بخشی از مقاله
چکیده
مواد رنگزای سنتزی گروهی از آلایندهها هستند که به طور گسترده در صنایع نساجی کاغذ سازی چاپ و رنگرزی مورد استفاده قرار میگیرند. مشخص گردیده است که روشهای سنتی تصفیه پساپهای که حاوی مواد رنگزای نساجی سنتزی هستند به خاطر پایداری شیمیایی این آلایندهها غیر موثر میباشند لذا در سالهای اخیر تصفیه بیولوژیکی با استفاده از میکرو و ماکروارگانیسمهای مختلف به عنوان روش مناسب برای حذف آلایندههای مختلف اعم از آلی و غیرآلی مورد توجه قرار گرفته است در این پروژه کارایی جلبک در فرایند رنگزدایی ماده رنگزای Direct black 38 موجود در آبهای آلوده برخی صنایع رنگرزی بررسی شده و تاثیر عوامل مختلف اعم از مقدار اولیه جلبک غلظت اولیه ماده رنگزا جریان سیال مقدار شوری و pH در فرایند رنگزدایی مورد بررسی قرار گرفته است.
و بهینه سازی فرآیند با استفاده از طراحی مرکب مرکزی - روش رویه پاسخ - مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسیهای اسپکتروفوتومتر نشان دادند که در شرایط بهینه مربوط به مقدار اولیه جلبک 7,5 گرم pH=2 ، زمان 45 دقیقه، جریان سیال 1,365، برای 10 ppm از ماده رنگی Direct black 38 راندمان حذف %85 تعیین گردید.
مقدمه
جلبکها از تولیدکنندگان عمده در تمامی انواع مجموعههای آبی میباشند و در آلودگی آب به شیوههای متعدد دخیل می باشند. اولاً، مواد مغذی جلبکی در آب از طریق بیرون ریزهای آلی میتواند رشد گونههای جلبک تولیدکننده رشد سطحی متراکم یا تودههایی که کیفیت آب را کاهش داده و بر مصرف آن تأثیر میگذارند، را به طور گزینشی موجب شود. با این حال جلبکهای ویژهای در آب آلوده به فاضلاب آلی - حیوانی - رشد میکنند که بخش مهمی را در خود تصفیه آبها دارند.
برخی از جلبکهای آلودگی میتوانند برای ماهیان، بشر و حیواناتی که از آب آلوده استفاده میکنند سمی باشند. در حقیقت، جلبکها نقش مهمی را در زنجیره غذایی زیست آبزی ایفا میکنند و بنابراین هر چقدر تعداد و نوع جلبکها تغییر میکند بر تمامی ارگانیسمهای موجود در زنجیره از جمله ماهی تأثیر میگذارد. جلبکها میتوانند موجب طعم و بوهایی در آب شوند. در حقیقت، تعداد زیادی از جلبکها با طعم و بو مرتبط هستند که انواع متنوعی دارند
عناصر ورودی خانگی و شهری به منابع آبی شامل پاتوژنها، مواد مغذی، جامدات معلق، نمکها، مواد اکسیژن خواه میباشند. یکی از منابع عمده آلودگی آب، تخلیه کنترل نشده فاضلاب انسانی است در حالیکه برخی کشورها، سرمایهگذاری کلانی در پروژههای تامین آب انجام دادهاند، بطور کل سرمایهگذاری اندکی به سیستمهای زهکشی فاضلاب مناسب اختصاص یافته است که منجر به آلودگی مضر منابع آبی، افزایش سیلاب و کاهش مزایای بهداشتی ناشی از سرمایهگذاریهای آبی شده است. یافتن یک راهحل برای تصفیه و تخلیه ایمن فاضلاب، چالش دشواری است زیرا مستلزم فرآیندهای تلفیقی است که در انها ملاحظات مالی، فنی و اقتصادی لحاظ میشوند.
روش کار
با توجه به مشخصات ظاهری و مورفولوژیکی و آنوتومیکی نمونه جلبک که که با استفاده از میکروسکوپ نوری بدست آمد جنس جلبک شناسایی شد. آزمایشها در یک راکتور با جریان برگشتی حاوی محلول رنگی بیومس جلبک مورد نظر انجام گرفت مشخص کردن اثرات عوامل محیطی و عملیاتی بر کارای حذف رنگ در سیستم جریان برگشتی با تغییر دادن عوامل مورد نظر اعم از غلظت ابتدای ماده رنگزا - 10-50 - ppm با تغییر دادن - 2-8 - pH مقدار جلبک - 1-10 - gr مقدار نمک - 25-100 - mgr وتغییر دبی - 1,19-1,54 - انجام پذیرفت.
برای انجام آزمایش از نرم افزار minitab استفاده میشود که به این منظور در مرحله اول آزمایش غربالگری انجام میگیرد. در روش طراحی آزمایش ، آزمایش به گونه ای طرحریزی میشود که به منظور رسیدن به پاسخ فاکتورها به صورت هم زمان با هم آزمایش میشود چارچوب اصلی طراحی آزمایش بر اساس یک سری طرحهای استاندارد است که بر هم کنش بین فاکتورها را به منظور اثری که ممکن است روی یک دیگر داشته باشند در نظر گرفته شده همچنین با تعداد آزمایشات کمتری میتوان به نقطه بهینه نهایی رسید.
