بخشی از مقاله
چکیده
امروزه پیشتصفیه پسابهای نفتی یکی از مهمترین فرایندهای محیطزیستی محسوب میشود. در این پژوهش با استفاده از کائولن یک غشای سرامیکی میکروفیلتر جهت پیشتصفیه پساب نفتی به منظور استفاده در واحدهایی نظیر واحد اسمز معکوس ساخته شد. پیشتصفیه پساب نفتی با استفاده از طراحی آزمایش روش سطح پاسخ باکس- بنکن با استفاده از نرمافزار Design-Expert 7.0.0 مورد بررسی قرار گرفت. غشای ساخته شده با آزمونهای اشعه پراش ایکس، میکروسکوپ الکترونی و تخلخل سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. بیشینه فاز، اندازه حفره و تخلخل غشا به ترتیب عبارتاند از مولایت، 1/76 P و .%47 سطحهای آزمایش عبارتاند از: دما 20 - 40 °C، فشار 2 - 4 bar و جریان عرضی 0/5 - 1/5 m s - 1 و فلاکس تراویده آب و نفت به عنوان پاسخ نرمافزار تعریف شد. بیشترین فلاکس تراویده در شرایط دمای 36 / 51 ° C ، فشار4bar و جریان عرضی 0/94 m s - 1 برابر با 41/ 44 K g m - 2 s - 1 شد. ماکزیمم ضریب پسدهی برابر % 97/4 برای خوراک آب و نفت در غلظت 200 mg l-1 و فشار 2 bar تعیین گردید.
کلمات کلیدی:سرامیک، غشای میکروفیلتر ، طراحی آزمایش، فیلتراسیون.
-1 مقدمه
با بزرگ شدن شهرها، افزایش جمعیت، گسترش صنایع و کارخانهها مسئلهی آلودگی محیط زیست روز به روز اهمیت بیشتری پیدا کرده است. پسابهای روغنی و نفتی توسط صنایع زیادی تولید میشوند و رها کردن آنها در محیط زیست سبب ایجاد مشکل اکولوژی در جهان میشود. فرایندهای غشایی میکرو، اولترا، نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس در زمینه تصفیه و پیشتصفیه پسابهای صنعتی پیشرفتهای چشمگیری داشتهاند. در صنایع نفت فرایند اسمز معکوس به عنوان فرایند اصلی تصفیه پسابهای نفتی و فرایندهای مذکور دیگر بیشتر در زمینه پیشتصفیه کاربرد دارند. اسمز معکوس فرآیندی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمهتراوا استفاده میشود. از این فرایند برای شیرینسازی آب در راستای مصارف خانگی و همچنین برای تصفیه پسابهای صنعتیخصوصاً در صنایع نفت و پتروشیمی استفاده میگردد. با توجه به کمبود منابع آب این فرایند جهت تأمین آب، جهت مصارف خانگی و صنعتی اهمیت ویژهای پیدا کرده است.
نگهداری سطح غشاها جهت جلوگیری از گرفتگی و درنتیجه سرویسهای مکرر، مستلزم صرف هزینههای بسیار بالایی میباشد. گرفتگی غشاهاخصوصاً زمانی که آبهای سطحی و یا پسابهای صنعتی که دارای مقدار بالایی از مواد آلی باشند بیشازپیش مشکلساز است. این آلودگیها موجب گرفتگی و گاهی نیز باعث تخریبهای جبرانناپذیری در غشاها میگردد .[1] با توجه به اینکه امروزه پسابهای نفتی تولیدی توسط مراکز صنعتی مانند پالایشگاه به یکی از عمده مشکلات محیطزیست تبدیل شده است باید قبل از استفاده مجدد و یا رها کردن در محیط زیست با روشهای مناسب تصفیه شوند. تاکنون برای تصفیه پسابهای نفتی اقداماتی صورتی گرفته که عبارتاند از استفاده ازفنّاوری بیوتکنولوژی که بر اساس تجزیه بیولوژیکی مواد زائد نفتی میباشد [3 ,2] و روشهای فیزیکی مانند سانترفیوژ با استفاده از نیروی گریز از مرکز، روشهای حرارتی و روشهای الکتروشیمیایی که منجر به شکستن امولسیونها میشوند.[4]
