بخشی از مقاله
چکیده :
فاضلاب حاصل از فرایندهای صنعتی، مهمترین نقش را در آلودگی محیط زیست دارد. تخلیه این فاضلابها در محیط طبیعی، همواره توأم با اثرات جبران ناپذیری بوده است. در میان انواع پسابهای صنعتی، تخلیه پسابهای رنگی صنایع نساجی معضلات زیست محیطی شدیدی را به وجود آورده است. براین اساس بررسی کمی و کیفی فاضلاب این صنایع به منظور تدوین برنامه های کنترلی، ضروری است.
روشهای مختلفی برای رنگبری پساب ها وجود دارد که در این پژوهش روش انعقاد و لخته سازی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش، عملکرد مادهی کمک منعقدکننده پلی الکترولیت LT25 به همراه زاج سبز و آهک در میزان رنگبری و ته نشینی آلودگی ها بر اساس طراحی آزمایش تاگوچی مورد مطالعه قرار گرفت و شرایط بهینه تعیین شد. نتایج نشان دادکه رنگبری با راندمان بالا 88 - درصد - قابل انجام است. همچنین، کمترین مقدار پلی الکترولیت مورد استفاده 0/04 - گرم بر لیتر - نیز توانست کل ذرات موجود در پساب را منعقد و تهنشین نماید.
مقدمه:
امروزه حفظ منابع آب ، یعنی حیاتی ترین ماده ای که بشر به آن نیاز دارد بطور فزاینده ای مورد توجه مجامع مختلف بین المللی قرار گرفته است. میان انواع پسابهای صنعتی، تخلیه پسابهای رنگی صنایع مختلف مانند نساجی ، معضلات زیست محیطی شدیدی را به وجود آورده است . در واحدهای مختلف صنایع نساجی مانند نخ ریسی، ریسندگی و... پسماندهایی با کیفیت متفاوت تولید میشود. مهم ترین و عمده ترین اثر نامطلوب فاضلاب صنایع نساجی ناشی از فرایندهای رنگرزی و تکمیل است در واقع رنگزاهای نساجی یکی از متداولترین مواد شیمیایی مصرفی با گسترهای در حدود 10 هزار نوع رنگزاهای مختلف میباشند. رنگزاهای کاتیونیک بطور گسترده در رنگرزی الیاف اکریلیک مورد استفاده در فرش ماشینی بکار میروند
حدود % 15 مواد رنگزا در طی فرایندهای رنگرزی و پرداخت هدر رفته و به صورت پساب وارد محیط زیست میگردد .[3] تخلیه پساب های رنگی به محیط ، سبب بر هم زدن جنبه های زیبایی محیط زیست و اوتریفیکاسیون میگردد .همچنین این مواد می توانند منشا محصولات جانبی خطرناک از طریق واکنش های شیمیایی مانند اکسیداسیون، هیدرولیز و غیره شوند. به همین دلیل استانداردهای زیست محیطی در موردتخلیه پسابهای رنگی از نظر قانونی بسیار شدید تر وسختگیرانه تر شده است.
جهت حذف رنگ از محلولهای آبی می توان از روشها و فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی ویا روشهای تلفیقی استفاده نمود . به دلیل پایداری رنگها در مقابل تجزیه بیولوژیکی اغلب از روشهای فیزیکی و شیمیایی نظیر انعقاد- لخته سازی، جذب سطحی، اکسیداسیون پیشرفته و فرآیندهای غشایی جهت حذف آنها استفاده می شود. به منظور بهبود عملکرد منعقد کننده ها از کمک منعقد کننده های مختلفی میتوان استفاده نمود. کمک منعقد کننده ها با ایجاد پل بین ذرات ریز لخته حاصل از عملکرد منعقد کننده ها، انها را به صورت لختههای درشت وسنگین درآورده ،عمل تهنشینی را سرعت میبخشند. همچنین محدوده ی PH بهینه را گسترش داده ،مقدار مصرف ماده ی منعقد کننده را کاهش میدهند.
طراحی آزمایش تاگوچی، بدلیل سهولت کاربرد برای بهینه سازی فرایندهای مهندسی بکار گرفته میشود. با بکارگیری این روش میتوان عاملهای ورودی قابل کنترل را بطور سیستماتیک تغییر داد و اثرات آنها را بر روی پارامترهای خروجی ارزیابی نمود. در واقع هدف از انجام آزمایش، تعیین سطوحی از عوامل قابل کنترل جهت دستیابی به بالاترین راندمان است.
در مطالعه انجام شده روی پساب یک کارخانهی رنگرزی اکریلیک، عملکرد ماده ی کمک منعقدکننده پلی الکترولیت LT25 به همراه زاج سبز و آهک در رنگبری و میزان عبور نور، همچنین انعاد و تهنشینی ذرات در شرایط مختلف براساس طراحی آزمایش تاگوچی مورد مطالعه قرار گرفت.
مواد و روشها
پلی الکترولیت مور د استفاده در این تحقیق پلی اکریل آمید LT25 کمک منعقد کننده پلیمری آنیونی با کد Besfloc محصول کمپانی KOLON کره جنوبی میباشد، آهک و زاج سبز از نوع آزمایشگاهی بودند. پساب استفاده شده در این تحقیق، پساب صنعتی رنگ کاتیونیک حاصل از رنگرزی الیاف اکریلیک بود.
دستگاههای مورد استفاده: دستگاه pH متر، شرکت HORIBA مدل m12-E ساخت ژاپن، دستگاه شیکر، شرکت تولیدی تجهیزات پزشکی، مدل .ROTOMIX-3476 si 6927 دستگاه سانتریفیوژ، شرکت رونتگن آلمان Sigma، مدل 30k-3، دستگاه اسپکتروفتومتر، شرکت janway، مدل 6715uv.vis-2408 NL -05 W -B10 مورد استفاده قرار گرفت.
روش انجام آزمایش
کلیه آزمایشات در شرایط ثابت در دمای آزمایشگاه 22±2 درجه سانتی گراد انجام شد و PH در هر مرحله اندازه گیری شد. تمام آزمایشات در ارلن با حجم 100 میلی لیتر انجام شد. مقادیر مورد نیاز آهک به محلول پساب اضافه شد سپس محلول ها به مدت 3 ساعت بر روی شیکر با دور 150rpm به هم زده شدند. سپس مقادیر مورد نیاز زاج سبز به محلول اضافه شد ومجدداً به مدت 3 ساعت بر روی شیکر با دور 150rpm به هم زده شدند. پس از آن مقادیر مورد نیاز پلی الکتریت LT25 به محلولها اضافه شد و مدت 30 دقیقه بر روی شیکر با دور 150rpm به هم زده شدند سپس به محلولها 24 ساعت زمان برای ته نشینی داده شد. بعد از اتمام زمان تهنشینی نمونه ها بلا فاصله مورد استفاده قرار گرفتند. شکل 1، محلول پساب را بعد از افزودن آهک، زاج سبز و پلی الکترولیت نشان میدهد . به منظور ته نشینی و جداسازی ذرات، محلول ها در دستگاه سانتریفیوژ با سرعت 5000 rpm به مدت 7 دقیقه قرار گرفت. پس از آن میزان جذب نور محلول پساب رنگ توسط دستگاه اسپکتوفتومتر در طول موج بیشینه 565 nm اندازه گیری شد. میزان حذف رنگ - R - توسط معادله - 1 - تعین شد.
در این روابط، A0 و A به ترتیب میزان جذب نور اولیه و جذب نورنهایی پساب می باشد.
در طراحی آزمایش به روش تاگوچی، ابتدا باید عوامل مختلف موثر بر فرآیند رنگبری مشخص شود. با توجه به بررسی ها دراین مورد عواملی چون میزان آهک، زاج سبزو پلی الکترولیت می توانند بر فرآیند رنگبری تاثیر بیشتری بگذارند. طراحی آزمایشات اولیه انعقاد ولخته سازی با استفاده از نرم افزار Minitab 16 صورت گرفت با توجه به نیاز بررسی 3 عامل در 3 سطح از آرایه متعامد استاندارد L9 تاگوچی استفاده شد.. با انجام طراحی آزمایش تاگوچی تعداد آزمایشات از 27 به تعداد 9 عدد کاهش یافت. فاکتورها و سطوح در نظر گرفته شده برای طراحی آزمایش تاگوچی در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول : 1 فاکتورها و سطوح در نظر گرفته شده برای طراحی آزمایش تاگوچی
شکل 1 تاثیر پلی الکترولیت درانعقاد و ته نشینی رنگ وآلودگیها
نتایج و بحث
طراحی آزمایش تاگوچی و نتایج درصد حذف رنگ حاصل از این آزمایشات در جدول 2 و شکل 2 نشان داده شده است. با توجه به شکل 1 و سطوح تعریف شده در جدول 1، میتوان دریافت که میزان بهینه مقدار آهک 5 گرم در لیتر، زاج سبز 2 گرم بر لیتر ، پلی الکترولیت 0/04 گرم بر لیتر است.
با توجه به نمودار، مقدار آهک بیشترین تاثیر را در درصد حذف رنگ داشته و مقدار زاج سبز و پلی الکترولیت تاثیر زیادی بر روی درصد حذف رنگ نداشته است که دلیل این امر میتواند نقش آهک در رنگبری و نقش زاج سبز و پلی الکترولیت ها در انعقاد و ته نشینی آلودگی ها از پساب های صنعتی باشد. همان طور که در شکل 1 مشاهده میشود، پلی الکترولیت مورد استفاده در این تحقیق توانسته رنگ و آلودگی های موجود در پساب و همچنین آهک استفاده شده جهت رنگبری را بطور کامل منعقد و ته نشین نماید.
جدول : 2 طراحی آزمایش تاگوچی و نتایج درصد حذف رنگ
