تصفیه آب و پسابهای آلوده به مواد نفتی با روش فتوکاتالیستی خورشیدی با نانوذرات tio2تثبیت شده

در این تحقیق، تصفیه آب و پساب سنتزی آلوده به یکی از ترکیبات نفتی"گازوئیل" با استفاده از یک راکتور فتوکاتالیستی خورشیدی پلکانی فیلم نازک با نانوذرات tio2 تثبیت شده بر روی صفحات بتنی مورد بررسی قرار گرفت. پایلوت فتوراکتور شامل قسمت پلکانی شکل دارای 5 عدد پله از جنس بتن سبک با سنگدانه پامیس به ابعاد 4×12×24 سانتی متر، یک مخزن تغذیه همراه با پمپ، سریز، هواده، سایر متعلقات راکتور و یک شاسی فلزی است. برای جلوگیری از اثرات باد، باران و تبخیر پساب فتوراکتور با پوشش شیشه ای مستور و در پشت بام دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس متمایل به سمت جنوب تحت زاویه 37 درجه نسبت به افق قرار گرفت. در این سیستم 40 لیتر از پساب سنتزی با غلظت-های مشخص با نرخ جریان 200 لیتر در ساعت همراه با هوادهی پیوسته در گردش بود. پوشش دهی نانوذرات به روش دوغابی و با استفاده از چسب بتن اپوکسی دوجزئی صورت گرفت. تاثیر عوامل اصلی در راندمان فرایند شامل ph، زمان تابش uv، میزان بارگذاری جرمی tio2 بر صفحات بتنی، غلظت آلاینده ورودی و غلظت h2o2 در راندمان حذف مجموع هیدروکربن های نفتی (tph)، مجموع هیدروکربن های چند حلقوی (pahs) و cod بررسی گردید. بدین منظور طراحی آزمایش با نرم افزار design expert نسخه 8 بر مبنای 5 فاکتور با روش سطح پاسخ (rsm) در 5 سطح مختلف با طرح مرکب مرکزی (ccd) انجام و تعداد آزمایشات 32 عدد مشخص گردید. پس از انجام آزمایشات مشخص شده، آنالیز واریانس (anova) جهت ارزیابی مدل فرایند و تعیین میزان تاثیر هر یک از پارامترها انجام گرفت. در پایان با بهینه سازی فرایند شرایط بهینه ph برابر 5، میزان tio2 بر سطح بتن gr/m2 60، زمان تابش uv 200 دقیقه، غلظت آلاینده mg/l 200 و غلظت h2o2 برابر mg/l 2000 مشخص شد و راندمان حذف tph برابر 65 درصد پیش بینی گردید که انجام آزمایش تائید کننده در شرایط بهینه با راندمان حذف حدود 63/67 درصد موید صحت طراحی آزمایش بود. همچنین در شرایط بهینه میزان حذف cod و pah، به ترتیب 48/70 و 75/84 درصد به دست آمد. کاهش ناچیز در راندمان حذف پس از 50 بار تکرار فرایند نشان از چسبندگی مناسب نانوذرات بر سطح بتن و پایداری چسب در برابر نور خورشید داشت. با توجه به اینکه نانوذرات tio2 برای تحریک احتیاج به نور uv دارند و این بخش تنها 5 درصد تابش خورشید بر سطح زمین را تشکیل می دهد لذا با ترکیبtio2 و zno نانوکامپوزیت zno/tio2 تهیه گردید که بر سطح بتن مشابه tio2 تثبیت گردید. در این حالت راندمان حذف به علت قابلیت تحریک نانوکامپوزیت با طیف مرئی نور خورشید افزایش یافت. همچنین برای توجیه اقتصادی فرایند فتوکاتالیستی خورشیدی، راندمان سیستم با استفاده از لامپ های 4 وات uv-a (شدت تابش 30 وات بر متر مربع) و 150 وات تنگستن (شدت تابش 1500 وات بر متر مربع) در زمان تابش های معادل ماورای بنفش نزدیک و مرئی تعیین گردید که نتایج بیانگر عدم افزایش نه چندان قابل توجه در راندمان سیستم در این حالت بود. آزمایش gc-fid بر روی نمونه پساب اولیه و تصفیه شده در شرایط بهینه نشان داد که غالب ترکیبات آروماتیک حذف شده و آنچه باقی مانده بیشتر ترکیبات آلیفاتیک هستند که از لحاظ سمیت برخلاف ترکیبات آروماتیک تهدید چندانی به شمار نمی روند. کلمات کلیدی: فرایند فتوکاتالیستی، پساب نفتی، نور خورشید، tph، دی اکسید تیتانیوم، نانوکامپوزیت