بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه استفاده از پرسولفات به عنوان یک اکسنده زیست ساختار مورد توجه پژوهشگران و صنعتگران قرار گرفته است. مزیتهایی از قبیل قدرت اکسندگی بالا، پایداری، حلالیت بالا در آب، ارزانی و بی خطر بودن محصولات جانبی، این ماده را به عنوان یک اکسندهی مفید در فرآیندهای اکسایش پیشرفته مطرح ساخته است. در این پژوهش از فرآیند همگن فوتو-پرسولفات و با استفاده از نور خورشید تصفیه پساب واقعی پالایشگاه نفت با معیار اکسیژن مورد نیاز شیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است.
بدین منظور یک کلکتور خورشیدی طراحی و مورد استفاده قرار گرفت. نمک پتاسیم پرسولفات به عنوان تامین کننده عامل پرسولفات استفاده گردید. تاثیر میزان پرسولفات، pH پساب و زمان انجام فرآیند به عنوان سه عامل تاثیر گذار اصلی مورد بررسی قرار گرفتند و نتایج نشان داد که در pH = 6/77، غلظت پرسولفات 246/6 mg/L و مدت زمان سه ساعت میتوان میزان اکسیژن خواهی شیمیایی پساب را به میزان 68/57 درصد کاهش داد.
مقدمه
پسابهای پالایشگاهی حاوی انواع ترکیبات آروماتیک و ترکیبات آلی با ساختاری پیچیده و پایدار می باشند .[1] حجم پساب حاصل از فرآیندهای پالایشگاههای نفت بسیار زیاد بوده و لذا هرگونه پیشرفتی در تصفیه آنها حائز اهمیت است .[2] در این رابطه فرآیندهای اکسایش پیشرفته از مزیتهای ویژهای نسبت به سایر روشهای تصفیه پساب صنعتی برخوردار میباشند. روش-های فیزیکی تصفیه بیشتر از نوع جداسازی بوده و منجر به انتقال آلایندهها از یک فاز به فاز دیگر میشوند، در نتیجه آلایندهها همچنان به نوعی در محیط زیست باقی می مانند؛ در حالی که در اکسایش پیشرفته، واکنشهای معدنی شدن و تخریب کامل آلایندهها رخ میدهند . ازینرو فرآیندهای اکسایش پیشرفته، برای تصفیه پسابهای پالایشگاهی حاوی ترکیبات آلیفاتیک و ترکیبات پیچیده آروماتیک و همچنین پساب های شامل کلر و سیانیدها، مناسب است
روشهای اکسایش پیشرفته بواسطهی کارایی بالا و سازگار بودن با محیط زیست و نیز عدم نیاز به تصفیه ثانوی، مورد توجه محققان و دانشمندان قرارگرفته است. از این دسته فرآیندها، تجزیه فوتوشیمیایی با استفاده از نورخورشید، موقعیت ممتازی از نظر صرفه اقتصادی در مقایسه با سایر روش-های شیمیایی کسب کرده است
اما یکی از دلایلی که باعث شده تا روشهای اکسیداسیون پیشرفته کمتر در مقیاسهای واقعی استفاده گردند هزینه بالای تامین منبع تولید نور فرابنفش، مصرف بالای انرژی و همچنین راهبری مشکل این پروسهها به دلیل مضرات نور فرابنفش میباشد. امروزه با توجه به پایان پذیر بودن و مشکل آلایندگی سوختهای فسیلی تمرکز بر روی انرژیهای تجدید پذیر و پاک بیشتر شده است. ازینرو استفاده از نور خورشید به عنوان منبع برانگیختگی و ایجاد الکترون و حفره در واکنشهای فوتو-کاتالیزوری دارای مزایایی از قبیل تجدید پذیر بودن انرژی نورانی، رایگان بودن، ایمنی بالا و توجیه اقتصادی مناسب برای افزایش مقیاس حائز اهمیت است. گرچه معایبی از قبیل محدودیت زمانی ومکانی را نیز باید در نظر داشت زیرا در هر شرایط محیطی قابل استفاده نمیباشند - روزهایی با هوای ابری و شبها -
در این پژوهش از فرآیند همگن فوتو-پرسولفات برای اولین بار در تصفیه پساب پالایشگاه استفاده شد. طراحی آزمایشها به روش طراحی مرکب مرکزی انجام شد. آزمایشات به صورت یکپارچه و با توجه به شرایط محیطی در بازه زمانی مشخص به انجام رسید. نمونه پساب قبل از پروسه بیولوژیکی تصفیه خانه پالایشگاه و در خروجی دستگاه - DAF - 1 بوده است.
مواد و روشها
مواد مورد استفاده در این پژوهش شامل اسید سولفریک 98 و سود پرک با خلوص %99 محصول شرکت Merck بود. از این مواد برای تنظیم pH محلول پسابها استفاده میشد. نمک پتاسیم پرسولفات %99/9 محصول شرکت Merck به عنوان اکسنده استفاده شد. پساب واقعی مورد عمل از خروجی بخش هوادهی پالایشگاه امام خمینی - ره - شازند بود که مشخصات آن در جدول 1 مندرج است.
جدول - : - 1 مشخصات پساب پالایشگاهی مورد مطالعه
پرسولفات به عنوان مهمترین اکسنده مورد نظر که قدرت اکسید کنندگی بالایی دارد در این پروژه مورد استفاده قرار گرفت. این اکسنده برای اکسایش شیمیایی در محل - ISCO - 2 آلایندههای آلی آبهای زیر زمینی یا خاک به گونههای شیمیایی کمتر مضر مورد استفاده قرار گرفته است
نمکهای پرسولفات در آب به آنیون پرسولفات - - S2O8 تفکیک میگردند، که یک اکسنده قوی با پتانسیل 2/05 ولت میباشد، ولی سینتیک واکنش آن با بسیاری از مواد آلی کند است
این در حالیست که آنیونهای پرسولفات به صورت فوتو شیمیایی و یا گرمایی فعال شده و تولید اکسندههای رادیکال آزاد سولفات را مینمایندو این اکسنده معمولاًبه صورت نمکهای آمونیوم، سدیم یا پتاسیم مصرف میشود.اخیراً پرسولفات به عنوان یک ماده ضدعفونی کننده مؤثر هم مورد توجه واقع شده است.
در یک فرآیند اکسیدآسیون توسط عامل پرسولفات و فعال شده توسط نور، رادیکالهای سولفات با پتانسیل اکسایشی 2/6 ولت همراه با رادیکالهای هیدروکسیل مسئول تخریب آلایندهها در محلول می باشند .[10] خلاصهای از واکنشهای مکانیسمی این فرآیند در زیر ارائه شده است
محصول نهایی اکسیداسیون در این فرآیند، یون سولفات میباشد که علیرغم اینکه موجب افزایش نمک در پساب میگردد، لیکن به علت ماهیت آن و در صورت کم بودن غلظت، به عنوان آلاینده موثری در آب برای مصارف صنعتی محسوب نمیشود
اندازهگیری شاخص مقدار اکسیژن شیمیایی مورد نیاز - COD - طبق روشهای استاندارد آزمایش [12]، با استفاده از راکتور DRB200 و دستگاه اسپکترو فوتومتر DR 2800 ساخت شرکت HACH به انجام رسید. همچنین از روش هضم برگشتی باز نیز برای اطمینان از صحت دادهها استفاده شد.
کلکتور خورشیدی طراحی شده
به منظور استفاده از نور خورشید به عنوان منبع انرژی جهت فعالسازی پرسولفات، کلکتوری مطابق شکل - 1 - طراحی و ساخته شد و در محیط مناسبی واقع در پشت بام دانشکده شیمی دانشگاه بوعلی سینا نصب گردید.
طراحی آزمایشها به روش سطح پاسخ
در این تحقیق با توجه به محدودیتهای عملیاتی، طراحی آزمایشها با استفاده از نرمافزار Design Expert.7.0 به روش طراحی مرکب مرکزی - CCD - انجام شد. محدودهی آزمایشی برای پارامترهای pH و غلظت پرسولفات با انجام آزمایشات اولیه و مرور مقالات مرتبط بازه هر یک از متغیرها تعیین و انتخاب شد. سپس برای هر پارامتر پنج سطح تعریف شد که به صورت کدگذاری با - - +، +1 ، 0 ، -1 و - - - نشان داده شدند. در این طراحی برابر 1/414 در نظر گرفته شد. جدول - - 2 محدوده پارامترهای مورد بررسی و سطوح واقعی و کدگذاری در نظر گرفته شده را در هر آزمایش نشان میدهد.
جدول : - 2 - عوامل و سطوح انتخابشده آزمایشها
نتایج و بحث
کارایی فرآیند فوتوشیمیایی مد نظر با کلکتور طراحی شده در تصفیه نمونه فاضلاب واقعی پساب پالایشگاهی با اندازهگیری شاخص آلودگی COD بهعنوان پاسخ بررسی شد. جدول شماره - 3 - آزمایشهای طراحیشده توسط نرمافزار و نتایج بازدهی حذف COD برای هر آزمایش را نشان میدهد.
شکل - : - 1 جزئیات دستگاه مورداستفاده.
