بخشی از مقاله
چکیده
بیوفیلتراسیون بعنوان یک فن آوری کارآمد و اقتصادی برای کاهش مواد آلی فرار و سایر گازهای منتشره از منابع صنعتی، در حال توسعه است. این سیستم مزایای قابل توجهی برای جریانهای گاز آلوده با دبی زیاد و غلظت پایین آلاینده نسبت به روشهای متداول دارد. بعلاوه بعلت عدم تولید مواد زائد ثانویه و مصرف انرﮊی کمتر یک روش پاک می باشد. در این مطالعه، کارایی سیستم بیوفیلتراسیون در حذف متانول از جریان گاز مورد مطالعه قرار گرفت. پارامترهای مورد مطالعه در این تحقیق، میزان بارگذاری جرمی، زمان ماند و افت فشار بود. در مرحله راه اندازی، با افزایش تدریجی بارگذاری، راندمان حذف نیز روند صعودی نشان داد، ولی متناسب با این روند، افزایش افت فشار در اثر رشد بیوفیلم، امکان بهره برداری پایدار را غیر ممکن ساخت. این مشکل با زیرورو کردن بستر مرتفع و با تنظیم بارگذاری افت فشار در محدوده Pa/m ٢٥٠٠-١٠٠٠ حفظ شد. بر اساس نتایج بدست آمده در شرایط پایدار، با زمان ماند ٦٠ ثانیه و بارگذاری جرمی g/m3/h ٣٨٠-٤٠، ظرفیت حذف متانول برابر g/m3/h ٤٤ ± ٢٠٠ با راندمان حذف برابر ٤ ± ٩٦% بود. حداکثر ظرفیت حذف بدست آمده g/m3/h ٣٧٣ با راندمان حذف حدود ٩٧% در زمان ماند s ٦٠ بدست آمد.
کلید واﮊه ها :بیوفیلتراسیون، مواد آلی فرّار، متانول، کمپوست، آلودگی هوا.
مقدمه
روشهای فیزیکوشیمیایی متفاوتی برای حذف مواد آلی فرّار وجود دارد، اما این روشها عموما با مشکلات زیادی از جمله هزینه سرمایه گذاری زیاد و تکنولوﮊی پیچیده مواجه هستند. این نواقص بهمراه تشدید قوانین و استانداردهای زیست محیطی، باعث شده تلاشهای فراوانی برای یافتن روشهای موثرتر و اقتصادی تر جهت حذف مواد آلی فرّارصورت گیرد که استفاده از روشهای بیولوﮊیکی از آن جمله است. یکی از متداولترین روشهای بیولوﮊیکی برای تصفیه گازهای آلوده، بیوفیلتراسیون می باشد که در آن هوای آلوده با عبور از یک بستر متخلخل و تجزیه آلاینده ها توسط میکروارگانیزمهای ثابت شده بر روی بستر تصفیه می شوند در اواسط دهه ١٩٥٠، از این روش برای تصفیه ترکیبات مولد بو استفاده شد، اما در دهه ١٩٨٠ در آلمان و هلند به طور فزاینده ای برای حذف مواد آلی فرّار بکار رفت. در حال حاضر در دنیا بیش از ٥٠٠ بیوفیلتر در مقیاس صنعتی برای پالایش جریانهای گازی استفاده می شود]٢.[
متانول یکی از آلاینده های خطرناک هوا شمرده شده و به طور وسیعی در صنایع رنگسازی، چسب سازی، پتروشیمی و غیره به عنوان حلال صنعتی کاربرد دارد. اثرات تماس با آن شامل ناراحتی و تاری دید، کوری و ناراحتی های عصبی بوده و در غلظت های بالاتر می تواند باعث اغماﺀ و مرگ شود.]٣.[بستربیوفیلتر به دو صورت طبیعی - خاک برگ و کمپوست - و مصنوعی - سرامیک و - PVC می باشد. کمپوست علاوه بر ارزان قیمت بودن، دارای جمعیت میکروبی فراوان، مواد مغذی و ظرفیت بافری مناسب می باشد. یکی از معایب بسترهای طبیعی، تجزیه تدریجی مواد آن بوده که بمرور زمان سبب فشرده شدن و یا کانالیزه شدن بستر می گردد ]٤.[شاردن١ - ١٩٩٣ - نشان داد که بستر مخلوط پیت و پرلیت با نسبت حجمی ٦٠ به ٤٠ بعنوان بستر بهینه ، توانائی حذف متانول را به میزان g/m3/h ٨/١١٢ دارد و ظرفیت حذف در ارتفاعات فوقانی بیشتر است.
محسنی٢ - ١٩٩٩ - در مطالعه خود نشان دادکه بیوفیلتر با بستر مخلوط کمپوست و تراشه چوب توانایی حذف متانول را حتی تا g/m3/h ٢٥٠ نیز دارد که این میزان حذف نزدیک به ٩٠-٩٥% راندمان حذف با زمان ماند ٢٠ و s ٦٠ می باشد. ساگستوم٣ - ٢٠٠١ - مطالعه ای بر روی حذف متانول توسط بیوفیلتر با دو نوع بستر متفاوت انجام داده و به راندمان حذف بیش از ٩٥% و ظرفیت حذفg/m3/h ١١٢ دست یافته است که از مقادیر بدست آمده توسط محسنی کمتر است و احتمالا ناشی از میزان بارگذاری کمتر میباشد]٥-٧.[هدف از این مطالعه، بررسی عملکرد بیوفیلتر در حذف متانول با استفاده از کمپوست زباله شهری بوده است. بدست آوردن پارامترهای طراحی برای مقیاس صنعتی مطابق با شرایط و واقعیات موجود در کشور و شیوه های مرتفع نمودن مشکلات بهره برداری از جمله گرفتگی بستر و افزایش افت فشار از دیگر اهداف مطالعه می باشد.
٢- مواد و روشها
پایلوت : ستون بیوفیلتر از جنس آهن گالوانیزه به قطر داخلی cm ٥/٧ و ارتفاع cm ١٧٤ با سه بخش قابل تفکیک با اتصال فلنجی، هر یک به ارتفاع cm ٤٨ بود. در هر بخش یک دریچه برای نمونه برداری از مواد بستر و یک شیر برای نمونه برداری از جریان هوا تعبیه شد. در انتهای هر قسمت یک صفحه گالوانیزه مشبک دارای سوراخ هایی به قطرmm ٣ برای نگه داشتن مواد بستر و توزیع مجدد جریان هوا به داخل بخش پایینی تعبیه شد. منبع تأمین هوا کمپرسور بودکه جریان هوای خروجی از آن پس از عبور از فیلتر کربن فعال به دو جریان تقسیم می شد. یک قسمت وارد رطوبتساز دارای گرمکن برقی و قسمت دیگر پس از ورود به ظرف شیشه ای محتوی متانول و تماس با آن، با جریان هوای مرطوب مخلوط و وارد ستون بیوفیلتر می گردید
مواد بستر : بستر مورد استفاده در این مطالعه مخلوطی از تراشه چوب mm ٣٠-٥ و کمپوست مواد زائد جامد شهری به نسبت حجمی ٨٠ به ٢٠ بود. پس از مخلوط نمودن تراشه چوب و کمپوست، برای انطباق میکروارگانیزمها به محیط جدید، بستر را به مدت یک هفته آب پاشی و زیرورو نموده و برای رشد میکروارگانیزمها وکنترل ظرفیت بافری مواد مغذی با ترکیب KH2PO4،g/l ٦٩٤/٠؛ K2HPO4،٨٥٤/٠؛
- NH4 - 2SO4،٤٦٠/٠؛ CaCl2، ١٧٦/٠؛ FeSO4.7H2O، ٠٠١/٠، حاوی ٥ میلی لیتر عناصر جزئی H3BO3 ،mg/l ٦٠ ؛ CoCl2.6H2O، ٤٠؛ ZnSO4.7H2O ، ٢٠؛ MnCl2.4H2O، ٦؛ NaMoO4.2H2O، ٦؛NiCl2.6H2O، ٤ وCuCl2.2H2O، ٢ - و pH ٢ ± ٩/٦ به بستر افزوده شد ]٨.[روشهای آنالیز : برای اندازه گیری رطوبت بستر از روش وزن سنجی استفاده گردید به این صورت که مقدار gr١٠ از بستر بیوفیلتر نمونه برداری و پس از توزین ، نمونه را در آون در درجه حرارت °C ١٠٤ به مدت hr ٢٤ قرار داده و مجدداﹰ توزین و مقدار رطوبت بستر برآورد گردید. برای اندازه گیری pH بستر بهgr ٥ از نمونه بسترml ١٠٠ آب مقطر اضافه نموده و به مدت min ٢٠ بهم زده و پس از گذشت min ١٠ با استفاده از دستگاه pH سنج دیجیتالی اندازه گیری شد. برای اندازه گیری افت فشار در ستون بیوفیلتر از یک مانومتر آبی و برای اندازه گیری درجه حرارت در هر بخش ارتفاعی بستر از یک دماسنج جیوه ای استفاده شد. برای ثابت نگه داشتن درجه حرارت داخل بیوفیلتر از المنت های پیچیده شده به بدنه پایلوت
