مطالعه تجربي جداسازي روغن و گريس از فاضلاب از طريق هوادهي ساده با كنترل شرايط جريان توسط بافل‌ها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

در اين پژوهش، يك سيستم هوادهي اوليه ساده‌سازي‌ و اصلاح‌شده به‌منظور جداسازي روغن و گريس از فاضلاب صنعتي توليدشده در واحد تصفيه پالايشگاه توسعه يافته و مورد ارزيابي قرار گرفت. به‌منظور شبيه‌سازي شرايط عملياتي واقعي موجود در تأسيسات صنعتي، يك سامانه آزمايشگاهي در مقياس آزمايشگاهي طراحي و ساخته شد. اين سيستم شامل يك حوضچه هوادهي مستطيلي با ابعاد 60 سانتي‌متر طول، 20 سانتي‌متر عرض و 60 سانتي‌متر عمق بود كه به بافل‌هاي هدايت‌كننده جريان مجهز شده بود تا كارايي جداسازي فيزيكي آلاينده‌هاي روغني افزايش يابد. دو نوع بافل در اين سامانه به‌كار گرفته شد: بافل‌هاي طولي نيمه‌مستغرق و بافل‌هاي عرضي مستغرق. هوادهي ساده از طريق لوله‌هاي پخش‌كننده هوا اعمال گرديد و پارامترهاي عملياتي اصلي به‌صورت سيستماتيك كنترل شدند كه شامل دبي كل جريان هوا (05/0، 1/0، 2/0، 4/0 و 8/0 ليتر بر ثانيه)، عمق غوطه‌وري بافل طولي (1، 5 و 10 سانتي‌متر)، آرايش بافل عرضي (يك بافل در يك‌سوم ابتدايي حوضچه هوادهي، يك بافل در يك‌سوم مياني و استفاده هم‌زمان از هر دو موقعيت) و قطر منافذ پخش‌كننده هوا (5/1، 2 و 5/2 ميلي‌متر) بود. نمونه‌هاي فاضلاب از خروجي واحد تصفيه مقدماتي يك پالايشگاه نفت محلي در استان نجف عراق جمع‌آوري و مطابق روش‌هاي استاندارد مورد تجزيه و تحليل قرار گرفتند. اين آزمايش‌ها شامل اندازه‌گيري pH، دما و غلظت روغن و گريس با استفاده از روش وزني (EPA Method 1664A) بود. علاوه بر اين، يك مدل شبكه عصبي مصنوعي (ANN) مبتني بر معماري پرسپترون چندلايه (MLP) توسعه داده شده و با استفاده از نرم‌افزار IBM SPSS Statistics به ‌منظور پيش‌بيني راندمان حذف روغن و گريس تحت شرايط عملياتي مختلف پياده‌سازي گرديد. اين مدل با استفاده از چندين آرايش شبكه آموزش و آزمون شد و دقت پيش‌بيني بالا و پايداري قابل‌توجهي را نشان داد، به‌گونه‌اي كه ميزان خطا براي داده‌هاي آموزشي 6/0٪ و براي داده‌هاي آزمون 7/1٪ به‌دست آمد. اين نتايج بيانگر قابليت تعميم‌پذيري بالاي مدل و عدم وقوع بيش‌برازش (Overfitting) مي‌باشد. تحليل حساسيت نشان داد كه دبي جريان هوا مهم‌ترين پارامتر مؤثر بر راندمان حذف بوده و پس از آن عمق آب و موقعيت بافل قرار دارند؛ در حالي‌كه قطر منافذ و عمق غوطه‌وري بافل تأثير نسبتاً كمتري از خود نشان دادند. همچنين تحليل باقيمانده‌ها تطابق بالايي بين مقادير پيش‌بيني‌شده و داده‌هاي تجربي را نشان داد، به‌طوري‌كه خطاها به‌صورت تصادفي پيرامون صفر توزيع شده بودند كه اين امر بيانگر استحكام و قابليت اعتماد مدل مي‌باشد. نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه مدل ANN به‌عنوان ابزاري مؤثر و قابل اعتماد براي پيش‌بيني و بهينه‌سازي سيستم‌هاي جداسازي مبتني بر هوادهي عمل مي‌كند و قادر است روابط غيرخطي ميان متغيرهاي عملياتي و عملكرد حذف را با موفقيت شبيه‌سازي نمايد. سيستم پيشنهادي، راهكاري ساده و كم‌هزينه براي پيش‌تصفيه فاضلاب‌هاي روغني ارائه مي‌دهد. بيشترين راندمان حذف روغن و گريس برابر با 5/69٪ تحت شرايط بهينه حاصل شد كه شامل استفاده از دو بافل عرضي در هر دو موقعيت، عمق غوطه‌وري 5 سانتي‌متري براي بافل طولي، دبي هواي 4/0 ليتر بر ثانيه و قطر منفذ 2 ميلي‌متر بود. اين بهبود عملكرد به افزايش زمان ماند هيدروليكي، بهبود تماس هوا–روغن و كاهش گردش مجدد جريان در داخل حوضچه هوادهي نسبت داده مي‌شود.

237609

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان