بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق از غشای میکروفیلتراسیون آبدوست MCE با اندازه حفرات 0/22 میکرومتر برای تصفیه پساب ماشین لباسشویی استفاده شده است. سیستم میکروفیلتراسیون از نوع جریان متقاطع میباشد. اثر پارامترهای عملیاتی همچون فشار و شدت جریان خوراک بر شار تراوه بررسی شد. چهار مقاومت که عبارتند از مقاومت غشا، مقاومت لایه کیک، مقاومت برگشت پذیر غشا و مقاومت برگشت ناپذیر غشا در نظر گرفته شده است.
همچنین اثر پارامترهای فشار و شدت جریان خوراک بر روی مقدار هر یک از مقاومت ها نیز اندازه گیری و محاسبه شده است. در انتها اثر شرایط عملیاتی بر کاهش BOD، COD، TSS و کدورت در شرایط مختلف فشار و شدت جریان خوراک بررسی شده است. طبق نتایج به دست آمده، با افزایش فشار و شدت جریان خوراک، میزان شار تراوه افزایش یافت.
همچنین افزایش فشار خوراک باعث افزایش مقاومت سیستم و افزایش شدت جریان باعث کاهش مقاومت سیستم شده است. بالاترین راندمان حذف BOD، COD، TSS و کدورت به ترتیب %93/9، %90/8، %98/7 و %99/5 میباشد که مربوط به فشار عملیاتی 1 bar و شدت جریان خوراک 44 L/h است. با استفاده از مدل هرمیا مکانیسم گرفتگی غشا بررسی شد. مناسبترین مکانیسم گرفتگی غشا بر اساس مدل هرمیا، مکانیسم لایه کیک میباشد که با نتایج آزمایشگاهی و عکسهای SEM تطبیق دارد.
-1 مقدمه
رشد سریع جمعیت، شهری شدن و صنعتی شدن، مشکلات زیادی را برای منابع طبیعی زمین فراهم کرده است. اگر چه آب به مقدار زیادی در دسترس است اما به طور یکنواخت توزیع نشده است. %97 آب موجود در کره زمین مربوط به دریاها و اقیانوسها، %2/977 مربوط به یخهای قطبی و %0/003 مربوط به آبهای سطحی قابل دسترس میباشد .
بازیابی آب و یا تصفیه پساب از جمله روش های موثر برای مبارزه با کمبود آب است. یکی از انواع پسابهای تولیدی خانگی و صنعتی و بیمارستانی، پساب لباسشویی میباشد که حدود %10 از پساب شهری است و می تواند تصفیه شود و مورد استفاده مجدد قرار گیرد.. این پساب حاوی غلظت بالایی از مواد شیمیایی از جمله پودر صابون، سفید کننده،جامدات معلق و احتمالاً روغن و رنگ و ... میباشد. در لباسشویی آب زیادی مصرف میشود و به ازای یک کیلوگرم لباس 15 لیتر آب مصرف میگردد و به طور متوسط روزانه 400 m3 پساب تولید میگردد. تصفیه این نوع از پساب به دلیل محتوای سورفکتانت و بار آلی و معدنی بالا دشوار است
در ادامه به ذکر تاریخچهای از تصفیه پساب لباسشویی با فرآیندهای غشایی پرداخته می شود.
گیلبید و همکارانش در سال 2010 تصفیه پساب حاصل از شستشوی لباسها و حولههای کثیف موجود در کشتی را به طور مستقیم با فرآیند نانوفیلتراسیون و بدون پیش تصفیه بررسی کردند. آنها پساب را به طور مصنوعی تولید کردند. سپس با سه غشا نانوفیلتر از نوع پلی آمید لولهای فیلتر کردند.
این سه غشا عبارتند از: 30 - PCI-AFC - ، 40 و .80 بهترین نتیجه مربوط به غشای 80PCI-AFC در فشار 35 bar و دمای 25 ℃ بود که در آن - 48 mg/L - COD1 و - 7 mg/L - TOC2 بود و به این نتیجه رسیدند که روزانه امکان تصفیه52m3 از65m3 پساب وجود دارد
نیکولایدز و همکارش در سال 2014 تصفیه پساب لباسشویی صنعتی را با استفاده از سیستم بیوراکتور غشایی در یک دوره 288 روزه بررسی کردند. سطح عمل کننده در بیوراکتور غشایی 9m3 بود. راندمان حذف کدورت و کل جامدات%99 - TS - 3 و راندمان حذف اکسیژن مورد نیاز شیمیایی %70 - COD - تا %99 بود
ساستار-ترک و همکارانش در سال 2005 پساب لباسشویی را به روش انعقاد و فیلتراسیون غشایی تصفیه کردند و مقدار پارامترهای دما، pH، مواد رسوب کرده، نیتروژن و فسفر، COD و BOD5 و سورفکتانتهای آنیونی را اندازهگیری کردند. آنها از دو غشا الترافیلتراسیون و اسمز معکوس برای تصفیه استفاده کردند. از غشا الترافیلتراسیون به عنوان واحد پیش تصفیه استفاده کردند که از نوع سرامیکی دارای فعال کننده سطحی Al2O3، TiO2 و ZrO2 با سطح تماس0/13 m2 بود و از غشا اسمز معکوس از نوع مارپیچی به عنوان تصفیه کننده نهایی استفاده کردند که از پلی اتر سولفون با سطح تماس1/5 m2ساخته شده بود
کیاباتی و همکارانش در سال 2009 پساب لباسشویی را با استفاده از سیستم ترکیبی تصفیه کردند. این سیستم ترکیبی عبارت بود از پیش تصفیه فیزیکی و شیمیایی - انعقاد، لخته سازی و شناورسازی هوا - ، فیلترشنی، ازون زنی، جذب با کربن فعال گرانوله و الترافیلتراسیون با جریان متقاطع با غشای صفحهای پلی وینیلیدین فلوراید .
در این تحقیق تصفیه پساب لباسشویی با استفاده از غشای میکروفیلتراسیون بررسی شده است در این پژوهش بر خلاف پژوهشهای قبلی، از یک غشا میکروفیلتراسیون تجاری استفاده شده است و هدف از انجام آن به دست آوردن پارامترهای مهندسی جهت افزایش مقیاس این روش است. در این کار تأکید زیادی برای بهدست آوردن مقاومتهای غشایی به عنوان مهمترین عامل محدود کننده شده است. همچنین اثر شستشوی فیزیکی در بازیافت شار تراوه بررسی شده است. اینگونه نگرش در مطالعات قبلی انجام نشده است.
-2 تئوری
میکروفیلتراسیون یکی از ساده ترین و توسعه یافتهترین روشهای غشایی است. نیروی محرکه در این فرآیند اختلاف فشار می-باشد. اندازه منافذ در این غشا 0/5-10 میکرومتر میباشد. این غشا برای جداسازی جامدات معلق و حذف کدورت به کار میرود. دو نوع الگوی جریان برای میکروفیلتراسیون وجود دارد: میکروفیلتراسیون با جریان متقاطع و میکروفیلتراسیون با جریان عمودی
با استفاده از رابطه 1 شار تراوه و مقاومت کل غشا محاسبه میگردد.
رابطه 2 مقاومت کل غشا را که مجموع چهار مقاومت غشا، مقاومت لایه کیک، مقاومت برگشت پذیر و برگشت ناپذیر می باشد، نشان می دهد.
مقاومت غشا تمیز از اندازه گیری شار آب با غشای تمیز به دست میآید. مقاومت لایه کیک، مقاومت غشا در حالتی است که لایه کیک بر روی آن تشکیل شده. مقاومت برگشت پذیر غشا مربوط به حفراتی از غشا است که با عمل شستشوی معکوس رفع گرفتگی میشود و مقاومت برگشت ناپذیر غشا مربوط به حفراتی از غشا است که با عمل شستشوی معکوس رفع گرفتگی نمیشود و در واقع در این مقاومت، ذرات جذب منافذ شده است. مقاومت کل نیز جمع این چهار مقاومت میباشد
-3 مواد و روش ها
100 لیتر پساب لباسشویی جمع آوری شده و با هم مخلوط شده و سپس در دمای 4 درجه سانتی گراد نگهداری شده است. از یک فیلتر پلی پروپیلن 5 میکرومتری برای حذف جامدات معلق درشت استفاده شده است.در این تحقیق از غشا میکروفیلتراسیون آبدوست تشکیل شده از مخلوط استرهای سلولزی - استات و نیترات - 4 با اندازه حفرات 0/22 m و ضخامت 100 m از نوع صفحه-ای استفاده شده است.
