بخشی از مقاله
چکیده
نیاز مبرم به آب در صنایع از یک طرف و محدود بودن منابع آب، کاهش آنها با گذشت زمان و قرار گرفتن ایران در منطقه خشک و کم باران کره زمین از طرف دیگر، استفاده مجدد از پسابهای صنعتی را در کانون توجه قرار می دهد. از این رو انتخاب روشی کارا و بهینه جهت تصفیه پساب ضروری مینماید. در این پژوهش، با توجه به رشد روز افزون استفاده از روش اسمز معکوس و کارایی بالای این روش و امکان استفاده نرم افزاری جهت طراحی بهینه، از نرم افزار ROSA که بیشترین کاربرد را در شبیه سازی سیستم اسمز معکوس دارا می باشد، استفاده گردیده است.
همچنین دستگاه پایلوت سیستم اسمز معکوس جهت تصفیه تکمیلی پساب کارخانه فولاد مبارکه اصفهان ساخته و به کار رفته شد. دادههای حاصل از پایلوت توسط نرم افزار SPSS از نظر آماری بررسی گردید. نتایج نشان داد کیفیت آب بازیابی شده پس از تصفیه نهایی در دستگاه پایلوت پارامترهای مورد نیاز در آب صنعتی مصرفی را داشته و میتواند مجددا استفاده گردد. با استفاده از نتایج SPSS معلوم گردید فاکتورهای دبی برگشتی، دبی پساب، دبی تصفیه، فشار پساب و فشار پمپ اسمز معکوس بر کیفیت پساب تصفیه تاثیر معناداری دارند.
با استفاده از روش رگرسیون تاثیر فاکتورهای مورد نظر بر روی کیفیت پساب تصفیه بررسی شد. مشخص گردید که مدل رگرسیون مناسب برازش شده است و همچنین ضریب تعیین مدل برابر با 0/241 می باشد. بنابراین 24/1 درصد از پساب تصفیه بر دبی برگشتی ، دبی پساب ، دبی تصفیه ، فشار پساب و فشار پمپ اسمز معکوس قابل تبیین است. همچنین فشار پساب و دبی برگشتی بر کیفیت پساب تصفیه تاثیر معنادار دارد ، ولی دبی تصفیه و دبی پساب و فشار پمپ معکوس به دلیل سطح معناداری بیشتر از 0/05 تاثیر معناداری بر پساب تصفیه ندارند .
-1 مقدمه
کشور ایران در منطقه کم باران دنیا، جزء نواحی نیمه خشک جهان واقع شدهاست. علاوه بر این با توجه به مدیریت ضعیف منابع موجود و استفاده بیرویه سرانه آب در کشور به نقطه بحران نزدیک شده است. همچنین با توجه به دفع نامناسب فاضلاب و پساب در نقاط مختلف و در منابع پذیرنده سطحی و زیرزمینی بسیاری از منابع موجود نیز غیرقابل استفاده شده است. یکی از طرحهایی که در سالهای اخیر در کشور مورد توجه مسئولین و به خصوص صاحبان صنایع مادر قرار گرفته است، استفاده از آب بازیابی شده است که به منظور برگشت پساب تصفیه شده به صنعت و مصرف در نقاط مختلف میباشد. پژوهشهای بسیاری در طی دهههای گذشته، صرف ارتقاء روشهای سنتی و توسعه فرآیندهای نوین جهت تصفیه پسابهای صنعتی انجام شده است. روشهای تصفیه پسابها را میتوان به سه دسته کلی زیر تقسیم نمود :[1]
· تصفیه مکانیکی یا تصفیه فیزیکی
· تصفیه زیستی یا تصفیه بیولوژیکی
· تصفیه شیمیایی
فرآیندهای غشایی توانایی تغلیظ مواد موجود در محلولها را برای تولید محلول رقیقتر دارند. محلول تغلیظشده را میتوان به روشی زیست سازگارانه مورد تصفیه بیشتر قرار داده و دفع نمود. با وجود غشاءها، جداسازی در دمای محیط صورت میپذیرد .[2-4] جداسازی در فرایندهای غشایی نتیجه تفاوت در سرعت انتقال اجزا شیمیایی از میان غشا میباشد. این اختلاف سرعت انتقال ناشی از اختلاف در نیروی محرکه آنها میباشد. به طور کلی اختلاف پتانسیل شیمیایی سبب ایجاد نیروی محرکه شده و اجزا را از یک طرف غشا به طرف دیگر آن جابهجا میکند. این اختلاف پتانسیل میتواند از طریق اختلاف فشار هیدروستاتیکی، غلظت، دما و یا پتانسیل الکتریکی ایجاد شود.
به طور کلی دو عمل اصلی که توسط غشا انجام میشود عبارتند از: تراوش پذیری و گزینش پذیری .[2] در فرایند اسمز معکوس آب از میان غشا از طرف غلظت پایینتر - پتانسیل بالا - به طرف غلظت بالاتر - پتانسیل کمتر - نفوذ مینماید. فشار هیدرولیکی ایجاد شده فشار اسمزی میباشد. اگر گرادیان فشار معکوس شده و فشار ایجاد شده از فشار اسمز در طول غشاء بیشتر شود، جریان از غلظت بالاتر به طرف غلظت پایینتر حرکت کرده و فرایند اسمز معکوس نامیده میشود .[5] تا کنون از این فرایند برای تصفیه آبهای صنعتی استفاده شده است که از آن جمله می توان به تصفیه تکمیلی آب بویلرهای پالایشگاه تهران اشاره نمود.
فرایندهای غشایی برای تصفیه پساب و استفاده مجدد از آن بسیار کارامد هستند. در این میان اسمز معکوس کارایی بالایی در حذف یونها و همچنین مواد شیمیایی دارد. این فرایند بازده بالایی داشته و شرایط عملکرد آن پایدار و قابل پیشبینی میباشد. فرایند اسمز معکوس در صنایع بسیاری به کار گرفته شده است. از این رو در این پژوهش فرایند تصفیه پساب کارخانه فولاد مبارکه با استفاده از غشای اسمز معکوس مدلسازی شد و سپس دستگاه پایلوت ساخته و جهت تصفیه آب و استفاده مجدد از آن در واحد مورد استفاده قرار گرفت.
-2 مواد و روش ها
فرایند تصفیه پساب تولیدی از کارخانه با استفاده از نرم افزار ROSA شبیهسازی گردید. این نرم افزار ابزاری است برای تخمین عملکرد پایدار سیستم اسمز معکوس که در شرایط مربوط به طراحی یا حقیقی استفاده میشود و توسط شرکت FILMTC طراحی شده است. پس از به دست آوردن نتایج مطلوب با استفاده از نرم افزار، سیستم فیلتراسیون برای انجام تصفیه پساب ساخته شد. این دستگاه به منظور بهبود کیفیت پساب فولاد مبارکه و استفاده مجدد از آب بازیابی شده در فرایندهای این مجتمع صنعتی، طراحی گردیده است.
از آنجایی که فرایندهای غشایی برای تصفیه پساب و استفاده مجدد از آن بسیار کارامد هستند و بازده بالایی دارد در اینجا به کار گرفته شدند. شکل شماتیکی از دستگاه آزمایشگاهی به کار رفته در این پژوهش، در شکل 1 و نمای آن در شکل 2 ملاحظه میگردد. سیستم اسمز معکوس شامل تعدادی شیر برای ورودی ها و خروجی ها و همچنین تعدادی پمپ در قسمتهای مختلف طبق شکل 1 میباشد. این تجهیزات همچنین شامل وسایل اندازهگیری فشار، آنالیزگر pH، اندازه-گیری کلر و ریگر یون ها نیز میباشند. غشا اسمز معکوس مورد استفاده در این پژوهش از نوع پلی آمید مارپیچی میباشد. همچنین جهت عملیات پیش تصفیه از غشا دو لایه از جنس سیلیس، کربن فعال و کارتریج فیلتر نیز استفاده گردید. مواد شیمیایی مورد استفاده در واحد پایلوت شامل:
· Naclo - هیپوکلریت سدیم - است که این ماده در ابتدای خط ورودی اضافه می گردد.
· بی سولفات سدیم با فرمول عمومی NaHSO3که نام دیگر آن سدیم هیدروژن سولفات می باشد. این ماده به خروجی فیلتر شنی جهت اکسیژن زدایی اضافه میگردد.
· Antiscalant ها دستهای از مواد میباشند که جهت جلوگیری از تشکیل رسوب اضافه میگردند. می باشد.
جهت انجام آنالیز بر روی پساب از مواد زیر استفاده گردیده است:
· محلول HNO3 غلیظ مرک آلمان با درجه خلوص .%65
· کربنات کلسیم پودری - CaCO3 - با درجه خلوص %99/8 از شرکت آمریکایی .J.T.Backer
· نیترات نقره - AgNO3 - خالص مرک آلمان.
· سولفات منگنز کریستالی - MnSO4.H2O - خالص از شرکت .Scharlau
· سدیم تیوسولفات - Na2S2O3.5H2O - با درجه خلوص %99/5-100 از شرکت مرک آلمان.
· یدور پتاسیم - KI - خالص از شرکت مرک آلمان.
· سولفات منیزیم کرسیتالی - MgSO4.7H2O - با درجه خلوص %99/8 از شرکت .J.T.Backer
· کلروفریک - FeCl2.6H2O - با درجه خلوص %99/9 از شرکت .J.T.Backer
· سولفیت سدیم - Na2SO3 - با درجه خلوص %95 از شرکت مرک آلمان.
· دی کرومات پتاسیم - K2Cr2O7 - با خلوص بیش از %95 ساخت شرکت مرک آلمان.
· اسید سولفوریک غلیظ با درجه خلوص %98 ساخت شرکت مرک آلمان.
· فنل فتالئین - C20H14O4 - ساخت شرکت مرک آلمان.
· محلول EDTA با فرمول شیمیایی C10H14N2Na2O8.2H2O ساخت شرکت مرک آلمان. بازده و طول عمر غشا اسمز معکوس به پیش تصفیه موثر خوراک ورودی آن بستگی دارد. پیش تصفیه میتواند گرفتگی غشا و هزینههای عملیاتی را کاهش دهد. بایستی پیش از استفاده از یک سیستم اسمز معکوس، آب ورودی و خوراک آن مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرد. در این راستا آنالیزهایی بر روی آب ورودی باید انجام پذیرد. در ادامه به تشریح آزمایشات انجام گرفته بر روی خوراک ورودی سیستم پرداخته میشود. آزمایشهای مورد نیاز در این پژوهش جهت آنالیز نمونههای گرفته شده پیش و پس از تصفیه، شامل آزمایش اکسیژن محلول - DO - ، اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی - BOD - ، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی - COD - ، اندازه-گیری نیتریت، فسفات، TDS، سختی آب، اندازه گیری pH، پتاسیم، سدیم.
