مقاله بررسی حذف ماده آلاینده MTBE ازمنابع آب تحت فرآیند UV/H2O2

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

بررسی حذف ماده آلاینده MTBE ازمنابع آب تحت فرآیند UV/H2O2

چکیده
MTBE که اخیراﹰ به عنوان ماده افزودنـی بـه بنـزین ، جـایگزین تترااتیـل سـرب شـده اسـت، بـرای کـاهش مونوکسیدکربن و ازن در خروجی اگزوز اتوموبیل ها و نیز افزایش عدداکتان بکار می رود. با توجه به سمی بـودن این ماده، تجزیه پذیری بیولوﮊیکی کم آن و طعم و بوی زننده ای که دارد حتی ریختن مقادیر نسبتاﹰ کم این مـاده می تواند اثرات منفی روی آبهای زیرزمینی و آبهای آشامیدنی داشته باشد. ماده آلاینده MTBE بوسیله فرآینـد اکسایش پیشرفته نظیرUV/H2O2 قابل حذف مـی باشـد. میـزان حـذفMTBE، هنگامیکـه فتـولیز در غیـاب فتوکاتالیزور و اکساینده انجام می گیرد، کم است. در حذف MTBE بوسـیله فرآینـدUV/H2O2 ، تـاثیر برخـی از پارامترهای موثر ماننداثر نورUV ، تاثیر زمان تابش نورUV ،غلظت پراکسیدهیدروﮊن، غلظت اولیه ماده آلاینـده MTBEو pH مورد بررسی قرار گرفت .نتایج نشان داد که در شرایط بهینه بوسیله فرآیندUV/H2O2 در مدت زمان ٤٠ دقیقه از تابش نورUV ، MTBE بطورکامل حذف می شود. افزودن مقدار مناسب از H2O2 باعث افزایش قابـل ملاحظه ای در سرعت اکسایش فتوکاتالیزی MTBE می گردد، ولی مقادیر مازاد پراکسید هیدروﮊن بـا غیرفعـال کردن رادیکالهای هیدروکسیل، سرعت حذف را کاهش می دهد.

واﮊه های کلیدی: متیل ترسیو بوتیل اتر، سوختهای اکسیژنه، فرآیندهای پیشرفته اکسایش، رادیکال هیدروکسیل

مقدمه
در شهرهای بزرگ منابع متعددی برای آلودگی هوا وجود دارد کـه از آن جملـه مـی تـوان بـه خودروهـا، صنایع، وسایل گرمایشی و منابع متفرقه از قبیل سوزاندن زبالـه هـای جامـد، فعالیـت هـای سـاختمانی و تجاری اشاره کرد. در این میان خودروها نقش بارزی در تشدید آلودگی هوا دارند. با توجه به بـرهم کـنش آب، خاک و هوا،آلودگی یکی از آنها، منجر به آلودگی بقیه خواهد شد. بدین معنی که تشدید آلودگی هـوا، آلودگی آب و خاک را درپی دارد. باور بر این است که خطر آلودگی هوا ١١ برابر بیش از آلـودگی آب و١٦ برابر بیش از آلودگی غذایی است . بی تردید افزایش سکته های ناگهانی ، افـرایش بیماریهـای سـرطانی و عصبانیت های جنون آمیز، سردردهای مزمن، ناراحتیهای تنفسی و قلبی نیز ناشی از افزایش آلودگی هـوا در شهرهای بزرگ است. یکی از آلاینده های هوا که در سالهای اخیر تلاشـهایی بـرای حـذف آن صـورت گرفته است ، سرب است. منبع اصلی آلاینده سرب در هوای شهرها تترااتیل سرب اسـت کـه بعنـوان بـالا برنده عدداکتان به بنزین افزوده می شود. درجهان طـی دودهـه گذشـته ازترکیـب MTBE بعنـوان یـک جانشین مناسب برای تترااتیل سرب استفاده شده است . درکشور ما نیز مسئولان تلاش کردند تا علاوه بـر واردات این ترکیب و جایگزینی آن، واحدهای تولید این ماده در داخل کشور را برپـا سـازند.ایـن درحـالی است که گفته می شود ترکیب فعلی متیل ترسیوبوتیل اتر برای سـلامت انـسان خطرنـاک اسـت و ضـمنا باعث آلودگی آبها نیز خواهد شد. تلاش برای تصفیه MTBEبا استفاده از تکنولوﮊیهای مرسوم مثل عریـان سازی توسط هوا(airstripping )، جذب توسط کربن فعال و جذب بیولوﮊیکی چنـدان رضـایتبخش نبـوده است. . فرایند زدایش توسط هوا بدلیل قابلیت حذف بیش از ٩٩% MTBE موجود در آب دارای بیـشترین کاربرد می باشد. از طرفی بدلیل انحلال زیاد MTBE در آب ، نیاز به نسبت های بالای هوا به آب داشته و بدلیل آلوده شدن هوای حاصله از فرایند به MTBE کاربرد آن در حذف MTBE اندکی سؤال برانگیز مـی باشد و در بیشتر موارد ممنوع است. کربن فعال تکنولوﮊی مخربی نیست و MTBE بـه سـادگی از محـیط آبی جذب کربن فعال می شود ولی هزینه عملیاتی آن بسیار بالا است ، زیـرا MTBE تمایـل کمـی بـرای انتقال بر روی کربن دارد و مقدار زیادی GAC لازم است تـا مقـدار کمـی MTBE حـذف شـود. تـصفیه بیولوﮊیکی برای حذف MTBE از آب آشامیدنی تحت شرایط کنترل شده انجام پذیر بوده و اکـسیداسیون بیولوﮊیکی در غلظت های بالای MTBE در منابع آبی می تواند مفید باشد ، از طرفی چون رشـد باکتریهـا کند و ناپایدار است به همین دلیل فرایند حذف بیولوﮊیکی برای MTBE چندان رایج نیست. تصفیه های AOT روش امید بخشی برای حذف آلودگی MTBE از فاضلاب و آبهای زیرزمینی می باشـد. اسـاس ایـن تکنولوﮊیها تولید رادیکالهای با فعالیت بالاست. رادیکالهای هیدروکسیل در فرآیند اکـسیداسیون پیـشرفته تولید شده و مجموعه ای از واکنشهای زنجیره ای را آغاز می کنند که در نهایت به تولیـد مـواد معـدنی از MTBE می انجامد. زنجیره توسط رادیکالهای هیدروکسیل که اتم های هیدروﮊن را از MTBE جذب می کنند آغاز می شود که منجر به تولید آب و یکی از دو رادیکال ناپایدار آلی بسته به محل برخورد می شود. رادیکالها با اکسیدانی مانند اکسیژن واکنش نشان می دهند و محصولات واسطه متنوعی را تولید می کنند که این ترکیبات پایدارند اما گمان می رود که در اثر حمله توسط رادیکالهای هیدروکـسیل تجزیـه شـوند. محصول نهائی این فرآیند بطور عمده دی اکسیدکربن وآب اسـت. در اکثـر سیـستم هـای تـصفیه آب بـا پرتوهای فرابنفش برای تولید اشعه فرابنفش از نـوع UV-C از لامپهـای کـم فـشار محتـوی بخـار جیـوه استفاده می شود.تابش های با طول موج ٢٩٠-٢٠٠ نانومتر معمولا برای فرآیندهای فتوکاتالیزی بکار مـی روند چون این تابش ها علاوه بر اینکه قادر به تحریک فتوکاتالیزورها هستند، باعث حذف میکروارگانیـسم ها نیز می گردند.
فرآیند UV/H2O2 برای حذف آلاینده های منابع آب بکارمی رود. این فرایند چندین مزیت دارد که عبارتند از:
· تولید رادیکالهای هیدروکسیل ازفتولیز UV/H2O2 فرایندی با کارآیی بسیار بالاست.
· در این فرایند هیچگونه انتشارآلودگی در هوا وجود ندارد.
· سیستم جمع و جور و از نظر مکانیکی ساده است.
· میزان پراکسید باقیمانده بسیار کم است.
درکار پزوهشی حاضر، حذف MTBE بوسیله فرآینـد اکـسایش پیـشرفته UV/H2O2 مـورد مطالعـه قـرار گرفته است. در حذف MTBE تاثیر عوامل موثر در فرآیند از قبیل تاثیر نـور UV، زمـان تـابش نـور UV، تاثیر مقدار H2O2، غلظت اولیه MTBE و pH با استفاده از فرآیند UV/H2O2 که یکی از فرآیندهای مـوثر اکسایش پیشرفته به شمار می رود ، ارائه خواهد گردید.
مواد و روشها
دستگاهCP- 9001 (CROMPAK) GC، دتکتور(CROMPAK) FID ساخت هلند، دستگاهpH متر Philips PW 9422، لامپ(30W) UV ساخت شرکت(UV-C) Philips،تثبیت کننده جریان برقBICO 5000W، بهمزن مغناطیسیOgawa Seiki،ترازویدیجیتالیShimadzuبادقت٠٠١/٠گرم، میکروسرنگ Hamilton، (99%Merk) MTBE، آب اکسیژنه (Fluka) (30%W/W)، هیدروکسید سدیم (Fluka)، ١٢- اسید کلریدریک ( (Merk 37%

تعریف X (کسر تبدیل)
برای رسم نمودارهای لازم در این کار پژوهشی از ) X کسر تبدیل ) استفاده شده است. X در واقع بیانگر میزان تجزیه ماده اولیه (MTBE) است و رابطه آن بصورت زیر می باشد:
که در این رابطه C0 بیانگر غلظت اولیه MTBE و C غلظت MTBE درهرلحظه می باشد و X نیز کسر تبدیل در آن لحظه است.
بخش تجربی
١- بررسی تاثیر نورUV در حذف MTBE از محلول آب در فرآیند UV
به منظور پی بردن به نقش موثر اشعهUV در حذف MTBE از محلول آب ، محلولی ازMTBE به غلظت تقریبی ppm ١٠تهیه گردید سپس تحت تابش نورUV قرار گرفت وغلظت باقیماندهMTBE در هر نمونه توسط دستگاه GC اندازه گیری شد. مشاهده می شود که تابش نورUV موجب تجزیه و در نتیجه حذف MTBE از محلول آب می شود که درواقع این حذف از طریق فتولیز مستقیم صورت گرفته است و همانطوریکه در شکل دیده می شود با گذشت زمان ، راندومان حذف افزایش پیدا می کند و در دقیقه ٨٠ راندومان حذف به ١٠٠% می رسد. همچنین کسر تبدیل MTBE با گذشت زمان افزایش یافته و پس از ٨٠ دقیقه به ١ می رسد.

شرایط عمل: ppm ١٠[ MTBE] = ، ٧- ٥/٦ pH= ، تحت همزدن مناسب و تحت تابش نورUV

شرایط عمل: ppm ١٠[MTBE] = ،٧ - ٥/٦ pH=، تحت همزدن مناسب و تحت تابش نورUV
٢- بررسی اثر غلظتهای مختلف H2O2 در حذف MTBE ازمحلول آب درفرآیند UV/H2O2 همانطوریکه در اشکال(٣و٤) مشاهده می شود، با گذشت زمان غلظت MTBE کم می شود. بطوریکه وقتی غلظت پراکسید هیدروﮊن ppm ١٠ می باشد، غلظت MTBE پس از ٦٠ دقیقه به صفر می رسد.
وقتی غلظت به ppm ٤٠ می باشد، غلظت MTBE پس از ٥٠ دقیقه به صفر می رسد و در حالتیکه غلظت H2O2، ppm ٦٠ می باشد، غلظت MTBE پس از ٤٠ دقیقه به صفر می رسد . با افزایش غلظت پراکسید هیدروﮊن به ppm ١٠٠ وppm ٢٠٠، مشاهده می شود که غلظت MTBE حتی بعد از گذشت ٨٠ دقیقه نیز به صفر نمی رسد. نتیجه می گیریم که با افزایش مقدار H2O2 تا ppm ٦٠، کسر تبدیل افزایش پیدا می کند که این افزایش مقدار پراکسید هیدروﮊن