بهینه‌سازی و مقایسه فرایندهای منفرد و ترکیبی با استفاده از کاویتاسیون هیدرودینامیکی به‌منظور حذف رنگزا

پساب صنعت نساجی باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی جدی به‌دلیل سمیت بالا و رنگی بودن می‌شود. بنابراین دستیابی به یک فناوری تصفیه مؤثر به‌منظور حذف رنگزاهای آلی از پساب امری ضروری به نظر می‌رسد. کاویتاسیون تکنیک نوینی است که به‌دلیل قابلیت تولید رادیکال‌های آزاد با فعالیت بالا، به‌منظور تصفیه آلاینده‌های پیچیده، مورد توجه قرار گرفته است. تابحال پژوهشگران بیشتر بر روی تفسیرهای کیفی و روش‌های علمی مرتبط تمرکز داشته‌اند و آنالیزهای کمی برای تحلیل هزینه کنترل آلودگی برای صنعت نساجی به‌منظور قضاوت و تصمیم‌گیری 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) به‌منظور حذف رنگزای راکتیو مشکی 5 به انجام رسید. کاویتاسیون هیدرودینامیکی با استفاده از صفحه روزنه‌دار با قطر روزنه 7 میلی‌متر در فشار ورودی 4 بار به‌کار 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) بهینه‌یابی شدند و بهترین راندمان آن‌ها به‌دست آمد. به‌علاوه با در نظر گرفتن هزینه‌های 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 به‌ترتیب با راندمان‌های 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 نسبت‌ها در رتبه اول تا چهارم قرار گرفتند. کاویتاسیون هیدرودینامیکی رویکردی امیدبخش برای مقابله با آلاینده‌های 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 نانوفتوکاتالیست‌ها 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.