وثيقة
Application of local adsorption material in treating municipal solid waste leachate
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2019
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
الملخص الإنجليزي
In this research study, Palygorskite (PAL) from Shuwaymiyah in Dhofar governorate in the Sultanate of Oman has been used for the adsorption isotherm of two pollutants (i.e. Total Organic Carbon (TOC) and Ammonia Nitrogen (NH3-N)) in Municipal Solid Waste (MSW) leachate from Al-Amerat landfill site. The leachate sample was characterized for all parameters mentioned in Ministerial Decision of wastewater re-use and discharge (MD 145/93) to identify the level of contaminants in the leachate. The
batch adsorption experiments were performed to evaluate the adsorption behavior of Shuwaymiyah Palygorskite (SPAL) on the removal of TOC and NH3-N in three different forms (i.e. raw, washed & calcinated at 550oC). Also, the US commercial PAL
was used in this research to compare the observations and findings of SPAL with the commercially available PAL for the adsorption process. The X-ray diffraction (XRD) analysis of SPAL and US PAL was conducted to identify the mineralogical composition of clay. The effect of adsorbent dosage and the initial concentration of the pollutants in the sample on the adsorption behavior of SPAL and US PAL were studied. The leachate characterization showed that the organic pollutants are present in the leachate sample in high concentration comparing to heavy metals. The XRD analysis showed the availability of PAL in the raw and washed SPAL and US PAL while it was absent in calcinated SPAL due to the destruction of the structure of the clay by thermal treatment at high temperature and conversion of the PAL minerals to another type of minerals. The results of the experiments revealed that the amount of TOC and NH3-N adsorbed by SPAL decreased as the dosage of adsorbent increased. This is because the relationship between adsorbent dosage and adsorption amount is inversely proportional.
On the other hand, the removal efficiency of SPAL in removing TOC and NH3-N increased as the adsorbent mass increased due to increase of the surface area of the clay to adsorb more particles and molecules. Furthermore, the adsorption amount of TOC and NH3-N decreased, and the removal efficacy increased as the initial concentration decreased. However, the equilibrium concentration of TOC and NH3-N decreased as the initial concentration decreased. The study showed that the equilibrium concentration of NH3-N reached to the limit specified in MD 145/93 especially with washed and calcinated SPAL. There was a reduction in TOC and NH3-N equilibrium concentration by 99 % from raw leachate to 1:100 diluted leachate using SPAL. This finding proved that the SPAL is a capable adsorbent that could be an alternative to the expensive adsorbent in Gulf region and worldwide.
The equilibrium isotherms for TOC for all types of clay were best fitted by the Langmuir isotherm model which indicate the process of TOC adsorption is monolayer and the adsorption takes place at the surface of the clay and at the homogenous surface. The maximum adsorption capacity of TOC was 4.401 mg/g by raw SPAL. The adsorption isotherm for NH3-N were best fitted with the Freundlich isotherm model with all type of clay except with raw SPAL which is fitted to both models. This indicate that the adsorption process of NH3-N was followed the interlayer adsorption process and the adsorption takes place at the heterogenous surface. The maximum adsorption capacity of NH3-N was 1.167 mg/g by raw SPAL. In conclusion, the SPAL is a capable adsorbent for treating TOC and NH3-N from the leachate sample which could substitute the expensive activated carbon.
Pre-treatment of the leachate sample is recommended because the adsorption behavior is affected by the initial concentration and the seasonal variation and different landfill sites to be considered in the adsorption research. Also, the thermal treatment at lower temperature is recommended and the effect of pH, temperature and contact time on the adsorption behavior are advisable.
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
في هذه الدراسة البحثية ، إستخدمت نوع من أنواع الطين الموجود في الشويمية في محافظة ظفار في سلطنة عمان يعرف باسم البليجورسکایت (PAL) لدراسة خاصية الإمتزاز متساوي الحرارة لملونين من ملوثات العصارة الناتجة من النفايات البلدية الصلبة في مردم النفايات بولاية العامرات الأ وهما الكربون العضوي الكلي و نيتروجين الأمونيا. لقد تم فحص عينة العصارة لتحديد مستوى الملوثات المذكورة في القرار الوزاري الخاص بإعادة إستخدام وتصريف مياه الصرف الصحي ( 145/ 93MD) في العينة. وكذلك تم إجراء تجارب الإمتزاز الدفعي لتقييم خاصية الإمتزاز ولمعرفة سلوك طين الباليجورسکایت (SPAL) من الشويمية على إزالة الكربون العضوي الكلي ونيتروجين الامونيا بثلاثة أشكال مختلفة (الطين الخام والمغسول والمحروق عند 550 درجة سيليزية). أيضا تم إستخدام باليجورسکايت التجاري الأمريكي في هذا البحث لمقارنة ملاحظات ونتائج طين الباليجورسكایت من الشويمية مع الباليجورسكایت المتوفر تجاريا لعملية الإمتزاز. حيث تم إجراء تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) الهذين النوعين من الباليجورسکايت لتحديد التركيبة المعدنية لهم وكما تمت دراسة تأثير الجرعة المميزة والتركيز الأولي للملوثات في العينة على سلوك الإمتزاز في جميع أنواع الطين المستخدم في الدراسة.
أظهر نتائج توصيف العصارة بأن الملوثات العضوية موجودة في عينة العصارة ذات التركيز العالي مقارنة بالمعادن الثقيلة. وكما أظهر تحليل حيود الأشعة السينية من توفر مادة الباليجورسکايت في طين الخام والمغسول من الشويمية والطين الامريكي بينما كان غائبة في الطين المحروق بسبب تدمير بنية الطين بالمعالجة الحرارية عند درجة الحرارة العالية وتحويل معادن باليجورسکایت إلى نوع آخر من المعادن. وأيضا كشفت نتائج التجارب بأن كمية الكربون العضوي الكلي ونيتروجين الأمونيا الممتزجة بواسطة الطين من الشويمية قد انخفضت مع زيادة جرعة الممتزات وهذه نتيجة متوقعة لأن العلاقة بين جرعة المميزات وكمية الإمتزازهي علاقة معاكسة. ومن ناحية أخرى، زادت كفاءة إزالة باليجورسکايت من الشويمية في إزالة الكربون العضوي الكلي ونيتروجين الأمونيا مع زيادة كتلة المادة المميزة بسبب زيادة مساحة السطح لتمتص المزيد منهم. علاوة على ذلك، فقد إنخفضت كمية الامتزاز للملوثات، وزادت فعالية الإزالة مع إنخفاض التركيز الأولي للمونات فالعينة. ولكن تركيز التوازن للملوثات إنخفضت بإنخفاض التركيز الأولي لهم فالعينة. أظهرت الدراسة أيضا أن تركيز التوازن النتيروجين الامونيا وصل إلى الحد المحدد في القرار الوزاري المذكور أعلاه ولاسيما مع الطين المغسول والمحروق من الشويمية. وكان هناك إنخفاض في تركيز التوازن للملوثات بنسبة 99% من العينة الخام للعصارة إلى 1: 100 من العصارة المخففة باستخدام الطين من الشويمية. وبذلك أثبتت هذا الإكتشاف أن الطين من الشويمية قادر على الإمتزاز ويمكن أن يكون بديلا عن الممتزات باهظة الثمن في منطقة الخليج وفي جميع أنحاء العالم. كما تشير نتائج الدراسة إلى أن التوازن متساوي الحرارة الكربون العضوي الكلي لجميع أنواع الطين المستخدم في الدراسة تتبع نموذج لانغميور والذي يشير على أن عملية الإمتزاز أحادي الطبقة ويحدث على سطح المتجانس للطين، وكانت قدرة الإمتزاز القصوى لكربون العضوي الكلي هي 4. 401 مجم / جم بواسطة الطين الخام من الشويمية. كما تشير الدراسة على أن التوازن متساوي الحرارة النتروجين الأمونيا يتبع نموذج فريندليك مع جميع أنواع الطين ما عدا الطين الخام فإنه يتبع النموجين. وهذا يعني أن عملية الإمتزاز يحدث على سطح غير متجانس للطين. وكانت السعة القصوى للإمتزاز نيتروجين الإمونيا 1. 167 مجم / جم بواسطة الطين الخام من الشويمية وفي الختام فإن الطين باليجورسکايت الموجود في الشويمية قادر على إمتزاز الكربون العضوي الكلي ونيتروجين الإمونيا من عينة العصارة الناتجة من النفايات البلدية الصلبة والتي يمكن أن تحل محل الكربون المنشط الغالي الثمن. وكجزء من توصيات هذه الدراسة، فإنها توصي بالمعالجة المسبقة لعينة العصارة لأن سلوك الإمتزاز يتأثر بالتركيز الأولي للعينات. وأيضا توصی بدراسة سلوك الإمتزاز لعينات الطين في مواسم مختلفة وفي مواقع مختلفة لمكب النفايات لعينات العصارة .ومن التوصيات أيضا بأن المعالجة الحرارية للطين يجب أن تكون عند درجة الحرارة منخفضة وتنصح بدراسة بتأثير درجة الحموضة ودرجة الحرارة ومدة الالتصاق على سلوك الإمتزاز.
أظهر نتائج توصيف العصارة بأن الملوثات العضوية موجودة في عينة العصارة ذات التركيز العالي مقارنة بالمعادن الثقيلة. وكما أظهر تحليل حيود الأشعة السينية من توفر مادة الباليجورسکايت في طين الخام والمغسول من الشويمية والطين الامريكي بينما كان غائبة في الطين المحروق بسبب تدمير بنية الطين بالمعالجة الحرارية عند درجة الحرارة العالية وتحويل معادن باليجورسکایت إلى نوع آخر من المعادن. وأيضا كشفت نتائج التجارب بأن كمية الكربون العضوي الكلي ونيتروجين الأمونيا الممتزجة بواسطة الطين من الشويمية قد انخفضت مع زيادة جرعة الممتزات وهذه نتيجة متوقعة لأن العلاقة بين جرعة المميزات وكمية الإمتزازهي علاقة معاكسة. ومن ناحية أخرى، زادت كفاءة إزالة باليجورسکايت من الشويمية في إزالة الكربون العضوي الكلي ونيتروجين الأمونيا مع زيادة كتلة المادة المميزة بسبب زيادة مساحة السطح لتمتص المزيد منهم. علاوة على ذلك، فقد إنخفضت كمية الامتزاز للملوثات، وزادت فعالية الإزالة مع إنخفاض التركيز الأولي للمونات فالعينة. ولكن تركيز التوازن للملوثات إنخفضت بإنخفاض التركيز الأولي لهم فالعينة. أظهرت الدراسة أيضا أن تركيز التوازن النتيروجين الامونيا وصل إلى الحد المحدد في القرار الوزاري المذكور أعلاه ولاسيما مع الطين المغسول والمحروق من الشويمية. وكان هناك إنخفاض في تركيز التوازن للملوثات بنسبة 99% من العينة الخام للعصارة إلى 1: 100 من العصارة المخففة باستخدام الطين من الشويمية. وبذلك أثبتت هذا الإكتشاف أن الطين من الشويمية قادر على الإمتزاز ويمكن أن يكون بديلا عن الممتزات باهظة الثمن في منطقة الخليج وفي جميع أنحاء العالم. كما تشير نتائج الدراسة إلى أن التوازن متساوي الحرارة الكربون العضوي الكلي لجميع أنواع الطين المستخدم في الدراسة تتبع نموذج لانغميور والذي يشير على أن عملية الإمتزاز أحادي الطبقة ويحدث على سطح المتجانس للطين، وكانت قدرة الإمتزاز القصوى لكربون العضوي الكلي هي 4. 401 مجم / جم بواسطة الطين الخام من الشويمية. كما تشير الدراسة على أن التوازن متساوي الحرارة النتروجين الأمونيا يتبع نموذج فريندليك مع جميع أنواع الطين ما عدا الطين الخام فإنه يتبع النموجين. وهذا يعني أن عملية الإمتزاز يحدث على سطح غير متجانس للطين. وكانت السعة القصوى للإمتزاز نيتروجين الإمونيا 1. 167 مجم / جم بواسطة الطين الخام من الشويمية وفي الختام فإن الطين باليجورسکايت الموجود في الشويمية قادر على إمتزاز الكربون العضوي الكلي ونيتروجين الإمونيا من عينة العصارة الناتجة من النفايات البلدية الصلبة والتي يمكن أن تحل محل الكربون المنشط الغالي الثمن. وكجزء من توصيات هذه الدراسة، فإنها توصي بالمعالجة المسبقة لعينة العصارة لأن سلوك الإمتزاز يتأثر بالتركيز الأولي للعينات. وأيضا توصی بدراسة سلوك الإمتزاز لعينات الطين في مواسم مختلفة وفي مواقع مختلفة لمكب النفايات لعينات العصارة .ومن التوصيات أيضا بأن المعالجة الحرارية للطين يجب أن تكون عند درجة الحرارة منخفضة وتنصح بدراسة بتأثير درجة الحموضة ودرجة الحرارة ومدة الالتصاق على سلوك الإمتزاز.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية