وبلاگ

:
برای تبدیل موثر منابع انرژی معمولا از متان برای تولید مواد واسطه یا محصولات با ارزشی از قبیل گاز سنتز (H3+CO) و اتیلن (C2H4) متانول (CH3 OH) و فرمالدهید (CH2٢O) استفاده می گردد. برای تبدیل متان به گاز سنتز از واكنش هایی از قبیل اكسیداسیون جزئی متان، تبدیل متان با بخار و تبدیل با دی اكسید كربن استفاده می شود. این واكنش ها روشهای اصلی برای تولید محصولات بعدی از قبیل: متانول، تولید آمونیاك، سنتز فیشر – تراپش می باشند. تخمین زده شده است كه تقریباً 60 – 70% هزینه های صرف شده در واكنش های تبدیل متان به تهیه گاز سنتز اختصاص داده شده است.
تحقیقات بسیاری بر روی روشهای پیشرفته و جدید تولید گاز سنتز انجام شده است نتایج این تحقیقات نشان می دهد كه استفاده از راكتور پلاسما الكتریكی برای تولید گاز سنتز یك تكنولوژی پیشرفته با بازده بالا و محافظ محیط زیست می باشد.
انرژی الكتریكی عاملی بسیار مناسب و تكمیلی برای فعال كردن مواد شیمیایی و شروع واكنش ها محسوب می شود. ایجاد تخلیه الكتریكی در گاز ذرات بسیار فعالی از جمله الكترون ها، یون ها، اتم ها، رادیكال ها و مولكول ها بر انگیخته به وجود می آیند كه به عنوان كاتالیست برای تولید محصولات عمل می كنند.
تبدیل غیر كاتالیستی متان به وسیله تخلیه الكتریكی از قبیل: هاله رادیو فركانسی (RF)، فركانس های پالسی بالا، مایكروویو (MW) و DBD

 به مرحله اجرا در آمده است.

پلاسمای مایكروویو معمولاً درفرهای مایكروویو، رسوب الماس، تولید IC و ایجاد چگالی بالای پلاسما و انرژی متوسط الكترون می تواند به كار برده شود. استفاده این نوع پلاسما در محدوده تغییرات وسیعی از فشار و شدت جریان ورودی گاز و شرایط عملیاتی آسان و در درون راكتورهای بدون الكترود كه دیگر باعث خوردگی الكترودها و آلودگی و مسمومیت آنها می گردد، باعث شده است كه استفاده آن جذاب تر از پلاسماهای دیگر گردد.
در بخشهای آینده ابتدا كلیات موضوع و سپس به شرح مفهوم پلاسما می پردازیم و واكنش هایی را كه در پلاسمای مایكروویو انجام ش ده و تولید گاز سنتز در این پلاسما را مورد بررسی قرار می دهیم. سپس عوامل و پارامترهای موثر بر عملكرد راكتورهای پلاسمای مایكروویو در تولید گاز سنتز و در انتها راكتورهای پلاسمای دیگر در تولید این گاز و نتیجه گیری و پیشنهادات را مورد بحث و بررسی قرار می دهیم.
فصل اول: کلیات
1-1- هدف
برای تبدیل متان معمولاً از كاتالیزورهای بسیار فعال از قبیل: pt,pd,Ir,co,Ni بر روی پایه Tio2,AL2o3 و یا الماس های اكسید شده (oxidized diomand) در دمای بالا (k 1300 – 1000) و فشار بالا (15 – 30 atm) انجام می شود. بنابر این هدف ایجاد گزینه های سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه از لحاظ اقتصادی كه می تواند شرایط عملیاتی دمایی – فشار و پرهیز از مشكل رسوب كربن به عنوان سم كاتالیزوری را حل كند می باشد.
تحقیقات بسیاری بر روی روشهای پیشرفته و جدید تولید گاز سنتز انجام شده است نتایج این تحقیقات نشان می دهد كه استفاده از راكتور پلاسما الكتریكی برای تولید گاز سنتز یك تكنولوژی پیشرفته با بازده بالا و محافظ محیط زیست می باشد.
بنابراین انواع مختلف راكتورهای پلاسما برای تولید گاز سنتز مورد مطالعه قرار گرفته اند، با توجه به خصوصیات انواع پلاسما به طور كلی راكتورها پلاسمای تابشی به دلیل فشار كم عملیاتی و در نتیجه محدود بودن شدت جریان خوراك ورودی به راكتور برای تبدیل به راكتور شیمیایی در مقیاس های صنعتی مناسب نیستند. در راكتورهای پلاسمای هاله بر مشكل فشار عم لیاتی پایین غلبه می كنیم (فشار عملیاتی این راكتورها اتمسفر می باشد) اما به دلیل خاصیت غیر همگن بودن تخلیه الكتریكی در این نوع راكتور حجم فعال شیمیایی بسیار كم است (فضای كوچكی در نزدیكی الكترود نقطه) بنا بر این استفاده از این نوع پلاسما نیز به عنوان راك تور شیمیایی در مقیاس بزرگ صنعتی مناسب نمی باشد. در تخلیه الكتریكی آرام بر مشكل فشار پایین و حجم كم فعال غلبه شده است در نتیجه این نوع تخلیه الكتریكی برای استفاده در مقاصد صنعتی بسیار مناسب به نظر می رسد، اما مشكل اساسی این نوع راكتورها محدودیت فضای بین ا لكترودها است برای غلبه بر این مشكل برای ساخت راكتورهای DBD در مقیاس بزرگ برای تولید گاز سنتز از راكتورهای لوله ای موازی استفاده شده است. انواع دیگر راكتورهای پلاسما شیمیایی راكتورهای ICP یا همان راكتورهای مایكروویو و رادیو فركانسی می باشند. در راكتورهای RF با توجه به محدوده پایین فشار عملیاتی برای پایداری پلاسما به ایجاد فشارهای پایین احتیاج است كه از لحاظ عملیاتی در مقیاسهای بزرگ مشكل ساز می باشد. اما راکتورهای MW از آنجاییكه این نوع پلاسما در محدوده وسیعی از فشار پایدار باقی می مانند و سادگی عملك رد آنها و قابلیت تنظیم پارامترهای عملیاتی بر حسب خوراك ورودی بهترین انتخاب برای استفاده به عنوان راكتورهای پلاسما شیمیایی گاز سنتز می باشند.
نتایج تحقیقات نشان می دهد تبدیل پلاسمایی گاز طبیعی به گاز سنتز با توجه به تئوری پیچیده پلاسما هنوز از جهات بسیاری در ابهام می باشد و تجربیات كمی تا كنون در این زمینه انجام شده است. از جمله مهمترین مشكلات انتخاب گاز اكسید كننده مناسب برای اكسیداسیون متان و تولید گاز سنتز می باشد.
تبدیل غیر كاتالیستی متان (CH4) به وسیله تخلیه های الكتریكی از قبیل فركانسهای بالای پالسی، هاله، رادیو فركانسی، مایكروویو و DBD به مرحله اجرا در آمده است. عمدتاً این نوع رآكتورهای پلاسما برای تولید محصولات هیدروكربن های C2، متانول یا سنتز فیلم كربنی شبه الماس به كار می رود (102 – 107) مثلاً راكتورهای پلاسمایی رادیو فركانسی در فشار پایین معمولاً در صنعت برای تولید نیمه هادیها و بهبود كیفیت سطح به كار برده می شوند.

ای كوتاه از تاریخچه صنعت سیمان
اختراع كوره دوار سیمان در سال 1885 میلادی توسط Fredrik ransom در انگلستان به ثبت رسید. این كوره 1/5 متر قطر و 7/5 متر طول داشت.
سوخت كوره دوار در آمریكا مایع (نفت كوره) و در آلمان پودر زغال سنگ بود و خوراك كوره هم به صورت دوغاب و هم به صورت پودر تهیه می گردید . كلینكر خروجی از كوره وارد استوانه عمودی یا دواری می شد و توسط هوا خنك می گردید و هوای خروجی از خنك كن جهت سوختن زغال یا نفت كوره مورد استفاده قرار می گرفت.
تكنولوژی جدید سیمان برای اولین بار با راه اندازی كوره 100 تنی سیمان ری در نزدیكی كوه بی بی شهربانو و در سال 1312 در ایران متولد

 شد. راه اندازی كارخانه سیمان ری به مفهوم ایجاد شتاب در نوسازی و صنعتی شدن كشور بود و از این رو سهم این كارخانه در پی ریزی بسیاری از كارخانه ها و تاسیسات صنعتی، د انشگاهی، بهداشتی و كشاورزی و… استثنائی و در خور توجه است.

در حال حاضر پروژه های بسیاری در نقاط مختلف كشور در دست اجرا می باشد كه بسیاری از آنها تا سال 1390 به تولید خواهند رسید. با راه اندازی این پروژه ها ظرفیت تولید سیمان ایران به حدود 70 میلیون تن در سال خواهد رسید كه معادل 2/5 درصد تولید سیمان جهان خواهد بود.
ضمناً مصرف سرانه سیمان در كشور در حال حاضر حدود 450 كیلوگرم است كه بالاتر از متوسط مصرف جهانی(340 كیلوگرم) می باشد.
3- عنوان پروژه
عوامل موثر بر راندمان كوره های دوار سیمان و انالیز اكسرژی در سیستم پخت سیمان هگمتان
عوامل متعددی بر راندمان كوره های دوار سیمان موثر می باشد كه می توان به موار د زیر اشاره نمود:
1- عوامل موثر از دیدگاه بهره برداری
2- عوامل موثر از دیدگاه آنالیز شیمیایی خوراك كوره
3- عوامل موثر از دیدگاه طراحی و تكنولوژی ساخت تجهیزات سیستم پخت
4- عوامل موثر از دیدگاه طراحی و ساخت دستگاه های مرتبط با سیستم پخت
5- مدیریت صحیح به همراه آموزش و بهره برداری صحیح از منابع انسانی
6- سایر موارد مرتبط در جهت بهبود عملكرد كوره دوار سیمان به عنوان یك راكتور پیچیده شیمیایی
با توجه به هفت سال تجربه بهره برداری اینجانب از كوره دوار واحد یك شركت سیمان هگمتان و همچنین تجارب و آموخته های اینجانب از پیشكسوتان صنعت سیمان كشور از طریق شركت در دوره ها و همایش ها و سیمنارهای متعدد باعث شد كه ضمن بهره گیری از توفیقات خداوند منان و مساعدت و راهنمایی اساتید بزرگوارم آقایان دكتر امید خواه و دكتر ارجمند درپایان تحصیلات تكمیلی در مقطع كارشناسی ارشد به بررسی دو عامل مهم بر راندمان كوره های دوار سیمان یعنی عوامل موثر از دیدگاه بهره برداری و آنالیز شیمیایی خوراك كوره بپردازم و در این پروژه هر عاملی كه از دو دیدگاه مذكور باعث افزایش مدت كاركرد كوره شده و در عین حال تولید كوره را در حداكثر ظرفیت ممكن قرار دهد مدنظر قرار گرفته است.

تولید اولفین ها تحت واکنش هیدروژن زدایی از پارافین ها، از اواخر دهه 1930 شروع شده است. در طول جنگ جهانی دوم، هیدروژن زدایی از بوتان به واسط کاتالیست کروم – آلومینا، برای تولید بوتن به کار گرفته شد که با دیمر شدن بوتن به اکتن، و در نهایت با هیدروژن گیری اکتن، اکتان تولید می شود که سوخت مورد نیاز برای هواپیماهای جنگی بود.
هیدروژن زدایی از بوتان با استفاده از کاتالیست کروم – آلومینا، اولین بار توسط دانشمند آلمانی Leuna عملی و اقتصادی شد. همچنین این کار به طور جداگانه توسط شرکت (UOP (Universal Oil Products به همراه شرکت ICI در انگلیس پیگیری و توسعه داده شد. اولین واحد طراحی شده توسط UOP در سال 1940 در Billingham انگلیس راه اندازی شد و به دنبال آن در سال 1941 در Heysham انگلیس واحد دیگری شروع به کار کرد. هدف اولیه از هیدروژن زدایی بوتان تولید شده با دیمر شدن توسط کاتالیست های اسید سولفوریک جامد به اکتن تبدیل می شود.
به دنبال آنها، شرکت های دیگر بلافاصله در این راستا شروع به فعالیت نمودند. به عنوان مثال، شرکت Phillips Petroleum در سال 1943 یک راکتور چند لوله ای برای هیدروژن زدایی در Borger راه اندازی کرد. با این وجود توسعه عمده و شاخص در این راستا توسط Houdry با هیدروژن زدایی در فشارهای کمتر از فشار اتمسفر با درصد تبدیل بالا، انجام شد. این فرایند تا پایان جنگ جهانی دوم یک مسیر روبه رشدی را دنبال می کرد. بعد از جنگ جهانی دوم، Houdry سیستم هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم آلومینا را

 اقتصادی کرد و آ ن را در جهت تولید بوتاداین گسترش داد که به عنوان فرآیند Catadiene معروف است. سایر شرکت ها نظیر Shell و Gulf و Dow تکنولوژی های مشابهی از هیدروژن زدایی را راه اندازی کردند.

در فرآیند هیدروژن زدیی به وسیله کاتالیست کروم – آلومینا، کاتالیست در یک بستر ثابت واقع در درون راکتور پر شد است که ممکن است یک کره یا استوانه عمودی یا افقی باشد. اساس همه طراحی ها بر این واقعیت استوار است که جریان گاز در سطح وسیعی توزیع می شود و در عین حال افت فشار پایینی می خواهیم داشته باشیم. در طول فرآیند هیدروژن زدایی مقادیر زیادی کک بر سطح کاتالیست رسوب می کرد، بنابراین چند راکتور به صورت موازی باید کار می کرد تا در مواقعی که یک راکتور برای احیا کاتالیست از خط خارج می شود راکتور دیگر در حال کار باشد.
فصل اول
کلیات فرآیند هیدروژن زدایی از پارافین های سنگین
1-1- هدف
تولید اولفین ها تحت واکنش هیدروژن زدایی از پارافین ها، از اواخر دهه 1930 شروع شده است. در طول جنگ جهانی دوم، هیدروژن زدایی از بوتان به واسطه کاتالیست کروم – آلومینا، برای تولید بوتن به کار گرفته شد که با دیمر شدن بوتن به اکتن، و در نهایت با هیدروژن گیری اکتن، اکتان تولید می شود که سوخت مورد نیاز برای هواپیماهای جنگی بود.
هیدروژن زدایی از بوتان با استفاده از کاتالیست کروم – آلومینا، اولین بار توسط دانشمند آلمانی Leuna عملی و اقتصادی شد. همچنین این کار به طور جداگانه توسط شرکت (UOP (Universal Oil Products به همراه شرکت ICI در انگلیس پی گیری و توسعه داده شد. اولین واحد طراحی شده توسط UOP در سال 1940 در Billingham انگلیس راه اندازی شد و به دنبال آن در سال 1941 در Heysham انگلیس واحد دیگری شروع به کار کرد. هدف اولیه از هیدروژن زدایی بوتان تولید بوتن بود که بوتن تولید شده با دیمر شدن توسط کاتالیست های اسید سولفوریک جامد به اکتن تبدیل می شود.
به دنبال آنها، شرکت های دیگر بلافاصله در این راستا شروع به فعالیت نمودند. به عنوان مثال، شرکت Phillips Petroleum در سال 1943 یک راکتور چند لوله ای برای هیدروژن زدایی در Borger راه اندازی کرد. با این وجود توسعه عمده و شاخص در این راستا توسط Houdry با هیدروژن زدایی در فشارهای کمتر از فشار اتمسفر با درصد تبدیل بالا، انجام شد. این فرآیند تا پایان جنگ جهانی دوم یک مسیر روبه رشدی را دنبال می کرد. بعد از جنگ جهانی دوم، Houdry سیستم هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم آلومینا را اقتصادی کرد و آن را در جهت تولید بوتاداین گسترش داد که به عنوان فرآیند Catadiene معروف است. سایر شرکت ها نظیر Shell و Gulf و Dow تکنولوژی های مشابهی از هیدروژن زدایی را راه اندازی کردند. در فرایند هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم – آلومینا، کاتالیست در یک بستر ثابت واقع در درون راکتور پر شده است که ممکن است یک کره یا استوانه عمودی یا افقی باشد. اساس همه طراحی ها بر این واقعیت استوار است که جریان گاز در سطح وسیعی توزیع می شود و در عین حال افت فشار پایینی می خواهیم داشته باشیم. در طول فرایند هیدروژن زدایی مقادیر زیادی کک بر سطح کاتالیست ها رسوب می کرد، بنابراین چند راکتور به صورت موازی باید کار می کرد تا در مواقعی که یک راکتور برای احیا کاتالیست از خط خارج می شود راکتور دیگر در حال کار باشد.

در هر جامعه مدرن، مهندسان و مدیران فنی مسؤول برنامه ریزی، طراحی، ساخت و بهره برداری از ساده ترین تا پیچیده ترین سیستم های مهندسی هستند. از كار افتادن این سیستمها موجب وقوع اختلال در سطوح مختلفی میشود و میتواند حتی به عنوان تهدیدی شدید برای جامعه و محیط زیست نیز تلقی شود. از این رو مصرف كنندگان و به طور كلی مردم جامعه انتظار دارند كه سیستمها پایا، اطمینان بخش و ایمن باشند. بنابراین، به عنوان یك پرسش اساسی چنین مطرح است كه قابلیت اطمینان سیستم در طول عمر كاری آینده اش چه میزانی است و ایمنی آن چقدر است؟ این پرسشی است كه بخش هایی از آن را میتوان با ارزشیابی و كمیت سنجی قابلیت اطمینان پاسخ گفت.
شیوه های ارزیابی قابلیت اطمینان از نظر تاریخچه پیدایش، در ابتدا در ارتباط با صنایع هوافضا و كاربردهای نظامی شكل گرفت، ولی سریعاً توسط سایر صنایع، مانند صنایع هسته ای كه تحت فشار شدیدی جهت تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان راكتورهای هسته ای در تأمین انرژی الكتریكی میباشند و یا صنایع فرآیندی مانند صنایع فولاد و صنایع شیمیایی كه هر ساعت از توقف آنها به علت وقوع معایب، میتواند موجب تحمیل خسارت های بزرگ مالی و جانی و آلودگی محیط زیست شود، مورد توجه و كاربرد قرار گرفت. اگر چه لازم به تذكر است كه در تمام این زمینه ها شاهد وقوع مسایل و مشكلات شدیدی در سال های اخیر بودهایم. از جمله حادثه ای كه در صنایع هوافضا در سال 1986 برای فضاپیمای چلنجر پیش آمد و همچنین حادثه های دیگر مربوط به برخی هواپیماهای تجاری و مسافربری؛ در صنایع هسته ای، حادثه های نیروگاه چرنوبیل (1986) و جزایر سه مایلی (1979)، در تأمین انرژی الكتریكی، خاموشی شهر نیویورك (1977)، در صنایع شیمیایی، حادثه های فیلكسبرو (1974)، سوسو (1976)، بوپال (1984) و بسیاری از حوادث دیگر، كه در تمام این رخدادها، علاوه بر خسارت های سنگین مالی، خسارت های چشمگیر و شدیدی بر سلامتی افراد جامعه و محیط زیست تحمیل شد.

