استفاده از نانوذارت پراکسید کلسیم در حذف نفتالین از آب زیرزمینی: بررسی تأثیر دما و pH بر بازدهی حذف

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 گروه میکروبیولوژی، دانشکده زیست‌شناسی، دانشگاه تهران

2 استادیار و عضو هیئت علمی گروه اکولوژی و کنترل آلودگی محیطی، پژوهشکده محیط زیست و بیوتکنولوژی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

3 استادیار و عضو هیئت علمی، گروه میکروبیولوژی و بیوتکنولوژی، پژوهشکده محیط زیست و بیوتکنولوژی، پژوهشگاه صنعت نفت

4 استاد و عضو هیئت علمی، گروه میکروبیولوژی، دانشکده زیست شناسی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده
یکی از روش‌های نوین پاکسازی آب‌های زیرزمینی آلوده به ترکیبات نفتی، استفاده از ترکیبات آزادکننده اکسیژن است. این ترکیبات می­توانند با آزاد کردن رادیکالهای آزاد، آلاینده را به صورت شیمیایی تخریب کنند و یا با اکسیژن رسانی به بستر آب زیرزمینی، ضمن تحریک میکروارگانیسم های بومی، منجر به حذف زیستی آلاینده شوند. در پژوهش حاضر، نانوذرات پراکسید کلسیم (CaO2) جهت تأمین اکسیژن مورد نیاز برای رشد و فعالیت میکروارگانیسم‌های ساکن آب زیرزمینی در آزمایش‌های ناپیوسته به­کاربرده­شد و تأثیر عوامل مختلف همچون میزان نانوذرات در آب، دما و pH بر عملکرد نانوذرات در حذف آلاینده مدل (نفتالین) در غلظت اولیه ppm 20 مطالعه شد. نتایج نشان داد که در حضور mg/L 400 از نانوذرات CaO2 و در دمای oC 0.5± 30و pH اولیه خنثی، جمعیت میکروبی آب زیرزمینی به بالاترین حد خود رسید و با حفظ شرایط خنثی و یا جلوگیری از افزایش یا کاهش شدید pH، 100‌% نفتالین محلول به طور کامل پس از 20 روز حذف شد. همچنین، نفتالین در pHهای 3، 4/7 و 12 و دمای oC 0.5± 15به ترتیب در روزهای 2، 20 و 30 به طور کامل از نمونه‌ها حذف شد که نشان­دهنده غالب و سریع بودن واکنش اکسیداسیون شیمیایی در شرایط اسیدی است. در دماهای0.5± 15 و oC 0.5±30 نیز آلاینده در روزهای 20 و 15 از آب زیرزمینی به طور کامل حذف شد. در عین حال با کاهش دما به oC 4 به جهت افت فعالیت میکروبی و سرعت واکنشهای شیمیایی، تنها 75‌% از آلاینده طی 30 روز بررسی، حذف شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1. Thiruvenkatachari, R., S. Vigneswaran, and R. Naidu, Permeable reactive barrier for groundwater remediation. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2008. 14(2): p. 145-156.
2. Ferreira, L., et al., Preliminary testing and design of permeable bioreactive barrier for phenanthrene degradation byPseudomonas stutzeriCECT 930 immobilized in hydrogel matrices. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 2015. 90(3): p. 500-506.
3. Bedessem, M.E., N.G. Swoboda-Colberg, and P.J.S. Colberg, Naphthalene mineralization coupled to sulfate reduction in aquifer-derived enrichments. FEMS Microbiology Letters, 1997. 152(2): p. 213-218.
4. Majone, M., et al., In situ groundwater and sediment bioremediation: barriers and perspectives at European contaminated sites. New biotechnology, 2015. 32(1): p. 133-146.
5. Jones, M.D., et al., Stable-isotope probing of the polycyclic aromatic hydrocarbon-degrading bacterial guild in a contaminated soil. Environ Microbiol, 2011. 13(10): p. 2623-32.
6. Höckenreiner, M., H. Neugebauer, and L. Elango, Ex situ bioremediation method for the treatment of groundwater contaminated with PAHs. International Journal of Environmental Science and Technology, 2015. 12(1): p. 285-296.
7. Rajasekhar, B., I.M. Nambi, and S.K. Govindarajan, Human health risk assessment of ground water contaminated with petroleum PAHs using Monte Carlo simulations: A case study of an Indian metropolitan city. Journal of environmental management, 2018. 205: p. 183-191.
8. Bamforth, S.M. and I. Singleton, Bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons: current knowledge and future directions. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 2005. 80(7): p. 723-736.
9. Adekunle, A.S., et al., Determination of polycyclic aromatic hydrocarbon levels of groundwater in Ife north local government area of Osun state, Nigeria. Toxicol Rep, 2017. 4: p. 39-48.
10. Malima, N.M., et al., Development of cost-effective and eco-friendly adsorbent by direct physical activation of Tanzanian Malangali kaolinite for efficient removal of heavy metals. Materials Today: Proceedings, 2020.
11. Hou, X., et al., Persulfate activation induced by ascorbic acid for efficient organic pollutants oxidation. Chemical Engineering Journal, 2020. 382: p. 122355.
12. Singh, S., et al., Current advancement and future prospect of biosorbents for bioremediation. Science of The Total Environment, 2020. 709: p. 135895.
13. Al-Thani, R. and B. Yasseen, Phytoremediation of polluted soils and waters by native Qatari plants: Future perspectives. Environmental Pollution, 2020. 259: p. 113694.
14. Peluffo, M., et al., Strategies for oxidation of PAHs in aged contaminated soil by batch reactors. Ecotoxicology and environmental safety, 2018. 151: p. 76-82.
15. Andrade, L.N., et al., Performance of different oxidants in the presence of oxisol: Remediation of groundwater contaminated by gasoline/ethanol blend. Chemical Engineering Journal, 2017. 308: p. 428-437.
16. Yang, X., et al., Enhanced phenanthrene degradation in river sediments using a combination of biochar and nitrate. Science of The Total Environment, 2018. 619: p. 600-605.
17. Villaverde, J., et al., Combined use of microbial consortia isolated from different agricultural soils and cyclodextrin as a bioremediation technique for herbicide contaminated soils. Chemosphere, 2018. 193: p. 118-125.
18. Ławniczak, Ł., et al., Microbial degradation of hydrocarbons—Basic principles for bioremediation: A review. Molecules, 2020. 25(4): p. 856.
19. Chevalier, L. and C.D. McCann, Feasibility of calcium peroxide as an oxygen releasing compound in treatment walls. International Journal of Environment and Waste Management, 2008. 2(3): p. 245-256.
20. Xue, Y., et al., Simultaneous removal of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) by CaO2 based Fenton system: Enhanced degradation by chelating agents. Chemical Engineering Journal, 2018. 331: p. 255-264.
21. Lu, S., X. Zhang, and Y. Xue, Application of calcium peroxide in water and soil treatment: A review. Journal of Hazardous Materials, 2017.
22. Mosmeri, H., et al., Bioremediation of benzene-contaminated groundwater by calcium peroxide (CaO2) nanoparticles: Continuous-flow and biodiversity studies. Journal of hazardous materials, 2019. 371: p. 183-190.
23. Gholami, F., et al., Application of encapsulated magnesium peroxide (MgO2) nanoparticles in permeable reactive barrier (PRB) for naphthalene and toluene bioremediation from groundwater. Science of The Total Environment, 2019. 655: p. 633-640.
24. Mosmeri, H., et al., Controlled-release oxygen nanocomposite for bioremediation of benzene contaminated groundwater, in New Polymer Nanocomposites for Environmental Remediation. 2018, Elsevier. p. 601-622.
25. Northup, A. and D. Cassidy, Calcium peroxide (CaO 2) for use in modified Fenton chemistry. Journal of Hazardous Materials, 2008. 152(3): p. 1164-1170.
26. Pardieck, D.L., E.J. Bouwer, and A.T. Stone, Hydrogen peroxide use to increase oxidant capacity for in situ bioremediation of contaminated soils and aquifers: A review. Journal of Contaminant Hydrology, 1992. 9(3): p. 221-242.
27. Xin, B.P., et al., Bioaugmented remediation of high concentration BTEX-contaminated groundwater by permeable reactive barrier with immobilized bead. J Hazard Mater, 2013. 244-245: p. 765-72.
28. Abdallah, E., A.A. Goncalves, and G.A. Gagnon, Oxygen release compound as a chemical treatment for nutrient rich estuary sediments and water. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng, 2009. 44(7): p. 707-13.
29. Mackay, D., et al., In situ treatment of MTBE-contaminated groundwater at two sites in California. IAHS PUBLICATION, 2002: p. 333-340.
30. Yeh, C.H., C.W. Lin, and C.H. Wu, A permeable reactive barrier for the bioremediation of BTEX-contaminated groundwater: Microbial community distribution and removal efficiencies. J Hazard Mater, 2010. 178(1-3): p. 74-80.
31. Daghio, M., et al., Hydrocarbon degrading microbial communities in bench scale aerobic biobarriers for gasoline contaminated groundwater treatment. Chemosphere, 2015. 130: p. 34-9.
32. Yeh, C.S., et al., Synthesis and characterization of stabilized oxygen-releasing CaO2 nanoparticles for bioremediation. Journal of environmental management, 2018. 212: p. 17-22.
33. Mosmeri, H., et al., Benzene-contaminated groundwater remediation using calcium peroxide nanoparticles: synthesis and process optimization. Environmental monitoring and assessment, 2017. 189(9): p. 452.
34. Qian, Y., et al., Performance and properties of nanoscale calcium peroxide for toluene removal. Chemosphere, 2013. 91(5): p. 717-723.
35. Wang, H., et al., Properties of calcium peroxide for release of hydrogen peroxide and oxygen: A kinetics study. Chemical Engineering Journal, 2016. 303: p. 450-457.
36. Stapleton, R.D., et al., Biodegradation of aromatic hydrocarbons in an extremely acidic environment. Applied and environmental microbiology, 1998. 64(11): p. 4180-4184.