بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به خشکسالیهای پیدرپی و مواجه شدن با کمبود منابع آب شیرین و مشکلات کم آبی جهت مصارف شرب، صنعت و کشاورزی، تصفیه فاضلاب در سطح جهان به سمتی در حال پیشرفت میباشد که بتواند بسیاری از کمبودهای آب شیرین را از طریق تصفیه خانههای فاضلاب مطابق استانداردهای بینالمللی تأمینکرده و مجدداً مورد استفاده قرار دهد. فاضلاب صنایع لبنی به دلیل تنوع محصولاتی نظیر شیر، ماست، دوغ، پنیر و خامه علاوهبر نوسان شدید بار آلودگی، حاوی انواع مختلفی از آلایندههای آلی ازته، کربنه، فسفره، قند، پروتئین، چربی وحتمالاً باقیمانده مواد افزودنی با رنگ شیری نشان دهنده BOD1 بالاست. بنابراین ازجمله پسابهای آلوده به شمار میروند و دفع فاضلاب تصفیه نشده با BOD بالا بسیار خطرناک است. تصفیه این پسابها یکی از فرآیندهای مهم و پر کاربردی میباشد که روشهای متعددی به این منظور وجود دارد. یکی از فرآیندهای مهم جهت تصفیه آبها و پسابها فرآیندهای غشایی میباشد. با وجود مزایای فراوان فرآیندهای غشایی یکی از مشکلات که استفاده از این تکنولوژی را دچار محدودیتهایی مینماید، گرفتگی غشاها میباشد.
از جمله راهکارهای کاهش گرفتگی غشاها میتوان به استفاده از فرآیندهای غشایی در شرایط عملکردی مناسب و استفاده از فرآیندهای ترکیبی و پیش تصفیه مثلاً انعقادی اشاره نمود. در این پروژه ابتدا فرآیند انعقاد بر روی پساب خام صنایع لبنی پگاه اصفهان صورت گرفت این فرآیند با منعقد کننده پلیآلومینیوم کلراید در pHهای 5، 6، 7، 8، 9، 10 و 11 و زمانهای 30، 60، 90، 120 و150 دقیقه و غلظتهای 0/2، 0/4 ، 0/6، 0/8 و 1 گرم بر لیتر انجام شد و بهینه مقدار pH برابر 5 و زمان برابر دقیقه60 و غلظت منعقدکننده پلیآلومینیوم کلراید 0/4 بهدست آمد. سپس پساب پیش تصفیه شده در بالاترین مقدار حذف، توسط فرآیند اولترا فیلتراسیون در فشارهای 1، 1/5، 2 و TMP2 2/5 مورد تصفیه قرار گرفت. نتایج نشان می-دهد که با افزایش فشار TMP درصد حذف COD3 وکدورت کاهش مییابد و برعکس دبی حجمی با افزایش فشار افزایش مییابد و بیشترین درصد حذف COD و کدورت در فشار 1 بار به ترتیب برابر83 و93 درصد میباشد و مقدار ماکزیمم شار عبوری از غشا در فشار 2 بار برابر L/m2s 157/81 میباشد. غشای استفاده شده ازجنس پلی پروپیلن و نوع مدول الیاف تو خالی ساخت شرکت پارسیان پیشرو صنعت پلیمر است.
.1 مقدمه
آب مهمترین ماده شیمیایی موجود در جهان است و در مورد اهمیت آن میتوان به این جمله بسنده کرد که خداوند متعال در قرآن کریم فرموده: از آب هر چیزی را زنده گردانیدهایم.
به جز تعداد انگشت شماری از کشورهای جهان که به منابع کافی از آب دسترسی دارند، مشکل کمبود آب برای بسیاری از کشورها بهعنوان چالشی اساسی در مسیر توسعه و پیشرفت محسوب می شود و دستیابی به راهکارهای عملی در حل این مشکل اولویت ویژهای در میان این کشورها پیدا نموده است. نرخ نیاز آب مصرفی همواره در حال افزایش است در حالی که حجم منابع آب در دسترس ثابت میباشد و بیشتر کشورهای در حال توسعه با چنین روندی روبرو می باشند. در شرایط موجود با روند نرخ بالای تقاضای آب، هماکنون برای بعضی از کشورها این دو مقدار با یکدیگر تلاقی نموده و در بسیاری از دیگر کشورها نیز، دیر یا زود مقدار تقاضا با مقدار منابع در دسترس برابر می گردد و پس از آن میزان تقاضا بیش از منابع آب در دسترس می گردد که این افزایش تقاضا بایستی از طریق روش های دیگر ازجمله بازیابی فاضلاب ها تأمین گردد1]،.[2 فرآیندهای غشایی ازجمله فرآیندهایی است که جهت تصفیه پساب استفاده می شود. انتخاب غشا مناسب به منظور انجام جداسازی و تصفیه با کیفیت مورد نظر امری حائز اهمیت می باشد.
خصوصیات پساب مورد نظر، ماهیت مواد موجود در آن، دما و pH ازجمله پارامترهایی هستند که در امر انتخاب غشا دخیل می باشند3]،.[4 استفاده از فرآیندهای غشایی به منظور حذف مواد آلاینده موجود در پساب اخراًی مورد توجه قرار گرفته است. همچنین ترکیب فرآیندهای غشایی با فرآیندهای سنتی جداسازی از قبیل اکسیداسیون، تصفیه زیستی، جذب سطحی وانعقاد ... نیز امری معمول می باشد و با این روش میتوان تصفیه و تغلیظ پساب موردنظر را به نحو مطلوبی انجام داد بهطوریکه حجم پساب بعضا 20 تا 50 برابر کاهش یابد.[3] استفاده از غشاهای میکروفیلتراسیون1 و اولترافیلتراسیون2 برای تصفیه آب و پساب امری معمول می باشد.[5] و مزیت فرآیندهای MF و UF نسبت به نانوفیلتراسیون3 و اسمز معکوس4، فشارهای عملیاتینسبتاً پایین آن ها می باشد.[6] همچنین استفاده از فرآیندهای ترکیبی شامل ترکیب این دو فرآیند با جذب سطحی، اکسیداسیون و سایر روش های فیزیکی شیمیایی امری است که جهت تصفیه آب و پساب مورد توجه قرار داشته و موجب بهبود تصفیه صورت گرفته می شود5]،.[7 پساب صنایع لبنی ازجمله پساب کارخانجات پودر شیر و پنیر یکی از منابع آلاینده آب می باشد. این پساب حاوی غلظت نسبتاً بالایی از مواد آلی می باشد.[8] لذا تصفیه آن از اهمیت بالایی برخوردار است.
درصورت عدم تصفیه مناسب علاوه بر محیط زیست آبهای زیرزمینی را نیز آلوده کرده و منجر به انتشار بیماری،رشد میکرواورگانیسم ها،ایجاد بو و به خطر افتادن جان جانوران می شوند.مطالعات زیادی در جهت رسیدن به راهکاری مناسب برای تصفیه این پساب صورت گرفته است که این امر نیز نشان دهنده اهمیت این مقوله میباشد. تصفیه زیستی از روش های مؤثر و کارآمد در این زمینه می باشد9]،.[10 همچنین روش های شیمیایی فیزیکی نیز برای تصفیه این پساب مورد مطالعه قرار گرفته اند که به دلیل هزینه بالای این روش ها ناشی از قیمت مواد واکنشگر مورد استفاده و همچنین راندمان پایین تصفیه چندان مورد توجه قرار نگرفته اند.[9] فرآیندهای غشایی ازجمله فرآیندهای کارآمد جهت تصفیه این پساب میباشد. از آنجا که درصد حذف مواد توسط آنها مناسب میباشد.
مطالعاتی در این زمینه با استفاده از فرایندهای UF، NF و RO صورت گرفته است11]،.[12 دراین مطالعه با توجه به کارهای انجام شده در زمینه تصفیه غشایی پساب لبنی و بااستفاده از فناوری غشایی وپیش تصفیه انعقادی به به تصفیه پساب لبنی پرداخته ایم.بررسی پژوهش های تاکنون صورت گرفته در زمینه تصفیه پساب لبنی نشان می دهد.که عمده آنها بر روی یک پساب ساختگی لبنی و نه یک پساب کارخانه تولید پودر شیر بوده است.[15] لذا در این مطالعه به بررسی تصفیه پساب کارخانه تولید لبنیات پگاه اصفهان با استفاده از فرآیند اولترافیلتراسیون همراه با فرایند پیش تصفیه غشایی با ماده منعقد کننده پلی آلومینیم کلراید پرداخته شده است که غشای استفاده شده ازجنس پلی پروپیلن و نوع مدول الیاف تو خالی ساخت شرکت پارسیان پیشرو صنعت پلیمر است.
.2پیشینه تحقیق
در زمینه های تصفیه غشایی فاضلاب لبنی همچنین پیش تصفیه انعقادی آن کارهای تحقیقاتی بسیاری صورت گرفته و بعضی از این تحقیقات و نتایج حاصل از آنها به شرح ذیل میباشد:
درسال 2015 چیما و همکاران یک نمونه واقعی از فاضلاب لبنی را با استفاده از اولترافیلتراسیون تحت تصفیه قرار دادند. در این آزمایشات کاهش 40 و 55 درصد برای رسانایی محلول نمک ثبت شد، همچنین مشاهده گردید بازیابی 58 درصد از پساب لبنی پس از تصفیه توسط UF با استفاده از غشا و فرآیندهای غشایی PES-5 ممکن است. کیفیت آب به دست آمده در شرایط بهینه اجازه می دهد تا صنعت به تخلیه آن فاضلاب به داخل رودخانه بدون خطرات ناشی از آلودگی - با توجه به استانداردکشور تونس - برای تخلیه فاضلاب - NT106-02 - و یا برای استفاده مجدد اقدام نماید.[15] در سال 2013 فورمنتینی و همکاران با استفاده از تصفیه مستقیم و ترکیب آن با پیش تصفیه - انعقاد/لخته سازی/تهنشینی - با استفاده از ام.اولیفرا بهعنوان منعقد کننده تحت شرایط بهینه تعیین شده در انعقاد، نتایج خوبی در مورد حذف COD بیش از %96 در تمام فشارهای 1 - ، 2، و 3 بار - به دست آورد. بیشترین حذف برای پارامترهای مورد ارزیابی در فرآیند انعقاد همراه با اولترافیلتراسیون، به خصوص در فشار بالاتر به دست آمده است.
در فشار 2بار، حذف کدورت و رنگ ظاهری 99/9٪ و %98/5 از COD بود .برای فرآیند ترکیبی CFM-UF، پایین ترین درصد جرم گرفتگی درفشار 1 بار به دست آمد و کسری از مقاومت به علت جرم گرفتگی - - RF، که ممکن است منجر به آسیب غیر قابل برگشت در غشا شود، در روند CFM-UF کمتر از روند RDW-UF در همه فشارها بود ترکیب فرآیند CFM-UF مزایای بسیاری نسبت به فرآیندهای متعارف، نشان داد بهعنوان مثال علاوه بر تضمین کیفیت برتر از آب تصفیه شده، آن را برای استفاده مجدد از آب تصفیه شده برای مقاصد غیر از آب قابل شرب صنایع لبنی قادر می سازد.[13] سید محمود موسوی و همکاران، در سال 1392 در پژوهشی پس از ساخت غشا پلی اتر سولفون از روش ترسیب به وسیله غوطه وری به بررسی تصفیه پساب تولید پودر شیر با استفاده از این غشا پرداختند.
بررسی تأثیر مورفولوژی غشا بر شار غشاهای حاصله و حذف اکسیژن بیوشیمیایی1 و کل جامدات نامحلول 2این پساب هدف اصلی تحقیق بود. برای بررسی ساختار غشاهای حاصله از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. به منظور ارزیابی عملکرد غشاهای ساخته شده در تصفیه پساب، میزان های شار و دفع COD و TDS تعیین شد. یک افزودنی فعال سطحی برای بهبود آبدوستی و تراوش از غشا استفاده شد. اثر غلظت این افزودنی بر ساختار و عملکرد غشاها در تصفیه پساب مذکور مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادکه با افزایش غلظت افزودنی، تخلخل، ضخامت و شار ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابند. همچنین این روند برای عملکرد غشا در حذف شاخص های آلودگی از پساب معکوس می باشد.