روشهای مذکور بهعنوان پیشتصفیه پسابهای نفتی جهت استفاده بهعنوان خوراک واحدهایی نظیر اسمز معکوس، بسیار هزینه بر بوده. با توجه به اینکه فرایند غشایی امروزه با هزینه مناسب و قابلیتهای صنعتی میتوانند بهعنوان روش مناسب معرفی و بررسی گردند.[5] مواد متخلخل سرامیکی به علت مقاومت شیمیایی و همچنین مقاومت مکانیکی بالا بهعنوان مواد پرکاربرد در صنعت ساخت غشا میباشند، که عمده کاربرد غشاهای سرامیکی برای تصفیه آب و پسابهای صنعتی میباشد.[7 ,6] در این راستا میتوان از غشاهای میکروفیلتر بهعنوان روش مناسب جهت پیشتصفیه پسابهای نفتی جهت استفاده در واحدهایی نظیر اسمز معکوس استفاده کرد که خود عاملی بر کاهش گرفتگی در این غشاها و همچنین کاهش هزینههای این واحد میگردند .[8] غشاهای سرامیکی در شکلهای مختلف اعم از دیسکی، لولهای، لولهای چند کاناله و الیاف توخالی تولید میشوند.[9 ,6]با توجه به اینکه کائولن جزء مواد طبیعی فراوان بر روی زمین و ارزان قیمت میباشند، در این پژوهش هدف ساختن یک غشای میکروفیلتر سرامیکی با استفاده از کائولن و بررسی عوامل تأثیرگذار برای فیلتراسیون اعم از فشار، دما، جریان عرضی میباشد که این آزمایشها با استفاده از طراحی آزمایش انجام میشود.
-2 مواد و روش تحقیق
-1-2 تئوری
برای تعیین تخلخل پایههای سرامیکی میتوان با استفاده اختلاف وزن پایهی خشک و پایهی قرار گرفته در آب که گویای آب وارد شده در تخلخلهای غشا می باشد استفاده نمود که درصد تخلخل از رابطه 1 محاسبه میشود.در رابطهی 1، W1 و W2 به ترتیب وزن خیس و وزن خشک پایه - g - میباشند. w دانستهی آب - g cm-3 - در دمای محیط و VM حجم پایه - - cm3 میباشد. تراوش آب برای پایههای سرامیکی از رابطهی 2 تعیین میشود :[10]M جرم آب تراوش شده - Kg - ، A سطح مؤثر غشا - m2 - و t زمان تراوش آب - h - میباشد. میشود: یکی از پارامترهای مهم در فرایندهای فیلتراسیون درصد پسدهی غشا میباشد. مقدار پسدهی از رابطهی 3 محاسبه Cp و Cf به ترتیب غلظت ناخالصی موجود در محصول و خوراک میباشند .[11]برای تعیین ساختار فاز غشا از آنالیز پراش اشعه ایکس - - XRD, Philips PW1800 و برای بررسی ساختار سطح غشا از آنالیز میکروسکوپ الکترونی - - Viga Tescan استفاده میگردد.
-2-2 مواد
پودر کائولن مورد استفاده در این کار از شرکت صنایع خاک چینی ایران تهیه شد، که اجزای تشکیلدهندهی این پودر در جدول 1 آمده است. سدیم هیدروکسید - شرکت مرک - ، استون - شرکت مرک - ، نفت سنگین - پالایشگاه اصفهان - و نفت سفید - پالایشگاه کرمانشاه - نیز مورد استفاده قرار گرفت.
-3-2 ساخت غشا
ابتدا پودر کائولن با استفاده از الک شماره 200 مشبندی شد. سپس با استفاده از ماژول دیسکی و دستگاه پرس در فشار 500b a r به شکل دیسک درآورده شد. پس از انجام عملیات پرس نمونه ها ی دیسکی درون کوره - - Zohour i Fur nace Indust r i es قرار گرفتند. برنامه دمایی کوره بدین ترتیب تنظیم شد که ابتدابه دمای 550 °C رسید و غشاها به مدت یک ساعت در این دما قرار داشتند. سپس افزایش دما تا دمای 950 °C و پس از یک ساعت در این دما، افزایش دما تا دمای .1150 °C باگذشت 3 ساعت فرایند پخت پایهها به اتمام رسید. در تمامی مراحل، افزایش
