بخشی از مقاله
چکیده:
آلودگی هوا، تهدیدی مهم برای محیط زیست و سلامت انسانها به شمار میآید و کنترل آن از اهمیت ویژهای برخوردار است. ترکیبات آلی فرار از انواع آلایندههای هوا میباشند که از شیوههای مختلف فیزیکی، شیمیایی و زیستی برای حذف آنها استفاده میشود. روشهای فیزیکی و شیمیایی، به هزینههای بالا و تجهیزات پیچیده نیاز دارند و آلاینده را از فازی به فاز دیگر منتقل نموده و پسماند خطرناک دیگری تولید میکنند. در مقابل، شیوههای تصفیه زیستی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و آلاینده را حذف نموده و به مواد بیضرری چون دیاکسیدکربن و آب تبدیل میکنند. این پژوهش مروری بر انواع روشهای موجود برای تصفیه جریانهای گازی آلوده به ترکیبات آلی فرار با تاکید بر کاربرد روشهای زیستی در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمیایی است.
-1 مقدمه
ترکیبات آلی فرار - VOCs - 1 از صنایع مختلف مانند پتروشیمی، غذایی، رنگ و کاغذ به هوا نشر مییابند و سلامت انسانها و محیط زیست را به خطر میاندازند. این ترکیبات علاوه بر ایجاد بوی بد، سمیت ایجاد میکنند و حذف آنها از جریانات آلوده گازی ضروری است. قوانین زیست محیطی سختگیرانه، صنایع آلوده کننده هوا را به سمت استفاده از فرایندهای مناسب تصفیه هوا هدایت میکنند .[3-1] در حال حاضر فناوریهای تجاری تصفیه هوای آلوده به سه گروه اصلی تقسیم میشوند: روش حرارتی2 و جذب فیزیکی3 و روشهای زیستی. روش حرارتی یک فرایند اکسیداسیون است که در آن دما به منظور تخریب مواد آلاینده افزایش داده میشود. جذب سطحی فناوری جداسازی مواد آلوده به وسیله یک جاذب یا ماتریس است.
فناوری زیستی از ارگانیسمهای زنده برای حذف مواد آلاینده گازی بهره میگیرد. روشهای تصفیه زیستی در مقایسه با روشهای متداول فیزیکی و شیمیایی از محبوبیت زیادی برخوردارند، همچنین اقتصادیتر بوده و دوستدار محیط زیست نیز هستند .[5 ,4] در این پژوهش به مقایسه انواع سیستمهای تصفیه هوای آلوده به ترکیبات آلی فرار با تاکید بر کاربرد روشهای زیستی در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمیایی پرداخته شده است.
-2 جذب فیزیکی
در این فرآیند، آلاینده از فاز گاز خارج شده و در سطح جاذب جمع میگردد. این روش مناسبترین روش برای تصفیه جریانهای گازی آلوده با دبی متوسط و غلظت پایین - کمتر از - 100 ppmv میباشد. با استفاده از این روش میتوان گاز آلوده با غلظت 500 ppmv تا 2000 را به میزان 95 تا 98 درصد تصفیه نمود. مهمترین محدودیت این روش هزینههای عملیاتی بالا ناشی از جایگزینی جاذب اشباع و بازیابی4 آن در تصفیه جریانهای گازی با غلظتهای ورودی بالا است. کربن فعال5، زئولیتها و پلیمرهای سنتزی از جاذبهای مورد استفاده در سیستمهای جذب فیزیکی میباشند که کربن فعال پرکاربردترین آنها است. ماده جذب شده به صورت فیزیکی بر سطح جاذب قرار گرفته و میتواند با استفاده از روشهای گرمایی و تحت خلا از جاذب جدا گردد و جاذب مجددا به کار گرفته شود.