روش تهیه محلول مورد استفاده
تهیه محلول مادر Direct balck 38
0/1 گرم از Direct black 38 را وزن کرده و در یک بالن دو لیتری با آب مقطر به حجم میرسانیم تا محلولی از Direct black 38 با غلظت 100 میلیگرم بر لیتر به عنوان محلول مادر حاصل شود سایر محلولهای با غلظتهای مختلف از آلاینده با استفاده از رقیقسازی از محلول مادر تهیه گردید لازم به ذکر است
تعیین متغیرها و سطوح آنها وبهینه سازی دادهها در پژوهش حاضر بهینهسازی فرایند حذف ماده رنگزای DB 38 از آبهای آلوده با بکارگیری روش رویه پاسخ و بررسی 5 فاکتور pH محلول، جریان سیال، غلظت اولیهDB 38، مقدار جلبک، زمان تماس مورد بررسی قرار گرفت با توجه به متغیرها طراحی این آزمایش به روش رویه پاسخ - Respans Surface - با استفاده از نرمافزار minitab انجام شد که شامل 32 آزمایش میباشد.
اثر pH بر فرآیند رنگزدایی
یک فاکتور بسیار مهم در قابلیت جذب سطحی و بیولوژیکی pHمیباشد. تغییر در مقدار اولیه pH مقدار جذب رنگ DB38 را تحت تاثیر قرار میدهد. فرایندهای بیولوژیکی وابستگی بالایی به pH دارد. فرایندهای بیولوژیکی وابستگی بالایی به pH دارد. با توجه به نتایج به دست آمده از نمودار - 9-3 - با افزایش زمان فرایند در pHهای اسیدی راندمان حذف بیشتر میباشد
با توجه به اینکه در عملکرد جلبک زنده مکانیسم حذف تجزیه زیستی میباشد و تخریب رنگ توسط آنزیمهای برون سلولی و درون سلولی جلبک صورت میگیرد به نظر میرسد که عملکرد این آنزیمها در pHهای اسیدی بهتر بوده و در نتیجه تخریب بیشتری مشاهده میگردد. در حذف رنگ با جلبک نتایج نشان میدهد که در یایینترین pH - حدود - 2 بالاترین میزان جذب رنگ DB 38 توسط گیاه دیده میشود. با افزایش pH و قلیایی شدن محلول میزان حذف رنگ به تدریج کاهش پیدا میکند آن به آن معنی است که رنگزای مستقیم در pH اسیدی با راندمان بالاتری از محلولهای آبی حذف میشود. مکانیسم جذب را میتوان با توجه به نقطه pH ایزوالکتریک - pH pzc - توجیه کرد. در سطح جاذب بار مثبت را جذب میکند
جذب
کردن بیشتر مولکولهای رنگ به واسطه جذب الکترو استاتیکی میباشد. با توجه به مطالعات قبلی محدودیت ظرفیت جذب مولکولهای رنگ با افزایش دافعه الکترواستاتیکی در pH بالاتر افزایش مییابد. در نتیجه گروههای فعال باردار میتوانند جاذبه قوی الکترواستاتیکی را روی مولکولهای آنیونی رنگ اعمال کنند
شکل :1 بررسی تاثیر همزمان pH و زمان در راندمان حذف به روش تخریب زیستی
اثر وزن جلبک بر فرآیند رنگزدایی
باتوجه به شکل - 3 - و - 4 - با افزایش وزن جلبک درصد حذف رنگ افزایش مییابد که این موضوع در ارتباط با افزایش سطح جلبک و افزایش مکانهای پیوندی میباشد که عامل اصلی تجزیه زیستی هستند. در تجزیه زیستی با افزایش مقدار جلبک زنده تعداد سلولهای تجزیه کننده و به عبارت دیگر میزان آنزیمهای تخریبی بیشتر میشود. از طرفی با افزایش وزن جلبک مقدار رنگ جذب شده در واحد وزن جلبک کاهش مییابد که این موضوع در ارتباط با افزایش جایگاههای پیوندی در دیواره جلبک و کاهش تعداد مولکولهای ماده رنگزا میباشد.
با توجه به شکلهای - 3 - و - 4 - وزن مطلوب نمونه جلبکی 12 گرم بدست آمد. همانطور که در شکل - - مشاهده میشود با افزایش مقدار جاذب تا 12 گرم کارایی جذب افزایش مییابد زیرا مکانهای در دسترس برای جذب با افزایش میزان جاذب افزایش مییابد. به عبارت دیگر افزایش مقدار جاذب سطح بیشتری را برای جذب مولکولهای رنگ روی سطح جلبک ایجاد میکند .[4]
شکل :2 بررسی تاثیر همزمان مقدار جلبک و زمان در راندمان حذف به روش تخریب زیستی
شکل :33بررسی تاثیر همزمان pH و زمان در راندمان حذف به روش تخریب زیستی
