دانلود پایان نامه عمران-محیط زیست:روش‏های بازیافت پسماند جامد حاصل از پالایش مجدد روغن‏موتور کارکرده

پایان نامه دوره کارشناسی ارشد عمران- محیط زیست

روش‏های بازیافت پسماند جامد حاصل از پالایش مجدد روغن‏موتور کارکرده

استاد راهنما

دکتر محمدرضا صبور

رشته عمران گرایش محیط‎زیست

زمستان 1393

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده:
در میان مراحل تصفیه روغن‏ها، فرایند رنگبری روغن، از مهم‏ترین بخش‏هاست که رنگبری با جذب سطحی، رایج‏ترین روش بوده و خاک رس، پرکاربردترین جاذب مورد بهره گیری در این مرحله می‏باشد. از طرفی، دفع رس رنگبر به‏عنوان پسماند کارخانه‏های تولیدکننده روغن، معضلات زیاد زیست محیطی و اقتصادی را برای این کارخانه‏ها به همراه دارد. پس، با بازیافت پسماندهای واحدهای تصفیه دوم روغن‏موتور مستعمل، علاوه‏بر بازگرداندن اندازه قابل‏توجهی خاک رس به چرخه صنعت، صرفه‏جویی در مصرف آن و کاهش هزینه‏های مربوط به خریداری رس جدید، بر روی مقدار زیادی روغن موجود در آن نیز جداسازی صورت گرفته و حجم زیادی پسماند خطرناک با قابلیت اشتعال خودبه‏خودی نیز احیا خواهد گردید. هدف پژوهش پیش رو، مطالعه آزمایشگاهی پاک‏سازی خاک رس رنگبر بهره گیری شده در تصفیه روغن‏موتور، به روش استخراج با حلال بوده‏می باشد. در این پژوهش، با بهره گیری از حلال متیل‏اتیل‏کتون (MEK)، به مطالعه تأثیر عوامل احتمالی بر بازدهی این فرایند، مانند SCR (نسبت حلال به خاک رس)، مدت‏زمان استخراج، دانه‏بندی و سرعت چرخش همزن مغناطیسی(درجه اختلاط) بر روی اندازه روغن‏موتور استخراج‏شده پرداخته شده‏می باشد. در مطالعه‏های صورت‏گرفته، مهم‏ترین عامل تأثیرگذار در به‏دست‏آمدن بازده مناسب، میزانSCR بوده و در مطالعه اثر دانه‏بندی بر راندمان، بیشترین بازده خروجی مربوط به نمونه دانه‏بندی‏نشده می باشد. در نهایت با در نظر گرفتن دو عامل تأثیرگذار SCR با دامنه 52/9-48/2 میلی‏لیتر بر گرم و مدت‏زمان فرایند با محدوده 40-5 دقیقه، به روش رویه پاسخ (RSM)، دست به طراحی آزمایش زده و با بهره گیری از نرم‏افزار Minitab، مدل کلی این آزمایش‏ها، صحت و دقت مدل ارائه‏شده، مورد مطالعه قرار گرفته‏اند. در بهترین بازده به‏دست‏آمده، در بالاترین اندازه SCR و مدت‏زمان 5/22 دقیقه، %60/88 از روغن موجود در خاک استخراج شده‏ و دقت مدل خروجی، بالای %96 برآورد شده‏می باشد.
 
کلمات کلیدی: پاک‏سازی خاک رس رنگبر، تصفیه دوم روغن‏موتور کارکرده، استخراج با حلال، روش رویه پاسخ، متیل‏اتیل‏کتون
 
 
 
فهرست مطالب
فصل اول  1
1-1-     مقدمه. 2
1-2- تبیین و ضرورت مسأله 2
1-3- معرفی فصول پژوهش حاضر 4
 
فصل دوم  6
2-1-     مقدمه. 7
2-2-     خصوصیات روغن موتور مستعمل.. 7
2-3-     معرفی فرایند رنگبری روغن‏ها 8
2-3-1-…………………………………. عوامل مؤثر در رنگبری روغن‏ها.. 9
2-3-1-1-…………………………………………………………………………………………. مدت‏زمان رنگبری… 9
2-3-1-2-………………………………………………………………………………………………………. درجه حرارت… 10
2-3-1-3-……………… اندازه رطوبت موجود در روغن و خاک رنگبر… 10
2-3-1-4-……………………………………………………………………………………………………………………. اکسیژن… 10
2-4-     جذب سطحی در فرایند رنگبری.. 11
2-4-1-….. انواع جاذب‌های مورد بهره گیری در فرایند رنگبری. 11
2-4-1-1-………………………………………………………………………………………. خاک رنگبر طبیعی… 11
2-4-1-1-1- خاک و طبقه بندی آن.. 11
2-4-1-1-2- خاک رس.. 13
2-4-1-2-…………………………………………………………………………………………. خاک رس فعال‏شده… 14
2-4-1-2-1- ترکیبات شیمیایی خاک رنگبر فعال‏شده با اسید   15
2-4-1-3-………………………………………………………………………………………………………….. کربن فعال… 15
2-4-1-4-……………………………………………………………………………….. سیلیکات های آمورف… 16
2-4-2-……………………………………………………… مقایسه مواد رنگبر.. 16
2-4-3-……………….. سیستم‌های مختلف اندازه‌گیری رنگ روغن‌ها. 17
2-4-3-1-…………………………………………………………………………………………….. سیستم لاویباند… 17
2-4-3-2-……………………………… بهره گیری از دستگاه اسپکتروفوتومتر… 18
2-5-     روش‏های پاکسازی خاک‏های آلوده به روغن.. 19
2-5-1-……………………………………………………………….. اصلاح شیمیایی.. 20
2-5-1-1-……………………………………………………………………………………………………. احیای اسیدی… 20
2-5-1-1-1- اسیدهای معدنی.. 21
2-5-1-1-2- اسیدهای آلی.. 23
2-5-1-2-………………………………………………………………………………………………………. احیای بازی… 23
2-5-1-3-…………………………………. احیای آلی (احیا با سورفکتانت‏ها)… 25
2-5-1-4-…………………………………………………………………………………………………………………. پیلارینگ… 25
2-5-2-…………………………………………………………………. اصلاح فیزیکی.. 26
2-5-2-1-………………………………………………………………………………………………… احیای حرارتی… 26
2-5-2-2-……………………………………………………………………………….. احیا با مایکروویو… 27
2-5-2-3-………………………………………………….. احیا به روش استخراج با حلال… 28
2-6-     طراحی آزمایش‏های اصلی با بهره گیری از روش آماری.. 29
2-6-1-……………………………………………………….. روش طراحی آزمایش.. 29
2-6-2-……………………………………………. کاربردهای طراحی آزمایش.. 30
2-6-3-…………………………………………………… مراحل طراحی آزمایش.. 30
2-6-4-……………………………………………………….. بهینه‏سازی فرآیند.. 31
2-6-5-……………………………………………………… طراحی به روش RSM… 32
2-6-5-1-………………………………………………………………….. تعریف بعضی از اصطلاحات… 32
2-6-5-2- طراحی فاکتوریل سه سطحی کامل (Full Three-level Factorial)    33
2-6-5-3-. طراحی آزمایش به روش مربع بنکن (Box-Behnken)… 34
2-6-5-4- ….. طراحی آزمایش به روش طرح مرکب مرکزی(CCD)… 35
2-7-     مروری بر مطالعات انجام شده. 37
 
فصل سوم. 42
3-1-     مقدمه. 43
3-2-     ویژگی های خاک مورد آزمایش… 43
3-2-1-……………………………………………….. تهیه نمونه خاک آلوده.. 43
3-2-2-…………………………………………………………. نگه‏داری نمونه‌ها.. 43
3-3-     تعیین مقدار روغن جذب شده با بهره گیری از دستگاه سوکسله و روتاری.. 44
3-3-1- آزمایش سوکسله.. 44
3-3-1-1- آماده کردن لوازم و شیشه‏آلات آزمایشگاهی برای سوکسله    45
3-3-1-2-………………………………………………………………….. حلال مناسب برای سوکسله… 45
3-3-1-3-……………… راه‏اندازی سیستم و انجام آزمایش سوکسله… 45
3-3-2- جداسازی حلال و روغن با بهره گیری از دستگاه روتاری.. 46
3-3-2-1-…………………………………………… روش بهره گیری از دستگاه روتاری… 46
3-3-3- بهره گیری از روش موازنه جرمی برای تعیین وزن روغن.. 47
3-4-     انتخاب حلال مناسب… 47
3-5-     پارامترهای مؤثر در استخراج روغن.. 47
3-6-     انجام آزمایش‌ها 48
3-6-1- لوازم مورد نیاز برای آزمایش.. 48
3-6-2- انجام پیش‏آزمایش‌های مختلف. 49
3-6-3- انجام پیش‏آزمایش‏های مشابه با آزمایش‏های اصلی.. 51
3-6-4- انجام آزمایش‏های اصلی.. 52
3-7-     طراحی آزمایش‏ها به روش RSM… 53
3-7-1- مدل رگرسیون خطی.. 54
3-7-2- تخمین پارامترها در رگرسیون خطی.. 54
3-7-3- پیش‌گویی مشاهدات جدید از تابع پاسخ.. 61
3-7-4- مطالعه صحت و دقت مدل.. 62
3-7-4-1- سنجش باقیمانده‌ها… 62
3-7-4-2- مجموع توان‌های دوم خطاهای پیش‌بینی شده (PRESS)    63
3-7-4-3- آزمون نبود برازندگی… 64
3-7-5- طراحی.. 66
 
فصل چهارم. 68
4-1- مقدمه. 69
4-2- تعیین اندازه روغن موجود در خاک با بهره گیری از آزمایش سوکسله. 69
4-2-1- نتایج آزمایش سوکسله و مطالعه آن.. 69
4-2-2- نتایج روش وزنی حرارتی.. 70
4-3- تعیین اندازه روغن موجود در خاک با بهره گیری از آزمایش کوره. 70
4-4- نتایج پیش‏آزمایش‏های مختلف… 73
4-4-1- مطالعه اثر دانه‏بندی برروی اندازه روغن استخراج‏شده   73
4-4-2- مطالعه اثر درجه اختلاط برروی اندازه روغن استخراج‏شده   74
4-5- نتایج پیش‏آزمایش‏های مربوط به آزمایش‏های اصلی.. 75
4-6- طراحی آزمایش‏های اصلی.. 76
4-6-1- انتخاب پارامترها، محدوده و سطوح آنها.. 76
4-6-2- طراحی و انجام آزمایش‌ها.. 77
4-6-3- مدل‏سازی با بهره گیری از مقادیر کدشده توسط روش رویه پاسخ   80
4-6-4- مقایسه نتایج به‏دست‏آمده از آزمایش‏ها و پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار.. 82
4-6-5- مطالعه صحت و دقت مدل برازش‏شده.. 85
4-6-5-1-………………………………………………………………………………………………… ضریب همبستگی… 85
4-6-5-2-…………………………………………………………………………. جدول واکاوی واریانس… 85
4-6-6-……………………………….. مطالعه بازده به‏دست‏آمده از مدل.. 86
 
فصل پنجم. 90
5-1- مقدمه. 91
5-2- نتیجه گیری.. 91
5-3- پیشنهادات… 93
 
فصل ششم. 95
منابع و مراجع. 96
 
فهرست شکل‌ها
شکل 2-1: مقایسه بنتونیت طبیعی و فعال‏شده. 14
شکل 2-2: مراحل فعال کردن خاک رنگبر.. 15
شکل 2-3: نمونه ای از دستگاه لاویباند. 18
شکل 2-4: تصویری شماتیک از دستگاه اسپکتروفوتومتر.. 18
شکل2-5: دسته‏بندی روش‏های احیای رس… 20
شکل 2-6: نقاط انتخابی در روش Full Three-level Factorial.. 34
شکل 2-7: نقاط انتخابی در روش Box-Behnken.. 35
شکل 2-8: نقاط انتخابی در روش CCD… 36
 
شکل 3-1: آزمایش سوکسله. 46
شکل 3-2: لوازم مورد نیاز آزمایش‏ها 48
شکل 3-3: همزن مغناطیسی مورد بهره گیری در آزمایش‏های انجام‏شده. 49
شکل 3-4: ترازوی آزمایشگاهی مورد بهره گیری در آزمایش‏های انجام‏شده. 49
شکل 3-5: نمونه‏های دانه‏بندی‏شده. 50
شکل 3-6: آزمایش‏های حرارتی.. 51
شکل 3-7: نمونه‏های آزمایش‏شده در دسیکاتور.. 53
 
شکل 4-1: مقایسه بنتونیت طبیعی قبل و پس‏از حرارت‏دهی در کوره. 71
شکل 4-2: مقایسه بنتونیت مصرف‏شده، قبل و پس‏از حرارت‏دهی در کوره. 72
شکل 4-3: وضعیت بشرها و کاغذهای صافی اصلی آزمایش‏ها، پس‏از اتمام آزمایش… 79
شکل 4-4: نمونه‏های اصلی آزمایش، پس‏از اتمام آزمایش… 80
شکل4-5: مقایسه نتایج آزمایش‏های انجام‏شده و پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار.. 83
شکل4-5: مقایسه خطای آزمایش‏های انجام‏شده و پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار.. 84
شکل4-6: خطای آزمایش‏های انجام‏شده و پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار.. 84
شکل 4-7: نمودار کانتور مدل پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار.. 87
شکل 4-8: رویه پاسخ مربوط مدل پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار.. 87
شکل 4-8: 4 نقطه بهینه در نمودار کانتور مدل.. 88
فهرست جدول‌ها
جدول 2-1: درصد تقریبی انواع روغن روانکاری مصرفی در کشورهای عضو اتحدیه اروپا (1999). 7
جدول 2-2: خصوصیات کلی روغن مستعمل.. 8
جدول 2-3: کانی های اولیه عمومی در خاک‌ها 12
جدول 2-4: حدود جداکننده اندازه خاک… 13
جدول 2-5: مقادیر کدشده‏ دو و سه متغیره طرح Box-Behnken.. 35
جدول 2-6: مقادیر کدشده‏ دو و سه متغیره طرح مرکب مرکزی.. 36
 
جدول 3‑1: داده‌ها در رگرسیون چندگانه خطی.. 55
جدول 3-2: واکاوی واریانس… 60
جدول 3-3دامنه تغییر عوامل مؤثر بر فرآیند. 67
 
جدول 4-1: درصد رطوبت نمونه خاک خام و مصرف‏شده. 71
جدول 4-2: درصد روغن نمونه خاک مصرف‏شده. 72
جدول 4-3: نمونه‏های دانه‏یندی‏شده با 2 SCR =. 74
جدول 4-4: نمونه‏های دانه‏یندی‏شده با 4 SCR =. 74
جدول 4-5: مطالعه اثر درجه اختلاط بر راندمان.. 75
جدول 4-6: پیش‏آزمایش‏های اصلی استخراج با حلال.. 76
جدول 4-7: نتایج آزمایش‏های اصلی.. 78
جدول 4-8: مقادیر کدشده پارامترهای آزمایش‏های اصلی.. 81
جدول 4-9: مقایسه مقادیر نظاره شده در آزمایش‌ها و پیش‏بینی‏شده توسط مدل.. 82
جدول 4-10: ضرایب همبستگی برای مدل برازش شده. 85
جدول 4-11: جدول واکاوی واریانس(ANOVA) مدل برازش‏شده. 86
جدول 4-12: 4 نمونه از نقاط بهینه آزمایش حاصل از مدل برازش‏شده. 88
جدول 4-13: مقایسه راندمان آزمایش‏های بهینه انجام‏شده حاصل از مدل 89
 
 
 
 
 
 
فصل اول
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

• مقدمه

حفظ منابع تجدیدپذیر خصوصاً سوخت‌های فسیلی و کاهش آثار زیانبار ناشی از پدیده گرمایش جهانی، مانند چالش‌های جدی پیش‌روی متخصصان زیست‌محیطی و مسئولین مدیریت شهری به شمار می‌رود. از آن‏جایی که پسماندهای صنعتی حاوی روغن‏موتور مستعمل دارای طیف گسترده‏ای از آلاینده‌های خطرناک بوده و بخش بزرگی از آن به‏دلیل قابلیت اشتعال خودبه‏خودی بایستی کاملاً حفاظت‏شده باشند و از طرف دیگر با توجه اندازه بالای تولید این قبیل زایدات در صنایع، مانند چالش‌های جدی پیش‏ روی جوامع صنعتی به شمار می‌آید. بازیافت روغن‏موتور مستعمل و تولید روغن تصفیه مجدد، ضمن احیای یک ماده با ارزش، به نوبه خود منجر به کاهش مصرف انرژی و به حداقل رساندن آثار گرمایش جهانی در مرحله تولید روغن‏موتور از نفت خام خواهد گردید.
تا کنون روش‌های مختلفی همچون دفن در زمین، بازیابی انرژی از طریق سوزاندن در کارخانجات تولید سیمان و تولید روغن‏موتور پالایش مجدد، برای حل این مشکل زیست‌محیطی ارائه گردیده می باشد. فرایند تصفیه مجدد روغن‏موتور مستعمل به ماهیت روغن و اندازه ناخالصی‌های موجود در آن بستگی دارد. ناخالصی‌ها از طریق هوا یا طی عملکرد موتور وارد روغن شده و یا اینکه در نتیجه وقوع بعضی واکنش‌های شیمایی در روغن، شکل می‌گیرند. به‏گونه کلی کاربرد مجدد روغن یا اصطلاحاً بازیافت آن مستلزم حذف کامل ناخالصی‌های مذکور خواهد بود. روش‌های دیگر مدیریت روغن مستعمل در کشورهای توسعه‏یافته علاوه‏بر تصفیه مجدد شامل بهره گیری مجدد در صنایع، پس از انجام پردازش‌های اولیه، مصرف در بخش انرژی، گازی کردن (Gasification)، شکست حرارتی (Thermal Cracking) و دفن نیز می گردد. در کشورهای اروپایی روش غالب مدیریت روغن روانکاری مستعمل مصرف در بخش انرژی می باشد و علیرغم قوانین اتحادیه اروپا، تنها در بعضی از کشورها اولویت اصلی خود را تصفیه مجدد روغن قرار داده‌اند. در این بین، بازیافت یا تصفیه مجدد روغن به دلیل پتانسیل کاهش آثار سوء زیست‌محیطی ناشی از دفع غیراصولی زایدات روغن مستعمل و نیز جذابیت‌های اقتصادی آن از دیدگاه حفظ منابع انرژی، از مناسب‌ترین روش‌های موجود به شمار می‌رود [1].

• تبیین و ضرورت مسأله

با در نظر داشتن اندازه بالای دور ریز روغن‌های روانکاری در جوامع صنعتی و نیز به‏دلیل آثار سوء این قبیل زایدات بر محیط‌زیست، در سالیان اخیر، الزامات و دستورالعمل‌های سختگیرانه‌ای در این خصوص، به تصویب مراجع قانونی کشورهای مختلف جهان رسیده‏می باشد. در ادامه به بعضی از این قوانین تصریح شده‏می باشد.
اولین قانون اروپا در زمینه مدیریت روغن مستعمل در سال 1975(75/439/EC) تدوین گردید که در آن بر الزام کاربرد روش‌های مدیریتی دوستدار محیط‌زیست تأکید شده بود. این قانون از میان روش‌های مختلف مدیریتی، بیشتر بر تصفیه مجدد روغن نسبت به روش سوزاندن و استحصال انرژی تأکید دارد. اگرچه قانون مذکور در سال 1987 مورد بازبینی و اصلاح قرار گرفت (87/101/EC)، لیکن مطالعات انجام‏شده حاکی از آن می باشد که اعضای اتحادیه اروپا تمایل چندانی به تصفیه مجدد روغن مستعمل نداشته و روغن‏های مستعمل را اکثراً به عنوان سوخت در صنایع مورد بهره گیری قرار می‌دهند [1].
یکی از روش‌هایی که امروزه به‏گونه گسترده‌ای به مقصود تصفیه روغن مستعمل در کشورهای صنعتی به کار گرفته می گردد، تصفیه روغن مستعمل به کمک حلال‌ها می‌باشد. این روش بر خلاف روش اسیدشویی که بر پایه واکنش‌های شیمیایی استوار می باشد، بر پایه فرایندهای جداسازی فیزیکی- شیمیایی انجام می گردد. در این فرایند، بخش‌های نامطلوب موجود در روغن مستعمل در حلال حل شده و ناخالصی‌ها از روغن خارج می گردد. اما بخش‌های ضروری (به‏ویژه هیدروکربن‌های اصلی روغن پایه) به‏صورت یک فاز جداگانه در روغن خروجی باقی می‌ماند. در مقیاس تجاری و صنعتی، از حلال‌هایی نظیر بوتانول، بوتانون، پروپانول، متیل‏اتیل‏کتون (MEK)، استون در این فرایند بهره گیری می گردد. مانند مورد هایی که روش استخراج با حلال را از روش‌های دیگر متمایز می‌سازد می‌توان به موردها زیر تصریح نمود:

• بهبود خصوصیات روغن نظیر ویسکوزیته، نقطه اشتعال و نیز پایداری در برابر اکسیداسیون،
• راندمان بالا در تولید روغن با کیفیت،
• قدرت بالای حلال‌ها در جذب ناخالصی‌های موجود در روغن مستعمل،
• سهولت جداسازی فاز هیدروگربن‌ها از فاز زایدات و ناخالصی‌ها،
• سهولت بازیابی حلال (نقطه جوش حلال همواره پایین‌تر از نقطه جوش روغن انتخاب می گردد)،
• ویژگی‌های منحصر به فرد حلال‌ها از قبیل پایداری، سمیت پایین، سهولت در جابجایی و کاهش هزینه‌ها.

هم‏چنین، بازیافت روغن و بهره گیری مجدد از خاک رنگبر، فرصت بزرگی در زمینه صرفه‏جویی مالی برای کارخانه‏های صنایع روغن می باشد. دفع رس رنگبر مصرف‏شده می­تواند باعث بروز معضلات زیست‏محیطی گردد، که این معضلات می­تواند با خروج روغن از داخل این خاک، حل گردد.
در حال حاضر اندازه تولید روغن مستعمل در کشورمان در حدود 300 تا 350 هزار تن در سال برآورد می گردد و روش غالب در بازیابی آن، بهره گیری از فرایند اسیدشویی و رنگبری به کمک خاک رس می‌باشد، که بنا به علت های اقتصادی و تکنولوژیکی هم‏چنان در ایران به عنوان روش غالب بازیافت مورد بهره گیری قرار می‌گیرد [2]. با در نظر داشتن این اندازه تولید روغن مستعمل در کشور، سالانه حدود 40 تا 60 هزار تن خاک رس آلوده پس‏از تصفیه روغن‏‏موتور دورریز می‏گردد، که این خاک رس بهره گیری شده در تصفیه، حاوی 20 هزارتن روغن باقی‏مانده در خود می‏باشد. پس، با بازیافت پسماندهای واحدهای تصفیه دوم روغن‏موتور مستعمل، علاوه‏بر بازگرداندن اندازه قابل‏توجهی خاک رس به چرخه صنعت، صرفه‏جویی در مصرف آن و کاهش هزینه‏های مربوط به خریداری رس جدید، بر روی مقدار زیادی روغن موجود در آن نیز جداسازی صورت گرفته و حجم زیادی پسماند خطرناک با قابلیت اشتعال خودبه‏خودی نیز احیا خواهد گردید.
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :121

قیمت : 14700 تومان

***

—-