پديد آورندگان :
ارباب، پويا دانشگاه تربيت مدرس - دانشكده مهندسي عمران و محيط زيست - گروه مهندسي عمران- محيط زيست , آيتي، بيتا دانشگاه تربيت مدرس - دانشكده مهندسي عمران و محيط زيست - گروه مهندسي عمران- محيط زيست , انصاري، محمدرضا دانشگاه تربيت مدرس - دانشكده مهندسي مكانيك - گروه تبديل انرژيد
كليدواژه :
رنگزا , انرژي , كاويتاسيون هيدروديناميكي , صفحه روزنه دار , فشار
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: بسياري از آلاينده هاي موجود در فاضلاب هاي صنعتي از قبيل رنگزاها به دليل ماهيت پيچيده و مقاومشان به راحتي به وسيله فرآيندهاي متداول تصفيه فيزيكي، بيولوژيكي و شيميايي قابل حذف نمي باشند. بنابراين دستيابي به يك فناوري تصفيه موثر كه بتواند مولكول هاي مقاوم را بطور كامل تجزيه كرده و يا به مولكول هاي كوچكتر قابل تجزيه با فرآيندهاي مرسوم تبديل كند، امري ضروري به نظر مي رسد. كاويتاسيون چنين تكنيك امروزي اي است كه به دليل قابليت توليد راديكال هاي آزاد با فعاليت بالا، به منظور شكست تركيب هاي شيميايي آلي و تجزيه آلاينده هاي مقاوم به تجزيه بيولوژيكي، مورد بررسي قرار گرفته است. كاويتاسيون هيدروديناميكي، توانايي به كارگيري در مقياس بزرگتر به دليل قابليت توليد راديكال هاي هيدروكسيل در شرايط محيطي با هزينه پايين تر در جهت به كارگيري اقتصادي تر را دارا است. هدف از اين پژوهش به كارگيري كاويتاسيون هيدروديناميكي به منظور تجزيه رنگزاي راكتيو مشكي 5 و بهينه سازي پارامترهاي موثر بر فرآيند (ph، فشار ورودي، قطر روزنه و غلظت رنگزا) با توجه به ميزان راندمان و انرژي مصرفي بود. مواد و روش ها: در اين پژوهش تجزيه رنگزاي راكتيو مشكي 5 به وسيله كاويتاسيون هيدروديناميكي مورد بررسي قرار گرفت. 8.25 ليتر محلول رنگي در هر تست مورد آزمايش قرار گرفت. كاويتاسيون از طريق به كارگيري پمپ و صفحه روزنه دار توليد شد. به منظور بهينه سازي فرآيند، آزمايش هاي مختلف در phهاي 3 الي 11 و نيز با به كارگيري صفحه هاي با قطر روزنه مختلف 2، 3، 5 و 7 ميليمتر در فشارهاي 2، 3، 4 و 5 بار و غلظت هاي رنگزاي 30، 50 و 100 ميلي گرم بر ليتر انجام گرفت. با توجه به ولتاژ ثابت برق شهري، جريان الكتريكي به عنوان شاخصي براي انرژي مصرفي به وسيله آمپرمتر مورد اندازه گيري قرار گرفت. نتايج و بحث: با توجه به نتايج با كاهش ph، ميزان رنگبري افزايش يافت و صفحه هاي روزنه دار با قطر روزنه بزرگتر در فشارهاي بالاتر راندمان بهتري داشتند. مشاهده گرديد كه افزايش غلظت اوليه رنگ، سبب كاهش راندمان حذف شد. صفحه با روزنه 7 ميليمتر در فشار ورودي 5 بار، بيشترين بازده را به دست داد ولي با در نظر گرفتن ميزان انرژي مصرفي و با توجه به ميزان بازده فرآيند به ميزان مصرف انرژي، صفحه با قطر روزنه 7 ميليمتر و فشار ورودي 4 بار به عنوان بهينه انتخاب شد. ph برابر با 3، صفحه با روزنه به قطر 7 ميليمتر در فشار ورودي 4 بار و غلظت اوليه رنگزا برابر با 30 ميلي گرم بر ليتر (با توجه به ميزان انرژي مصرفي پمپ از طريق اندازه گيري جريان الكتريكي و راندمان فرآيند) به عنوان شرايط بهينه در نظر گرفته شد. در اين شرايط پس از 120 دقيقه، ميزان رنگبري برابر با 38.21 درصد به وسيله كاويتاسيون هيدروديناميكي به دست آمد.نتيجه گيري: كاويتاسيون هيدروديناميكي، توانايي به كارگيري در مقياس بزرگتر به دليل قابليت توليد راديكال هاي هيدروكسيل در شرايط محيطي را دارا است. مشخص شد كه ميزان مصرف انرژي عاملي تاثير گذار در انتخاب شرايط بهينه بود. با كاهش غلظت اوليه رنگزا و ph، ميزان حذف رنگ افزايش يافت و صفحه هاي روزنه دار با قطر روزنه بزرگتر در فشارهاي بالاتر راندمان بهتري داشتند.
چكيده لاتين :
Introduction: Many pollutants in industrial wastewaters, such as dyes, can't be removed easily by the conventional physical, biological and chemical purification processes, because of their complexity and intractability. Therefore, it is necessary to find an effective treatment technology that can degrade complex bio-refractory molecules or can breakdown them into smaller molecules which can be further degraded by conventional methods. Cavitation is one such recent technique which has been extensively studied for the treatment of complex wastewater due to its ability of generating highly reactive free radicals. Hydrodynamic cavitation has a potential of application on larger scale due to its capability in generating hydroxyl radicals at ambient condition, easy scale up and less material cost making it more economical to employ. The purpose of this study was application of hydrodynamic cavitation process for removing Reactive Black 5 and optimization the affecting parameters (pH, inlet pressure, hole diameter and initial concentration of dye) based on the amount of efficiency and energy consumption.
Material and methods: In this research, removal of Reactive Black 5 with the use of hydrodynamic cavitation process was studied. 8.25 liters of colored solution was examined in each test. The cavitation was produced by orifice plate and pump. In order to optimize process, various trials were performed in pH of 3 to 11 and also using different orifice plates with hole diameter of 2, 3, 5 and 7 mm at inlet pressures of 2, 3, 4 and 5 bar and dye concentration of 30, 50 and 100 ppm. Due to the constant voltage of urban electricity, the electric current was measured as an indicator of energy consumption by ammeter.
Results and discussion: According to the results by reducing the pH, dye removal was increased and orifice plates with larger hole diameter in upper pressures had better efficiency. It was observed that increasing the initial concentration of dye resulted in decreasing dye removal efficiency. The orifice with 7 mm hole diameter at 5 bar inlet pressure yielded the highest efficiency, but by involving the amount of energy consumed and considering the process efficiency to energy consumption, the orifice with 7 mm hole diameter at 4 bar inlet pressure was chosen as the best. The pH of 3, orifice with 7 mm hole diameter at 4 bar pressure and initial concentration of 30 ppm (with regards to pump energy consumption obtained from measuring the electrical current and the efficiency of process) were selected as optimum conditions. In these conditions after 120 minutes, 38.21% dye removal was obtained using hydrodynamic cavitation.
Conclusion: Hydrodynamic cavitation has a potential of application on larger scale due to its capability in generating hydroxyl radicals at ambient condition. It was found that the energy consumption was an effective factor in selecting the optimum conditions. By reducing the initial dye concentration and pH, dye removal was increased and orifice plates with larger hole diameter in upper pressures had better efficiency
