دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – محیط زیست

عنوان:

مقایسه کارایی و اقتصادی سیستم های اسمز معکوس و الکترودیالیز در حذف نیترات از آب آشامیدنی

چکیده

نیترات یکی از مهمترین آلاینده ها بوده که با توجه به حلالیت بسیار بالای آن خارج کردن آن از آب فرآیندی بسیار پرهزینه است. بررسی های انجام شده نشان می دهند که موارد آلودگی در آب های زیرزمینی روبه افزایش است. از آنجایی که نیترات در آب به صورت محلول وجود دارد روش های معمول تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند. از اینرو نیاز به آن دسته از روش های پیشرفته تصفیه آب می باشد که قادر به کاهش آلاینده های محلول هستند. از سوی دیگر چرخه نیترات سازی در شهرهایی که دفع نادرست فاضلاب از طریق چاه های جذبی انجام می شود همچنان ادامه دارد و مشکل تولید پیوسته نیترات و انتشار آن به آب های زیرزمینی را سبب می شود.

در این پژوهش سیستم های اسمز معکوس و الکترودیالیز از نظر کارایی و هزینه ای در حذف نیترات از آب آشامیدنی باهم مقایسه شده است.

برای این منظور از سیستم اسمز معکوس با دبی آب خام ورودی 4m3/h (3/4m3/h آن جریان آب تصفیه شده و 6m3/h جریان آب غلیظ شده برگشتی) و سیستم الکترودیالیز با دبی آب خام ورودی 1m3/h (0/5m3h جریان آب تصفیه شده و 0/5m3/h جریان آب غلیظ شده برگشتی) بر روی آب چاه گلشهر مشهد استفاده شده است.

نتایج این تحقیق نشان داد که در سیستم اسمز معکوس، میانگین میزان نیترات آب تصفیه شده کمتر از (حدود یک پنجم) سیستم الکترودیالیز است. راندمان حذف نیترات در سیستم اسمز معکوس حدود دو برابر الکترودیالیز به دست آمده است. از طرف دیگر میزان آب بازیابی در سیستم اسمز معکوس و الکترودیالیز به ترتیب 85% و 50% محاسبه شده است. بنابراین کارایی سیستم اسمز معکوس در کاهش نیترات آب آشامیدنی به مراتب بهتر از سیستم الکترودیالیز می باشد.

با در نظر گرفتن دوره طرح 15 ساله، در سیستم اسمز معکوس، هزینه تولید هر متر مکعب آب تصفیه شده 41807/1 ریال می باشد که این رقم در سیستم الکترودیالیز 89713/54 ریال می باشد. با در نظر گرفتن این نتایج، هزینه تولید یک متر مکعب آب تصفیه شده در سیستم الکترودیالیز 2/14 برابر سیستم اسمز معکوس است. در نهایت باید گفت که سیستم اسمز معکوس از لحاظ راندمان حذف نیترات، راندمان حذف سایر پارامترها (بی کربنات، سولفات، کلرور، کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم)، میزان بازیابی آب و هزینه تولید هر متر مکعب آب، بر سیستم الکترودیالیز برتری دارد.

مقدمه

آب به عنوان ترکیبی که سه چهارم از کل سطح زمین را پوشانده از عوامل ضروری برای ادامه حیات محسوب می شود. امروزه اهمیت آب در زندگی بر هیچ کس پوشیده نیست و با مروری بر تاریخ تمدن می توان دریافت که تمدن های بشری در کنار منابع آب شکل گرفته و توسعه یافته اند.

حدود 2/66 درصد از کل منابع آب جهان (آب های زیرزمینی، دریاچه ها و یخ های قطبی) آب شیرین می باشد که فقط بخش کوچکی حدود 0/6 درصد به عنوان آب آشامیدنی در دسترس می باشد.

تامین آب سالم و بهداشتی به عنوان یکی از مهمترین چالش های انسان در جوامع، به ویژه در جوامع در حال توسعه مطرح می باشد. اهمیت موضوع به دلیل نیاز روزافزون به آب و کاهش منابع غیر آلوده آب در سطح جهان می باشد. به علاوه تخلیه فاضلاب و همچنین ورود انواع مختلف آلاینده های خطرناک به آب های سطحی از کارائی فرایندهای متداول تصفیه جهت تامین آب آشامیدنی سالم می کاهند. بررسی های انجام شده نشان می دهند که موارد آلودگی ها در آب های زیرزمینی روبه افزایش است به طوری که استفاده از این منابع را تنها با گندزدایی ساده و بدون استفاده از سایر تکنولوژی های تصفیه مورد شک و تردید قرار می دهد. از جمله این آلاینده ها نیترات می باشد که مطابق با بررسی های سال 1983، مهمترین دلیل تعطیلی چاه ها بوده است. نیترات وضعیتی بسیار متفاوت از سایر آلاینده ها دارد به همین دلیل سازمان های بهداشتی آن را در گروه بندی خاص آلاینده هایی که به راحتی تصفیه پذیر نیستند قرار داده است.

پیشرفت دانش کشاورزی و افزایش جمعیت کره زمین، لزوم افزایش منابع غذایی و استفاده از کودهای مختلف شیمیایی در زمین های مزروعی که به منظور تولید محصولات بیشتر می باشد از یک سو و افزایش دام و طیور و تجمع فضولات حیوانی و پسمانده های محصولات کشاورزی که خود عامل دیگری در آلوده کردن منابع آب زیرزمینی است، سبب بروز نگرانی های مختلفی در مورد تصفیه و بهداشت آب آشامیدنی در کلیه کشورهای جهان حتی کشورهای توسعه یافته شده است. نیترات یکی از مهمترین آلاینده ها بوده که با توجه به حلالیت بسیار بالای آن، خارج کردن آن از آب فرایندی بسیار پر هزینه است. از این رو استانداردهای نیترات حتی در کشورهایی که استانداردها رسما پذیرفته شده است به اجرا در نیامده است.

شهر مشهد با جمعیتی حدود 2 میلیون و هفتصد هزار نفر و وسعت 225 کیلومتر مربع همه ساله میزبان حدودا 16 میلیون زائر است. آب شرب شهر مشهد از طریق 300 حلقه چاه (88/6%) و دو تصفیه خانه (7/1%) و دو دهانه چشمه (4/3%) تامین می گردد یون نیترات طبق استاندارد جهانی تا 5 سال قبل کمتر از 45 میلی گرم در لیتر برای آب شرب تعیین شده بود ولی از 5 سال قبل این میزان تغییر کرده و به 50 میلی گرم در لیتر افزایش یافته است. به طور کلی ازت در آب ممکن است به صورت نیترات، یون آمونیوم و ازت مواد آلی وجود داشته باشد. نیترات ها ممکن است در نتیجه آلودگی آب با مواد آلی و فاضلاب ها به وجود آمده باشد. بالا بودن غلظت یون نیترات در منابع آب شرب باعث بروز بیماری متهمو گلوبینما در نوزادان می شود. در بزرگسالان نیز نیترات در بدن به نیتروزآمین تبدیل می شود که ترکیبی سرطان زا بوده و احتمال بروز سرطان های دستگاه گوارش و مثانه را افزایش می دهد. در شهر مشهد قریب به 80 حلقه چاه دارای نیترات بالاتر از حد مجاز می باشد که غالبا در فصل سرما خاموش بوده و در زمان سرویس با آب هایی که دارای نیترات پایین می باشند در شبکه توزیع آب مخلوط می شوند.

در این پژوهش سیستم های اسمز معکوس و الکترودیالیز از نظر کارایی و هزینه ای در حذف نیترات از آب آشامیدنی باهم مقایسه شده و سپس راکتوری که بیشترین کارایی و کمترین هزینه تولید هر متر مکعب آب تصفیه شده را دارد مشخص خواهد گردید.

پارامترهای تعیین کارایی راکتورها شامل درصد حذف نیترات و حجم آب تصفیه شده و هزینه های تولید هر متر مکعب آب تصفیه شده در برگیرنده هزینه های سرمایه گذاری اولیه و راهبری است.

امید است نتایج این تحقیق بتواند راهگشای تحقیقات در آینده بوده و در افزایش سطح کیفی آب آشامیدنی و دستیابی به حد مطلوب مورد استفاده قرار گیرد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.