بخشی از مقاله
چکیده:
آمونیاک و هیدروژن سولفید جزء آلاینده های سمی هوا هستند که علاوه بر سمیت بوی بسیار زننده و تحریک کننده ای نیز دارند.
روش های متداول حذف آمونیاک و هیدروژن سولفید از هوای آلوده عموما شامل فرایند های فیزیکی-شیمیایی می باشند که معمولا گران قیمت بوده و زائدات ثانویه نیز تولید می کنند. در این تحقیق در مقیاس آزمایشگاهی تصفیه بیولوژیکی نسبت های مختلفی از مخلوط H2S و NH3 توسط یک سیستم بیوفیلتراسیون سه بستری به عنوان یک فن آوری جایگزین، با استفاده ازمخلوط کمپوست و خرده های پلاستیک به عنوان بستر و لجن تغلیظ شده فاضلاب به عنوان عامل تلقیح کننده بستر مورد مطالعه قرار گرفت.
ظرفیت و راندمان حذف، افت فشار ، نقش تغییرات pH در بستر و بار های مختلف ورودیH2S در حذف NH3 مورد بررسی قرار گرفت. در بار ورودی8/32 g-NH3 /m3h و8/32 g-H2S/m3h و زمان ماند خالی - 60 - EBRT ثانیه ظرفیت حذف راکتور به 8/22 g-NH3/m3h و7/42 g-H2S/m3h و راندمان حذف آن به ترتیب برای آمونیاک و هیدروژن سولفید به %98/8 و %80/8 رسید.
در بار ورودی8/32 g-NH3/m3h و 16/64 g-H2S/m3h ظرفیت حذف راکتور به 7/48 g-NH3 /m3h و15/03 g-H2S/m3h و راندمان حذف آن به ترتیب برای آمونیاک و هیدروژن سولفید به %90 و %90/3 رسید. اما در بار ورودی 4/16 g-NH3 /m3h و14/90 g-H2S/m3h و شرایط مشابه بهره برداری ظرفیت و راندمان حذف آمونیاک شروع به کاهش نمود و به 3 g-NH3/m3 h و %72/34 رسید در حالی که ظرفیت حذف و راندمان حذف مشاهده شده برای هیدروژن سولفید برابربا حدود 14/90 g-H2S/m3h و %90/11 بود.
بررسی بستر نشان داد که دلیل کاهش ظرفیت و راندمان حذف آمونیاک با وجود کاهش بار ورودی آن افت pH بستر از 7/4 به 6/6 و اسیدی شدن آن بوده است. نتایج نشان داد که اکسیداسیون غلظت های بالای هیدروژن سولفید در سیستم بیوفیلتراسیون می تواند منجر به ایجاد برخی استرس های محیطی در رشد و فعالیت میکروارگانسیم های اکسید کننده آمونیاک شود.حداکثر افت فشار در ستون بستر راکتور در طول مطالعه حدود 220 Pa m-1 تعیین شد.
-1 مقدمه :
آمونیاک گازی بی رنگ، خورنده با بوی زننده و تحریک کننده است و سولفید هیدروژن نیز یک آلاینده بدبو و سمی هوا است. مقادیر قابل توجهی از این آلاینده ها درصنایعی مانند صنایع پتروشیمی، مجتمع های دامپروری و تولید طیور، تصفیه خانه های فاضلاب، تأسیسات فرآوری کود کمپوست و غیره تولید می گردد.[1-3] با توجه به وسعت و تعداد تاسیسات و صنایع پخش کننده این آلایندها، انتشار این گازها به محیط اجتناب ناپذیر است. تنفس آمونیاک و سولفید هیدروژن در غلظت های بالا سمی بوده و سبب مرگ انسان می گردد و در غلظت های پائین باعث صدمات جدی بر بدن انسان می گردند.
علاوه بر آن بوی زننده آمونیاک و سولفید هیدروژن بعنوان یک عامل مزاحم و آزار دهنده می باشد و بسیاری از صنایع و تأسیسات به علت بوی بد آمونیاک با خطر تعطیلی مواجه می شوند . بنابراین جهت پیشگیری از مشکلات و مسائل بهداشتی و زیست محیطی کنترل این آلاینده ها ضروری می باشد. روش های متداول کنترل این آلایندها شامل روش هایی نظیر اسکرابرتر، کندانسیون و غیره هستند که معمولا بر پایه اصول فیزیکی- شیمیائی استوار می باشند.
در ارتباط با روش های متداول کنترل این آلاینده ها مسائلی نظیر مشکلات بهره برداری، هزینه های نسبتا زیاد بهره برداری، مصرف زیاد انرژی و تولید آلاینده ثانویه مطرح می باشند.بیوفیلتراسیون یک فن آوری نوظهور در تصفیه آلاینده های هوا می باشد. در این روش راکتورهای بیولوژیکی با فاز گاز از واکنش های متابولیکی بیولوژیکی برای تصفیه آلاینده های هوا استفاده می کنند
در سیستم بیوفیلتراسیون انتخاب نوع بستر نقش مهمی در عملکرد سیستم دارد.در مطالعات صورت گرفته برای تصفیه بیولوژیکی آمونیاک و سولفید هیدروژن توسط بیوفیلتر طیف وسیعی از مواد آلی و غیر آلی مورد استفاده قرار گرفته اند ولی در هیچ مطالعه گزارش شده ای مخلوط کمپوست، خرده های پلاستیک و لجن تغلیظ شده فاضلاب به عنوان بستر بیوفیلتر برای تصفیه بیولوژیکی آمونیاک و سولفید هیدروژن مورد استفاده قرار نگرفته است. لذا در این تحقیق مخلوط کمپوست، خرده های پلاستیک و لجن تغلیظ شده فاضلاب به عنوان بستری جدید مورد مطالعه قرار گرفت.
-2 روشها و مواد:
بیوفیلتری با بستر سه لایه به شکل استوانه از جنس فلزی به ارتفاع 129cm و قطر8cm ساخته شد شکل - 1 - ستون بیوفیلتر با استفاده از مخلوط کمپوست، لجن فاضلاب شهری و خردههای پلاستیک و با نسبتهای 3 به 2 به 1 پر شد. چهار شیر نمونهبرداری از هوا و سه دریچه نمونهبرداری از بستر در بخش های مختلف بیوفیلتر در نظر گرفته شد.
دمای بستر بیوفیلتر با استفاده از دماسنجهای نصب شده در وسط هر یک از لایهها اندازه گیری شد و به منظور حفظ دمای سیستم در دامنه بهینه باکتری های اکسید کننده آمونیاک و نیتریت، دما با استفاده از یک ترموستات دیجیتالی و ترموکوپل در حدود 30±2° c تنظیم گردید
همچنین رطوبت بستر در حدود 40 تا65 درصد تنظیم شد، جهت مرطوب سازیجریان هوا نیز یک برج رطوبت ساز طراحی و بر روی سیستم قرار گرفت. تنظیم غلظت آمونیاک و دبی هوای ورودی به کمک رگلاتورهای مخصوص و فلومترهای دقیق انجام شد.
-3 روشهای اندازه گیری:
در این مطالعه غلظت های گاز آمونیاک و گاز سولفید هیدروژن به ترتیب به روش ایندوفیل و ژاکوب اندازه گیری شد .[15-16] دما با استفاده از دماسنجهای الکلی بر حسب سانتیگراد و میزان دبی گاز ورودی با استفاده از فلومترهای دقیق بر حسب لیتر بر دقیقه اندازهگیری شد. افت فشار با استفاده از مانومتر آبی اندازهگیری شد. رطوبت بستر نیز بر اساس روش استاندارد اندازه گیری شد.[17] راندمان حذف - RE - و ظرفیت حذف - EC - بیوفیلتر با استفاده از معادله های زیر تعیین شدند.
CGiو CGo به ترتیب غلظت آمونیاک ورودی و خروجی از راکتور بر حسب ppmv ، Q دبی هوای ورودی بر حسب m3/h و Vf حجم بستر بر حسبm3 می باشد و M وزن مولکولی آلاینده می باشد.
شکل:1 فلودیاگرام شماتیک بیوفیلتر سه بستری
-4 نتایج:
حذف مخلوط گاز آمونیاک و هیدروژن سولفید با نسبت های مختلف توسط بیوفیلتر طی سه مرحله جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله اول که نتایج آن در نمودار 1 نشان داده شده پس از یک دوره طولانی مدت 120 - روزه - مطالعه حذف آمونیاک به تنهایی توسط راکتور بیوفیلتر که نتایج آن در مقاله ای جداگانه چاپ شده است از روز 120 مخلوط آمونیاک و هیدروژن سولفید با نسبت 2به1 و زمان ماند خالی 60 - EBRT - ثانیه وارد راکتور بیوفیلتر شد.
