مرجع تخصصی آب و فاضلاب

1-برآورد با استفاده از توزیع آماری پوآسون

تو این روش نمونه آب و یا فاضلاب بایستی به دفعات مختلف رقیق شده تا شرایط برای برآورد دقیقتری از باکتریهای موجود در نمونه فراهم شود. در این روش بیشترین احتمال وجود یا عدم وجود باکتری در مجموعه ای از رقتهای ساخته شده از نمونه تعیین شده و عددی برآورد می شود که مربوط به نقطه ای از منحنی توزیع آماری پوآسون است که مقدار احتمال ماکزیمم می باشد.

2-برآورد با استفاده از روش توماس

در این روش نیز نمونه آب و یا فاضلاب بایستی به دفعات مختلف رقیق شده تا شرایط برای برآورد دقیقتری از باکتریهای موجود در نمونه فراهم شود. با در دست داشتن تعداد لوله هایی که در تست احتمالی مثبت  شده اند و همچنین مقدار میلیلیتر نمونه در لوله های منفی و مجموع لوله ها، مقدار MPN را برآورد میکند. تو این روش برای حالتی که تعداد لوله های منفی صفر باشه رابطه از نظر ریاضی تعریف نشده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

ايندكس لانژلير

اولين روش به منظور پيش بيني مشخصات خورندگي ويا رسوبگذار بودن آب توسط لانژلير[11] ارائه شد. او از تئوري هاي پيشرفته حاكم بر محلول هاي آبي به منظور آناليز مشخصات آب كمك گرفت. لانژلير پيشنهاد كرد كه اختلاف بين pH محاسبه شده از اطلاعات آناليز شيميايي (pH_cal) و مقدار pH اندازه گيري شده (pH_msr) مي تواند به عنوان يك شاخص عددي از مشخصات آب استفاده شود.

جدول ۱ تفسیر مقدار ايندکس لانژلیر

ايندكس رايزنار

در ايندكس پايداري رايزنار[12] سعي شده است از اطلاعات تجربي نيز به منظور بررسي شدت خوردگي در لوله هاي انتقال آب شهري كمك گرفته شود. این ايندکس در سال 1944 توسط Ryznar  ارائه شد. رایزنار در آزمایشهایی که به منظور بررسی ترسیب کربنات کلسیم بر روی لوله های شیشه ای انجام داد، نشان داد که چنانچه مقدار این ايندکس از 7 کمتر باشد کربنات کلسیم بر روی جداره لوله ترسیب خواهد شد. همچنین رايزنار نشان داد که در مقادیر بالاتر از 7 برای این ايندكس، رسوبی بر روی جداره لوله تشکیل نمی شود. او ايندکس خود را با تخمینهای کمی از مقادیر خوردگی که در مقیاس عملی اتفاق افتاد اصلاح کرد. مقدار ايندکس رایزنار مطابق جدول شماره 2 تفسیر می شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدار ماده جذب شونده که می تواند توسط ماده جاذب جذب سطحی شود تابعی از مشخصات ماده جذب شونده و غلظت آن در محلول و همچنین تابعی از دما می باشد.

عمده مشخصات ماده جذب شونده که در این مورد حائز اهمیت است شامل حلالیت(Solubility)، ساختار مولکولی، وزن مولکولی، قطبیت(Polarity) و اشباع هیدروکربنی(Hydrocarbon-Saturation) می باشند. برای بدست آوردن ایزوترم های جذب سطحی برای یک ماده جذب شونده بایستی مقدار مشخصی از ماده جذب شونده را در یک حجم ثابت از محلول نگه داشته و آنچه که تغییر می دهیم مقادیر کربن فعال باشد. بطور معمول در این حالت بیش از 10 ظرف لازم خواهد بود و زمانی که از کربن فعال پودری استفاده می شود، حداقل زمانی که مجاز است تا نمونه به تعادل برسد 7 روز می باشد. زمانی که از کربن فعال گرانوله استفاده می شود می باید آنرا پودر کنیم تا زمان های جذب سطحی را به حداقل برسانیم. در پایان تست مقدار ماده جذب شونده که در داخل فاز محلول باقیمانده است اندازه گیری می شود. مقدار ماده جذب شونده که به ازای واجد جرم ماده جاذب جدب شده است با استفاده از فرمول زیر محاسبه می گردد و به منظور بدست آوردن ایزوترم های جذب سطحی استفاده می شوند(Metcalf & Eddy, 2003).

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

احیا سازی و فعال سازی مجدد کربن

بهره وری اقتصادی از کربن فعال بستگی دارد به اینکه روشی کارآمد و مفید در احیا و فعال سازی مجدد آن، بعد از اینکه ظرفیت جذبی آن تکمیل شد وجود داشته باشد. احیا سازی  توصیف کننده تمامی فرآیند هایی است که به منظور بازیابی ظرفیت جذب سطحی کربن فعال مصرف شده بکار می روند که این فرآیندها می توانند شامل موارد زیر باشند:

 1- استفاده از مواد شیمیایی برای اکسید کردن مواد جذب شده.

 2- استفاده از بخار برای بیرون راندن مواد جذب شده.

 3- استفاده از مواد حلال.

 3- فرآیند های تبدیل بیولوژیکی.

بطور معمول طی فرآیندهای احیا سازی چیزی حدود 10-4% ظرفیت جذب سطحی برای کربن بسته به نوع ماده جذب شده و روش احیا سازی، از بین می رود. در برخی موارد هم ظرفیت جذب سطحی به دنبال فرآیندهای احیا می تواند برای چندین سال بدون تغییر باقی بماند. عمده مشکلی که در استفاده از PAC وجود دارد این است که روش خاصی برای احیای آن تعریف نشده است. در این رابطه استفاده از PAC تولید شده از بازیافت مواد زائد شهری می تواند نیاز به احیای کربن مصرف شده را مرتفع ساخته و از نظر اقتصادی نیز توجیه مناسبی داشته باشد. فرآیند فعال سازی مجدد[2] کربن گرانولی(GAC) ضرورتا شامل همان فرآیندهای فعال سازی ماده اولیه مورد استفاده در تولید کربن فعال است. کربن مصرف شده در معرض فرآیند اکسیداسیون در یک کوره قرار می گیرد که طی آن مواد آلی جذب شده روی سطح آن اکسید شده و سپس از سطح کربن حذف می شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

کربن فعال معمولا از موادی چون چوب، پوست نارگیل، ذغال نارس لیگنین، ذغال قیری، لیگنیت و پسماند های نفتی[1]تهیه می شود. کربن تولید شده از ذغالهای قیری نیمه فرار[2] یا لیگنیت به دلیل ارزان بودن و سهولت دسترسی این مواد معمولا به منظور تصفیه فاضلاب استفاده می شود[54].  فعال سازی کربن ضرورتا طی دو فاز صورت می پذیرد :

خسته کردن ساختار نامنظم ماده[3]

وسعت دادن خلل و فرج[4]

کربونیزه کردن مواد، شامل خشک کردن ماده در دما 170 درجه و سپس حرارت دادن آن تا دما 270 الی 280 درجه سانتیگراد است که توام با رها سازی گازهایی چون مونو اکسید کربن، دی اکسید کربن و اسید استیک خواهد بود. کربونیزه کردن نهایی در دمای 400 تا 600 درجه انجام خواهد شد.کربونیزه کردن میزان قابلیت جذب برای کربن را تا 80 در صد فراهم خواهد کرد. محصولی که تا این مرحله تولید شده است بایستی با استفاده از بخارآب یا دی اکسید کربن در دما 750 تا 950 از لحاظ ساختاری دچار خستگی شود و وسعت خلل و فرج آن افزایش یابد[48].

به بياني ديگر آماده سازی کربن فعال در وهله اول بایستی با ساختن زغال[5] از مواد آلی از قبیل پوست بادام و گردو و سایر مواد از قبیل چوب، استخوان و زغال سنگ صورت گیرد. برای تولید زغال مواد مذکور را بایستی تا نقطه قرمز[6](کمتر از 700 درجه سانتیگراد) در دستگاه تقطیر به منظور فرّار شدن و خروج هیدروکربنها از آن در معرض حرارت قرار داد در این حالت بایستی توجه داشت که اکسیژن کافی به منظور بروز احتراق فراهم نباشد. رویهم رفته فرآیند تولید زغال بدین شکل یک نوع فرآیند پیرولیز تلقی می شود. بعد از تولید شدن زغال بایستی با در معرض قرار دادن آن با گازهای اکسید کننده از قبیل بخار و یا دی اکسید کربن در دمای بالا(بین 900-800 درجه)عمل فعال سازی را انجام داد. این گازها باعث می شوند تا در بافت زغال یک ساختار متخلخل ایجاد شود و بدین صورت سطح مقطع یا مساحت واحد حجم برای زغال زیاد خواهد شد. تخلخل های حاصله می تواند به صورت زیر باشد[53]:

Macropores > 25 nm
                                                         Mesopores > 1 nm and <25 nm
                                                            Micropores < 1 nm                

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

کلیات فرایند جذب سطحی

سابقا استفاده از کربن فعال تنها محدود به تصفیه آبهای آشامیدنی بود. طی دو دهه اخیر به تواناییها و پتانسیلهای این ماده جاذب به منظور استفاده در صنعت تصفیه فاضلاب توجه شده است. در سال 1974 آژانش حفاظت  محیط زیست آمریکا 154 ترکیب آلی را در آب های آشامیدنی به عنوان آلاینده معرفی نمود . تشخیص این ترکیبات توام با تعداد بسیار زیادی از آلاینده های غیر آلی مسئله مهمی است که مورد توجه این آژانس قرار گرفته است.

امروزه هنوز دستیابی به روشهای اقتصادی تصفیه آب و فاضلاب یکی از بحثهای مهم در بین متخصصین این امر می باشد. همچنانکه قبلا به آن اشاره شد استفاده از کربن فعال طی دهه اخیر در صنعت تصفیه فاضلاب مورد توجه قرار گرفته است. جذب رنج وسیعی از آلاینده ها با استفاده از کربن فعال گرانولی(GAC ) با موفقیت انجام شده است.با این وجود استفاده از GAC معمولا با مسائل از قبیل هزینه های سرمایه گزاری و بهره برداری همراه است(Wang et al., 2005).

در صنعت آب فرآیند جذب سطحی به انتقال جرم از یک فاز مایع به یک فاز جامد اطلاق می شود. در این فرآیند ماده جذب شونده (adsorbate) ماده ای است که در حد فاصل فاز جامد و مایع از فاز مایع حذف می شود. و ماده جاذب (adsorbent) می تواند یک فاز جامد، گاز یا مایع باشد که ماده جذب شونده را در خود تجمع می دهد.

هر چند جذب سطحی برای فرآیند شناور سازی (flotation) که گاز و مایع در مجاورت هم قرار می گیرد هم می تواند بکار رود اما هدف این فرایند در صنعت آب جذب سطحی در تماس فاز جامد- مایع است.

جذب سطحی به فرآیند تجمع مواد موجود در فاز محلول بر روی یک فصل مشترک(interface) مناسب اطلاق می شود. ماده جذب شونده(adsorbate) به ماده ای اطلاق می شود که در حال حذف شدن از فاز محلول در فصل مشترک(فصل مشترک محلول و ماده جاذب) باشد. فرآیند جذب سطحی در سه مرحله صورت می گیرد :

1-macrotransport

مرحله ماکروترانسپورت شامل حرکت ماده جذب شونده(مثلا یک ماده آلی) از داخل فاز مایع(آب) به سمت فصل مشترک آب و ماده جامد از طریق انتشار(diffusion) و advection می باشد.

مرحله میکروترانسپورت شامل انتشار مواد آلی از میان حفرات درشت(macropore) به سمت جایگاه های جذب سطحی در حفرات کوچک(micropore) ماده جاذب جامد می باشد.

اگرچه جذب سطحی می تواند هم در سطح ماده جاذب و هم داخل ماکروپورها و مزوپورها اتفاق افتد اما مساحت سطح این مکانها در مقایسه با مساحت سطح میکروپورها آنچنان کوچک است که در عمل می توان از مقدار ماده جذب شونده ای که در این مکانها جذب سطحی شده اند صرفنظر کرد(Metcalf & Eddy, 2003). دو مشخصه عمده مواد جاذب جامد :

1- نسبت سطح به حجم بسیار بالا

2- تمایل اختصاصی جذب نسبت به ترکیب خاص در فاز محلول.

انتقال از محلول:

در مرحله اول مواد آلی(ماده جذب شونده) داخل محلول از داخل محلول به سمت لایه های مجاور ماده جذب شونده(لایه های محلول) مهاجرت می کنند.(از طریق advection و dispersion در تماس دهنده کربن).

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مدل پیشرفته جذب سطحی آلاینده‌های زیست محیطی

مدل سینتیکی پیشرفته فرایندهای جذب سطحی آلوده‌کنندها توسط یکی از اعضای هیات علمی گروه شیمی دانشگاه بوعلی سینای همدان تدوین و ارائه شد.

به گزارش خبرنگار پژوهشی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، این مدل که توسط دکتر سعید عزیزیان طراحی شده طی مقاله‌ای با عنوان:

Kinetic models of sorption: a theoretical analysis

در یکی از شماره‌های اخیر «Journal of Colloid and Interface Science» منتشر شده است.

دکتر زلفی‌گل، استاد شیمی و معاون پژوهش و فناوری دانشگاه بوعلی سینا با اعلام این مطلب به خبرنگار پژوهشی ایسنا گفت: علی‌رغم زمان کوتاهی که از چاپ مقاله و ارائه این مدل جدید می‌گذرد، تعداد زیادی از پژوهشگران بین‌المللی این رشته به این مقاله ارجاع داده‌اند که حاکی از ضرورت و ارزش این یافته علمی است.

وی خاطرنشان کرد: در پی این دستاورد بزرگ علمی بورس ویژه‌ای از سوی دولت ژاپن جهت فعالیت پژوهشی در اختیار دکتر عزیزیان قرار گرفته است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

شناور سازي (Floatation)

شناورسازي عملياتي است كه براي جداسازي ذرات جامد يا مايع از يك فاز مايع بكار مي رود. مواد قابل شناوري (بطور عمده روغنهاي امولسيوني و مواد آلي) معمولاً در طراحي تجهيزات تصفيه مقدماتي در صنعت نسبت به مواد قابل ته نشيني از اهميت بيشتري برخوردارند. به اين منظور در بيشتر پالايشگاهها، واحدهاي شيميايي و ساير كارگاههاي صنعتي از تجهيزات جداسازي آب - روغن، بجاي تانكهاي ته نشيني اوليه استفاده مي شود.
مزيت اصلي شناورسازي بر ته نشيني اين است كه با اين روش، ذراتي را كه بسيار كوچك و يا سبك هستند و به آرامي ته نشين مي شوند، مي توان بطور كاملتر و در زمان كوتاهتري حذف كرد. به محض شناور شدن ذرات در سطح، مي توان آنها را از طريق كف روبي جمع آوري كرد.
در ادامه، روشهاي مختلف شناورسازي با تأكيد بر روش DAF مورد بررسي قرار مي گيرند.
شناورسازي ثقلي (جدا كننده هاي ثقلي) (Gravity Separators)
جدا كننده هاي ثقلي معمولاً براي زدودن و حذف روغن، گريس و نفت بصورت آزاد و غيرامولسيون بكار مي روند. از نظر تئوري فرآيند جداسازي در جدا كننده هاي ثقلي بوسيله قانون استوكس در غياب جريان توربولانسي و جريانهاي گردشي پيش بيني مي شود. بنابراين در عمل، بازدهي جدا كننده ثقلي بستگي به طراحي دقيق هيدروليك جدا كننده و زمان ماند پساب دارد. جدا كننده هاي ثقلي عمدتاً به دو دسته:

API: American Petroleum Institute
 و
CPI: Corrugatted Plate Interceptors

تقسيم بندي مي شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب