تلفن تماس

09127762963
021-44199684

شنبه تا پنج شنبه

ساعت 8 الی 20

تهران

وردآورد، انتهای خیابان امام حسین،خیابان عادلی شمالی،پلاک 7

چند روش ساده و شگفت انگیز تصفيه هوای آلوده !

فهرست مطالب

در سالهاي اخير با مشخص شدن اثرات زيانبار تركيبات مختلف موجود در هوا تلاشهاي زيادي براي يافتن روشهاي ارزان و مؤثر حذف مواد آلاينده از هوا شروع شده است. بيوفيلتراسيون به عنوان روشي كه مي تواند بدون نياز به مصرف انرژي زياد و در شرايط دما و فشار محيط، مادة آلاينده را به تركيبات بي خطر تبديل كند، بسيار مورد توجه قرار گرفته اند و باعث تصفیه هوای آلوده می شود .

هواي آلوده پديده اي است كه از تركيب يا اختلاط هوا و مواد يا ذرات خاصي، در مدت زمان معيني توليد مي شود و در صورت تداوم، بيماري ها يا اختلالاتي براي انسان، حيوانات و گياهان ايجاد مي كند و به ميزان قابل ملاحظه اي، زندگي بشر را به مخاطره مي اندازد.

آلاينده هاي موجود در هوا دو نوعند: اوليه (Primary) و ثانويه (Secondary). آلاينده هاي اوليه موادي هستند كه در اثر منابع آلوده كننده به هواي محيط وارد مي گردند مانند: اكسيدهاي سولفور، اكسيدهاي نيتروژن. سولفور هيدروژن، مونوكسيد كربن، دي اكسيد كربن، سرب، ذرات آلوده يا مواد معلق. هيدروكربورها، تركيبات آلي فرار (VOC3).

آلاينده هاي ثانويه به مواد آلوده يا اطلاق مي شود كه در اثر فعل و انفعالات موجود در هواي اطراف زمين تشكيل مي گردند.

در اين پروژه چون به مدل سازي بيوفيلتر مورد استفاده جهت حذف تركيبات آلي فرار (VOC3) پرداخته شده لذا به شرح مختصري در باره اين گروه از آلاينده ها مي پردازيم.

1-2-تركيبات آلي فرار (VOC3)

تركيبات آلي مايعات يا جامداتي شامل كربن آلي (كربن متنصل به كربن، هيدروژن، نيتروژن يا سولفور و غير از كربن موجود در كربنات (CaCO3) يا كربيد (CO2C) يا CO يا CO2) هستند كه شدت هاي تبخير بالايي دارند.

به علت فراريت بالا، به ميزان زياد در محيط پخش مي شوند و علاوه به توليد بو، خطراتي براي اكوسيستم و سلامتي انسان دارند. اين تركيبات در ساختمان خود كمتر از 12 اتم كربن دارند و فشار بخار آنها در دماي اتاق بيشتر از Psia01/0 (atm0007/0) و نقطه ئجوش اتمسفريك آنها حدود F500 (C260) است.

مواد داراي نقطة جوش بالاتر از اين مقدار خيلي آرام در اتمسفرل تبخير مي شونژد مگر آنكه به آنها حرارات داده شود. البته اگر هم تبخير شدند در اتمسفر كندانس شده و قسمتي از مسئله ذرات ريز را تشكيل مي دهند.

احتمالاً VOC ها به لحاظ گستردگي و تنوع (از نظر انتشار) بعد از ذرات ريز (مواد معلق) قرار مي گيرند.

VOCها گروه بزرگي از تركيبات هستند. بعضي از آنها نظير بنزن سمي و سرطانزا مي باشند.و بنابراين به عنوان آلاينده هاي خطرناك با ويژگيهاغي خود طبقه بندي مي شوند.

VOCها به دليل شركت در واكنش مه دود فتوشيميايي است كه تشكيل آلايندئه هاي ثانويه اي مي دهند.

به عبارتي VOCها در مقابل نور خورشيد با اكسيد ازت تركيب شده و توليد ازن يا اكسيدهاي قوي ديگري را مي كنند و اين آلودگي هاي فتواكسيدان (كه باعث ايجاد مه هاي خرمايي رنگ معروف كاليفرنيا مشهور به Smog است) سه اثر مخرب دارد: براي سلامتي انسان (اختلالات تنفسي، سردرد، تحريك چشمها)، بروي گياهان (به ويژه جنگل ها) و برروي مواد.

بعضي از VOCها جاذب هاي قوي اشعه مادون قرمز (IR) هستند و مانند CO2 اثر گلخانه اي دارند، لذا در مسئله هشدار جهاني نقش دارند.

بيش از %80 انتشار VOCها ناشي از مصرف حلال ها (نظير تينر رنگ و ديگر حلال‌هاي مشابه)، حمل و نقل، ذخيره سازي) VOCها، و وسايل نقليه موتوري (شامل اتومبيل ها، هواپيماها، قايق ها و موتورهاي راه آهن) مي باشد.

نتيجه آنكه مصرف اصلي VOC در سوختهاي موتوري و حلال هاست منابع دثگري كه VOCها را انتشار مي دهند گاهي خيلي بزرگند مانند احتراق ناقص در شومينه ها و آتش سوزي جنگل ها. و گاهي خيلي كوچكند مانند پاك كننده لاك ناخن و قوطي هاي اسپري رنگ.

علاوه بر اين بسياري از VOCخا نقش ماده واسطه را در توليد پلاستيك و ديگر مواد شيميايي نظير كلريد وينيل (ماده اولة اصلي براي پلاستيك هاي PVC) كه به عنوان يك آلاينده خطرناك هوا طبقه بندي مي شوند دارند. حلال ها و سوختهاي موتوري عمدتاً از نفت به دست مي آيند. بنابراين بيشتر انتشارات بر اساس نفت قرار دارند. مقدار كمي بر اساس چوب (نظير ترپنتين و دود چوب) و زغال سنگ (مقدار كمتري از احتراق زغال سنگ ناشي مي شود) قرار دارند. اما بيشتر انتشار VOCها ناشي از محصولات نفتي پالايش شده مي باشد كه به عنوان سوخت ها و حلال ها به كار مي روند [22,17,16,13]

1-3-روشهاي فيزيكي تصفيه هواي آلوده

در اين روش مواد آلاينده موجود در هوا بدون تغيير در ساختار مولكولي به فاز ديگر منتقل مي شوند. چگالش، جذب سطحي، جذب و جداسازي توسط غشاء از جمله روشهاي فيزيكي حذف مواد آلاينده هوا هستند [16,10,7]

1-3-1-چگالش

اين روش براي جريانهايي استفاده مي شود كه غلظت آلاينده در آنها بالا بوده و ماده آلاينده ارزش بازيابي داشته باشد.

در اين روش هواي آلوده به طور همزمان سرد و فشرده مي شود. بنابراين بخش عمده اي از آلاينده موجود در هوا به صورت مايع جدا مي شود. معمولاً هواي خروجي از اين سيستم كاملاً عاري از مواد آلاينده نيست و نياز به روشهاي ديگري براي كاهش غلظت آلاينده به سطح قابل قبول است.

1-3-2-جذب سطحي

دئر روش جذب سطحي از مواد جاذبي نظير كربن فعال و زئوليت براي جداسازي مواد آلاينده از هوا استفاده مي شود. اين روش براي تصفيه هوا با غلظت هاي پايين مواد  آلاينده مؤثر است اغلب براي جذب مواد آلي فرار استفاده مي شود. مؤثر بودن اين روش وابسته به عواملي نظير شدن ورود هواي آلوده به برج جذب غلظت آلاينده در هوات و مشخصه هاي مولكولي ماده آلاينده است. وقتي ماده جاذب از آلاينده اشباع گرديد ماده جاذب بايد بازيابي شده يا به عنوان يك ماده آلاينده با نحو مناسبي دفع گردد. استفاده از جاذب تازه و يا بازيابي ربه هنگام اشباع ، روش جذب سطحي را به روشي نسبتاً پرهزينه تبديل مي كند.

در روش جذب از يك مايع براي جذب ماده آلاينده موجود در هوا استافده مي شود. براي تماس مؤثر گاز و مايع از ستونهاي پر شده يا حبابدار استفاده يم شود. موفقيت اين روش بستگي به حلاليت مادة آلاينده در فاز مايع دارد. براي جذب مواد آلاينده آب درست معمولاً از آب استفاده مي شود.

با تغيير PH آب مي توان حلاليت تركيبات اسيدي يا بازي را افزايش داد. براي تركيبات آب گريز حلالهاي آلي مانند روغن سليكون استفاده مي شود پس از انتقال مادة آلاينده به فاز مايع، اگر فاز مايع آب باشد معمولاً به يك سيستم تصفيه فاضلاب منتقل مي شود. دفع مادة آلاينده از جاذب و سوزاندن جريان هواي حاصل نيز براي بازيابي جاذب امكان پذير است.

1-3-4-جداسازي توسط غشاء

از سيستمهاي غشايي نيز براي جداسازي مواد آلاينده از هوا استفاده مي شود. در اين روش هواي آلوده تحت فشار و به طور مماسي از سطح يك غشاء عبور مي كند. مواد آلاينده از غضاء عبور كرده و جذب محلول در پشت غشاء مي شوند.

همانطور كه ملاحظه مي شود در روشهاي فيزيكي ماده آلاينده بدون تغيير از هوا به يك فاز ديگر منتقل مي شود و تخريب نهايي ماده الاينده نيازمند روشهاي ديگر است. اين يكي از معايب مهم روشهاي فيزيكي است.

1-4-روشهاي شيميايي تصفيه هواي آلوده

سوزاندن حرارتي و يا كاتاليستي به طور گسترده اي براي حذف مواد آلاينده آلي از هوا استفاده مي شود. در روش سوزاندن حرارتي، مواد آلاينده در دماي بين 700 تا 1400 درجه سانتيگراد سوزانده مي شود. در روش سوزاندن كاتاليستي، مواد آلاينده در دماي بين 300 تا 700 درجه سانتيگراد سوزانده مي شود. اگر غلظت آلاينده در هوا پايين باشد افزودن سوخت كمي به سيستم ضروري است. بنابراين روش سوزاندن براي جريانهاي با غلظت پايين ماده آلاينده پرهزينه است. روش سوزاندن به طور ويژه براي جريان هواي نسبتاً غليظ از ماده آلاينده مناسب است. يكي از عيبهاي مهم اين روش امكان توليد تركسيبات NOX . بعضي از ديوكسين ها در ضمن فرايند سوختن است. [5]

1-5-روشهاي بيولوژيكي تصفيه هواي آلوده

در روشهاي بيولوژيكي تصفيه هوا از واكنشهاي ميكروبي براي حذف ماده آلاينده استفاده مي شود. در اين روشها ماده آلاينده جذب فاز مايعي مي شود كه حاوي ميكروارگانيسم هاي فعال است. ميكروارگانيسمها ماده آلاينده را مصرف كرده و آن را اكسيد و يا در مواد خاصي احيا نموده و از انرژي حاصل براي فعاليتهاي حياتي استفاده مي كند. محصول واكنش ميكروبي عمدتاً دي اكسيد كربن و آب و بيومتيل است. ماده آلاينده مي تواند آلي يا غيرآلي باشد.

ميكروارگانيسمهاي مورد استفاده براي تصفيه هوا معمولاً از ميكروارگانيسم هايي هستند كه به طور طبيعي در محيط وجود دارند. در يك سيستم بيولوژيكي تصفيه هوا معمولاً يك جمعيت مخلوط ميكروبي – كه يك يا چند گونه در آن غايب هستند – وجود دارد. براي اينكه يك ماده آلاينده با روشهاي ميكروبي قابل حذف باشد بايد قابل تجزيه بيولوژيكي بوده و براي ميكروارگانيسم غيرسمي باشد. معمولاً مولوكولهاي سبك با پيوندهاي ساده به راحتي توسط ميكروبها مصرف مي شوند. تركيباتي نظير الكل ها، آلدئيدها و تركيبات آروماتيك ساده قابليت تجزيه بيولوژيكي خوبي دارند.

تركيباتي نظير فنل ها، تركيبات آروماتيك چند حلقه اي و مولكولهاي آلي با تعداد اتمهاي هالوژن بالا به كندي توسط ميكروبها تخريب شده و يا دست نخورده باقي مي مانند.

روشهاي بيولوژيكي تصفيه هواي آلوده را معمولاً به روشهاي بيواسكرابينگ، بيوتريكينگ فيلتراسيون، بيوفيلتراسيون دسته بندي مي كنند. (شكل 1-1)

روش بيوفيلتراسيون در فصل جداگانه اي مورد بررسي قرار مي گيرد.

1-5-1-روش بيواسكرابينگ

در اين روش ماده آلاينده موجود در هواي ورودي به سيستم، در يك برج، جذب محلول مي شود.

محلول خروجي از برج جذب، به يك بيوراكتور وارد مي شود. ماده آلاينده در بيوراكتور كه داراي شرايط بهينه رشد ميكروارگانيسم هاست به مصرف مي رسد. به اين ترتيب در روش بيواسكرابينگ بر خلاف بيوفيلتراسيون، از ميكروارگانيسم هاي غوطه ور در مايع براي جذب ماده آلاينده استفاده مي شود.

براي فعال نگه داشتن ميكروبها افزودن محيط كشت تازه به بيوراكتور ضروري است محلول خروجي از بيوراكتور مجدداً به برج جذب منتقل مي شود. فرايند جذب ماده آلاينده ممكن است در برجهاي پر شده، برجهاي پاششي و يا ستونهاي حباب دار انجام شود.

1-5-2-روش بيوتريكلينگ فيلتراسيون

اين سيستمها عمدتاً شامل يك برج پر شده هستند كه برروي سطح ذرات بستر، ميكروارگانيسم ها تثبيت شده اند. محلولي از محيط كشت به طور مداوم از ميان ذرات بستر عبور مي كند. با عبور هواي آلوده از ميان بستر، مواد آلاينده جذب محلول شده. بخشي از آن توسط ميكروارگانيسم هاي غوطه ور در محلول مصرف شده و بخشي ديگر به سمت بيوفيلتراسيون موجود برروي سطح ذرات نفوذ كرده و توسط ميكروارگانيسم هاي موجود در آن مصرف مي شود. تنها تفاوت بيوتريكليگ فيلتراسيون با بيوفيلتراسيون عدم وجود جريان مايع آزاد در بيوفيلتراسيون است.

وجود مايع آزاد در سيستمهاي بيواسكرانينگ و بيوتريكلينگ امكان كنترل عوامل مختلف نظير PH و غلظت مواد مغذلي مورد نياز ميكروارگانيسمها را در مقايسه با روشس بيوفيلتراسيون راحت تر مي سازد.

اما در هر صورت نياز به تخليه محلول و اضافه كردن محلول تازه به اين سيستمها باعث به وجود آمدن جرياني از فاضلاب مي شود كه خود نياز به تصفيه شدن دارد.

عيب اصلي بيوفيلتراسيون در مقايسه با دو سيستم ديگر نياز به حجم زياد بستر است در سيستمهاي بيواسكرابينگ و بيوتريلينگ به دليل دانسيته بالا ميكروبي، شدت واكنش ميكروبي به ازاي واحد حجم در مقايسه با سيستمهاي بيوفيلتراسيون بيشتر و در نتيجه به حجم كمتري نياز است.

ورود به حساب کاربری