بررسي فرايندهاي انعقاد الکتريکي و شيميايي
براي جداسازي ميکروجلبکهاي آب شور
303187115319

ابوعلي گلزاري*+محمدعلي عبدلي
تهران، دانشگاه تهران، دانشکده تحصيلات تکميلي محيط زيست، گروه مهندسي محييط زيست، آزمايشگاه تبديل پسماند به انرژي
عباسعلي خدادادي
تهران، دانشگاه تهران، پرديس دانشکدههاي فني، دانشکده مهندسي شيمي، آزمايشگاه کاتاليست و مواد نانوساختار
عبدالرضا کرباسي، سجاد ايمانيان
تهران، دانشگاه تهران، دانشکده تحصيلات تکميلي محيط زيست، گروه مهندسي محييط زيست، آزمايشگاه تبديل پسماند به انرژي
چكيده: اقتصادي و تجاري شدن توليد سوخت زيستي از ميکروجلبکها نيازمند حل برخي مشکلهاي پيش روي آن ميباشد. يکي از کليدي ترين و پرهزينه ترين مرحلههاي آن، جداسازي ميکروجلبک از محيط کشت ميباشد .
در اين پژوهش ابتدا به بررسي اين مشکل و ارايه روشهاي گوناگون جداسازي زيست توده از محيط کشت پرداخته شد و سپس از بين روشها به دليل سادگي و قابليت صنعتي شدن، روش انعقاد ـ فلوکولاسيون الکتريکي) EC( براي رفع مشکل انتخاب شد. شرايط بهينه و اثر پارامترهاي شدت جريان الکتريکي، زمان ماند و pH محلول اوليه بر ميزان جداسازي ميکروجلبکها از محيط کشت و ميزان هزينه عملياتي بررسي شد و از آنجا که EC ، اغلب به عنوان جانشين انعقاد شيميايي) CC ( معرفي ميشود، در ادامه عملکرد CC در حذف ميکروجلبکها نيز مورد ارزيابي قرار گرفت. نتيجههاي به دست آمده از بهينه سازي نشان داد که با اعمال شدت جريان الکتريکي mA/cm 6/1 ، به مدت 66/11 دقيقه درصد جداسازي بسيار دلخواهي )%8/66( با کمترين هزينه قابل دستيابي است. همچنين براي دستيابي به چنين درصد حذفي نيازي به تنظيم pH نيست. از سوي ديگر ،نتيجههاي آزمايشهاي CC نشان داد که با استفاده از آلوم به عنوان منعقد کننده ،غلظت بهينه منعقد کننده برابر با mg/L 064 و بهترين pH برابر با 8 ميباشد. در اين شرايط درصد حذف جلبک به حدود 86% ميرسد. روي هم رفته اين پژوهش نشان دهنده آن است که EC يک فرايند کارا و قابل اطمينان براي جداسازي ميکرو جلبکها از آب است .EC نسبت به فرايند انعقاد شيميايي منعطف تر ، پربازده تر و کم هزينه تر است، و البته بايد به همه اين برتريها، سادگي فرايند و نياز نداشتن به تجهيزات پيچيده را نيز افزود.
واژههاي كليدي: جداسازي؛ ميکروجلبکهاي آب شور؛ انعقاد- شناورسازي الکتريکي؛ انعقاد شيميايي؛ بهينهسازي.
KEYWORDS: Separation; Marine microalgae; Electro coagulation- flotation; Chemical coagulation; Optimization.

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات*
59
امنيت انرژي، جديديذرردژ، ن ناژانرغ جرييرژ آب ن هراا دغ مندژ شيه جا دنيا به دنبال جادازدنغ بژا، منراب انرژي، ضا رژباشي. جادازدنغ ساختها ن فژانردها، نفتغ با مناب جديديذردژ بژا ،کمينه کژدن مشکلها، زدست محيطغ مرارد نيراز اسرت 1[.
منب زدست جاده در مقادسه با سادژ منراب جديديذرردژ برهدليرلگستژدگغ در منب زدست جاده فژادنيها، فژآنر، گاناگان گسرتژدگ غ در فژانردهها، جاليي، ن کاربژ ،بژجژ،هرا ، فرژانان دارد [3 2].
دکغ از مهمجژدن گزدنهها، بهژهگيرژ، از منراب زدسرت جراده جاليي ساختها، زدستغ مغباشي. زدست ساختها را بژ مبنرا،ناع مناب به سه نسل گاناگان جقسريم مرغکننيکره نسرل انلمانني ذرت جا ن …بهدليل همپاشانغ با مصژف غررادغ مرژدو ن نسل دنو مانني مناب لياناسلالز، بره دليرل آسري بره منراب جنالغ ن جادازدنغ زمان بژ آن جا، خاد را به نسل ساو دعنغ ميکژنجلبکها دادهاني. جلبکها سژعت رشي مناس جاليي چژبغ برا ن نياز به آب کمتژ بژا، رشي نسبت به دداژ گياهران انرژي، زا دارني ن ميزان جاليي ساخت از آنها به مژاج بيشجژ از نسلها ،
انليه است. جلبکهرا اابليرت رشري در زمرينهرا ن مکرانهرا، غيژ کشانرز، ن غيژ اابل کشت را نيز دارني ن در شرژاد متريرژ
آب ن ه اادغ م غ جاانن ي رش ي کنن ي جلب که ا ب ژا، رش ي به نارخارشيي کژبن د، اکسيي ن مااد مرر ،نياز دارني. مصژف کژبن د، اکسيي جاس جلبک باعث ضرف آن از هراا ن کراهش
گازها، گلخانها، مغشاد. ادژان به دليرل داشرتن آب شرار فرژانان نار خارشيي ن زمين زداد ن ميزان جاليري کرژبن د، اکسريي برا مکررران مناسررربغ برررژا، جلبرررکهرررا مرررغ باشررري [6-4]. ااتصاد، شين ن مقژنن به صژفه شين جاليري سراخت زدسرت غ از ميکژنجلبکها نيازمني ضل بژخغ مشکلها، ضال ضا ژ آنها است که دکغ از کليي، جرژدن ن هزدنره بژجرژدن اسرمت آنهراجياساز، ميکژنجلبک از محي کشت است که ضيند 22 جا 32 درصريهزدنه کل را در بژ مغ گيژد ن به عنراان درک عامرل محريند کننريهبژا، جبيدل ادن زدست جاده به ساخت زدستغ مغ باشي 12-7[.
04
در ادن ذژنهش ابتيا به بژرسغ ادن عامرل ن بژرسرغ رن هرا،گاناگان جياساز، زدست جاده از محري کشرت ذژداختره شريه ن سپس از بين رن ها ،داد شيه بره دليرل سرادگغ ن اابليرتصنعتغ شين بژ رن انعقاد – فلاکا سيان الکتژدکرغ EC( برژا،ضل ادن مسئله جمژکز شيه است. در ادن ارجباط شرژاد بهينره ناثررژ ذارامتژهررا، شرريت جژدرران الکتژدکررغ زمرران مانرري ن pH محلررال انليرره بررژ ميررزان جياسرراز، ميکژنجلبررکهررا از محي کشت ن ميزان هزدنه عملياجغ بژرسغ شي ن از آندا کره
اغل EC به عناان جانشين انعقاد شريميادغ CC( معژفرغ مرغشراد در ادامه عملکژد CC در ضررف ميکژنجلبرکهرا مرارد ارزدرابغ اژار گژفت.

روشهاي جداسازي ميکروجلبک از محيط کشت
جلبک کشت شيه به طار معمال دارا، مقيار زداد ، آب است که بژا، ضرف ادن ميزان از آب ن عمليات بژ رن ،ضدم زداد زدست جاده آن به رن مناسبغ بژا، بژداشت نياز مغباشي. ادن رن ها ممکن است شامل دک دا چني مژضله باشني که در بژگيژنيه رن ها، فيزدکغ شيميادغ ن زدستغ جهت دستيابغ به جياساز، مناس جامي ر ماد مغباشني .جدژبه نشان داده است که هناز رن جامعغ بژا، بژداشت
نجاد نيارد ن ادن زمينه هناز بژا، ذژنهش فعال است جا دک سامانه جم آنر، مناس ن ااتصاد، بژا، گانهها ،گاناگان جلبک بهدست آدي. از آندا که سلالها به طار معمال ضامل بار منفغ ن مااد آلغ آلااينيک (AOM) ا افغ هستني در محلال به ضالت ذاديار بااغ مغ مانني 11[. ادن ما اع به همژاه ذائين بادن جزء نزنغ جلبک در محي کشت باعث با بادن هزدنه بژداشت جلبک مغ شاد. رادججژدن رن ها ،بژداشت شامل رسابگيژ، گژانشغ سانتژدفاي صافغ ن ميکژنغژبالاژ ،فژاجصفيه شنانرساز، گاهغ اناات همژاه با دک مژضله انعقاد ا افغ دا جژکي انعقاد ر شنانرساز، ن فنانر، الکتژنفارز مغباشي [12]. انتخاب رن جياساز، به ندژگغها، ميکژنجلبک همچان چاالغ انيازه ن ارز فژانردهها، مي نظژ بستاغ دارد 13[.

رسوب گرانشي
جرره نشررينغ ن رسرراب برره طررار معمررال بررژا، جياسرراز ،ميکژنجلبکها در جصفيه آب ن ذساب استفاده مرغ شراد. اگرژ چره جهنشرين غ درک فژادنري سراده اسرت نلرغ بسريار کنري مرغباشري m/h 6/2-1/2( 14[ ن گاهغ در محي ها، دما با باعث فاسي شرينزدست جاده مغ شاد. جه نشينغ گژانش بستاغ شيدي، به دانسيته ذرهها، ميکژنجلبک دارد. بره دليرل دانسريته بره نسربت ذرا دين ذرهها، ميکژنجلبک به خرابغ نمرغنشرينني ن جي اسراز، در اثرژجهنشينغ نامافق مغباشي در نتيده اغل لختهساز، بژا، افزادش بهژهنر، رساب گيژ، گژانشغ مارد نياز است 11[.
سانتريفيوژ
بيشجژ ردز جلبکها را مغجاان از محري مراد برا اسرتفاده ازسانتژدفياي جيا کژد. ادن دستااهها مغجاانري بره راضترغ جميرز درااستژدليزه شاد جا به طار مؤثژ از آلادگغ باکتژدادغ ن دا رسراب گرزار ، دنر، ش اد 16[. در ض ال ضا ژ س انتژدفياي بس يار ذژهزدن ه ناتگيژ ن انژي، بژ بژا، جياساز، انليه ردزجلبرک هرا مرغباشري.
ن به دليل مصژف انژي، با بهندژه در ضدمها، زداد سانتژدفياي مقژنن به صژفه نيست. همچنين اژارگيژ، سلالها، ردزجلبرکدر معژض نيژنها، گژانشغ ن بژشرغ برا مرغجاانري بره سراختارسلالغ آسي بژساني 17[.

لختهسازی و انعقاد شيميايي
سلالها، ميکژنجلبکها بار منفغ دارني که مان از جدم آنهرا در ساسپانسيان مرغشراد 11[. برا برژهم زدن ذادريار، سرامانه ساسپانسيان مغجاان به بژداشت مؤثژ جلبک دست دافت .لختهساز، فژادني، است که در آن ذرهها، ذژاکنيه بره هرم چسربييه ن جشرکيلذرههررا، بررزر جررژ جهررت جررهنشررينغ مررغ کننرري. انرريازه ذره بزر جژ مندژ به جهنشينغ جنيجژ رجاع به اانان اسرتاکس( ندا ناکنش بهتژ با ضبابها، شنانر مغشاد. دن طبقهبني، اصلغ از منعقي کننيهها با جاجره بره جژکير شريميادغ آنهرا نجراد دارد.
1( منعقي کننيهرا، معرينغ ماننري 3(4Al2(SO سرالفات آلامينيراو(
3FeCl کلژدي آهن( 2( منعقري کننريه هرا، آلرغ/ منعقري کننريههرا، ذلرغ الکتژنليرت ماننري کيتاس ان. ادرن مرااد شريميادغ ک اجيانغ جلبرک ه ا را برينن اث ژ برژ جژکي ن سرميت ف ژانردهه ا، آن منعقي مغکني . با نجاد بژجرژ،هرا ، زدراد لختره سراز ، اسرتفاده از منعقي کننيههرا، معرينغ دارا، اشرکالهرا ، بسريار، اسرت .
در غلظت زداد آن ميزان با دغ از لدن جاليي خااهري شري فژادنري به pH بسيار ضساس مغباشي .فرژانرده ، نهرادغ بره نمرکهرا،آلامينياو ن آهن ا افغ آلاده مغشاد. ذلغ الکتژنليتها، آنيانغ ن غيژ دانغ در منعقي کژدن ردز جلبکها مافق نباده اني کره ادرن امرژ رامغجاان با دافعه ماجاد بين بارها دا فاصرله ناکرافغ برژا، اجصرالذرههررا جا رريد داد 11[. بيلانرراد ن همکرراران اشرراره کژدنرري
تصفيه و غربالگيری
اگ ژ چ ه جص فيه ب ه ط ار معم ال در مقي اس آزمادش ااهغ مارد استفاده اژار مغگيژد در اسرتفاده برا مقيراس برزر جرژ بژخرغمشکلهادغ مانني گژفتارغ غشرا جشرکيل کيرک هرا، مترژاکم ن بهندژه هزدنهها، ناهيار، با باعث آزار مغشراد . جصرفيه ااتصراد، محيند به ميکژنجلبکها، رشتها، دا جاده ا، برزر مرغشراد.
جصفيه فشار، ن دا خلا مغجااني برژا، بازدرابغ ردرز جلبرکهرا، به نسبت بزر مارد استفاده اژار گيژد. امرا غلظترغ از ردزجلبرکبژا، مؤثژ بادن ادن فژادنريها، نيراز اسرت. مصرژف برژي برژا، ادن عمليات در ضيند 3kW/m 2-3/2 است که نزددک بره ميرزانمارد نياز بژا، سانتژدفياي است 22[.

شناورسازی
شنانرساز، دک فژادني جياسراز، گژانشرغ اسرت کره در آنضبابها، هاا دا گاز به ذرهها، جامي متصل شريه ن سرپس آنهرا را به سطد ماد ضمل مغکني. شنانرساز، رن معمرالغ اسرت کرهبژا، ضررف ميکژنجلبرکهرا از آب مخرزن ذريش از اسرتفاده آن به عناان آب آشاميينغ بهکرار مرغرند. برژ اسراس انريازه ضبراب م ارد اس تفاده در فژادن ي شنانرس از، کاربژدش ان را م غج اان به شنانرساز، هاا، محلال (DAF) شنانرساز، هاا، ذژاکنيه ن شنانرساز، الکتژنليتها جقسيم کژد. نقطه عف اصلغ ادرن رن آل ادگغ م ااد ب ا عام ل لخت ه کنن يه اس ت ک ه ممک ن اس ت به طار چشمايژ، ارز آنها را کاهش دهي [22].

جداسازی الکتروليتي
رن الکتژنليتررغ دکررغ دداررژ از رن هررا، بررالقاه بررژا، جياساز، جلبکها بينن نياز به افزندن هژگانه مااد شريميادغ اسرت.
در ادن رن ميريان الکتژدکرغ برا براردار کرژدن جلبرک باعرثجياس از، آن از محل ال م غش اد 21[. الکتژنلي ز آب ب ا جالي ي هييرنين باعث چسبيين جادههرا، ردرز جلبرک شريه ن آنهرا را به سطد مغآنرد .بژجژ،ها، گاناگانغ بژا، استفاده از رن هرا ، الکتژنشيميادغ نجاد دارد که شامل سرازگار، برا محري زدسرت
که منعقي کژدن با ذليمژهرا، کراجيانغ برا شرار، برا ، محري جطبيقذردژ، بهژهنر، انژي، ادمنغ انتخابذردژ، ن ااتصراد، برادندردادغ مهار مغشاد. به ادن دليل ادرن مرااد برژا، لختره سراز ، آن است [21]. به طار کلرغ نتيدره هرا، نشران داده اسرت کره جلبررکهررا، جاليرري، در آب شررار برره دليررل ماهيررت آنيررانغ فنانر، ECF بژا، ضرف جلبک از دن نقطه نظژ فنرغ ن ااتصراد،مناس نمغباشي [11]. مؤثژ مغباشي . 22ن23[.
01
جدول 1ـ مواد مورد استفاده در محيط کشت روديک برای هر ليتر. خليج فارس مغباشي شکل 1( در 4 راکتار زدستغ نار،
3239379-10310

نزن
بژا
،

هژ
ل

ي
مح

تژ
ي

کشت

ماده

ناع

mg
322

NaNO
3

mg
22

KH
2
PO
4

mg
12

K
2
HPO
4

mg
22

NaCl

mg
47

CaCl
2

mg
12

MgSO
4

7
H
2
O

mg
1
/
2

ZnSO
4

7
H
2
O

mg
1
/
1

MnSO
4

H
2
O

mg
21
/
2

CuSO
4

1
H
2
O

mg
3
/
2

H
3
BO
3

mg
3
/
2

(
NH
4
)
6
Mo
7
O
24

4
H
2
O

mg
17

FeCl
3

6
H
2
O

mg
2
/
2

Co(NO
3
)
2

H
2
O

mg
1
/
7

EDTA

g
33

Sea salt

نزن

بژا

،

هژ

ل

ي

مح

تژ

ي



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید