دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – مهندسی محیط زیست

عنوان:

مدلسازی و شبیه سازی فیلتر بیولوژیکی برای حذف آلاینده های آلی

چکیده:

امروزه بخشی عمده ای از آلودگی هوا ناشی از تبخیر ترکیبات آلی فرار (VOCs) می باشد. انتشار این مواد در هوا علاوه بر تولید بو خطراتی برای اکوسیستم و سلامتی انسان ها، سالانه مبالغ زیادی هزینه در بردارند. استفاده از فیلترهای بیولوژیکی (بیوفیلترها) یکی از مهمترین روش ها برای تصفیه حجم زیادی از هوا با غلظت های پایین آلاینده می باشد. اساس بیوفیلتراسیون، مصرف و اکسیداسیون (تجزیه بیولوژیکی) ترکیبات آلاینده توسط میکروارگانیسم ها و تولید دی اکسید کربن، آب و بیومس است. به دلیل موجود بودن عامل فعال بیولوژیکی که غالبا گونه های خاص باکتریایی و تا حدودی قارچ ها و مخمرها هستند راندمان بیوفیلترها در مقایسه با انواع فیلترهای دیگر که عمل جذب فقط با استفاده از ماده ای چون کربن فعال یا بنتونیت صورت می گیرد بسیار بالاتر است. از مزایای دیگر بیوفیلترها، پایین بودن هزینه ها و راهبری نسبتا آسان آنهاست. در این تحقیق با حل مدل ریاضی مربوط به یک بیوفیلتر خاص و سپس شبیه سازی آن تاثیر عواملی مانند: طول بیوفیلتر، مواد پرکننده فیلتر، فعال و غیرفعال بودن سیستم از لحاظ بیولوژیکی و مدت زمان عملکرد بیوفیلتر بر روی حذف متانول مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در طی راه اندازی اولیه یک بیوفیلتر، جذب سطحی آلاینده ها توسط مواد تشکیل دهنده فیلتر غالب است ولی بعد از مدتی که این مواد با آلاینده ها اشباع شدند، فرایندهای بیولوژیکی برای حذف تسلط می یابند و بارگیری آلاینده معادل با تجزیه بیولوژیکی به علاوه تخلیه می شود. همچنین بیوفیلترهای حاوی کربن فعال گرانولی ((granular activated carbon (GAC)، کمپوست / خاک دیاتومه و کمپوست به ترتیب به طولانی ترین زمان نیاز دارند تا به حالت پایدار برسند و در این مدت زمان، پروفیل های گرادیان غلظت تغییری زیادی نمی کند. به هرحال (GAC) جاذب بهتری برای آلاینده است، در حالی که کمپوست محیط بهتری را برای رشد و فعالیت میکروبی فراهم می کند.

فصل اول: آلودگی هوا و روش های تصفیه آن

1-1- مقدمه

آلودگی هوا، یکی از پدیده های زندگی مدرن امروزی و ناشی از پسماندهایی است که در اثر فعالیت های شبانه روزی بشر به وجود می آید. این پسماندها ناشی از تولید مواد غذایی، صنعتی، کالاهای مختلف و انرژی است. شاید بتوان علل اصلی آلودگی هوا را در احتراق ناقص جستجو کرد که طی آن، بر اثر عدم سوخت رسانی کامل و یا نسبت نامناسب هوا و سوخت، پس از احتراق، موادی نظیر منواکسید کربن، اکسید سولفور، اکسید نیتروژن، ذرات خاکستر و یا هیدروکربورهایی که سوخته نشده وارد هوا می شود. از آنجایی که این مواد بر روی کل حیات اثر سوء می گذارند، به عنوان آلاینده های هوا از آنها یاد می شود.

هوای آلوده، پدیده ای است که از ترکیب یا اختلاط هوا و مواد یا ذرات خاصی، در مدت زمان معینی تولید می شود و در صورت تداوم، بیماری ها یا اختلالاتی برای انسان، حیوانات و گیاهان ایجاد می کند و به میزان قابل ملاحظه ای، زندگی بشر را به مخاطره می اندازد.

هوای پاک به هوایی اطلاق می شود که عاری از مواد و ذرات مضر به حال انسان، حیوانات و گیاهان در درجه اول، و سایر موجودات و تولیدات در مرحله بعد باشد.

آلاینده های موجود در هوا دو نوعند: اولیه (Primary) و ثانویه (Secondary).

آلاینده های اولیه موادی هستند که در اثر منابع آلوده کننده به هوای محیط وارد می گردند. مانند: اکسیدهای سولفور، اکسیدهای نیتروژن، سولفید هیدروژن، منواکسید کربن، سرب، ذرات آلوده یا مواد معلق (گرد و خاک، غبار، دودهای سیاه)، هیدروکربورها، ترکیبات آلی فرار (VOCs) و…

آلاینده های ثانویه به موادی اطلاق می شود که در اثر فعل و انفعال موجود در هوای اطراف زمین تشکیل می گردند، بعضی از این فعل و انفعالات را می توان در جدول 1-1 مشاهده نمود.

برای جلوگیری از آلودگی و تخریب محیط زیست نیاز به آگاهی و مشارکت عمومی است. بنابراین باید بیشتر روش هایی مورد بهره برداری قرار گیرند که در کشورهای پیشرفته مورد استفاده قرار گرفته و جنبه کاربردی آن به اثبات رسیده باشد.

در این پروژه چون به مدلسازی بیوفیلتر مورد استفاده جهت حذف متانول پرداخته شده و متانول جزء گروه ترکیبات آلی فرار (VOCs) است پس تنها به شرح مختصری درباره این گروه از آلاینده ها می پردازیم.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.