بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق بهینه سازی فرآیند تصفیه شیمیایی و بررسی فرآیند غشایی نانوفیلتراسیون جهت بازیافت پساب واقعی یک صنعت نساجی واقع در شهرک صنعتی ابزاران اصفهان میباشد. این پژوهش به مطالعه آزمایشگاهی فرآیند تصفیه شیمیایی با استفاده از سولفات آهن دو ظرفیتی و اثر عوامل pH ، غلظت آلاینده و فشار عملیاتی بر میزان حذف اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD )P1P0F و هدایت الکتریکی (EC)P1F2P بصورت جداگانه با بکارگیری نانوفیلتر تجاری مارپیچی حلزونی کرهای می پردازد . از روش طراحی آزمایشها تاگوچی برای انجام و تحلیل پژوهش استفاده شده است. برای این منظور در فرآیند انعقاد و لخته سازی، غلظت سولفات آهن در محدوده 400-800 mg/L، pH مورد بررسی در محدوده 6-10 و زمان لخته سازی بین 10-20 دقیقه با سرعت اختلاط ثابت 25 دور دردقیقه و جهت نانوفیلتراسیون، غلظت COD واقعی در محدوده 50-200 mg/L، pH محلول در محدوده 6 -10 و فشار نانوفیلتراسیون در محدوده 4 -8 bar انتخاب گردید . نتایج حاکی از آن است که در فرآیند تصفیه شیمیایی بهترین راندمان حذف کدورت درpH=8 ، غلظت 600 mg/L و زمان بهینه لخته سازی حدود 20 دقیقه میباشد. همچنین نتایج نشان داد، در نانوفیلتراسیون با افزایش pH و فشار راندمان حذف آلاینده ها تا حدود 98 درصد افزایش یافته است. این در حالی است که با افزایش غلظت COD راندمان حذف آلودگی ها در فرآیند غشایی تا حدود 90 درصد کاهش مییابد.
کلمات کلیدی
تاگوچی، تصفیه فاضلاب، صنایع نساجی، فناوری غشایی، محیط زیست، نانوفیلتراسیون
-1 مقدمه
ایران در منطقه خشک و نیمه خشک واقع شده و در طول تاریخ همیشه از سه محدودیت چالش برانگیز یعنی فزونی جمعیت، کم آبی و عدم تناسب زمانی و مکانی بارش رنج برده است. در نیم قرن اخیر میانگین بارش در ایران حدود ۰۵۲ میلی لیتر (معادل ۲۱۴ میلیارد متر مکعب) بوده است که از یک سوم میانگین جهانی بارش کمتر است(علیخانی، ۷۸۳۱ ). از میزان ۲۱۴ میلیارد متر مکعب آب کشور، ۰۷ درصد آن بر اثر تبخیر از بین میرود و تنها ۰۳ درصد آن یعنی ۰۳۱ میلیارد باقی میماند که ۰۰۱ میلیارد آن در حال استفاده است(علیخانی، ۷۸۳۱). از همان ابتدا، صنعت تصفیه آب یکی از مهمترین عرصه های استفاده از نانوفیلتراسیون بوده است. از جمله کاربردهای وسیع آن میتوان به استفاده از فرایند نرم سازی که به آن "غشاهای سختی زدا" نیز اطلاق میشود، اشاره کرد. همچنین از این غشاها در حذف مواد آلی طبیعی و رنگ از آب و پساب استفاده میگردد(.(Riungu, 2012 توانایی توأمان در حذف مواد آلی و غیر آلی به همراه حذف سختی در یک مرحله باعث شده که بتوان یک واحد غشایی را جایگزین بخشهای متعددی از فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب نمود. این امر منجر به تمایل شرکتهای تصفیه آب و فاضلاب به تحقیقات بیشتر در این زمینه و علاقهمندی به سرمایه گذاری در این بخش گردید که به دنبال آن کاربردهای جدیدی از جمله، رنگزدائی از پسابهای نساجی،گندزدایی به واسطه حذف ویروس ها ، حذف آفت کش ها و سایر ریزآلایندهها و حذف فلزات سنگین نیزگزارش گردیده است (ترابیان، ۶۸۳۱).
مطابق بررسیهای انجام گرفته متغیرهایی مانند، اندازه منافذ و نوع غشاء ، غلظت و نوع آلاینده،میزان فشار عملیاتی و خصوصیات فیزیکی و شیمیائی آب از جمله میزان پیاچ و دما ی آب در عملکرد فرآیندهای غشایی در کاهش آلایندهها از آبهای آلوده مؤثر میباشند . با توجه به شرایط اقلیمی شهر اصفهان و خشکسالیهای مکرر و تبدیل شدن رودخانه زاینده رود به یک رودخانه فصلی، منابع آب از اهمیت ویژه ای برخوردار شدهاند و واحدهای صنعتی را بر آن داشته است که با استفاده از فناوریهای نوین تصفیه، پسابهای تولیدی خود را بازیافت و از آب تصفیه شده در قسمتهای مختلف خط تولید استفاده نمایند. همچنین با توجه به مصرف زیاد آب کارخانجات نساجی در خط تولید و رنگرزی، بازیافت و استفاده مجدد از پساب تولیدی در این واحدهای صنعتی از اهمیت زیادی برخوردار است. لذا در این پژوهش به بررسی پارامترهای مؤثر در بازیافت پسابهای نساجی به کمک فناوری غشائی پرداخته و به صورت موردیبازیافت پساب در کارخانه نساجی گل نثار اصفهان مورد پژوهش قرار خواهد گرفت.
محمدنژاد باریکی و همکارانش درسال ۰۹۳۱ به بررسی فرآیند انعقاد و لخته سازی جهت تعیین راندمان بهینه منعقد کننده برای تصفیه پساب در شرکت پتروشیمی مبین در عسلویه پرداخته است. در این پژوهش سه منعقد کننده پلی آلومینیوم کلراید، پلی فریک سولفات و کلرور فریک در شرایط مختلف غلظت،pH و سرعت اختلاط کند مورد بررسی قرار گرفته است. ضمناً آزمایشات جارتست با روش طراحی آزمایشات تاگوچی برای ۴ عامل سه سطحی انجام گرفت. نتایج نشان داد pH بیشترین تأثیر را بر نتایج داشته است. و بعد از آن نوع منعقد کننده، غلظت و سرعت اختلاط کند در فرآیند مهم بودند(محمدنژاد باریکی و همکاران،۰۹۳۱).
گوزآلوز زافریلا و همکارانش در سال ۸۰۰۲ میلادی به بررسی استفاده از نانوفیلتراسیون جهت تصفیه پساب ثانویه نساجی برای استفاده مجدد در صنعت پرداختهاند. در این مقاله سه غشاء NF با سایزهای منافذ مختلف((NF270,NF200,NF90 مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور انتخاب مؤثرترین آنها، آزمایشات در چهار فشار متفاوت در محیط آزمایشگاهی انجام شده است. نتایج نشان میدهدکهNF200 وNF270 رفتار مشابهی در حذف نمک دارند و NF90 راندمان بهتری در حدود ۵۸ % در حذف نمک را نشان میدهد. همچنین مشاهده شد که در فشار بالاتر، برای همه غشاها میزان حذف نمک بیشتر میشود. با اینحال، در حذف COD رفتار غشاها متفاوت است. . غشاء NF90 ، درصد بیشتری ازCOD را حذف می کند و از این نظر نسبت به غشاهای دیگر برتری دارد و مستقل از فشار میباشد. NF200 و NF270 ، COD را به میزان کمتری کاهش میدهند و برای هر دو مشاهده شد که با افزایش فشار کمی حذف COD کاهش می یابد. با توجه به نتایج فوق، غشاء NF90 قادر به برآورده کردن حداقل مشخصات مورد نیاز برای کارخانه بود. فشار ۰۱ bar نیز به عنوان فشار مناسب برای شار عبوری و قدرت حذف غشاء انتخاب شد. همچنین نتایج نشان میدهد که با افزایش غلظت COD شار عبوری کاهش میابد که منجر به کاهش راندمان حذف میشود. بنابراین NF90 قادر به رساندن مشخصات پساب تصفیه شده به حدی است که بتوان از آن مجددا استفاده نمود. غشاهایNF
۲
دیگرنشان دادند که دارای شار بالاتر اما قدرت حذف پایینتری با تنوع نتایج بیشتری میباشند (Gozalvez-Zafrilla et .al, 2008)
میونگ و همکارانش در سال ۱۱۰۲ میلادی در صنعت نساجی به بررسی فرآیند اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون از نظر حذف COD، شوری و همچنین شدت جریان نفوذ آب پس از فرآیند تصفیه بیولوژیکی پرداختهاند. در این مقاله آزمایش های فیلتراسیون روی پساب خروجی تحت وضعیتهای هیدرودینامیکی مختلف با استفاده از غشاهای اسمز معکوس(-(felat-sheetBW30 و نانو فیلتر (NF90) اجرا شده است. نتایج نشان میدهد تحت فشار عملیاتی یکسان در غشاء نانوفیلتراسیون، نفوذپذیری بیشتر و کاهش جریان شدیدتری از غشا ء اسمز معکوس بدست می آید که علت آن تخلخل بیشتر و قطبیت بیشتر غشاء میباشد . در حالی که در جریان اولیه یکسان غشاء (BW30) کاهش جریان بیشتری نسبت به (NF90) را نشان میدهد که دلیل آن ایجاد رسوب بیشتر است. هر دو غشاء میتوانند COD را به سطح مطلوب کمتر از mg/l ۰۱کاهش دهند هرچند نانوفیلتراسیون اثر کمتری بر روی حذف COD دارد. همچنین (BW30) میزان شوری را بیشتر از نانوفیلتراسیون (NF90)کاهش میدهد . آب تصفیه شده به این روش را میتوان مجدد استفاده نمود که باعث کاهش مصرف آب و هزینه میشود(.(Meihong, 2011
اهدافی که در این پژوهش مورد بررسی قرار می گیرند شامل بهینه سازی فرآیند تصفیه شیمیایی و بررسی پارامترهای موثر بر عملکرد فرآیند نانوفیلتراسیون در بازیافت پساب های صنایع نساجی به منظور استفاده مجدد از آب در صنعت می باشد.
-2 مواد و روش ها
در این پژوهش در ابتدا به کمک آزمایش جارتست بهینه سازی فرآیند انعقاد و لخته سازی مورد بررسی قرار می گیرد و سپس با طراحی و ساخت پکیج تصفیه غشائی در مقیاس آزمایشگاهی و بصورت پایدار عوامل موثر بر فرایند نانوفیلتراسیون شامل pH ، COD ، EC و فشار بر روی پساب واقعی صنایع نساجی مورد بررسی قرار گرفته است.
-1-2 طراحی و ساخت سامانه آزمایشگاهی
در این پژوهش از سامانه غشایی در حالت پیوسته استفاده شده است و نمودار ۱ شماتیکی از آن را نشان می دهد.
ﳕودار ١: ﴰاتیکی از سامانه آزمایشگاهی
۳
-2 -2 مشخصات غشای نانو فیلتر تجاریTFC
مدول نانوفیلتر با یک نوع غشاء تجاری مارپیچی مجهز شد. حداکثر فشار قابل تحمل توسط غشاء ۹ فوق در جدول ۱ آورده شده است.
حلزونی از نوع TFCP2F۳P (ساخت کشور کره) موجود در بازار داخل بار و دامنه مجاز pH بین ۲ تا ۱۱ می باشد. مشخصات کامل غشای
3 Thin Film Composite
۴
جدول١: مشخصات غشاي نانوفیلتر تجاري TFCکره
١ کشور سازنده کره جنوﰊ ٦ نقطه ایزو الکﱰیک ٥/٤
٢ جنس غشاء پلی آمید ٧ بار سطحی غشاء منفی
٣ حداکثر فشار قابل ﲢمل ٩ بار ٨ مساحت سطح غشاء ٣٥/٠ مﱰ مربع
٤ حداکثر دماي قابل ﲢمل œC٤٥ ٩ شکست وزن ملکوﱄ غشاء((MWCO 300
التون
٥ ﳏدوده pH ١١ – ٢
-3 -2 ارزیابی عملکرد غشا ها
عملکرد فرآیند انعقاد و لخته سازی و غشاهای نانوفیلتر، با اندازه گیری راندمان حذف پارامتر های کدورت، COD و هدایت الکتریکی بر حسب درصد بیان می شود. برای محاسبه میزان حذف پارامترهای فوق توسط نانوفیلترها از رابطه (۱) استفاده می شود:
