文摘
饮用水质量评估提供一个连续的干净安全的饮用水供应保护公众健康。研究区域包括三个村庄:Tulube Seddo, Serdo,都是附近Mettu镇西南约550公里处的埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴。的物理和化学参数收集饮用水样品进行了评估,包括pH值、浊度、电导率、总悬浮物(TSS)、总溶解固体(TDS),重金属的存在。样品在实验室检查,研究结果相比,世界卫生组织(世卫组织)标准。几乎所有的理化指标是安全的和允许的限度内的饮用水质量。然而,铅离子浓度被认为是高于世界卫生组织的标准。一个吸附剂从香蕉分之一叶被用来去除铅离子从饮用水。平衡参数测定用朗缪尔吸附等温式。饮用水是治疗4 h在自制的吸附柱组成的过滤介质(砂、木炭和粉治疗香蕉分之一叶)。数据显示,去除铅离子是近70%,但仍高于世界卫生组织的标准。
1。介绍
海洋包含世界上大多数的水,这是不适合人类食用。只有大约世界上3%的水被认为是新鲜的,保存在冰川和冰帽的2.97%。剩下的0.03%的形式收集地表和地下水供人类使用。足够数量的清洁的饮用水是免费的可持续的人类生活污染是一个关键的必要性(1,2]。致病微生物和化学污染物危害人体健康不应出现在饮用水。不应该是阴天,高,或泥泞,它应该遵守世界卫生组织的指导方针。还应该免费等污染物的有机和无机污染物,重金属和农药3]。关键是所有的人,特别是那些生活在发展中国家,负担得起的能够获得安全的饮用水(4]。人类活动如城市化、工业化、农业活动,和其他类型的人类活动都有助于增加污染地表水和地下水的最近几十年(2- - - - - -5]。现代化,连同其他人类活动,仍然是一个角色转移的水传播疾病,影响水生生物6,7]。此外,它有能力传播疾病的国家尤其是在贫穷国家。关注人类健康由水传播感染引起尤其普遍在欠发达国家如埃塞俄比亚、缺乏清洁水质量足够供人类使用。世界卫生组织(世卫组织)估计,污染饮用水占全球约94%的腹泻疾病和疾病负担(总数的10%5- - - - - -7]。因此,获得安全的饮用水变得越来越重要。水体通常被认为是金属堆积在水生动物的来源,它可以产生长期影响他们居住的人类健康和生态系统(7]。目前研究人员正在调查饮用水中重金属的存在自然和人为来源(8- - - - - -10]。发现重金属进入地表和地下水。普遍性、毒性及可能危害人类健康提供的这些金属对水质产生影响(11,12]。铅、锌、铜、砷、镉、铬、镍、铀,以及汞、重金属导致最关心的。饮用水中铅的浓度是一个主要的问题。即使在少量,铅会削弱成人和儿童的神经系统。当含铅管道组件衰减在酸性或矿产的水,可以进入饮用水。引导服务线,领导的一个重要来源(13]。
世界各地的研究人员进行的研究,以评估饮用水质量。进行了一个实验,看看一个自制的过滤浊度的影响,氟化物,pH值和温度2]。根据这项研究,过滤水明显减少了物理、化学和生物污染物。过滤设备是小而轻,使它适合旅行。比较化学研究评估了物理、化学和生物特性的埃及饮用水处理厂(4]。运河的评价包括淡水流入,饮用水,砂滤器反洗水。这份报告包含各种想法为决策者,可以节省20%的浪费水,同时保护运河水道。为了保护公众健康,饮用水质量在马来西亚霹雳州的调查(5]。住宅和商业地区的饮用水样本国家还进行了pH值,浊度、电导率、TSS、TDS,重金属在这个上下文。参数的值相比,世界卫生组织的标准以及当地标准如国家饮用水质量标准(NDWQS)。每个指标满足了世卫组织和NDWQS需求。
在埃塞俄比亚,井和弹簧是饮用水的主要来源,提供大的城市和农村地区。尽管政府缺乏定期和全面的水质检测项目,有上升指标在一些地区的水污染问题。水土流失,从城市和农村地区住宅垃圾,工业垃圾都可能被污染的重要来源。没有足够的饮用水标准研究和重金属污染。Endale等人研究了饮用水中铅量在亚的斯亚贝巴,埃塞俄比亚首都城市。根据这项研究,亚的斯亚贝巴的饮用水可能是铅污染的来源(13]。而minelik et al。14)进行了一项回顾性研究物理化学的饮用水源质量埃塞俄比亚。这项研究使用了983水样收集来自不同的地区进行测试。非常高的钠离子和氯离子浓度记录在春天,水龙头,和水源的地区如索马里,远处,Oromia。这项研究是由Mebrahtu和Zerabruk [15]分析国家饮用水质量的提格雷埃塞俄比亚北部的地区。本文的主要目标是确定水平/浓度的一些物理化学参数和重金属和比较值与国家和国际组织(如世卫组织)推荐的饮用水标准。结果表明,某些样品的电导率(EC)、总溶解固体(TDS),浊度,和各种重金属的浓度(Cd,铬、铁、镍、和Pb)大于世界卫生组织的标准。
除重金属可以通过使用一些方法,包括化学沉淀、离子交换、化学氧化、还原、反渗透、超滤、电透析,和吸附(16- - - - - -18]。绝大多数都是传统的和昂贵的。传统的净水技术可能在农村或过于昂贵分散的人口在发展中国家。因此,研究更有效和具有成本效益的水处理系统是至关重要的,以达到一个安全的水平(17]。以前,工作的重点是设计一个治疗可能减少成本,利用特定的过程或活动,如吸附、过滤、沉淀。吸附技术是最有效的,在技术上成熟,和著名的过程,但污泥等其他固有限制发展,低效率,敏感的工作条件,和昂贵的处理(18- - - - - -31日]。
本研究的目的是观察的饮用水处理和安全要求Illu Abba Bor地区。饮用水在三个不同的村庄Tulube样本收集,Seddo, Serdo。他们分析了pH值等重要的水质特点,浊度、电导率、总悬浮物(TSS)、总溶解固体(TDS),重金属的存在根据世卫组织标准。然后水处理吸附剂由香蕉分之一叶。自制的过滤器是由过滤器媒体(砂、木炭和香蕉分之一叶粉)。原子吸收光谱(AAS)被用来评估的纯净水过滤器。
2。材料和方法
2.1。叙事研究的领域
Mettu镇(8.2961°N, 35.5822°E)中可以找到Illu Abba Bor埃塞俄比亚Oromia地区的区域。它是西南方向约550公里的首都亚的斯亚贝巴。的水用于饮用Illu Abba Bor区要么来自河里戈尔或长江水。为了进行调查的理化特征的饮用水,三个不同的村庄靠近Mettu镇,即。、Tulube Seddo Serdo,选择和收集的样本。图1代表了研究区域。
2.2。理化参数的分析
水被称为浊度的朦胧。这是一个测量的光穿过水的能力。饮用水与过度的浊度,或朦胧,是视觉上没有吸引力和潜在损害健康。在浊度,病原体可以找到食物和住所。浊度的测定用浊度计(Wag-WT3020,豪迈集团公司)。水的pH值样本使用数字酸度计测定(汉娜酸度计)。碱度在自然河流是由分解引起的有限公司2在水里。形成碳酸盐,碳酸氢盐,然后分离形成羟基离子。水的碱度中和酸的能力。水处理方法和defluoridation操作,碱度值估算消毒剂量是至关重要的。碱度决心按照APHA建议(32]。水的总硬度主要是由溶解钙盐和镁盐从附近的矿石。水的硬度会影响它的味道。水的导电率和总溶解固体测量在s / cm使用电导仪(WTW Inolab电导率720)。水样本检测的内容钙,镁,硝酸盐,磷酸盐,铅、铜、铬、锌使用火焰原子吸收光谱仪(FAAS)。
2.3。制备的吸附剂香蕉分之一叶
样品从当地香蕉分之一叶聚集。收集的样本被分成小块的大小不等,从5到10毫米。之后,这是适当的清洗与普通水为了摆脱泥浆和其他粒子是不可取的。之后,材料暴露于太阳七天为了任何地表水蒸发。最后,材料已经经历了干磨和筛选过程。之后,这是收集并把供以后使用的领域是封锁气密拉链锁盖。
2.4。批实验的吸附过程
在批处理模式中,50毫升的水样本在一个锥形瓶;准备添加吸附剂。参数,搅拌时间(分钟),吸附剂用量(g / L),和初始溶液中铅浓度(毫克/升)对于每个样本将被修改。样品都在指定时间内激动。由吸附铅去除(%)计算 在哪里表明铅离子浓度在不同的时间和平衡条件显示初始铅离子浓度。
吸附剂表面的吸附量在估计使用下面的方程。 在哪里Co和Ce(毫克/升)初始和平衡在溶液中铅离子浓度,分别W(g)是吸附剂的质量,V(左)溶液的体积。Pb(2)样品的浓度测定用原子吸收光谱(AAS)。所有的实验进行了一式三份,将计算平均值。
2.5。吸附等温线
研究了吸附容量利用朗缪尔等温线模型。吸附实验数据使用这个模型。大多数的文献研究表明,朗缪尔吸附等温式广泛用于吸附发生在特定网站的齐次吸附剂。吸附不能发生一旦吸附分子占据了一个网站由于平衡达到[10- - - - - -12)和方程(3)描述了朗缪尔模型的非线性形式。 在哪里(毫克/升)表示浓度溶液中铅离子的平衡,(毫克/克)的吸附能力,(毫克/克)的最大吸附容量,和(L / mg)是朗缪尔吸附常数。
的好感度或unfavorability吸附系统可以预测的平衡参数RL,这是一个无量纲的朗缪尔模型的常数,是一个重要的特点。平衡参数是由以下方程: 该参数显示等温线的类型,这可能是不可逆的(= 0),有利(0 << 1),或不利的(> 1)。
