تحقیق – بررسی رابطه بین مسئولیت‌پذیری و کمال‌گرایراندمان حذف دو ماده زایلن(C6H4CH3)2و تولوئن C6H5CH3 …

۱-۱-مقدمه :
افزایش جمعیت، بزرگ شدن و توسعه شهرها و تلاش جمعیت نیل به توسعه صنعتی و اقتصادی، اثر زیست محیطی و تبعات آن از جمله معضلات اساسی موجود در قرن قبل بوده است که اثرات آن تا به امروز نیز دامنگیر اکثر کشورها مخصوصاً کشورهای در حال توسعه و ایران شده است. یکی از پیامدهای حاصل، میزان فاضلاب تولیدی از منابع مختلف اعم از شهری، صنعتی و کشاورزی و احتمال بروز خطرات آلودگی محیط زیست و شیوع انواع بیماریها بوده است. لذا تصفیه فاضلابها امری ضروری و اجتنابناپذیر است که با توجه به عوامل مختلف مانند ویژگیهای فاضلاب اعم از فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، بار آلودگی و هیدرولیکی، مسائل اقتصادی و وضعیت قوانین، مقررات و استانداردهای منطقهای و کشوری، انتخاب روش مناسب تصفیه بهخصوص برای فاضلابهای صنعتی ضمن کاهش بار آلودگی و حفاظت از محیطزیست، صنایع را به سرمایهگذاری در این مهم تشویق خواهد نمود.
امروزه آلودگی محیط زیست یکی از مهمترین دغدغه های بشریت است. از جمله مهمترین منابع آلوده کننده محیط های آبی ترکیبات نفتی مانند BTEX[1] می باشد. بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن از هیدروکربن های آروماتیک تک حلقه ای هستند. به علت سمیت بالا، این مواد سبب بروز مشکلات فراوانی برای سلامت انسان و محیط زیست می شود[۳-۱] .این مواد سبب بروز بیماری های ژنیتیکی و سرطانی می شوند، محل تجمع این ترکیبات در بدن، بافت های چربی می باشند و توسط USEPA به عنوان آلاینده خطرناک محیط زیست طبقه بندی می شود[۲،۴،۵].
فعالیت شیمیایی مانند پتروشیمی، پالایش نفت، تولید پلاستیک، حاوی غلظت های بالای ترکیبات مونوآروماتیکی هستند. دفع فاضلاب های حاوی این ترکیبات، بدون انجام تصفیه مناسب باعث بروز تاثیرات منفی بر محیط زیست می شود، چون این مواد سمی بوده و به راحتی قابل تجزیه نمی باشند[۱] .در مقایسه با سایر هیدروکربن های نفتی ، ترکیبات BTEX براحتی در آب های زیرزمینی نفوذ می کنند[۶،۴،۲].
از جمله مهمترین موارد آلودگی وابسته به ترکیبات آروماتیکی شامل زباله های صنعتی، نشت کردن، دفع نامناسب، حادثه درحین انتقال نفت، تانک های ذخیره، فرودگاه ها، تولیدرنگ، صنایع شیمیایی و راه آهن می باشد. بنزن و تولوئن توسط پساب خروجی صنایعی چون تولید پارچه و پردازش چوب، تولید تنباکو، به محیط وارد می شوند. علاوه براین ، زایلن و اتیل بنزن با صنایعی چون حشره کش ها، شوینده ها، روغن ها و رنگ درگیر هستند[۸-۷،۲].
یکی از اقتصادی ترین و بهینه ترین روش های حذف آروماتیک ها از محیط آبی روش های بیولوژیکی می باشد[۹].
بعضی از مهمترین شرایط مورد نیاز برای تجزیه بیولوژیکی ترکیبات مونوآروماتیک، شامل الکترون گیرنده، مواد مغذی و شرایط محیطی است. معمول ترین الکترون گیرنده شامل اکسیژن، نیترات، Fe(III) و سولفات و CO2 است. در شرایط هوازی، اکسیژن به عنوان الکترون گیرنده مصرف می شود، در صورتی که در شرایط بی هوازی سایر الکترون گیرنده ها مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین در فرایند بیولوژیکی مواد آلی به عنوان منبع کربنی مصرف می شوند. مواد مغذی مانند نیتروژن، فسفر، سولفور، عناصرکمیاب[۲] به محیط کشت اضافه می شوند. رشد میکروبی به پارامترهای مختلفی بستگی دارد مانند محیط کشت، دما و pHو میزان شوری محیط کشت[۱۰].
در روش های بیولوژیکی میکروارگانیسم ها قادر به تجزیه مواد آلی هستند. در میان میکروارگانیسم هایی که برای مصرف BTEX استفاده می شود، سودوموناس پوتیدا معمول ترین آن ها می باشد[۱۳-۱۱]. برای تصفیه منابع آلوده شده توسط مونوآروماتیک ها روش های بی هوازی و هوازی مورد استفاده قرار می گیرند. در تجزیه بیهوازی، مواد آلی به بیوگاز، بیومس و مواد آلی باقیمانده تجزیه می شود[۱۴].
در مقایسه با فرایندهای هوازی، فرایندهای بی هوازی شامل محاسن زیادی مانند توانایی بالا در تجزیه مواد آلی با غلظت زیاد، تولید کم لجن مازاد ، مصرف پایین انرژی و تولید بیوگاز که می توان از آن به عنوان منبع انرژی استفاده کرد [۱۸-۱۴،۹].
کاربرد روشهای پیشرفته تصفیه بیهوازی فاضلاب صنعتی در سالهای اخیر افزایش یافته است. علت این امر غالب بودن مزیت های سیستم بیهوازی در موترد خاص در مقایسه با فرآیندهای هوازی از جمله قابلیت بارگذاری بسیاربالا و مصرف کمتر مواد معدنی و انرژی میباشد. فرایندهای فیلتر بی هوازی با جریان رو به بالا یکی از روش های رایج در تصفیه ترکیبات آروماتیک هستند بنابراین در این پروژه راندمان حذف این سیستم مورد بررسی قرار می گیرد.
۱-۲- فرآیندهای بیولوژیکی- تصفیه زیستی:
به طور کلی در اکثر موارد می‌توان انواع فاضلاب را به روش زیستی کنترل و مورد بررسی قرار داد. با توجه به اینکه درتصفیه فاضلاب این فرآیند بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد لذا سعی می‌شود به طور خلاصه و دقیق مورد بررسی قرار گیرد .
۱-۲-۱- اهداف تصفیه زیستی:
هدف از تصفیه زیستی فاضلاب عبارت است از لخته‌سازی و جداکردن مواد جامد محلول و کلوئیدی که به صورت فیزیکی قابل ته‌نشینی نمی‌باشد و تغییر ترکیبات آلی به طوری که این مواد تثبیت گردند تا در محیط مشکلی به وجود نیاید [۱۹].
۱-۲-۲- نقش میکروارگانیسم‌ها:
حذف مواد آلی ، لخته‌سازی مواد جامد کلوئیدی غیرقابل ته‌نشینی و تثبیت موادآلی به روش زیستی و با استفاده از انواع میکروارگانیسم‌ها (به طور عمده باکتریها) صورت می‌گیرد. از میکروارگانیسم‌ها برای تبدیل موادآلی کربن‌دار محلول و کلوئیدی به گازهای مختلف و آب و بافت سلولی استفاده می‌شود. چون وزن مخصوص بافت سلولی کمی بیشتر از آب است. سلولهای حاصل را می‌توان با ته‌نشینی ثقلی از مایع تصفیه شده جدا کرد[۲۰].
۱-۲-۳- طبقه‌بندی فرآیندهای زیستی:
فرآیندهای زیستی را می‌توان بر دو نوع روش تقسیم‌بندی نمود.
الف- طبقه‌بندی براساس محیط بیوشیمیایی:
الف-۱- فرآیند هوازی:
در این فرایند فعالیت میکروارگانیسم‌ها در حضور اکسیژن سلول انجام می‌گیرد. لذا میکروارگانیسم‌های دیگر فعالیت چندانی ندارند.
