حذف نيترات از آب هاي زيرزميني با استفاده از روش تقطير غشايي شكاف هوا

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

عمران

كارشناسي ارشد

در بسياري از نقاط جهان، آب هاي زيرزميني به عنوان تنها منبع آب آشاميدني در جوامع روستايي و مناطق شهري عمل مي‌كنند. نيترات يكي از يون‌هاي پايداري است كه باعث آلودگي در منابع آبي مي‌شود. از عمده‌ترين مشكلات حضور بيش از حد استاندارد نيترات در منابع آبي مي‌توان به مشكلاتي از قبيل نقص مادرزادي، سقط خودبخودي، متهمگلوبيني و تغييرات سيستم ايمني بدن اشاره كرد. تقطيرغشايي يك فناوري مناسب و نوين براي فرايندهاي جداسازي است كه در آن آب، جزء اصلي محلول خوراك است. در تقطيرغشايي حداقل يك طرف از غشاي آبگريز ريز متخلخل، در تماس مستقيم با محلول آبي است. اختلاف فشار جزئي ناشي از گراديان دما بين دو طرف غشا باعث انتقال جرم از طريق منافذ غشا مي‌شود. در طي فرآيند تقطيرغشايي، مولكول هاي مايع به دليل آبگريز بودن غشاء اجازه نفوذ ندارند و فقط مولكول هاي بخار آب قادر به عبور از ديواره‌هاي غشاء هستند. اين پژوهش با هدف بررسي عملكرد يكي از روش‌هاي تقطير غشايي به نام تقطير غشايي شكاف هوا، در حذف يون نيترات از آب انجام شد. به همين جهت غشاهايي آبگريز از جنس پلي وينيليدين فلورايد با استفاده از حلال نرمال متيل پروليدون به روش جدايش فازي تهيه شده است. در اولين گام براي مشخص كردن ضخامت بهينه غشاء، غشاهايي با ضخامت 200، 350، 400 و 500 ميكرومتر در شرايط يكسان دماي 65 سانتي‌گراد، جريان ورودي 60 ليتر بر ساعت و غلظت نيترات 500 ميلي‌گرم نيترات بر ليتر مورد بررسي قرار گرفت كه غشاء، با ضخامت 500 ميكرومتر بهترين عملكرد را با شار خروجي 59/4 كيلوگرم بر متر مربع ساعت و درصد حذف 8/98 براي نيترات از خود نشان داد. در ادامه خصوصيات غشاي ساخته شده مورد بررسي قرار گرفت و با توجه به نتايج آزمايش‌ها، زاويه تماس آب بر روي غشاي منتخب در بهترين حالت برابر 5/72 درجه بود كه تاييد كننده آب‌گريزي غشاي ساخته شده است. از طرفي طيف ATR تهيه شده از غشا، تاييد كننده ساختار پلي‌وينيليدين فلورايد است. ميزان تخلخل غشاي ساخته شده به صورت ميانگين برابر 04/85 درصد و LEPw برابر 1 بار اندازه‌گيري شد. در ادامه براي بررسي عملكرد روش تقطير غشايي شكاف هوا در حذف نيترات از آب، اقدام به طراحي آزمايش براي بررسي تاثير پارامتر‌هاي دما، جريان ورودي و غلظت اوليه نيترات بر شار خروجي و درصد حذف نيترات و درصد كاهش هدايت الكتريكي شد. دما در سه سطح 25، 45 و 65 سانتي‌گراد، جريان ورودي در سه سطح 20، 40 و 60 ليتر بر ساعت و غلظت نيترات در سه سطح 150، 300 و 500 ميلي‌گرم نيترات بر ليتر انتخاب گرديد كه علت انتخاب اين محدوده‌ها مطالعات موردي درباره غلظت نيترات در آب‌هاي زيرزميني كشور ايران و همچنين محدوديت‌هاي دستگاه مورد استفاده است. از نرم افزار Design Expert و روش طرح بهينه سطح پاسخ براي طراحي آزمايش استفاده شد. باتوجه به آزمايش‌هاي انجام شده نتيجه ‌گيري شد كه روش تقطير غشايي شكاف هوا عملكرد قابل قبولي را براي حذف نيترات از آب دارا است، زيرا غلظت هاي 150، 300 و 500 ميلي‌گرم نيترات بر ليتر را به صورت ميانگين به 7 ميلي‌گرم نيترات بر ليتر كاهش پيدا كرده است؛ از آن جايي كه استاندارد غلظت نيترات در آب آشاميدني برابر 50 ميلي‌گرم نيترات بر ليتر است مي‌توان عملكرد مناسب اين روش در حذف نيترات از آب را نتيجه گرفت. با توجه به آزمايش‌هاي انجام شده مشخص شد كه شار آب خروجي در اين سيستم وابستگي زيادي به دما دارد كه دليل اين عملكرد افزايش تواني فشار بخار با افزايش دما است. از طرف ديگر درصد حذف نيترات و درصد كاهش هدايت الكتريكي فقط به عامل غلظت اوليه نيترات برمي‌گردد. در شرايطي كه دماي 65 سانتي‌گراد، جريان وردي برابر 40 ليتر بر ساعت و غلطت نيترات برابر 500 ميلي‌گرم نيترات بر ليتر عملكرد بهينه سيستم مشاهده شد كه نشان‌دهنده حذف 98 درصدي نيترات به همراه شار آب خروجي 45/4 كيلوگرم بر مترمربع ساعت را بود.

215933

مهندسي محيط‌زيست

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

هستي هاشمي‌نژاد، علي دهنوي

مسعود طاهريون، حسين فشندي