مقاله در مورد بررسی تاثیر کربن فعال در فرایند کربن زیستی به منظور حذف مواد آلی ازپسابهای صنعتی

عبدالعظیم نوروزبیگی–روح الله آزادفر- احسان ارجمند

(1) گروه مهندسی شیمی – دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ماهشهر

Azim1386@yahoo.com

(2) گروه مهندسی شیمی – دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ماهشهر

Rohola.azadfar87@yahoo.com

(3) گروه مهندسی شیمی – دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ماهشهر

Ehsanarjmand15@yahoo.com

مقدمه

امروزه با توجه به رشد روزافزون جمعیت، نیاز به داشتن محیط زیست سالم و به دور از آلودگی‌ها بیش از پیش مشهود است. کوشش در جهت مبارزه با عوامل آلوده کننده محیط زیست از مهمترین فعالیتهای انسان امروزی است. از مهمترین عوامل آلوده کننده آبها، فاضلاب‌ها و پساب‌ها هستند، هر متر مکعب فاضلاب تصفیه نشده، مقدار زیادی از منابع آبی را به شدت آلوده می‌کند. متاسفانه افزایش شهر نشینی و پیشرفت‌های صنعتی نه تنها باعث بالا رفتن میزان مصرف آب گردیده، بلکه مقدار آلودگی آبها را نیز افزایش داده است[5].

در دهه گذشته، نیاز به مراحل پیشرفته تصفیه برای کاهش و حذف مواد آلاينده مهم، خصوصا موادی که در فرایندهای متداول بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی حذف نمی شونده بیشتر شد. از میان روشهای اصلاح شده، استفاده از کربن فعال در منطقه هوادهی واحد لجن فعال است، هر چند این روش ابتدا برای افزایش بازدهی سیستم لجن فعال در حذف آلاینده‌های مهم به کار گرفته شد، اما پس از آن کاربردهای گوناگونی بافته است، فرایند فوق به دلیل ایجاد پایداری مناسب در عملکرد سیستم، حذف دلخواه مواد آلی و رنگ، کاهش حجیم شدن الجن، حذف کف و موارد دیگر دارای پذیرش روز افزون است [۶].

فرآیند لجن فعال اولین بار توسط آردرن و لاکت، در سال ۱۹۱۴ درانگلستان بکار گرفته شد و یکی از فرآیندهای مهم در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است . در این فرآیند، میکروارگانیسم‌ها با مواد آلی مخلوط شده، در اثر این عمل میکروارگانیسم‌ها رشد کرده، باعث تثبیت مواد آلی می‌شوند. هنگامی که میکروارگانیسم‌ها در اثر وجود هوای کافی رشد کنند بهم چسبیده و تشکیل لخته‌هایی از جرم فعال را می‌دهند که به آن لجن فعال گفته می‌شود فاضلاب خروجی از حوض هوادهی به حوضچه نهایی هدایت می‌شود تا بخشی از میکروارگانیسم‌ها (سلولهای زنده و مرده )و مواد غیرقابل تجزیه در آن بصورت لجن ته نشین شود. بدین ترتیب مقداری از مواد آلی موجود در فاضلاب که در ساخت سلولهای میکروارگانیزم مصرف شده، از فاضلاب جدا می‌شود . مقداری از آن نیز تبدیل به گاز شده و متصاعد می‌شود و بقیه چه بصورت آب و چه بصورت موادی که تجزیه نشده و با ته نشین نشده اند، همراه با فاضلاب خروجی، خارج می‌شود.

برای تسریع در تکثیر میکروارگانیسم‌ها در نتیجه تسریع در تجزیه مواد آلی، مقداری از لجن حوضچه ته نشینی نهایی که حاوی مقدار قابل توجهی میکروارگانیسم‌های زنده و فعال است دوباره به حوضهای هوادهی برگشت داده می‌شود تا با فاضلاب ورودی به آن حوضها مخلوط شود[۱]

فرآیند تصفیه مناسب، بستگی به نوع آلاینده‌ها در فاضلاب دارد[۱۰]. با توجه به بالا بودن بار آلودگی فاضلاب صنایع، سخت گیرانه تر شدن استانداردهای خروجی پساب و مشکلات عملیاتی تصفیه این فاضلاب‌ها از سیستم‌های تلفیقی زیادی استفاده گردیده است سودمندی کربن فعال به عنوان یک جاذب قوی، به خصوصیات منحصر به فرد آن مانند مساحت سطح زیاده واکنش پذیری سطحی بالا، اثرجذب جامع و اندازه منافذ مطلوب آن نسبت داده می‌شود. کربن فعال از دامنه وسیعی از مواد دارای کربن تولید می‌شود، شامل چوب، زغال، زغال کک، پوست نارگیل، پوست گردو و غیره. مواد جدید به عنوان منابع تولید کربن فعال در حال بررسی هستند. بازار بزرگ کربن فعال در حال حاضر صنایع تصفیه آب شهری می‌باشند که به صورت بسترهای زغال چوب برای اهداف دوگانه فیلتراسیون فیزیکی و جذب به کار می‌روند. در تصفیه فاضلاب، کربن فعال معمولا به عنوان لایه فیلتر در فرآیند تصفیه پیشرفته به کار می‌روند. در این کاربردهای فیلترهای کربن معمولا در حذف ترکیبات آلی با غلظت کم و همچنین فلزات سنگین کاملا موثر هستند. کربن فعال به طور گسترده در تصفیه آب، فاضلاب و آلودگی هوا به خاطر مکانیسم فیزیکی جذب آن به کار می‌رود[۱۰]، تاکنون مطالعات زیادی روی کاربرد کربن فعال در تصفیه فاضلاب صنایع مختلف انجام شده است [۱۱]. کربن فعال به همراه فرآیندهای بیولوژیکی برای افزایش بازدهی سیستم و به عنوان یک بستر برای میکروارگانیسم‌ها در سیستم‌های کربن زیستی به کار می‌رود[۱۰]. بر حسب نوع کاربرد، کربن فعال را به صورتهای مختلف تولید می‌کنند. این ماده را می‌توان بر اساس سطح فعال، رفتار و خواص جذب و شکل آن طبقه بندی کرد. از جنبه شکل و اندازه ذراتکربن فعال به پودر، دانه و گلوله تقسیم می‌شوند [۸]. چنانچه بین ۶۵ تا ۹۰ درصد ذرات از غربال با مش ۳۲۵ بگذرند، آنرا پودر (PAC) می‌نامند و در صورتی که قطر متوسط ذرات بیش از ۲۰۰ میکرون باشد، کربن دانه ای (GAC)نامیده می‌شود[۹].

با توجه به استفاده گسترده کربن فعال در صنایع مختلف غذایی، شیمیایی، دارویی و صنایع دیگر مصرف سرانه این ماده در جهان بسیار زیاد است و به طور متوسط در آمریکا ۰٫۴، ژاپن ۰۵، اروپای غربی ۰۰۲، و در دیگر نقاط جهان ۰٫۳ کیلوگرم در سال برای هر نفر است. کل تولید این ماده در سال ۱۹۷۸ معادل ۲۲۰۰۰۰ تن در سال بوده است که بیش از ۸۰ در صد آن برای استفاده در فاز مایع به صورت پودر و دائه کربن فعال به کار رفته است [۷].

Koppe و همکاران دریافتند که در مجاورت کربن فعال تجزیه بیولوژیکی هوازی ترکیب‌های آلی تسریع می‌شود. آزمایشاتی که توسط وی و همکارانش به عمل آمد اثر کربن فعال گرانول در افزایش سرعت سازگاری باکتریها با موادی که به سختی تجزیه می‌شوند مورد تأیید قرار گرفت، این فرایند که تلفیق لجن فعال با کربن فعال است به نام فرایند گرین زیستی خوانده می‌شود. در این فرایند بازده سیستم لجن فعال افزوده شده و اثر کاهش جبران می‌شود[۱۲].

۲- روش آزمایش

با توجه به مصرف آب فراوان در فرایندهای متفاوت صنایع و همچنین عدم وجود روشی مناسب و اقتصادی برای حذف مواد آلی و یا حتی حذف رنگ و در نهایت بازیافت پساب آن صنایع‌، تحقیق درخصوص روشهای نوین تصفیه پسابهای صنعتی همچنان ادامه دارد که در این راستا روش کربن زیستی در سال‌های اخیر از سوی محققین در مقیاس پایلوت مورد توجه قرار گرفته است.

در این پژوهش‌ها فرایند مذکور به روش پایلوتی مورد بررسی قرار می‌گیرد، البته به طور معمول مطالعه‌های آزمایشگاهی با استفاده از پساب مصنوعی که در آزمایشگاه تهیه می‌شود انجام می‌پذیرد که این عمل نمی تواند شرایط واقعی پساب را در بر گیرد و همین موجب می‌شود که کارایی این گونه مطالعات محدود شده و نتیجه‌های به دست آمده قابل تعمیم نباشد، لذا توصیه شده است از فاضلاب واقعی با تمام پیچیدگی‌های آن در مطالعات پایلوتی استفاده شود.

پایلوت مورد استفاده متشکل از دو دستگاه راکتور لجن فعال با ابعاد و مشخصات مشابه است که یک دستگاه به