منابع مقاله درمورد اکسیداسیون، آلاینده ها، محیط زیست، دی اکسید کربن

دانلود پایان نامه

– روش های مختلف تصفیه پساب

در دوهه اخیر، تحقیقات گستردهای در زمینه حفاظت از محیط زیست با توجه به اهمیت این موضوع در نزد مسئولان سیاسی و دولتی و همچنین قوانین سختگیرانه جهانی تمهیدات و استانداردهای خاصی در این زمینه ، صورت گرفته است]3[.
باتوجه به اهمیت ذکر شده، انجام و پیاده سازی استانداردهای تدوین شده برای کاهش و حذف آلاینده های سمی که بر روی جو و موجودات زنده اثر سوء دارند و باعث آلودگی محیط زیست می شوند، به صورت ویژه انجام شده است. برای حذف و کاهش آلاینده های زیست محیطی روشهای فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی، اکسیداسیون و… به صورت مجزا و ترکیبی صورت گرفته است. مهمترین این روشها به اختصار و روش اکسیداسیون پیشرفته با ذکر جزئیات بیشتر در زیر توضیح داده شده است.

1-3-1- تصفیه بیولوژیکی

تصفیه بیولوژیکی یکی از روشهای متداول در از بین رفتن آلودگیهای هیدروکربنی همراه آب می باشد بیشتر ترکیبات هیدروکربنی توسط تصفیه بیولوژیکی قابل تجزیه می باشد]4[.
این نوع تجزیه با افزایش رشد میکروبی توسط آماده سازی شرایط محیطی مناسب جهت تجزیه مواد آلاینده صورت می پذیرد که در نهایت مواد آلی به گازهایی چون دی اکسید کربن، مواد معدنی و آب تجزیه می گردد]4[.
روشهای بیولوژیکی در محلولهای رقیق در مورد آلایندههایی که از لحاظ بیولوژیکی قابل تجزیه باشند به کار میرود اما در بسیاری از موارد به دلیل غلظت بالای آلاینده و یا سمیت بالای آن روش بیولوژیکی به تنهایی پاسخگو نمی باشد و معمولاً به صورت ترکیبی با سایر روشهای تصفیهای به کار می رود. میتوان تصفیه فاضلاب با استفاده از میکروارگانیسم‌ها در فضای محدودتر و رعایت استانداردهای بهتر را هدف این فرآیند خواند.براساس استانداردهای محیط زیست، پساب تصفیه شده باید به یکی از سه حالت مختلف استاندارد برای کشاورزی و آبیاری، استاندارد برای ورود به آب‌های سطحی و استاندارد تخلیه به چاه برسد که ساده‌ترین حالت در رابطه با نیاز به پالایش کمتر، مربوط به کشاورزی و آبیاری است. میکروارگانیسم‌ها ابتدا به آب آلوده‌ای که باید آن را تصفیه کنند عادت داده می‌شوند. به این منظور در تصفیه‌خانه‌ها مجموعه‌ای از میکروارگانیسم‌ها وجود دارد که با ورود فاضلاب جدید آن دسته از میکروبهایی که نسبت به این فاضلاب مقاوم بوده، زنده می‌مانند و کشت کرده و شروع به تصفیه فاضلاب مربوطه می‌کنند .
 توده میکروارگانیسم‌های تصفیه کننده صنایع مختلف، متفاوت و مخصوص است. هر فاضلابی یک روش مطالعه خاص خود دارد؛ به طوری که گاهی سیستم تصفیه فاضلاب دو صنعت که یک محصول را تولید می‌کنند نیز با یکدیگر فرق دارند؛ بنابراین آزمایش، تحقیقات و مطالعات پایلوتی برای تعیین روش تصفیه ضروری است.
انواع میکروب‌های تصفیه‌کنندهی فاضلاب  به طور معمول برای تصفیه فاضلاب از روش‌های بیولوژیک یا لجن فعال استفاده می‌شود؛ به گونه‌ای که پس از تماس میکروب‌ها با فاضلاب، در حوضچه هوازنی و در نتیجه تبدیل مواد آلی به مواد بی‌ضرر، در خروجی این حوضچه فاضلاب تصفیه شده و میکروب‌ها وجود دارد که با استفاده از روش‌های ثقلی جداسازی میکروب از فاضلاب تصفیه شده انجام می‌شود که فضای زیادی را اشغال ‌کرده و زمان‌بر است علاوه بر آن ممکن است ته‌نشینی و جداسازی میکروب‌ها به طور کامل انجام نشود.

1-3-2- تجزیه گرمایی

تجزیه گرمایی به عنوان مثال سوزاندن6 یکی از انتخابهای موثر در تجزیه گرمایی پساب های حاوی غلظت بالای آلایندههای آلی می باشد و با توجه به میزان انرژی لازم جهت گرمایش و تبخیر آب موجود در پساب در غلظتهای متوسط و اندک آلاینده از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمیباشد علاوه بر این تجزیه گرمایی معمولاً در دماهای بالا و فرآیندهای پیچیده شیمیایی اتفاق میافتد که در بعضی موارد می تواند باعث تشکیل مواد آلی سمی جدید در طول واکنشها گردد.

1-3-3- جذب و دفع

از دیگر روشهای تصفیه آلایندههای همراه آب استفاده از فرآیند جذب توسط کربن فعال و یا دفع توسط بخار و یا هوا میباشد. اما با توجه به اینکه در هر دوی این فرآیندهای تصفیه، در واقع مواد آلاینده از بین نمیرود بلکه فقط به محیط دیگری انتقال می یابد و مشکلات ثانویه محیط زیستی ایجاد می نماید، نمیتواند به عنوان روش بهینه تصفیه آلایندهها مورد استفاده قرارگیرد. به عنوان مثال پس از تصفیه،کربن فعال به پسماند تبدیل می گردد و فرآیند دفع باعث آلودگی هوا میگردد ]5[.

1-3-3-1- شناورسازی با هوا

در این روش، جداسازی از طریق وارد کردن حبابهای ریز گاز(معمولاً هوا) به داخل فاز مایع صورت می پذیرد. حبابهای هوا به ذرات جامد می چسبند و نیروی شناوری مجموعه ذره و حبابهای گاز بقدری زیاد است که سبب صعود ذره به سطح می شود. بدین ترتیب می توان ذراتی را که چگالی آنها از مایع کمتر است را به صعود به سطح مایع وادارکرد. صعود ذرات با چگالی کمتر از مایع(مانند روغن محلول در آب) را نیز می توان با این عمل تسهیل کرد . استفاده از حبابهای گاز یا هوا به منظور جداسازی ذرات معدنی و نیز در تصفیهی پسابهای حاوی روغن بطور گسترده ای رایج است. بطور کلی فرآیند شناورسازی از چهار مرحله اساسی تشکیل می شود:
تولید حباب7در پساب روغنی
برخورد بین حبابهای گاز و قطرات روغن شناور در آب
چسبیدن ذرات روغن به حبابهای گاز
صعود مجموعه هوا- روغن به سطح آب یعنی جایی که روغن (و نیز ذرات جام
د معلق همراه آن) جمع آوری می شود.

مطلب مشابه :  منابع پایان نامه ارشد با موضوعreading، questions، Students، read.

1-3-3-2- کربن فعال

کربن فعال را از چوب و زغال سنگ بدست میآورند. برای تهیه این زغال، مواد را تا حد گداختگی گرما می دهند تا هیدروکربن های آن خارج گردند، اما مقدار هوا را کمتر از مقدار کافی نگه می دارند تا سوختن ادامه یابد. سپس ذرات زغال را با قرار دادن آن در معرض یک گاز اکساینده در دمای بالا فعال می کنند. این گاز یک ساختار متخلخل در زغال ایجاد می کند و بدین ترتیب یک سطح بزرگ با مساحت زیاد درون آن ایجاد می گردد. پس از فعال سازی، کربن را می توان در اندازه های مختلف با ظرفیتهای مختلف جذب سطح، جدا کرد. دو نوع اندازه آن عبارتند از: پودری و دانه ای.

1-3-3-2-1- تصفیه با کربن فعال دانه ای(GAC)8

از ستون بستر ثابت به منزلهی وسیله تماس فاضلاب با کربن فعال دانه ای استفاده میشود. آب از بالای ستون وارد و از پایین آن تخلیه می شود. به گونهای که کربن را با یک سیستم تخلیه تحتانی در پایین ستون در جای خود نگه می دارند.

1-3-3-2-2- تصفیه با کربن فعال پودری (PAC)9

روش دیگر استفاده از کربن، به کارگیری کربن فعال پودری است. در تاسیسات تصفیه زیست شناختی، کربن فعال پودری را در یک حوضچه تماس به خروجی اضافه می کنند. پس از مدتی تماس اجازه می دهند کربن به ته مخزن ته نشین شود و سپس آب تصفیه شده را از مخزن خارج می کنند. چون دانه های کربن بسیار ریز است، برای کمک به جداسازی ذرات کربن، به لخته سازی همچون یک پلی الکترولیت و صاف کردن با صافیهای دانهای متوسط نیاز خواهد بود.

1-3-3-2-3- بازیابی کربن فعال

کربن دانهای را میتوان به راحتی با اکسایش مواد آلی در کوره و جدا کردن آنها از سطح کربن بازیابی کرد. مقداری از کربن( در حدود 5 تا 10%) در خلال فرآیند بازیابی از بین میرود و بایدکربن بکر یا نو جایگزین آن کرد. مشکل عمده در مصرف کربن فعال پودری آن است که روش بازیابی آن بخوبی شناخته شده نیست. بسیاری از مواد مایع و گازها دارای مقادیری مواد ناخواسته و ناخالصی هستند. در برخی موارد این ناخالصی ها شامل میکروب، باکتری، مواد سمی و آلوده کنندههای دیگر میباشند که باوجود درصد بسیار کم، عملاً شرایط نامطلوبی را ایجاد می کنند، بطوریکه طعم، بو، رنگ و خواص دیگر را تغییر میدهند. برای رسیدن به شرایط دلخواه در این گونه مایعات و گازها بایستی ناخالصیها حذف شوند. یکی از بهترین روشهای حذف ناخالصیها، حذف آنها به شیوه جذب سطحی میباشد. حتی در بسیاری مواقع تنها شیوه موثر نیز می باشد. زغال فعال یک نوع جاذب قوی با جذب سطحی فوق العاده میباشد و در هیچ حلال شناخته شدهای حل نمیشود و برجستهترین مشخصه آن حذف انتخابی آلایندههاست و در برخی موارد برای بازیافت مواد نیز بکار می رود. میزان جذب زغال فعال به اندازه ساختار منافذ کربن و توزیع اندازه منافذ و همچنین اندازه و شکل مولکولهای آلاینده بستگی دارد. کربن فعال به عنوان یک ماده جاذب، دارای کاربردهای مهم و حیاتی است. کاربردهای عمده کربن فعال در صنایع آب برای از بین بردن رنگ، بو و مزه غیردلخواه از آب در تصفیه فاضلاب کارخانه ها و در پالایشگاههای گاز برای شیرین سازی گاز، در پتروشیمی ها و پالایشگاههای نفت، در خالص سازی داروها و روغنهای خوارکی و صنعتی، صنایع قند، صنایع دفاع و درتصفیه هوا و گازها بکار میرود. بازیافت حلالها و مواد شیمیائی نیز از کاربردهای عمده کربن فعال است. با توجه به تنوع مصرف و تنوع مواد اولیه انواع زیادی با مشخصات خاص کربن فعال تولید می شود که هر کدام برای مصارف خاصی ساخته میشوند.

1-3-4- فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته10

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته که شامل کاربرد ترکیبات گوناگونی از O3، H2O2، UV و نیمه رساناها (از جمله TiO2) می شود روش های بالقوه مناسب تصفیه می باشند. حسن مهم این فرآیندها به رادیکال های هیدروکسیل () مربوط می شود که تقریبا به هر ترکیب آلی با ثابت سرعت بسیار زیاد حمله ور می شود. فرآیند های متفاوت اکسیداسیون پیشرفته هر کدام به نوبه خود با توجه به ویژگی و طبیعتی که دارند می توانند برای کاهش آلودگی پساب های مختلف با ترکیبات آلوده کننده متفاوت به کار رود.
در واقع هدف اصلی از اکسیداسیون شیمیایی، تبدیل مواد آلی به مواد معدنی مانند آب، دی اکسید کربن و یا حداقل به مواد واسطه بی ضرر میباشد. روشهای بر پایه تخریب شیمیایی وقتی به صورت کامل به کار روند می توانند با بازده خوبی آلودگی ها را از فاضلاب حذف کنند یا کاهش دهند. در بعضی موارد روشهای قدیمی مانند بیولوژیکی نمی تواند بازده خوبی در حذف آلودگیهای مختلف داشته باشد به همین منظور در چند دههی اخیر از فرآیند اکسیداسیون پیشرفته به عنوان یک فناوری جدید برای حذف آلاینده ها می تواند به صورت مجزا و ترکیبی با سایر روشهای قدیمی به کار رفته است]6[ .
AOPs معمولاً از سیستمهای واکنشی متفاوتی تشکیل شده است، اما اساس همه ی آنها با توجه یک مشخصه شیمیایی مشترک که تولید رادیکال هیدروکسل () می باشد، مشخص میشوند. رادیکالهای هیدروکسیل اجزاء فوقالعاده فعال و واکنش دهنده می باشند که به اکثر قسمتهای آلی مولکولها با ثابت سرعت ، حمله ور می شوند.

مطلب مشابه :  پایان نامه رایگان دربارهتکرار جرم، ارتکاب جرم، تعدد جرم، عام و خاص

جدول1- 1 – میزان مجاز فنول براساس استاندارد HAL
Standard type

Metod detection limit (mg/l)
Permit Limit (mg/l)
CAS No
Parameter name
HAL
0015/0
2
2-94-108
phenol

این فرآیندها با توجه به اینکه دارای انتخاب پذیری پایینی برای حمله ور شدن به مواد آلی از جمله روش های اک
سیداسیون مفید و پرکاربرد در تصفیه فاضلاب و حل مشکلات محیط زیستی می باشند. یکی دیگر از مزایای AOP تنوع پذیری در روش های آن برای تولید رادیکال های هیدروکسیل می باشد که این مسئله ایجاب می کند که با توجه به آلایندههای فاضلاب روش مناسب را برای تصفیه آن انتخاب میکنیم.
از آنجا که برای استفاده از AOP برای تصفیه پساب نیاز به یک سری مواد و واکنش دهنده های گران قیمت مانند آب اکسیژنه11() یا ازن (O3) هست، تا جایی که امکان تصفیه پساب با بازده مورد نظر با استفاده از روشهای قدیمی و ارزان قیمت تر مانند روشهای بیولوژیکی وجود دارد استفاده از این روش توصیه نمیشود. فهرستی از روشهای مهم و ترکیبی فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته در جدول (1-2) آمده است.

جدول1- 2- فهرست روشهای مهم و ترکیبی AOP
Photo degredation

Fenton
/
Fenton-like
/
Photo assisted Fenton

Fenton- like

Ozonation

Ozonation

Ozonation
/
Photocatalysys

1-3-4-1- فوتوکاتالیست

فتوکاتالیست ها موادی هستند که باعث نابودی آلاینده ها در آب و فاضلاب و تبدیل آنها به مواد بی خطر نظیر آب و دی اکیسد کربن می شوند. در حقیقت این مواد در اثر تابش نور منجر به بروز یک واکنش شیمیایی میشوند، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نمی شود. فتوکاتالیست‌ها مستقیماً در واکنش‌های اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط مورد نیاز برای انجام واکنش‌ها را فراهم می‌کنند. تعدادی از مواد که به عنوان فتوکاتالیست به کار میروند درچنین شرایطی اکسیدهای فلزی مثلZnO، WO3 و TiO2 بهترین گزینه بوده و مطالعات نشان داده که در این میان اکسید تیتانیم نسبت به بقیه برتری دارد. در سال1972 هنگامیکه پروفسور فوجیشیما و دانشجویش هوندا مشغول انجام آزمایش بودند به پدیده عجیبی برخوردند. آنها مشاهده کردند که به هنگام قرار دادن الکترودهایی از جنس TiO2 و Pt در آب، مداری تشکیل می شود که بدون اعمال جریان الکتریسیته از بیرون، و تنها در معرض نور می تواند آب را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه کند. به دنبال این پدیده هوندا کشف کرد که TiO2 خاصیت اکسیدکنندگی قوی دارد. بنابراین مطالعات خود را بر روی اثر این ماده ارزشمند در پدیدههای زیست محیطی مانند استریلیزه کردن، گندزدایی و حذف آلودگی ها معطوف کرد. محصولات جدید این فناوری دارای اثرت ضد باکتریایی بوده و بنابراین یکی از پیشرفته ترین ابزار برای ضد عفونی کردن فضاها و یکی از شاخه های اصلی مورد مطالعه در صنعت مواد است. هم اکنون بیش از5 سال است که تولید تجاری فتوکاتالیست ها در اروپا، امریکا، ژاپن و کره انجام میشود. بخصوص در ژاپن از این پدیده در صنایع مختلف استفاده می شود. آمار بازار تجارت ژاپن نشان می دهد، پس از ظهور اولین یافتهها مربوط به خاصیت فتوکاتالیستی TiO2 در سال1970، تا سال1990 فتوکاتالیستها جنبهی یک کالای تجاری را به خود گرفتند. از فروش آزمایشی این محصول0/2 میلیارد ین در سال1997، 1/2 میلیارد ین در سال1998، 4 میلیارد ین در سال1999 و بالغ بر100 میلیارد ین در سال2001 حاصل شد. این آمار نمایانگر رشد چشمگیر تقاضای این محصول در بازار جهانی است. پیش بینی می شود که تا سالهای آینده در ژاپن این رقم بین100 تا500 میلیارد ین افزایش یابد. جهت بهبود خاصیت فتوکاتالیستی TiO2 امروزه فتوکاتالیستهای نانومتری از ذرات TiO2 با اندازه دانه 20 نانومتر ساخته می شود. پس از جذب UV اشعه خورشیدی توسط

دیدگاهتان را بنویسید