بهینه سازی و مقایسه فرایندهای منفرد و ترکیبی با استفاده از کاویتاسیون هیدرودینامیکی به منظور حذف رنگزا

پساب صنعت نساجی باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی جدی به دلیل سمیت بالا و رنگی بودن می شود. بنابراین دستیابی به یک فناوری تصفیه موثر به منظور حذف رنگزاهای آلی از پساب امری ضروری به نظر می رسد. کاویتاسیون تکنیک نوینی است که به دلیل قابلیت تولید رادیکال های آزاد با فعالیت بالا، به منظور تصفیه آلاینده های پیچیده، مورد توجه قرار گرفته است. تابحال پژوهشگران بیشتر بر روی تفسیرهای کیفی و روش های علمی مرتبط تمرکز داشته اند و آنالیزهای کمی برای تحلیل هزینه کنترل آلودگی برای صنعت نساجی به منظور قضاوت و تصمیم گیری انجام نشده است. این نیاز وجود دارد که در آینده مطالعات با تمرکز بر روی تحلیل هزینه فرایندهای بیشتری مانند فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته، ترکیبی و بیولوژیکی در زمینه تصفیه فاضلاب نساجی انجام گیرد. بنابراین این پژوهش با هدف بررسی و مقایسه فرایندهای مختلف منفرد و ترکیبی با فرایند کاویتاسیون هیدرودینامیکی (در یک سیستم واحد و با یک آلاینده مشخص) به منظور حذف رنگزای راکتیو مشکی 5 به انجام رسید. کاویتاسیون هیدرودینامیکی با استفاده از صفحه روزنه دار با قطر روزنه 7 میلی متر در فشار ورودی 4 بار به کار گرفته شد. فرایندهای منفرد فتوکاتالیستی، فتولیز، جذب و ترکیبی کاویتاسیون+ فتولیز، کاویتاسیون+ فتوکاتالیست و کاویتاسیون+ فتوکاتالیستی در حذف رنگزا بررسی شد و هر کدام با تغییر پارامترهای مختلف (pH، غلظت نانو فتوکاتالیست TiO2، توان پرتودهی و غلظت رنگزا) بهینه یابی شدند و بهترین راندمان آن ها به دست آمد. به علاوه با در نظر گرفتن هزینه های انرژی و نانوفتوکاتالیست مصرفی فرایندها در کنار راندمان فرایند، با تعریف شاخص راندمان به هزینه، فرایندها رتبه دهی شدند. در فرایندهای مطالعه شده، کاهش pH با افزایش راندمان همراه بود، البته در مورد فرایند فتولیز افزایش راندمان در بالاترین سطح pH بازی به نسبت اسیدی چشمگیرتر بود. افزایش غلظت نانوفتوکاتالیست تا حد بهینه افزایش راندمان را در پی داشت. بالاتر بردن توان پرتودهی با بهبود راندمان تجزیه رنگزا همراه بود. راندمان فرایندها با افزایش غلظت آلاینده کاهش یافت. فرایندهای کاویتاسیون+ فتوکاتالیستی، فتوکاتالیستی، کاویتاسیون+ فتولیز، فتولیز، کاویتاسیون + فتوکاتالیست، کاویتاسیون و جذب به ترتیب با راندمان های رنگبری 83، 60، 52، 49، 43، 38 و 13 درصد در جایگاه اول تا هفتم قرار گرفتند. این در حالی است که در این بین با توجه توامان به راندمان و هزینه مصرفی (با تعریف نسبت راندمان به هزینه)، فرایند فتولیز و پس از آن فرایندهای کاویتاسیون + فتولیز، کاویتاسیون و کاویتاسیون + فتوکاتالیستی با بهترین نسبت ها در رتبه اول تا چهارم قرار گرفتند. کاویتاسیون هیدرودینامیکی رویکردی امیدبخش برای مقابله با آلاینده های صنعتی است و نیز ترکیب این فرایند با دیگر فرایندهای پیشرفته نتایج مطلوبی را در پی دارد. توجه به پارامترهای انرژی و هزینه نانوفتوکاتالیست مصرفی در مقایسه فرایندها بسیار مهم است و نباید تنها به راندمان خروجی فرایند اکتفا نمود. با در نظر گرفتن هزینه قابل توجه نانوفتوکاتالیست ها از قبیل نانو دی اکسید تیتانیم، رویکردهای ترکیبی (مانند ترکیب کاویتاسیون با دیگر فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته) با نتیجه مصرف کمتر نانو ماده و هزینه عملیاتی کمتر، مقرون به صرفه هستند.