بهینه‌سازی شرایط عملیاتی تصفیه پساب کارخانجات تولید نشاسته به روش الکتروشیمیایی

دسته بندي : فنی و مهندسی » مهندسی شیمی
بهینه‌سازی شرایط عملیاتی تصفیه پساب کارخانجات تولید نشاسته به روش الکتروشیمیایی

چکیده
در این تحقیق تصفیه‌پذیری پساب کارخانجات نشاسته با استفاده از روش الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است.برای این منظور از میزان درصد حذف COD به عنوان شاخص کارآیی روش تصفیه استفاده گردید. در این مطالعه بهینه‌سازی عوامل مؤثر بر فرآیند، چگونگی حذف یا کاهش COD شامل الکترودهای آهن، آلومینیوم و استنلس استیل، زمان‌های مختلف الکترولیز (40، 80، 120 دقیقه)، ولتاژهای مختلف (10، 20، 30 ولت)، دماهای مختلف (25، 30، 35 درجه سانتیگراد) و اثر تداخل بین این فاکتورها و نیز با فواصل میانی 2 سانتیمتر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که راندمان حذف با جنس الکترود، زمان ماند و ولتاژ رابطه مستقیم دارد. به طوری که حالت بهینه زمانی که جنس الکترود آهن، زمان ماند 120 دقیقه، ولتاژ 30 ولت و دما 25 درجه سانتیگراد به دست آمد، بیشترین راندمان حذف در این حالت 5/88% بود. برای کاهش هزینه و تسریع کار، طراحی آزمایشات به روش تاگوچی انجام شد.
 
مقدمه
افزایش روزافزون فعالیت‌های صنعتی، حضور مولکول‌های مقاوم و ترکیبات مختلف شیمیایی را در پساب صنایع گوناگون به دنبال داشته است. تمرکز بر کاهش ضایعات و کاهش مصرف آب در سال‌های اخیر، موجب تولید پساب‌های غلیظ‌ تر با بار آلایندگی بیشتر شده است. از این رو دفع مناسب ضایعات و پساب‌های صنعتی و کاهش آلاینده‌ها به منظور دستیابی به استانداردهای زیست‌ محیطی روز به روز اهمیت بیشتری می‌یابد. پساب کارخانجات تولید و فرآوری نشاسته یکی از مهم‌ترین پساب‌های مرتبط با صنایع غذایی و از عوامل آلوده‌کننده محیط زیست است که تصفیه آن به منظور دستیابی به استانداردهای زیست ‌محیطی حائز اهمیت است. در این کارخانجات اغلب پسابی معادل 20 تا 60 متر مکعب به ازای هر تن محصول تولید می‌شود. این پساب مشکلات بسیار جدی در ارتباط با آلودگی آب و محیط زیست دارد.پساب این کارخانجات گاه دارای مواد آلی با COD بیش از25000 میلی گرم بر لیتر میباشد وبا توجه به بار آلایندگی بسیار زیاد این پساب، تاکنون روش‌های متعدد فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند که هر یک با محدودیت‌هایی همراه بوده‌اند. در این پژوهش تصفیه پساب کارخانجات تولید نشاسته و به دنبال آن کاهش بار آلی پساب با بهره‌گیری از فرآیند الکتروکواگولاسیون مورد بررسی قرار می‌گیرد. اثر پارامترهایی نظیر جنس الکترود، زمان ماند، ولتاژ و دما بر بازدهی فرایند مورد بررسی قرار خواهند گرفت. شرایط بهینه با توجه به داده‌های آزمایشگاهی تعیین می‌گردد. این روش با توجه به سادگی، حذف سریع و نسبتاً کامل آلاینده‌ها و کاهش مواد شیمیایی مورد استفاده، می‌تواند به عنوان یک روش عملی و مؤثر به کار گرفته شود. نتایج حاصل از این پژوهش در صورت موفقیت می‌تواند در تصفیه پساب‌های صنعتی راهگشا باشد.

.: فهرست مطالب :.
چکیده
مقدمه
فصل اول: اصول کلی تصفیه آب
تاریخچه تصفیه آب
تصفیه آب
انعقاد و بهینه‌سازی آب در فرآیند تصفیه آب
برخی اثرات زیان‌بخش ناخالصی‌های آب در صنعت
ناخالصی‌های آب
انعقاد آب
مکانیسم انعقاد
انواع منعقدکننده‌ها
عوامل مؤثر در انعقاد
کمک منعقدکننده‌ها
بهینه‌سازی فرآیند انعقاد در تأسیسات موجود در تصفیه‌خانه‌های آب
انعقاد پیشرفته در تأسیسات موجود تصفیه‌ی آب
تصفیه و ضدعفونی آب و فاضلاب
فاضلاب چیست؟
فصل دوم: تصفیه فاضلاب
تاریخچه تصفیه فاضلاب
تعریف
هدف از تصفیه‌ی فاضلاب
مراحل تصفیه‌ی فاضلاب
روش‌های تعیین درجه‌ی آلودگی فاضلاب
اصول کلی تصفیه‌ی فاضلاب (پالایش فاضلاب)
تصفیه‌ی مکانیکییا تصفیه‌ی فیزیکی
صاف کردن فاضلاب
ته‌نشین کردن مواد معلق
شناورسازی مواد معلق
تصفیه‌ی زیستییا تصفیه‌ی بیولوژیکی
تصفیه‌ی زیستی با کمک باکتری‌های هوازی
تصفیه‌ی زیستی با کمک باکتری‌های بی‌هوازی
تصفیه‌ی شیمیایی
استفاده از مواد شیمیایی برای تأثیر مواد خارجی محلول در فاضلاب
استفاده از مواد شیمیایی برای تأثیر روی مواد خارجی نامحلول در فاضلاب
گندزدایی
سالم‌سازی و مصرف دوباره‌ی فاضلاب تهیه شده
جمع‌آوری لجن و پردازش آن
فصل سوم: فاضلاب نشاسته
مقدمه
تاریخچه‌ی صنعت نشاسته در ایران
آشنایی با فرآیند تولید صنایع نشاسته‌سازی
مکان‌های تولید فاضلاب در فرآیند تولید نشاسته و میزان تقریبی آلودگی آن‌ها
صنایع با پساب نشاسته ای
روش‌های متعارف در تصفیه فاضلاب نشاسته
جداسازی شیمیایی
جداسازی فیزیکی
جداسازی و تصفیه بیولوژیکی
مروری بر مقالات
فصل چهارم: تصفیه پساب به روش الکتروشیمیایی
تاریخچه
روش‌های الکتروشیمی در تصفیه‌ی پساب‌ها
الکترواکسیداسیون
الکترولیز مستقیم و غیرمستقیم
مکانیسم‌های اصلی الکترولیز برای تصفیه‌ی پیشرفته
الکتروکواگولاسیون (EC)
الکتروفلوکولاسیون
الکتروفلوتاسیون
فصل پنجم: طراحی آزمایشات
مقدمه
پیشگفتار
فلسفه تاگوچی
طراحی آزمایش
تعاریف
روش تک‌عاملی
روش چند عاملی
روش تاگوچی
طراحی آزمایشات با استفاده از روش تاگوچی
فصل ششم: آزمایشات
پیشگفتار
تجهیزات و موارد مورد نیاز
ظروف و وسایل آزمایشگاهی
تجهیزات لازم برای آنالیز نمونه‌ها
پساب مورد آزمایش
آنالیز نمونه‌ها
تعیین مقدار یون‌ها در نمونه با استفاده از هدایت الکتریکی (EC)
تعیین کل ذرات جامد محلول (TDS)
روش کار
اندازه‌گیریpH
کالیبره کردن دستگاه pHمتر
روش کار
اندازه‌گیریCOD
فصل هفتم: نتایج و بحث
پیشگفتار
روش انجام آزمایش
نتایج فرآیند الکتروشیمیایی
بررسی برهمکنش میان پارامترهای مختلف و تأثیر آن بر میزان حذف COD
پیشنهادات
فهرست منابع فارسی
فهرست منابع انگلیسی

.: فهرست جدول‌ها :.
جدول (1-1) روش‌های تصفیه آب
جدول (2-1) مراحل تصفیه
جدول (3-1) مقدار فاضلاب کارخانجات مواد غذایی و جمعیت معادل برای آلودگی آن‌ها
جدول(3-2) مقادیر کمی و کیفی فاضلاب براییک نمونه واحد تولید نشاسته:
جدول (5-1) نحوه‌ی چیدن فاکتورها و سطوح مورد بررسی آن‌ها در آرایهL9
جدول (5-2) نحوه‌ی چیدمان فاکتورها و سطوح مورد بررسی آن‌ها در آزمایشات
جدول (6-1) تجهیزات مورد نیاز برای آنالیز نمونه‌ها
جدول (7-1) نتایج حاصل از آنالیز پساب نشاسته بعد از تصفیه
جدول (7-2) آنالیز واریانس مربوط به درصد حذف COD
جدول (7-3) سطوح بهینه مربوط به درصد حذف COD

.: فهرست نمودارها :.
نمودار (7-1) برهمکنش میان جنس الکترود و دما بر درصد حذف COD
نمودار (7-2) برهمکنش میان جنس الکترود و زمان ماند بر درصد حذف COD
نمودار (7-3) برهمکنش میان جنس الکترود و ولتاژ بر درصد حذف COD
نمودار (7-4) برهمکنش میان زمان ماند و دما بر درصد حذف COD
نمودار (7-5) برهمکنش میان ولتاژ و دما بر درصد حذف COD
نمودار(7-6) برهمکنش میان ولتاژ و زمان ماند بر درصد حذف COD
نمودار (7-9) نمودار تأثیر فاکتور الکترود
نمودار (7-10) نمودار تأثیر فاکتور زمان ماند
نمودار(7-11) نمودار تأثیر فاکتور ولتاژ
نمودار (7-12) نمودار تأثیر فاکتور دما
نمودار (7-13-a) تأثیر همزمان فاکتورهای مختلف در کاهش COD
نمودار (7-13-b) تأثیر همزمان فاکتورهای مختلف در کاهش COD
نمودار (7-14-a) میزان سهم هر فاکتور در کاهش COD
نمودار (7-14-b) میزان سهم هر فاکتور در کاهش COD
نمودار (7-15) نتایج حاصل از حذف COD در زمان‌هایمختلفدر ولتاژهای 10، 20 و 30 ولت با استفاده از الکترود آهن
نمودار (7-16) نتایج حاصل از حذف COD در زمان‌های مورد مطالعهدر ولتاژهای 10، 20 و 30 ولت با استفاده از الکترود آلومینیوم
نمودار (7-17) نتایج حاصل از حذف COD در زمان‌های مورد مطالعهدر ولتاژهای 10، 20 و 30 ولت با استفاده از الکترود استنلس استیل
نمودار (7-18) مقایسه کارآیی حذف COD با استفاده از الکترودهایآهن، آلومینیوم و استنلس استیل در ولتاژ 30 ولت
نمودار (7-19) بررسی تأثیر فاصله بین الکترودها در راندمان حذف COD در شرایط دمایی 35 درجه، ولتاژ 30 ولت، زمان ماند 120 دقیقه با دور همزن rpm500 و جنس الکترود Fe
نمودار (7-20) بررسی تأثیر فاصله بین الکترودها در راندمان حذف COD در شرایط دمایی 35 درجه، ولتاژ 30 ولت، زمان ماند 80 دقیقه با دور همزن rpm500 و جنس الکترود Fe
نمودار (7-21) بررسی تأثیر فاصله بین الکترودها در راندمان حذف COD در شرایط دمایی 35 درجه، ولتاژ 30 ولت، زمان ماند 40 دقیقه با دور همزن rpm500 و جنس الکترود Fe

.: فهرست شکل‌ها :.
شکل (2-1) برشی از یک صافی فشار فلزی
شکل (2-2) طرح یک کارگاه تصفیه‌ی شیمیایی لجن فاضلاب و بی‌آب کردن آن به وسیله‌ی صافی فشاری
شکل (4-1) طبقه‌بندی روش‌های الکتروشیمیایی
شکل (4-2) الکترولیز آب با استفاده از الکتریسیته پیوسته
شکل (4-3) غیر فعال سازی میکروارگانیسم‌ها در نتیجه‌ی الکترولیز
شکل (4-4) دستگاه تصفیه‌ی پساب به روش الکتروشیمی
شکل (4-5) دیاگرام تصفیه پساب
شکل (4-6) شماتیک تصفیه پساب به روش الکتروشیمیایی با استفاده از الکترود آهن
شکل (4-7) تصفیه پساب به روش الکتروفلوکولاسیون
شکل (4-8) سیستم الکتروفلوکولاسیون
شکل (4-9) دیاگرام سیستمEF-GF-CW
شکل (4-10) سیستم تصفیه الکتروفلوتاسیون
شکل (4-11) سیستم نموداری تصفیه الکتروفلوتاسیون
شکل (4-12) سیستم تصفیه الکتروفلوتاسیون در صنایع نفت
شکل (6-1) نمایی از هدایت‌سنج
شکل (6-2) نمایی از هیتر اندازه‌گیریCOD
شکل (6-3) نمایی از اسپکتروفتومتر اندازه‌گیریCOD
شکل (6-4) نمایی از ویال مورد استفاده
شکل (7-1) پارامترهای انتخابی
شکل (7-2) نتایج آزمایشات ثبت شده 1 تا 8 به همراه مقدار متوسط آن‌ها
شکل (7-3) نتایج آزمایشات ثبت شده 2 تا 9 به همراه مقدار متوسط آن‌ها
شکل (7-4) متوسط تأثیر هر یک از فاکتورها در 3 سطح
شکل (7-5) جدول تقابل فاکتورها
شکل (7-6) جدول آنالیز واریانس
شکل (7-7)جدول بهترین پاسخ
شکل (7-8) سطح اطمینان آزمون