دانلود پایان نامه ارشد: تصفیه آب های آلوده به آمونیاک با استفاده از تکنولوژی غشاء

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی پلیمر

گرایش : صنایع پلیمر

عنوان : تصفیه آب های آلوده به آمونیاک با استفاده از تکنولوژی غشاء

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد شیراز

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد (M.Sc.)

رشته وگرایش

مهندسی پلیمر –  صنایع پلیمر

عنوان:

تصفیه آب های آلوده به آمونیاک با استفاده از تکنولوژی غشاء

استاد راهنما:

دکتر شادی حسن آجیلی

استاد مشاور:

دکتر سید محمودرضا حجتی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه

1 – 1. مقدمه ————————————————————— 2

1 – 2. ترکیبات موجود در پساب­های پالایشگاهی———————————– 4

1 – 3. استاندارد دفع پساب —————————————————- 5

1 – 4. مشکلات ناشی از وجود آمونیاک وکامپونت­های نیتروژن در آب——————- 9

1 – 5. روش­های حذف آمونیاک و کامپونت­های نیتروژن در آب ———————–  10

1 – 6. فرایندهای غشایی —————————————————— 12

1 – 7. اهداف پروژه    ——————————————————-  13

1 – 8 .نتیجه­گیری  ———————————————————- 14

فصل دوم: فرایندهای غشایی 

2 – 1. غشاء چیست؟ ——————————————————— 16

2 – 2. توسعه تاریخی غشاها ————————————————–   17

2 – 3. دورنمایی از محدوده و کاربردهای فرآیندهای غشایی ————————-   20

2 – 4. مدول­های فرایند­های غشایی ———————————————  23

2 – 5. مزایای استفاده از تکنولوژی غشاء —————————————–  27

2 – 6. میکرو فیلتراسیون —————————————————–  28

2 – 7. اولترا فیلتراسون  ——————————————————- 30

2 – 8. انواع فرایندهای فیلتراسیون ———————————————   31

2 – 9. فاکتورهای مؤثر بر شار عبوری حین فیلتراسیون —————————-    34

2- 9 – 1. اختلاف فشار در دو طرف غشاء —————————————-  34

2 – 9 – 2. سرعت خطی یا سرعت جریان متقاطع  ——————————–   36

2 – 9 – 3. دما  ———————————————————–    37

2 – 10. دلایل کاهش شار  —————————————————   37

2 – 10 – 1. قطبیت غلظتی  ————————————————–  38

2 – 10 – 2. گرفتگی غشاء  —————————————————  38

2 – 11. مکانیزم های جداسازی غشایی——————————————   46

2 – 11 – 1. نفوذ نادسن —————————————————–  47

2 – 11 – 2. نفوذ سطح گزینشگر ———————————————-  48

2 – 11 – 3. موئینگی تراکمی ————————————————-  48

2 – 11 – 4. غربالگری مولکولی ————————————————  49

2 – 11 – 5. انحلال نفوذ —————————————————–  49

2 – 12. غشاء­های پلیمری —————————————————– 50

2 – 12 – 1. نفوذ ———————————————————–  52

2 – 12 – 2. جذب ———————————————————-  54

2- 13. اسمز معکوس ——————————————————— 55

2 – 14. غشاءهای ماتریس آمیخته ———————————————   65

فصل سوم: مواد و روش­ها

3 – 1. مواد شیمیایی ——————————————————–   81

3 – 1 – 1. پلی­ال ———————————————————–  82

3 – 1 – 2. دی ایزوسیانات —————————————————   82

3 – 1 – 3. زنجیرگسترنده —————————————————-  83

3 – 1 – 4. کاتالیست ——————————————————–  83

3 – 1 – 5. حلال ———————————————————-    83

3 – 2. روش انجام کار ——————————————————-  84

3 – 2 – 1. تجهیزات و امکانات مورد نیاز برای سنتز پلی­یورتان ———————-    84

3 – 2 – 2. واکنش سنتز پلی­یورتان ——————————————–  85

3 – 2 – 3. ساخت غشای چگال از پلی­یورتان خالص ——————————-   88

3 – 2 – 4. فیلم­کش با تیغه استیل قابل تنظیم  ———————————–  88 

3 – 3. نکات ضروری  ——————————————————-    89

3 – 4. دستگاه مورد استفاده برای تست غشاء ————————————    92

3 – 4 – 1. سیستم اسمز معکوس با مدول غشائی ———————————   92

3 – 5. طرح آزمایشات ——————————————————-   96

3 – 6. بررسی مشخصات غشاء ———————————————–     96 

3 – 6– 1. آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی ————————————-    96

3 – 6 – 2. آنالیز طیف سنجی مادون قرمز فوریه ———————————    97

3 – 6 – 3. آنالیز میکروسکوپ الکترونی —————————————-    97

3 – 6 – 4. آنالیز توزین حرارتی (TGA) —————————————   98

3 – 6 – 5. آنالیز زاویه تماس (CA) ——————————————-  98

فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری

4 – 1. نتایج آنالیزهای غشاءهای ساخته شده ————————————  102

4 – 1 – 1. نتایج آنالیز RFTI ———————————————–  102

4 – 1 – 2. نتایج آنالیز DSC ———————————————–   103

4 – 1 – 3. نتایج آنالیز TGA ———————————————— 107

4 – 1 – 4. نتایج حاصل از آنالیز CA —————————————— 109 

4 – 1 – 5. نتایج آنالیز SEM ———————————————— 110

4 – 2. آزمون­های تراوایی غشاء ———————————————–  114

4 – 2 – 1. بررسی اثر فشار بر روی تراوایی غشاء­  ——————————–  114 

4 – 2 – 2. بررسی تأثیر گذشت زمان بر شار عبوری از غشاء————————- 115

4 – 3. نتیجه گیری نهایی —————————————————  119

4 – 4. پیشنهادات ———————————————————   121

منابع و مراجع ————————————————————– 122

چکیده:

امروزه جداسازی غشایی به عنوان جایگزین فناوری­ها معمول فرایند­های جداسازی و به ویژه در جداسازی گازها و محلول­هایی با آلودگی­های خیلی کم و یا دست یابی با درجه خلوص بالا مطرح شده است. غشاءهای پلیمری برای جداسازی استفاده می شوند با این حال عملکرد جداسازی آنها به اندازه کافی برای امکان سنجی صنعتی مناسب نیست. از سوی دیگر غشاءهای معدنی دارای عملکرد جداسازی خوبی هستند اما فراوری آن­ها با مشکلاتی همراه است. بنابراین توسعه غشاهءها با مورفولوژی جدید برای اصلاح خواص تراوش گازی غشاءها مورد نیاز است.

در نتیجه غشاءهای ماتریس آمیخته متشکل از ماتریس­های پلیمری و ذرات معدنی / آلی پراکنده در ابعاد نانو نوع جدیدی از غشاءها هستند که برای از بین بردن محدودیت غشاءهای پلیمری توسعه داده شده­اند. بهترین مکانیزم انتقال از این غشاء ها با بررسی اثر پارامترهای آماده سازی و عملیاتی می­تواند به دست آید. در این پروژه به بررسی اثر مقادیر 3 درصد وزنی از نانوسیلیکا اصلاح نشده و نانوسیلیکا اصلاح شده با فلوئور (نانو سیلیکا فلوئوره)، زمان و فشار بر عملکرد جداسازی غشاءهای آمیخته نانوکامپوزیتی پرداخته می­شود. غشاءهای مورد استفاده در این پروژه یک ساختار خاص از پلی­یورتان و نانوذرات سیلیکا و سیلیکا فلوئوره می­باشد. ساخت غشاءهای خالص پلی یورتان و غشاءهای ماتریس آمیخته پلی یورتانی مورد بررسی قرار گرفته است. نانو ذرات سیلیکا اصلاح نشده از شرکت مرک (آلمان) تهیه شده­اند ونانو ذرات سیلیکا فلوئوره در دانشگاه شیراز سنتز شده­اند. غشاءها با استفاده از فیلم­کش و روش تبخیر حلال تهیه شده­اند.

برای تفهیم بهتر از ساختار غشاء آنالیزهای TGA ، FESEM ، FTIR ، DSC  وContact angle (CA) استفاده شده است. آنالیز DSC نشان داد که افزایش نانوذرات منجر به افزایش دمای انتقال شیشه­ ای و مقاومت حرارتی نانوکامپوزیت­های پلیمری می­شود. آنالیز FTIR حضور ذرات نانوسیلیکا و فلوئور را بر روی سطح نانوکامپوزیت­ها نشان می­دهد. تصاویر SEM تغییر مورفولوژی پلیمر را با اضافه کردن نانوذرات نشان می­دهد. آنالیزTGA  افزایش مقاوت حرارتی را با اضافه کردن نانوذرات را نشان می­دهد. آنالیز CA اثر نانوذرات را بر روی آب دوستی یا آب گریزی غشاء نانوکامپوزیتی را نشان می­ دهد. افزایش نانوذرات تراوایی گاز آمونیاک را از غشاء به طور چشمگیری افزایش می­دهد.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

حضور ترکیبات آلی در آب یکی از عمده­ترین منابع اصلی آلودگی محیط­های آبی می­باشند. امروزه گازها اهمیت خاصی پیدا کرده­اند به طوری که عمده خوراک­های صنایع شیمیایی گازها هستند که می­توان به آمونیاک، نیتروژن، اکسیژن، گازهای طبیعی اتیلن و پروپیلن اشاره کرد. جداسازی یک یا چند گاز در بسیاری از صنایع لازم و ضروری است. بسیاری از این ترکیبات برای جانوران و گیاهان و محیط زیست خطرناک هستند. ترکیبات آروماتیک سمی­تر از ترکیبات آلیفاتیک هستند و اجزای با وزن ملکولی متوسط سمی­تر از اجزای سنگین­تر (نظیر قیرها) می­باشند. از فرایندهایی که امروزه برای جداسازی به کار می­روند می­توان به تقطیر سرمایشی، جذب­سطحی، جذب و جداسازی غشایی اشاره کرد ] 4 – 1 [ .

در فرایندهای زیادی در پالایشگاه­ها، پتروشیمی­ها و صنایع زیردستی نیاز به آب وجود دارد ولی در همه این فرایندها نیاز به آب تصفیه شده با درجه ی خلوص بالا نیست و می­توان از آب­های بازیابی شده نیز در بسیاری از موارد استفاده کرد. قسمت عظیمی از آب مورد استفاده می­تواند بازیابی گردد و کسری از آن به علت تبخیر در مراحل مختلف هدر می­رود. عمده­ترین منابع تولید پساب­های نفتی و پالایشگاهی، جریان پساب حاصل از عملیات نفتی و گازی میادین خشکی  و دریایی است. بازیابی پساب­ها به خصوص در نواحی نفت خیز خشک به دلیل کمبود آب بسیار مهم است. حجم آب تولیدی در حین فرایندهای نفتی که اصطلاحاً به آن آب تولید شده گفته می­شود در مورد میادین خشکی ایالات متحده سالانه در حدود 33 میلیارد بشکه تخمین زده شده است . این آب­های تولیدی به علت دارا بودن مقادیر قابل توجهی مواد نفتی، آلی و معدنی قابلیت تزریق به چاه یا تخلیه در آب­های سطحی را ندارند ] 5 [. شکل 1-1 یک نمونه از موازنه آب در یک پالایشگاه را نشان می­دهد.

به طور تقریبی 5 تا 3/5 متر مکعب پساب (با فرض اینکه آب خنک کن مورد استفاده در پالایشگاه بازگردانی شود) به ازای هر تن نفت خام ورودی به پالایشگاه تولید می­شود و کیفیت پساب­های تولیدی و خصوصیات آن­ها به نوع و وضیعت فرایند بستگی دارد ] 6 [.

2-1- ترکیبات موجود در پساب­های پالایشگاهی

پساب­های حاصله از بخش­ها و فرایندهای مختلف بسته به ماهیت هر مرحله دارای مشخصه­های آلایندگی متفاوتی هستند. ترکیبات حاضر در پساب­ های مختلف عبارتند از هیدروکربن­ها (آلیفاتیک یا آروماتیک)، کامپونت­های نیتروژن، ترکیبات فنلی، نفت­خام، حلال­ها، کلرید­ها، گوگرد و … ] 7 [. در جدول 1-1، منابع آلاینده­های صنایع پالایشگاهی آورده شده استو

همان گونه که در جدول فوق بیان شده است منابع مختلف و همچنین آلاینده­های مختلفی برای برای ایجاد آلودگی در آب در صنایع پالایشگاهی و صنایع زیردستی وجود دارد از آنجا که در این پروژه تمرکز ما در حذف آمونیاک می­باشد از بیان سایر آلاینده­ها و روش­های حذف آن­ها خودداری می­کنیم.

3-1- استاندارد دفع پساب

صنعتی شدن موجب پیشرفت اقتصادی کشورها می گردد. با این حال ، موجب مصرف منابع طبیعی و افزایش تقاضای انرژی نیز می شود. به علاوه ضایعات صنعتی یکی از نگرانی های محیط زیستی است. دفع فاضلاب بدون تصفیه مناسب می تواند اثرات مخرب طولانی مدتی به خصوص بر روی گیاهان و آبزیان منطقه داشته باشد. از این رو لازم است که صنایع با آلودگی بالا روش­های تصفیه مناسبی را برای کاهش آلودگی پساب های خود در نظر بگیرند]  7 ، 6 [ بدین منظور، برای پساب هایی که وارد محیط زیست می شوند، استانداردهایی تعیین شده است. این استانداردها بر حسب اینکه پساب ها وارد چه محیطی می شوند، متفاوت است. برای مثال، استاندارد آب دریا و آب مورد استفاده در کشاورزی متفاوت است. جدول (1-2) حدود مجاز برخی آلاینده های صنعتی برای تخلیه به آب های سطحی ، چاه جاذب و مصارف کشاورزی و آبیاری را نشان می دهد.

تبصره 1 –  تخلیه با غلظت بیش از میزان مشخص شده در جدول در صورتی مجاز خواهد بود که پساب خروجی ،غلظت کلراید ،سولفات و مواد محلول منبع پذیرنده را در شعاع 200 متری بیش از 10 درصد افزایش ندهد.

تبصره 2 – تخلیه با غلظت بیش از میزان مشخص شده در جدول در صورتی مجاز خواهد بود که پساب خروجی ،غلظت کلراید ،سولفات و مواد محلول پساب خروجی نسبت به آب مصرفی بیش از 10 درصد نباشد.

تبصره 3 –  درجه حرارت باید به میزانی باشد که  بیش از 3 درجه سانتیگراد در شعاع 200 متری محل ورود آن، درجه حرارت منبع پذیرنده را افزایش یا کاهش ندهد.

تبصره 4 – تعداد تخم انگل ( نماند) در فاضلاب تصفیه شده شهری در صورت استفاده از آن جهت آبیاری محصولاتی که به صورت خام  مورد استفاده قرار می­گیرند، نباید بیش از یک عدد در لیتر باشد.

در میان آلاینده های موجود درآب­های فرایندی که نیاز به تصفیه دارند، غلظت عمومی آمونیاک  در پساب­های تولید شده در پالایشگاه­های نفت و پتروشیمی متفاوت می­باشد و خروجی از واحد های سنتی حاوی مقادیر آمونیاک بیشتر ازحد قبول استانداردهای بین­المللی است.

مقادیر آمونیاک موجود در پساب­های آلوده به آمونیاک که به آب­های سطحی تخلیه می­شوند گاهی به 2000  میلی­گرم بر لیتر می­رسد، این مسأله مخرب و تأسف­بار است.

4-1- مشکلات ناشی از وجود آمونیاک وکامپونت­های نیتروژن در آب

تعداد زیادی فرایند های صنعتی در صنایع پالایشگاهی و در صنایع زیردستی وجود دارد که لازم است آمونیاک  (NH3) وکامپونت های نیتروژن از ترکیبات سایر گازها یا بخار های آبی جدا شود. وجود کامپونت های نیتروژن و آمونیاک در آب باعث چنین مشکل محیطی می شوند ]  7 ، 6 [. برخی از این مشکلات عبارتند از :

– انباشتگی در آب های سطحی

– افزایش اثر سمی بر روی ماهیان

– کاهش ضریب ضدعفونی

– خطر مسمومیت ساکنین ساحلی

– افرایش میزان اکسیژن حل نشده در آب

– مشکلات بچه های مبتلا به یرقان و …

بنابراین کنترل کامپونت­های نیتروژن و آمونیاک در پساب­های صنعتی و همچنین آب­های سطحی الزامی است ] 7 [ .

5-1- روش­های حذف آمونیاک و کامپونت­های نیتروژن در آب

تلاش­های زیادی برای حذف یا جذب آمونیاک و کامپونت­های نیتروژن از آب­های سطحی و پساب­های صنعتی شده­­است تا یک روش جذب عملی وکارآمد برای رفع این مشکل مطرح شود    ] 7 [. روش­های زیادی برای جداسازی آمونیاک  و کامپونت­های نیتروژن آزمایش شده است ] 7 [، از قبیل :

– تخریب حرارتی

– تبخیر

– روش­های شیمیایی و فیزیکی

– روش­های بیولوژیکی شامل نیتروژن دهی / نیتروژن گیری

– کلردار کردن نقطه شکست

– تبادل آهن

– زدودگی هوا

– جداسازی با انجماد کامل

– روش های غشایی

روش­های معمول در تصفیه پساب­های آلوده به آمونیاک در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی تخریب حرارتی، تبخیر و فرایندهای جذب و واجذب غشایی می­باشد ] 7 [ . روش های تخریب حرارتی و تبخیر دارای معایب متعددی هستند، از قبیل :

– فرایند شدیداً به تغییر کیفیت پساب حساس است.

– تجهیزات به کار رفته اندازه بزرگی دارند.

– در برخی از موارد ماده شیمیایی نیاز است.

– بسته به کاربرد آن هزینه عملیات ممکن است بالا باشد.

– ممکن است حجم لجن زیادی تولید شود.

– نمی توان به خلوص با درجات بالا دست یافت.

– نیاز به کنترل دقیق و اپراتورهای با مهارت برای رسیدن  به عملیات بهینه دارد.

با توجه به معایب بیان شده و اهمیت آب­های عاری از آلودگی در صنایع مختلف وهمچنین آب­های سطحی روش­های نوین غشایی مطرح شدند.

تعداد صفحه : 150

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09361998026        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید