چکیده
بیوچار (Biochar) نوعی مادهی کربنی است که از کربونیزاسیون زیستتودههای مختلف نظیر بقایای گیاهی، فضولات دامی و ضایعات کشاورزی در فرآیند پیرولیز، یعنی گرمادهی در شرایط فاقد یا کم اکسیژن، تولید میشود. این ماده بهعنوان پل ارتباطی میان مدیریت پسماند زیستی، بهبود ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاک و کاهش اثرات تغییر اقلیم شناخته میشود. هدف از این پژوهش، تولید بیوچار از لجن تصفیهخانه فاضلاب بندرعباس و ارزیابی کارایی آن در حذف مواد مغذی (نیترات، فسفات و آمونیوم) از پساب مزارع پرورش میگو بود. بدین منظور، در بهار ۱۴۰۲ پنج نوبت نمونهبرداری از لجن انجام و نمونهها پس از خشک شدن در هوای آزاد، در بوتههای آلومینایی قرار گرفته و در کوره الکتریکی در دماهای ۳۰۰، ۴۰۰، ۵۰۰، ۶۰۰ و ۷۰۰ درجه سانتیگراد پیرولیز شدند. سپس خصوصیات فیزیکوشیمیایی، مورفولوژیکی و ساختاری بیوچارهای حاصل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تصاویر SEM نشان داد که بیوچارهای سنتز شده دارای ساختار متخلخل و سطح ویژه بالاتر نسبت به لجن اولیه هستند. الگوی XRD وجود مقدار قابلتوجهی از کربنات کلسیم را در ساختار بیوچار تأیید کرد و طیفهای FTIR حضور گروههای عاملی فعال نظیر –OH و C=O را آشکار ساخت. تجزیهوتحلیل عنصری نشان داد با افزایش دمای پیرولیز، درصد کربن افزایش و درصد عناصر هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن کاهش مییابد؛ درحالیکه مقدار گوگرد تقریباً ثابت باقی میماند. در آزمایشهای جذب، بیوچار حاصل از دمای ۷۰۰ درجه سانتیگراد (BC700) بالاترین کارایی را در حذف فسفات (حدود 7/91٪) نشان داد. دوز بهینه و زمان تماس برای حذف فسفات به ترتیب 5/2 گرم و ۲ ساعت تعیین شد که در این شرایط حدود ۹۵٪ فسفات از پساب حذف گردید. همچنین، BC700 نسبت به سایر بیوچارها در حذف نیترات )حدود ۵۲٪) کاراتر بود و بیشترین بازده در ۳ گرم بیوچار و ۱۸۰ دقیقه تماس بهدست آمد. اصلاح بیوچار با آهن (Fe-BC) موجب افزایش چشمگیر کارایی حذف نیترات تا ۹۸٪ شد. مدلهای ایزوترم نشان دادند که لانگمویر بهترین توصیف برای جذب فسفات و فروندلیچ برای نیترات است. بر اساس معادله لانگمویر، ظرفیت جذب سطحی ماکزیمم (Qmax) برای فسفات و نیترات به ترتیب 74/85 و 50/65 میلیگرم بر گرم توسط BC700 و Fe-BC تعیین شد. بررسی اثر pH نشان داد که حذف فسفات در شرایط pH خنثی (7) و حذف نیترات در محدوده اسیدی (pH=3–5) به حداکثر میرسد. تحلیلهای ترمودینامیکی بیانگر آن بود که بیوچار اصلاحشده با آهن، میل ترکیبی قویتر و پایدارتری برای جذب و بازیابی یونهای PO₄³⁻ و NO₃⁻ دارد. نتایج سینتیکی نیز نشان دادند که فرآیند جذب از مدل شبه مرتبه دوم تبعیت میکند که بیانگر غالب بودن مکانیسم شیمیایی جذب است. در مجموع، نتایج نشان دادند که بیوچار BC700 برای حذف فسفات و Fe-BC برای حذف نیترات بهترین عملکرد را دارند. بهکارگیری این بیوچارها در تصفیه پساب مزارع میگو میتواند نقش مؤثری در کاهش ورود ترکیبات مغذی و آلی به اکوسیستمهای دریایی و جلوگیری از پدیده یوتروفیکاسیون ایفا نماید.