پویا ارباب - گروه مهندسی عمران- محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
بیتا آیتی - گروه مهندسی عمران- محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
محمدرضا انصاری - گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

سابقه و هدف: بسیاری از آلاینده ­های موجود در فاضلاب­ های صنعتی از قبیل رنگزاها به دلیل ماهیت پیچیده و مقاومشان به راحتی به ­وسیله فرآیندهای متداول تصفیه فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی قابل حذف نمی ­باشند. بنابراین دستیابی به یک فناوری تصفیه موثر که بتواند مولکول­ های مقاوم را بطور کامل تجزیه کرده و یا به مولکول­ های کوچکتر قابل تجزیه با فرآیندهای مرسوم تبدیل کند، امری ضروری به نظر می ­رسد. کاویتاسیون چنین تکنیک امروزی­ای است که به دلیل قابلیت تولید رادیکال­ های آزاد با فعالیت بالا، به­ منظور شکست ترکیب­ های شیمیایی آلی و تجزیه آلاینده ­های مقاوم به تجزیه بیولوژیکی، مورد بررسی قرار گرفته است. کاویتاسیون هیدرودینامیکی، توانایی به ­کارگیری در مقیاس بزرگتر به دلیل قابلیت تولید رادیکال­ های هیدروکسیل در شرایط محیطی با هزینه پایین تر در جهت به ­کارگیری اقتصادی ­تر را دارا است. هدف از این پژوهش به­ کارگیری کاویتاسیون هیدرودینامیکی به ­منظور تجزیه رنگزای راکتیو مشکی ۵ و بهینه سازی پارامترهای موثر بر فرآیند (pH، فشار ورودی، قطر روزنه و غلظت رنگزا) با توجه به میزان راندمان و انرژی مصرفی بود. مواد و روش­ ها: در این پژوهش تجزیه رنگزای راکتیو مشکی ۵ به­ وسیله کاویتاسیون هیدرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفت. ۲۵/۸ لیتر محلول رنگی در هر تست مورد آزمایش قرار گرفت. کاویتاسیون از طریق به­ کارگیری پمپ و صفحه روزنه­ دار تولید شد. به­ منظور بهینه­ سازی فرآیند، آزمایش­ های مختلف در pHهای ۳ الی ۱۱ و نیز با به ­کارگیری صفحه­ های با قطر روزنه مختلف ۲، ۳، ۵ و ۷ میلیمتر در فشارهای ۲، ۳، ۴ و ۵ بار و غلظت­ های رنگزای ۳۰، ۵۰ و ۱۰۰ میلی گرم بر لیتر انجام گرفت. با توجه به ولتاژ ثابت برق شهری، جریان الکتریکی به عنوان شاخصی برای انرژی مصرفی به ­وسیله آمپرمتر مورد اندازه ­گیری قرار گرفت. نتایج و بحث: با توجه به نتایج با کاهش pH، میزان رنگبری افزایش یافت و صفحه ­های روزنه ­دار با قطر روزنه بزرگتر در فشارهای بالاتر راندمان بهتری داشتند. مشاهده گردید که افزایش غلظت اولیه رنگ، سبب کاهش راندمان حذف شد. صفحه با روزنه ۷ میلیمتر در فشار ورودی ۵ بار، بیشترین بازده را به ­دست داد ولی با در نظر گرفتن میزان انرژی مصرفی و با توجه به میزان بازده فرآیند به میزان مصرف انرژی، صفحه با قطر روزنه ۷ میلیمتر و فشار ورودی ۴ بار به ­عنوان بهینه انتخاب شد. pH برابر با ۳، صفحه با روزنه به قطر ۷ میلیمتر در فشار ورودی ۴ بار و غلظت اولیه رنگزا برابر با ۳۰ میلی گرم بر لیتر (با توجه به میزان انرژی مصرفی پمپ از طریق اندازه ­گیری جریان الکتریکی و راندمان فرآیند) به عنوان شرایط بهینه در نظر گرفته شد. در این شرایط پس از ۱۲۰ دقیقه، میزان رنگبری برابر با ۲۱/۳۸ درصد به­ وسیله کاویتاسیون هیدرودینامیکی به ­دست آمد. نتیجه­ گیری: کاویتاسیون هیدرودینامیکی، توانایی به­ کارگیری در مقیاس بزرگتر به دلیل قابلیت تولید رادیکال­ های هیدروکسیل در شرایط محیطی را دارا است. مشخص شد که میزان مصرف انرژی عاملی تاثیر گذار در انتخاب شرایط بهینه بود. با کاهش غلظت اولیه رنگزا و pH، میزان حذف رنگ افزایش یافت و صفحه­ های روزنه­ دار با قطر روزنه بزرگتر در فشارهای بالاتر راندمان بهتری داشتند.

رنگزا, انرژی, کاویتاسیون هیدرودینامیکی, صفحه روزنه دار, فشار