الف-۲- فرآیند بی‌هوازی- هوازی (بی‌اکسیژن):
در این حالت فعالیت بیولوژیکی بدون حضور اکسیژن محلول انجام می‌گیرد و باکتری‌ها اکسیژن خود را از ترکیبات موادی همانند سولفاتها، نیتراتها و کربناتها بدست می‌آورند.
الف-۳- فرآیند بی‌هوازی:
در این حالت هیچ‌گونه اکسیژنی وجود ندارد و از هیدرولیز موادآلی فعالیت بیولوژیکی صورت می‌گیرد. در ضمن مقدار لجن کمتری نسبت به دو حالت قبل تولید می‌شود و با تولید گاز متان به عنوان منبع انرژی می‌توان از آن استفاده نمود [۲۱].
ب- طبقه‌بندی براساس محیط رشد میکروارگانیسم‌ها:
ب-۱- رشد چسبیده:
در این حالت عامل بیولوژیکی بر روی بستری از مواد همانند سنگ، سرامیک، پلاستیک، سرباره رشد می‌کند و فیلم باکتری بر روی این محیط تشکیل می‌گردد و فاضلاب با عبور از این محیط تصفیه می‌گردد.
ب-۲- رشد تعلیقی:
در این حالت جمعیت بیولوژیکی به صورت ذرات معلق و به حالت سوسپانسیونی در مایع رشد می‌یابند[۲۲].
۱-۳- تاریخچه فرآیند بیهوازی:
کاربرد فرآیند های بی هوازی در اروپا به بیش از یکصد سال پیش برمیگردد. مخازن سپتیک و ایمهاف جزء اولین سیستم های بی هوازی مورد استفاده می باشند که درآن لجن ته نشین شده مرحله تجزیه بی هوازی را طی می نماید. تصفیه بی هوازی یکی از موثر ترین فرایند های بیولوژیکی برای تصفیه تعداد زیادی از فاضلاب های آلی صنعتی و مواد زائد حاصل از فراورده های غذایی می باشد.فرایند بی هوازی اولین بار برای تصفیه فاضلاب خانگی در سال ۱۸۶۰ استفاده شد . اما طبق گزارشات اولین بار فرایند بی هوازی در سال ۱۷۷۶ توصیف و مطرح شده بود رابطه مستقیمی بین از بین رفتن مواد آلی و مقدار متان تولیدی از حوضچه ها بدست آمد.در سالهای ۱۹۲۰ تا ۱۹۳۰، مطالعات زیادی روی اجرای فرایند هاضمهای لجن بی هوازی انجام شد که منجر به ساخت هاضم های بی هوازی برای تصفیه فاضلاب خانگی در اروپا و شمال آمریکا شد. علاوه بر بررسی تصفیه فاضلاب خانگی در سال ۱۹۲۰ ، تحقیقات لازم جهت بکارگیری تصفیه بی هوازی برای فاضلاب های صنعتی انجام شد [۲۳].
فرایند اختلاط کامل معرف سیستم تصفیه بی هوازی ساده ای است که برای تصفیه لجنهای فاضلاب شهری استفاده شده که از زمان ساخت اولین هاضم بی هوازی گرم شده مجزا در سال ۱۹۲۷ در آلمان مورد استفاده قرار گرفته است[۲۱].
فرایند تماس بی هوازی مشابه سیستم لجن فعال هوازی می باشد . اولین سیستم استفاده کننده از این روش در سال ۱۹۵۵ برای تصفیه فاضلاب رقیق صنایع بسته بندی با بار آلی در حدود mg/lit 1300 استفاده شد[۲۴].
فرایند های فیلتر بی هوازی با جریان رو به بالا و جریان رو به پایین در مطالعات آزمایشگاهی در اواخر دهه ۶۰ توسعه داده شد . اولین کاربرد مقیاس صنعتی در اوایل دهه ۱۹۷۰ و از بستر سنگی برای تصفیه فاضلاب نشاسته با COD برابر با mg/lit 8800 استفاده شد [۲۱].
در سال ۱۹۷۹، راکتور بی هوازی نام بستر لجن بی هوازی با جریان رو به بالا (UASB) ابداع شد. این سیستم در آغاز دهه ۱۹۷۰ معرفی شد [۲۰]

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  fumi.ir  مراجعه نمایید.