عمران

پایان نامه محیط زیست:حذف نیکل از پساب مصنوعی با جاذب شلتوک برنج اصلاح شده در رآکتور پیوسته به روش سطح پاسخ …

 

متن پایان نامه :
چکیده
 
 
بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی حذف نیکل از پساب مصنوعی با جاذب شلتوک برنج اصلاح شده در رآکتور پیوسته به روش سطح پاسخ (RSM)
 
 
توسط
 
فاطمه آزادی
 
 
روش جذب سطحی از روش های موثر در حذف فلزات و از جمله فلز نیکل می باشد. در این تحقیق از شلتوک برنج اصلاح شده بازی به عنوان ماده جاذب استفاده شده است. از آنجا که این جاذب ماده ای طبیعی با سطح تماس بالا می باشد، علاوه بر توانایی بالا در جذب فلز، ارزان قیمت و در دسترس است و عملیات جذب را مقرون به صرفه می نماید. همچنین آزمایشات به صورت سیستم پیوسته ستون جهت حذف فلز انجام شده است.
به منظور بررسی اثرات و بهینه سازی پارامتر های موثر بر راندمان جذب شامل ارتفاع جاذب، دبی ورودی به ستون و غلظت اولیه نیکل، طرح آزمایش با بهره گرفتن از روش سطح پاسخ و با به کارگیری طرح آزمایش مرکب مرکزی انجام گرفت. نتایج حاصل از انجام آزمایشها توسط نرم افزار Design Expert آنالیز و تحلیل شد و مناسب ترین مدل به منظور رسم منحنی های سطح پاسخ که روش مرتبه دوم بوده است مشخص گردید. همچنین از مدلهای تجربی Adam-Bohart و توماس به منظور تطبیق نتایج آزمایشها استفاده گردید. بر اساس نتایج بدست آمده ارتفاع جاذب بیشترین اثر را بر راندمان جذب داشته و با تاثیر مثبت وارد می گردد. دو فاکتور دبی و غلظت ورودی نیکل اثرات کمتری بر جذب داشته و با افزایش هر یک از آنها راندمان کاهش می یابد. همچنین بالاترین بازدهی جذب برابر ۸/۶۹ % و بیشترین ظرفیت جذبی ستون برابر ۳۳/۱۶ میلی گرم نیکل در واحد جرم جاذب بوده است.
 
 
 
 
فهرست مطالب
 
 
عنوان                                                                                               صفحه
 
۱- مقدمه. ۲
۱-۱- کلیات. ۲
۱-۲- ضرورت انجام تحقیق ۴
۱-۳- اهداف تحقیق. ۶
۱-۴- نوآوری تحقیق ۶
۱-۵- ساختار پایان نامه. ۷
۲- پیشینه و تئوری تحقیق.۹
۲-۱- مقدمه ۹
۲-۲- پیشینه تحقیق. ۹
۲-۲-۱- انواع جاذب.۹
۲-۲-۱-۱- پوسته برنج۹
۲-۲-۱-۲- کربن فعال۱۱
۲-۲-۱-۳- پوسته گردو۱۲
۲-۲-۱-۴- خاک اره۱۲
۲-۲-۱-۵- نانو ذرات کربنی۱۳
 
عنوان                                                                                               صفحه
 
۲-۲-۱-۶- سایر جاذب ها۱۴
۲-۲-۲- انجام آزمایشات با بهره گرفتن از سیستم ستون۱۵
استفاده از روش پاسخ سطح (RSM) در مدلسازی آزمایش۱۶
انجام آزمایشات با بهره گرفتن از سیستم ستون و مدلسازی توسط روش RSM18
۲-۳- تئوری تحقیق.۱۸
۲-۳-۱- روش سطح پاسخ(RSM). 18
۲-۳-۱-۱-روش شناسی سطح پاسخ.۱۸
۲-۳-۱-۲- طرحهای آزمایشی برای برازانیدن سطح های پاسخ.۲۰

دانلود مقاله و پایان نامه

۲-۳-۱-۳- انواع طرح های سطح پاسخ۲۱
۲-۳-۱-۴- طرح های مرکب مرکزی (CCD) 24
۲-۳-۲- تئوری جذب سطحی۲۷
۲-۳-۲-۱- ایزوترم جذب پایه.۲۹
۲-۳-۲-۲- مدل های تجربی برای مدلسازی نتایج آزمایشها.۳۱
۲-۳-۲-۲-۱- مدل Adam-Bohart.31
۲-۳-۲-۲-۲- مدل توماس۳۲
۲-۴-جمع بندی۳۳
۳- مواد و روشها ۳۵
۳-۱- مقدمه۳۵
۳-۲- مواد مورد استفاده.۳۵
۳-۲-۱- جاذب مورد استفاده: شلتوک برنج اصلاح شده بازی.۳۵
۳-۲-۲- فاضلاب مصنوعی حاوی فلز سنگین.۳۶
۳-۲-۳- سایر مواد مورد استفاده۳۶
۳-۳- دستگاه های مورد استفاده.۳۷
۳-۴- روش های مورد استفاده۳۷
عنوان                                                                                              صفحه
 
۳-۴-۱- آماده سازی ستون.۳۷
۳-۴-۲- طراحی آزمایشها به کمک روش RSM39
۳-۴-۳- روش تعیین بازدهی جذب در هر آزمایش.۴۱
۳-۴-۴- روش انجام آزمایش غیر پیوسته.۴۳
۴- نتایج .۴۶
۴-۱-مقدمه.۴۶
۴-۲- نتایج آزمایش های غیر پیوسته.۴۶
۴-۳- نتایج آزمایش های انجام شده بر مبنای روش سطح پاسخ به منظور بررسی عوامل موثر بر بازدهی جذب فلز سنگین.۴۹
۴-۴- تحلیل نتایج.۵۲
۴-۴-۱- تحلیل واریانس.۶۸
۴-۴-۱-۱- تحلیل واریانس مدل چند جمله ای مرتبه دوم۶۸
۴-۴-۱-۲- تحلیل واریانس مدل خطی.۷۲
۴-۴-۲- تعیین بهترین رابطه.۷۴
۴-۵- ترکیبات مختلف پارامتر ها در اهداف تعیین شده مجموعه آزمایش ها۷۹
۴-۶- تطبیق نتایج بدست آمده از آزمایش های پیوسته با مدل های تجربی.۸۱
۵- نتیجه گیری و پیشنهادات ۸۵
۵-۱- نتیجه گیری.۸۵
۵-۲- پیشنهادات۸۶
فهرست منابع.۸۸
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول­ها
 
 
عنوان و شماره                                                                               صفحه
 
جدول ۲-۱- خلاصه نتایج تحقیقات صورت گرفته بر روی حذف فلزات سنگین مختلف به                                                                       کمک پوسته برنج (سعادت، ۱۳۹۱) ۱۰
جدول ۲-۲- ترکیب های مختلف کد شده پارامتر ها در طرح متشکل از ۳ پارامتر ۲۶
جدول ۲-۳- مقایسه بین جذب فیزیکی و شیمیایی ۲۸
جدول ۳-۱- پارامترهای مستقل طرح و سطوح مقادیر و کد های مربوطه ۴۰
جدول ۳-۲- پارامترهای مورد نظر در این مطالعات و ترکیبات مختلف آزمایشها ۴۱
جدول ۴-۱- مقدار غلظت تعادلی نیکل، بازدهی جذب و مقدار نیکل جذب شده در واحد      جرم جاذب در آزمایش های غیرپیوسته ۴۷
جدول ۴-۲- نتایج آزمایش های انجام شده بر مبنای روش سطح پاسخ ۵۰
جدول ۴-۳- میزان غلظت خروجی نیکل را در زمان های مختلف از ستون با حداکثر بازدهی جذب نیکل ۵۲
جدول ۴-۴- نتایج آنالیز برنامه Design Expert جهت انتخاب مدل ریاضی ۶۰
جدول ۴-۵- تحلیل واریانس مدل چند جمله ای درجه دوم (نتایج آنالیز برنامه Design Expert) 69
 
 
عنوان و شماره                                                                                 صفحه
 
جدول ۴-۶- ضرایب ثابت، اثرات خطی، مربعی و متقابل پارامتر های مدل مرتبه دوم ۷۰
جدول ۴-۷- تحلیل واریانس مدل خطی (نتایج آنالیز برنامه Design Expert) 72
جدول ۴-۸- ضرایب ثابت و اثرات خطی پارامتر های مدل خطی ۷۴
جدول ۴-۹- نتایج مقایسه درصد حذف نیکل حاصل از کاربرد روابط مرتبه دوم و خطی ۷۵
جدول ۴-۱۰- ترکیبات مختلف پارامتر ها را در مدل مرتبه دوم برای بدست آوردن حداکثر راندمان ۸۰
جدول ۴-۱۱- پارامتر های مدل Adam-Bohart 82
جدول ۴-۱۲- پارامتر های مدل توماس ۸۳
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل­ها
 
 
عنوان و شماره                                                                              صفحه
شکل ۲-۱- طرح مرکب مرکزی (CCD) 24
شکل ۲-۲- ایزوترم جذب ۲۸
شکل ۳-۱- شمای شماتیک سیستم پیوسته ۳۸
شکل ۳-۲- سیستم پیوسته به هنگام انجام آزمایش ها ۳۹
شکل ۳-۳- شمای شماتیک نمودار جذب ۴۲
شکل ۴-۱- نمودار ایزوترم جذب نیکل در آزمایش های غیر پیوسته ۴۸
شکل ۴-۲- نمودار مطابقت ایزوترم جذب با مدل لانگمویر ۴۸
شکل ۴-۳- نمودار مطابقت ایزوترم جذب با مدل فروندلیچ ۴۹
شکل ۴-۴- نمودار شکست آزمایش شماره ۴ با راندمان حداکثر برابر با ۸/۶۹ % ۵۱
شکل ۴-۵- نمودار نرمال باقیمانده ها در مدل های مرتبه دوم و خطی ۵۵
شکل ۴-۶- نمودار باقیمانده ها در مقابل مقادیر پیش بینی شده ۵۶
شکل ۴-۷- نمودار باقیمانده ها در برابر ترتیب اجرای آزمایش ۵۷
شکل ۴-۸- نمودار پریشیدگی پارامتر های مختلف در پارامتر ها ۵۸
 
 
عنوان و شماره                                                                             صفحه
 
شکل ۴-۹- نمودار اثر ارتفاع جاذب بر میزان جذب فلز سنگین در دو مدل مرتبه دوم و خطی ۶۲
شکل ۴-۱۰- نمودار اثر دبی بر میزان جذب فلز سنگین در دو مدل مرتبه دوم و خطی ۶۳
شکل ۴-۱۱- نمودار اثر غلظت اولیه نیکل بر میزان جذب فلز سنگین در دو مدل مرتبه دوم و خطی ۶۴
شکل ۴-۱۲- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات ارتفاع جاذب و دبی ورودی بر بازدهی جذب ۶۵
شکل ۴-۱۳- نمودار اثر توامان ارتفاع جاذب و دبی بر راندمان جذب ۶۶
شکل ۴-۱۴- نمودار سه بعدی اثر توامان ارتفاع جاذب و دبی بر راندمان جذب ۶۷
شکل ۴-۱۵- نمودار مقایسه نتایج روابط شماره ۴-۳ و ۴-۵ با نتایج واقعی بازدهی حاصل از انجام آزمایشها ۷۷
شکل ۴-۱۶- اختلاف نتیجه بازدهی بر اساس روابط ۴-۳ و ۴-۵ با مقدار واقعی بازدهی از آزمایشها ۷۸
شکل ۴-۱۷- نمودار میله ای مطلوبیت ترکیبات تعریف شده در اهداف ۸۰
شکل ۴-۱۸- مقایسه نمودار بدست آمده از آزمایشها با مدل Adam-Bohart 82
شکل ۴-۱۹- مقایسه نمودار بدست آمده از آزمایشها با مدل توماس ۸۳
شکل پ-۱- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۹۵/۲۵ سانتی متر، دبی ۷۵/۱۵ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۷۶ میلی گرم بر لیتر ۹۵
شکل پ-۲- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۹۵/۲۵ سانتی متر، دبی ۷۲/۱۰ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲/۳۴ میلی گرم بر لیتر ۹۵
شکل پ-۳- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۰۵/۱۴ سانتی متر، دبی ۷۸/۱۵ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲/۳۴ میلی گرم بر لیتر ۹۶
 
 
عنوان و شماره                                                                                             صفحه
 
شکل پ-۴- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۰۵/۱۴ سانتی متر، دبی ۷۲/۱۰ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲/۳۴ میلی گرم بر لیتر ۹۶
شکل پ-۵- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۹۵/۲۵ سانتی متر، دبی ۷۸/۱۵ میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲/۳۴ میلی گرم بر لیتر ۹۷
شکل پ-۶- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۰۵/۱۴ سانتی متر، دبی ۷۲/۱۰میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۸/۷۵ میلی گرم بر لیتر ۹۷
شکل پ-۷- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۹۵/۲۵ سانتی متر، دبی ۷۲/۱۰میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۸/۷۵ میلی گرم بر لیتر ۹۸
شکل پ-۸- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۰۵/۱۴ سانتی متر، دبی ۷۸/۱۵میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۸/۷۵ میلی گرم بر لیتر ۹۸
شکل پ-۹- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی ۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۹۰ میلی گرم بر لیتر ۹۹
شکل پ-۱۰- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی ۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۲۰ میلی گرم بر لیتر ۹۹
شکل پ-۱۱- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۵/۱۷میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۰
شکل پ-۱۲- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۱۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۰
شکل پ-۱۳- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۹میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۱
شکل پ- ۱۴- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۱
شکل پ-۱۵- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۲
عنوان و شماره                                                                                 صفحه
 
شکل پ-۱۶- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۲
شکل پ-۱۷- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۳
شکل پ-۱۸- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۳
شکل پ-۱۹- نمودار شکست در ستون با ارتفاع جاذب ۲۰ سانتی متر، دبی۲۵/۱۳میلی لیتر بر دقیقه و غلظت اولیه نیکل ۵۵ میلی گرم بر لیتر ۱۰۴
شکل پ-۲۰- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات ارتفاع جاذب و غلظت نیکل ورودی بر بازدهی جذب ۱۰۵
شکل پ-۲۱- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات دبی ورودی و غلظت نیکل ورودی بر بازدهی جذب ۱۰۶
شکل پ-۲۲- – نمودار اثر توامان ارتفاع جاذب و غلظت اولیه نیکل بر راندمان جذب ۱۰۷
شکل پ- ۲۳- نمودار اثر توامان غلظت اولیه نیکل و دبی بر راندمان جذب ۱۰۸
شکل پ-۲۴- نمودار سه بعدی اثر توامان غلظت اولیه نیکل و ارتفاع جاذب بر راندمان جذب ۱۰۹
شکل پ-۲۵- نمودار سه بعدی اثر توامان غلظت اولیه نیکل و دبی بر راندمان جذب ۱۱۰

99