بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با گسترش نگرانیهاي زیست محیطی و لزوم تصفیه فاضلاب ها، راهکارهاي جدید براي تصفیه آنها همواره مورد توجه قرار می گیرند . فاضلاب لبنی یکی از فاضلاب هاي صنعتی با بار آلودگی بالا می باشد که در صورت عدم تصفیه مشکلات زیادي براي محیط زیست ایجاد می کند. جذب کربن فعال معمولاً در تصفیه فاضلاب صنعتی براي مواجه با مقررات سختگیرانه جهت تخلیه درون آب هاي دریافتی به کار گرفته می شود.
در تصفیه فاضلاب صنعتی، جذب کربن فعال می تواند به عنوان یک واحد فرایند جداگانه استفاده شود. در سیستم GAC از گرانول کربن فعال تجاري به عنوان جاذب براي حذف مواد آلی و دیگر آلاینده ها از فاضلاب لبنی بصورت سیستم ناپیوسته استفاده گردید. نتایج نشان می دهد افزایش زمان تماس، میزان ظرفیت جذب کربن فعال را افزایش داده و پس از 240 دقیقه به تعادل می رسد. با تطابق داده هاي تعادلی با دو مدل فرندلیچ و لانگمایر مشخص شد که در مورد حذف مواد آلی مدل لانگمایر بیشترین قابلیت را در برازش داده هاي تجربی دارد.
١- مقدمه
امروزه، کربن فعال کاربرد گسترده اي در بسیاري از زمینه ها، به ویژه در زمینه محیط زیست، یافته است. گذشته از کنترل آلودگی محیط زیست، کربن فعال به طور عمده در صنعت در جذب هاي فاز مایع و گاز مختلف استفاده می شود.
اگر چه استفاده از مواد مبتنی بر کربن به دوران باستان بر میگردد، استفاده از کربن فعال در شکل کنونی آن در نیمه دوم قرن بیستم به عنوان یک نتیجه از افزایش آگاهی از آلودگی محیط زیست آغاز شد . امروزه، کربن فعال اغلب براي حذف گونه هاي مختلف آلی و معدنی از آب هاي سطحی، آب هاي زیرزمینی، و فاضلاب استفاده میشود.
جذب کربن فعال معمولاً در تصفیه فاضلاب صنعتی براي مواجه با مقررات سختگیرانه جهت تخلیه درون آب هاي دریافتی به کار گرفته می شود. در تصفیه فاضلاب صنعتی، جذب کربن فعال می تواند به عنوان یک واحد فرایند جداگانه استفاده شود. ممکن است آن بعد از مراحل مختلف تصفیه فیزیکی مانند انعقاد/ شفاف سازي، فیلتراسیون و شناورسازي با هواي محلول قرار گیرد.
گزینه دیگر استفاده از جذب کربن فعال قبل از تصفیه بیولوژیکی براي حذف ترکیباتی است، که احتمال دارد یک سیستم بیولوژیکی سمی باشند. با این حال، گسترده ترین روش اتخاذ شده، جایگزینی روش جذب کربن فعال به عنوان گامی در تصفیه عالی یا پیشرفته پس از تصفیه بیولوژیکی براي حذف مواد آلی مقاوم است. تا حدي این روش ممکن است در حذف مواد غیرآلی نیز موثر باشد.
٢- فاضلاب لبنی
یکی از انواع فاضلاب هاي صنعتی، فاضلاب لبنی می باشد که با بار آلی بالاو روغن و چربی زیاد، با BOD5 و COD بالا شناخته شده است. .
فاضلاب هاي لبنی یکی از بزرگترین تولید کنندگان فاضلاب شناخته شده اند به طوري که به ازاي یک تن شیر دریافتی 2- 8 مترمکعب فاضلاب تولید می کنند.
به دلیل وجود آلاینده هاي مختلف میکروبی و شیمیایی در فاضلاب، تخلیه آن به صورت تصفیه نشده به محیط زیست و یا استفاده از آن در کشاورزي، منجر به آلودگی منابع آب، خاك و محصولات کشاورزي شده و در نهایت خطرات سوء بهداشتی آن متوجه بهداشت و سلامت انسان می گردد. میزان مصرف آب درکارخانجات لبنی 2- 3 برابر میزان حجم شیر دریافتی می باشد بنابراین یکی از منابع آلوده کننده آبها در جهان شناخته شده است.[9] به طوري که تخمین زده شده است که هر متر مکعب فاضلاب تصفیه نشده می تواند 40 تا 60 متر مکعب آب را به شدت آلوده نماید
در سال 1960 یکی از کمیته هاي سناي آمریکا اعلام کرد فاضلاب لبنی دومین آلوده کننده آبها هستند و براي کاهش اثرات سوء ناشی از تخلیه فاضلاب ها به محیط زیست و همچنین جهت ارتقاء سطح بهداشت عمومی در جوامع، بایستی نسبت به تصفیه فاضلاب اقدام نمود
در تصفیه خانه هاي لبنی در ایران غلظت آلاینده ها درپساب خروجی در مقایسه با استاندارد خروجی سازمان محیط زیست جهت تخلیه به آبهاي سطحی و چاه جاذب و استفاده کشاورزي بیش از حد مجاز می باشد. با توجه به مصرف بالاي آب در این صنعت، تصفیه پساب با دید استفاده مجدد در کارخانه، علاوه بر تاثیر مثبت بر محیط زیست کاهش هزینه هاي مصرفی کارخانه از جمله آب مصرفی و کاهش در فاضلاب تولیدي را به همراه دارد.
در این تحقیق از فاضلاب واقعی کارخانه لبنی با مشخصات جدول 1 استفاده گردید.
جدول -1 مشخصات اولیه کارخانه لبنی
فرآیند فعالسازي شکل میگیرند. ضریب تشکیل و عملکرد میکروپورها یا ریزساخته ها معمولاً زیر 50 درصد میباشد . مواد خام بر روي خصوصیات و عملکرد کربن فعال تأثیر بالایی دارند. مواد خامی مانند زغال سنگ و زغال چوب تا حدي داراي ظرفیت جذب میباشند اما این با فرآیند فعالسازي افزایش مییابند. نمایید
کربن فعال قبل از مصرف ابتدا احیا گردید تا قابلیت جذب آن افزایش یابد. بدین منظور ابتدا به مدت 8 ساعت در محلول ZnCl2 و حرارت 80 درجه سانتیگراد قرار داده گردید و سپس در کوره تا 700 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت حرارت داده شد. سرانجام کربن فعال به منظور حذف ترکیبات آلی باقی مانده با محلول HCl شستشو داده و با آب مقطر جهت تنظیم pH آبشویی گردید و سپس مورد استفاده قرار گرفت. فعالسازي سبب می شود خلل و فرج جاذب افزایش یافته لذا توانایی جاذب افزایش می یابد و سبب صرفه جویی در مصرف جاذب می گردد.
٤- بررسی میزان حذف کدورت در جاذب
فاضلاب لبنی در زمان ماند معین از ستون کربن فعال عبور داده شد تا توانایی جذب کدورت در سیستم ناپیوسته تعیین گردد. بدین منظور حجم مشخص فاضلاب از ستون کربن فعال عبور داده شد و میزان حذف کدورت در بازه زمانی مختلف ثبت گردید. در مرحله اول کارایی سیستم در حذف کدورت در زمان ماند کوتاه بررسی و ثبت گردید . نتایج آن در شکل1 ثبت گردید GAC توانایی حذف کدورت را دارد و در زمان کوتاه به راندمان مناسبی در حذف کدورت می رسد.
٣- فعالسازي کربن فعال
فعالسازي شیمیایی شامل اشباع کردن مواد خام با مواد شیمیایی مانند اسید فسفریک و هیدروکسید کلسیم و کلراید زینک میباشد . شرایط فعالسازي به خصوصیات کربن بستگی دارد.
شکل-1 حذف کدورت از فاضلاب لبنی توسط کربن فعال - زمان کوتاه -
ریزساختارها در طول حذف کدورت با افزایش زمان بطور یکنواخت افزایش می یابد بطوریکه در زمان هاي بالاتر از 60 دقیقه اختلاف چندانی در میزان جذب مشاهده نمی گردد. حذف کدورت با سیستم کربن فعال در زمان کوتاه نیز به درصد حذف قابل قبولی می رسد .
درصد حذف کدورت در زمان ماند طولانی بررسی گردید و نتایج در شکل 2 ثبت گردید. همانطوري که مشخص است افزایش زمان افزایش حذف را به همراه دارد. راندمان حذف در زمان بی نهایت به 100 درصد میرسد.
شکل -2 حذف کدورت از فاضلاب لبنی توسط کربن فعال - زمان ماند طولانی -
٥- تعیین زمان تعادلی درجاذب
براي تعیین مقدار جذب ابتدا سیستم بطور جدا و بسته مورد بررسی قرار گرفت . به میزان معین کربن فعال در داخل 11 بشر جداگانه ریخته و با حجم معین فاضلاب شیک گردید تا زمان مناسب تعیین گردد. در این آزمایش pH و دما ثابت در نظر گرفته شد. سپس به منظور تعیین ماده آلی باقیمانده COD محلول اندازه گیري گردید و به عنوان معیار آلودگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل در شکل 3 بر حسب راندمان جذب آورده گردید . بنابراین زمان تعادل 240 دقیقه بدست آمد و در زمان ماند بیشتر تغییر محسوسی مشاهده نگردید.
شکل– 3 تعیین راندمان جذب بر حسب زمان شکل 3 نشان می دهد بخش اصلی فرایند جذب در 60 دقیقه اول
انجام می شود. چرا که در طول این زمان تعداد مکان هاي فعال زیادي در جاذب براي جذب آلاینده وجود دارد و با گذشت زمان و اشغال شدن این مکان هاي فعال و سرعت جذب کاهش یافته و در نهایت به تعادل می رسد.[14] زمان تعادل براي مواد آلی بعد از 240 دقیقه می باشد.
این رفتار جذبی نشان می دهد که فرایند جذب یک پدیده سطحی است و سطوح جاذب نیز به راحتی در دسترس مواد آلی قرار دارد. همچنین می توان دریافت فرایند جذب، فرایند دو مرحله اي است. یک مرحله سریع اولیه شامل انتقال جرم در سطح خارجی جاذب و یک مرحله کند ثانویه شامل نفوذ به حفرات و سطح داخلی جاذب که می تواند مرحله تعیین کننده سرعت جذب نیز می باشد
٦- بررسی میزان حذف مواد آلی در جاذب
ظرفیت گرانول کربن فعال براي جذب ترکیبات آلی به سطح جاذبه هاي مولکولی، سطح مخصوص کل موجود در واحد وزن کربن و غلظت آلاینده ها در جریان پساب ارتباط دارد. در فاصله هاي زمانی مختلف مواد آلی محلول ها اندازه گیري شد. نمونه برداشته شده از کاغذ صافی واتمن عبور داده شد تا ذرات جاذب موجود در نمونه جدا گردد. میزان مواد آلی جذب شده توسط کربن فعال بر طبق روابط 1محاسبه می شود.
- mg/g - مقدار مواد آلی جذب شده به وسیله جاذب qt= - mg/l - غلظت اولیه محلول C 0 = - mg/l - غلظت در زمانC t = - mg/l - غلظت در لحظه تعادل C e = - ml - حجم اولیه محلول V0 = - ml - حجم محلول در زمان Vt = t - g - جرم جاذب m =
نتایج بدست آمده از معادله 1 و 2 براي تعیین هم دماي جذب سطحی بکار برده شد.
