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

پایان نامه ها و مقالات

– 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

تصفيه بيولوژيكي يكي از روشهاي متداول در از بين رفتن آلودگيهاي هيدروكربني همراه آب مي باشد بيشتر تركيبات هيدروكربني توسط تصفيه بيولوژيكي قابل تجزيه مي باشد]4[.
اين نوع تجزيه با افزايش رشد ميكروبي توسط آماده سازي شرايط محيطي مناسب جهت تجزيه مواد آلاينده صورت مي پذيرد كه در نهايت مواد آلي به گازهايي چون دي اكسيد كربن، مواد معدني و آب تجزيه مي گردد]4[.
روشهای بیولوژیکی در محلولهاي رقيق در مورد آلايندههايي كه از لحاظ بيولوژيكي قابل تجزيه باشند به كار ميرود اما در بسياري از موارد به دليل غلظت بالاي آلاينده و يا سميت بالاي آن روش بيولوژيكي به تنهايي پاسخگو نمي باشد و معمولاً به صورت ترکیبی با سایر روشهای تصفیهای به کار می رود. میتوان تصفیه فاضلاب با استفاده از میكروارگانیسم‌ها در فضای محدودتر و رعایت استانداردهای بهتر را هدف این فرآیند خواند.براساس استانداردهای محیط زیست، پساب تصفیه شده باید به یكی از سه حالت مختلف استاندارد برای كشاورزی و آبیاری، استاندارد برای ورود به آب‌های سطحی و استاندارد تخلیه به چاه برسد كه ساده‌ترین حالت در رابطه با نیاز به پالایش كمتر، مربوط به كشاورزی و آبیاری است. میكروارگانیسم‌ها ابتدا به آب آلوده‌ای كه باید آن را تصفیه كنند عادت داده می‌شوند. به این منظور در تصفیه‌خانه‌ها مجموعه‌ای از میكروارگانیسم‌ها وجود دارد كه با ورود فاضلاب جدید آن دسته از میكروبهایی كه نسبت به این فاضلاب مقاوم بوده، زنده می‌مانند و كشت كرده و شروع به تصفیه فاضلاب مربوطه می‌كنند .
 توده میكروارگانیسم‌های تصفیه كننده صنایع مختلف، متفاوت و مخصوص است. هر فاضلابی یك روش مطالعه خاص خود دارد؛ به طوری كه گاهی سیستم تصفیه فاضلاب دو صنعت كه یك محصول را تولید می‌كنند نیز با یكدیگر فرق دارند؛ بنابراین آزمایش، تحقیقات و مطالعات پایلوتی برای تعیین روش تصفیه ضروری است.
انواع میكروب‌های تصفیه‌كنندهی فاضلاب  به طور معمول برای تصفیه فاضلاب از روش‌های بیولوژیك یا لجن فعال استفاده می‌شود؛ به گونه‌ای كه پس از تماس میكروب‌ها با فاضلاب، در حوضچه هوازنی و در نتیجه تبدیل مواد آلی به مواد بی‌ضرر، در خروجی این حوضچه فاضلاب تصفیه شده و میكروب‌ها وجود دارد كه با استفاده از روش‌های ثقلی جداسازی میكروب از فاضلاب تصفیه شده انجام می‌شود كه فضای زیادی را اشغال ‌كرده و زمان‌بر است علاوه بر آن ممكن است ته‌نشینی و جداسازی میكروب‌ها به طور كامل انجام نشود.

1-3-2- تجزیه گرمایی

تجزيه گرمايي به عنوان مثال سوزاندن6 يكي از انتخابهاي موثر در تجزيه گرمايي پساب هاي حاوي غلظت بالاي آلايندههاي آلي مي باشد و با توجه به ميزان انرژي لازم جهت گرمايش و تبخير آب موجود در پساب در غلظتهاي متوسط و اندك آلاينده از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نميباشد علاوه بر اين تجزيه گرمايي معمولاً در دماهاي بالا و فرآيندهاي پيچيده شيميايي اتفاق ميافتد كه در بعضي موارد مي تواند باعث تشكيل مواد آلي سمي جديد در طول واكنشها گردد.

1-3-3- جذب و دفع

از ديگر روشهاي تصفيه آلايندههاي همراه آب استفاده از فرآيند جذب توسط كربن فعال و يا دفع توسط بخار و يا هوا ميباشد. اما با توجه به اينكه در هر دوی اين فرآيندهاي تصفيه، در واقع مواد آلاينده از بين نميرود بلکه فقط به محيط ديگري انتقال مي يابد و مشكلات ثانويه محيط زيستي ايجاد مي نمايد، نميتواند به عنوان روش بهينه تصفيه آلايندهها مورد استفاده قرارگيرد. به عنوان مثال پس از تصفيه،كربن فعال به پسماند تبديل مي گردد و فرآيند دفع باعث آلودگي هوا ميگردد ]5[.

1-3-3-1- شناورسازی با هوا

در اين روش، جداسازي از طريق وارد كردن حبابهاي ريز گاز(معمولاً هوا) به داخل فاز مايع صورت مي پذيرد. حبابهاي هوا به ذرات جامد مي چسبند و نيروي شناوري مجموعه ذره و حبابهاي گاز بقدري زياد است كه سبب صعود ذره به سطح مي شود. بدين ترتيب مي توان ذراتي را كه چگالي آنها از مايع کمتر است را به صعود به سطح مایع وادارکرد. صعود ذرات با چگالي كمتر از مايع(مانند روغن محلول در آب) را نيز مي توان با اين عمل تسهيل كرد . استفاده از حبابهاي گاز يا هوا به منظور جداسازي ذرات معدني و نيز در تصفيهی پسابهاي حاوي روغن بطور گسترده اي رايج است. بطور كلي فرآيند شناورسازي از چهار مرحله اساسی تشکیل می شود:
توليد حباب7در پساب روغني
برخورد بين حبابهاي گاز و قطرات روغن شناور در آب
چسبيدن ذرات روغن به حبابهاي گاز
صعود مجموعه هوا- روغن به سطح آب يعني جايي كه روغن (و نيز ذرات جا
م
د معلق همراه آن) جمع آوري مي شود.

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.

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 يك واكنش شيميايي میشوند، در حالي كه خود ماده، دست خوش هيچ تغييري نمی شود. فتوكاتاليست‌ها مستقيماً در واكنش‌هاي اكسايش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرايط مورد نياز براي انجام واكنش‌ها را فراهم مي‌كنند. تعدادی از مواد که به عنوان فتوکاتالیست به کار میروند درچنين شرايطي اكسيدهاي فلزي مثلZnO، WO3 و TiO2 بهترين گزينه بوده و مطالعات نشان داده كه در اين ميان اكسيد تيتانيم نسبت به بقيه برتري دارد. در سال1972 هنگاميكه پروفسور فوجيشيما و دانشجويش هوندا مشغول انجام آزمايش بودند به پديده عجيبي برخوردند. آنها مشاهده كردند كه به هنگام قرار دادن الكترودهايي از جنس TiO2 و Pt در آب، مداري تشكيل مي شود كه بدون اعمال جريان الكتريسيته از بيرون، و تنها در معرض نور مي تواند آب را به اكسيژن و هیدروژن تجزيه كند. به دنبال اين پديده هوندا كشف كرد كه TiO2 خاصيت اكسيدكنندگي قوي دارد. بنابراين مطالعات خود را بر روي اثر اين ماده ارزشمند در پديدههاي زيست محيطي مانند استريليزه كردن، گندزدايي و حذف آلودگي ها معطوف كرد. محصولات جديد اين فناوري داراي اثرت ضد باكتريايي بوده و بنابراين يكي از پيشرفته ترين ابزار براي ضد عفوني كردن فضاها و يكي از شاخه هاي اصلي مورد مطالعه در صنعت مواد است. هم اكنون بيش از5 سال است كه توليد تجاري فتوكاتاليست ها در اروپا، امريكا، ژاپن و كره انجام ميشود. بخصوص در ژاپن از اين پديده در صنايع مختلف استفاده مي شود. آمار بازار تجارت ژاپن نشان مي دهد، پس از ظهور اولين يافتهها مربوط به خاصيت فتوكاتاليستي TiO2 در سال1970، تا سال1990 فتوكاتاليستها جنبهی يك كالاي تجاري را به خود گرفتند. از فروش آزمايشي اين محصول0/2 ميليارد ين در سال1997، 1/2 ميليارد ين در سال1998، 4 ميليارد ين در سال1999 و بالغ بر100 ميليارد ين در سال2001 حاصل شد. اين آمار نمايانگر رشد چشمگير تقاضاي اين محصول در بازار جهاني است. پيش بيني مي شود كه تا سالهاي آينده در ژاپن اين رقم بين100 تا500 ميليارد ين افزايش يابد. جهت بهبود خاصيت فتوكاتاليستي TiO2 امروزه فتوكاتاليستهاي نانومتري از ذرات TiO2 با اندازه دانه 20 نانومتر ساخته مي شود. پس از جذب UV اشعه خورشيدي توسط

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *