مرجع تخصصی آب و فاضلاب

ستونهای جذب سطحی به سه صورت متداول مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از:

1-ستونهای بستر ثابت با جریان ثقلی رو به پایین

2- ستونهای بستر ثابت با جریان تحت فشار روبه بالا

3-ستونهای بستر شناور با جریان رو به بالا

در هر سه فرایند فوق جریان از نوع پیستونی می باشد ولی  از نظر مشخصات بهره برداری خصوصاً پتانسیل انسداد  با هم تفاوت دارند.ستونهای با جریان ثقلی روبه پایین مستعدترین شکل از نظر انسداد می باشند از این رو فقط برای فاضلاب ها یی که کدورت پایین دارند قابل استفاده خواهند بود . در ستونهای بستر شناور با جریان روبه بالامسئله انسداد چندان حائز اهمیت نیست ولی نگرانی در مورد شکسته شدن ذرات زیاد بوده که این مسئله می تواند عملکرد ستون را مختل کند .اما در ستونهای فشاری با جریان رو به بالا این نگرانی وجود ندارد و از طرفی به دلیل روبه بالا بودن جریان، مسئله انسداد بستر اهمیت کمتری خواهد داشت.

تكنيكهاي طراحي ستون هاي بستر ثابت

امروزه استفاده از ستونهای بستر ثابت در حذف آلاینده های مختلف از آب و فاضلاب به طور گستر ده ای صورت می گیرد . به منظور طراحی بهینه یک فرایند جذب سطحی در مقیاس صنعتی لازم است تا مدلسازی و شبیه سازی دقیقی از رفتار دینامیکی سیستم جذب سطحی بستر ثابت صورت گیرد. مدلهای گوناگونی برای این منظور ارائه شده است که به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند : 1- روش های معادلاتی پیچیده 2- تکنیکهای میانبر لازمه استفاده از روش های گروه اول حل تعداد زیادی از معادلات دیفرانسیل جزئی غیر خطی است که این قبیل معادلات تنها از طریق روش های عددی که بسیار وقت گیر و دشوار  هستند، قابل حل خواهند بود. مدلهای میانبر از طریق انجام چند آزمایش در مقیاس کوچک و یا مقیاس پایلوت می توانند به خوبی با صرفه جویی در وقت و سرمایه، اطلاعات مهمی را به منظور طراحی سیستم در مقیاس کامل فراهم کنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

کلیات فرایند جذب سطحی

سابقا استفاده از کربن فعال تنها محدود به تصفیه آبهای آشامیدنی بود. طی دو دهه اخیر به تواناییها و پتانسیلهای این ماده جاذب به منظور استفاده در صنعت تصفیه فاضلاب توجه شده است. در سال 1974 آژانش حفاظت  محیط زیست آمریکا 154 ترکیب آلی را در آب های آشامیدنی به عنوان آلاینده معرفی نمود . تشخیص این ترکیبات توام با تعداد بسیار زیادی از آلاینده های غیر آلی مسئله مهمی است که مورد توجه این آژانس قرار گرفته است.

امروزه هنوز دستیابی به روشهای اقتصادی تصفیه آب و فاضلاب یکی از بحثهای مهم در بین متخصصین این امر می باشد. همچنانکه قبلا به آن اشاره شد استفاده از کربن فعال طی دهه اخیر در صنعت تصفیه فاضلاب مورد توجه قرار گرفته است. جذب رنج وسیعی از آلاینده ها با استفاده از کربن فعال گرانولی(GAC ) با موفقیت انجام شده است.با این وجود استفاده از GAC معمولا با مسائل از قبیل هزینه های سرمایه گزاری و بهره برداری همراه است(Wang et al., 2005).

در صنعت آب فرآیند جذب سطحی به انتقال جرم از یک فاز مایع به یک فاز جامد اطلاق می شود. در این فرآیند ماده جذب شونده (adsorbate) ماده ای است که در حد فاصل فاز جامد و مایع از فاز مایع حذف می شود. و ماده جاذب (adsorbent) می تواند یک فاز جامد، گاز یا مایع باشد که ماده جذب شونده را در خود تجمع می دهد.

هر چند جذب سطحی برای فرآیند شناور سازی (flotation) که گاز و مایع در مجاورت هم قرار می گیرد هم می تواند بکار رود اما هدف این فرایند در صنعت آب جذب سطحی در تماس فاز جامد- مایع است.

جذب سطحی به فرآیند تجمع مواد موجود در فاز محلول بر روی یک فصل مشترک(interface) مناسب اطلاق می شود. ماده جذب شونده(adsorbate) به ماده ای اطلاق می شود که در حال حذف شدن از فاز محلول در فصل مشترک(فصل مشترک محلول و ماده جاذب) باشد. فرآیند جذب سطحی در سه مرحله صورت می گیرد :

1-macrotransport

مرحله ماکروترانسپورت شامل حرکت ماده جذب شونده(مثلا یک ماده آلی) از داخل فاز مایع(آب) به سمت فصل مشترک آب و ماده جامد از طریق انتشار(diffusion) و advection می باشد.

مرحله میکروترانسپورت شامل انتشار مواد آلی از میان حفرات درشت(macropore) به سمت جایگاه های جذب سطحی در حفرات کوچک(micropore) ماده جاذب جامد می باشد.

اگرچه جذب سطحی می تواند هم در سطح ماده جاذب و هم داخل ماکروپورها و مزوپورها اتفاق افتد اما مساحت سطح این مکانها در مقایسه با مساحت سطح میکروپورها آنچنان کوچک است که در عمل می توان از مقدار ماده جذب شونده ای که در این مکانها جذب سطحی شده اند صرفنظر کرد(Metcalf & Eddy, 2003). دو مشخصه عمده مواد جاذب جامد :

1- نسبت سطح به حجم بسیار بالا

2- تمایل اختصاصی جذب نسبت به ترکیب خاص در فاز محلول.

انتقال از محلول:

در مرحله اول مواد آلی(ماده جذب شونده) داخل محلول از داخل محلول به سمت لایه های مجاور ماده جذب شونده(لایه های محلول) مهاجرت می کنند.(از طریق advection و dispersion در تماس دهنده کربن).

مرجع تخصصی آب و فاضلاب