SUPERVISOR
نوراله میرغفاری (استاد مشاور) جان کریستنسن (استاد مشاور) محسن سلیمانی امین آبادی (استاد راهنما)
STUDENT
Meisam Kazemi zahabi
میثم کاظمی زهابی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Effect of Microwave Radiation on Remediation of Oil Contaminated Wastewaters
Oil pollution has been identified as the major contribution to the deterioration of water and soil quality, even in low concentrations. Due to development of petrochemical, oil and gas industrial, large amount of oil pollutant had been released into the water and wastewater. There are various physical, chemical, biological and thermal methods has been used for remediation of oil contaminated water and wastewater. In this regards, Microwave (MW) irradiation as a thermal methods, recently has been widely used to remediate water and soil contaminated with organic pollutants (e.g. petroleum hydrocarbons), because of its high efficiency, short remediation time and high heating rate. So this study aimed to evaluate effects of microwave radiation on remediation of oil contaminated water and wastewaters. Crude oil was used as the model pollutant using sodium dodecyl sulphate (C 12 H 25 NaO 4 S) emulsifier to generating the initial oil-water emulsion. In order to achieve high removal efficiency of petroleum hydrocarbon, optimum level of irradiation time (min), MW intensity (watt), initial concentration of pollutant (%) and H 2 O 2 concentration (mg/L) were determined and then different aqueous solutions (Distilled water, Isfahan drinking water and Tehran Refinery's wastewater) were irradiated under optimum conditions. Measurements were conducted in different parameters such as temperature, pH, removal of Chemical Oxygen Demand (COD) and removal of Total Petroleum Hydrocarbons (TPH). Each state of laboratory processes repeat in three times and the experimental data collected was analyzed by performing the analysis of variance (ANOVA) with Tukey comparison test (?=5%) using the Minitab 17 Software. As a first step, crude oil-water emulsion (10 mg/L) was treated under various MW irradiation time (2.5, 5, 7.5, 10, 12.5 and 15 min) with medium MW intensity of 600 watt and efficient time was evaluated. In the second part, the effect of MW intensity (300, 450, 600 and 850 watt) on the removal efficiency was studied. Besides, initial concentration of TPH (0.25, 0.5, 0.75 and 1%) and H 2 O 2 concentration (500, 1000 and 1500 mg/L) were individually studied. Finally, the effect of MW radiation on TPH removal was investigated in different aqueous solution considering the optimized conditions obtained from previous experiments. Results indicated that 10 min MW irradiation (with 26.6% of COD removal and 54.5% TPH removal) was the most efficient radiation time and the most removal of COD and TPH occurred in MW irradiation intensity of 850 watt (37.4% and 63.2%, respectively). According to results, initial concentration of 1% had sufficient effect on COD and TPH removal (35.9% and 64.3%) and adding H 2 O 2 with initial concentration of 1000 mg/L has significant effect on removal efficiency of pollutant (with 51.4% of COD and 79.8% of TPH removal). The result of MW radiation in optimized condition on different aqueous solution showed that wastewater had the maximum removal of COD and TPH (50.7% and 66.0% respectively). In addition, biodegradability (BOD 5 /COD) of wastewater solution was increased from 0.4 to 0.7 after using optimized condition of MW radiation. Overall, it can be concluded that MW radiation/H 2 O 2 in efficient condition is a suitable method for removal of petroleum hydrocarbons from water and wastewater solutions and more researches to enhance TPH removal efficiency in MW/H 2 O 2 method, specially using sorbents are recomended. Key words: Water and Wastewater, Microwave Radiation, TPH Remediation Efficiency, Total Petroleum Hydrocarbon (TPH), Crude Oil .
آلودگیهای نفتی از مهمترین آلایندههای آب و خاک هستند. گسترش صنایع پتروشیمی، نفت و گاز موجب نشت مقادیر زیادی از آلایندههای نفتی در آب و پساب میگردد. برای پاکسازی آلایندههای نفتی از محیطهای آلوده، روشهای مختلف فیزیکی، شیمیایی، زیستی و گرمایی استفاده میشود. پرتوافکنی امواج مایکروویو یکی از روشهای گرمایی است که در سالهای اخیر به دلیل کارایی مناسب، زمان کوتاه و سرعت زیاد واکنش، بیشازپیش در پاکسازی انواع آلایندههای آلی استفاده شده است. لذا این مطالعه با هدف بررسی تأثیر پرتوافکنی مایکروویو بر پاکسازی آب و پسابهای آلوده به هیدروکربنهای نفتی انجام شد. ابتدا برای آلودهکردن محلولهای آبی به نفتخام از ماده امولسیونکننده سدیم دودسیلسولفات (C 12 H 25 NaO 4 S) استفاده گردید. بهمنظور دستیابی به بیشترین کارایی حذف هیدروکربنهای نفتی، سطح بهینه پارامترهای زمان و توان پرتوافکنی، غلظت اولیه آلاینده بر حسب TPH و غلظت پراکسیدهیدروژن (H 2 O 2 ) تعیین شد و تأثیر پرتوافکنی در شرایط بهینه بر حذف هیدروکربنهای نفتی نیز در انواع محلولهای آب مقطر، آب شرب شهر اصفهان و پساب پالایشگاه تهران بررسی گردید. همچنین تغییرات دما، پهاش، میزان حذف اکسیژنخواهی شیمیایی(COD) و میزان حذف هیدروکربنهای نفتی(TPH) نیز در آزمایشهای صورت گرفته، مورد بررسی قرار گرفت. هر مرحله از آزمایش با 3 تکرار انجام شد و نتایج به دست آمده با استفاده از آزمون مقایسه میانگین توکی در سطح 95 درصد در محیط نرمافزار Minitab 17 تجزیه و تحلیل شدند. بههمین منظور ابتدا محلولهای حاوی 10 میلیگرم در لیتر نفتخام تحت پرتودهی مایکروویو با توان متوسط 600 وات در شش بازه زمانی 5/2، 5، 5/7، 10، 5/12 و 15 دقیقه قرار گرفتند و بر اساس میزان حذف COD و TPH، زمان بهینه حذف آلاینده نفتخام تعیین گردید. پس از آن تأثیر توان پرتوافکنی مایکروویو (300، 450، 600 و 850 وات) و در ادامه میزان حذف هیدروکربنهای نفتی در غلظتهای اولیه متفاوت (25/0، 5/0، 75/0 و 1 درصد) بررسی شدند. همچنین اثر غلظت پراکسیدهیدروژن (500، 1000 و 1500 میلیگرم در لیتر) به همراه پرتوافکنی در شرایط بهینه نیز در حذف هیدروکربنهای نفتی، بررسی گردید. در نهایت انواع محلولهای آب مقطر، آب شرب و پساب در معرض پرتوافکنی با شرایط بهینه به دست آمده از مراحل قبل، قرار گرفتند. نتایج نشان داد که زمان بهینه واکنش برای حذف هیدروکربنهای نفتی، 10 دقیقه بود (مقدار حذف COD و TPH به ترتیب برابر 6/26% و 5/54%) و توان پرتوافکنی 850 وات موجب دستیابی به بیشترین حذف هیدروکربنهای نفتی شد (4/37% حذف COD و 2/63% حذف TPH). براساس نتایج به دست آمده، محلول با غلظت اولیه 1 درصد نفتخام دارای بیشترین کارایی حذف COD و TPH بود ( به ترتیب برابر 9/35% و 3/64%) و استفاده از پراکسیدهیدروژن با غلظت 1000 میلیگرم در لیتر همراه با پرتوافکنی، تأثیر معنیداری در حذف هیدروکربنهای نفتی از محلول (مقدار حذف COD و TPH به ترتیب برابر 4/51% و 8/79%) داشت. بررسی نتایج پرتوافکنی در شرایط بهینه بر انواع محلولهای آبی نیز، کارایی بیشتر حذف هیدروکربنهای نفتی در محلول پساب (7/50% حذف COD و 0/66% حذف TPH) را نشان داد. علاوه بر این میزان تخریبپذیری زیستی(BOD 5 /COD) محلول پساب ضمن پرتوافکنی در شرایط بهینه از 4/0 به 7/0 افزایش یافت. در نهایت با توجه به نتایج به دست آمده، استفاده از روش پرتوافکنی امواج مایکروویو همراه با عامل اکسنده H 2 O 2 در شرایط بهینه، بهمنظور حذف هیدروکربنهای نفتی از آب و پساب مناسب است و پیشنهاد میشود تحقیقات بیشتری برای بررسی افزایش کارایی این روش با استفاده از انواع جاذبهای مایکروویو انجام گیرد. کلمات کلیدی: آب و پساب، پرتوافکنی امواج مایکروویو، کارایی حذف آلاینده، کل هیدروکربنهای نفتی، نفتخام.