Skip to main content
SUPERVISOR
مرتضی صادقی (استاد راهنما) احمد محب (استاد راهنما) مهرداد حسام پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ahmadreza Ghahremanfard
احمدرضا قهرمان فرد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Evaluation of Nitrate Rejection of Isfahan Groundwaters by Nanofiltration(NF) Membranes
Pollution of the water resources by nitrate ion is an important and severe threat for human health. Among other methods considered for removal of nitrate ions, Nanofiltration (NF) has proved to be a promising and efficient method for this purpose. This process falls between Ultrafiltration (UF) and Reverse Osmois (RO). In this study, the effects of different parameters of operational temperature and pressure as well as pH of the on nitrate removal efficiency and water permeability through NF90 nanofiltartion membrane were investigated. To conduct the experiments both synthesized and ground water with nitrate ion concentration of 100 and 95 mg/l, respectively, were used. Response surface methodology (RSM) and Central composite design (CCD) method were used to find the optimum condition of the process to reach simultaneous optimum values for nitrate removal and permeability. In addition, the economical evaluation and optimization of the process was performed by using Verberne cost model. According to the obtained results, the minimum and maximum water permeability for the synthesized water were 16.5 and 84.3 (L.m -2 .h -1 ), respectively. These marginal values for nitrate removal were found to be 44.1 and 78.4, respectively. Also, as expected the permeability and nitrate removal both were enhanced with increase in the operational pressure. The temperature had a reverse effect on the nitrate removal, where it decreased with increasing temperature. Increasing the pH had a negligible effect on the permeability whereas it improved nitrate removal. By comparing the results of the two kinds of water, it was found that the effects of parameters are nearly the same except the effect of pH. For natural ground water in contrast to the synthesized water, permeability decreased with increasing pH. The experimental results showed that permeability and nitrate removal for the case of groundwater were generally lower than those of the synthesized water. This could be due to the effects of concentration polarization and fouling of the membrane in the case of groundwater. The economic evaluation of the process showed that increasing capacity of the process leads to higher capital and operating costs while it results in decreasing of producing cost for each cubic meter of water. Also, increasing the operational pressure causes higher capital cost. In fact, the cost of producing each cubic meter of purified water decreases with increasing the pressure from 3 to 7 bar, whereas it increases at higher pressures. Therefore, the optimum pressure of the process was found to be 7 bar. However, further economic evaluation of the membrane process showed the lowest cost of water treatment can be achieved by conducting the process in the temperatures range of 13 to 27 °C.
یکی از آنیونهایی که وجود بیش از حد استاندارد آن در آب برای سلامت انسان و حتی حیوان مضر می باشد یون نیترات است. استاندارد ملی ایران نیز برای حد مجاز یون نیترات 50 میلی گرم بر لیتر بر حسب نیترات می‌باشد. میزان بالای نیترات در آب شرب می تواند منجر به بیماری مهماگلوبینما و یا سندرم بچه آبی شود. از روشهای حذف نیترات می توان به روش های کاتالیستی، الکترودیالیز، تبادل یونی، بیولوژیکی، جذب سطحی بر روی نانوذرات و کربن فعال و روشهای غشایی اشاره نمود. از مزایای روشهای غشایی می توان به صرفه جویی در مصرف انرژی، تکنولوژی ساده و کاربرد آسان، سازگاری با محیط زیست، تولید محصول با کیفیت مناسب، انعطاف پذیری بالا در طراحی سیستم، امکان ترکیب با سایر فرایندهای جداسازی و آسان بودن نظافت سیستم اشاره نمود. در بین روشهای غشایی فرایندهای نانوفیلتراسیون و اسمزمعکوس برای حذف نیترات استفاده می گردد. در این پژوهش اثر متغیرهای عملیاتی فشار، دما و pH بر میزان حذف نیترات و میزان تراوش آب عبوری از غشا در فرایند غشایی نانوفیلتراسیون برروی آب سنتزی با غلظت 100 و آب چاه با غلظت 95 میلی گرم برلیتر نیترات مورد بررسی قرار گرفت. از روش آماری سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی برای ارزیابی و تعیین شرایط بهینه استفاده شد. همچنین ارزیابی و بهینه سازی اقتصادی فرایند غشایی نانوفیلتراسیون با استفاده از مدل اقتصادی وربرن انجام گرفت. در پایان نیز محدوده بهینه فنی و اقتصادی برای فرایند تصفیه آب توسط نانوفیلتراسیون تعیین شد. نتایج حاصل از آزمایشات آب سنتزی نشان داد که حداقل میزان تراوش محصول 5/16 و حداکثر 3/84 لیتر بر مترمربع ساعت است. همچنین حداقل و حداکثر میزان حذف نیترات به ترتیب 1/44 و 4/78 درصد بدست آمد. نتایج بیانگر افزایش تراوش و میزان حذف با افزایش فشار می باشد در صورتی که با افزایش دما میزان تراوش افزایش و میزان حذف نیترات کاسته شد. به علاوه افزایش pH اثر محسوسی بر روی میزان تراوش نداشته اما باعث افزایش میزان حذف نیترات گردید. در مورد آب طبیعی حداقل میزان تراوش محصول 7/7 و حداکثر 1/68 لیتر بر مترمربع ساعت است. همچنین حداقل و حداکثر میزان حذف نیترات بترتیب 1/22 و 8/74 درصد بدست آمد. اثر متغیرها در مورد آب طبیعی مانند آب سنتزی بود با این تفاوت که برخلاف آب سنتزی با افزایش pH ، میزان تراوش آب عبوری از غشا کاهش یافت. با توجه به نتایج کلی آب سنتزی و طبیعی میزان تراوش آب از غشا و همچنین میزان حذف نیترات در نمونه آب طبیعی نسبت به آب سنتزی در کلیه آزمایشات کمتر است که از دلایل آن می توان به ایجاد دو پدیده پلاریزاسیون غلظتی و گرفتگی در غشاها در آب طبیعی اشاره نمود. ارزیابی اقتصادی فرایند غشایی نشان داد که با افزایش ظرفیت ورودی به سامانه غشایی تصفیه آب هزینه های سرمایه گذاری ثابت و عملیاتی افزایش می یابد اما هزینه تولید هرمترمکعب آب کاسته شده است. به علاوه با افزایش فشار هزینه سرمایه گذاری کل کاهش یافت. همچنین هزینه هر مترمکعب آب تصفیه شده با افزایش فشار از 3 به 7 بار کاهش یافته و سپس با افزایش فشار هزینه ها افزایش می یابد. در نتیجه فشار 7 بار، فشار بهینه از لحاظ اقتصادی برای انجام فرایند تصفیه آب می باشد. جمع بندی ارزیابی فنی و اقتصادی نشان داد در محدوده دمایی مورد بررسی و فشار 6 تا 7 بار، کمترین هزینه جهت تصفیه آب چاه مورد مطالعه به منظور حصول آب با استانداردهای لازم برای مصرف شرب مورد نیاز خواهد بود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی