پديد آورندگان :
ارباب، پويا دانشگاه تربيت مدرس، تهران - دانشكده مهندسي عمران و محيط زيست - گروه مهندسي عمران- محيط زيست , آيتي، بيتا دانشگاه تربيت مدرس، تهران - دانشكده مهندسي عمران و محيط زيست - گروه مهندسي عمران- محيط زيست , انصاري، محمدرضا دانشگاه تربيت مدرس، تهران - دانشكده مهندسي مكانيك - گروه تبديل انرژي
كليدواژه :
رنگزا , كاويتاسيون هيدروديناميكي , نانو فتوكاتاليست , راندمان , هزينه , پساب صنعت نساجي
چكيده فارسي :
پساب صنعت نساجي باعث ايجاد مشكلات زيست محيطي جدي به‌دليل سميت بالا و رنگي بودن مي‌شود. بنابراين دستيابي به يك فناوري تصفيه مؤثر به‌منظور حذف رنگزاهاي آلي از پساب امري ضروري به نظر مي‌رسد. كاويتاسيون تكنيك نويني است كه به‌دليل قابليت توليد راديكال‌هاي آزاد با فعاليت بالا، به‌منظور تصفيه آلاينده‌هاي پيچيده، مورد توجه قرار گرفته است. تابحال پژوهشگران بيشتر بر روي تفسيرهاي كيفي و روش‌هاي علمي مرتبط تمركز داشته‌اند و آناليزهاي كمي براي تحليل هزينه كنترل آلودگي براي صنعت نساجي به‌منظور قضاوت و تصميم‌گيري انجام نشده است. اين نياز وجود دارد كه در آينده مطالعات با تمركز بر روي تحليل هزينه فرايندهاي بيشتري مانند فرايندهاي اكسيداسيون پيشرفته، تركيبي و بيولوژيكي در زمينه تصفيه فاضلاب نساجي انجام گيرد. بنابراين اين پژوهش با هدف بررسي و مقايسه فرايندهاي مختلف منفرد و تركيبي با فرايند كاويتاسيون هيدروديناميكي (در يك سيستم واحد و با يك آلاينده مشخص) به‌منظور حذف رنگزاي راكتيو مشكي 5 به انجام رسيد. كاويتاسيون هيدروديناميكي با استفاده از صفحه روزنه‌دار با قطر روزنه 7 ميلي‌متر در فشار ورودي 4 بار به‌كار گرفته شد. فرايندهاي منفرد فتوكاتاليستي، فتوليز، جذب و تركيبي كاويتاسيون+ فتوليز، كاويتاسيون+ فتوكاتاليست و كاويتاسيون+ فتوكاتاليستي در حذف رنگزا بررسي شد و هر كدام با تغيير پارامترهاي مختلف (pH، غلظت نانو فتوكاتاليست TiO2، توان پرتودهي و غلظت رنگزا) بهينه‌يابي شدند و بهترين راندمان آن‌ها به‌دست آمد. به‌علاوه با در نظر گرفتن هزينه‌هاي انرژي و نانوفتوكاتاليست مصرفي فرايندها در كنار راندمان فرايند، با تعريف شاخص راندمان به هزينه، فرايندها رتبه دهي شدند. در فرايندهاي مطالعه شده، كاهش pH با افزايش راندمان همراه بود، البته در مورد فرايند فتوليز افزايش راندمان در بالاترين سطح pH بازي به نسبت اسيدي چشمگيرتر بود. افزايش غلظت نانوفتوكاتاليست تا حد بهينه افزايش راندمان را در پي داشت. بالاتر بردن توان پرتودهي با بهبود راندمان تجزيه رنگزا همراه بود. راندمان فرايندها با افزايش غلظت آلاينده كاهش يافت. فرايندهاي كاويتاسيون+ فتوكاتاليستي، فتوكاتاليستي، كاويتاسيون+ فتوليز، فتوليز، كاويتاسيون + فتوكاتاليست، كاويتاسيون و جذب به‌ترتيب با راندمان‌هاي رنگبري 83، 60، 52، 49، 43، 38 و 13 درصد در جايگاه اول تا هفتم قرار گرفتند. اين در حالي است كه در اين بين با توجه توامان به راندمان و هزينه مصرفي (با تعريف نسبت راندمان به هزينه)، فرايند فتوليز و پس از آن فرايندهاي كاويتاسيون + فتوليز، كاويتاسيون و كاويتاسيون + فتوكاتاليستي با بهترين نسبت‌ها در رتبه اول تا چهارم قرار گرفتند. كاويتاسيون هيدروديناميكي رويكردي اميدبخش براي مقابله با آلاينده‌هاي صنعتي است و نيز تركيب اين فرايند با ديگر فرايندهاي پيشرفته نتايج مطلوبي را در پي دارد. توجه به پارامترهاي انرژي و هزينه نانوفتوكاتاليست مصرفي در مقايسه فرايندها بسيار مهم است و نبايد تنها به راندمان خروجي فرايند اكتفا نمود. با در نظر گرفتن هزينه قابل توجه نانوفتوكاتاليست‌ها از قبيل نانو دي اكسيد تيتانيم، رويكردهاي تركيبي (مانند تركيب كاويتاسيون با ديگر فرايندهاي اكسيداسيون پيشرفته) با نتيجه مصرف كمتر نانو ماده و هزينه عملياتي كمتر، مقرون به صرفه هستند.
چكيده لاتين :
The textile industry wastewater causes serious environmental problems due to its high toxicity and color. Therefore, it is necessary to find an effective treatment technology for removing
organic dyes from wastewater. Cavitation is one such modern technique which has been
considered for the treatment of complex pollutants because of its ability to generate highly
reactive free radicals. Up to now, researchers have mostly focused on qualitative interpretations
and related scientific techniques, and there has been no quantitative cost analysis for pollutant
control in textile industries for decision making purposes. Future studies need to focus on the
cost analysis of more processes in textile wastewater treatment, such as advanced oxidation and
combined and biological processes. Thus, this research was conducted with the aim of
investigating and comparing various single and combined processes using the hydrodynamic
cavitation (in a single system and with a specific contaminant) to remove reactive black 5 dye.
Hydrodynamic cavitation (HC) was applied by using an orifice plate with a 7 mm hole diameter
at the inlet pressure of 4 bars. Single processes, photocatalysis, photolysis, adsorption and
combined processes, cavitation + photolysis, cavitation + photocatalyst and cavitation +
photocatalysis were investigated in dye elimination and each of them was optimized by
changing the various parameters (pH, TiO2 nanophotocatalyst concentration, irradiation power
and dye concentration) and their best efficiency was obtained. In addition, considering the cost
of energy and the nanophotocatalyst consumed by the processes, along with the process
efficiency, processes were ranked by defining the index of efficiency to cost ratio. In the studied processes, efficiency increased as pH reduced, however, in the case of the photolysis process,
efficiency increase at the highest level of the basic pH was significantly higher than acidic pH.
Increasing the nanophotocatalyst concentration up to an optimum level resulted in efficiency
increase. The decolorization rate increased as the irradiation power increased. The processes
efficiency decreased with an increase in the initial concentration of the dye. In terms of
efficiency, cavitation + photocatalysis, photocatalysis, cavitation + photolysis, photolysis,
cavitation + photocatalyst, cavitation and adsorption processes, with the dye removal
efficiencies of 83, 60, 52, 49, 43, 38 and 13% were placed first to seventh. This is while,
considering both efficiency and cost consumption, photolysis process and then processes of
cavitation + photolysis, cavitation and photocatalysis were ranked first to fourth, respectively
with the best ratios. Hydrodynamic cavitation is a promising approach for dealing with
industrial pollutants and the combination of this process with other advanced oxidation
processes yields desirable results. Considering the parameters of energy and the cost of
consumed nanophotocatalyst in the comparison of processes is very important and the output
efficiency of the process should not be the only criterion. Paying attention to the substantial
costs of nanophotocatalysts such as nanotitanium dioxide, combined techniques (e.g., the
combination of cavitation with other advanced oxidation processes) lead to less consumption of
nanomaterial and lower operational costs and are therefore cost-effective.
