بخشی از مقاله
کنترل ترکیبات مولد بو در واحدهاي صنعتی با استفاده از سیستمهاي بیولوژیکی
چکیده
سولفید هیدروژن از جمله آلاینده هاي سمی هوا با بوي مخصوص می باشد، مقدار قابل ملاحظه اي از این گاز در ارتباط با فعالیتهاي صنعتی از قبیل پالایشگاه نفت، تصفیه خانه فاضلاب، تصفیه گاز ترش، صنایع کاغذ سازي و غیره تولید می شود. فرآیندهاي متعددي بر پایه اصول فیزیکوشیمیایی به منظور حذف مؤثر گاز سولفید هیدروژن از هوا و گازهاي زائد صنایع توسعه پیدا کرده اند ولی بسیاري از این روشها نیازمند افزودن مواد شیمیایی بوده و همچنین نیازمند مصرف انرژي و هزینه بالا می باشند. بیوفیلتراسیون یک فن آوري جدید جهت کنترل آلاینده هاي هوا با قیمت پایین و بازدهی بالا می باشد که کاربرد آن بدلیل راهبري ساده و عدم ایجاد مواد زائد دفعی در سالهاي اخیر توسعه قابل توجهی پیدا کرده است.
در این تحقیق کارایی سیستم بیوفیلتراسیون در حذف سولفید هیدروژن از جریان گاز آلوده مورد مطالعه قرار گرفت. پایلوت مورد استفاده از آهن گالوانیزه با قطر 8 cm و ارتفاع 1/26 متر و بستر آن حاوي خرده هاي pvc با اندازه 1 cm و کمپوست مواد زائد جامد شهري به نسبت حجمی یک به یک بود. پارامترهاي مورد مطالعه در این تحقیق تعیین راندمان و ظرفیت حذف بیوفیلتر در پالایش سولفید هیدروژن و بررسی اثرسولفات، زمان ماند، افت فشار، رطوبت و pH بستر در عملکرد آن بود. میانگین راندمان حذف سیستم بیوفیلتراسیون با زمان ماند 1 دقیقه در محدوده غلظت 5 تا 265 ppm برابر %98 بدست آمد که در این شرایط حداکثر ظرفیت حذف بیوفیلتر حدود 22 g-s/m3- hr تعیین گردید.
میانگین افت فشار 6 میلیمتر آب و بهترین زمان ماند گاز سولفید هیدروژن 60 ثانیه بود. مقدار pH و رطوبت بهینه بستر به ترتیب برابر 3/5 و %55 و مقدار سولفات 30 ( mg-so4/g.bed) به عنوان سطح بحرانی براي محیط میکروبی تعیین گردید. یافته هاي حاصل از این بررسی نشان داد که سیستم بیوفیلتراسیون با بستر کمپوست و خرده هاي pvc با راندمان %98 قادر به حذف گاز سولفید هیدروژن از جریانهاي گازي آلوده می باشد و جا دارد از ایــن فن آوري ارزان به منظور تصفیه انتشار گاز سولفید هیدروژن در صنایع استفاده گردد.
کلمات کلیدي: سولفید هیدروژن، بیوفیلتراسیون، آلودگی هوا، کمپوست
مقدمه
سالانه مقادیر قابل ملاحظه اي از آلاینده هاي گوناگون بخصوص ترکیبات آلی فرار و ترکیبات معدنی نظیرحلد از طریق صنایع مختلف به هوا منتشر می شوند که باعث ضرر و زیان به سیستمهاي اکولوژیکی می شوند. فرایند هاي متعددي بر پایه اصول فیزیکوشیمیایی به منظور حذف مؤثر گاز سولفید هیدروژن از هوا و گازهاي زائد صنایع توسعه پیدا کرده اند ولی بسیاري از این روشها نیازمند افزودن مواد شیمیایی، مصرف انرژي و هزینه بالا می باشند.
به این ترتیب نیاز به جایگزینی یک فن آوري جدید جهت کنترل آلاینده هاي هوا با قیمت پایین و بازدهی بالا احساس گردید.[1] بیوفیلتراسیون با استفاده از روشهاي بیولوژیکی آلاینده ها را تجزیه می کند و کاربردي جدید از بیوتکنولوژي می باشد. براي نخستین بار در تصفیه بوهاي ناشی از تصفیه فاضلاب صنایع شیمیایی، واحد هاي فراوري مواد زائد جامد، عملیات کمپوست و واحد هاي تبدیل ضایعات پروتئینی بکار گرفته شد .[2]
بیوفیلتراسیون فرایندي است که میکروارگانیسم ها به شکل لایه بیوفیلم در منافذ بستر مورد استفاده قرار می گیرند، بطوریکه جریان گاز آلوده شده در ابتدا مرطوب گشته و از بستر متخلخل فیلتر عبور می کند. بستر فیلتر شامل موادي همچون کمپوست، کود گیاهی، خاك و غیره است که سطح لازم و مواد غذایی مورد نیاز را بمنظور رشد میکروارگانیسمها فراهم می کنند. هنگام عبور هوا از بستر فیلتر، آلاینده هاي گازي در داخل بیوفیلم جذب و توسط میکروارگانیسم هاي روي بستر تصفیه می شوند.[3]
سولفید هیدروژن گازي بد بو و آلاینده سمی هوا است. مقدار قابل توجهی از این گاز در فرایند هاي صنعتی از قبیل پالایشگاه نفت، تصفیه خانه فاضلاب، کارخانه کاغذ و خمیر کاغذ، صنایع فراوري مواد غذایی و در تصفیه گاز (گاز ترش) و دیگر سوختها تولید می شوند. سمیت این گاز در حد سمیت گاز سیانید هیدروژن است. اگر غلظت گاز سولفید هیدروژن در هوا به عژژ 1000 برسد موجب مرگ انسان خواهد شد و حداکثر غلظت مجاز یک ساعته آن حدود عژژ 0/14 است.[4]
کاربرد بیوفیلتر در کشور ما سابقه تحقیقاتی چندانی نداشته و موارد محدودي کاربرد صنعتی با بهره برداري ناقص همراه بوده است. اما در کشورهاي دیگر کاربرد هاي متنوعی براي کنترل انواع آلاینده ها در مقیاس صنعتی و آزمایشگاهی انجام گرفته است. غهعکئپه ( (1995 در مرکز محیط زیست آلبرتا کانادا بیوفیلتري را براي حذف هیدروژن سولفید و سولفید آلی در مقیاس آزمایشگاهی راه اندازي کرد. او گاز حلد با غلظت عژژ 117 را با زمان ماند 16 ثانیه وارد بستر نمود و %99/9 حذف گاز حلد را در خروجی مشاهده نمود .[5] کهپلاک؟غهع
(1986) در یک مطالعه به منظور کاربرد بیوفیلتراسیون براي حذف سولفید هیدروژن از هوا با بستري از تراشه چوب به راندمان حذف %97 دست پیدا کرد .[6] مطالعه دیگري بصورت آزمایشگاهی در دانشگاه فلوریدا (1994)
به منظور کنترل انتشار سولفید هیدروژن انجام گردید. بستر سیستم حاوي کمپوست زباله گیاهی بود و گاز حلد با غلظتی از 5 تا عژژ 2650 وارد بستر شد و کارایی بیوفیلتر بالاتر از %99 بود.[7] تحقیق دیگري در دانشکده محیط زیست فنلاند (2001) انجام شد. در این مطالعه به منظور حذف همزمان سولفید هیدروژن و کربن دي سولفید از بیوفیلتري با بستر کمپوست گیاهی استفاده گردید. که کارایی بستر به منظور حذف هر دو ترکیب، %99 با زمان ماند بیش از یک دقیقه بود.[8]
هدف از این مطالعه بررسی عملکرد سیستم بیوفیلتراسیون در حذف گاز سولفید هیدروژن با استفاده از کمپوست زباله شهري به عنوان منبع غذایی میکروارگانیسم ها و خرده هاي طهژ1 به منظور افزایش تخلخل بستر در مقادیر بارگذاري متغیر بوده است. همچنین بدست آوردن پارامترهاي راهبري و طراحی براي مقیاسهاي بزرگتر می باشد که در نهایت به بهبود و بهینه کردن سیستم بیوفیلتراسیون و راه اندازي این سیستم ساده و ارزان در کشور منتهی خواهد شد.
مواد و روشها
پایلوت: بیوفیلتري در مقیاس آزمایشگاهی از جنس آهن گالوانیزه، به قطر داخلی عط8 با سه بخش قابل تفکیک با اتصال فلنجی، هر یک به ارتفاع عط 48 و قسمتهاي ورودي و خروجی ساخته شد(شکل .(1 در انتهاي هر قـسمت یک صفحه گالوانیزه مشبک داراي سوراخهایی به قطر عع 2 براي نگه داشتن مواد بستر و توزیع مجدد جریان هوا به داخل بخش پایینی تعبیه شد. در هر قسمت علاوه بر شیر نمونه برداري، سه دریچه کنترل براي بازدید و نمونـه برداري از بستر تماس و آنالیزهاي رطوبت، میکروبی و دژ قرار دارد. یک عدد ترمومتر بـراي ثبـت درجـه حـرارت بستر و یک مانومتر آبی براي کنترل افت فشار در ستون بیوفیلتر نصب گردید. براي ثابت نگه داشتن دما در درجـه حرارت دلخواه، کل ستون به المنت حرارتی مجهز و کل ستون با پشم شیـشه ایزولـه گردیـد. در بـالاترین قـسمت ستون دریچه اي به منظور افزودن آب و مواد مغذي و همچنین قسمت خروجی مجهز به یک شیر براي جمع آوري شیرابه و برگشت مجدد آن به داخل بیوفیلتر از بالا دست می باشد که این کار به صورت دستی انجام مـی گرفـت.
منبع تامین هوا کمپرسور بود که هواي خروجی با عبور از فیلتر کربن فعال، وارد برج رطوبت ساز حبابی شـده کـه رطوبت هواي خروجی بیش از %95 بود، سپس هواي مرطوب به همراه گاز سولفید هیدروژن پس از تنظـیم مقـدار دبی وارد بستر می گردید. براي تنظیم دماي رطوبت ساز از المنت حرارتی 2000 وات ترموستات دار استفاده شـد. بمنظور تنظیم سرعت جریان هوا از دبی سنج (خذتلس عً حپه ه؟کعق) استفاده شد.
شکل -1 مشخصات پایلوت بیوفیلتراسیون -1) کمپرسور -2 فیلتر کربن فعال -3 برج رطوبت ساز -4 ظرف تولید سولفید هیدروژن -5 فلومتر -6 ورودي آب و مواد مغذي -7 شیر نمونه برداري هوا -8 بستر -9دریچه نمونه برداري از بستر -10 تخلیه شیرابه )
بستر: بستر مورد اسنفاده مخلوطی از کمپوست مواد زائد جامد شهري و خرده هاي پی وي سی به نسبت یک به یک بود. افزودن این خرده ها بمنظور افزایش تخلخل بستر، محیطی جهت رشد بیوفیلم،کاهش افت فشار،
جلوگیري از فشردگی و کاناله شدن بستر می باشد. به منظور تلقیح میکروبی بستر از لجن فعال تغلیظ شده تصفیه خانه فاضلاب شهري استفاده گردید.
روشهاي آنالیز: براي اندازه گیري غلظت گاز سولفید هیدروژن از روش ژاکوب استفاده شده است و این روش براساس جذب سولفید هیدروژن در یک محلول قلیایی و سپس افزودن معرفهاي رنگی می باشد، شدت رنگ ایجاد شده در محلول توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 670 نانومتر اندازه گیري می شود. این شدت رنگ متناسب با غلظت سولفید هیدروژن جذب شده در محلول جذب میباشد .[9] براي اندازه گیري رطوبت بستر از روش وزن سنجی استفاده گردید به این صورت که مقدار 10 گرم از بستر بیوفیلتر نمونه برداري و پس از توزین، نمونه را در فور در درجه حرارت ه104° به مدت 24 ساعت قرار داده مجدداًو توزین و مقدار رطوبت بستر محاسبه گردید. براي اندازه گیري دژ بستر به 10 گرم از نمونه بستر 100 میلی لیتر آب مقطر اضافه نموده و به مدت 20 دقیقه بهم زده و پس از گذشت 10 دقیقه با استفاده از دستگاه دژ سنج دیجیتالی اندازه گیري شد.
براي اندازه گیري سولفات از روش کدورت سنجی مطابق با دستور العمل کتاب روشهاي استاندارد آزمایشات آب و فاضلاب استفاده شد .[10] براي اندازه گیري افت فشار در ستون بیوفیلتر از یک مانومتر آبی و براي اندازه گیري درجه حرارت در هر بخش ارتفاعی بستر از یک دماسنج جیوه اي استفاده شد. براي ثابت نگه داشتن درجه حرارت داخل بیوفیلتر از المنت هاي پیچیده شده به بدنه پایلوت استفاده شد که درجه حرارت آن توسط یک ترموستات دیجیتالی( لتتلسشع( A1B کنترل می شد.
نتایج
بررسی عملکرد بیوفیلتر در زمان راه اندازي: کارایی سیستم بیوفیلتراسیون به منظور حذف گاز سولفید هیدروژن با زمان ماند یک دقیقه در غلظت هاي 5 تا عژژ 265 مورد بررسی قرار گرفت (شکل .(2 در 10 روز اولیه راه اندازي، کارایی حذف بالاي %95 بود و در روز یازدهم کارایی حذف به %50 کاهش یافت. بررسیها نشان داد که بیوفیلتر ها در چند روز اول راهبري تصفیه خوبی را فراهم می کنند به این دلیل که بستر بیوفیلتر به عنوان جاذب عمل می کند و با اشباع شدن ظرفیت جذب سطحی بستر، کارایی حذف افت پیدا کرده و بعد از این مرحله حذف گاز سولفید هیدروژن بستگی به تخریب بیولوژیکی خواهد داشت. کاهش کارایی نشانگر این بود که با اشباع شدن بستر هنوز جمعیت میکروبی بر روي بستر رشد نکرده اند. زمان تطابق بهینه یا پایدار شدن سیستم بعد از گذشت 30 روز از راه اندازي بیوفیلتر کسب گردید. که بعد از پایدار شدن سیستم و خو گرفتن میکروارگانیسم ها با محیط رشد و سوبسترا حتی با افزایش تدریجی غلظت از 19 به عژژ 265 کارایی حذف بالاي %98 بود و کسب این راندمان بالا دلیل بر پایدار شدن سیستم بود. میانگین کارایی حذف در طول 45 روز اولیه حتی با محسوب کردن دوره خوگیري سیستم %97 بود و به محض پایدار شدن سیستم میانگین کارایی حذف به %98 رسید.
