE in drinking water has forced us to remediation of the groundwater. In next part, some bench-scale pilot tests were designed to investigate in-situ removal of MTBE from groundwater. These tests were implemented on one-dimensional soil column with approximately similar chemical and physical conditions of the region. The initial concentration of target contaminants, soil type, soil permeability, pH, ions concentration and other organic contaminants in Groundwater were identified as the most important parameters in treatment operations. Based on natural conditions of case study area including fine aquifer, low permeability, high buffering capacity and high levels of scavengers like ions and other organic matter, we utilized Fenton’s chemical oxidation (H2O2/Fe) by using stabilized nano zero valent iron particles (S-NZVI) as catalyst. Because of short life and low mobility of bare nano zero-valent iron particles (NZVI) in Groundwater media, S-NZVI was opted to treat. At the end we concluded that for remediation of simulated Groundwater polluted with 2 mg/L MTBE, optimum concentrations of H2O2 and S-NZVI are respectively 1500 mg/L and 300 mg/L leading to the elimination of 78% of MTBE in the pilot (miliMolar ratios: and ). At least 90 minutes after the beginning of the reaction, hazardous by-products concentration like acetone and TBA were obtained less than 0.1 ppm on average, so we can claim remediation has no problem in this respect. The effect of remediation on soil was 30% reduction in permeability. To minimize this effect, increase the efficiency of the system and reduce the consumption of iron nano particles, we proceeded to acidify environment of reactions up to pH=3.2 leading removal efficiency of 90%. In addition, the effect of scavengers (ions) on reducing system efficiency was 15%. According to the low levels of hazard index and cancerous risk of by-products, it can be said that after remediation risk and hazard are related to remained MTBE in aquifer (not removed part). Thus, ultimate cancerous risk and hazard index (HI) of MTBE will be decreased to 1*10-5 and 0.103 respectively by implementation of remediation. Key words: MTBE, Groundwater, in-situ remediation, Fenton chemical oxidation, Nano Zero-valent Iron, risk assessment, southern Tehran’s aquifer