این رخدادها به ویژه فشار فزایندهای برای لزوم توجه به ارزیابی قابلیت اطمینان، ایمنی و احتمال خطر ایجاد كرده است. در اینجا اساساً دو بحث مطرح است: یكی تحت عنوان مخاطره كه صرفاً از نظر شدت قابل تقسیم بندی میباشد و دیگری تحت عنوان ریسك كه علاوه بر شدت خطر احتمال وقوع آن را نیز مورد توجه قرار میدهد. شیوه های ارزیابی قابلیت اطمینان اصولاً بر محور ارزیابی احتمال خطر استوار است و لذا هر دو جنبه شامل شدت خطر و همچنین احتمال وقوع آن به حساب می آیند. این شیوه ها كاربردهای وسیعی یافته است و در تمام زمینه های دیگر كه اثرات اقتصادی و اجتماعی بر نقص عملكرد مترتب است، مورد استفاده قرار میگیرد كه از جمله صنایع انرژی، صنایع شیمیایی، صنایع فولاد، شیشه، صنایع اتومبیل و نظایر آنها را میتوان نام برد.
روشن است كه عموم مهندسان باید از مفاهیم اساسی و بنیادی كاربرد شیوه های ارزیابی قابلیت اطمینان آگاه باشند؛ زیرا كه قوانین امروز، طراحان، تأمین كنندگان مواد و تجهیزات و نیز پیمانكاران و سازندگان را مسؤول خسارتهای وارده بر مصرف كنندگان، به سبب بروز معایب میشناسد. البته لازم به ذكر است كه ارزیابی قابلیت اطمینان بحث چندان جدیدی نیست، زیرا كه مهندسان همواره به طراحی، ساخت و بهره برداری سیستمهایی كه نسبتاً عاری از اشكالات و معایب باشد، علاقمند بوده اند. سابق بر این، قابلیت اطمینان بر مبنای تحلیلهای كیفی از سوابق و تجربیات در طراحی و بهره برداری حاصل میشد، ولی این روش همیشه به عنوان قضاوت مهندسی مورد تردید و غیر قابل اتكا و نامناسب بوده است.
قابلیت اطمینان ، یك مشخصه ذاتی از هر سیستم است و لذا یكی از پارامترهای طراحی محسوب میشود كه همواره باید در طی فرآیند طراحی به عنوان یكی از معیارهای مهم آن مورد توجه قرار گیرد. بنابراین برای حصول این امر، نیاز به كمیت سنجی قابلیت اطمینان میباشد. مفاهیم كیفی مانند این كه “این سیستم دچار از كار افتادگی نخواهد شد” و یا “این سیستم بسیار قابل اطمینان است” و یا این كه “سیستم (الف) قابل اطمینان تر از سیستم (ب) است”، به هیچ وجه معنای تكنیكیِ قابل ارزیابی را به دست نمیدهند. اگر چه از سمت دیگر، این هم یك اشتباه است كه قضاوتهای مهندسی را صرفاً با اعداد و ارقام مبینِ قابلیت اطمینان جایگزین نمود. زیرا در نهایت، این قضاوتها هستند كه مبنای انجام عملی را تشكیل میدهند. علاوه بر این، توجه شود كه شاخص های عددی قابلیت اطمینان برای نشان دادن این است كه:
1- چگونه یك سیستم از كار می افتد؟
2- عواقب از كار افتادن سیستم چیست؟
3- ارتباط میان كیفیت و هزینه سرمایه گذاری و مسایل اقتصادی چگونه است؟
با وجود این آگاهی ها، میتوان به طرحهایی كه توجیه اقتصادی بهتری داشته باشند و از نظر مشخصات تكنیكی و بهره برداری مناسب تر هستند، دست یافت. ارزیابی های كمی به ویژه در ارتباط با دو هدف ( ۱) و ( ۲) در بالا، میتواند به كار برود:
– ارزیابی عملكردهای گذشته
– پیش بینی عملكردهای آینده
ارزیابی عملكردهای گذشته، به دفعات توسط بسیاری از شركت ها و مؤسساتی كه پیش بینی عملكرد آینده در برنامه كارشان نیست هم صورت میگیرد. محاسن ارزیابی عملكردهای گذشته عبارتند از:
– شناخت نواحی ضعیفی كه نیاز به تقویت و یا اصلاح دارد؛
– شناخت روند علمی رخدادها و حوادث؛
– تعیین شاخص برای حالت موجود كه مبنایی برای هدایت به مقادیر قابل قبول در آینده قرار گیرد؛
– فراهم شدن شرایط، برای تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی.
پیش بینی عملكرد آینده، نیاز به ارزیابی عملكردهای گذشته است و لذا ضرورتاً اطلاعات آماری مورد نیاز میباشد. پیش بینی مشخصات عملكرد یك سیستم، محاسن ذیل را در بردارد:
– چگونگی عملكرد انتظاری مشخص میشود؛
– منافع انتخاب طرح های مختلف تعیین میشود؛
– تأثیر سیاست های نگهداری و كاربری معلوم میشود.

از گذشته های دور در اثر عبور آب آلوده از یک بستر شنی مقدار زیادی از آلودگی آب کاسته می شد. بعدها از این اصل استفاده شد و بیوفیلترها یا فیلترهای بیولوژیکی در صنعت فاضلاب مورد استفاده قرار گرفتند. بنابراین می توان گفت این فرایند تصفیه پساب، اولین سیستم تصفیه می باشد. فیلترهای بیولوژیک شباهت زیادی به ستون های پکینگ دارد که در بسیاری از پروسس های صنایع پتروشیمی استفاده می شود. فاضلابی که روی محیط (بستر) فیلتر پخش می شود به آهستگی به طرف پایین سرازیر می شود. میکروارگانیسم های موجود در بستر با تغذیه از مواد آلی فاضلاب رشد نموده و تکثیر می یابند. این میکروارگانیسم ها باعث به وجود آمدن یک قشر بیولوژیک روی بستر می شوند که عمده انتقال و حذف مواد آلی به وسیله آن صورت می گیرد.
فصل اول: اساس بیوفیلتراسیون و بررسی کاربرد آن
1-1- تاریخچه بیوفیلتراسیون
نقش طبیعت با دخالت میکروارگانیسم های موجود در آن در پاکسازی اکوسیستم و محیط زیست نقشی اساسی دارد و از نمونه های آن می توان به خود پالایی رودخانه و تصفیه هوا توسط گیاهان و میکروب ها اشاره نمود. آغاز بکارگیری بیوفیلتر در سال 1973 توسط دانشمندی به نام اسمیت جهت تصفیه هوا بود. بستر این فیلتر را خاک تشکیل می داد و اهمیت آن در جداسازی گازهایی نظیر H2S و CO و C2H2 و…

 بود. در سال 1957، اولین فیلتر خاکی توسط محققی به نام پومروی (Pomeroy) در آمریکا استفاده شد و پس از آن در سال 1959 نوعی از این بیوفیلتر در یک واحد تصفیه فاضلاب در نورمبرگ آلمان به کار گرفته شد. هم اکنون فیلترهای بیولوژیک بستری در سراسر جهان جهت پاکسازی اکوسیستم ها به کار می روند. عمده استفاده از این نوع تصفیه جهت حذف بیولوژیک نیتروژن و فسفر از فاضلاب ها و حذف بود از فاضلاب و هوا می باشد.

2-1- تئوری بیوفیلتراسیون
میکروارگانیسم ها اساسا باکتری ها و اکتیومس ها که به بستر بیوفیلترها اتصال دارند وظیفه تجزیه اجزای معدنی و آلی با قابلیت تجزیه بیولوژیک را دارند و عمدتا نتیجه فعالیت این میکروارگانیسم ها در خروجی از بیوفیلتر به صورت دی اکسید کربن، نمک های معدنی و آب مشاهده می شود. حذف مواد در داخل بیوفیلترها ممکن است به صورت یک خط سیر عبوری که سبب بهینه سازی یا تخریب ترکیبات آلی ناخواسته می شود مشاهده شود. این خط سیر غالبا شامل چندین مرحله می باشد.
برخلاف سایر سیستم های تصفیه بیولوژیک مواد زائد، اکوسیستم های بیوفیلتری به حد زیادی نسبت به مازاد یا فقدان مواد غذایی حساس هستند. همچنین تجمع محصولات سمی ناشی در متابولیسم میکروبی نیز به طور قابل توجهی شرایط اکوسیستم را تغییر می دهد و نیز برخی مواد غذایی معدنی در طول زمان در نتیجه تبخیر از میان می روند که این موارد در انتها به تغییرات نامطلوب در شرایط بیوفیلتر منجر می شود. از نقطه نظر سینتیکی دو فرآیند در بیوفیلتراسیون روی می دهد:
1- فرآیندهای ماکروسینتیک
2- فرآیندهای میکروسنتیک
بیوفیلم حاصل از احاطه فاز جامد موجود در بستر توسط لایه فعال بیولوژیکی عمل نقل و انتقال مواد و تجزیه بیولوژیک را بر عهده دارد. ماکروسینتیک این تجزیه بیولوژیک در داخل بیوفیلم طبق رابطه میکائیلیس منتن توجیه می گردد. در نقل و انتقال و حذف آلاینده در لایه بیوفیلم، دو نوع محدودیت نقش دارند.
– محدودیت به جهت سرعت واکنش سینتیکی
– محدودیت در اثر نفوذ آلاینده
این محدودیت ها به فعالیت بیولوژیک داخل فیلم وابسته است.