انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول- مروری بر موضوع

نشر مواد بودار یک مشکل زیست محیطی متداول است و می تواند مشکلات جدی در همسایگی محل انتشار ایجاد کند. در میان این مواد بوزا، ترکیبات آلی فرار حاوی سولفور (VOSCs)[1] که از صنایع مختلفی تولید می شوند حجم زیادی را دربر می گیرند و می توانند سبب مشکلات زیست محیطی جدی شوند که سلامت عمومی را تهدید می کند. این ترکیبات عمدتا شامل دی متیل سولفید، دی متیل دی سولفید، متان تیول، کربن دی سولفید، کربونیل سولفید و اتان تیول می باشند [30]. طبیعت و غلظت مولکولهایی که توسط سلولهای بویایی تشخیص داده می شوند در افراد مختلف و نیز در شرایط محیطی مختلف نظیر دما، فشار و رطوبت فرق می کند. انسانها قادر به تشخیص مقادیر بسیار اندک مواد بودار می باشند. تخمین زده می شود که تنها 108 یا 109 مولکول از گازهای بودار در بینی برای تشخیص بو کافی است. این در حالی است که 1 میکروگرم از اتیل مرکاپتان در هوا تقریبا شامل 1016 مولکول است، یعنی 107 یا 108 برابر میزان لازم برای تشخیص. حساس بودن انسان به بو، کنترل دقیق میزان ضایعات بودار را، اگر این ضایعات در نزدیکی محل سکونت انسانها تولید شوند، ضروری می سازد [22].هر دو منبع طبیعی و انسانی در تولید ترکیبات آلی سولفوره و انتشار آنها در اتمسفر سهیم هستند.

3-1- منابع طبیعی[2]

اصولا سولفید هیدروژن (H2S ) در اتمسفر، از احیاء سولفات که احتمالا در محیط آلی بی هوازی رخ می دهد، تولید می شود. دیگر منابع تولید H2S شامل کاتابولیسم ترکیبات آلی سولفوردار هتروتروپیک (پروتئینها، گلوتاتیون)، متابولیسم سولفور و احیاء شیمیایی سولفات آب دریا است. سولفید هیدروژن مدت ها بعنوان جزء اتمسفری غالب در چرخۀ بیوژئوشیمیایی سولفور شناخته شده است. ولیکن، با شناسایی غلظت های کم ولی قابل توجه از دی متیل سولفید (Me2S ) در آب اقیانوس ها، این عقیده که گازهای سولفوره اصلی در چرخه بیوژئوشیمیایی سولفور ترکیبات آلی نظیر Me2S ، متان تیول (MeSH )، دی متیل دی سولفید (Me2S2)، دی سولفید کربن (CS2) و کربونیل سولفید (COS) هستند، تقویت شد. منبع اصلی Me2S، محیط دریایی است جایی که Me2S از شکست آنزیمی دی متیل- بتا- پروپیوتتین[3] که توسط بسیاری از گونه های جلبک ها تولید می شود، تشکیل می شود. در محیطهای خاکی، Me2S و MeSH عمدتا در طی تخریب ترکیبات سولفوره با منبع بیولوژیک مانند آمینواسیدهای متیونین و سیستئین و مشتقات آنها، S – متیل متیونین[4] و S – متیل سیستئین[5] ، تولید می شوند.  سهم واکنش های متیلاسیون، احیاء دی متیل سولفوکسید (DMSO ) و تخریب لیگنین در تولید Me2S هنوز مشخص نیست. کلی و اسمیت[6] (1990 )، تشکیل Me2S را نتیجه اکسیداسیون و دیمریزاسیون MeSH بیان کردند. در حدود 30% ازCOS  موجود در اتمسفر، از اکسیداسیون CS2 نشأت می گیرد در حالی که سهم اقیانوس ها و منابع خاکی طبیعی 28 و 24 % می باشد. فعالیت های انسانی مقادیر طبیعی CS2 را افزایش می دهد: سهم ضایعات صنایع شیمیایی 58
% است. از طرف دیگر سهم اقیانوس ها و منابع خاکی طبیعی در کل CS2 موجود در اتمسفر، 34 و4 %
می باشد [26].

3-2-1- فرآیندهای بی هوازی[8]

سولفید هیدروژن معمولا بعنوان مهم ترین گاز بودار در صنایع تصفیه پساب شناخته می شود. ولیکن بسیاری از محققان ترکیبات سولفوره آلی فرار نزدیک به سولفید هیدروژن را بعنوان مواد بودار اصلی تولیدی توسط این صنایع می شناسند. جراردز[9] و همکارانش (1995) غلظتهای ppmv 30 از Me2S و ppmv  4 از H2S را در ضایعات گازی ناشی از سیستم تصفیه هوازی پساب یک کارخانه آبجو سازی اندازه گرفتند. نشر ترکیبات سولفوره فرار با وجود نواحی کم اکسیژن که فعالیت میکروارگانیسم های بی هوازی (اختیاری) را ترغیب می کنند، بشدت افزایش می یابد. با توجه به تحقیق انجام شده توسط لاپلانچ[10] و همکارانش (1994)، مراحل مقدماتی (پمپ کردن، تصفیه اولیه و …) و خط تصفیه (غلیظ سازی، آب گیری و …)، 30 تا 65% در نشر مواد بودار دخالت دارند. جایگاه های پرورش حیوانات و تهیه کمپوست نیز بعنوان عامل تولید بو در نتیجه فعالیت بی هوازی میکروبی شناخته می شوند. در طی تولید کمپوست، H2S ، COS ، MeSH ، CS2 ، Me2S ، Me2S2 و دی متیل تری سولفید (Me2S3 ) ترکیبات بودار اصلی تولید شده با غلظت های 24 تا  ppbv 80
می باشند. کل سولفور متصاعد شده حدود 8/3 میلی گرم به ازاء هر کیلوگرم کمپوست می باشد. شرایط بی هوازی در طی فرآیند کمپوست سازی، نظیر وجود نواحی بسیار مرطوب یا خوب مخلوط نشدن مواد اولیه، تشکیل ترکیبات سولفوره فرار را ترغیب می کند در حالی که بعد از هوادهی انتشار آنها بشدت کاهش می یابد [26].

3-2-2- فرآیندهای با دمای بالا[11]

در  کشتارگاه ها، ضایعات و حیوانات مرده به محصولات ارزشمند نظیر چسب، گریس های غیر خوراکی و چربی (پی) تبدیل می شوند. در طی پخت (T>105C )، مواد بودار زیانبخش که عمدتا مرتبط به حضور ترکیبات سولفوره فرار، آمین ها، اسیدها، الکل ها و آلدئیدها می باشند، تولید می شوند. چلو و نامینک[12] (1984 )، در گازهای خروجی جمع آوری شده از واحدهای پخت کشتارگاه ها متوسط غلظت H2S و MeSH را ppmv 30 اندازه گیری کردند. با توجه به تحقیق انجام شده توسط لکامته[13] و همکارانش (1995)، 10 تا 1000 گرم از ترکیبات سولفوره و ازته به ازاء هر تن از مواد و در هر ساعت در یک کشتارگاه تولید می شود که عمده آنها عبارتند از: H2S ، MeSH ، اتان تیول و NH3 . در صنایع تصفیه لجن حرارتی، متیل سولفیدها، پیرازین ها، تیوپن ها و ایندول علت بوی ناشی از این صنایع می باشند. دیگر ترکیبات سولفوره بودار وابسته به فرآیندهای با دمای بالا، در تولید غذا و خوراک دام تولید می شوند [26].

3-2-3- مصارف صنعتی[14]

حدود 65% از تولید CS2 مربوط به ساخت ابریشم مصنوعی، 15 تا 25% مربوط به ساخت CCl4 ، 10 تا 18% مربوط به تولید سلوفین[15] و مقادیر کمتر مربوط به قارچ کش ها، مواد دفع آفات و حلال ها می شود. در تولید ابریشم مصنوعی، در طی فرآیند نخ ریسی، CS2 و H2S آزاد شده و سبب ایجاد بو در حوالی کارخانه ابریشم سازی می شود. ریوا[16] و همکارانش غلظت 20 تا ppmv 1000 برای CS2 و H2S در هوای خروجی از کارخانه ابریشم سازی گزارش کردند. برای دیگر ترکیبات آلی سولفوره، مصارف صنعتی شامل استفاده از آنها برای سنتز آمینو اسیدها (مانند متیونین)، افزودن آنها به گاز طبیعی بعنوان ترکیبات بودار هشداردهنده، استفاده از آنها بعنوان حلال (مانند Me2S برای سابستریت های غیر آلی) و دیگر مصارف نظیر سنگ شویی و لوازم آرایشی می باشد [26].

3-2-4- فرآیندهای شیمیایی[17]

در تولید کاغذ یک پروسه شیمیایی در یک واحد پخت با محلول NaOH و Na2S برای حذف اتصالات لیگنین از فیبرهای سلولزی انجام می شود. در طی فرآیند پخت، H2S ،  MeSH ، Me2S و Me2S2 بواسطه واکنش گروه های متوکسیل لیگنین با محلول پخت تشکیل می شوند. تحقیق انجام شده توسط سیولا[18] (1980) نشان می دهد که حدود 2/4% از سولفور محلول پخت به ترکیبات فرار سولفوره تبدیل  می شود. کارنوفسکی[19] (1975)، آستانه بوزایی برای ضایعات صنایع تولید کاغذ را کمتر از ppbv 5 گزارش کرد. مثال دیگر تولید ترکیبات فرار سولفوره، نتیجه واکنش شیمیایی خالص در طی درمان اسیدی سنگ فسفات برای تولید اسید فسفریک و کود می باشد. نهایتا، نشر H2S (و SO2 ) با فرآیندهای شیمیایی نظیر پالایش نفت، درمان گاز طبیعی شور و تولید برق از زغال سنگ، مرتبط است [26].

4- ویژگیهای ترکیبات سولفوره فرار

H2S ، MeSH و COS دردمای اتاق و فشار اتمسفر به شکل گاز هستند در حالی که دیگر ترکیبات سولفوره فرار که به آنها اشاره شد تحت این شرایط به شکل مایعات فرار می باشند (جدول 1 ). مهم ترین ویژگی این ترکیبات آستانه بوزایی پایین، سمیت بالا و خورندگی ذاتی آنهاست. این ویژگیها، درمان ضایعات گازی آلوده به ترکیبات فرار سولفوره را ضروری می سازد.

حداکثر مقادیر غلظت در محل کار (MAK value )، بیانگر حداکثر غلظت مجاز یک ترکیب شیمیایی در هوای محیط کار می باشد که به سلامت کارکنان لطمه نزده و سبب آزار آنها نشود. این مقدار بصورت غلظت متوسط در طی یک روز کاری یا یک شیفت کاری محاسبه می شود. مقادیر MAK برای ترکیبات سولفوره فرار کمتر یا برابر با ppmv 20 می باشد (جدول 1). با توجه به تحقیق انجام شده توسط ورسچواره[1] (1983)، اثرات سمی جدی H2S بر روی انسان در غلظت ppmv 200 بعد از یک دقیقه ظاهر می شود، در حالی که غلظت ppmv 800 سبب مرگ آنی می شود. در غلظتهای 50 تا ppmv 500 ، H2S سبب آزار تنفسی می شود در حالی که در غلظتهای بالای ppmv 500 سبب فلج تنفسی و فلج سیستم عصبی مرکزی
می شود. درمان اولیه برای کسانی که در معرض آلودگی قرار گرفته اند، دور کردن فوری آنها از محیط آلوده
می باشد. در مورد CS2 ، اثرات اولیه آلودگی با غلظت بالا (1000 تا ppmv 5000  ) شامل بیحالی، فلج ، اختلال تنفسی و نهایتا مرگ می باشد. ولیکن سمیت شدید CS2 بندرت اتفاق می افتد و بیشتر نمونه های گزارش شده مربوط به کارخانه های ابریشم مصنوعی می باشد. اندازه گیری مستقیم غلظت CS2 در خون و ادرار، نشان دهنده شدت آلودگی است  [26].

4-2-2- سمیت برای میکروارگانیسم ها[2]

در فرآیندهای هضم بی هوازی، غلظتهای 50 تا 200  میلی گرم بر لیتر از H2S محلول، می تواند سبب بازدارندگی باکتری های بی هوازی نظیر اسیدیفایرها[3] و متانوژن ها[4] شود. CS2 ویژگی های ضد باکتریایی و ضد قارچی دارد. این ترکیب بازدارنده قوی نیتریفیکاسیون می باشد. برای سولفیدهای حاوی متیل ( Me2S و Me2S2 )، کاهش فعالیت میکروبی لجن فعال در یک واحد تصفیه پساب در غلظتهای ppmv 30   گزارش شده است. COS یک بازدارنده اختصاصی برای جذب دی اکسید کربن توسط گونه های اتوتروفیک[5]
می باشد [26 ].

4-2-3- اثر خورندگی[6]

خورندگی اسید سولفوریک سبب خوردگی در لوله هاست و علت اصلی آن فعالیت گونه های تایوباسیلوس[7] است که H2S و تیوسولفات را اکسید می کنند. سند[8] و همکارانش نشان دادند که MeSH و دیگر سولفیدهای آلی نظیر Me2S و Me2S2 می توانند بعنوان سابستریت برای گونه های اسید دوست تایوباسیلوس استفاده شوند و لذا منبع تولید اسید سولفوریک در pH های پایین هستند. زمانی که سیمان (که ساختار اصلی آن از اکسیدها، هیدروکسیدها و کربنات های کلسیم تشکیل شده و pH آن 13 است) در معرض هوای حاوی H2S قرار می گیرد، pH سطح آن بتدریج کاهش می یابد. از pH 9 به بعد، سیمان تحت توالی میکروبی گونه های تایوباسیلوس قرار می گیرد و بعلت اکسیداسیون میکروبی ترکیبات سولفوره به اسید سولفوریک، pH بطور پیوسته کاهش می یابد. زمانی که pH به 3 می رسد، عمدتا گونه های تایوباسیلوس تایواکسیدانز[9] رشد می کنند تا pH به 1 می رسد. گونه های تایوباسیلوس تایواکسیدانز ، 20% از CO2 را که تثبیت می کنند بصورت سابستریت آلی (اسید پیروویک، اکسالاتیک اسید) ترشح می کنند. رابطه همزیستی با هتروتروف های اسید دوست  که می توانند این سابستریت های آلی دفع شده را تخریب کنند مانند گونه های اسیدوفیلوم[10] و اسپورورمیا کانکریتیوورا[11] ، امکان رشد انواع باکتریهای تولید کننده اسیدسولفوریک را فراهم
می کند. اسید سولفوریک تشکیل شده با سیمان واکنش داده و سنگ گچ می سازد و کاهش کلسیم پایداری ساختار سیمان را کم می کند. علاوه بر خورندگی اسید سولفوریک، H2S ممکن است با یون های آهن واکنش داده و سولفیدهای نامحلول تشکیل دهد. سولفیدهای آهن می توانند سبب خورندگی شیمیایی شوند  [26].

5- اتیل مرکاپتان و ویژگیهای آن

اتان تیول[12] (ET) یا اتیل مرکاپتان[13] (EM) یک ترکیب آلی سولفوره به فرمول CH3CH2SH
می باشد.  این ترکیب شامل یک گروه اتیل، CH3CH2 ، می باشد که به یک گروه تایول، SH ، متصل شده است. ساختار این ماده شبیه اتانول می باشد که  به جای اتم اکسیژن، اتم گوگرد قرار گرفته است. حضور گوگرد سبب خواص متفاوتی می گردد که مهم ترین آنها بوی بد اتان تیول می باشد. اتان تیول یک آلاینده سمی است که می تواند هم بطور طبیعی و هم بواسطه فعالیت های انسانی تولید و متصاعد شود. این ترکیب به فرآورده های گازی بی بو مانند گاز مایع اضافه می شود تا به فهمیدن نشت گاز کمک کند. اتان تیول یک مایع بی رنگ است که در طبقه بندی مواد بوزای قوی با آستانه بوزایی بسیار پایین (غلظت 0/0007 میلی گرم بر متر مکعب) قرار می گیرد. بخار ناشی از آن برای پوست بسیار آزاردهنده است و استشمام آن سبب افسردگی، ورم روده، بیهوشی، سر درد، تهوع و بی اشتهایی می گردد. علاوه بر این، می تواند تأثیرات ماندگاری بر روی کلیه ها، قلب، ریه ها و سیستم عصبی انسان داشته باشد. لذا حداکثر غلظت مجاز اتان تیول نباید بیش از 10  میلی گرم بر لیتر باشد. با توجه به آنچه گفته شد، حذف آلاینده های آلی بوزا نظیر اتان تیول از ضایعات گازی گوناگون در زمینه مهندسی محیط زیست حائز اهمیت می باشد و توسعه روش های تخریب مؤثر برای حذف این ترکیب بسیار مورد نیاز است [3,30].

1- مقدمه                                                                                            1

2- ترکیبات سولفوره فرار                                                                         1

3- نشر ترکیبات سولفوره فرار                                                                   1

3-1- منابع طبیعی                                                                                 2

-2- منابع مربوط به فعالیتهای انسانی                                                         3

3-2-1- فرآیندهای بی هوازی                                                                     3

3-2-2- فرآیندهای با دمای بالا                                                                   4

3-2-3- مصارف صنعتی                                                                            4

3-2-4- فرآیندهای شیمیایی                                                                     4

4- ویژگیهای ترکیبات سولفوره فرار                                                             5

4-1- آستانه بوزایی                                                                                 5

4-2- سمیت                                                                                         6

4-2-1- سمیت برای انسان                                                                       6

4-2-2- سمیت برای میکروارگانیسمها                                                         7

4-3- اثر خورندگی                                                                                   7

5- اتیل مرکاپتان و ویژگیهای آن                                                                   8

6- روشهای تخریب ترکیبات سولفوره فرار                                                     10

6-1- روشهای فیزیکی شیمیایی                                                               10

6-1-1- اکسیداسیون حرارتی                                                                    10

6-1-2- احتراق کاتالیستی                                                                      12

6-1-3- اسکرابینگ                                                                                14

6-1-4- جذب روی سطح جامد                                                                  15

6-2- روشهای بیولوژیک                                                                           17

6-2-1- بیواسکرابینگ                                                                             17

6-2-2- بیوفیلتراسیون بستر چکنده                                                          18

6-2-3- بیوفیلتراسیون                                                                           21

7- اصطلاحات مربوط به بیوفیلترها                                                           24

7-1- زمان اقامت بستر خالی و زمان اقامت واقعی                                       24

7-2- بار جرمی ورودی                                                                           24

7-3- بازدهی حذف و ظرفیت حذف                                                           25

8- پارامترهای مؤثر بر کارکرد بیوفیلترها                                                    25

8-1- بستر بیوفیلتر                                                                              25

8-2- میزان رطوبت                                                                              28

8-3- تخلخل                                                                                    28

8-4- افت فشار                                                                                29

8-5- سطح مخصوص بستر                                                                  29

8-6- pH         ا                                                                                           30

8-7- دبی جریان                                                                                            31

8-8- غلظت آلاینده                                                                                         31

8-9- رطوبت فاز گاز                                                                                       32

8-10- فاز مایع                                                                                              32

8-11- دما                                                                                                    33

8-12- میکروارگانیسمها                                                                                   33

9- سیستم آنزیمی قارچ ریسه سفید فانروکائت کرایسوسپوریوم                               36

9-1- آنزیمهای لیگنینولیتیک                                                                               36

9-2- کینتیک اکسیداسیون آلاینده های زیست محیطی توسط آنزیمهای لیگنینولیتیک      37

9-2-1- چرخه کاتالیتیک پراکسیدازها                                                                   37

9-2-2- واکنشهای منگنز پراکسیداز                                                                      38

9-2-3- واکنشهای لیگنین پراکسیداز                                                                     39

9-3- سیتوکروم پی 450                                                                                 42

9-3-1- ساختار و مکانیزم واکنش                                                                       42

10- تحقیقات انجام گرفته در ایران                                                                     44

اساس طراحی بیواسکرابر

اساس طراحی بیواسکرابر

فصل دوم- اهداف، نوآوریها و جزئیات تفصیلی کار

1 – انتخاب میکروارگانیسم- کاتالیز آلاینده زدایی زیستی با استفاده از مجموعه آنزیمی اکسیدوریدوکتازها در سیستم سلولی انتخابی به انجام می رسد. در این مهم حضور آلاینده اتیل مرکاپتان و سیستم زیستی در فاز آبی – جامد مد نظر می باشد. اهمیت سیتوکروم پی 450  نیز در این مهم باید مورد توجه قرار گیرد.  انتخاب قارچ یا باکتری ” کشت خالص ” با توجه به برخورداری سیستم میکروبی از موقعیتهای آنزیمی – سلولی فوق انجام می پذیرد. در تحقیق حاضر موقعیت  فانروکائت کرایسوسپوریوم[1] برخوردار از سیستم آنزیمی منگنز پراکسیداز و لیگنین پراکسیداز و نیز حضور  سیستم سلولی سیتوکروم پی 450، مد نظر بوده و انتخاب فانروکائت کرایسوسپوریوم بر اساس این مستندات صورت می پذیرد. از سوی دیگر توجه به باکتری گرم منفی رالستونیا ایوتروفا[2]، با در نظر گرفتن حضور چند سیستم آنزیمی اکسیدوریدوکتاز بوده و امکان انتخاب این میکروارگانیسم بر این اساس صورت می گیرد.

2-1- تطبیق زیستی میکروارگانیسم انتخابی با معرفی اتیل مرکاپتان در چند غلظت به انجام می رسد. عملکرد میکروارگانیسم با تعیین ظرفیت تخریب سیستم سلولی تحت آزمون بعنوان متغیر پاسخ، ارزیابی می گردد.3-1- مطالعه سینتیک رشد میکروارگانیسم با در نظر گرفتن سابستریت محدودساز رشد- سابستریت خود نقشی بازدارنده بر رشد  دارد- برای مثال رابطه مونود[3] در فرم بسط یافته آن برای در نظرگرفتن بازدارندگی سابستریت مطرح می شود. ضمن آنکه روابط دیگری نظیر روابط هلدین[4] و لونگ[5]، نیز می توانند در این مقوله مد نظر قرار گیرند.با انجام این بخش از تحقیق، انتخاب گونه میکروبی برخوردار از ظرفیت حذف مؤثر اتیل مرکاپتان از میان دو گونه تحت آزمون میسر می گردد.

1-2-  ساخت و آماده سازی بیوفیلتر بستر چکنده

جزئیات کاری در این مرحله با ارائه شکل 2 بیان می شود. ابعاد بیوراکتور ارائه شده در این شکل  به شرح جدول 1 می باشد .سنگ آذرین بعنوان پایه تثبیت در تحقیق حاضر مورد استفاده قرار می گیرد. آماده سازی سنگ آذرین طبق روشهای موجود در تحقیقات پیشین در این آزمایشگاه، به انجام می رسد. تعیین تعدادی از مشخصه های فیزیکی- شیمیایی پایه تثبیت ضروری بوده و در این زمینه به ویژگیهایی نظیر شکل و اندازه[6]، دانسیته[7]، تخلخل[8]، سطح مخصوص[9] و pH  می توان اشاره کرد.

1- اهداف و مراحل انجام پروژه                                                                        47

2- نوآوریهای پروژه                                                                                        52

3- برنامه زمان بندی پروژه                                                                              53

شمایی از واحد احتراق با جریان برگشتی

شمایی از واحد احتراق با جریان برگشتی



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان