بیوفیلترها
چكیده
بیوفیلتراسیون به عنوان روشی برای تبدیل مواد آلاینده به تركیبات بی خطر بدون جذب انرژی زیاد و در شرایط دما و فشار محیط مورد توجه واقع شده است. مطابق تعریف، بیوفیلتراسیون عبارت است از روشی برای كنترل آلودگی كه در آن یك بستر جامد و فعال بیولوژیكی با جذب یا جذب سطحی آلاینده ها، بستر مناسب جهت بیواكسیداسیون آنها را فراهم می آورد. به دلیل موجود بودن عامل فعال بیولوژیكی كه غالباً گونه های خاص باكتریایی و تا حدودی قارچها و مخمرها هستند راندمان بیوفیلترها در مقایسه با انواع فیلترهای دیگر كه عمل جذب فقط با استفاده از ماده ای چون كربن فعال یا بنونیت صورت میگیرد بسیار بالاتر است.
امروزه بیوفیلترها بصورت موفقیت آمیزی در مقیاس صنعتی بكار گرفته می شود. در تحقیق حاضر پس از مرور یافته های علمی پیرامون فرایند بیوفیلتراسیون به بررسی عوامل مؤثر و پارامترهای یك بیوفیلتر پرداخته شده و در ادامه یك مدل ریاضی با لحاظ كردن شرایط فیزیكی دقیق حاكم بر بیوفیلتر و خصوصیات دقیق فیزیكی و شیمیایی سیستم و با كمترین فرضیات ساده كننده موجود بدست آمده است و در نهایت توسط روشهای عددی حل شده است. نتایج بدست آمده حاكی از همخوانی مناسب داده‌های تجربی با مدل بدست آمده دارد و نشانگر امكان استفاده از مدل حاصل برای بهینه سازی بیوفیلتر در شرایط عملیاتی می باشد.
فصل اول
روشهای تصفیه هوای آلوده
1-1-مقدمه
در سالهای اخیر با مشخص شدن اثرات زیانبار تركیبات مختلف موجود در هوا تلاشهای زیادی برای یافتن روشهای ارزان و مؤثر حذف مواد آلاینده از هوا شروع شده است. بیوفیلتراسیون به عنوان روشی كه می تواند بدون نیاز به مصرف انرژی زیاد و در شرایط دما و فشار محیط، مادة آلاینده را به تركیبات بی خطر تبدیل كند، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
هوای آلوده پدیده ای است كه از تركیب 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 كند و به میزان قابل ملاحظه ای، زندگی بشر را به مخاطره می اندازد.
آلاینده های موجود در هوا دو نوعند: اولیه (Primary) و ثانویه (Secondary). آلاینده های اولیه موادی هستند كه در اثر منابع آلوده كننده به هوای محیط وارد می گردند مانند: اكسیدهای سولفور، اكسیدهای نیتروژن، سولفید هیدروژن، مونوكسید كربن، دی اكسید كربن، سرب، ذرات آلوده یا مواد معلق، هیدروكربورها و تركیبات آلی فرار (VOCS).
آلاینده های ثانویه به مواد آلوده ای اطلاق می شود كه در اثر فعل و انفعالات موجود در هوای اطراف زمین تشكیل می گردند.
در این پروژه چون به مدل سازی بیوفیلتر مورد استفاده جهت حذف تركیبات آلی فرار (VOCS) پرداخته شده لذا به شرح مختصری در باره این گروه از آلاینده ها می پردازیم.
1-2-تركیبات آلی فرار (VOCS)
تركیبات آلی مایعات یا جامداتی شامل كربن آلی (كربن متصل به كربن، هیدروژن، نیتروژن یا سولفور و غیر از كربن موجود در كربنات (CaCO3) یا كربید (CaC2) یا CO یا CO2) هستند كه شدت های تبخیر بالایی دارند.
به علت فراریت بالا، به میزان زیاد در محیط پخش می شوند و علاوه به تولید بو، خطراتی برای اكوسیستم و سلامتی انسان دارند. این تركیبات در ساختمان خود كمتر از 12 اتم كربن دارند و فشار بخار آنها در دمای اتاق بیشتر از Psia01/0 (atm0007/0) و نقطه جوش اتمسفریك آنها حدود F500 (C260) است.
مواد دارای نقطة جوش بالاتر از این مقدار خیلی آرام در اتمسفر تبخیر می شوند مگر آنكه به آنها حرارات داده شود. البته اگر هم تبخیر شدند در اتمسفر كندانس شده و قسمتی از مسئله ذرات ریز را تشكیل می دهند.
احتمالاً VOC ها به لحاظ گستردگی و تنوع (از نظر انتشار) بعد از ذرات ریز (مواد معلق) قرار می گیرند.
VOCها گروه بزرگی از تركیبات هستند. بعضی از آنها نظیر بنزن سمی و سرطانزا می باشند. بنابراین به عنوان آلاینده های خطرناك با ویژگیهای خود طبقه بندی می شوند.
VOCها به دلیل شركت در واكنش مه دود فتوشیمیایی[1] است كه تشكیل آلاینده‌های ثانویه را می دهند.
به عبارتی VOCها در مقابل نور خورشید با اكسید ازت تركیب شده و تولید ازن یا اكسیدهای قوی دیگری را می كنند و این آلودگی های فتواكسیدان (كه باعث ایجاد مه های خرمایی رنگ معروف كالیفرنیا مشهور به Smog است) سه اثر مخرب دارد: برای سلامتی انسان (اختلالات تنفسی، سردرد، تحریك چشمها)، بروی گیاهان (به ویژه جنگل ها) و برروی مواد.
بعضی از VOCها جاذب های قوی اشعه مادون قرمز (IR) هستند و مانند CO2 اثر گلخانه ای دارند، لذا در مسئله هشدار جهانی نقش دارند.
بیش از %80 انتشار VOCها ناشی از مصرف حلال ها (نظیر تینر رنگ و دیگر حلال‌های مشابه)، حمل و نقل، ذخیره سازی VOCها و وسایل نقلیه موتوری (شامل اتومبیل ها، هواپیماها، قایق ها و موتورهای راه آهن) می باشد.