بخشی از مقاله
چکیده:
لخته سازی یک فرآیند صنعتی مهم برای تفکیک جامد-مایع در جریان تصفیه مقدماتی پساب است. در این مطالعه فرآیند انعقاد و لخته سازی توسط پلی اکریل آمید های انیونی و کاتیونی - Chemfloc 1510, Chemfloc 3876, Chemfloc - 530AN, AN 913, AN 913SH با بار و دانسیته ی بار متفاوت بعنوان عامل لخته ساز در تصفیه پساب صنایع کاشی در غلظت، pH، زمان و سرعت های همزدن متفاوت مورد بررسی قرار گرفت.
بمنظور تعیین مناسب ترین عامل لخته ساز از نظر تولید کمترین شاخص حجمی لجن - - - Sludge Volume Index - SVI و کمترین زمان ته نشینی آزمایشات در دستگاه جارتست انجام گرفت و RSM - Response Surface Methodology - بمنظور بهینه سازی این فرآیند بکار گرفته شد. شرایط بهینه برای غلظت لخته ساز،pH ، سرعت و زمان همزدن به ترتیب برابر با mg/L20، 3,25-5، 350 RPM - دور در دقیقه - و 45 ثانیه با کمترین شاخص حجمی لجن و زمان ته نشینی به ترتیب برابر با ml/mg 2,34 و 12 ثانیه برای پلی اکریل آمید کاتیونیChemfloc 1510 بدست آمد.
نتایج تحقیق حاضر حاکی از آنست که پلی اکریل آمید کاتیونی، بویژه Chemfloc 1510 برای تصفیه پساب صنایع کاشی بسیار مناسب است. پلیمرهای با وزن مولکولی بالا سبب تقویت تجمع اولیه می شوند ولی تاثیر بار کاتیونی برای لخته سازی پایدار محسوس تر است. این نتایج پیشنهاد می کند که سیستم تک پلیمری می تواند به تنهایی در فرآیند انعقاد و لخته سازی بواسطه کارایی بالای پلی اکریل امید بکار گرفته شود.
مقدمه:
بواسطه پیشرفت سریع صنایع کاشی به جهت افزایش تقاضا برای محصولات کاشی و سفال، تعداد کارخانجات وابسته به این صنعت نیز افزایش یافته؛ که نتیجه ی چنین افزایش حجمی، افزایش پساب تخلیه شده به محیط زیست می باشد. بنابر این تصفیه پساب تولیدی صنایع کاشی به روش های فیزیکی و یا فیزیکو شیمیایی و باز گرداندن مجدد آب نسبتا با کیفیت بالا به داخل فرآیند با اهمیت می نماید
بر طبق اطلاعات مولف مطالعات محدودی در حوزه انعقاد ولخته سازی پساب صنایع معدنی انجام گرفته است. B. [2] ersoy تاثیر pH سوسپانسیون و درجه آنیونی منعقد کننده برروی فرآیند لخته سازی سوسپانسیون سنگ طبیعی جهت حصول حداقل کدورت و زمان ته نشینی مورد مطالعه قرار داده است.
هدف تحقیق حاضر در بهینه غلظت منعقد کننده و pH دستیابی به حداکثر حذف کل جامدات معلق و حداقل کدورت از پساب کاشی با استفاده از پلی اکریل آمید کاتیونی و آنیونی Chemfloc 1510C, Chemfloc 530A, AN 913and AN 913 - SH - و بررسی کارایی انواع مختلف پلی اکریل آمید بعنوان منعقد کننده می باشد. در این فرآیند فاکتورهای متعددی مانند نوع وغلظت منعقد کننده 3] و [4، 5] pH و [6، سرعت و زمان همزدن 7]و 8 و [9 ، دما و زمان ماند 10]و[11 می توانند بر روی کارایی تاثیر داشته باشند. بهینه سازی این فاکتورها بطور قابل توجهی کارایی فرآیند را افزایش می دهد.
در آزمایش های مولتی فاکتور، RSM - response surface methodology - برای تعیین تاثیر جداگانه فاکتورها و تاثیربر همکنش آنها پیشنهاد شده است. RSM بعنوان یک تکنیک آماری بمنظور طراحی آزمایشات اثر چندین فاکتور رامورد ارزیابی قرار داده و شرایط بهینه را برای پاسخ های مطلوب و کاهش تعداد آزمایشات جستجو می کند
در RSM نیز از CCD - central composite design - برای سازگاری مدل با تکنیک کمترین مربعات استفاده شده است. .[13] سازگاری مدل پیشنهاد شده با استفاده از آزمون خطایاب آنالیز واریانس - ANOVA - بدست می آید. آزمایشات در دستگاه جارتست که بطور معمول بمنظور ارزیابی کارایی فرآیند تصفیه بکار گرفته می شود انجام گرفت.
.2 مواد وروش ها
نمونه پساب کاشی از کارخانه چینی کرد حوالی کرمانشاه که پساب با دبی 400 متر مکعب بر ساعت بداخل استخرهای ته نشینی تخلیه می شود گرفته شد. محتوای کل جامدات اولیه پساب mg/L 22800 بود، اما نمونه پساب خام بمدت 30 دقیقه برای ته نشینی و رسیدن TSS آن به عدد 8800 mg/L راکد گذاشته شد. مشخصات نمونه پساب مورد استفاده در جدول 1 گزارش گردیده است. پارامترهای گزارش شده در جدول مذکور بر اساس استاندارد متد برای آزمایشات آب و فاضلاب اندازه گیری شده است
جدول: 1 مشخصات شیمیایی پساب مورد استفاده
انواع مختلف پلی اکریل آمید کاتیونی - C-PAM - و آنیونی A- - - PAM در مقیاس تجارتی و محدوده وسیع وزن مولکولی دانسیته بار مورد استفاده قرار گرفت. خصوصیات پلی اکریل آمید های مورد استفاده در جدول 2 آمده است.
جدول :2 خصوصیات پلی اکریل آمید های مورداستفاده
آزمایشات در دستگاه جارتست مقیاس آزمایشگاهی - مدل - SL/2800، استفاده از 240 میلی لیتر نمونه پساب باغلظت های پلی اکریل آمید 10، 15، 20، 25 و mg/L 30، و محدوده -3 pH 12 با استفاده ازHCl 1N و NaOH 1N و pH متر - مدل - JENWAY 3510 انجام گرفته شد؛ پلی اکریل آمید با غلظت معین و در مقدار pH معین در زمان و سرعت همزدن انتخاب شده به ml 240 نمونه پساب افزوده و همزده شد؛ لخته های تشکیل شده ته نشین شده و بعد از ته نشینی کدورت و TSS نمونه اندازه گیری گردید. آزمایش جهت حصول مقدار میانگین دوبار اه تکرار شده که این روند برای سایر متغیرها نیز بر طبق APHA متد انجام گرفت. کدورت توسط کدورت سنج - Turbidimeter model 2100 - HACH company و غلظت TSS با توزین کاغذ صافی بعد از خشک شدن در اجاق در دمای 115° C به مدت 30 دقیقه اندازه گیری گردید.
RSM بکارگرفته شده در مطالعه حاضر CCD می باشد که شامل سه فاکتور عددی غلظت منعقد کننده، سرعت همزدن و pH و همچنین فاکتور مطلق انواع منعقد کننده ها است. محدوده و سطح متغیرهای مورد بررسی و پاسخ های متناظر بترتیب در جدول 3 آورده شده است.
جدول 3 محدوده آزمایش و سطح متغیرهای مستقل
نرم افزار - version 7.0.0, Trial - Design Expert بمنظور رگرسیون گرافیکی داده ها و آنالیز واریانس - ANOVA - برای تجزیه و تحلیل داده ها به جهت بدست آوردن برهمکنش مابین متغیرهای فرآیند و پاسخ ها بکار گرفته شد. چگونگی سازگاری مدل چند جمله ای با تعریف ثابت R2 بیان و معناداری آماری آن با Fisher F-test در برنامه مذکور بررسی شده و عبارات مدل بر پایه مقدار P - probability - با درجه اطمینان %95 انتخاب و یا رد می شوند. طرح های سه بعدی و طرح های کانتور متناظر با آنها بر اساس تاثیر سطح های دو فاکتور غلظت منعقد کننده و pH بدست می آید.
.3 بحث و نتیجه گیری
ایجاد معادلات ریاضی که پاسخ R تابعی از غلظت منعقد کننده - A - ، - B - pH، سرعت همزدن - D - ، زمان همزدن - C - و نوع منعقد کننده - E - و یک مقدار ثابت باشد، تاثیرات درجه اول با عبارات B, A و E، اثر یک برهمکنش مانند AB و BE و تاثیر درجه دوم باعبارت , A2 B2 طبق معادله - 1 - بیان می شود، سپس نتایج توسط ANOVA جهت تعیین میزان انطباق آنالیز می گردد وتنها عبارات معنی دار آماری در مدل آورده می شوند. عبارات مدل با مقادیر "Prob > F" کمتر از 0,0500 معنی دار می باشند. معادله کوادراتیک بیشترین سازگاری را با داده های بدست آمده داشته که مدل های تجربی عطف به مقادیر کد شده برای کدورت و جامدات معلق بشرح ذیل تعریف گردیده است:
جدول:6 پارامترهای آماری بدست آمده از ANOVA
نمودار مقادیر پیش بینی شده در مقابل مقادیر واقعی برای شاخص حجمی لجن و زمان ته نشینی در شکل 1 آمده است.
شکل . Design-expert plot :1 مقادیر پیش بینی شده در مقابل مقادیر واقعی برای - الف - شاخص حجمی لجن ، - ب - زمان ته نشینی.
شاخص حجمی لجن - SVI -
میزان و ویژگی لجن تولید شده طی فرآیند انعقاد و لخته سازی وابسته به ماده منعقد کننده و لخته ساز مورداستفاده و نیز شرایط عملیاتی می باشد.[15] همانگونه که از نتایج ANOVA ملاحظه می کنیم، SVI تابعی است از B، D و .E شاخص حجمی لجن طبق رابطه 2 محاسبه می شود.
روندهای حذف همه منعقد کننده ها مشابه هم می باشند که شکل 2 مقادیر شاخص حجمی لجن را بعنوان تابعی از pH محلول و سرعت همزدن در حضور chemfloc 1510 و AN913SH نشان می دهد.
شکل:2 نمودار RSM شاخص حجمی لجن، - الف - chemfloc 1510 و - ب - . AN913SH
از شکل فوق چنین بر می آید که میزان لجن تولید شده ازA-PAM به C-PAM بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد، که این موضوع می تواند بواسطه طبیعت کاتیونی پلی اکریل آمید مورد استفاده در این مطالعه باشد که با وزن مولکولی متوسط ودانسیته بار مثبت با فراهم کردن ارتباط پل میان لخته های کوچک منجر به افزایش رشد ذره می شود. همانگونه که مشاهده می شود مقادیر SVI حاصله در محدوده ی بین 2-7 قرار دارد. این نتایج نشان می دهند که استفاده از پلی اکریل آمید خصوصیات ته نشینی لجن را تقویت می کند. کمترین میزان SVI برابر با ml/mg 2,34 برای chemfloc 1510 ثبت گردید.
