آشنایی با سیستم های مدل سازی در مهندسی بهداشت محیط

آشنایی با سیستم های مدل سازی در مهندسی بهداشت محیط

مدرس: دکتر نگین ناصح

فرمت: PDF  تعداد صفحات: 326

ایزوترم جذب سطحی: مقدار ماده جذب شونده ای که یک جاذب می تواند آن را جذب نماید تابعی از مشخصه های ماده جذب و محیط عمل است. در طی فرایند جذب شونده از فاز محلول به سمت فاز جامد و بالعکس رفته و پس از گذشت مدت زمانی حاص، یک تعادل دینامیکی بین جزء جذب شده در سطح جاذب و باقیمانده آن در فاز محلول برقرار خواهد شد.

فرایند جذب سطحی با کربن فعال

تولید کربن فعال:

• مواد آلی همچون چوب، پوست بادام و… (ماده اولیه) را در مقدار اکسیژن محدود تا سر حد گداختگی (۵۵۰ درجه سانتیگراد) حرارت می دهند.
• حرارت منجر به تبدیل شدن مواد آلی موجود در ماده اولیه به آب، دی اکسید کربن و خاکستر شده و ساختار متخلخلی در آن ایجاد می کند.
• ذغال تولید شده در معرض یک ماده اکسنده در دمای بالا قرار گرفته تا بیشترین مقدار تخلخل در آن ایجاد گردد.

ابعاد کربن فعال

• کربن فعال پودری که قطری ریزتر از ۰.۱ میلیمتر دارد.
• کربن فعال گرانوله که قطری بزرگتر از ۰.۱ میلیمتر دارد.

نحوه کاربرد کربن فعال در تصفیه نهایی فاضلاب

• برای کاهش افت فشار از جاذب هایی با بستر منبسط شده و یا بستر متحرک استفاده می گردد.
• در جاذب های منبسط شده ورودی فاضلاب از پایین بوده و عبور آن از مابین جاذب ها منجر به انبساط آن می گردد.
• کربن فعال پودری به فاضلاب اضافه شده و سپس توسط صافی های شنی جدا می گردند.
• حرارت دادن کربن فعال گرانوله اشباع شده منجر به خروج بخشی از مواد آلی جذب شده گردیده و امکان بازیابی کربن فعال را فراهم می سازد.
• در خلال فرایند بازیابی حدودا ۵ الی ۱۰ درصد کربن فعال از بین رفته و نیازمند جایگزینی با کربن فعال جدید می باشد.
• یکی از مشکلات استفاده از کربن فعال پودری این است که هنوز روش بازیابی آن به خوبی شناخته شده نیست.
• اصطلاح جذب را به معنای چسبیدن مواد آلی به کربن فعال به کار می برند.
• افزایش دما بر روی جذب با توجه به گرماده یا گرما گیر بودن واکنش جذب به ترتیب اثر منفی و اثر مثبت ایجاد می نماید.
• برای توصیف فرایند های جذب می توان از معادلاتی همچون فروندلیخ یا لانگمویر استفاده نمود.

سینتیک سرعت واکنش های جذب

سینتیک فرآیند جذب، بیانگر سرعت انتقال عوامل آلاینده از فاز مایع یا گاز به فاز جامد یا همان سطح جاذب می باشد. سرعت و در نتیجه سینتیک فرآیند، تابعی از سرعت فرآیند جذب در چهار مرحله اساسی میباشد که این مراحل عبارتند از:

مرحله اول: انتقال آلاینده از درون محلول به لایه مرزی مایع که اطراف جاذب را احاطه کرده است. این انتقال در شرایطی که جاذب به صورت معلق در مایع می باشد از طریق دیفیوژن یا چرخش رخ می دهد.

مرحله دوم: انتقال آلاینده از لایه ثابت مایع موجود در اطراف سطح جاذب به سطح جسم جاذب که این مرحله به پخش در لایه نازک معروف است.

مرحله سوم: حرکت آلاینده در خلل و فرج موجود در سطح جاذب و رسیدن به یک نقطه جذب مناسب که تحت عنوان پخش در خلل و فرج معروف است.

مرحله چهارم: مرحله نهایی که شامل برقراری اتصال بين ذرات آلاینده و سطح جاذب می باشد.

مراحل دوم و سوم جذب برای واکنش های جذب فیزیکی، بسیار سریع است و به همین دلیل در واکنش های جذب فیزیکی معمولا یکی از مراحل پخش در لایه نازک یا پخش در خلل و فرج عامل محدود کننده سرعت واکنش جذب می باشد. اما در واکنش های جذب شیمیایی معمولا مرحله آخر جذب، عامل محدود کننده واکنش است که این مرحله به طور معمول کندتر از مراحل پخش در لایه نازک و پخش در خلل و فرج پیش می رود، زیرا این نوع از واکنش های جذب نیازمند انتقال الكترون میان جاذب و آلاینده است که معمولا با سرعت کمتری اتفاق می افتد.

تعیین سینتیک های جذب

سینتیک جذب، میزان سرعت حذف جذب شونده و زمان ماندگاری جذب شونده در حد فاصل جامد- محلول را کنترل می کند. مدل های متفاوتی برای سینتیک های جذب وجود دارد، که هر کدام مکانیسم و سرعت را به طریقی بیان می کند. سینتیک فرآیند جذب با استفاده از مدل های شبه درجه اول و شبه درجه دوم، را بررسی می نماییم.

مدل سنتیک شبه درجه اول فرآیند جذب سطحی در دو مرحله می باشد: مرحله اول شامل انتقال مولکول جذب شونده از محلول به سطح جاذب و مرحله دوم انتقال از سطح جاذب به داخل محلول می باشد. معادله سینتیک شبه درجه اول به صورت رابطه (۱) تعریف می شود:

Ln(q_e – q_t) = Lnq_e– Kit

در این رابطه، q_r و q_e به ترتیب مقدار ماده جذب شده روی جاذب در زمان t و در زمان تعادل (mg/g) و K_l ثابت سرعت جذب شبه درجه یک (lit/min) می باشد.

مدل سینتیک شبه درجه دوم

معادله سینتیک شبه درجه دوم به صورت رابطه (۲) تعریف می شود: معادله (۲) که در آن ها:

t/qt= 1/K₂qe² + t/qe

q_{e و} q_r ظرفیت و جذب ماده جذب شونده در زمان تعادلی و در زمان (t ,t (mg/g: زمان (بر حسب min)، k₁ ثابت معادله شبه درجه اول (^1-min) و k₂ ثابت معادله شبه درجه دوم (g/mg.min) می باشد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ مدل های مروج سلامت مدارس