انتخاب جاذب مناسب به عواملی چون نوع آلاینده و رطوبت نسبی جریان گاز بستگی دارد. به عنوان نمونه، اگرچه کربن فعال متداولترین جاذب مورد استفاده در حذف طیف وسیعی از VOCs است، در تصفیه گازهای آلی فرار با قطبیت بالا - مانند الکلها و اسیدهای آلی - یا فشار بخار بالا - مواد خیلی فرار مانند وینیل کلراید و متیلن کلراید - مناسب نمیباشد. این مواد به وسیله زئولیتهای آبدوست نسبت به کربن فعال بهتر جذب میشوند. از سوی دیگر، ظرفیت جذب زئولیتها و پلیمرها متاثر از رطوبت نسبی نیست ولی هزینههای آنها به مراتب بیش از کربن فعال است .[6]
-3 روش حرارتی
در فناوریهای تصفیه حرارتی، هیدروکربنهای موجود در فاز گاز به وسیله احتراق یا اکسیداسیون در دماهای بسیار بالا - بیش از 600 درجه فارنهایت - تخریب شده و به دی اکسیدکربن و آب تبدیل میشوند. راندمان تصفیه حرارتی تابع سه عامل مختلف است: دما، زمان اقامت و اختلاط - اختلاط VOCs و اکسیژن - . محدودیت بزرگ تکنولوژی حرارتی هزینه سرمایه گذاری بالای این روش برای تامین انرژی مورد نیاز برای سوزاندن است. به علاوه نگرانیهای زیست محیطی هم در مورد استفاده از روش حرارتی وجود دارد.
اگرچه اکسیداسیون حرارتی قادر به تصفیه جریانهای گازی حاوی هر نوع VOC است اما از سوختن ناکامل که نتیجه ناکافی بودن اکسیژن است ترکیبات نامطلوب دیگری وارد جریان خروجی گاز میشود. در حالت کلی راه اندازی و راهبری فرایندهای حرارتی پیچیدهتر از سیستمهای جذب بوده و نیاز به نگهداری بیشتری دارند و اپراتور بایستی آموزشهای بیشتری برای کار با این سیستمها در زمینه ملاحضات ایمنی دیده باشد .[6]
-4 روشهای زیستی
انواع راکتورهای زیستی مورد استفاده در تصفیه هوای آلوده عبارتند از: فیلتر زیستی 6 - BF - ، فیلتر زیستی چکنده 7 - BTF - ، بیوراکتور غشایی8 و اسکرابر زیستی.9 این سیستمها دارای تفاوتهایی در طراحی فرایند، پیچیدگی، ابعاد و پارامترهای عملیاتی هستند، اما اصول و پایه سازوکار همه آنها یکسان است .[5]
-1-4 فیلتر زیستی
فیلتر زیستی راکتوری است که از پرکن10های آلی مانند خاک، کمپوست، کود گیاهی و تراشه چوب پر شده و میکروارگانیسمها روی سطح پرکنها رشد میکنند و فیلم زیستی را تشکیل میدهند. مواد آلاینده با عبور هوا از بستر متخلخل از فاز گاز به بیوفیلم میکروبی منتقل شده و توسط فرآیند اکسیداسیون زیستی حذف میشوند .[7 ,2] شکل - 1 - نمایی از فیلتر زیستی را نشان میدهد .[8] مهمترین ویژگیهای مطلوبی که بستر فیلتر زیستی باید داشته باشد عبارتند از: - 1 سطح ویژه بالا، - 2 تخلخل بالا، - 3 ظرفیت مناسب برای نگهدارندگی رطوبت، - 4 در دسترس بودن مواد مغذی ذاتی، - 5 تنوع میکروبی بالا و متراکم pH .[2] پارامتر مهمی در بازدهی فرآیند فیلتراسیون میباشد.
اکثر میکروارگانیسمهای موجود در فیلتر زیستی در pH خنثی بیشترین فعالیت را دارند. رطوبت بستر BF فاکتور بسیار مهمی در عملکرد آن میباشد زیرا میکروارگانیسمها برای فعالیتهای متابولیک خود به آب نیاز دارند. کمبود رطوبت منجر به خشک شدن بستر و ایجاد کانالهایی میگردد که گاز بدون تصفیه شدن از آنها خارج میشود. میزان رطوبت بهینه یک BF باید در محدوده 30 تا 60 درصد وزنی باشد.