2.6。实验Setup-Treatment饮用水
吸附柱用一种丙烯酸材料被用于进行水净化。列高59厘米,宽10厘米。图S1提供了实验中使用的滤水器的设计。吸附室充满了过滤媒体作为吸附剂吸附的设置。第一层是由香蕉分之一叶粉、木炭粉,第二和第三的沙子。处理过的水会通过前室,各层,最后滤液将达到室底部。实验项目和滤液然后使用原子吸收光谱法分析来确定溶液中铅离子的浓度。根据(1),去除可以计算的百分比。数据S2和S3提供可视化表示的吸附剂和水过滤器。
3所示。结果与讨论
3.1。研究区域的评估
表1总结了饮用水的理化参数检查的结果的基础上从三个村庄获得的水样。样本从自来水收集这些三个村庄的住宅和商业的地方。的理化参数测试样本与标准(主要在协议33]。然而,样本包括相当水平的领导,根据研究结果。铅是剧毒在其自然栖息地和在世界的生物多样性有很大的负面影响。关键是删除从水中铅和其他重金属的来源。
3.2。批量吸附
3.2.1之上。接触时间的影响
在吸附过程中,接触时间是一个重要的参数,提供了一个最优值的最大吸附量,可能发生在吸附剂表面(20.,21]。因此,为了确定影响接触时间对铅离子的去除,实验进行了不同时间间隔从60分钟,在30毫克/升的初始铅离子浓度和吸附剂用量为0.5 g / L。实验的结果如图2。从图可以看出,Pb (II)浓度吸附在香蕉茎增加而延长时间。最初吸附过程的速率取决于质量传递阶段。初始阶段的特点是由于活动网站的可用性高的强烈吸附在吸附剂的表面,因此大浓度梯度激活过程(21]。在目前的研究中观察到类似的现象。Pb (II)最初吸收非常快,和平衡达到60分钟。因此,在接下来的实验中,60分钟被选为最佳的接触时间。快速吸附表明这个过程主要是由化学吸附而非物理吸附。
3.2.2。吸附剂用量的影响
仔细选择理想的吸附剂用量为有效和高效的去除的污染物,因为吸附通常是受到吸附剂的用量。剂量的影响,研究了用Pb (II)浓度的30 mg / L和最佳的接触时间(60分钟)。剂量不同数量从0.5到3 g / L。搅拌后,过滤,滤液中重金属离子的浓度测定用原子吸收光谱法。吸附的吸附剂用量最大的金属离子被认为是最佳的用量和0.25 g / L的所有金属离子(图3)。进一步增加吸附剂剂量之后确实有很多影响Pb(2)删除。这是由于重叠的吸附剂吸附网站由于过度拥挤的颗粒吸附的最佳剂量和屏蔽网站之外(29日,30.]。
3.2.3。初始浓度的影响
实验进行了不同离子浓度开始,从15到90 mg / L,增量的15 mg / L, 60分钟,吸附剂剂量设定在2.5 g / L。这样做的好处是,可以确定初始离子浓度的影响。实验的结果以图形化的形式,如图所示4。上面讨论的调查提供证据表明吸附百分比下降当初始离子浓度增加。Pb (II)的浓度最高的吸收是最优10 mg / L。
3.2.4。吸附等温式
非线性回归分析的朗缪尔等温线图所示5。之间的图Ce和问e将用于计算吸附剂的最大吸收能力(问马克斯)Pb (II)离子的吸附水样本。朗缪尔的研究取得了问马克斯和kl值分别为22.96毫克/克和0.0415。R2(回归系数)被确定为0.943。平衡值Rl变化从0.194到0.7,表明吸附是有利的。表2介绍了消除各种吸附剂用于除铅的吸收能力。
3.3。治疗的饮用水过滤器
饮用水净化使用修改后的自制的过滤介质是调整包括香蕉分之一叶粉、木炭粉,砂颗粒。饮用水样品将流经滤床,和水的滤液为每个样本获得的独立的村庄将被评估。试验利用修改的手工制作的滤波器将香蕉茎在30分钟的时间,1,2,3,4,5 h透露,除最高领导和治疗持续时间达到4 h,并且达到了平衡。进行了控制实验中没有使用的吸附剂,即。,just charcoal powder and sand particles were used as filter beds for water treatment. For all samples, the removal of lead with modified handmade filter media was greater than the standard filter media (the control). The control studies yielded a percentage of lead removal of 48.68%, 45.5%, and 45.8% for the three samples obtained from the various communities. The modified filter bed, which contained banana pseudostem, charcoal, and sand, respectively, removed 73.56%, 71.29%, and 71.38% of the lead. The conclusion of the experiment is given in graphical form in Figure6。它表明,尽管显著减少铅离子浓度在所有三个站点(大约70%),铅浓度仍大于世界卫生组织所认为的安全。结果表明,修改后的手工对饮用水净化过滤器创建一个高潜在的改进。
Devi et al。34)进行了一个类似研究氟的去除,砷,大肠杆菌从饮用水使用修改后的手工制作的过滤介质,结合压砖。剩余数量的氟、砷和大肠菌群测定是在谁的允许标准。Mengistie et al。2]做了一个实验来测试一个手工修改过滤器对浊度的影响,粪大肠菌,氟化物,过滤器对温度的影响以及博士的研究结果表明,过滤材料原始含氟水的研究中可能会删除相当水平的物理,化学和生物污染物。Abdel-Shafy et al。4调查和研究了饮用水的物理化学性质,以及开发一个回收砂滤器。饮用水处理方法,已经在使用是一种有效的净化容易获得淡水的方法。
4所示。结论
饮用水样品质量分析了来自三个不同的社区按照世卫组织和环保局的指导方针。饮用水被认为是安全的,除了额外的铅的存在。Pb (II)离子从饮用水使用香蕉茎粉作为吸附剂。重要的发现的批量试验总结如下:最初吸附物浓度有显著影响吸附的功能(在溶液中铅离子)。当铅离子的浓度更高,更少的铅移除。此外,吸附剂的用量和治疗导致的长度的增加吸附能力。根据研究结果,铅离子可能被利用一个低成本的农业废弃物产品称为香蕉分之一叶。根据朗缪尔等温线分析,吸附剂的最大吸附容量为22.96毫克/克。此外,自制的滤水器由砂、木炭、香蕉茎是采用滤水器去除铅离子。吸附了4 h,有效地减少了铅水平70%。 Based on the research, we conclude that the homemade filter is successful in purifying drinking water; however, the concentration of lead ions need to be lower than the level set by the WHO. Therefore, it is vital to increase the effectiveness of the adsorption process by adjusting adsorption parameters such as treatment duration, the amount of adsorbent contained inside each column, and the particle size. In addition, the adsorbent has to be replaced every two days in order to keep it fresh. This will allow the adsorption process to be more effective while also preventing the growth of germs and other types of pollution.
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果中包括表和数据。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者要感谢Mettu大学为他们的财政支持和琼水处理公司的试剂支持。
补充材料
图S1提供滤水器的设计中使用的实验。列包含不同的室。图中描述个人房间的高度是S1。前三个室包含吸附剂材料。如图S1,所述第一层充满了香蕉分之一叶粉,2层充满了木炭粉,和第三层充满了沙子。处理过的水会通过室顶部,然后不同的层,最后滤液将达到室底部。pseudo-banana茎收集和处理的可视化表示如图S2。图S3表示过滤材料和吸附柱。(补充材料)