بخشی از مقاله
چکیده
با رشد روزافزون تولید خودرو، آلودگیهای محیطزیست ناشی از رنگ نیز افزایش یافته، حذفرنگ به روشهای زیستی برای تصفیهپسابهای رنگی پاسخگو نمیباشد. در نتیجه فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی برای حذف کامل آلایندهها مطرحمیباشد، رنگ پوششیاولیه پایهآبیبه عنوان یکی از روشهای رنگآمیزی - دوستدارمحیطزیست - شناختهشدهاست. حلالاصلی این رنگ آب فاقد یونمیباشد، کهدر صورت عدم تصفیه مناسب میتواند خسارتهای عمدهای به محیط زیست پذیرنده وارد آورد. انتخاب فرآیند اکسیداسیون شیمیایی جهت حذف رنگ پوششی اولیه از پساب بهروش فنتون از پساب صنعتی جنبه نوآوری این تحقیق بوده است.
اکسیداسیون در یک سیستم بستهدر دمای25درجهسانتیگراد در pH های مختلف 2، 3 ،4 ،5 در زمانهای30، 60 و120 دقیقهبا 5 غلظت10 H2O2،2، 5 ، 50، 25، 100 و 5 غلظت آهن 2/5، 5، 10، 20و30میلیگرمدر لیتر مورد آزمایش قرارگرفت، نتایج حاصلهنشانمیدهد بالاترین درصدحذفرنگ%98، در غلظت 75میلیگرم در لیتر H2O2 و 9میلیگرم Fe2+ در pH،3 محقق شدهاست. با افزایش نسبتFe 2+ /H2O2 درصدحذف کاهشمی یابد، تغییرات pH بر درصد حذف موثر بودهبهطوری کهدر شرایط اسیدی بالاترینراندمان حذفرنگ را داشتهاست. در روش فنتون حجم لجن تولیدی بسیار ناچیز است لذا هزینهجمع آوری و دفع لجن نسبت بهروش انعقاد و ته نشینی بسیارکمتر است. فرآیند فنتون برای تصفیهپساب رنگی پوششی اولیهاز پساب بهروشفنتون در سالنرنگ شرکتسایپا یک روشکارآمد و مناسب جهت تصفیه این گونهاز پساب ها است.
واژه های کلیدی:حذف رنگ، پوششیاولیه، روشفنتون، سایپا
مقدمه
در سالهای اخیر افزایش تیراژ تولید خودرو یک تهدید برای منابع طبیعی بهشمارمیآید بهطوری کهآلایندههای اصلی موجود در فاضلابهای صنعتی ممکن است وارد اکوسیستم شده و تغییرات نامطلوبی را بر محیط زیست ایجاد مینماید. از جملهآلایندههای اصلی و آلی این پسابها، رنگمیباشد، انواع این رنگها در صنعت خودروسازی کاربرد دارد، فاضلاب حاوی رنگهای با پایهآبی مانند انواع دیگر فاضلابهای رنگی اثرات سوئی در محیط زیست دارد. این آلودگی متناسب با رنگ موجود در فاضلاب، موجب کاهش نفوذ نوردر آبهای پذیرندهمیشودAlinsafi - ،. - 2006 نگرانیعمدهمحیط زیستی فاضلاب این صنایع مربوط بهمحتوایرنگ بسیار شدید و همچنین میزان COD بالای آنهاست.
اغلب رنگها در مواجههبا نور، آب یا فعل و انفعالات شیمیایی نسبت بهکمرنگ شدن مقاوم هستند Kurt - ،. - 2007 لذا تخلیهمداوم و مستمر اینفاضلابها بهمنابع آبیموجب اوتریفیکاسیون و اختلال در زندگیموجودات آبزیخواهد شد - Bellakhal،. - 2006 آلایندههای مقاوم در فاضلاب اینصنایع اغلب برای ارگانیسمهای زندهسمی بودهو خاصیت بازدارندگی رشد آنها را دارد. بنابراینسیستمهای بیولوژیکی متداول قادر بهتصفیهاینفاضلابها نمیباشند - Oturan،. - 2007 تاکنون فرآیندهای فیزیکیو شیمیایی مختلفیمانند ترسیب شیمیایی، الکتروکواگولاسیون و ... جهت تصفیهاین فاضلابها جذب استفادهشده است - Chiou،. - 2007
یکی از مشکلات عمده این روشها عدم تخریب آلایندهها و تنها تبدیل آلودگیاز یک فاز بهفاز دیگر است. لذا نوع جدید و متفاوتی از آلودگی نمایان میشود کهخود تصفیهاضافی را سبب میشود. رویکرد جدید در مورد اینفاضلابها، استفادهمجدد از آنها بعد از تصفیه در مقابل تخلیهآنها به محیط زیستاست و این در حالی است کههزینههای موادشیمیایی، تامین انرژی و آب بهطور مستمر در حال افزایش است. مقدار عددی نسبت BOD5/COD نمایانگر میزان تواناییتجزیه بیولوژیکی مواد آلی است کهدر مورد رنگها معمولا کمتر از0/1 -0/25 است و نشان دهندهاین است کهفاضلاب، حاویمقادیر زیادی مواد آلی غیر قابل تجزیهبیولوژیکی است.
بنابراین تجزیهمواد آلی مقاوم بهتجزیهبیولوژیکیدر فاضلاب صنایع رنگرز ی بهوسیله روشهایی کهتواناییتجزیهبیولوژیکیمواد آلی را افزایش میدهند، انجام پذیر خواهد بود Chiou - ،. - 2007 فرآیندهای اکسیداسیون الکتروشیمیایییک تکنیکنسبتاً جدید و موثر، انتخابی، اقتصاد ی و یک گزینه پاک برایکاهش و حذف ترکیبات آلی با بارهای بالا بهخصوص آلایندههای آلیمقاوم بهتصفیهبیولوژیکیاست کهدر دهه90 توسعهیافت و بهصورت موفقیتآمیزی برای تصفیهفاضلابهای صنعتیمختلف استفادهشدهاست - Oturan،. - 2007
-2معرفی فنتون:
بطور کلی H.J.H Fenton روشهای جدید تصفیهمانند واکنشهای فنتون در سال 1894، یعنی بیش از یک قرن برای نخستین بار مورد مطالعهو بررسی قرار داد کهمشخص شد استفاده از پراکسید هیدروژن و نمکآهن - بهعنوان کاتالیزور - میتواند بسیاری ازمولکولهای آلی را اکسید نماید و لذا بهافتخار ایشان این واکنش، واکنش فنتون1 و این محلول، معرف فنتون نامیدهشد. فرآیندفنتون حاصل از مخلوطپراکسایدهیدروژن و نمکهای Fe2+عنوان فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته 2میباشدکه بهآسانی و بهدرستی در طیف وسیعی ازفاضلابصنایعو اصلاح خاک مورد استفاده قرارمیگیرد.
اساس این واکنشها بر تولید رادیکال OH توسط تجزیهکاتالیزوری H2O2 در یک محیط اسیدی میباشد. در این واکنش یون فرو موجب تجزیهپراکسید هیدروژن و تولید رادیکال هیدروکسیلمیگردد. در تولید این رادیکال واکنشهای پیچیده و زنجیرهای مختلفی دخالت دارند. اولین واکنشهای پیشنهادی توسط وبر و وایس در سال 1934 مطرح گردید، تا سال 1960 هیچ استفادهای از این ترکیب برای اکسیداسیون فاضلابها نگردیدو از سال 1990 مورد استفاده در آب و فاضلاب قرار گرفت. فرآیند فنتون شامل چهار مرحله، اکسیداسیون، خنثیسازی، انعقاد، تهنشینی بوده و از مزایای آن میتوان به سهولت اجرا، مدت زمان واکنش کم، و مقدار کم لجن نسبت به روشهای انعقاد و تهنشینیاشاره کرد . . - Richard j Bigda. 1996 -
-3روش کار اجرای فرآیند فنتون در اکسیداسیون فاضلاب رنگی پوششی اولیه
در این پژوهش از یک ارلن مایر 100 سی سی مخزن اولیه - در مواردی کهحجم بیشتر بود از ارلن 300 سی سی - برای انجام آزمایشات فنتون استفادهشدهاست، بدین صورت کهحجم 50میلیلیتر از پساب پوششی اولیهبهداخل ارلن ریختهمیشود وpH نمونهها توسطpH متر اندازهگیری شدهو سپس با اسید هیدروکلریک %1 نرمالpH نمونهها روی 3 تنظیممیگردد و بعد مقدار مورد نظر Fe2+ بهصورتسولفات آب دارFeSO4، 7H2Oبهمحلول اضافهمیشدسپس مقدارمناسب H2O2 کهمدنظربود - پراکسید هیدروژن - %30 بهنمونهاضافهو روی شیکر قرار دادهمیشوند. بهصورتی که2 دقیقهبا دور 100 دور در دقیقه - اختلاط - سریع و سپس 28 دقیقهبا دور 30 دور در دقیقهمحلول هم زدهمیشد و سپس بهمدت 30 دقیقهتهنشینی صورتمیگرفت. بعد نمونهها برداشتهو با استفاده از آهک %2 نرمال اقدام بهخنثی سازی نمونهها تا7 pH و 8 شده و فیلتراسیون نمونهها - با استفادهاز فیلتر کاغذی 0/45میکرومتر - انجام شد، با توجهبهروشهای استاندارد اقدام بهاندازهگیری و آزمایشCODکدورت و رنگ گردید.در طی این آزمایشات عوامل مداخلهکنندهنظیر H2O2 در اندازهگیری COD تداخل نمودهو مقدار آن را بیشتر از مقدار واقعی نشانمیدهد.
-1-3آزمایشات فیزیکو شیمیایی
-1 تعیین COD بهروش رنگ سنجی با هضم برگشتی بسته این آزمایش براساس روش D5220 استاندارد متد برای آزمایشات آب و فاضلاب انجاممیشود.
-2 تعیین رنگ بهروش طیف سنجی نوری این آزمایش براساس روش C2120 استاندارد متد برای آزمایشات آب و فاضلاب انجام میشود. -3 تعیین کدورت بهروش تفرق سنجی - نفلومتری - این آزمایش براساس روش B2130 استاندارد متد برای آزمایشات آب و فاضلاب انجاممیشود.
-4 نتایج :
تاثیرpH بر کارایی حذف COD در فرآیند فنتون
در این مرحلهپارامترهایی نظیر غلظت پراکسید هیدروژن، زمان واکنش ومیزانآهن ثابت بودهو تنها مقدارpHمتغییر مورد بررسی میباشد. نمودار تاثیرpH بر کارایی حذف COD از پساب رنگی پوششی اولیهرا طی فرآیند فنتون نشانمیدهد. همان طور کهدر نموداردیدهمیشود، 5 دامنه2 - pH، 3 ، 4 ، 5، 6و - 7 در سیستم بستهدر فرآیند فنتون بهکارگرفتهشدهاست در فرآیند فنتون بیشترین حذف COD درpH برابر 3 اتفاق افتادهاست، بهطوری کهدر این حالت حذف COD معادل 94 درصدمیباشد.
تاثیرpHبر کارایی حذف رنگ در فرآیند فنتون
در این مرحلهپارامترهایی نظیر غلظت پراکسید هیدروژن، زمان واکنش ومیزانآهن ثابت بودهو تنها مقدارpH متغییر مورد بررسی میباشد. نمودارتاثیرpH بر کارایی حذف رنگ از پسابرنگی پوششی اولیهراطی فرآیند فنتون نشانمیدهد. همان طور کهدر نموداردیدهمیشود 5 دامنه2 - pH، 3 ، 4 ، 5، 6و - 7 در سیستم بستهدر فرآیند فنتون بهکارگرفتهشدهاست در فرآیند فنتون بیشترین حذف رنگ درpH برابر 3 اتفاق افتادهاست، بهطوری کهدر این حالت حذف رنگ معادل 98 درصدمیباشد.
-5 بحث:
مقایسه تحقیق با مطالعات گذشته
داوودآبادی و همکاران در سال - - 1392 کاریرد فرآیند شبهفنتون - Fe+2/H2O2 - در حذف فنل بررسی نمودند. بر اساس نتایج بدست آمدهمقادیر بهینهبرایحداکثر راندمان حذف در pH برابر 3، پراکسید هیدروژن برابر با15mg/L، پودر آهن برابر با 8 گرم و زمان تماس 5 دقیقهبدست آمد. که pH مطالعه مذکور با در تحقیق فعلیکاملاً یکسان است.دینسر و همکاران درسال - 1386 - 2007 روش فنتون را برای حذف CODفاضلاب صنایع بازیافت روغن مورد بررسی قرار دادند. برایتجزیهپذیری روغن زیتون نسبت - Fe+2/ H2O2 - برابربا 0/11 بود. که با تحقیق فعلی0/12نتایج تقریباً یکسانی دارد.علیآبادی در سال - - 1384 فرآیند فنتون جهت تصفیهپساب حاصل از عملیات استخراج روغن از زیتون را مورد بررسیقرار داد. در فرآیند اکسیداسیون پیشرفته فنتون در pH=3 مقادیر COD ، رنگ 97 درصد کاهش یافت. همچنین نوراسنسباستین مارتینز و همکاران در سال - 1382 - 2003 از کشور اسپانیا برای حل مشکل عدم تصفیهپذیری صنعت دارویی فرآیند فنتون را مورد بررسی قرار دادند. نسبت - Fe+2/H2O2 - اکثر آزمایشات در 10 دقیقهاول، حذف COD بهبیش از90درصد رسید. که با میزان حذف COD در تحقیق فعلی95 %نتایج مشابهی دارد.
-2-5 مهمترین یافتههای تحقیق
استفادهاز فرآیند فنتون - - Fe+2/H2O2 جهت کاهش COD، کدورت و رنگ از فاضلاب صنایع رنگ خودروسازی روش موثری محسوبمیگردد و درصد حذف COD با استفادهاز این فرآیند حذف رنگ، %98 و بالاترین درصد حذف 95 COD %بودهاست.
-1تاثیر : pH
بهترین مقدارpH سه است کهدر واکنش اکسید آهن مناسب عملمیکند اگرpHعملیاتی خیلی بالا باشد 7 - تا - 9 پراکسید هیدروژن بهآنیونهای پراکسید هیدروژن تجزیهخواهد شد کهمیتواند با پراکسید هیدروژن واکنش نشان دهد.آهن و پراکساید هیدروژن در 9 pH بعضی از ترکیبات آلی فرار را قبل از انجام واکنش فنتون در هوا متصاعد مینمایند.در pH های بالاتر از 3 آهن به صورت Fe - OH - 3 رسوب میکند و سبب تجزیهآب اکسیژنه به آب و اکسیژن میشود. همچنین تشکیل کمپلکسهایآهن در pH های بالاتر سبب کاهش غلظت آن در محیط میشود. در pH های پایینتر از 2/5، تشکیلFe - OH - 2+ کهبا H2O2 بهآرامی واکنش میدهد و باعث کاهش مقدار رادیکال هایOH° شدهو در نتیجهبازدهی فرآیندکاهشمییابد. بنابراین pH 3 بهعنوان pH بهینه واکنش اکسیداسیون فنتون در نظر گرفته شد.
-2 تاثیر غلظت آهن:
طبق مطالعات انجام شده افزایش بیش از اندازه غلظت آهن دو ظرفیتی اثر بازدارندگی در تولید رادیکالهیدروکسیل داشته و سبب کاهش سرعت و بازده تخریب ترکیبات شیمیاییمیشود. لذا نظر به اینکه غلظتهایبالاتر از 9 میلیگرم در لیتر تاثیر چندانی در رنگبری پساب حاوی رنگپوششیاولیهندارد، مقدار بهینه آهن9 میلی گرم در لیتر انتخاب گردید. کهمیتواند بهاین دلیل باشد کهبا افزایش غلظت آهن، HO2œ تشکیلمیشود کهبدلیل پایین بودن پتانسیل استاندارد آن در مقایسهبا رادیکال هیدروکسیل - - OHœ و همین طورمیزان واکنش پذیری نسبتاً پایین آن با مواد آلیمیباشد، در پژوهشیکهchou و همکاران در تصفیهفاضلاب حاوی هگزامین بوسیلهاین فرآیند انجام دادند، مشخص شد کهغلظت یونهایآهن عاملتاثیرگذاری در کارایی فرآیند میباشد - 2006،245، Chiou, - CS
-3 تاثیر غلظت پراکساید هیدروژن:
انتخاب از دو جنبه حائز اهمیت است. اول اینکه هزینه آب اکسیژنه کمی بالاست و افزایش بیش از اندازه آن باعث افزایش قیمت تمام شده فرآیند می شود. دوم اینکه افزایش بیش از اندازه آب اکسیژنه باعث تشکیل رادیکال کم فعال تر هیدراپراکسیل شده و بازده فرآیند اکسیداسیون را پایین می آورد. با افزایش غلظت H2O2 نتایج بهصورت مطلوب تغییرمیکند از آنجایی کهپراکسید هیدروژن منبع اصلی تولید رادیکالهای آزاد است و خیلی مهم است کههموارهبهپشتیبانی پراکسید هیدروژن بپردازیم بهاین صورت است کهغلظت رادیکالهای آزاد هموارهدر سطح مطلوبی میماند - 2007 ، 35،. - Kurt, U
-4 تاثیر زمان واکنش:
زمان در انجام فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی از دو جهت اهمیت دارد، یکی اینکهکاهش زمانمیتواند افزایش مصرف مواد شیمیایی را بههمراهداشتهباشد و دیگر اینکهاهداف تصفیهرا بهدست ندهد و یا اینکهافزایش زمان اکسیداسیون افزایش هزینهساخت تاسیسات را بههمراهداشتهباشد لذا ضروری است در چنین فرآیندهایی زمان بهینهواکنش کهمیتواند ما را بهاهداف تصفیهنزدیک کند مشخص
