تحقیق جامع و کامل درباره تصفیه محیط های آلوده به هیدروکربن ها

اختصاصی از اینو دیدی تحقیق جامع و کامل درباره تصفیه محیط های آلوده به هیدروکربن ها دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل word: (لینک دانلود پایین صفحه) تعداد صفحات : 150 صفحه

چکیده

          از نقطه نظر مهندسی محیط زیست تصفیه محیطهای آلوده به هیدروکربنهای دارای اهمیت ویژه ای است در میان اقسام مختلف محیط زیست آب اهمیت بسزایی دارد و در میان هیدروکربنها ترکیبات آروماتیک خطرناکتر می باشد . لذا در این تحقیق فنانتری که یکی از آلاینده های حلقوی رایج در مطالعات آزمایشگاهی می باشد انتخاب شد و از میان روشهای حذف آلاینده های حلقوی روش های بیولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت به این ترتیب که یک مدل غیر ساختاری برای مطالعه روی تبدیل زیستی  فنانترن توسط قارچهای رشته ای کانینگاملا الگانز در یک بیو راکتور نا پیوسته همزن دار مورد ارزیابی شد معادلات حاکم بر مدل از مراجع پیشین که بر اساس معادلات مونود و شبه مونود بود استفاده شد تا ارتباط تبدیل زیستی  فنانترن با میزان رشد بیومس و سایر پارامترها سیستم مانند غلظت اولیه سوبسترا میزان هوا دهی زمان ماند و ...  تحلیل شود که مدل انتخاب شده در غلظتهای بالای فنانترن ممانعت (Inhibitation ) در مقابل رشد توده سلولی می شود .

• در گام بعدی با استفاده از ابزار مدلسازی ( نرم افزار مطلب ) و با استفاده از روشهای حل عددی دستگاه معدلات دیفرانسیل غیر خطی فرمولاسیون ریاضی مورد آنالیز واقع شده و نتایج حاصل از مدلسازی با کارهای تجربی محققین قبل مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت ، که روشهای رانج کاتا با درجات بالاتر انطباق بهتری با داده های تجربی داشت 

مقدمه

          هیدروکربن های آروماتیک PAHS گروهی از آلاینده های خطر ناک محیط ریست هستند که شامل حلقه های بنزنی می باشند که به طور گسترده ای از سوخت های فسیلی و سوزاندن آن در طبیعت ایجاد می شود. به خاطر مخاطرات فراوان آنها مخصوصاً در فراّیند های کشاورزی و غذایی که منجر به مسمومیت و تغیرات ساختار ژنیتیکی و همچنین به دلیل مقاومت بالا در برابر تجزیه شدن در طبیعت علاقه مهندسین محیط زیست را به پاکسازی آنها از محیط برانگیخته است. تعدادی از میکروارگانیزم ها توسط بعضی از دانشمندان در گذشته برای تجزیه گونه های مختلف هیدروکربن های حلقوی ایزوله و خالص سازی شده است و توانایی آنها در تجزیه PAHS مورد بررسی قرار گرفته است.

قبلاً اثبات شده که قارچ های رشته ای کانینگاملا الگانز IM 1785/21GP توانایی تبدیل زیستی فنانترن مؤثر را دارند. فنانترن کوچکترین PAHS است که دارای یک ناحیه فلج و یک ناحیه K است و بنابراین مدل تحقیقی خوبی برای تحقیقات روی سوخت و ساز PAHS های سرطان زا محسوب می گردد C الگانزها به وفور به عنوان یک مدل میکروبی سوخت و ساز پستا نداران بیگانه زیست مختلف استفاده می شود بنابراین C ـ الگانیز انتخاب خوبی برای ارائه بررسی ها به عنوان مدل تحقیقی است.

می دانیم که قارچ های مخمری ، مانند C ـ الگانز، تنها قادر به اکسیداسیون حلقه های آروماتیک اند و آنها را تجزیه نمی کنند تحقیقات نشان می دهد منواکسیژناس D-450 در اولین مرحله از اکسیداسیون فنانترن در C ـ الگانز IM 1785/21GP شرکت دارد که منجر به تشکیل مشتقات هیدروکسیکی  می گردد همان گونه که گفتیم تقریباً تمام فنانترن که در ابتدا به سیستم اضافه می شود به متابولیست های قابل استخراج استاد استیل تجزیه می شود :

ترانس 1 ، 2 ، 3 ، 6- ، 9 ، 10- دی هیدرودیولز ، فنول ، دی فنول (ایولز) و بیولیست های گلوکولاید -1 و -2 و -3 و -4 و -9 فنانترول  بیشتر  این متابولیست ها تولید شده است.  PAHSتوسط قارچ نسبت به  ارگانیزم های والد سم کمتری دارند سرنیگلیا ادعا می کند یک تبدیلPAHS به متابولیست های اکسیژنی قطبی تر در سم زدایی از این ترکیبات مؤثر است. یک مکانیزم سم زدایی مهم در c ـ الگانزها تولید سولفات درون سلولی ، گلوکورونید و پیوست های گلوکز می باشد.

هدف از این فصل مدلسازی  مدل غیر ساختاری ساده فرایند تبدیل بیولوژیکی ترکیبات حلقوی موجود در آب می باشد که براساس اطلاعات بدست آمده از  آزمایشات انجام شده توسط دیگران در بیوراکتورها ی پیوسته همزن دار  مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت  منظور از مدلسازی فرایند یافتن یک فرمول غیر ساختاری حاکم بر مساله است که بتواند عوامل مختلف تاثیر گذار مانند هوادهی و غلظت مواد را روی  تبدیل زیستی فنانترن توسط قارچهای رشته ای C – الگانز را توصیف کند ، که نهایتاً از این شناخت بدست آمده بتوان مساله را با دید اقتصادی و فنی بهینه سازی نمود هر چند که این معادلات در مقیاس آزمایشگاهی  بدست آمده است می توان آنرا برای پایلوت صنعتی نیز استفاده کرد . این مدل که انتخاب کردیم فرایندی بوده که توسط Lisofsk  و همکارانش به صورت تجربی در سال 2006 در دانشگاه هیفا انجام شده بود و غرض از این انتخاب استفاده از داده های تجربی این مرجع می باشد.

بیوراکتور ها

           بیوراکتور قلب فرایند است و در آن مواد خام تحت شرایط مناسب به محصول مطلوب تبدیل می شوند. حداکثر نرخ تشکیل و مقدار محصول در داخل بیوراکتور قسمت کلیدی از بهینه سازی فرایند تولید می باشد. سیستم های بیوراکتور هنوز در مسیر دستیابی به درجه بالایی از توسعه قرار دارند که این امر ناشی از مشکلات در ارتباط با ویژگی های انتقال حرارت و جابجایی مواد می باشد.

 برخی از مشخصه های مطلوب یک سیستم بیوراکتور در زیر آمده است:

     الف) محفظه بستر سوبسترا: مواد ساختمان بیوراکتورها باید مستحکم، مقاوم در برابر خوردگی، غیر     

سمی برای ارگانیسم فرایند و همچنین دارای قیمت مناسب باشد.

     ب) جلوگیری از ورود آلودگی ها به فرایند و همچنین جلوگیری از رهایی غیر کنترل شده ارگانیسم فرایند به محیط. جلوگیری از ورود آلودگی ها عملاً مشکل می باشد زیرا انتقال مواد باعث ایجاد مشکلاتی در آلودگی آزاد سیستم های بسته می شود. جلوگیری از رهایی ارگانیسم به محیط نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا در فرایندهای شامل اسپورهای قارچی که ممکن است بیماری زا باشند و اگر در محیط انتشار یابند سلامتی را به مخاطره می اندازند. این امر می تواند از طریق قرار دادن فیلترهایی روی جریان هوای خروجی، درزبندی های[1] دقیق و فیلتراسیون جریان هوای ورودی انجام گیرد، اگرچه هزینه تجهیزات افزایش می یابد.

     ج) تنظیم مؤثر هوادهی، اختلاط و حذف حرارت به منظور کنترل پارامترهای عملیاتی دما، فعالیت آبی و غلظت اکسیژن گازی. اغلب، تخمیرها از حذف حرارت غیر مؤثر یا از دست دادن آب تبخیری از بستر سوبسترا صدمه می یابند که این امر روی مقدار و کیفیت محصول مطلوب تأثیر می گذارد.

     د) نگهداری یکنواختی در داخل بستر سوبسترا. این امر از طریق اختلاط مؤثر که برای حداقل سازی    گرادیان های دمایی اهمیت دارد قابل دستیابی است.

     ه) فرایندهای بیولوژیکی کلی شامل آماده سازی سوبسترا، سترون سازی سوبسترا در ابتدای فرایند و توده زیستی بعد از بازیافت محصول، آماده سازی مایه تلقیح، بارگیری و تخلیه بیوراکتور و همچنین بازیافت محصول می باشد. طراحی یک سیستم بیوراکتور به منظور تسهیل همه عملیات بالا بسیار مطلوب می باشد.

     1-2-  انواع بیوراکتورها

    انواع مختلفی از بیوراکتورها در مدت دهه اخیر مورد استفاده قرار گرفته اند.  دسته بندی بیوراکتورها از طریق تقسیم بندی بر مبنای عملیات است سپس بر مبنای الگوهای طراحی فیزیکی بیوراکتور و نتیجه این امر این است که مدل های توصیف کننده عملیات بیوراکتور در هر گروه، دارای الگوهای مشابهی هستند. لازم به ذکر است که در مقیاس آزمایشگاهی، فرایندهای بیولوژیکی ، بیشتر در فلاسک ها انجام می شوند.

     1-3-   بیوراکتورهای سینی دار

      بیوراکتورهای سینی دار از نظر طراحی بسیار ساده بوده و هوادهی تحت فشار  یا اختلاط بستر سوبسترا در آنها انجام نمی شود. یک بیوراکتور سینی دار  شامل محفظه ای است که هوا با دما و رطوبت نسبی کنترل شده در اطراف سینی ها به گردش در می آید (شکل 1-3).

 سوبسترا روی هر سینی پخش شده است و تشکیل یک لایه نازک را می دهد. این راکتورها از نظر مقدار سوبسترایی که می توانند تخمیر کنند دارای محدودیت هستند و به منظور جلوگیری از افزایش بیش از حد دما و حفظ شرایط هوازی، فقط لایه های نازکی از سوبسترا (بین 5 تا 15 سانتی متر عمق) می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

   بالای سینی ها باز و پایین سینی ها به منظور امکان هوادهی سوبسترا، مشبک شده است و هر سینی بالای سینی دیگر قرار گرفته است. دما و رطوبت نسبی تنها پارامترهای خارجی قابل کنترل هستند. توجه داشته باشید که اختلاط منقطع ممکن است بصورت دستی انجام شود اما این عمل فقط یکبار در روز اتفاق می افتد. استفاده از راکتورهای سینی دار بدون تغییر باقیمانده و در دهه اخیر پیشرفت های چشمگیری در طراحی سینی ها صورت نگرفته است. تنها پیشرفت مهندسی انجام شده استفاده از مواد مدرن تر نظیر پلاستیک و آلومینیوم در ساخت سینی ها است. این پیشرفت بطور موفقیت آمیزی به منظور تخمیر مورد استفاده قرار گرفت. مزیت سینی های پلاستیکی یا آلومینیومی در برابر سینی های چوبی، سترون سازی و تمیزکاری آسان تر آنهاست و بنابراین امکان آلودگی یا فساد کاهش می یابد.