۷

مقایسه کربن فعال آماده‌شده توسط ماکروویو و روش‌های گرمایش متداول

حذف OTC از فاضلاب توسط کربن فعال

لیو هانگ

۲۰۱۱

۸

فرایند اکسیداسیون شیمیایی

حذف همزمان OTC و سولفامتازین از فضولات حیوانی توسط فرایند اکسیداسیون شیمیایی

مری اوکر و دیگران

۲۰۰۹

۹

رآکتور چندمسیره بی‌هوازی متوالی/(AMCBR) (CSTR) سیستم رآکتور اختلاط کامل

حذف اکسی تتراسایکلین در فاضلاب دارویی

دلیا ترسا

۲۰۱۲

۴-۳ روش‌های تصفیه اکسی­تتراسایکلین
امروزه تعداد بسیاری از ترکیبات آنتی‌بیوتیکی به دلیل اهمیتشان در درمان دارویی در سطح وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرد. هنوز حضور مواد آنتی‌بیوتیکی در محیط‌های آبی یک موضوع درحال­رشد است که اکثراً از صنایع دارویی قابل‌استفاده برای دام و انسان وارد فاضلاب می‌شود.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

حدود ۳۰-۹۰ درصد مقدار داروی مصرف‌شده به‌صورت غیرقابل­تجزیه در بدن انسان یا حیوان باقی می‌ماند که عمدتاً دفع می‌گردند.]۲۶[
اگرچه تولیدات دارویی، به طور خاص برای نمایش نیمه­عمر پایین طراحی ‌شده‌اند، اما آنتی‌بیوتیک‌های بسیاری نیز مانند گروه‌های آمپی‌سیلین، اریترومایسین، سولفامتوکزازول، تتراسایکلین و پنی سیلیلول نمی‌توانند حتی توسط تصفیه فاضلاب حذف شوند و درصورتی‌که در ادامه وارد محیط‌زیست شود خطرهای جدی اکولوژیکی را به­همراه دارد.]۲۷[
تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که آنتی‌بیوتیک‌های بی‌شماری دارای طبیعت سمی در برابر جلبک‌ها و سایر ارگانیسم‌های پایین‌تر هستند که می‌توانند تأثیر غیرمستقیم درازمدت روی پایداری اکولوژیکی بگذارند.]۲۸[
تتراسایکلین
تتراسایکلین‌ها خانواده‌ای از آنتی‌بیوتیک‌های باکتری‌کش هستند که در مقابل باکتری‌های مختلف گرم­منفی و گرم­مثبت، مایکوپلاسماها، کلامیدیاها و ریکتزیاها فعال می‌باشند. تتراسایکلین برای درمان آکنه نیز استفاده می‌شود. همچنین به دلیل جذب آن توسط استخوان از آن به عنوان نشانگر در بررسی‌های رشد استخوان‌ها در بیوپسی های انسانی استفاده می‌شود. این داروها با اتصال به ریبوزوم از پروتئین‌سازی جلوگیری می‌کنند. تتراسایکلین‌های گوناگون (مثل داکسی­سایکلین، مینوسایکلین، اکسی­تتراسایکلین و…) فعالیت ضدمیکروبی مشابه ولی خواص فارماکولوژیک متفاوت دارند.
ساختار
همان‌طور که از نام تتراسایکلین‌ها برمی‌آید، این داروها شامل چهار حلقه سایکلیک با سه گروه R مختلفمی‌باشند.]۷[
شکل ۴-۱- ساختار تتراسایکلین­ها]۷[
بنابراین حذف بقایای تتراسایکلین از محیط به عنوان یک موضوع جدی مطرح می‌شود. اگرچه حذف تتراسایکلین هزینه زیادی را می‌طلبد، اما صنایع دارویی به‌طور خاص باید فاضلابشان را در سطحی که بتواند وارد محیط‌زیست شود تصفیه کنند.]۲۹[
به منظور حذف OTC از عملیات فیزیکی مانند جذب و فتولیز و فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی ازجمله ازن زنی، فتوکاتالیستیUV/TiO2، اکسیداسیون پیشرفته(UV/H2O2) و فنتون استفاده‌ شده­است.
به‌ عنوان ‌مثال در تایلند خاک ‌آلوده بهOTC که پیش‌تر برای پرورش میگو به­کار می‌رفت را با دانه‌های سویا به عنوان جاذب (مقدار mg/kg soil ۱۰۵OTC) پس از ۱۰ روز، با راندمان ۸۰ درصد پاک‌سازی کردند. همچنین در فرآیندهای جذب با فعال‌تر کردن سطح کربن­فعال به وسیله اسیدفسفریک و امواج ماکرو، در pH برابر ۲.۸ میزان جذب OTC از mg/g ۵۳۷ به mg/g۵۶۴ ارتقا یافته­است.]۳۰و۳۱[
در عملیات فتولیز، OTC با غلظت mg/L۴۰در pH برابر ۹ به مدت ۲۴۰ دقیقه تحت تابش UV-A با توان W۵۰۰ قرارگرفته که ۱۳.۵ درصد حذف کل کربن آلی (TOC) و ۹۰ درصد حذف خود مولکول را به دنبال داشته­است. نتایج آنالیز نشان دادند که ساختار اصلی OTC تخریب نشده و فقط یک گروه آمینی و یک گروه هیدروکسیل از آن حذف ‌شده­است. همچنین سینتیک تخریب OTC به طور دقیق از مدل مرتبه اول پیروی کرده و با افزایش قیمت اولیه OTC از۱۰ به mg/L ۴۰ ثابت سرعت واکنش از ۱min– ۰.۰۱۴۱ به ۱min–۰٫۰۰۷۵کاهش ‌یافته­است. در این فرایند یون‌های نیترات با غلظت ppm ۵۰ به دلیل ایجاد رادیکال هیدروکسیل سبب افزایش سرعت واکنش شده و ثوابت سرعت را از ۰.۰۰۹۹ به ۱min– ۰.۰۱۵۱ ارتقا دادند.]۳۲[
در فرایند لجن فعال با MLSS[5]، mg/L۳۰۰۰ در pH معادل ۷، غلظت ppb۲ از OTC طی ۱۲۰ دقیقه به میزان ۷۴ درصد و در یک هاضم بی‌هوازی با دمای ۳۵ درجه سلسیوس، pH برابر ۷ غلظت mg/L۱۰از OTC پس از ۶۴ روز به میزان۶۰ درصد حذف ‌شده­است.]۳۳و۳۱[
علاوه بر این، راندمان حذف OTC با غلظت اولیه mg/L ۱۰۰در فرایند ازن­زنی با مقدار ۲۴ گرم بر ساعت در pH برابر ۱۱ پس از ۶۰ دقیقه ۹۹ درصد گزارش ‌شده که در محدوده زمانی ۵ تا ۳۰ دقیقه ازن­زنی محصول تولیدشده بسیار سمی‌تر از ماده اولیه است.]۸[
همچنین ۸۸ درصد OTC با غلظت mg/L ۱۰۰در pH برابر ۷ توسط فرایند فتوکاتالیستی ۲ UV/TiOکه در آن نانوذرات ۲TiO با زئولیت به نسبت ۱۵درصد وزنی مخلوط بوده، پس از گذشت ۲۱۰ دقیقه حذف و یون‌های کلرید، سولفات و نیترات تا غلظت mmol/L ۱۰ هیچ مزاحمتی به دلیل جذب توسط زئولیت نداشتند.۷۰درصد OTC با غلظت اولیه mg/L ۱۰۰در فرایند فنتون با نسبت ۱به ۱۰ آهن به پراکسید هیدروژن و pH برابر ۲.۶، پس از ۱۲۰ دقیقه تجزیه ‌شده­است. سینتیک واکنش با ثابت سرعت ۱M–۱S 1199مرتبه دوم بوده و تابع غلظت آهن و H2O2 بوده ­است.]۲۰[
در فرایند UV/H2O2 با بهره گرفتن از توان تابشی W۱۱ و مقدار Mm ۱پراکسیدهیدرژن، نمونه حاوی µM5 از OTC با pH برابر ۸ پس از ۲۰ دقیقه به طور کامل تخریب‌ شده اما مقدار حذف TOC فقط ۱۰ درصد بوده است. در مطالعه سینتیکی مدل مرتبه دوم صادق بوده و ثابت سرعت حذف OTC برابر ۱M–۱S– ۶.۹۶×۹۱۰ و تابع غلظت OTC و رادیکال هیدروکسیل بوده ­است.
همچنین حضور یون‌های نیترات، سولفات، بی‌کربنات و کلرید با غلظت‌های به ترتیبppm ۱۳۲، ۶۰، ۳۰۰ و ۱۰۷ به دلیل کاهش راندمان تولید رادیکال هیدروکسیل، سرعت واکنش حذف را به‌شدت کاهش دادند.]۳۴[
مقدارgr/L ۵ OTC در PHبرابر ۴ توسط ۳۰ gr/L Cu2O در مجاورت نور مرئی (لامپ متال هالید ۲۵۰ وات) در مدت ۴ ساعت واکنش داده، پارامترهای جذب و TOC به ترتیب با راندمان ۸۸ و ۶۵ درصد حذف شدند. علاوه بر این با توجه به تحقیقات انجام‌شده یون‌های کلسیم و منیزیم کمپلکس پایداری با OTC تشکیل داده و مانع حذف آن می‌شوند.]۳۵[
در این پژوهش به بررسی روش‌های جذب، انعقاد و فیلتراسیون غشایی پرداخته و مقایسه‌ای برای یافتن شرایط بهینه انجام خواهد شد.
۴-۳-۱ تصفیه آلاینده‌ها توسط جذب از طریق جاذب کربن فعال و گل بنتونیت
دو روش اصلی حذف مواد محلول در تصفیه‌ی آب­و­فاضلاب وجود دارد: تبدیل بیولوژیکی و تبدیل غیر بیولوژیکی (فرایند فیزیکی- شیمیایی). ازجمله فرآیندهای فیزیکی- شیمیایی می­توان به جذب سطحی، تعویض یونی، فیلتراسیون غشایی، اکسیداسیون شیمیایی و ترسیب اشاره کرد. نوع فرایند موردبررسی در هر مورد مخصوص با توجه به ویژگی‌های فاضلاب انتخاب می‌شود. برای مثال، در مورد جذب، مواد غیرقطبی مثل اکثر ترکیبات آلی به‌راحتی توسط کربن فعال جذب می‌شوند که یک جاذب غیرقطبی است، درحالی‌که مواد قطبی نیاز به جاذب قطبی مثل ژل سیلیس (Silica Gel) دارند [۳۶ و ۳۷]. در حالت کلی جاذب­ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
الف) ترکیب­های حاوی اکسیژن: غالباً هیدروفیلیک و قطبی­اند مثل ژل سیلیس و زئولیت؛
ب) ترکیب­های پایه کربنی: غالباً هیدروفوبیک و غیرقطبی‌اند مثل کربن­فعال و گرافیت؛
ج) ترکیب­های پایه پلیمری: قطبی و غیرقطبی­ در ماتریس متخلخل پلیمری.
در جذب سطحی اصلی­ترین انواع مواد جذب‌کننده شامل کربن­فعال، پلیمرهای مصنوعی و سیلیکای دارای توانایی جذب می‌شود. پلیمرهای آلی و سیلیکای دارای توانایی جذب در فرایند جذب فاضلاب به‌ندرت استفاده می‌شوند، زیرا دارای هزینه‌ی بالایی هستند. در عمل تقریباً فقط کربن برای حذف مواد غیرقطبی به­کار می­رود. دلیل اصلی آن‌هم بحث اقتصادی می‌باشد. به علت حجم آبی که باید تصفیه شود و دامنه‌ی وسیع ترکیبات که در اکثر آب‌ها یافت می‌شوند هر دو فاکتور مهم­ می­باشند. به‌علاوه، جاذب موفق نباید خود آب را جذب کند (مثل ژل سیلیس)، پس جذب از آب­وفاضلاب محدود به مواد غیرقطبی می‌شوند.
در تعریف پدیده‌ی جذب، می­توان گفت جذب، تجمع مواد روی سطح مشترک می‌باشد. این سطح مشترک ممکن است مایع- مایع، مایع- جامد، گاز- مایع و یا گاز- جامد باشد. به‌عبارت‌دیگر، جذب، فرایند جمع­کردن موادی که در آب یا فاضلاب به‌صورت محلول می­باشند بر روی یک سطح است. این فرایند، فرایند انتقال است که در آن ماده‌ی جایگزین­شونده از فاز یک مایع به فاز جامد منتقل می‌شود. ماده‌ی جذب‌شونده هم ماده‌ای است که در حال حذف­شدن از فاز مایع در سطح مشترک می‌باشد. ماده‌ی جذب‌کننده دارای فاز جامد، مایع یا گاز می‌باشد که مواد جذب‌شونده را جمع می‌کند. در این میان تنها حالت جذب مایع- جامد به‌وفور در آب­وفاضلاب استفاده می­گردد. مواد محلول یا تمایل به تجمع در سطح مشترک دارند یا بر اساس مقاومت نسبی جذب خودشان یا جاذب از سطح مشترک پخش می‌شوند. درنتیجه مولکول­های غیر قطبی تمایل به مهاجرت به سمت سطح مشترک دارند.[۳۶]
۴-۳-۱-۱ معرفی کربن فعال
مواد پایه­کربنی طیف وسیعی از جاذب­های صنعتی را تشکیل می­ دهند که شاخص­ترین آن‌ها کربن­فعال است. کربن­فعال نوعی گرافیت آمورف و به‌شدت متخلخل است. طبق تعریف، کربن­فعال جامدی بسیار متخلخل، غیرقطبی و آمورف است که حاوی میکروکریستال با شبکه‌های گرافیتی می‌باشد. سطح ویژه‌ی بالا m2/g )۱۵۰۰–۵۰۰)، تخلخل زیاد و طیف وسیع عملکرد سطحی، کربن­فعال را به یک جاذب پرکاربرد تبدیل کرده­­است. خصوصیات کربن­فعال به ماده‌ی خامی که از آن تولید شده (چوب، زغال‌سنگ، لیگنین، پوست نارگیل و غیره) و نحوه‌ی فعال‌سازی وابسته است. کربن­فعال پودری به طور صنعتی در اروپا در ابتدای قرن ۱۹ میلادی با بهره گرفتن از چوب به عنوان ماده‌ی خام تولید شد. اولین استفاده از کربن­فعال در تصفیه‌ی آب به سال ۱۹۳۰ در آمریکا برمی­گردد که برای حذف بو و مزه از آب­های آلوده استفاده شد. [۳۸]
فرایند فعال‌سازی کربن باعث ایجاد فضا بین کریستال­های ابتدایی گرافیت شده و علاوه بر آن باعث ایجاد ترک­هایی در ساختار متخلخل کربن، موازی و یا عمود بر صفحات گرافیت می‌شود. بدین شکل سطح ویژه‌ی کربن افزایش می‌یابد. فرایند فعال‌سازی به دو صورت فیزیکی و شیمیایی انجام می‌شود. در فرایند فیزیکی در ابتدا ماده‌ی خام ۶۰۰ – ۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد حرارت داده می‌شود تا مواد فرار آن تخلیه شود. سپس گازهای اکسیدی مانند ۲CO با دمای ۱۰۰۰ – ۸۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد به آن دمیده می‌شود که باعث توسعه‌ی تخلخل و سطح ویژه‌ی آن می‌شود. تفاوت اصلی بین فعال‌سازی شیمیایی و فیزیکی تعداد مراحل موردنیاز فعال‌سازی می‌باشد. فعال‌سازی شیمیایی در یک مرحله رخ می­دهد، درحالی‌که فعال‌سازی فیزیکی در دو مرحله شامل کربوناسیون و فعال‌سازی انجام می­گردد. کربن­های فعال­شده در دمای ۴۰۰ – ۲۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد معمولاً اکسیدهای اسیدی و محلول­های pH پایین به وجود می­آورند. آن‌ها بازها را جذب می­ کنند و هیدروفیلیک هستند. کربن­فعال در دمای ۱۰۰۰ – ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد اکسیدهای بازی و محلول با pH بالا به وجود می­آورند و اسید جذب می­ کنند[۳۸].
ازلحاظ اندازه، کربن­فعال به دو صورت موجود می‌باشد یکی کربن­فعال پودری (PAC[6]) که معمولاً دارای قطری کمتر از ۷۵/۰ میلی‌متر (الک ۲۰۰) می‌باشد و کربن فعال دانه­ای (GAC[7]) که دارای قطری بیشتر از ۱/۰ میلی‌متر (تقریباً الک ۱۴۰) می‌باشد، ویژگی‌های کربن دانه­ای و پودری در جدول ۴-۲ خلاصه‌شده است [۳۹].
جدول ۴-۲ – ویژگی‌های کربن فعال دانه­ای و پودری]۳۹[

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...