دانلود مقاله تصفیه هوای آلوده

بیوفیلتراسیون به عنوان روشی برای تبدیل مواد آلاینده به ترکیبات بی خطر بدون جذب انرژی زیاد و در شرایط دما و فشار محیط مورد توجه واقع شده است. مطابق تعریف، بیوفیلتراسیون عبارت است از روشی برای کنترل آلودگی که در آن یک بستر جامد و فعال بیولوژیکی با جذب یا جذب سطحی آلاینده ها، بستر مناسب جهت بیواکسیداسیون آنها را فراهم می آورد.

امروزه بیوفیلترها بصورت موفقیت آمیزی در مقیاس صنعتی بکار گرفته می شود. در تحقیق حاضر پس از مرور یافته های علمی پیرامون فرایند بیوفیلتراسیون به بررسی عوامل مؤثر و پارامترهای یک بیوفیلتر پرداخته شده و انواع سیستمهای موجود مورد مقایسه قرار گرفته است و در ادامه یک مدل ریاضی با لحاظ کردن شرایط فیزیکی دقیق حاکم بر بیوفیلتر و خصوصیات دقیق فیزیکی و شیمیایی سیستم و با کمترین فرضیات ساده کننده موجود بدست آمده است و در نهایت توسط روشهای عددی حل شده است. نتایج بدست آمده حاکی از همخوانی مناسب داده‌های تجربی با مدل بدست آمده دارد و نشانگر امکان استفاده از مدل حاصل برای بهینه سازی بیوفیلتر در شرایط عملیاتی می باشد.

روشهای تصفیه هوای آلوده

-1-مقدمه

در سالهای اخیر با مشخص شدن اثرات زیانبار ترکیبات مختلف موجود در هوا تلاشهای زیادی برای یافتن روشهای ارزان و مؤثر حذف مواد آلاینده از هوا شروع شده است. بیوفیلتراسیون به عنوان روشی که می تواند بدون نیاز به مصرف انرژی زیاد و در شرایط دما و فشار محیط، ماده آلاینده را به ترکیبات بی خطر تبدیل کند، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

هوای آلوده پدیده ای است که از ترکیب یا اختلاط هوا و مواد یا ذرات خاصی، در مدت زمان معینی تولید می شود و در صورت تداوم، بیماری ها یا اختلالاتی برای انسان، حیوانات و گیاهان ایجاد می کند و به میزان قابل ملاحظه ای، زندگی بشر را به مخاطره می اندازد.

آلاینده های موجود در هوا دو نوعند: اولیه (Primary) و ثانویه (Secondary). آلاینده های اولیه موادی هستند که در اثر منابع آلوده کننده به هوای محیط وارد می گردند مانند: اکسیدهای سولفور، اکسیدهای نیتروژن، سولفید هیدروژن، مونوکسید کربن، دی اکسید کربن، سرب، ذرات آلوده یا مواد معلق، هیدروکربورها و ترکیبات آلی فرار (VOCS).

آلاینده های ثانویه به مواد آلوده ای اطلاق می شود که در اثر فعل و انفعالات موجود در هوای اطراف زمین تشکیل می گردند.

در این پروژه چون به مدل سازی بیوفیلتر مورد استفاده جهت حذف ترکیبات آلی فرار (VOCS) پرداخته شده لذا به شرح مختصری در باره این گروه از آلاینده ها می پردازیم.

1-2-ترکیبات آلی فرار (VOCS)

ترکیبات آلی مایعات یا جامداتی شامل کربن آلی (کربن متصل به کربن، هیدروژن، نیتروژن یا سولفور و غیر از کربن موجود در کربنات (CaCO3) یا کربید (CaC2) یا CO یا CO2) هستند که شدت های تبخیر بالایی دارند.

به علت فراریت بالا، به میزان زیاد در محیط پخش می شوند و علاوه به تولید بو، خطراتی برای اکوسیستم و سلامتی انسان دارند. این ترکیبات در ساختمان خود کمتر از 12 اتم کربن دارند و فشار بخار آنها در دمای اتاق بیشتر از Psia01/0 (atm0007/0) و نقطه جوش اتمسفریک آنها حدود F500 (C260) است.

مواد دارای نقطه جوش بالاتر از این مقدار خیلی آرام در اتمسفر تبخیر می شوند مگر آنکه به آنها حرارات داده شود. البته اگر هم تبخیر شدند در اتمسفر کندانس شده و قسمتی از مسئله ذرات ریز را تشکیل می دهند.

احتمالاً VOC ها به لحاظ گستردگی و تنوع (از نظر انتشار) بعد از ذرات ریز (مواد معلق) قرار می گیرند.

VOCها گروه بزرگی از ترکیبات هستند. بعضی از آنها نظیر بنزن سمی و سرطانزا می باشند. بنابراین به عنوان آلاینده های خطرناک با ویژگیهای خود طبقه بندی می شوند.

VOCها به دلیل شرکت در واکنش مه دود فتوشیمیایی[1] است که تشکیل آلاینده‌های ثانویه را می دهند.

به عبارتی VOCها در مقابل نور خورشید با اکسید ازت ترکیب شده و تولید ازن یا اکسیدهای قوی دیگری را می کنند و این آلودگی های فتواکسیدان (که باعث ایجاد مه های خرمایی رنگ معروف کالیفرنیا مشهور به Smog است) سه اثر مخرب دارد: برای سلامتی انسان (اختلالات تنفسی، سردرد، تحریک چشمها)، بروی گیاهان (به ویژه جنگل ها) و برروی مواد.

بعضی از VOCها جاذب های قوی اشعه مادون قرمز (IR) هستند و مانند CO2 اثر گلخانه ای دارند، لذا در مسئله هشدار جهانی نقش دارند.

بیش از %80 انتشار VOCها ناشی از مصرف حلال ها (نظیر تینر رنگ و دیگر حلال‌های مشابه)، حمل و نقل، ذخیره سازی VOCها و وسایل نقلیه موتوری (شامل اتومبیل ها، هواپیماها، قایق ها و موتورهای راه آهن) می باشد.

نتیجه آنکه مصرف اصلی VOC در سوختهای موتوری و حلال هاست منابع دیگری که VOCها را انتشار می دهند گاهی خیلی بزرگند مانند احتراق ناقص در شومینه ها و آتش سوزی جنگل ها و گاهی خیلی کوچکند مانند پاک کننده لاک ناخن و قوطی های اسپری رنگ.

علاوه بر این بسیاری از VOCها نقش ماده واسطه را در تولید پلاستیک و دیگر مواد شیمیایی نظیر کلرید وینیل (ماده اولیه اصلی برای پلاستیک های PVC) که به عنوان یک آلاینده خطرناک هوا طبقه بندی می شوند دارند. حلال ها و سوختهای موتوری عمدتاً از نفت به دست می آیند بنابراین بیشتر انتشارات بر اساس نفت قرار دارند و مقدار کمی بر اساس چوب (نظیر ترپنتین و دود چوب) و زغال سنگ (مقدار کمتری از احتراق زغال سنگ ناشی می شود) قرار دارند. اما بیشتر انتشار VOCها ناشی از محصولات نفتی پالایش شده می باشد که به عنوان سوخت ها و حلال ها به کار می روند. [22,17,16,13]

1-3-روشهای فیزیکی تصفیه هوای آلوده

در این روش‌ها مواد آلاینده موجود در هوا بدون تغییر در ساختار مولکولی به فاز دیگر منتقل می شوند. چگالش[2]، جذب سطحی[3]، جذب[4] و جداسازی توسط غشاء از جمله روشهای فیزیکی حذف مواد آلاینده هوا هستند. [16,10,7]

1-3-1-چگالش

این روش برای جریانهایی استفاده می شود که غلظت آلاینده در آنها بالا بوده و ماده آلاینده ارزش بازیابی داشته باشد.

در این روش هوای آلوده به طور همزمان سرد و فشرده می شود. بنابراین بخش عمده ای از آلاینده موجود در هوا به صورت مایع جدا می شود. معمولاً هوای خروجی از این سیستم کاملاً عاری از مواد آلاینده نیست و نیاز به روشهای دیگری برای کاهش غلظت آلاینده به سطح قابل قبول است.

1-3-2-جذب سطحی

در روش جذب سطحی از مواد جاذبی نظیر کربن فعال و زئولیت برای جداسازی مواد آلاینده از هوا استفاده می شود. این روش برای تصفیه هوا با غلظت های پایین مواد  آلاینده مؤثر است و اغلب برای جذب مواد آلی فرار استفاده می شود. مؤثر بودن این روش وابسته به عواملی نظیر شدت ورود هوای آلوده به برج جذب، غلظت آلاینده در هوا و مشخصه های مولکولی ماده آلاینده است. وقتی ماده جاذب از آلاینده اشباع گردید ماده جاذب باید بازیابی شده یا به عنوان یک ماده آلاینده به نحو مناسبی دفع گردد. استفاده از جاذب تازه و یا بازیابی جاذب به هنگام اشباع ، روش جذب سطحی را به روشی نسبتاً پرهزینه تبدیل می کند.

1-3-3-جذب:

در روش جذب از یک مایع برای جذب ماده آلاینده موجود در هوا استفاده می شود. برای تماس مؤثر فاز گاز و مایع از ستونهای پر شده یا حبابدار استفاده می‌شود. موفقیت این روش بستگی به حلالیت ماده آلاینده در فاز مایع دارد. برای جذب مواد آلاینده آب دوست معمولاً از آب استفاده می شود.

با تغییر PH آب می توان حلالیت ترکیبات اسیدی یا بازی را افزایش داد. برای ترکیبات آب گریز حلالهای آلی مانند روغن سلیکون استفاده می شود پس از انتقال ماده آلاینده به فاز مایع، اگر فاز مایع آب باشد معمولاً مستقیماً به یک سیستم تصفیه فاضلاب منتقل می شود. دفع ماده آلاینده از جاذب و سوزاندن جریان هوای حاصل نیز برای بازیابی جاذب امکان پذیر است.

1-3-4-جداسازی توسط غشاء

از سیستمهای غشایی نیز برای جداسازی مواد آلاینده از هوا استفاده می شود. در این روش هوای آلوده تحت فشار و به طور مماسی از سطح یک غشاء عبور می کند. مواد آلاینده از غشاء عبور کرده و جذب محلول در پشت غشاء می شوند.

همانطور که ملاحظه می شود در روشهای فیزیکی ماده آلاینده بدون تغییر از هوا به یک فاز دیگر منتقل می شود و تخریب نهایی ماده آلاینده نیازمند روشهای دیگر است. این یکی از معایب مهم روشهای فیزیکی است.

[1] -Photochemical Smog

[2] -Condensation

[3] -Adsorption

[4] -Absorption