مهندسان : دنیای مکانیک و مکاترونیک

فعالیت در حوزه مهندسی مکانیک ومکاترونیک وامور وابسته

مهندسان : دنیای مکانیک و مکاترونیک

فعالیت در حوزه مهندسی مکانیک ومکاترونیک وامور وابسته

آشنایی با جاذب های نفتی جهت رفع الودگی دریاها

دوشنبه, ۴ اسفند ۱۳۹۳، ۱۲:۰۳ ب.ظ

یکی از روش‌های مقابله با آلودگی دریا و جلوگیری از آلوده شدن محیط زیست دریایی ، استفاده از مواد جاذب برای جمع‌آوری ‫و جلوگیری از گسترش مواد نفتی روی آب است. مواد جاذب، معمولاً در آلودگی‌های نفتی کوچک و در مواقعی که برای جمع‌آوری ‫آلودگی‌های نفتی به وسیله‌ی اسکیمر از روی سطح آب، محدودیت وجود داشته باشد ، مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. از مواد جاذب ، ‫برای جذب آلودگی‌های نفتی در نقــاط با میـــزان عمق کم و با میزان دسترسی محدود، بوم‌های جاذب و محیط‌هایی که امکان جمع‌آوری ‫مواد نفتی از روی سطح آب، به آسانی فراهم نیست، استفاده می‌‌شود.
دسته‌بندی انواع مواد جاذب

جاذب‌ها از نظر جنس، به چهار گروه جاذب‌های ‫طبیعی، جاذب‌های طبیعی فرآوری شده، ‫جاذب‌های معدنی و جاذب‌های سنتزی، دسته‌بندی می‌‌شوند.

جاذب‌های طبیعی
‫جاذب‌های طبیعی، شامل مواد آلی و معدنی ‫هستند. از جاذب‌های آلی، می‌‌توان کاه،چوب ‫ذرت، پوسته‌ی بادام زمینی،فیبر چوب و تورب ‫ساخته شده از خزه‌ی پوسیده را نام برد. مواد ‫طبیعی، نسبتاً ارزان و به فراوانی در دسترس ‫هستند و از شدت جذب قابل قبولی برخوردارند. ‫چوب و ترکیبات لیگنوسلولزی، قابلیت زیادی ‫در جذب آلودگی‌های نفتی دارند. به علت جذب ‫فیزیکی بالا،استفاده از این مواد برای جلوگیری ‫از گسترش سریع آلودگی موثر خواهد بود. ‫در حادثه‌ی آلودگی توری کانیون فرانسه، در ‫حدود 20 هزار تن از تکه‌های چوب، روی ‫لکه‌های نفتی پخش و سپس آنها را از کناره‌ی ‫ساحل، جمع‌آوری کردند. ارزان و در دسترس ‫بودن ، تجدید‌پذیر بودن و متناسب بودن این ‫جاذب‌ها با محیط زیست، باعث می‌شود که ‫تمایل بیشتری به سمت جاذب‌های زیستی و ‫طبیعی وجود داشته باشد. در بین پسماندهای ‫کشاورزی، «باگاس نیشکر»، از جمله پر ‫کاربردترین است. مطابق با تعریف انجمن بین ‫المللی متخصصان نیشکر، به باقیمانده‌ی نیشکر ‫پس از خرد شدن آن در یک یا چند آسیاب ‫متوالی، «باگاس» گفته می‌شود. باگاس حاصل ‫از این آسیاب‌ها حاوی 45 تا 50 درصد رطوبت ‫بوده و نیز، دارای مواد نا محلولی، مثل: سلولز، ‫فیبرهای متراکم شده و مواد محلولی، مانند ‫قند است. از نظر تجزیه‌ی عنصری، به طور ‫متوسط، می‌توان ترکیب مواد را به صورت کربن ‫47 درصد، هیدروژن 6/5 درصد، اکسیژن 44 ‫درصد،خاکستر 2/5 درصد در نظر گرفت. این ‫ماده، بیشتر در کشورهای دارای آب و هوای ‫گرم و مرطوب پراکنده است. در ایران، نیشکر در ‫مقادیر زیاد تولید می‌شود و با توجه به متمرکز ‫بودن کشت نیشکر و باگاس حاصل از واحدهای ‫استحصال شکر و مقدار تولید سالیانه‌ی آن ‫در کشور، استفاده از آن به عنوان یک منبع  ‫تجدیدپذیر، کاملاً اقتصادی و مقرون به صرفه ‫است.

استفاده از مواد آلی طبیعی، نظیر: کاه، چوب ‫ذرت، پوست برنج، پرها، خرده های چوب ‫و پشم، بنا به دلایلی، مانند: زیست تخریب ‫پذیری، تجدید پذیری، هزینه‌ی پایین و اثر ‫کمتر بر محیط زیست دریایی، در صورتی ‫که در حین عملیات پاکسازی آلودگی نفتی ‫رها شوند یا از دست بروند، رواج دارد. البته، ‫موارد یادشده، معایبی نیز دارند که عبارتند: ‫از احتمال آتش گیری در حین ذخیره،جذب ‫حشرات به محصولاتی مانند چوب که به ‫عنوان جاذب استفاده می‌شوند ، ایجاد گرد ‫و غبار و پراکندگی مواد بدون بسته بندی، ‫راندمان جذب کمتری نسبت به جاذب‌هایی ‫از جنس پلی پروپیلن. جاذب‌های معدنی ‫(بیشتر رس ها) و جاذب های سنتزی (بیشتر ‫پلی پروپیلن) جاذب های انتخابی در بیشتر ‫موارد محسوب می‌شوند.

جاذب‌های طبیعی فرآوری شده
جاذب‌های طبیعی، نسبتا ارزان و در دسترس ‫هستند و شدت جذب قابل قبولی دارند. ‫بسیاری از جاذب‌های طبیعی عمل آوری ‫می‌ شوند.این عمل آوری، باعث افزایش کارایی ‫برای جذب نفت می‌ شود،اما قیمت جاذب را نیز ‫افزایش می‌‌دهد. یکی از روشها، استیله کردن ‫گروه هیدروکسیل آزاد موجود در جاذب‌های ‫مختلف، مانند: کاه،کلش برنج و باگاس به ‫وسیله‌ی انیدرید استیک است. با افزایش دما و ‫میزان کاتالیست مورد استفاده، ظرفیت جذب ‫و قدرت جذب بالا خواهد رفت و از مزایای آن، ‫می‌ توان به قیمت پایین و ظرفیت جذب بالا ‫و جذب آسان اشاره کرد. به دلیل این که کاه ‫استیله شده به طور مشخص دارای خاصیت ‫آبگریزی است و جذب آب پایینی دارد، بازیابی ‫نفت از کاه، برای چندین مرتبه امکانپذیر ‫است. در نتیجه، استیله کردن کاه برنج و ‫دیگر موادی که قابلیت زیست تخریب پذیری ‫دارند، مانند: باگاس و ضایعات چوب، یکی ‫از روش‌های مناسب و اقتصادی برای حذف ‫آلودگی‌های نفتی موجود در آب است.

جاذب‌های معدنی
1- آئروژل
‫این مواد، اکسید فلزات جامد هستند که حالت ‫اسفنجی باز دارند. این ساختار، به آنها اجازه‌ی ‫نفوذ ترکیبات مختلف به ساختار جامد را ‫می‌دهد. اولین بار، سیلیکا آئروژل، توسط محلول ‫غلیظ سیلیکات سدیم و پتاسیم به دست آمد. ‫پیشرفت‌های چشمگیری در تهیه‌ی آئروژل‌ها ‫به وجود آمده است. به عنوان مثال، استفاده ‫از آلکوکسید، باعث حذف مرحله‌ی شستشو و ‫مراحل تعویض حلال و در نتیجه، موجب شتاب ‫دادن به واکنش می‌شود. به رغم ویژگی‌های ‫سیلیکا آئروژل، باید به برخی دشواری‌ها، قبل ‫از تجاری شدن آن‌ها توجه کرد. یکی از این ‫مشکلات و موانع همراه با آن‌ها، خراب شدن ‫ساختار آنها به دلیل جذب آب است؛ به دلیل ‫این که، دی اکسید کربن از لحاظ اقتصادی ‫باصرفه‌تر، ایمن‌تر و دارای قابلیت آتش گیری و ‫انفجار و از لحاظ شیمیایی، خنثی و دارای دمای ‫بحرانی پایینی است.


2- زئولیت
‫در چند دهه‌ی گذشته، اغلب تحقیقات ‫روی سیلیکا، بر خاصیت آبگریزی متمرکز ‫شده است. زئولیت‌ها به عنوان جایگزین، به ‫منظور جذب آلودگی‌های نفتی کاربرد دارند. ‫زئولیت‌ها از نظر گرمایی، بسیار پایدار هستند ‫(تا ‪ 30 Cپایدار هستند) و مانند دیگر ترکیبات ‫آلومینوسیلیکات، دارای منافذ مشخصی در ‫حدود ‪ 0.2-0.9nm هستند که مربوط به سطح ‫ویژه آنها است. ژئولیت‌های آبگریز، نسبت به ‫کربن فعال از مزیت‌های زیر برخوردارند:
‫ -نیازمند تجهیزات ایمنی کمتر هستند،به‫‌دلیل آن که آتشگیر نیستند.
-‫ جذب رطوبت کمتری نسبت به کربن فعال‫ دارند. کربن فعال، در حدود 70 درصد جذب ‫رطوبت دارد و زئولیت، از حدود 50 درصد ‫جذب رطوبت دارد.


‫یکی از معایب زئولیتهای آبگریز، ظرفیت ‫جذب کمتر آنها نسبت به کربن فعال است. ‫اصلاح سطحی زئولیت‌ها به وسیله‌ی حذف ‫آلومین، صورت می‌گیرد. ‫از خاکستر آتشفشانی نیز، می‌توان به عنوان ‫تصفیه‌ی آب‌های فاضلاب و آب‌های آلوده به ‫مواد نفتی استفاده کرد.



‫3- خاک‌های معدنی
خاک‌های معدنی که از ذرات کوچک کریستالی ‫دارای ورق‌های چهاروجهی سیلیکا تشکیل شده ‫اند. (یون‌های سیلیکون که به صورت چهاروجهی ‫با اتم‌های اکسیژن پیوند تشکیل داده‌اند و ‫ورق‌های هشت وجهی یون‌های آلومینیوم و ‫منیزیم، به صورت هشت وجهی، با شش مولکول ‫اکسیژن و هیدروکسیل پیوند دارند. خاک‌های ‫معدنی، با جایگزینی یون‌های سیلیکون، به جای ‫یون‌های آلومینیوم در شبکه‌ی چهار وجهی و ‫جایگزینی به وسیله یون‌های منیزیم و دیگر ‫کاتیونهایی که از لحاظ اندازه برابر هستند، در لایه‌ی هشت وجهی، به بار خنثی می‌رسند. از ‫این راه، به دلیل خنثی بودن سطحی این مواد، ‫یونهای سدیم و پتاسیم و کلسیم، به عنوان ‫کاتیونهای جایگزین، می‌توانند به سطح این ‫مواد معدنی جذب شوند. این کاتیونها قابل ‫تعویض با کاتیونهای دیگر موجود در خاکهای ‫معدنی، مثل مواد معدنی و کاتیونهای فلزی ‫هستند.

4- پرلیت
‫از دیگر مواد معدنی، می‌توان به کاربرد گرافیت ورقه‌ای و پرلیت و کربن فعال در حذف ‫آلودگی‌های نفتی اشاره کرد. پرلیت، یکی از ‫جاذب‌های صنعتی است که به فراوانی در ‫معادن یافت می‌شود. از خصوصیات بارز پرلیت، ‫می‌توان دانسیته‌ی کم (‪(40-200kg/m3 ‫(فضای تخلخل زیاد بیش از 90 درصد)، ساختار لایه لایه‌ای آن، پخش شدن سریع پرلیت روی ‫نفت، نفوذپذیری بالا و جمع‌آوری آسان آن ‫را مورد توجه قرار داد. پرلیت، بلافاصله بعد ‫از جذب نفت به صورت لخته روی سطح آب، ‫شناور می‌ماند که جمع‌آوری آن از روی سطح ‫آب، به آسانی امکان‌پذیر می‌شود. فرایند جذب ‫لکه‌ی نفتی توسط پرلیت، از نوع جذب سطحی ‫است که به شدت بستگی به نوع ماده جاذب، ‫سطح تماس، ساختار آن، مقدار و ترکیب ماده ‫آلی دارد. در فرایند جذب سطحی، جذب عمدتاً ‫از نوع جذب فیزیکی است. خاصیت آبگریزی ‫پرلیت، باعث برتری این جاذب برای کاربرد آن ‫در محیط‌های آبی می‌شود.

 ‫5- کربن فعال
‫کربن فعال، به طور گسترده برای جذب ترکیبات آلی و مخصوصاً برای جداسازی ‫ترکیبات فرار آلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ‫از مزایای کربن فعال، می‌توان به قابل دسترس ‫بودن و تهیه‌ی آن از بسیاری از کارخانه‌ها و ‫قدرت جذب نسبتاً بالای آن اشاره کرد. با توجه ‫به مزایای کربن فعال، از معایب این جاذب، ‫می‌توان خطر آتش‌گیری، بسته شدن منافذ ‫به دلیل پلیمریزاسیون کاتالیست‌ها به وسیله‌ی ‫خاکسترهای موجود روی سطح کربن فعال را ‫مورد توجه قرار داد؛ ولی با استفاده از ترکیب ‫دو ماده‌ی خاک‌های آلی و کربن فعال، ظرفیت ‫جذب نفت را بالا می‌برند. بنابراین، مخلوط ‫کربن فعال و دیگر مواد متخلخل، مانند: سیلیکا ‫آئروژل، زئولیت و ژئوپلیمرها می‌توانند به عنوان ‫جاذب آلودگی نفتی مورد استفاده قرار بگیرند؛ ‫همچنین، این مواد، از قدرت جذب نفت نیز ‫برخوردار هستند.

 ‫جاذب‌های سنتزی
پلی پروپیلن و پلی یورتان، متداول‌ترین مواد ‫سنتزی آلی در حذف آلودگی‌های نفتی به شمار ‫می‌روند. دلیل این پدیده، خاصیت نفت دوستی و آبگریزی آنها و همین طور، وزن سبک این ‫ترکیبات است. فرم شبکه‌ای باز پلی یورتان، ‫این فوم‌ها را قادر می‌سازد تا چند برابر وزنشان ‫نفت را از محلول آب و نفت جذب کنند، که این ‫موضوع مستلزم اصلاحات سطحی است که باید ‫در روی شبکه‌ی فوم پلی یورتان انجام شود. پلی ‫پروپیلن، یک جاذب سنتزی با راندمان بالاست ‫و نسبت به جاذب‌های معدنی، ضایعات کمتری ‫را ایجاد می‌کند. مزیت دیگر پلی پروپیلن، ‫قیمت بالای آن، عدم زیست تخریب پذیری و ‫سطح بالاتر آموزش مورد نیاز برای کارکنان در ‫خصوص کاربرد آن، برای حذف لکه نفتی است. ‫مواد جاذب، ممکن است با ترکیبات آب گریز و ‫نفت دوست، به منظور بهبود عملکرد جاذب‌ها ‫عمل آوری شوند. ترکیبات نفت دوست، تمایل ‫به جذب نفت دارند. در حالی که ترکیبات آب ‫گریز، آب را دفع می‌کنند. این نوع عمل آوری‌ها، ‫از آن جا که به شناوری جاذب‌ها بر روی آب ‫نیز، کمک می‌کنند، مفید محسوب می‌شوند. ‫از دیگر مواد سنتزی که در سالهای اخیر، ‫در حذف لکه‌های نفتی مورد توجه قرار گرفته ‫است، ضایعات لاستیک و آمیزه‌های لاستیکی ‫است که با توجه به خاصیت ذاتی پودر لاستیک ‫در جذب هیدروکربن‌های مایع و گاز، استفاده ‫از ترکیبات لاستیکی در جذب لکه‌های نفتی ‫می‌تواند یکی از راه حل‌های مناسب و یکی از ‫ارزانترین روشهای بازیافت این ماده در صنعت ‫باشد.




‫روش‌های استفاده از مواد جاذب

‫جمع‌آوری آلودگی‌های نفتی از روی سطح آب ‫به وسیله‌ی مواد جاذب، به روش‌های زیر صورت ‫می‌گیرد:
1- استفاده از مواد جاذب به صورت توده ای
‫مواد جاذب به صورت توده ای، دسته ای از ‫مواد جاذب هستند که شکل خاصی ندارند و ‫از مولکول‌هایی ساخته شده اند که هیــچ گونه ‫اتصالی با یکدیگر ندارند . این مواد می‌توانــند ‫به صورت رشته‌های کــوتاه و یا مـــواد معدنی ‫(پرلیت،ورمکولیت) ، مواد با منشا گیاهی ‫(کاه،زغال سنگ نارس) و یا مواد مصنوعی مثل مواد پلیمری (پلی اورتان، پلی پروپیلن و پلی ‫استایرن) باشند. این مواد، بر روی آب، به صورت ‫گسترده پخش می‌شوند و به صورت مستقیم، با ‫آلودگی تماس پیدا می‌کنند و می‌توانند در بین لایه‌های آلودگی در صورتی که به شکل نازک ‫درآمده باشند، نفوذ پیدا کنند.
2- استفاده از مواد جاذب به شکل ورق و یا ‫رول
ورق‌های جاذب، معمولاً به صورت مربعی شکل ‫و با ابعاد 50×50 سانتیمتر و یا به شکل نواری ‫هستند. ‫ضخامت ورق‌های جاذب، کمتر و یا برابر 3 ‫میلی متر است. از انواع این ورق‌ها، می‌توان به ‫ورق‌های جاذب پلی پروپیلن اشاره کرد. ‫رول‌ها، معمولاً از جنس منسوج غیر بافته ‫هستند و در داخل آن‌ها رشته‌هایی وجود دارد ‫که آنها را تقویت می‌کند. در هنگام استفاده از ‫مواد جاذب به صورت ورق جاذب و یا رول، باید ‫موارد زیر در نظر گرفته شود:
1-2- این نوع از مواد جاذب، برای میزان ‫اثرگذاری بیشتر، باید مدت زمان بیشتری ‫روی آب باقی بمانند، اما این مسئله نیز، باید ‫مورد توجه قرار بگیرد که این مواد، باید حتماً از ‫روی آب جمع‌آوری شوند.پراکندگی ورق‌های ‫جاذب توسط جریان آب و یا باد، جمع‌آوری این ‫مواد را از روی سطح آب، دشوار خواهد ساخت.
2-2- در مناطق با وسعت کم، به منظور افزایش ‫میزان جذب، می‌توان با استفاده از حرکت دادن ‫ورق‌های جاذب و رول‌ها روی سطح آب، میزان ‫جذب را افزایش داد. همچنین، می‌توان از ‫بوم‌های شناور برای محصور کردن آلودگی و ‫استفاده، بهتر، از مواد جاذب استفاده کرد. با ‫کمک این روش، جمع‌آوری ورق‌های جاذب و ‫رول‌ها از روی سطح آب، آسانتر خواهد بود. در ‫این مناطق، برای جمع‌آوری مواد جاذب از روی ‫سطح آب، از شن کش و چنگک‌های مخصوص ‫استفاده می‌شود.
3-2- در عملیات جمع‌آوری مواد نفتی، در ‫صورتی که شرایط استفاده از بوم‌های مهار در ‫منطقه وجود نداشته باشد، باید از رولهای ‫جاذب استفاده شود. جریانها و امواج دریایی، باعث پراکندگی و حرکت رولهای جاذب روی ‫آب خواهند شد. در هنگام استفاده از رولهای ‫جاذب، باید از طناب‌هایی به منظور جلوگیری از ‫پراکندگی رول‌ها در منطقه‌ی عملیات استفاده ‫شود.

 

3- استفاده از مواد جاذب، به صورت بوم ‫(‪ (Sorbent Boomو بالشتکهای جاذب

‫(‪ (Sorbent Pillowبالشتک‌های جاذب، نوعی ‫از مواد جاذب هستند که در داخل پوشش‌های ‫نفوذپذیر از جنس سیمی‌،پلاستیکی یا سایر ‫مواد قرار دارند و برای جذب مواد نفتی مورد ‫استفاده قرار می‌گیرند. معمولاً میزان طول این ‫بالشتک‌ها، کمتر از یک متر است. ‫برای افزایش میزان جذب و جلوگیری از خروج ‫آلودگی، باید بومها از انتها به یکدیگر متصل ‫شوند.
-استفاده از مواد جاذب به صورت الیافهای ‫رشته ای بلند
‫الیاف‌های جاذب، به صورت رشته‌های طنابی ‫بلند و معمولاً از جنس الیاف پلی پروپیلن ‫هستند که به یکدیگر بافته شده‌اند و به ‫وسیله‌ی سیم، به یکدیگر متصل می‌شوند. این ‫الیاف‌ها می‌توانند به صورت تکی و یا به صورت ‫چند تایی مورد استفاده قرار بگیرند. این گونه ‫جاذب‌ها، برای جذب مقادیر کم مواد نفتی با ‫میزان ویسکوزیته‌ی متوسط تا بالا و همچنین، ‫برای جذب سریع آلودگی‌های نفتی که در آب ‫به صورت امولسیون در آمده‌اند، مورد استفاده ‫قرار می‌گیرند. ‫
5- استفاده از مواد جاذب، با توجه به موقعیت ‫منطقه
‫گاهی اوقات، برای مقابله با آلودگی، از مواد ‫جاذب با توجه به موقعیت محیطی و فراوانی ‫مواد جاذب در آن نقطه استفاده می‌شود . از موارد ‫استفاده از مواد جاذب به صورت موقتی ، می‌ ‫توان به استفاده از کاه، نی، علف جارو، سرخس ‫خشک شده، باگاس (ضایعات نیشکر) و سایر ‫مواد قابل دسترس و فراوان در منطقه اشاره ‫کرد. در عملیات مقابله با آلودگی‌های نفتی، ‫شناسایی و استفاده از گیاهان بومی‌ منطقه، با ‫توجه به اثرات کمتر این مواد بر محیط زیست دریایی نسبت به مواد جاذب صنعتی، از اولویت ‫بیشتری برخوردار است.



نگهداری مواد جاذب:
‫مواد جاذب، اصولاً مواد پایداری هستند و تاریخ ‫انقضاء ندارند. در مورد نگهداری از این گونه ‫مواد، باید موارد زیر در نظر گرفته شود:
‫1- این مواد، باید در جای خشک و دور از تماس ‫مستقیم با آب نگهداری شوند. مواد جاذب، در ‫صورت تماس با آب و رطوبت، میزان اثرپذیری ‫خود را بر اثر جذب آب، از دست خواهند داد.
‫2- در انباری که برای نگهداری مواد جاذب ‫در نظر گرفته می‌ شود، باید به موارد زیر توجه ‫کرد:
‫1-2- باید نوع ماده جاذب، جنس آن، وزن بسته بندی و بهترین روش برای از بین بردن ‫آن، پس از جذب مواد نفتی، مشخص شود.
‫2-2- مواد جاذب، باید بر اساس نوع و میزان ‫جذب، به منظور پاسخگویی به حوادث نفتی، ‫مشخص شده باشند.
3-2- مواد جاذب، باید بر اساس میزان، نحوه‌ی ‫بسته بندی و موقعیت قرارگیری آنها در انبار ‫مشخص شوند.
‫4-2- انبارهای نگهداری مواد جاذب، باید ‫از حمله‌ی جانوران موذی و جونده، حفظ و ‫نگهداری شوند.

منبع باشگاه مهندسان

نظرات  (۲)

۰۴ اسفند ۹۳ ، ۱۷:۰۱ کمی بودن ...
حضرت علی علیه السلام:

هرکه بداند خداعوض می دهد

سخاوتمندانه می بخشد.

ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">