۱-۳-۳-۳- سیستم تصفیه و بازیافت آب………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۲۵

………………………………………..۲۶

۱-۳-۴-۱- مکانیسم انعقاد…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۷

۱-۳-۴-۲- انواع منعقد کننده ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۷

۱-۳-۴-۳- عوامل موثر در انعقاد :…………………………………………………………………………………………………………………………………………………۲۹

۱-۳-۴-۴- بهینه سازی فرایند انعقاد و لخته سازی…………………………………………………………………………………………………………………………. ۳۰

۱-۴- پلیمر……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۳۱

۳۱

۳۳

۱-۴-۲-۱- کاربرد پلیمرهایی مثل پلی آکریل آمید در سیالات حفاری :……………………………………………………………………………………………… ۳۳

۱-۴-۲-۲- تولید سیال پلیمری برای جایگزینی سیال روغنی در صنعت حفاری…………………………………………………………………………………. ۳۳

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۱-۴-۲-۳- شیرین سازی گازها با غشاهای پلیمری………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۴

۱-۴-۲-۴- دیگر کاربردهای پلیمرها در صنعت حفاری و پالایش نفت……………………………………………………………………………………………… ۳۴

و انعقاد سازی…………………………………………………………………………………………………………………………. ۳۵

۱-۴-۳-۱- کاربرد پلی الکترولیت ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۳۵

۱-۴-۳-۲- مکانیسم انعقاد توسط این دسته از پلیمرها……………………………………………………………………………………………………………………. ۳۶

۱-۴-۳-۳- انتخاب نوع و مقدار پلی الکترولیت مناسب………………………………………………………………………………………………………………….. ۳۶

۱-۵- فناوری نانو………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۳۷

۳۷

۳۷

۱-۵-۱-۲- تعریف نانو تکنولوژی و تشریح مفهوم کلی آن……………………………………………………………………………………………………………… ۳۸

۱-۵-۱-۳- اصول بنیادی در نانو…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۹

۱-۵-۲- کاریرد فناوری نانو در زمینه حفاری چاه های نفت…………………………………………………………………………………………………………… ۴۰

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۴۲

۲-۱- مروری بر کارهای گذشته:………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۴۲

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۵۸

۵۸

فهرست منابع…………………………………………………………………………………………………………………….۸۴

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه

جدول ۳-۱٫ مشخصات اصلی مربوط به تولید آزمایشگاهی پلی سولفات فریک……………………………………………………………. ۶۰

جدول ۴-۱٫ پایداری گروه های مختلف ZnOPFS و PFA………………………………………………………………………………………. 69

فهرست شکل ها

عنوان شکل شکل

شکل ۳-۱٫ تصویر SEM از نانوذرات اکسیدروی در مقیاس ۵ میکرومتر………………………………………………………………………. ۵۹

شکل ۳-۲٫ تصویر SEM از نانوذرات اکسیدروی در مقیاس ۵۰۰ نانومتر………………………………………………………………………. ۵۹

شکل ۴-۱٫ طیف FTIR نمونه ZnOPFS(N=20) در مقادیر pH اولیه متفاوتpH 3.0) (pH 2.0 ,…………………………………. 65

شکل ۴-۲٫ طیف XRD از نمونه ZnOPFS (n=2.0 و pHاولیه =۲٫۰)…………………………………………………………………………. ۶۷

شکل ۴-۳٫ عکس TEM در ابعاد میکرو از ZnOPFS………………………………………………………………………………………………… 68

شکل ۴-۴٫ تغییرات Ph با گذشت زمان الف) ZnOPFS با مقدار n متفاوت ب)ZnOPFS در Ph اولیه ی متفاوت………… ۷۱

شکل ۴-۵٫ الف) تاثیر pH بر پتانسیل زتای نمونه ی ZnOPFS ( ب).تاثیر n بر روی پتانسیل زتای تعلیق دیاتومیت و پساب روغنی بعد از اضافه کردن ZnOPFS……………………………………………………………………………………………………………………………74

شکل ۴-۶٫ تاثیر pH اولیه ی نمونه ی ZnOPFS بر روی باقی مانده کدورت پساب روغنی……………………………………………….۷۵

شکل ۴-۷٫ تاثیر مقدار منعقد کننده بر باقی مانده ی کدورت پساب های روغنی در pH های متفاوت : الف ) pH=4.5 ; ب) pH=7.0 ; پ) pH=9.5……………………………………………………………………………………………………………………………………………..78

شکل ۴-۸٫ . مقایسه ی میزان ته نشینی بین ZnOPFS و پلی آکریل آمید و پلی سولفات سیلیکات روی…………………………….. ۸۰

شکل ۴-۹٫ تاثیر مقدار منعقد کننده ی مصرفی بر حذف ذرات معلق جامد………………………………………………………………………. ۸۱

شکل ۴-۱۰٫ تاثیر مقدار منعقد کننده ی مصرفی بر حذف COD……………………………………………………………………………………….82

فهرست علائم اختصاری

علامت	معادل انگلیسی	معادل فارسی
ζ-potential	Zeta potential	پتانسیل زتا
AMWD	Apparent molecular weight distribution	توزیع وزن مولکولی ظاهری
AOM	Amorphous organic matter	ماده آلی بی شکل
CFM	coagulation/flocculation-microfiltration	منعقدسازی/لخته سازی-میکروفیلتراسیون
CFSM	coagulation/flocculation-sedimentation-microfiltration	منعقد سازی/لخته سازی-رسوب گزاری –میکرو فیلتراسیون
COD	Chemical oxygen demand	اکسیژن خواهی شیمیایی
DMBR	dynamic membrane bioreactor	روش بیوراکتور غشایی فعال
DOC	Dissolved organic carbon	کربن آلی محلول
DY	Disperse Yellow	زرد پراکنده
FI	Flocculation Index	شاخص لخته­سازی
FT-IR	Fourier transform infrared spectroscopy	تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز
HAR	hydrolysis acidification reactor	راکتور اسیدیفیکاسیون آبکافتی
HRT	hydraulic retention time	زمان ماند هیدرولیکی
IPF	Inorganic polymer coagulant	منعقدکننده ی پلیمری معدنی
LA	an organic polymer flocculant	یک پلیمر آلی لخته­ساز
LC50	lethal concentration 50	غلظتی که باعث مرگ ۵۰ درصد از جمعیت یک گونه می شود
PFA	Poly feeic acid	پلی فریک اسید
PFC	Poly ferric chloride	پلی فریک کلرید
PFS	Poly Ferric Sulfate	پلی فریک سولفات
PHPA	partially-hydrolyzed polyacrylamide	پلی اکریل آمید نیمه هیدرولیز شده
PWPF	produced water from polymer flooding	آب تولید شده از جاری شدن سیل پلیمر
RB	Reactive Blue	آبی واکنش پذیر
SEM	scanning electron microscope	میکروسکوپ الکترونی روبشی
TEM	Transmission electron microscopy	میکروسکوپ الکترونی انتقالی
XPS	X-ray photoelectron spectroscopy	طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X
VEM	Video electron microscopy	ویدئو الکترون میکروسکوپی
XRD	X-ray diffraction	پراش اشعه X
ZnOPFS	Zinc oxide Poly Ferric Sulfate	نانوذرات اکسید روی پیوند داده شده به پلی فریک سولفات

چکیده:

در مقاله­ حاضر به بررسی و مطاله­ی نوع جدیدی از مواد منعقدکننده پرداخته شده است و عملکرد فرایند انعقاد با بهره گرفتن از این نوع منعقدکننده مورد ارزیابی قرار گرفت. این نوع جدید، ترکیبی از نانوذرات اکسید روی و پلی فریک سولفات(ZnOPFS) است. ساختار نانوذرات اکسید روی به وسیله­ روش­های^[۱]FTIR، ^[۲]XRD و TEM^[3] تعیین شد و بر این اساس، مشخص گردید که ZnOPFS، ترکیب پیچیده و مختلطی است که عمدتا از نانوذرات اکسید روی و سولفات فریک تشکیل شده است. اثرات نسبت مولی روی/آهن(Zn/Fe) و (زمان) کهنگی^[۴] بر pH و پتانسیل زتا^[۵] نیز با بهره گرفتن از روشی معین مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست­آمده نشان داد که در فرایند بسپارش همزمان^[۶]، یون روی می ­تواند مانع از شکل­ گیری انعقاد پلی فریک اسید^[۷] و متعاقبا بهبود ثبات ZnOPFS ­شود. به علاوه، نتایج حاصله نشان داد که ZnOPFS به دلیل داشتن یون روی اضافی، می ­تواند توان خنثی­سازی بارالکتریکی^[۸] را در فرایند تعلیق دیاتومیت^[۹] و فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی افرایش دهد. علاوه بر این، ZnOPFS از نظر انعقادی کارایی بهتری نسبت به پلیمرهای انعقادی متداول یعنی، پلی آکریل اسید^[۱۰] و پلی روی سیلیکات سولفات^[۱۱] در فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی دارد.

فصل اول

مقدمه:

نگرانی­ها در مورد مسائلی از قبیل کمبود منابع، افزایش آگاهی­ های زیست­محیطی و تبدیل شدن دغدغه مسائل زیست­محیطی به یک موضوع همگانی، موجب شده است تا بسیاری از شرکت­ها و تولیدکنندگان فردی به بررسی کارایی و انطباق زیست­محیطی فرآیندهای صنعتی خود بپردازند. تولید زباله به عنوان یکی از ناقلین مهم آلودگی، مرکز توجه بسیاری از مطالعات و طرح­ها بوده است. در خصوص پسماندهای مایع از قبیل آب­های آلوده به مواد روغنی، مشکل مضاعف، اتلاف منبعی حیاتی همچون آب و تخلیه­ی آلاینده­های مضر به محیط زیست است که منجر به به­کار گیری روش­های مختلف کمینه­سازی^[۱۲] آب­های آلوده شده است که عبارتند از:

کاهش منابع^[۱۳]:

در واقع، یکی­از راهبردهای کاهش آب­های آلوده با بیشترین تاثیر مستقیم زیست­محیطی، کاهش منابع است، که منظور از این، کاهش میزان آب مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی و بنابراین، کاهش میزان آب تخلیه شده به عنوان پسماند است. این فرایند عمدتا شامل شناسایی فرایندهایی از قبیل شست­وشو، خنک­سازی و انحلال ترکیبات شیمیایی است که در آن­ها آب، عنصر اصلی است و نیز تعیین حداقل میزان آب لازم جهت تکمیل فرآیندهای مذکور است. کاهش جریان پسماندها، در پسماندهای مایع بالقوه مضری همچون آب­های آلوده به مواد روغنی که به دفع^[۱۴] و تصفیه^[۱۵]­ی خاص نیاز دارند، نیز سبب کاهش فضای دفع و یا انرژی تصفیه­ی مورد نیاز جهت بی­خطر سازی پسماندها می­گردد. تمیز کردن سطوح با پارچه خشک حتی در کارهای روزمره­ای همچون روغن­کاری قطعات فلزی، موجب کاهش میزان آب و پسماندهای آلوده به مواد روغنی شده و باعث افزایش طول عمر بسیاری از روان­کننده­ های روغنی می­ شود.

بازیافت و استفاده مجدد^[۱۶]:

راهبرد دوم جهت کاهش آب­های آلوده، بازیافت و استفاده مجدد از پسماندهای مایع مضر است که به فرآیندهای صنعتی این امکان را می­دهد تا میزان آب سالم و پاکیزه مورد استفاده را به حداقل رسانده و به دنبال آن میزان آب آلوده­ی حاصله را کاهش دهند. برای مثال، لازم نیست که آب مورد نیاز جهت خنک­سازی قطعات ماشین­ کاملا پاکیزه باشد تا کارکرد بهتر و موثرتری داشته باشد. بنابراین، استفاده از آب نسبتا آلوده جهت اهداف مختلف موجب کاهش کلی مصرف آب و تولید پسماند می­ شود و حتی در فرآیندهایی با مقیاس کوچکتر، برای تمیزکردن سطوح متعدد، استفاده از یک سطل آب به جای بازگذاشتن آب(آب جاری)، مصرف آب و حجم آب آلوده به مواد روغنی ایجادشده را به طور قابل توجهی کاهش می­دهد.

تصفیه^[۱۷]:

کانال اصلی هدایت آلاینده­ها(روش تصفیه End-of-pipe)^[18] یکی دیگر از راهبردهای مهم کاهش پسماندهای سیال صنعتی مانند آب­های آلوده به مواد روغنی است. با توجه به نوع روغن­های محلول در آب می­توان از فرآیندهای پالایشی^[۱۹] و شیمیایی مختلفی به منظور پاک­کردن همه یا بیشتر روغن­های معلق در پسماندها استفاده کرد و در همن راستا می­توان جریان آب پاکیزه­ای که برای محیط­زیست خطر کمتری دارد و برای دیگر فرآیندها نیز قابل استفاده مجدد است را ایجاد نمود. حتی در مکان­های خانگی، عبور آب آلوده از فیلتر شنی^[۲۰] و یا حتی سطل شنی حفره­دار حاوی مقداری شن­وماسه می ­تواند به طور قابل توجهی آب را پاکیزه کرده و آب­ آلوده را به یک منبع پاکیزه و قابل استفاده تبدیل کند.

اولویت­ بندی و هم افزایی:

هیچ­یک از سه مورد مذکور به تنهایی کارساز نیستد و با ترکیب هر سه روش، می­توان به موثرترین راهبرد کاهش آب­های آلوده دست یافت. گام اول، محدود کردن منابع مورد استفاده، تعیین دقیق میزان آب مورد نیاز و شناسایی هر نوع فرایند مصرفی است. شناسایی نوع آب­های آلوده در حال ایجاد و این­که آیا می­توان مجددا از آن­ها استفاده کرد یا خیر کمک شایانی به کاهش میزان آب­های آلوده می­ کند. و در نهایت، طراحی رویکردی عملیاتی، موجب به حداقل رساندن تاثیرات زیست محیطی خواهد شد.

در واقع، فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی، ترکیبی از آب و مقداری روغن سطحی، لجن نفتی و مواد ته­نشین شده اند که اغلب نیز حاوی مقدار قابل توجهی سنگ­ریزه و ذرات جامد همراه با نفت هستند که می­بایست به کمک تاسیسات فرآوری نفتی کنترل و مهار شوند.

پلی آکریل آمید با نام آیوپاک poly (2-propenamide)  یا  poly (1-carbamoylethylene) پلیمری است که از زیرواحدهای آکریل آمیدی ساخته شده است(-CH2CHCONH2-). این نوع پلیمر را می­توان طوری سنتز کرد که دارای ساختار خطی- زنجیره­ای ساده و یا اتصال عرضی باشد و این کار معمولا با بهره گرفتن از (N,N’-methylenebis acryl amide) صورت می­گیرد. پلی آکریل آمید سمی نیست. و در صورتی که دارای اتصال عرضی باشد، امکان حضور مونومر در ساختار آن بسیار کاهش می یابد. از آنجایی که این پلیمر قدرت جذب آب بالایی دارد، در زمان هیتدارته شدن به صورت ژلی نرم ظاهر می­ شود که در تولید الکتروفورز ژل پلی آکریل آمید^[۲۱] و ساخت لنزهای تماسی کاربرد دارد. در صورتی که دارای ساختار خطی- زنجیره­ای باشد، می­توان از آن به عنوان عامل غلیظ­کننده^[۲۲] و معلق­کننده^[۲۳] نیز استفاده نمود و اخیرا نیز به عنوان پرکننده زیرپوستی^[۲۴] در جراحی­های زیبایی چهره مورد استفاده قرار گرفته است. پلی آکریل آمید،یک پلیمری خطی است که شامل واحد های مونومری با گروه های عاملی آمیدی است و روی سطح ذرات جذب می­شوند. این ذرات در ظول زنجیره­ ی پلیمری، پل هایی جهت نزدیکتر شدن به هم تشکیل می­ دهند. این فرایند، لخته سازی^[۲۵] نامیده می­ شود و به طور گسترده ای در تصفیه فاضلاب­ مورد استفاده قرار می­گیرد. پلی آکریل آمید توانایی اتصال ذرات معلق در محلول را از طریق فرایند جذب سطحی دارند. پلیمرها اغلب دارای بارهای الکترواستاتیک^[۲۶] می­باشند، که این در فرایند لخته سازی به ذرات معلق اجازه می­دهد که بارهای سطحی خود را خنثی نموده و به هم بچسبند. زمانی که پلی آکریل آمید آبی محلول به فاضلاب اضافه می­ شود، گروه ­های آمیدی فعال روی زنجیره­ ی پلیمری، به سطح ذرات معلق در فاضلاب چسبیده و با پل­های اتصالی که از این طریق بین آن­ها به وجود می ­آید، با ساختار تازه شکل گرفته خود، شروع به دفع از آب می­ کنند. اکنون وقتی که ذره­ای کوچک، به لخته­ای بزرگتر تبدیل می­ شود می ­تواند میزان ته­نشینی مواد در فرایند شفاف­سازی، میزان سیالیت در سیستم DFA و پاکیزه کردن آب در تجهیزات غلیظ­کنند­ه­ی لجن را بهبود بخشد. پلی آکریل آمید به طور گسترده در تصفیه فاضلاب خانگی،به صورت خمیر در آوردن پسماند معدن­کاری و کاغذ سازی، و درمان پساب پتروشیمی، مواد شیمیایی، صنایع نساجی، ماسه­های نفتی و صنایع معدنی استفاده می­ شود. علاوه بر این، پلی سولفات سیلیکات روی، نوع جدیدی از لخته­سازهای معدنی^[۲۷] است که از طریق فرایند بسپارش همزمان (کوپلیمریزاسیون) تولید شده و متشکل از سیلیکات، سولفات و روی است.مقایسه ی رفتارهای لخته سازی مربوط به پلی آلومینیوم کلراید، پلی سولفات فریک، پلی سیلیکات فریک و پلی سیلیسیم بور فریک زینک سولفات مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج مقالات مختلف مربوط به بررسی تاثیر درجه حرارت، قدرت اسیدی^[۲۸]، زمان نگهداری و مقدار مصرفی(دوز) بر فرایند لخته­سازی مطالعه شد و نتایج نشان داد که ترکیب نانوذرات اکسید روی و پلی سولفات فریک(ZnOFS)، بهترین عملکرد لخته­ای را دارند.

• 1. نفت و حفاری

     1. مروری بر تاریخچه ی استخراج نفت در ایران و جهان

نفت در ایران از هزاران سال پیش به واسطه نشت طبیعی آن در مناطق جنوبی شناخته شده بود. در دایره المعارف بزرگ لاروس آمده است ” نخستین چاه نفت به فرمان داریوش شاهنشاه هخامنشی در استان شوش حفاری شده است. کاوش های باستان شناسی نشان داده است که مردمان کشور ایران حدودا پنج هزار سال قبل از قیر برای تهیه ملاط و اندود کردن کشتی ها و همچنین از نفت برای ایجاد روشنایی و درمان بعضی از امراض استفاده می کرده اند. هردوت تاریخ نویس یونانی دنیای باستان در کتاب خود چگونگی کندن چاه و استخراج نفت در ایران را شرح داده است، به گفته وی در محلی به نام ” اردریکا” در نزدیکی شوش، چاهی بوده است که نفت و آب نمک را از آن  به کمک چرخ و دلو استخراج کرده و در حوضچه های سرباز نزدیک آن میریختند، تا مواد سبک نفت، تبخیر شده و از قیر و نمک سفت شده استفاده می کردند.

در دنیای مدرن اولین چاه نفت توسط شخصی به نام دریک (DRAKE ) که پایه گذار موسسه ای بنام PENNSYLVANIA ROCK OIL COMPANY بود، به تاریخ ۲۷ اوت ۱۸۵۹ میلادی در ایالت پنسیلوانیای  آمریکا  حفر شد، از این حلقه چاه که بعد از حدود ۵ سال تلاش  در عمق ۲۳ متری به نفت رسید، در اولین روز حدود چهار هزار لیتر نفت به دست آمد. و این مقدمه ی پیدایش صنعت بزرگی به نام صنعت نفت در جهان بود که تمام معادلات سیاسی و اقتصادی دنیا را تحت شعاع قرار داد.

لوفتوس^[۲۹] اولین فرد خارجی بود که بطور تخصصی از مناطق نفت خیز ایران بازدید به عمل آورد. وی در گزارشی که به  سال ۱۸۵۵ منتشرنمود اظهار داشته است که تنها چمشه قیربررسی شده توسط ایشان در کنار کوه های بختیاری و مسجد دور افتاده ای در نزدیکی کوه آسماری مسجد سلیمان قرار داشته است.

در سال ۱۸۹۰ میلادی(۱۲۶۹ شمسی)، امتیاز اکتشاف و استخراج کلیه معادن ایران از جمله نفت، توسط ناصرالدین شاه به یک انگلیسی به نام ” بارون جولیوس رویتر” داده شد که به علت عدم موفقیت در اکتشاف نفت و مخالفتهای داخلی و خارجی این قرارداد با شکست مواجه شده و طرف ایرانی مجبور به پرداخت غرامت سنگینی شد. ولی در سال ۱۹۰۱ میلادی(۱۲۸۰ شمسی) طبق امتیاز نامه دیگری اجازه اکتشاف، استخراج، تصفیه، حمل و نقل و فروش نفت و همچنین احداث خط لوله در تمام خاک ایران بجز پنج ایالت شمالی، به یکی دیگر از اتباع انگلستان به نام ویلیام ناکس دارسی^[۳۰] و به مدت ۶۰ سال داده شد. از آن پس فعالیتها برای اکتشاف و استخراج نفت در منطقه دور افتاده ای بنام چاه سرخ در حوالی کرمانشاه شروع گردید که در تابستان  ۱۹۰۳ حفاری ها در عمق ۵۰۷ متری به گاز نفت و سپس به نفت رسید. چند ماه بعد دومین چاه نیز در عمق مشابهی حفر شده و به نفت رسید. بهره برداری از این چاه ها، با توجه به بازده کم روزانه حدود ۳۰ تن و هزینه های بالای حفاری و حمل نقل، مقرون به صرفه تشخیص داده نشد، دارسی که سرمایه گذاری زیادی انجام داده بود وبه نتیجه مطلوب نرسیده بود مجبور به همکاری با شرکت نفت برمه شد. که آن نیز یک شرکت انگلیسی بود. همکاری این دو گروه با هم منجر به ایجاد شرکت جدیدی بنام سندیکای امتیازات در سال ۱۹۰۵ شد. جورج برنالد رینولدز^[۳۱] زمین شناس معروف، بعد از تحقیقات ابتدایی اعلام کرد که حفاریها باید در منطقه مسجد سلیمان که دارای ساختار تاقدیسی است صورت گیرد.  ولی شرکت با تکرار اشتباه اولیه اقدام به حفاری دو حلقه چاه به عمقهای ۶۶۱ و ۵۹۱ متر در منطقه رامهرمز نمود که هیچ کدام به نفت نرسید. بعد از این اشتباه و عدم موفقیت شرکت با ناامیدی تمام دستور توقف حفاری را صادر نمود ولی رینولدز که به وجود نفت در مسجد سلیمان اطمینان داشت حفاری ها را به منطقه نفتون در مسجد سلیمان منتقل نموده و از اجرای دستور خودداری نمود. در ۲۶ می ۱۹۰۸ ( پنجم خرداد ۱۲۸۷ ) وقتی حفاری چاه در مسجد سلیمان به پایان رسید نفت به ارتفاع ۵۰ فوت در هوا فوران کرد که سطح تولید آن به ۲۳۰۰  بشکه در روز می رسید. برای تبدیل این میدان نفتی به یکی از بزرگترین میادین نفتی جهان و بهره برداری از آن احتیاج به سرمایه گذاری زیادی بود که برای تامین آن شرکت انگلیس- ایران ANGELO – PERSIAN OIL COMPANY در سال ۱۹۰۹ تاسیس گردید. بعد از گذشت ۴۰  سال از حفر اولین چاه در میدان نفتون که بعدها در سال ۱۹۳۰ به مسجد سلیمان تغییر نام داد، اولین محموله نفتی ایران از بندر آبادان صادر گردید. دارسی و شرکت نفتی انگلیس و ایران تا سال ۱۹۱۴ در ایران به فعالیت خود ادامه دادند تا اینکه با کاهش کمک های دولت انگلستان در این سال، شرکت بنگال لنسر برای بهره برداری از منابع نفتی ایران وارد مسجد سلیمان شد. که با هوشیاری وینستون چرچیل این مسئله بحرانی به پایان رسیده و طی قراردادی دولت انگلستان ۵۱% سهام شرکت انگلیس – ایران را به دست گرفته و حق انتصاب دو عضو هیأت مدیره با حق وتو را برای خود محفوظ داشت.

تا سال ۱۹۳۳ که قرارداد دارسی لغو شد جمعا ۵۶۱۴۷۰۰۰ تن متریک نفت صادر گردید. (والتر^[۳۲]،۱۹۵۳)

•  

• • 1. تعریف حفاری

به طور کلی کندن زمین جهت رسیدن به ‌هدف مورد نظر را حفاری می گویند. حفاری می‌تواند جهت رسیدن به نفت، آب، گاز و غیره انجام گیرد.

در صنعت نفت، عملیات‌ حفاری با سرعت بسیار زیادی انجام می‌گیرند، زیرا استفاده از دکل حفاری به‌مدت طولانی از نظر اقتصادی بسیار پرهزینه می‌باشد. عملیات حفاری بسیار خطرناک می‌باشد و همواره از باتجربه‌ترین افراد جهت انجام این کار استفاده می‌شود.

تعیین محل حفاری در صنعت نفت، کاریست که مهندسین زمین‌شناس انجام می‌دهند و پس از آن با هماهنگی با مهندسین مخزن و تعیین محل دقیق وجود نفت عملیات حفاری آغاز می‌گردد.

پس از اتمام موفقیت‌آمیز عملیات اکتشاف، عملیات حفاری در طول تمامی مراحل توسعه میدان نفتی و در تمامی محیط‌ها انجام می‌شود. حفاری یکی از کارهای پیچیده، گران، طاقت‌فرسا و تخصصی در صنعت نفت بشمار می‌رود. اصولن هر کاری که قبل از حفاری انجام شده باشد، در صورتی که حفاری بدرستی انجام نگیرد، بی‌فایده است. بنابراین به حفاری اهمیت زیادی داده‌ می‌شود.

همواره بسته به شرایط و موقعیت های مختلف، از روش های متفاوتی برای حفر چاه استفاده می شود که هرکدام، از آنها از مزایا و معایب خاصی برخوردار هستند.

از سوی دیگر همزمان با پیشرفت و توسعه علم و تکنولوژی، در زمینه حفاری نیز تحقیقات گسترده ای توسط شرکتها، مؤسسات و دولتهای مختلف در حال انجام است. احتمال استفاده از برخی پروژه های تحقیقاتی در طی چند سال آینده وجود دارد. نه تنها روش های موجود حفاری مدام در حال تغییر و تحول هستند، بلکه روش های نوین حفاری نیز به عرصه ظهور می رسند. حفاری به کمک انرژی هسته ای یا حفاری التراسونیک از مواردی هستند که در واقع می توان از آنهابه عنوان روش های نوینی نام برد که در مرحله تحقیقات قرار دارند و برای کاربردها و موارد خاص از آنها بهره برداری می شود. (جیمز و لوموس^[۳۳]،۱۹۸۶)

•  

• • 1. وسایل و تجهیزات مورد نیاز حفاری

از دید کلی حفاری را به دو بخش حفاری در دریا و حفاری در خشکی تقسیم می کنند، که در این بین هر کدام به ابزارالات و تجهیزات خاصی نیاز دارند و البته بسته به نوع حفاری صورت گرفته این تجهیزات هم می تواند متفاوت باشد.

اما سوای در نظر گرفتن نوع روش حفاری مورد استفاده، همواره بعد از تعیین محل مورد نظر جهت حفاری، و برای شروع عملیات حفر چاه به یکسری ابزار و تجهیزات اولیه نیاز می باشد، که از آن جمله می توان به دکل حفاری - مته حفاری - رشته حفاری - لوله‌ جداری - تجهیزات بالابر - جایگذاری لوله جداری و سیمان‌کاری - محرک فوقانی – سیال وگل حفاری و… نام برد. (دارلی و جورج^[۳۴]،۱۹۸۸)

•  

• • 1. گل حفاری

تاریخچه ی گل حفاری به صدها سال پیش و به زمانی بر می گردد که برای حفر زمین تا عمق های ۱۰ تا ۲۰ متری از آب به دو دلیل استفاده می شد که شامل :

1. مرطوب و نرم کردن زمین مورد نظر برای حفاری
2. بالا آوردن کنده های حاصل از حفاری به همراه جریان آب به سطح زمین

اما به مرور زمان و مبتنی بر نیاز بشر برای حفاری و تحقیق در اعماق پایین تر زمین، اهمیت سیال حفاری روز بروز افزونتر گردید.

با رونق حفاری های پیشرفته و بخصوص حفاری چاه های نفت و گاز، اعتبار سیال یا گل حفاری تا به آنجا رسید که آنرا خون حفاری نامیدند و امروزه حفاری بدون گل حفاری درست به اندازه حیات بدون آب غیر ممکن و دشوار می باشد.

در یک تعریف ساده گل حفاری ترکیبی است از مواد شیمیایی معدنی و آلی که به شکل مایع ساخته می شود و در حفاری بکار گرفته می شود.

جهت جلوگیری از آلودگی‌های حفاری تغییر در مواد و همچنین تغییر در استانداردها الزامی است، بدین منظور در حال حاضر روش‌هایی در جهت کاهش حجم پسماند، افزایش بازیافت و چرخه مجدد پساب حفاری آورده شده و نمونه های زیادی از تلاش‌های انجام گرفته برای ساخت سیستم‌های تصفیه گل در جهت تطبیق با مقررات زیست محیطی ارائه شده است.

سعی ما نیز در این تحقیق بر این است که با بهره گرفتن از روش های جدید و کاربردی و با تکیه بر تکنیک نوین همزمانی استفاده از فناوری نانو و نوعی از پلیمرها، گام جدیدی را در راستای پیشبرد این مهم انجام دهیم و افتخار خدمتی بزرگ در عرصه ی اقتصادی صنایعی همچون ملی حفاری و دیگر کارخانه ها و صنایع مربوطه، با صرفه جویی در هزینه ها با بازگرداندن مجدد پساب به چرخه ی حفاری و همچنین تسهیل عملیات دفع پسماندها به لطف کاهش حجم پسماندهای مضر و تفکیک آنها از بخش اعظم پساب سازگار با محیط زیست را داشته باشیم.

• •  

• • • 1. وظایف اصلی گل حفاری

در بدو پیدایش حفاری چرخشی، وظیفه گل حفاری عمدتاً انتقال کنده‏های حفاری از ته چاه به سطح زمین بود. لیکن با توسعه سیستم حفاری دورانی، وظایف گل حفاری نیز سنگین‏تر شده است. اجرای وظایف محوله به گل و سیال حفاری در عملیات حفر چاه آنقدر مهم و اساسی است که نمی‏توان اهمیت آنها را نادیده گرفت به همین دلیل باید در انتخاب و نگهداری و بکارگیری آن دقت لازم را انجام داد.

امروزه یک گل حفاری مطلوب و کارساز و مورد نظر در یک حفاری موفقیت‏آمیز بایستی بتواند دست کم این ده وظیفه را انجام دهد:

۱- تمیزکردن ته چاه و انتقال کنده‏های حفاری به سطح زمین

۲- خنک کردن مته و لوله‏های حفاری

۳- روان کردن مته و لوله‏های حفاری

۴- اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش چاه

۵- کنترل فشارهای زیر زمینی

۶- معلق نگه داشتن کنده‏ها و مواد وزن افزا به هنگام قطع جریان گل حفاری

۷- ترخیص شن و کنده‏های حفاری بر روی الکهای لرزان و سایر تجهیزات جدا کننده

۸- تحمل قسمتی از وزن لوله‏های حفاری و لوله‏های جداری

۹- به حداقل رسانیدن ضایعات و آسیب‏ها به سازند‏های مجاور چاه

۱۰- انتقال توان هیدرولیکی پمپ‏های گل به مته و بحرکت در آوردن تیغه‏های متحرک مته. (موکاری^[۳۵]،۱۹۸۸)

طبقه بندی گل های حفاری

سیستم گل حفاری در عملیات حفاری با ترکیب خاص خود یکی از مهم ترین قسمت های عملیات حفاری می باشد و سهم بسزایی در این عملیات ایفا می کند. بدون داشتن سیستم گل حفاری، عملیات حفاری امکان پذیر نمی باشد. گلی که جهت آغاز حفاری مصرف شود، در محل های مختلف، متفاوت می باشد. بعضی اوقات می توان آب مصرف نمود، درحالیکه گاهی اوقات گل مناسبی باید به کار برده شود.

بطور مثال طبقات سطحی بعضی نواحی از شن ها و قلوه سنگ های کم مقاومت تشکیل شده اند که در این صورت گل تقریبا غلیظی لازم است تا از شسته شدن طبقات جلوگیری کرده، خرده سنگ ها را به سطح زمین برساند و دیواره پایداری برای چاه به وجود آورد.

گل حفاری  یک سیستم کلوئیدی است که از دو فاز تشکیل شده است که عبارتند از :

۱- فاز مایع گل حفاری

۲- فاز جامد گل حفاری

که هر کدام از اینها توضیحات خاص خود را دارد و اصولا مقوله ی دسته بندی انواع گل های حفاری یک بحث بسیار گسترده و شاخه و برگ دار می باشد که از حوصله ی کار ما خارج است و در اینجا فقط به اختصار و در یک دسته بندی عمومی به تشریح انواع گل حفاری پرداخته می شود و از پرداختن به جزییات خودداری می کنیم.

به هر حال  گل ها را عموما  بر پایه ی ترکیب فاز پیوسته مایع آنها به ترتیب زیر طبقه بندی می کنند :

الف) گل های پایه آبی :

گل‌های پایه آبی، متداول‌ترین نوع سیال حفاری است که خود به دو دسته پخش شده و پخش نشده تقسیم می‌شود. گل حفاری با پایه آب شامل خاک بنتونیت (gel) با افزودنی‌هایی مانند سولفات باریم (باریت) کلسیم کربنات (چالک) یا هماتیت می‌باشد. تغلیظ‌کننده‌های گوناگونی برای تاثیر بر ویسکوزیته سیال مانند صمغ زنتان، صمغ گوار، کربوکسی متیل سلولز، سلولز چند آنیونی(PAC) و نشاسته استفاده می‌شوند. ضد انعقادها برای کاهش ویسکوزیته گل‌های پایه رسی استفاده می‌گردند که از نمونه‌های این مواد می‌توان به پلی‌الکترولیت‌های آنیونی (مانند اکریلات، پلی فسفات، لیگنوسولفونات یا مشتق‌های اسید‌تانیک مانند کوبراچو) اشاره کرد. گل قرمز به مخلوط با پایه کوبراچو اشاره دارد که در دهه‌ های ۱۹۴۰ و ۱۹۵۰ معمول بود. اما با پیدایش لیگنوسولفونات از رده خارج شد. برخی منابع، گل­های پایه آبی را به دسته­های ریزتری تقسیم کرده ­اند.

نوعی از سیال حفاری پایه آبی به گل امولسیونی معروف است. این گل حاوی روغن یا هیدروکربن سنتزی به عنوان فاز داخلی است. گل­های امولسیون اولیه از دیزل یا نفت خام پخش شده در گل­های پایه آبی قلیایی تشکیل شده بودند. امروزه مایعات سنتزی جایگزین نفت در گل‌های امولسیونی شده ­اند. گل­های پایه آبی حاوی مایعات سنتزی معینی هستند که از لحاظ زیست محیطی بی­خطرند.

از جمله مزایای این دسته از گل‌های می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

ویسکوزیته بالا- وجود مقدار کم مواد جامد - تعلیق کنده‌ها - کنترل اتلاف سیال - پایدارسازی چاه - کمک در جلوگیری از هرزروی گل.

در مورد معایب این گل‌ها می‌توان نکات زیر را مد نظر قرار داد:

۱-کندی در رهایی کنده‌ها از جمله معایب این دسته از گل‌ها می‌باشد. خواص استحکام ژل و ویسکوزیته کلای بنتونیت، توانایی تعلیق و حذف کنده‌ها را ایجاد می‌کند. این مزیت کلای بنتونیت، در سطح تبدیل به یک عیب شده و جدایی کنده‌ها از گل دچار مشکل می‌شود.

۲-در سازند‌های رسی و با کلای با قابلیت تورم بالا، استفاده از کلای بنتونیت به تنهایی برای جلوگیری از آبدارشدن و تورم سازند کافی نیست.

بنتونیت به آلودگی آب حساس است. آب سخت و آب نمک اثرات مخربی بر بنتونیت دارند. آب با pH پایین و بسیار بالا نیز بر عملکرد بنتونیت تاثیر می‌گذارد.

ناپایداری دهانه چاه که در حفاری سازندهای رسی با سیالات پایه آبی رخ می‌دهد در اثر علل مختلفی بروز می‌کند. شیل به لحاظ مکانیکی مقاومت کمی دارد و با جذب آب متورم شده و ناپایداری آن افزایش می‌یابد. به دلیل پایین بودن نفوذپذیری رس، اندود گل به طور موثر در جداره چاه تشکیل نمی‌شود؛ بنابراین سازند محافظ مناسبی در مقابل فشار هیدرولیکی چاه ندارد. از سوی دیگر فشارهای هیدرولیکی القا شده به دلیل پایین بودن نفوذپذیری قادر به انتشار سریع درون سازند نیست تا بتواند تنش‌های موثر را کاهش دهد. مجموع این عوامل سبب می‌گردد تا ناپایداری ناحیه مجاور چاه افزایش یابد.

ب ) گل های پایه روغنی :

این نوع گل به گل‌های پایه غیرآبی تعلق دارد و از یک امولسیون معکوس یا امولسیون که فاز پیوسته آن روغنی است، تشکیل شده است. اغلب گل‌های روغنی حاوی گازوئیل ( ۹۵٪ تا ٩۸٪ ) و آب نمک و دیگر افزودنی‌ها می‌باشند.

به چند دلیل در حفاری‌ها از گل پایه روغنی استفاده می‌شود.

جلوگیری از ریزش چاه

جلوگیری از ریزش سازندهای رسی و عدم نفوذ زیاد گل به درون سازند.

گل‌‌های پایه روغنی مزایای زیادی نسبت به گل‌های پایه آبی دارند. برخی از مزایای این دسته از گل‌ها نسبت به مشابه پایه آبی عبارتند از:

1. پایداری سنگ رسی: گل‌های روغنی برای حفاری سازند‌های رسی حساس به آب مناسبند. اگرچه آب در فاز نفت پخش است، اما جهت جلوگیری از مهاجرت آب به داخل سنگ رسی میزان شوری کافی از اهمیت بالایی برخوردار است.
2. نرخ نفوذ : معمولا سرعت حفاری با گل‌های روغنی بیشتر است.
3. دما‌ی بالا: گل‌های روغنی برای حفاری در سازند‌هایی که دمای ته چاه از محدوده دمای کاری گل‌های آبی تجاوز می‌کند، استفاده می‌شوند.
4. نمک‌های حفاری: گل‌های روغنی معکوس نمک‌های سازند را نمی‌شویند. افزودن نمک به فاز آبی از حل‌شدن نمک‌های سازند در فاز آب امولسیون جلوگیری می‌کند.
5. روان‌سازی: گل پایه روغنی فیلتر کیک نازکی داشته و اصطکاک بین لوله و چاه کمینه است. بنابراین خطر گیر تفاضلی(Differential sticking)کاهش می‌یابد. این نوع گل برای چاه‌های انحرافی و افقی بسیار مناسب است.
6. سازند‌های با فشار تخلخل پایین: توانایی حفاری در سازند‌های با فشار تخلخل کم از زمانی انجام شده که وزن گل می‌تواند در محدوده وزنی کمتر از گل آبی تنظیم شود.
7. کنترل خوردگی: از آنجایی که فاز خارجی روغنی است، خوردگی لوله کنترل می‌شود. خواص مطلوب در کنترل خوردگی عبارتند از عدم رسانایی روغن، پایداری گرمایی افزودنی‌ها، عدم تشکیل محصولات خورنده و عدم پیشرفت باکتری‌ها در گل‌های روغنی.
8. استفاده مجدد: گل‌های روغنی قابلیت بارها و بارها استفاده مجدد را دارند. آن‌ها می‌توانند برای زمان‌های طولانی ذخیره شوند.

ج ) گل های پایه گازی :

این نوع گل در لایه‌های ضعیف و با شکستگی زیاد استفاده می‌شود که امکان حفاری در آن‌ها با روش‌های معمولی وجود ندارد و ضرورت بکارگیری هوا به عنوان سیال حفاری وجود دارد. این روش حفاری تقریبا تنها وسیله برای گذر از این لایه‌ها است. این گل از کف هوا یا نیتروژن تشکیل شده است. برخی از مزایای حفاری با هوا عبارتند از: افزایش سرعت حفاری و کاهش زمان حفاری، کاهش آسیب به لایه، کارایی بهتر مته و افزایش عمر مته، کنترل هرزروی گل و کاهش هزینه حفاری.

البته در حال جاضر در برخی موارد، حفاری با کف یا نوع دیگری از گل ها به نام گل های پایه پلیمری یا پایه سنتزی نیز انجام می شود.

لازم به ذکر است که گاهی اوقات، گل ها را برحسب اجزای تشکیل دهنده آنها تقسیم بندی می کنند که طبیعتن متفاوت با دسته بندی فوق می باشد. (هال و کووان^[۳۶]،۱۹۹۵)

• 1. محیط زیست

     1. محیط زیست و انواع آن

محیط زیست به همه محیط‌هایی که در آن‌ها زندگی جریان دارد گفته می‌شود. مجموعه‌ای از عوامل فیزیکی خارجی و موجودات زنده که با هم در کنش هستند محیط زیست را تشکیل می‌دهند و بر رشد و نمو و رفتار موجودات تأثیر می‌گذارند.

همچنین می‌توان محیط زیست را مجموعه‌ای از عوامل طبیعی کره ی زمین، همچون هوا، آب، اتمسفر، صخره، گیاهان و غیره، که انسان را احاطه می‌کنند خلاصه کرد.

تفاوت محیط زیست با طبیعت در این است که تعریف طبیعت شامل مجموعه عوامل طبیعی، زیستی و غیر زیستی می‌شود که منحصراً در نظر گرفته می‌شوند، در حالی که عبارت محیط زیست با توجه به برهم‌کنش‌های میان انسان و طبیعت و از دیدگاه وی توصیف شده‌است.

به طور کلی محیط زیست را به سه نوع تقسیم می کنند: محیط طبیعی، محیط مصنوعی یا انسان ساخت و محیط اجتماعی.

محیط طبیعی: محیط طبیعی به آن قسمت از محیط زیست اطلاق می شود که در بر گیرنده بخشی از فضای سطح کره زمین است و به دست انسان ساخته نشده. مانند کوهها، دشت ها، جنگل ها، حیات وحش، دریاها و غیره…

محیط مصنوعی یا انسان ساخت: محیط زیست مصنوعی به محیطی گفته می شود که توسط انسان ساخته شده است و به عقیده پاره ای از متخصصان، محیط زیست مصنوعی، محیط زائیده تفکر و محیط فرهنگ ساخت است، بنابراین شهرها با تمام اجزاء آن، محیط زیست مصنوعی را تشکیل می دهند، خانه ها، مدرسه ها، کارخانه ها، فرودگاهها، راه ها و غیره. اجزای این بُعد از محیط زیست محسوب می شوند.

محیط اجتماعی: مقصود از محیط اجتماعی جامعه ای است که بشر در آن زندگی می کند، این قسمت از محیط زیست از انسان هایی که در کنار و اطراف ما وجود دارند و با ما سروکار دارند و با آنها روابط متقابل داریم تشکیل می شود، این محیط اجتماعی از خانواده آغاز می شود و همسایگان، همکاران، رهگذران، فروشندگان و مانند آنها را در جامعه شهری و روستایی در بر می گیرد و گستره آن تا ملت و دولت ادامه می یابد.

در کشور های در حال رشد و به عبارت دیگر جهان سوم، بیشتر معضلات زیست محیطی ناشی از محیط اجتماعی است، در ارزیابی کلی از وضعیت زیست محیطی این بخش از جهان، تاثیر پذیری محیط زیست (در مفهوم عام) از محیط اجتماعی به مراتب بیشتر از تاثیر گذاری عوامل فنی - مهندسی بر محیط زیست است، زیرا بیشتر مسایل فنی مانند آلودگی آب و هوا، فرسایش خاک، تخریب پوشش گیاهی ناشی از پاره ای از ناهنجاری های اجتماعی است. (داجوز و روگر^[۳۷]،۱۹۷۷)

•  

• • 1. آلودگی و محیط زیست

تعریف آلودگی محیط زیست :

آلودگی برای افراد مختلف مفهوم و معنی متفاوتی دارد. مردم معمولی ممکن است تحریک چشم ناشی از یک گاز یا آب آلوده را آلودگی به حساب آورند. برای یک کشاورز عاملی که به گیاهان یا حیواناتش آسیب می رساند آلودگی محسوب می شود، اما هر گاه بخواهیم تعریف جامع و کلی برای آلودگی محیط زیست در نظر بگیریم چنین می توان گفت که آلودگی محیط عبارت است از «وجود یک یا چند ماده آلوده کنند در محیط زیست به مقدار و مدتی که کیفیت یا چرخه طبیعی را بطوری که مضر به حال انسان یا حیوان، گیاه و یا آثار و ابنیه باشد تغییر دهد. به بیان ساده تر هر گاه ماده یا موادی بیگانه با غلظتی خاص وارد عناصر محیطی شوند و تعادل طبیعی آنها را بر هم بزنند صحبت از آلودگی می شود.

انواع آلوده کننده های محیط زیست :

بطور کلی منابع آلوده کننده محیط زیست عبارتند از:

الف ) منابع طبیعی ب ) منابع غیرطبیعی یا مصنوعی

با توجه به تأثیرات مثبت فعل و انفعالات عناصر طبیعی در دراز مدت مانند طوفانها – گرد و غبار صحراها – دود و خاکسترهای آتش سوزی های جنگلی، املاح موجود در جو، فعالیتهای آشتفشانی، شهاب های آسمانی و منابع گیاهی و حیوانی، بعضی عقیده دارند که در کوتاه مدت، اینگونه منابع در اثر بر هم زدن تعادل ظاهری در محیط زیست، موجب آلودگی می شوند. بدان جهت اینگونه فعل و انفعالات طبیعی را در گروه آلاینده های طبیعی قرار می دهند.

منابع غیرطبیعی یا مصنوعی، بر عکس به دست انسان بوجود آمده و آلودگیهای ناشی از آن حاصل فعالیتهای آدمی است. از جمله وسایل نقلیه – صنایع – منابع تجاری و خانگی و …

هر روزه میلیون ها لیتر فاضلاب از طریق کارخانه ها و مراکز صنعتی جهان وارد رودخانه ها، دریاها و منابع خاک می گردد و محیط زندگی انسان و دیگر موجودات زنده اعم از گیاهان و جانوران را آلوده می سازد.

بطور کلی کیفیت فاضلاب های صنعتی با توجه به نوع فرآورده های تولیدی هر صنعت متفاوت است. پساب حاصل از فعالیت کارگاههای شرکت ملی حفاری شامل فلزات سنگین، روغن وچربی، اسید، بقایای کنده های حفاری، گازوئیل، بنزین، مواد شیمیایی، ترکیبات آلی، نمکهای معدنی و بسیاری عناصر دیگر بوده که رهاسازی آنها بدون انجام تصفیه ای مناسب در محیط، باعث صدمات و خسارات جبران ناپذیری بر پیکره ی محیط زیست می گردد. (کنیز و همکارانش^[۳۸]،۲۰۰۱)

خطرات و آسیب های ناشی از آلودگی محیط زیست :

در حال حاضر مشکلات زیست‌محیطی در تمام جهان به یک مساله جدی مبدل شده است، چرا که خطرات ناشی از تخریب و آلودگی محیط زیست همه روزه بر زندگی انسان‌ها در روی زمین تاثیرات بدی را برجای می‌گذارد.

این مشکلات حاکم بر سرنوشت مردم در عرصه محیط زیست را می‌توان در عدم آگاهی مردم از خطرات آن، استفاده بیش ازحد و تعرض انسان بر طبیعت و کثرت نفوس و تقویه روحیه شهر‌نشینی‌ دانست.

تولید سالانه ۵۰۰ میلیون تن زباله، آلوده شدن آب‌های سطحی و زیرزمینی، نابودی موجودات دریایی، نابودی سالانه حداقل ۱۷۰ نوع گیاه و جانور، تخریب لایه اوزون، استفاده بیش از اندازه از عطرها و گازها، تغییرات آب و هوا، آلودگی آب‌ها و خاک‌ها در سطح جهانی از عمده‌ترین مشکلاتی هستند که زندگی بشر را در کره زمین به خطرات جدی مواجه ساخته است. اما در کشور جهان سومی چون افغانستان خطرات زیست‌محیطی در تناسب با کشورهای جهان اول به دلیل عدم آگاهی مردم و بی‌تفاوتی آنها در برابر محیط زیست‌شان، حفاظت از محیط زیست را دشوارتر ساخته است.

این بی‌تفاوتی و انجام اعمال تخریبی در برابر محیط زیست سبب شده است تا مردم به امراض گوناگون دچار شده و با تنفس هوای آلوده جهنم را در این دنیا به تجربه گیرند.

حال با در نظر گرفتن همه ی اینها، با تولید بی رویه ی پساب ها و فاضلاب ها و عدم مدیریت صحیح، مشکلات عدیده ای پیش روی صنایع قرار گرفته و تهدید دیگری برای جوامع بشری احساس می شود. (هانکس و ش.ب^[۳۹]،۱۹۹۶)

•  

• • 1. اثرات زیست محیطی پسماندهای حفاری

امروزه در مناطق مختلفی از جهان، در دریا و خشکی به منظور دست یابی به ذخایر نفت و گاز، عملیات حفاری صورت می گیرد. در حین عملیات حفاری از اکتشاف گرفته تا تولید نفت، پسماندهای گوناگونی، تولید می شوند که برخی از آنها خطرناک و سمی بوده و می توانند اثرات زیانباری بر اکو سیستم طبیعی منطقه داشته و هر یک به گونه ای برای محیط زیست انسانی، گیاهی و جانوری خطر محسوب میشوند.

عمده ترین پسماند های تولیدی از عملیات حفاری چاه های نفت و گاز، شامل گل های حفاری، کنده های حفاری، آب همراه تولیدی و مواد شیمیایی می باشند. بخش مهمی از پسماندهای تولید شده را گل های حفاری تشکیل می دهند که در ساخت آنها از مواد و ترکیبات شیمیایی متفاوتی استفاده می شود. اکثر این مواد دارای اثرات زیست محیطی مخربی هستندکه به ناچار حین عملیات و پس از اتمام عملیات حفاری به محیط اطراف دکل تخلیه می شوند و باعث آلودگی محیط زیست می شوند.

با در نظر گرفتن نیاز به حفظ محیط زیست برای نسل های آینده، شناخت عملیات حفاری و آسیب های ناشی از این عملیات بر محیط زیست، ضرورتی اجتناب ناپذیر است. در طی فعالیتهای حفاری و اکتشاف و تولید از میادین نفتی، در هنگام عملیات حفاری، cutting های آلوده به مواد هیدروکربنی به سطح زمین آورده می شوند و این مواد هیدروکربنی با وارد شدن به اکوسیستم خاک، باعث بروز مشکلات زیست محیطی می شوند.

در نهایت، توسعه صنایع نفت و گاز و اثرات نامطلوب آنها برروی طبیعت، محیط بانان را بر آن داشت که قوانین محکمی را به منظور حمایت و حفاظت از محیط زیست در سطح ملی و بین المللی وضع نمایند. در حال حاضر در صنعت حفاری که یکی از صنایع مهم بالادستی نفت و گاز است، کنترل آلودگی سیالهای حفاری و کنده های حاصله از اهمیت بسیاری برخوردار است. (ریکلفس و همکارانش^[۴۰]،۲۰۰۰)

تاثیر پساب های ناشی از حفاری بر روی خاک

اگر بخواهیم از تاثیر پساب های ناشی از حفاری بر روی خاک، به عنوان یکی از مضرات آنها صحبت به میان بیاوریم، می توان گفت، نفوذ آلودگی های شیمیایی نظیر نفت و یا مواد شیمیایی دیگر در خاک و گرفتن طراوت و شادابی از خاک و در نتیجه ایجاد خلل در رشد گیاهان و عدم توانایی برای اقدام به جذب دی اکسید کربن و تولید اکسیژن تنها یکی از هزاران آسیبی است که می توان برای آن متصور شد.

از سوی دیگر در خاک هزاران موجود زنده وجود دارد که به زنده بودن خاک کمک می کنند. دفع نادرست و غیر اصولی زباله باعث تخریب خاک می شود. و همچنین نفت یا فرآورده های نفتی در روی زمین یا خاکی که ریخته می شود نفوذ می نمایند و احتمال دارد که آبهای زیر زمینی را نیز آلوده سازد.

تاثیر پساب های ناشی از حفاری در دریا

آزمایش ها و مطالعات مختلفی جهت تعیین درجه سمیت سیالات حفاری در محیط زیست دریایی در نقاط مختلف دنیا انجام شده است. در این آزمایش ها گونه های دریایی در معرض گستره ای از غلظت مواد نفتی قرار می گیرند تا مقدار LC50 تعیین شود. LC50 عبارت است از غلظت ماده آزمایشی که باعث مرگ ۵۰ درصد از جمعیت گونه مورد آزمایش در یک دوره زمانی مشخص می باشد.

عمده تاثیرات زیست محیطی تخلیه پساب های حفاری به محیط های دریایی عبارت است از :

1. درجه سمیت برای زندگی موجودات دریایی
2. دوام و تخریب بیولوژیکی
3. پوشیده شدن موجودات دریایی توسط کنده های حفاری
4. آلوده ساختن محل تغذیه و اسکان ماهی ها

بررسی این تاثیرات مشخص ساخته است که نتیجه تخلیه کنده های آلوده به مواد نفتی در محیط های دریایی، برهم زدن تعادل اکوسیستم و ایجاد تغییرات منفی در آن است که این امر آثار زیست محیطی مخربی را در پی خواهد داشت.

در محیط های ساحلی و دریاهای کم عمق با انرژی پایین، کنده های حفاری ممکن است در کف دریا جمع شوند. این مسئله باعث می شود که زندگی موجودات کفزی که تحرک کمی داشته و نسبت به آلودگی حساس می باشند به مخاطره افتد.

تخلیه ی کنده های پایه روغنی نسبت به کنده های پایه آبی و پایه سنتزی، اثرات زیست محیطی نامطلوب بیشتری بر سطح دریا می گزارد. (کابلی و همکارانش،۱۳۹۱)

• 1. تصفیه

     1. بحث کلی و تعریف تصفیه:

در یک دید کلی به سلسله عملیات هایی که بر روی یک ماده صورت می پذیرد تا خواص و شرایط آن ماده را به نفع اهداف از قبل تعیین شده، تغییر بدهد، تصفیه گفته می شود.

حال آنکه این مواد می تواند هر چیزی از آب و خاک و هوا گرفته تا زباله و طلا و خون و حتی ذهن باشد. بسته به نوع ماده ای که قرار است عمل تصفیه روی آن صورت بپذیرد، و همچنین متناسب با روش تصفیه ای مورد استفاده، از ابزار، وسایل، سیستم و گاه حتی تصفیه خانه های خاصی استفاده می شود.

در اینجا تمرکز ما به بحث تصفیه ی آب ها و بطور مشخص تصفیه پساب خروجی از عملیات حفاری محدود می شود.

•  

• • 1. تصفیه ی آب :

تصفیه آب (water purification)، به فرایندهایی گفته می‌شود که طی آن مواد شیمیایی نامطلوب، آلاینده‌های بیولوژیکی، جامدات معلق و گازها از آب آلوده حذف می‌شوند، تا قابل آشامیدن یا مصارف کشاورزی و یا… گردد.

به طور کلی روش‌های مورد استفاده عبارتند از :

الف ) فرایندهای فیزیکی مانند : فیلتراسیون، ته‌نشینی، تقطیر و…

ب ) فرایندهای زیستی مانند فیلترهای شنی و ماسه‌ای کند، کربن اکتیو (زغال فعال) و…

ج ) فرایندهای شیمیایی مانند کلرزنی, ازن زنی، دفلوکولانت، استفاده از تابش الکترومغناطیسی مانند اشعه ماوراء بنفش و…

فرایند تصفیه آب ممکن است به کاهش غلظت ذرات معلق یا ذرات محلول در آب از جمله ذرات معلق، انگل‌ها باکتری‌ها، جلبک‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و طیف وسیعی از مواد محلول و ذرات معلق موجود در آب منجر شود.( البستکی^[۴۱]،۲۰۰۴)

دو منظور اساسی از تصفیه آب

سوای در نظر گرفتن اهداف و دلایل کلی تصفیه ی آب، چه برای مصارف آشامیدنی و چه برای مصارف صنعتی، معمولا آب طبیعی احتیاج به تصفیه دارد.

تصفیه آب برای مصارف آشامیدنی هم آسان تر و هم ارزان تر از تصفیه آب برا ی مصارف صنعتی است.

دلایل اهمیت امر تصفیه ی آب ها

الف ) دستیابی به آب گوارا و قابل آشامیدن :

آب شیرین و قابل شرب برای مصرف انسان تنها ۳ درصد از کل آب های روی کره زمین را تشکیل می دهد. ۹۷ درصد بقیه درون دریاها بوده، در یخ های قطبی مسدود شده، در یخچال ها قرار داشته، به صورت برف بوده و یا درون اتمسفر یا خاک پخش شده است.

ب ) استفاده مجدد از آب و مواد جامد ناشی از تصفیه فاضلاب و پساب :

مقرون به صرفه نبودن یکبار استفاده از سیالی مثل گل حفاری، این امر را مستلزم می کند که شرایطی جهت استفاده مجدد از آن فراهم شود. که این یکی از همان اهداف اصلی تصفیه آب و پساب در صنایع مختلف از جمله صنعت حفاری می باشد.

ج ) تولید پساب قابل تخلیه در محیط و محافظت از محیط زیست :

همانگونه که قبلا اشاره شد، با توجه به روند سریع آلودگی محیط زیست و مخاطرات زیست محیطی پیش رو و بحرانی که زندگی بشر و آینده ی زمین را تهدید می کند، بدیهی است که ضرورت هر اقدامی در راستای خدمت به این مهم و بهبود این چالش، بیش از پیش احساس می شود.

همه اینها مستنداتی بر اهمیت و نقش حیاتی آب در زندگی بشر بوده و لزوم توجه هر چه بیشتر بر مقوله ی تصفیه ی آب را یادآور می شوند. (دولین و همکارانش^[۴۲]،۲۰۱۱)

•  

• • 1. تصفیه پساب خروجی ناشی از عملیات حفاری :

یکی از آلوده‌کننده‌های اصلی عملیات حفاری، گل‌های حفاری می‌باشد که به‌طور متداول شامل ترکیبات ناخواسته‌ای مانند فلزات سنگین، نمک‌ها و هیدروکربن‌ها هستند که غلظت آنها در انواع گل به‌طور قابل‌توجهی متغیر می‌باشد، تحولات در صنعت حفاری که بیشتر در زمینه گل حفاری، مواد متشکله آن و دستگاه‌های تصفیه گل هستند، دارای تنوع گوناگونی بوده و تلاش برای جایگزینی مواد سازگار با محیط‌زیست و تغییر فرمولاسیون این مواد در راستای تجزیه‌پذیری در محیط‌زیست و نداشتن عوارض خطرناک از دغدغه‌های اصلی جهت داشتن حفاری ناآلاینده (Zero Discharge) است.

در مورد پساب ها، موضوع مهم این است که بنا بر دو دلیل باید روی آنها مدیریت و سپس عملیات تصفیه انجام شود:

• نداشتن محیط و فضای کافی برای دفن و دور ریختن این پسماند ها
• مقرون به صرفه نبودن یکبار استفاده کردن از این گل ها

آنچه که مشخص است، این است که جدای از اینکه این گل حفاری استفاده شده، پایه آبی، پایه روغنی و یا پایه پلیمری باشد، به دلیل اینکه در حین عملیات حفاری، به صورت ناخواسته حاوی بسیاری از مواد می شود، قطعا به لحاظ زیست محیطی خطر آفرین بوده و مضر به حساب می آید لذا چندین شیوه مدیریتی برای پسماند ها پیشنهاد می شود.

• کاهش حجم پسماند تولیدی از منبع تولید
• استفاده مجدد و بازسازی پسماند
• درمان پسماند تولیدی از طریق روش های موجود
• بازیافت پسماند به نحوی که از پسماند مواد جدید استحصال شود
• دفن و دور ریز پسماند بطور ایمن و بی خطر

در یک تقسیم بندی کلی، سه سیستم پیشنهادی برای مدیریت پسماندها وجود دارند که عبارتند از :

• سیستم کنترل جامدات
• سیستم مدیریت جامدات یا همان zero discharge
• سیستم تصفیه و بازیافت آب

سیستم کنترل جامدات

ساده‌ترین سیستم تصفیه گل حفاری، سیستم Solid Control است. در این سیستم مواد خروجی از دهانه چاه (مخلوط گل حفاری و ذرات معلق در داخل آن) توسط لوله وارد مجموعه‌ای از دستگاه‌های جداکننده ارتعاشی و دوار شده و در نهایت محصول خروجی، گل تصفیه شده با قابلیت استفاده مجدد و همچنین ذرات جامد خارج شده از چاه است.

در این سیستم، پس از خروج گل از چاه، ابتدا مخلوط موجود وارد دستگاهی به‌نام Flo_Line Primer می‌‌شود، این دستگاه شامل یک نوار نقاله با سرعت متغیر و تسمه مشبک است. در این دستگاه، قطعات بزرگ خروجی از چاه جدا شده و در عین حال مواد به سمت دستگاه بعدی انتقال می‌یابد. در انتهای این دستگاه، یک توزیع‌کننده جریان قرار دارد که مواد را به‌ داخل دو دستگاه Flo_line cleaner یا Shaker هدایت می‌کند.

در این دستگاه‌ها نیز با بهره گرفتن از الک‌های مش‌بندی شده، ذرات ریزتر از مخلوط جدا شده و گل خروجی به سمت Flo_line mud cleaner هدایت می‌شود. این دستگاه در بر گیرنده دو مجموعه هیدروسیکلون است. مجموعه اول Desander نام دارد و ذرات ریز جامد معلق در مخلوط را جدا می‌کند و مجموعه دوم Desilter نام دارد و ذرات لجن موجود در گل را تصفیه می‌کند.

مواد خروجی از این دو مجموعه دارای کمترین مقدار ناخالصی مواد جامد است، برای جدا کردن ناخالصی‌های باقی‌مانده نیز از یک دستگاه سانتریفوژ استفاده می‌شود. برای از بین بردن و تخلیه حباب‌های موجود در هیدروسیکلون‌ها از دستگاه Degasser استفاده می‌شود. مواد خروجی از دستگاه Degasser توسط پمپ به یک دستگاه سانتریفوژ نیمه اتوماتیک با سرعت بالا منتقل می‌شود. در نهایت گل خروجی از دستگاه سانتریفوژ، گلی است که قابلیت استفاده مجدد در عملیات حفاری را دارا بوده و در مخازن مربوطه ذخیره می‌شود.

سیستم Zero Discharge

به لحاظ جلوگیری از صدمات وارد شده به محیط‌زیست، این سیستم برترین سیستم تصفیه است، چرا که تمامی خروجی‌های آن قابل بازگشت به سیستم حفاری و یا محیط‌زیست است. در این سیستم گل خروجی از چاه ابتدا وارد سیستمی مشابه سیستم Solid Control شده و گل تصفیه شده وارد مخازن می‌شود. اجسام جامد باقی‌مانده نیز مجدداً وارد یک دستگاه سانتریفوژ شده و آخرین مقادیر گل حفاری نیز از آن جدا می‌شود. مواد جامد باقی‌مانده نیز در حوضچه‌ای تحت عنوان Cutting Corral تخلیه می‌شود. این مواد پس از اجرای فرایند Cementation یا Biodegraded در یک Farm land برای بازگشت به‌محیط آماده گشته و قابلیت دفن شدن را پیدا خواهند کرد.

سیستم تصفیه و بازیافت آب:

در قالب کلی ۴ روش برای درمان و جدایش لجن و پسماند باقی مانده از آب وجود دارد.

روش حرارتی ۲- روش زمان یا ته نشینی ۳- روش شیمیایی ۴- روش فیزیکی

که دو روش شیمیایی و فیزیکی از اهمیت بیشتری برخوردارند و ما نیز فقط این دو را بررسی میکنیم.

الف ) روش شیمیایی : سیستم آب زدایی یا De-watering :

باید توجه داشت که فرایند De-watering فقط مخصوص گل های پایه آبی می باشد.

در این روش حجم بالایی از جامدات در اندازه های کلوییدی که توسط فرایند کنترل جامدات از گل حفاری جدا نشده اند، به طریقه ی شیمیایی و با بهره گیری از موادی نظیر pack(coagulant) و polymer(floculant) از سیال جدا میشوند.

با این کار به دو مزیت دیگر دست پیدا میکنیم:

صرفه جویی در مصرف با به گردش انداختن مجدد آب حاصل در چرخه ی امور مختلف حفاری از شست و شوی تجهیزات تا تامین آب مورد نیاز ساخت گل.

کاهش حجم پسماند مایعاتی و متعاقبا هزینه های مربوط به دور ریز این دسته پسماند.

ب ) روش فیزیکی مخازن ذخیره و ته نشینی آب :

این مخازن از یکسو جهت ذخیره آب های درمان شده و از سوی دیگر جهت نگهداری برای ته نشینی مفید می باشند.

گودال هایی مخصوص ذخیره و نگه داری پسماند نیز وجود دارند که استفاده از این گودال ها که به فراخور محل برپایی سیستم تعبیه می شوند، امکانی جهت ذخیره و نگهداشت پسماند دور ریز شده را قبل از ورود به محیط زیست فراهم می کنند. (کسارو و وینسنزو^[۴۳]،۲۰۱۳)

•  

• • 1. به کارگیری سیستم انعقاد یا لخته سازی (flocculation ) برای تصفیه ی آب

وجود ناخالصیهای معلق و کلوئیدی در آب که باعث ایجاد رنگ و بو و طعم نامطبوع آب می شوند، لزوم تصفیه آب را مطرح می کند. این ناخالصیها به کمک صاف کردن، قابل رفع نیستند، لذا از روش انعقاد و لخته سازی برای حذف آنها استفاده می شود. افزودن یک ماده منعقد کننده به آب باعث خنثی شدن بار ذرات کلوئیدی شده، این ذرات با نزدیک شدن به هم ذرات درشت دانه و وزین تری را ایجاد می کنند.

برای کامل کردن این عمل و ایجاد لخته های بزرگتر از مواد دیگری به نام کمک منعقد کننده استفاده می شود. لخته های بدست آمده که ذرات معلق و کلوئیدی را به همراه دارند، به حد کافی درشت هستند و به راحتی ته نشین و صاف می شوند.

مکانیسم انعقاد

معمولا برای حذف مواد کلوئیدی آب و فاضلاب، از ترکیبات فلزاتی مانند آلومینیوم، آهن یا برخی از ترکیبات الکترولیتی استفاده می شود. املاح فلزات که به عنوان منعقد کننده وارد آب می شوند، در اثر هیدرولیز به صورت یونی یا هیدروکسیدهای باردار، در می آیند. بوجود آمدن این مولکولهای باردار بزرگ و خنثی نمودن ذرات کلوئیدی و کاهش پتانسیل زتا (اختلاف پتانسیل بین فاز پخش شده و محیط اطراف آن) که عامل اصلی دافعه بین ذرات کلوئیدی می باشد، امکان لازم برای عمل نمودن نیروی واندروالسی بوجود می آید که موجب چسبیدن ذرات به یکدیگر می شود.

بنابراین، عامل اصلی حذف بار کلوئیدها، یونهای فلزی نیستند، بلکه محصولات حاصل از هیدرولیز آنها می باشند. با توجه به آزمایشات مختلف، یونهای فلزات سه ظرفیتی در عمل انعقاد، مؤثرتر از سایر یونها می باشند. عمل انعقاد توسط عمل لخته سازی تکمیل شده، ذرات بزرگتر شروع به ته نشینی می کنند. در مرحله ته نشینی، عامل زمان بسیار مهم می باشد و با قطر ذرات رابطه مستقیم دارد.

انواع منعقد کننده ها

منعقد کننده های آلومینیوم دار

سولفات آلومینیوم : Al₂(SO₄)₃ , nH₂O

که نام تجاری اش آلوم یا زاج سفید می باشد. با اضافه کردن به آب یا بی کربنات کلسیم و آب واکنش داده، هیدروکسید آلومینیوم ایجاد می کند که هیدروکسید آلومینیوم، مرکزی برای تجمع مواد کلوئیدی بدون بار شده و لخته های درشت تر ایجاد می کند. در صورت ناکافی بودن قلیائیت محیط برای ایجاد هیدروکسید آلومینیم، از آب آهک و کربنات سدیم استفاده می شود. چون ⁺H مانع تشکیل هیدروکسید آلومینیوم می شود. عیب مهم استفاده از زاج، ایجاد سختی کلسیم و CO₂ (عامل خورندگی) می باشد.

آلومینات سدیم : Na₂AlO₃

این ترکیب هم در اثر واکنش با بی کربنات کلسیم ایجاد هیدروکسید آلومینیوم می کند. به علت خاصیت قلیایی، احتیاج به مصرف باز اضافی ندارد.

منعقد کننده های آهن دار

سولفات فرو FeSO₄ , ۷ H₂O :

با ایجاد هیدروکسید آهن III، باعث انعقاد ذرات کلوئیدی می شود. همراه آهک هیدراته استفاده می شود.

سولفات فریک:

می تواند همراه یا بدون آهک هیدراته مصرف شود و از لحاظ اقتصادی با صرفه تر از زاج است. مزیتش نسبت به زاج این است که در میدان وسیعی از pH عمل می کند. زمان لازم برای تشکیل لخته ها کمتر است و لخته ها درشت تر و وزین تر هستند. با بهره گرفتن از سولفات فریک در pH حدود ۹، منگنز موجود در آب حذف می شود و باعث از بین رفتن طعم و بوهای خاص آب می شود.

کلرور فریک : FeCl₃ , ۶ H₂O

از پر مصرف ترین منعقد کننده هاست و به صورت پودر، مایع یا متبلور به فروش می رسد. در اثر واکنش با بی کربنات کلسیم یا هیدروکسید کلسیم، ایجاد هیدروکسید آهن III می کند که مرکزی برای تجمع مواد کلوئیدی به شمار می رود.

عوامل موثر در انعقاد :

۱ ) pH و قلیائیت:

به علت حذف ⁺H از محیط، برای ایجاد هیدروکسیدهای فلزی باید pH قلیایی باشد. برای تنظیم pH، اغلب از آب آهک استفاده می شود، ولی نباید در حدی باشد که باعث افزایش بی رویه سختی آب شود.

۲ ) مقدار ذرات معلق:

هرچه ذرات معلق بیشتر باشد، مصرف منعقد کننده ها هم بالا می رود.

۳) اثر عوامل فیزیکی:

با کاهش دما و نزدیک شدن به صفر، مشکلات جدی در امر انعقاد بوجود می آید و لخته شدن کاهش می یابد. به همین دلیل، مقدار مصرف منعقد کننده ها در تصفیه خانه ها در زمستان بیشتر از تابستان است.

۴) مواد منعقد کننده:

قدرت انعقاد بالا، انعقاد کنندگی در گستره pH وسیع و همچنین مناسب بودن قیمت، از خواص یک منعقد کننده خوب می باشد. علاوه بر این می توان از کمک منعقد کننده ها، CO₂ محلول و دور همزنهای مورد استفاده در عملیات انعقاد، از عوامل مؤثر انعقاد نام برد.

۵) کمک منعقد کننده ها

کمک منعقد کننده ها با ایجاد پل بین ذرات ریز لخته حاصل از کار منعقد کننده ها، آنها را به صورت لخته های درشت و سنگین در آورده، عمل ته نشینی را سرعت می بخشند. همچنین محدوده pH بهینه را گسترش داده، مقدار مصرف ماده منعقد کننده را کاهش می دهند.

چند نمونه از کمک منعقد کننده ها مورد استفاده در تصفیه خانه ها

▪ کربنات سدیم:

با تثبیت pH آب و افزایش یونهای ^-OH، عمل انعقاد را بهبود می بخشد، مخصوصا اگر منعقد کننده مورد مصرف زاج باشد.

▪ آهک هیدراته:

برای جبران کمبود قلیائیت محیط و از بین بردن _۲CO و کاهش سختی آب استفاده می شود.

▪ گاز کلر:

از بین بردن مواد آلی موجود در آب که عامل ممانعت کننده در انعقاد هستند.

▪ پلی الکترولیتها:

دارای خواص پلیمری و الکترولیتی بوده و می توانند اندازه لخته ها را درشت تر نمایند. از دیگر مواد مورد استفاده، سیلیس فعال یا سدیم سیلیکات و بنتونیت (عامل پلاستیسیته کردن سرامیک) می باشد. (آمودا و آمو^[۴۴]،۲۰۱۳)

بهینه سازی فرایند انعقاد و لخته سازی

انعقاد و لخته سازی یک فرایند فیزیکی-شیمیایی است که توسط روش های متفاوتی می توان به پارامترهای بهینه در آن رسید که یکی از این راه های ساده اما زمان بر و البته نه چندان دقیق آن آزمایش جار می باشد. در این آزمایش میزان ماده ی منعقد کننده، کارامدی و زمان ماند مناسب آن برآورد می شود.

▪ آزمایش جار

برای تعیین میزان ماده منعقد کننده لازم و همچنین pH بهینه برای عمل انعقاد، از آزمایش جار استفاده می شود. دستگاه جار از ۶ بشر تهیه شده است که از نمونه مورد نظر بطور مساوی در تمام بشرها ریخته، pH را به ترتیب ۲، ۴، ۶، ۸، ۱۰، ۱۲ در نظر می گیریم. به هر بشر به مقدار مساوی از منعقد کننده و کمک منعقد کننده مورد نظر ریخته می شود و در دمای معین به مدت ۲۰ دقیقه بشرها هم زده می شود.

بعد از این مدت، آب هر یک را به استوانه های مدرج انتقال داده، منتظر ته نشین شدن آنها می مانیم. بهترین جواب بیشترین رسوب تشکیل شده و زلالترین محلول رویی می باشد. با این ترتیب گستره pH بهینه معلوم می شود. ( جوهیر و همکارانش^[۴۵]،۲۰۰۹)

• 1. پلیمر

     1. آشنایی با پلیمر ها

پلیمر از دو واژه یونانی “ پلی ” به معنی بسیار و “ مر ” به معنی جزء و بخش تشکیل شده است. کلمه “ ماکرو مولکول ” مترادف “ پلیمر ” است و معادل فارسی آن بسپار می باشد.

بَسپار یا همان پلیمر، ماده‌ای شامل مولکول‌های بزرگی است که از به هم پیوستن واحدهای کوچک تکرار شونده که تکپار یا مونومرنامیده می‌شود، ساخته شده است.

تعداد واحدهای تکرارشونده در یک مولکول بزرگ درجه بسپارش یا درجه پلیمریزاسیون نامیده می‌شود. بسپارهایی که فقط از یک نوع واحد تکرار شونده تشکیل شده‌اند، جوربسپار یا همو پلیمر و آنهایی که از چند نوع واحد تکرارشونده تشکیل شده‌اند، هم بسپار یا کوپلیمر نامیده می‌شوند. گاهی لفظ ترپلیمر نیز برای محصولات حاصل از بسپارش سه تک‌پار به کار می‌رود.

بسپارها به دو دسته بسپارهای طبیعی و بسپارهای مصنوعی تقسیم می‌شوند. البته بسپارها را به روش های مختلف دیگری نیز دسته بندی نیز می‌کنند.

تقسیم بندی پلیمرها از نظر منشا تولید :

الف ) طبیعی : پلی ساکاریدها، کائوچوی مصنوعی، استات سلولز،…)

ب ) مصنوعی : پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن،….)

دسته بندی زیر بر اساس ساختار بسپار انجام شده است :

الف ) خطی : Linear

ب ) شاخه دار : Brached

ج ) پلیمرهای پل دار Crosslinked

همچنین بسپارها از نظر اثر پذیری در برابر حرارت به دو دسته گرمانرم ‌ها (ترموپلاستیک‌ها ) و گرماسختها (ترموست‌ها) تقسیم می‌شوند.

گرمانرم ها، پلیمرهایی هستند که در اثر گرم کردن ذوب می‌شوند در حالی که گرماسخت ها، بسپارهایی هستند که در اثر گرما ذوب نمی‌شوند بلکه در دماهای بسیار بالا به صورت برگشت ناپذیری تجزیه می‌شوند.

انواع پلیمرها از نظر شکل کاربرد :

الف ) گرانول و اجسام جامد

ب ) رزینهای دارای ویسکوزیته بالا – محلول (رنگ)

ج) الیاف

د ) اسفنج

لازم به ذکر است که وادی پلیمرها بسیار گسترده و شاخ و برگ دار می باشد و تفسیر کلی آن، از بررسی انواع مختلف پلیمر و واکنش های ساختش گرفته تا بحث پارامترهای تخصصی، خود به تنهایی نیازمند یک کار تحقیقی و پژوهشی جداگانه می باشد و از نظر پویایی ازجمله علومی می باشد که دائما در حال تکامل و به روزرسانی می باشد.

از لحاظ کارایی و خدمت به زندگی بشر نیز، همین اندازه کافی است که بدانیم، پلیمرها ازجمله ی مواد ضروری برای بسیاری از صنایع از جمله : چسب ها (adhesives )، مصالح ساختمانی، کاغذ، لباس، الیاف، پوشش ها، پلاستیک ها، سرامیک، بتون، کریستال مایع، مقاومت های نوری و… هستند. و همچنین در علومی همچون : تغذیه، مهندسی، بیولوژی، داروسازی، کامپیوتر، اکتشافات فضایی، بهداشت و محیط زیست و… اهمیت دارد.

ما در ادامه تنها به صورت گذرا به بررسی کاربرد پلیمرها در صنعت حفاری و همچنین نقش آنها در راستای خدمت به محیط زیست اشاره ای خواهیم کرد. (کلارک و همکارانش^[۴۶]،۱۹۷۶)

•  

• • 1. کاربردهای پلیمرها در صنعت حفاری

کاربرد پلیمرهایی مثل پلی آکریل آمید در سیالات حفاری :

پلیمر آکریل آمید با نام تجاری PHPA معرف رشته های پلیمر زنجیره ای است که بخشی از آنها آبکافت شده اند. این پلیمر یکی از جدیدترین افزایه های سیال حفاری می باشد.

کاربرد این ماده به واسطه احاطه کردن کنده های حفاری رسی، جلوگیری از پخش شدن رس در سیال و همچنین پایدار سازی شیل موجود در چاه ها روز به روز بیشتر شده است. با توجه به محدوده وسیع کاربرد PHPA، می توان از این پلیمر در سیالات با پایه آب شیرین، آب شور و آب دریا و همچنین جهت انجام عملیات های گوناگون حفاری استفاده کرد.

این پلیمر دارای قطب های لیگاندی منفی است که در صورت پخش شدن در گل حفاری به قطب های مثبت رس های واقع در سازند شیل متصل شده و آنها را در برابر نفوذ آب و ریزش مصون می دارد. با وجود خواص گفته شده، این افزایه باعث افزایش گرانروی گل حفاری شده و در دمای زیاد چاه مقاومت لازم را دارد. (گوئررو و همکارانش^[۴۷]،۲۰۰۶)

تولید سیال پلیمری برای جایگزینی سیال روغنی در صنعت حفاری

سیال‌های روغنی پایه گازوئیلی هستند، از این‌رو برای تامین گازوئیل هزینه‌ بالایی پرداخت می‌شود. در بررسی‌های اخیر هزینه حفاری ۸۰۰ تا ۹۰۰ متر از یک لایه شیلی با بهره گرفتن از سیال روغنی حدود ۴۰۰ میلیون تومان برآورد شده است، البته در شرایط فعلی این رقم تا حد زیادی افزایش یافته است به این ترتیب جایگزینی آن با سیال پلیمری می‌تواند صرفه‌جویی بسیاری به همراه داشته باشد.

همچنین سازگاری بالا با محیط زیست و کاهش زمان انتظار در عملیات حفاری از دیگر مزیت‌های جایگزینی سیال پلیمری با سیال روغنی می باشد.

شیرین سازی گازها با غشاهای پلیمری

توسعه روش ها و فناوری های جدید برای حذف کربن دی اکسید با کاربردهای متفاوت از قبیل خالص سازی گاز سنتزی، شیرین سازی گاز طبیعی و جداسازی گازهای گلخانه ای سهم قابل توجهی از پژوهش های انجام شده در زمینه ساخت غشاهای پلیمری را به خود اختصاص داده است.

دیگر کاربردهای پلیمرها در صنعت حفاری و پالایش نفت

• استفاده از افزایه های پلمری نانومتری مانند پلی آکریل آمید نانو بهبود یافته جهت جداسازی فازهای آلی جامد-مایع در پسماند سیال حفاری برای از بین بردن آلایندگی این پسماندها و سازگار کردن آنها با محیط زیست و همچنین بهبود خواص رئولوژیکی گل حفاری.
• کامپوزیت و نانو کامپوزیت های پلیمری
• جاذب های پلیمری
• ساخت و فرمولاسیون افزایه های پلیمری در سیال و سیمان حفاری
• ساخت و فرمولاسیون ژل پلیمرهای نوین جهت کاربرد در کاهش تولید آب ناخاسته از مخازن نفتی/گازی

• سامانه های پلیمری جهت ازدیاد برداشت نفت. (بیوتلر و همکارانش^[۴۸]،۲۰۱۳)

  • 1. کارایی پلیمرها در تصفیه و انعقاد سازی

با توجه به محدود بودن دامنه ی فعالیت منعقد کننده های اصلی و به منظور بالا بردن راندمان فرایند و کاهش قابل ملاحظه ی کدورت، پلیمرهای پلی آکریل آمید بعنوان کمک منعقد کننده یا منعقد کننده مستقل استفاده می گردند.

پلیمرهای منعقد کننده، ترکیباتی پلیمری با وزن ملکولی بالا، بر پایه پلی آکریل آمید، محلول در آب هستند که بطور وسیعی بعنوان منعقد کننده، به منظور افزایش سرعت ته نشینی مواد جامد معلق و کلوئیدها و همچنین جهت رنگ بری در فرآیندهای تصفیه و تولید مایعات بکار برده می شوند. (وانگ و تانگ^[۴۹]،۲۰۱۰)

کاربرد پلی الکترولیت ها

پلی الکترولیتها با افزایش سرعت ته نشینی مواد معلق، افزایش ابعادی و تراکم راندمان فیلتراسیون و جداسازی را افزایش داده و باعث ارتقاء کیفیت فرایند و کاهش قابل ملاحظه کدورت نهایی می شوند.

برخی کاربردهای این دسته از مواد عبارت است از:

• کمک منعقد کننده در فرایند زلال سازی آب خام جهت تولید آب آشامیدنی و صنعتی
• منعقد سازی جامدات معلق و کلوئیدها در فرآیندهای تغلیظ مایعات
• جداسازی جامدات و ترکیبات آلی در آب برگشتی سیستمهای تبرید و حرارتی
• جداسازی جامدات، روغن و گریس و اکسیدهای نامحلول در تصفیه آب برگشتی از بخش نورد در صنعت فولاد
• حذف رنگ، مواد جامد معلق و کلوئیدها در صنایع تولید محصولات پتروشیمی
• منعقد کننده در سیستمهای تصفیه پساب های صنعتی و بهداشتی. (گاوو و همکارانش^[۵۰]،۲۰۱۲)

مکانیسم انعقاد توسط این دسته از پلیمرها

گروه های فعال پلیمر در محیط آبی، پیوند قوی با کلوئیدهای معلق یا ذرات بسیار ریز ایجاد می نمایند.

در پلیمرهای نانیونیک، فعل و انفعال بین پلیمر و ذرات معلق، وابستگی به باندهای هیدروژن آنها داشته و فعالیت پلیمرهای باردار) کاتیونیک و آنیونیک( وابسته به برخوردهای الکترواستاتیک و تبادل بار بین ذرات معلق و پلیمر و ناپایداری خصوصیت سطح ذرات می باشد.

ناپایداری خواص سطح ذرات و منعقد شدن بخش اعظم یک دسته از ذرات معلق، باعث تشکیل توده شده که پس از ته نشینی براحتی قابل جداسازی می باشند.

اثر بهینه پلیمرها بر روی ذرات با اندازه گیری توانایی تاثیر پلیمر بر روی ذره قابل تخمین است.این توانایی به دو عامل بستگی دارد.

۱) نوع وخواص سطح ذرات

۲) کیفیت آب : قدرت هدایت الکتریکی، سختی و عوامل کاهش دهنده کشش سطحی آب، pH.

انتخاب نوع و مقدار پلی الکترولیت مناسب:

آب خام و پساب در فصول مختلف، بسته به تغییرات شرایط آب و هوایی منطقه و فرایند تولید و نقطه برداشت آب، تغییر کیفیت خواهد داشت، لذا ماهیت ذرات معلق و کلوئیدها نیز متغییر خواهد بود. بهترین و ساده ترین روش برای انتخاب یک پلی الکترولیت مناسب، همان انجام آزمایش جار تست و سایر تستهای مشابه می باشد.

مقدار مصرف – آماده سازی محلول:

دوز مصرف بستگی به اندازه کدورت، ماهیت کدورت و نوع پلیمر دارد و اندازه دوز مصرف توسط آزمایش جار تست قابل اندازه گیری است.

آزمایش جارتست بهترین روش تعیین اندازه مصرف می باشد لیکن باید همواره آزمایش با حداقل مقدار پلیمر صورت پذیرد چراکه فعالیت پلی الکترولیت در دوز بالا از لحاظ حجم لجن گذاری مشابه می باشد.

لیکن دوز بالا باعث باقی ماندن مقدار زیاد پلی الکترولیت باقی مانده در آب یا پساب و ایجاد توده های ریز معلق و روی سطح آب می گردد که از دو جنبه ی مقدار مصرف و کیفیت آب یا پساب حائز اهمیت می باشد.

در صورتیکه منحنی مقدار توده ها برمبنای دوزمصرف پلی الکترولیت رسم گردد، در آن صورت نقطه تاثیر گذاری براحتی قابل مشاهده می باشد. (گاوو و همکارانش^[۵۱]،۲۰۱۳)

• 1. فناوری نانو

     1. نگاهی کلی بر علم نانو و نانو تکنولوژی

امروز علم تا حد دسترسی به اندازه هائی زیر محدوده میکرومتر پیشرفت کرده است. در این راستا روش ها و تکنیک های دست یابی به محدوده های نانومتری، نانو فن آوری نامیده می شود. در واقع نانو فن آوری، ایجاد و بهره برداری از مواد، قطعات و سیستم ها در مقیاس های بسیار ریز و در حد نانومتری یعنی همان مقیاس ها و اندازه های اتمی و مولکولی است. نانو فن آوری به روش های مناسب برای ساخت و سرهم بندی ساختارهای کارآمد که دارای حداقل یک بعد در ابعاد نانومتری باشند، می پردازد. این نانو ساختارها که از کوچک ترین بلوک های ساختمانی شناخته شده ساخته می شوند، ریزترین اشیاء ساخت بشر بوده و دارای خصوصیات و رفتارهای فیزیکی، شیمیائی و زیستی جدیدی هستند. هدف نانو فن آوری، آگاهی و بهره گیری از این خصوصیات و ساخت و استفاده مؤثر از آنها است.

• •  

• • • 1. تاریخچه فناوری نانو

نانو از ریشه یونانی “نانس” به معنی کوتوله می‌باشد. در حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست.

فناوری نانو با رنگ و بوی امروزی، در حدود نیم قرن پیش، در دهه های آخر قرن بیستم همراه با توسعه فناوری های نوین تصویربرداری، دستکاری و شبیه سازی ماده در مقیاس اتمی پدید آمده است.  نانو در گذشته فیزیک اتمی نامیده می شد، پس از کابردی شدن آن، نام آن نانوشد، به همین دلیل نانو یک علم جدید نیست، اما کاربردی شدن آن زندگی انسان را دگرگون ساخت. (رادمنش و یاسینی،۱۳۹۱)

تعریف نانو تکنولوژی و تشریح مفهوم کلی آن

نانو نه یک ماده است نه یک جسم، فقط یک مقیاس است، کوچک شدن یک مقیاس آن هم تا جایی و به اندازه ای که دیده نمی شود اما با تاثیری بسیار بزرگ در زندگی انسان.

در مقیاس نانو خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم ها، ملکول ها با خواص توده ی ماده متفاوت است، نانوذرات درچنین مقیاس و مشخصه های منحصر به فردی موجب پیدایش دستاوردهای نوینی در علوم پزشکی و مهندسی می شوند.

به طورخلاصه نانو تکنولوژی به معنی انجام مهندسی مواد در ابعاد اتمی – ملکولی و ساخت موادی با خواص کاملا متفاوت در ابعاد نانو است. تعریف دیگر نانوتکنولوژی ساخت مواد مورد نظر با آرایش و دستکاری کردن اتم ها می باشد. نانومتر، (یک میلیاردم متر) به اندازه چیدن ۵ الی۱۰ اتم درکنار یگدیگر است، مکعبی با ابعاد ۲٫۵ نانومتر تقریبا ۱۰۰۰ اتم راشامل می شود. خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده تبدیل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرویی کاملا متفاوت است. نانو در ملکولهای ماده انرژی بالایی را ایجاد می کند به همین دلیل معجزه آسا نامیده می شود. (احمد و همکارانش^[۵۲]،۲۰۰۴)

اصول بنیادی در نانو

یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصله ی میان دو اتم، بازه ی ۱۲. تا ۱۵. نانومتر به کار می‌رود، همچنین طول یک جفتِ دی‌ان‌ای نزدیک به ۲ نانومتراست. و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری سلول‌دار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازه ی یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازه ی آن را مانند اندازه ی یک تیله به کره ی زمین بدانیم، یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازه ی رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.

بر خلاف فناوری های دیگر که به طور معمول از یک حوزه مشخص علمی حاصل می شوند، فناوری نانو محدوده وسیعی از علوم را در بر می گیرد. این اصطلاح مقیاسی را که یک فناوری در آن عمل می کند، نشان می دهد. فناوری نانو مطالعه، طراحی، ایجاد، سنتز، دست کاری و کاربرد مواد، ابزارها و سامانه های عملکردی از طریق کنترل ماده در مقیاس نانومتری یا به عبارت دیگر، بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است.

ساختارهای بزرگتر از این مقیاس میکرومتری بوده و ساختارهای کوچکتر از آن به عنوان مقیاس اتمی طبقه بندی می شوند.

همواره برای فعالیت در عرصه ی نانو، دو راهکار اصلی مورد استفاده قرار می گیرند.

در راهکار پایین به بالا مواد و ابزارها از قطعات مولکولی ساخته می شوند، این کار از طریق آرایش شیمیایی این مولکول ها و بر مبنای اصول تشخیص مولکولی صورت می گیرد. در راهکار بالا به پایین، اشیاء نانومقیاس بدون اینکه کنترلی در مقیاس اتمی وجود داشته باشد، از مواد بزر گتر ساخته می شوند.

رفتارهای جدیدی که در مقیاس نانو مشاهده می گردند، لزوما براساس رفتارهای مشاهده شده در ابعاد بزرگ تر قابل پیش بینی نیستند. تغییرات مهم رفتاری عمدتا ناشی از اثرات کوانتومی کاهش ابعاد، به علت نزدیکی و قابل مقایسه بودن اندازه ذرات یا ریزساختارها با مقیاس طولی میانگین پدیده های فیزیکی و شیمیائی رخ می دهد. ساختارهای نانو مقیاس نظیر نانو ذره ها و نانولایه ها دارای نسبت های سطح به حجم خیلی بالائی هستند و بنابراین اجزاء ایده آلی برای استفاده در مواد کامپوزیت، واکنش های شیمیائی، انتقال دارو و ذخیره انرژی به شمار می روند.(هاشمی مقدم،۱۳۹۱)

کاریرد فناوری نانو در زمینه حفاری چاه های نفت

استفاده از فناوری نانو در حوزه نفت و صنایع وابسته، در دهه گذشته با گسترش زمینه های کاربردی این فناوری همراه بوده است و پیشرفت قابل توجهی در جهان ایجاد نموده است. از طرفی کشور ایران، جزء کشورهای دارنده ی ذخایر غنی نفت و گاز به شمار می رود، بنابراین صنایع مرتبط با این حوزه، جهت حفظ افزایش کیفیت فرآورده های خود، نیازمند شناخت و بهره گیری فناوری های نوین و پیشرفته مانند نانو می باشد.

امروزه فناوری نانو توانسته است که صنایع نفت و گاز و پتروشیمی را متحول سازد. فناوری مذکور توانایی فراوانی در ساخت ابزارآلات مورد نیاز در صنایع بالادستی و پایین دستی نفت و گاز دارد و می تواند در بهبود و تسریع عملیات انجام شده در این صنعت، نقش موثری را ایفا کند. تحقق این امر گامی در جهت افزایش تولید نفت و گاز در کشور خواهد بود.

همچنین مشکلات عدیده ای وجود دارد که سبب افزایش صرف هزینه و انرژی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی می گردد که می توان با بهره گرفتن از فناوری های نوین مانند نانو، راهکارهای موثری در جهت رفع آنها ایجاد نمود.

با توجه به اینکه ایران از حیث جغرافیایی در منطقه ای قرار گرفته که صاحب منابع عظیم نفت و گاز است، استفاده از فناوری نانو در جهت بهبود تولید نفت و گاز و کاهش هزینه های تولید می تواند درآمد چشمگیری را به حاصل داشته و موجب تحولی بزرگ بشود.

از جمله کاربرد های نانو در صنعت نفت می توان به موارد زیر اشره کرد :

الف ) نانو تکنولوژی دیدگاه های جدیدی برای استخراج بهبود یافته نفت فراهم کرده است، این تکنولوژی به جدایی موثرتر نفت و آب کمک می کند.

ب ) با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن، می توان نفت بیشتری آزاد کرد.

ج ) با گسترش روش های اندازه گیری توسط سنسورهای کوچک، اطلاعات بهتری درباره مخزن بدست آورد.

د ) صنعت نفت در تمام فرایندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد، با ساخت موادی در مقیاس نانو می توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکمتر از محصولات امروزی تولید کرد.

و ) ساخت سیالات جدید حاوی نانوذرات و نانو پودرهای بسیار ریز به طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می بخشد. این سیال همچنین، آسیب های وارده به دیواره مخازن چاه را حذف کرده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می دهند.

ج ) فیلترها و ذراتی با ساختار نانو که می توانند ترکیبات آلی را از نفت جدا کنند، می توانند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی های ناشی از نفت منجر شوند. این نمونه ها علارغم اینکه اندازه ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی هستند و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود هستند.

البته همه اینها فقط بخش کوچکی از خدمات فناوری نانو در زمینه صنایع نفت و دیگر صنایع مربوطه می باشد، که در بالا بر شمرده ایم. (هیلال و همکارانش^[۵۳]،۲۰۰۳)

فصل دوم

مروری بر کارهای گذشته :

در ماه می سال ۱۹۹۷ هلت^[۵۴] و همکارانش تحقیقی را بر روی بررسی انعقاد براونی برگشت­پذیر^[۵۵] در رقیق­سازی^[۵۶] محلول امولیسیونی روغن در آب با بهره گرفتن از سیستم اندازه ­گیری ویدئو میکروسکوپی پیشرفته(VEM)^[57] انجام دادند که در آن، حرکت جانبی^[۵۸] قطره­های روغن^[۵۹] که دارای انعقاد سریع و برگشت­پذیرند، در لوله­های مویین باریک شیشه ­ای با بهره گرفتن از VEM مطالعه و بررسی شد. در این مطالعه، مشکلات روش­شناختی^[۶۰] ناشی از کاربرد VEM در بررسی حرکت سطحی^[۶۱] قطره­ها، انعقاد و تعیین طول عمر^[۶۲] قطرات دوتایی مورد بررسی قرار گرفته است. طول عمر قطرات دوتایی مربوط به امولسیون تولوئن در آب که به صورت آزمایشگاهی تعیین شده، نیز ذکر شده است.(هلت و همکارانش،۱۹۹۷)

در اکتبر سال ۲۰۰۰ زوبولیس و اورانس ^[۶۳] مطالعه ای را بر روی تصفیه­ی محلول امولسیونی روغن در آب به کمک فرآیندهای انعقاد و شناورسازی با هوای محلول انجام دادند. در این پژوهش به بررسی تصفیه­ی محلول امولسیونی روغن در آب درون –nاکتان با بهره گرفتن از آزمون جار مربوط به روش شناورسازی با هوای محلول^[۶۴]، پرداخته شده است. از «اکتان^[۶۵]» به عنوان پساب شبیه­سازی^[۶۶] شده استفاده گردید. و نیز، تاثیر پارامترهای مختلفی بر بازده شناورسازی^[۶۷] جهت جداسازی روغن امولسیون شده مورد بررسی قرار گرفت. این پارامترها عبارتند از: ۱- وجود عامل فعال سطحی غیریونی توئین ۸۰^[۶۸] که جهت ایجاد پایداری، در امولسیون مورد استفاده قرار گرفت. ۲- میزان pH اولیه­ امولسیون ۳- غلظت مواد افزودنی­ شیمیایی^[۶۹] همچون پلی­الکترولیت­ها^[۷۰] (لخته­سازهای آلی در انواع کاتیونی و آنیونی) و کلرید فریک^[۷۱] (منعقدکننده معدنی). ۴- غلظت اولئات سدیم^[۷۲] (که به عنوان گردآورنده^[۷۳] در فرایند شناورسازی مورد استفاده قرار گرفت) و ۵- نسبت بازگردانی^[۷۴]. جهت تحلیل و تفسیر نتایج بدست آمده، میزان پتانسیل زتا نیز اندازه ­گیری شد. اگرچه استفاده از پلی الکترولیت­ها، تاثیر چندان چشمگیری بر فرایند تصفیه­ی امولسیون مورد مطالعه نداشت اما، افزودن کلرید فریک و استفاده از روش شناورسازی با هوای محلول بسیار کارآمد و موثر بود. در شرایط بهینه­ آزمایشگاهی معین، یعنی در شرایطی که نسبت بازگردانی=۳۰% بوده و pH=6، [Fe3+]: 100 mg l^−۱ و : 50 mg l^−۱ باشد- در محلولی با غلظت اولیه­ ۵۰۰ mg l^−۱، می­توان بیش از ۹۵% روغن امولسیون شده را به طور موثر جدا نمود. (زوبولیس و اورانس،۲۰۰۰)

در اکتبر ۲۰۰۱ وانگ و تانگ^[۷۵] تحقیقی را بر روی تهیه، شناسایی، و بررسی رفتار انعقادی منعقدکننده ی پلیمری معدنی اصلاح شده ی پلی سیلیکات آهنی به انجام رسانیدند. منعقد کننده های پلیمری معدنی به عنوان دسته جدیدی از واکنش گرهای تصفیه ی آب و پساب، روز به روز در حال توسعه می باشند. از بین آنها، منعقد کننده های پلیمری معدنی بر پایه ی آهن، بدون اینکه سمیتی داشته باشد بسیار مناسب می باشد. در این مقاله یک روش جدید جهت تهیه منعقدکننده های پلیمری معدنی بر مبنای آهن مورد بررسی قرار می گیرد. سه نوع سیلیکا به نام های سیلیکاA و سیلیکاB و سیلیکاC تهیه شده و به عنوان اصلاح کننده برای سازماندهی و ساختن سیلیکات های آهنی، و به طور مشخص پلی سیلیکات آهنی A، پلی سیلیکات آهنیB و پلی سیلیکات آهنیC به ترتیب مورد استفاده قرار می گیرند. براساس چندین روش گونه زایی^[۷۶] مستقیم و غیر مستقیم، نحوه توزیع گونه ها و مشخصات سه نوع از پلی سیلیکات آهنی همراه با جزئیات بررسی می شود. نتایج حاصله نشان می دهد که توزیع اجزای پلی سیلیکات آهنی تحت تاثیر نوع سیلیکای مورد استفاده و نسبت Si/Fe اختیار شده می باشد. سیلیکای A و B به عنوان واکنش گرهای ضد رسوب در حین هیدرولیز Fe(III) عمل می کنند. در مقادیر معینی از خاصیت بازی، Fe_a (مونومرها) با افزایش نسبت Si/Fe بیشتر می شود ولی Fe_c (گونه های کلوئیدی) به شدت کاهش می یابد. اگرچه از تشکیل Fe_c پیشگیری می شود، پایدار سازی Fe_b (الیگومر یا پلیمر) همچنان حاصل نمی شود. از سوی دیگر سیلیکاc اثر خیلی کمی روی گونه های اصلاح شده ی محلولFe(III) دارد. در این مقاله رفتار انعقادی پلی سیلیکات آهنی اشاره شده در بالا نیز بررسی می شود. سپس اثرات مختلف سیلیکا راجع به گونه های شیمیایی مورد بحث قرار می گیرد. (وانگ و تانگ،۲۰۰۱)

در دسامبر ۲۰۰۶ لی و وسترهف^[۷۷] بر روی جدا کردن نیتروژن آلی حل شده در حین تصفیه ی آب از طریق انعقادسازی به وسیله ی آلومینیوم سولفات و پلیمر کاتیونی تحقیقی را انجام داده که به منظور ارزیابی میزان جداسازی نیتروژن آلی حل شده، انعقاد سه نوع آب سطحی توسط نمک آلومینوم و یا پلیمرهای کاتیونی انجام گرفت. انعقاد با آلومینویم سولفات باعث می شود تا مقدار معادل یا کمی پایین تر از نیتروژن آلی حل شده، کربن آلی حل شده، جداسازی شود. هنگام مصرف حداکثر ۵ میلی گرم آلومنیوم سولفات به ازای هر میلی گرم کربن آلی حل شده، پلیمر کاتیونی باعث بهبود جداسازی نیتروژن آلی حل شده ( ۱۵% تا ۲۰% بیشتر) در مقایسه با آلومنیوم سولفات به تنهایی می شود. در مقادیر خیلی بالا از آلومنیوم سولفات، (بیشتر از ۸mg آلومینیوم سولفات به ازای هر میلی گرم نیتروژن آلی حل شده )، اضافه کردن پلیمر کاتیونی، به میزان جزئی باعث افزایش جداسازی نیتروژن آلی حل شده می شود. جزء به جزء کردن وزنی مولکولی^[۷۸] قبل و بعد از آزمایشات لخته سازی نشان داد که اضافه کردن پلیمر کاتیونی می تواند باعث جدا شدن همه ی کسرهای وزنی مولکولی نیتروژن آلی حل شده شود، که ترجیحا بیشترین میزان کسر وزنی مولکولی را جدا می نماید. نتایج نشان داد که نیتروژن آلی حل شده اضافه شده به عنوان بخشی از پلیمر کاتیونی، به طور کامل با بهره گرفتن از مقدار بهینه ای از آلومنیوم سولفات و پلیمر جدا می شود.(لی و وسترهف،۲۰۰۶)

در فوریه ۲۰۰۷ بنسادوک و همکارانش^[۷۹] تحقیقی را بر روی تصفیه ی کنده های آغشته به امولسیون روغن در آب، با بهره گرفتن از منعقد سازی و شناورسازی منحل شده ها با بهره گرفتن از هوای محلول به طور همزمان، انجام دادند. با توجه به مطالعات پیشین، روش تصفیه­ی فیزیکی- شیمیایی^[۸۰] کنده های آغشته به امولسیون روغن در مورد دو روغن معدنی^[۸۱] مختلف A و B، به کار گرفته شد. نتایج حاصل از آزمایشات اولیه­ مربوط به «میزان ناپایداری»^[۸۲] امولسیون نشان داد که سولفوریک اسید^[۸۳] و کلرید فریک^[۸۴] تاثیر زیادی بر ناپایداری ذرات امولسیون تهیه شده از روغن A ندارند، در حالی که در مورد روغن B، تنها کلسیم­ کلرید موثر بود. سینتیک^[۸۵] جداسازی که از کاهش قالب نمایی^[۸۶] ناشی می­ شود، نشان دهنده مقدار بهینه از دوز منعقدکننده است. مشاهده شد که میزان کدورت کنده های آغشته به امولسیون روغن، در روغن A بسیار بیشتر از روغن B است. و در غلظت های یکسان از آنها یک تفاوت غیر قابل تردید در نسبت اجزای سازنده ی آنها مشاهده می شود. در بررسی انواع روغن­هایی که مورد استفاده قرار گرفتند، مشخص شد که کلسیم کلرید کارایی بهتری در فرایند جداسازی و کاهش کدورت دارد. علاوه بر این، امولسیونی که با بهره گرفتن از روغن B تهیه شده بود، نه تنها از نظر کاربران کیفیت مطلوبی داشت بلکه، پایدارتر نیز بود؛ اما فرایند تصفیه و ناپایدار کردن ذرات، نسبت به روغن A، بسیار آسان­تر صورت گرفت و نیز، ۹۹% کدورت آن از بین رفت. اگرچه میزان تصفیه­ی شیمیایی مواد^[۸۷] به طور قابل توجهی کم می­ شود اما میزان ته­مانده­یCOD ^[۸۸] همچنان بالاست. در این راستا، به بررسی استفاده از روش شناورسازی با هوای محلول^[۸۹] در تصفیه­ی شیمیایی مواد پرداخته شد. قطر متوسط حباب­های کوچک هوا در فشار اشباع ۶٫۵ باری، ۵۰ μm بود که به عنوان یک اثر مطلوب جهت شناورسازی شناخته شد. نتایج حاکی از آن است که در تصفیه­ی آبی همچون امولیسون روغن- آب که جهت اخذ کیفی پذیرش/ عدم پذیرش در مطابقت با مقادیر استاندارد، مستلزم استفاده از چندین فرایند است، مشکلات و موانعی وجود دارد. (بنسادوک وهمکارانش،۲۰۰۷)

در اکتبر ۲۰۰۷ زنگ و همکارانش^[۹۰] تحقیقی را بر روی حذف سیلیکا از فاضلاب­های آلوده به نفت سنگین از طریق ترکیب منیزیم و ترکیبات روی در فرایند انعقاد جهت استفاده­ی مجدد در دیگ بخار به انجام رسانیدند. در این پژوهش به معرفی روش تصفیه­ای جدیدی که به طور عملی، میزان سیلیس فاضلاب­های تولیدی آلوده به نفت سنگین^[۹۱] دیگ­های بخار ^[۹۲] قابل استفاده مجدد میدان نفتی^[۹۳] «شین جیانگ^[۹۴]» چین را به حد مطلوبی کاهش می­دهد، پرداخته شده است. استفاده از این روش تصفیه موجب کاهش صدمات رسوب سیلیس^[۹۵] به دیگ­های بخار مربوط به فرآورده ­های میادین نفتی می­ شود. برخی از روش­های تصفیه­ی شیمیایی برای حذف سیلیس مورد بررسی قرار گرفتند. به منظور سنجش میزان سیلیکات^[۹۶]، ترکیب منیزیم، رسوب سدیم هیدروکسید و فرایند انعقاد سولفات روی، بررسی شدند. نتایج حاکی از آن است که حذف سیلیس عمدتا به وسیله­ ترکیب منیزیم، تنظیم^­[۹۷] pH و سولفات روی^[۹۸] صورت می­گیرد. سولفات روی(ZnSO₄ .۷H₂O)، نوعی منعقدکننده با کارایی بالا است که ابتدا در تصفیه­ی فاضلاب­های تولیدی آلوده به نفت سنگین مورد استفاده قرار می­گرفته است. در شرایط مطلوب، NaOH: 500–۶۰۰ mg/L، MgCl₂ · ۶H₂O: 700–۸۰۰ mg/L و zinc sulfate: 100–۱۵۰ mg/L، تراکم سیلیس(SiO2) به کمتر از ۵۰ mg/L می­رسد. سولفات روی نسبت به منعقدکننده­های متداولی همچون آلومینیوم و نمک­های آهن^[۹۹]، در حذف سیلیس کارایی بالاتری دارد. علاوه بر این، دما و زمان ته­نشینی^[۱۰۰] نیز بر حذف سیلیس موثرند. بالابردن دما(۷۰–۹۰C) و بیشترکردن زمان ته­نشینی(> 1.0 h) در ظرف مخلوط­کن^[۱۰۱]، موجب بهبود حذف سیلیس می­گردد. این نتایج اطلاعات سودمندی راجع به تصفیه­ی فاضلاب­های آلوده به نفت سنگین جهت استفاده­ی مجدد در دیگ بخار به ما ارائه می­ دهند.( زنگ و همکارانش،۲۰۰۷)

در فوریه ۲۰۰۸ نیز کانیزارس و همکارانش^[۱۰۲] مطالعه ای را بر روی استفاده از فرآیندهای الکتروکواگولاسیون^[۱۰۳] و انعقاد برای امولسیون­های روغن در آب به انجام رساندند. در این پژوهش به مقایسه­ بازده تجزیه­ی^[۱۰۴] شیمیایی و الکتروشیمیایی به وسیله­ آبکافت نمک­های آلومینیوم^[۱۰۵] در امولسیون­­های روغن در آب پرداخته شده است. مشخص شد که بازده این فرآیندها به طور مستقیم به روش دوزبندی^[۱۰۶] بستگی ندارد بلکه، به غلظت کلی آلومینیوم و pH مربوط است. تغییرات عامل دوم، یعنی pH، در فرآیندهای شیمیایی و الکتروشیمیایی متفاوت است. در آزمایشات الکتروشیمیایی، pH افزایش می­یابد زیرا بکارگیری روش الکتروشیمایی به شکل­ گیری آلومینیوم هیدروکسید^[۱۰۷]، به عنوان محصول خالص نهایی منجر می­ شود اما، میزان pH در آزمایشات متداول به دلیل خواص اسیدی نمک­های آلومینیومِ اضافه­ شده، یعنی AlCl₃ یا Al2(SO₄)₃، کاهش می­یابد. تجزیه­ی امولسیون تنها در محدوده­ pH 5 تا ۹ انجام می­گیرد و مقدار آلومینیوم لازم جهت ناپایدارسازی امولسیون وابسته به غلظت روغن است. الکترولیت­های دارای کلرید نسبت به الکترولیت­های دارای یون سولفات در حذف COD بهتر عمل می­ کنند. در شرایطی که «فرایند تجزیه»^[۱۰۸] مد نظر بود، رسوبات^[۱۰۹] آلومینیوم هیدروکسید اولین ذراتی بودند که در محلول دیده شدند. در نتیجه، مکانیسم اصلی جهت ناپایدارسازی امولسیون، افزودن بیش از یک قطره روغن در هر زمانی به ذرات رسوبی باردار(لخته­سازی پیوندها/پل­ها)^[۱۱۰] است.( کانیزارس و همکارانش،۲۰۰۸)

در سپتامبر ۲۰۰۹ تحقیق دیگری توسط حیدر و عزیز^[۱۱۱] بر روی بررسی انعقاد و لخته سازی پساب دباغ خانه با بهره گرفتن از ترکیبی از آلوم^[۱۱۲]با پلیمرهای کاتیونی و آنیونی انجام شد. در این مقاله به فرایند تصفیه ی پساب یک دباغ خانه با بهره گرفتن از سیستم انعقاد-لخته سازی-رسوب گذاری پرداخته شده است. آلوم را به عنوان منعقد کننده همراه با پلیمرهای کاتیونی و آنیونی به عنوان کمک منعقد کننده استفاده می نمایند. سپس نتایج را با آزمایشاتی مقایسه می کنند که در آنها از آلوم به تنهایی استفاده شده باشد. از دستگاه جار برای انجام این آزمایشات استفاده می شود. نتایج نشان داد که ترکیبی از آلوم با پلیمر کاتیونی C-492 باعث برطرف شدن کدری جریان خروجی به میزان ۹۷%، جداسازی جامدات معلق کل به میزان ۹۳٫۵%، جداسازی اکسیژن مورد نیاز شیمیایی به میزان۳۶٫۲% و بالاخره حذف کروم به میزان ۹۸٫۴% می شود. تولید رسوب و لجن معادل ۴۰ml/l و هزینه مواد شیمیایی برای تصفیه ی یک متر مکعب از آب $ ۰٫۰۷ می باشد. برای این ترکیب، مقدار بهینه آلوم معادل ۱۰۰mg/l در قالب Al₂(SO₃) _۴ همراه با ۵ mg/l از C-496. می باشد. ترکیب آلوم با پلیمر آنیونی مناسب، موجب رفع کدری سیال خروجی به اندازه ۹۹٫۷%، جداسازی جامدات معلق به اندازه ۹۶٫۳%، جداسازی اکسیژن مورد نیاز شیمیایی به اندازه ۴۸٫۳% و جداسازی کرومیوم به اندازه ۹۹٫۷% شد. تولید رسوب و لجن معادل ۳۰ml/l و هزینه مواد شیمیایی به ازای تصفیه ی هر متر مکعب از آب $ ۰٫۰۸ می باشد. سپس نتایج بدست آمده از این ترکیبات با حالتی که از آلوم به تنهایی استفاده شود مقایسه می گردد. این مقایسه نشان داد که استفاده از کمک منعقد کننده حجم رسوبات را به اندازه ۶۰-۷۰% و هزینه مواد شیمیایی را ۵۰% کاهش می دهد. (حیدر و عزیز،۲۰۰۹)

در دسامبر ۲۰۰۹ نیز تحقیق دیگری بر روی بررسی اثر ازن و مواد آلی در انعقاد با لخته­ساز پلیمری معدنی توسط لیو و همکارانش^[۱۱۳] به عمل آمد. در این پژوهش، از دو نمونه آب جهت بررسی تاثیر ازن بر حذف ماده­ آلی بی­شکل(AOM)^[114] از طریق انعقاد با منعقدکننده­ پلیمری معدنی(IPF)^[115] پلی آلومینیوم کلراید(PAC)^[116]، استفاده شد. مشاهده­ روند تشکیل لخته­ها^[۱۱۷] در فرایند انعقاد، با بهره گرفتن از دستگاه آنالیزور پاشیدگی نورسنجی(PDA)^[118] انجام شد. توزیع وزن مولکولی ظاهری(AMWD)^[119] و جداسازی رزین(RF)^[120] نیز به منظور تعیین تغییرات AOM ناشی از فرایند پیش­ازن­زنی^[۱۲۱]، مورد بررسی قرار گرفتند. تفسیر نتایج آزمایشگاهی نشان می­دهد که دوز O₃ و همچنین خواص و ترکیب AOM مهمترین عوامل موثر بر رفتارهای انعقادی هستند. تفاوت­های بسیاری در دو نمونه آب مورد مطالعه مشاهده شد. در نمونه آب شماره ی۱ِ(MW1) متشکل از هیومیک اسید^[۱۲۲]، فرایند انعقاد به واسطه­ فرایند پیش­ازن­زنی و نظر به این که با افزایش دوز O₃، تولید کربن آلی محلول(DOC)^[123] بیشتر می­ شود، با مشکلاتی جدی و قابل ملاحضه مواجه شد. با توجه به کاهش شیب شاخص لخته­سازی(FI)^[124]، شکل­ گیری لخته­ها طی فرایند انعقاد بتدریج کند شد. اگرچه استفاده از ۱٫۱۵ mg/L O₃ موجب کاهش کدورت باقی­مانده شد اما، حذف DOC و اشعه­ ماورای بنفش در طول موج ۲۵۴^[۱۲۵]، همه کاهش یافت. اما در نمونه آب شماره۲ (MW2) متشکل از اسید سالیسیلیک^[۱۲۶]، شاخص فراوانی نیز کاهش یافت. با این حال، کدورت و حذف DOC پس از فرایند پیش­ازن­زنی، تا حد معینی بهبود یافتند. فرایند پیش­ازن­زنی به طور واضح موجب بهبود عملکرد انعقاد، که بر اساس میزان حذف DOC سنجیده می­ شود، گردید. تفسیر نتایج مربوط به فرایند جداسازی^[۱۲۷] نشان می­دهد که وزن مولکولی ماده آلی(OM) نمونه۱ از زیاد به کم رسیده و OM که آب­گریز^[۱۲۸] بود، آب­دوست^[۱۲۹] شده است؛ این حالت، ممکن است یکی از مکانیسم­های دخیل در اختلالات ازن­زنی در فرایند انعقاد باشد. در نمونه۲، اکسیده شدن^[۱۳۰] و تبدیل OM، تا حد زیادی به، موجب پدیدار شدن اختلالات آن بر فرایند انعقاد گردید. در نهایت، چند برنامه­ی کاربردی با توجه به خواص آب به منظور استفاده از ازن در فرایند تصفیه­ی آب ارائه شد.( لیو و همکارانش،۲۰۰۹)

در ژانویه ۲۰۱۰ همپونسرت و همکارانش^[۱۳۱] تحقیقی بر روی بررسی تاثیر دما و pH بر تجمع قطره­ها و خواص جدایی فاز^[۱۳۲] توده­های شگل گرفته در امولسیون روغن در آب پس از فرایند انعقاد به انجام رساندند. از روش انعقاد برای ایجاد ناپایداری در امولسیون­ها به منظور افزایش میزان تجمع^[۱۳۳] قطره­های روغن روی لخته ها استفاده می­ شود. متعاقبا می­توان از روش­های ته­نشینی^[۱۳۴] و شناورسازی^[۱۳۵] جهت از بین بردن ناخالصی­ها استفاده نمود. اهداف پژوهش حاضر عبارتند از: بررسی تاثیر دما و pH بر توانایی^[۱۳۶] ناپایدارسازی امولسیون روغن زیتون در آب در ارتباط با ریخت­شناسی توده­ها و خواص تجمعی قطره­های روغن و نیز، تعیین توانایی توده­ها در جذب و جداسازی روغن. به منظور بررسی انعقاد قطره­های روغن در امولسیون روغن زیتون خوراکی در آب از پلی­الکترولیتی کاتیونی در دستگاه جار استفاده شد. تحلیل توده­هایی که در امولسیون مذکور پس از افزودن منعقدکننده شکل گرفتنه بودند با بهره گرفتن از تصاویر میکروسکوپی صورت پذیرفت. به منظور تعیین و بررسی کمی میزان اثربخشی فرایند انعقاد در pH و دماهای مختلف و نیز توانایی توده­ها در حذف روغن از آب از بعد فراکتال^[۱۳۷]، شعاع قطره­های روغن جذب شده روی توده­ها، تعداد قطره­های روغن جمع شده روی سطح توده­ها و اندازه­ آنها استفاده شد. تحلیل تصاویر میکروسکوپی نشان داد که اندازه­ توده­ها همیشه بهترین معیار سنجش کارایی فرایند انعقاد در امولسیون روغن در آب نیست. توده­های تشکیل شده در محدوده­های مختلف pH و دما، حاوی تفاوت­های ریخت­شناسی معنی­داری می باشند که آن در توانایی جذب اندازه­ های مختلف و تعداد قطره­های روغن موثر بوده و منجر به تفاوت­های معنی­داری در میزان توانایی آنها در جداسازی روغن می­شد. بعد فراکتال، نه با میزان توانایی توده­ها در به هم پیوستن قطره­های روغن و نه تعداد کلی قطره­های روغن جذب شده روی توده­ها ارتباطی نداشت. دما تاثیر فراوانی بر اندازه­ و تعداد قطره­های جذب شده روی سطح توده­ها داشت. تفاوت اندازه­ توده­ها در دماهای مختلف قابل توجه نبود. با این وجود، توده­هایی که در دمای ۲۰ °C شکل گرفته بودند نسبت به دماهای ۳۰ °C و ۴۰ °C، قطره­های کمتر ولی بزرگتری داشتند. اندازه­ قطره­ها در pHهای مختلف، مشابه بود. با این حال، تفاوت­های معنا­داری در تعداد قطره­های جمع­ شده روی توده­ها و اندازه­ توده­ها وجود داشت. میزان روغن جذب شده روی توده­ها در pHهای ۷ و ۹ بسیار بیشتر از pHهای ۵ و ۱۱ بود. با توجه به میزان بعد فراکتال محاسبه شده توده­ها که همگی کمتر از ۱٫۸ بود، مشخص شد که فرایند انعقاد محدودیت­هایی در پراکندگی^[۱۳۸] ذرات دارد و این بدان معنی است که هیچ دافعه­ای^[۱۳۹] بین ذرات برخوردی، یعنی قطره­ها و توده­ها، وجود ندارد. از این رو، هر گونه برخورد بین آنها به پیوستگی­اشان^[۱۴۰] منجر می­ شود.( همپونسرت و همکارانش،۲۰۱۰)

در اکتبر ۲۰۱۰ نیز تحقیق دیگری توسط زهانگ و همکارانش^[۱۴۱] بر روی تصفیه­ی پساب ناشی از سیلاب­زنی پلیمری(PWPF)^[142] در برداشت نفت از طریق روش ترکیب اسیدیفیکاسیون آبکافتی^[۱۴۳] و فرایند انعقاد انجام شد. به منظور تصفیه­ی پساب­های سیلاب­زنی پلیمری(PWPF) ، از روش تصفیه­ای جدید ترکیب اسیدیفیکاسیون آبکافتی یعنی، روش بیوراکتور غشایی فعال(DMBR)^[144] و فرایند انعقاد استفاده شد. با توجه به نتایج آزمایشگاهی، بالاترین بازده HAR(راکتور اسیدیفیکاسیون آبکافتی)^[۱۴۵] در زمان ماند هیدرولیکی(HRT)^[146] ۱۲ ساعت، ۱۰٫۹۸% بود. در زمانی که غشا در مرحله­ پایداری قرار داشت، هر چند که غلظت نفت بسیار کمتر از آن بود که قابل شناسایی و تعیین باشد اما، میانگین غلظت نیتروژن آمونیاک^[۱۴۷] و COD در پساب^[۱۴۸] خروجی DMBR به ترتیب ۱٫۵۰ و ۴۷۶٫۶۳ mg/L بود. در فرایند انعقاد، در pH=9 پساب DMBR به طور مستقیم تصفیه شد و در این زمان، با بهره گرفتن از ۱۴۰ mg/L سولفات آلومینیوم(Al₂(SO₄)₃)^[149]، بازده حذف COD، ۹۸٫۴۱% شد. با این حال، در pH=5، میزان سولفات آلومینیوم به ۸۰ mg/L با همان بازده حذف COD (88.37%) کاهش می­یابد. فرایند ترکیب به مدت ۳۰ روز به طور پیوسته انجام شد و پساب نهایی بدست آمده توانست رده­­یI استانداردهای ملی تخلیه­ی فاضلاب کشور چین^[۱۵۰] را بدست آورد.( زهانگ و همکارانش،۲۰۱۰)

در ژانویه ۲۰۱۱ زهریم و همکارانش^[۱۵۱] به بررسی لخته سازی با پلیمرها، برای پیش تصفیه ی نانوفیلتراسیون رنگینه های با غلظت بالا در قالب یک مقاله ی مروری پرداختند. کمبود منابع آب و قوانین سختگیرانه ای که در این زمینه وجود دارد، باعث می شود تا استفاده مجدد از آب در صنایع مربوط به رنگ از جمله نساجی و چرم خیلی بیشتر از قبل اهمیت یابد. از بین انواع مختلف رنگینه ها، رنگ های قابل انحلال از بقیه پیچیده تر می باشند. نانوفیلتراسیون برای تصفیه ی فاضلاب رنگی بسیار حیاتی می باشد اما محدودیت اصلی در اینجا بحث جرم گیری و رسوب می باشد. سیستم انعقاد سازی و رسوب گزاری برای بهبود عملکرد نانوفیلتراسیون جهت استفاده مجدد از آب و به حداقل رساندن میزان رسوب گرفتگی، می تواند مفید واقع شود. انتخاب نوع ماده منعقد کننده، ( فلز یا پلیمر) و میزان ماده مورد استفاده در این روش خیلی مهم است. عواملی که باعث بهبود لخته سازی می شوند با جزئیات دقیق مورد مطالعه قرار گرفتند و منعقد کننده های فلزی مناسب ارائه شدند. همچنین گزارش شد که پلیمرهای خنثی، کاتیونی و آنیونی، به عنوان کمک منعقد کننده^[۱۵۲] به خوبی می توانند رنگ را جدا نمایند. اضافه کردن یک منعقد کننده فلزی-پلیمر مناسب در میزان و شرایط اختلاط بهینه، باعث می شود تا در pH های وسیع تری بتوان رنگ را جدا نمود که این باعث کاهش تولید رسوب می گردد. همچنین مطالعات عمیق و جامعی در مورد تاثیر مواد منعقد کننده فلزی-پلیمری بر جرم گرفتگی غشایی لازم است که انجام گیرد و در این زمینه استفاده از تکنیک های تصویرسازی می تواند خیلی موثر واقع شود.( زهریم و همکارانش،۲۰۱۱)

در می ۲۰۱۱ رودولف و پیوکر^[۱۵۳] مطالعه ای را بر روی انعقاد و پایدارسازی نانوذرات مگنتیت عامل دار شده فضایی، در یک حلال آلی به کمک پلیمرهای صنعتی مختلف ترتیب دادند. این کار آزمایشگاهی در مورد پایداری نانوذرات مگنتیت عامل دار شده فضایی درحالت کلوئیدی درون یک حلال آلی دی الکتریک ضعیف با غلظت های متفاوتی از پلیمرهای صنعتی مختلف می باشد. این پراکنش ها نقطه شروع یک انحلال و فرایند زنجیری خشک شدن با اسپری می باشد که به این وسیله مواد نانوکامپوزیتی توپر با غلظت حجمی نانوذرات بیش از ۱۰% تولید می شود. ما از روش های گرماوزن سنجی و خاموش سازی نوری و تفرق نوری دینامیکی برای بدست آوردن اطلاعات کمی در مورد غلظت ذرات ابتدایی و مکانیزم پایدار سازی و یا ناپایدار سازی با اضافه کردن پلیمر استفاده می کنیم. مشخص شده است که پلی وینیل بوتیرال می تواند پراکنش را به خوبی پایدار نماید که علت این قضیه برهمکنش های قوی تر ذرات مگنتیت پوشش داده شده با اسید های چرب می باشد که این اطلاعات به کمک محاسبات جذب به دست می آید. پلی متیل متاکریلات و دو نوع از پلی بیس فنول A کربنات می توانند پراکنش را ناپایدار کنند که علت این امر کاهش لخته سازی در کل محدوده غلظت مورد بررسی می باشد. البته بعد از اینکه کاهش لخته سازی نیز رخ می دهد، مقدار قابل توجهی از نانوذرات ابتدایی روی سطح آب شناور می باشد. با کاهش غلظت پلیمر، این ذرات ابتدایی نیز افزایش می یابند. البته در متن مقاله به محدودیت ها و نکات مهمی در ارتباط با ساختار و غلظت این چنین سیستم های کلوئیدی پیچیده به منظور استفاده در فرایندهای صنعتی مطرح می باشد، پرداخته شده است.( رودولف و پیوکر،۲۰۱۱)

در اکتبر ۲۰۱۱ هم کار دیگری در این زمینه و اینبار بر روی بررسی فرایند انعقاد روغن در آب با بهره گرفتن از خاک اره، بنتونیت و هیدروکسید کلسیم جهت تشکیل سطوح صفحه­ای شناور، توسط فو و چونگ^[۱۵۴] انجام شد. انعقاد روغن در آب در حذف روغن از آب ذی­نقش است. استفاده از مخلوط بنتونیت^[۱۵۵] و خاک اره^[۱۵۶] بسیار کارآمد بوده و بازده انعقادی^[۱۵۷] ۹۲% را سبب می­ شود. بیشترین حجم این مخلوط را خاک اره تشکیل می­دهد. افزودن اختیاری مقدار کمی هیدروکسید کلسیم^[۱۵۸] به مخلوط، بازده انعقاد را به ۹۴% افزایش می­دهد. اگرچه استفاده از بنتونیت آلی^[۱۵۹] به جای بنتونیت اصلاح نشده^[۱۶۰] موجب افزایش بازده انعقاد تا ۹۵% می­ شود اما از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. خاک اره به خودی خود در آب فرو می­رود^[۱۶۱]. با این حال، زمانی که از خاک اره به همراه بنتونیت استفاده شد، توده­های^[۱۶۲] منعقدشده روی آب شناور^[۱۶۳] شدند. این توده­های صفحه­ مانند^[۱۶۴] اگر با روغن، بنتونیت و خاک اره همراه باشند، به عنوان ماتریسی(شبکه­ ای) متصل^[۱۶۵] که ظاهرا اندازه­ صفحه­ی توده­هایش هیچ حد مشخصه­ی بالایی^[۱۶۶] ندارد، به کار می­رود. برای مثال، آنها حاوی ۸۱% روغن، ۱۵% خاک اره، ۳% بنتونیت (با فاصله­ی پایه­ای ۱۴٫۴ Å) و ۱% هیدروکسید کلسیم هستند. پس از فشرده سازی^[۱۶۷]، ۷۳% روغن توده­ها از بین می­رود. بدون وجود خاک اره، توده­ها در آب فرو رفته و بازده انعقاد تنها ۷۳% می­ شود. خاک اره به عنوان پوششی فیبری^[۱۶۸] عمل کرده و سبب جذب و پیوستگی روغن منعقدشده و بنتونیت و در نتیجه، تسهیل شکل­ گیری توده­های شناور و حذف متعاقب آنها می­ شود. در صورت وجود بنتونیت اصلاح نشده، اگرچه خاک اره موجب افزایش فوق­العاده­ی بازده انعقاد می­ شود اما میزان بهبود آن(بازده انعقاد) از طریق هیدروکسیدکلسیم، خیلی کمتر است.( فو و چونگ ،۲۰۱۱)

و اما در سپتامبر ۲۰۱۳ نیز تحقیق دیگری در این زمینه، بر روی اثر منعقدکننده های پلیمری بر منعقد سازی- میکروفیلتراسیون آب های سطحی توسط وانگ و همکارانش^[۱۶۹] صورت پذیرفت. پلیمرهای آلی به طور گسترده ای در پیش تصفیه ی میکروفیلتراسیون، به عنوان منعقد کننده استفاده می شوند. البته تاثیر آنها بر عملکرد و کارایی سیستم میکروفیلتراسیون دقیقا مشخص نشده است. در این مطالعه، تاثیر سه نوع از پلیمرهای منعقدکننده بر کیفیت میکروفیلتراسیون نفوذی آب و رسوب گزاری غشاء، با بهره گرفتن از یک غشاء رشته ای توخالی و تحت دو حالت عملیاتی مختلف، منعقد سازی/لخته سازی-رسوب گزاری –میکرو فیلتراسیون (CFSM) ^[۱۷۰] و منعقدسازی/لخته سازی-میکروفیلتراسیون (CFM) ^[۱۷۱] مورد ارزیابی قرار گرفت. نکته ی جالب توجه اینکه تاثیر پلیمرها بر روی رسوب گزاری غشاء نشان دهنده ی تاثیر آنها بر حجم مواد آلی حل شده یا خواص ذرات حل شده در آب ورودی غشاء نمی باشد. با اضافه کردن منعقد کننده های پلیمری اندازه ذرات لخته شده بیشتر شد و نسبت ابعاد فراکتالی^[۱۷۲] کاهش یافت و تفکیک و جداسازی مواد آلی حل شده نیز مقداری بهبود یافت که در نهایت انتظار می رود که این دو موضوع باعث کاهش رسوب گیری غشاء شود. البته میزان رسوب گرفتگی غشاء در تمامی موارد بدتر شد به استثنای زمانیکه از پلی(دی آلی دی متیل آمونیوم)کلرید^[۱۷۳] با بار مثبت در فرایند انعقاد/لخته سازی-ته نشینی –میکروفیلتراسیون استفاده شد. در واقع تمامی پلیمرها به شدت میزان رسوب گرفتگی برگشت ناپذیر هیدرولیکی را در حالت انعقاد/لخته سازی-میکروفیلتراسیون CFM افزایش دادند. افزایش میزان رسوب گرفتگی در حالت CFSM مربوط به پلیمرهای باقی مانده می باشد ولی در حالت CFM، به دلیل اتصال بهتر ذرات لخته و رسوبات جمع شده بازگشت ناپذیر در سطح غشاء می باشد. با توجه به امکان رسوب گزاری غشایی و با در نظر گرفتن این نکته که وقتی پلیمرها اضافه می شوند کیفیت آب به میزان کمی بهبود پیدا می کند، استفاده از پلیمرها در عملیات میکروفیلتراسیون می بایست دقیقا ارزیابی شود. (وانگ و همکارانش،۲۰۱۳)

در فوریه ی سال ۲۰۱۴ هم تحقیقی توسط شن و همکارانش^[۱۷۴] بر روی حذف سیانید کل از فاضلاب یک کارخانه زغال سنگ سازی بوسیله ی فرایند انعقاد انجام شد. تا پیش از این هیچ موردی مبنی بر اینکه استفاده از پلیمرهای آلی کاتیونی، در مقایسه با پلیمرهای آلی غیر یونی، حذف مقدار سیانید کل بیشتری را به دنبال دارند، گزارش نشده بود. در این مطالعه، بوسیله ی پلی فریک سولفات و در حضور یک پلیمر آلی کاتیونی و بار دیگر یک پلیمر آلی غیر یونی، تاثیر پلیمرهای آلی با دانسیته ی بار متفاوت را بر روی مکانیسم حذف سیانید کل، از فاضلاب زغال سنگ سازی مورد بررسی قرار داده ایم. نتایج آزمایشات انعقاد نشان داد که غلظت سیانید کل باقی مانده، بعد از لخته سازی بوسیله ی پلی فریک سولفات کاتیونی بسیار پایین تر از زمانی است که از پلی فریک سولفات غیر یونی برای رسوبدهی استفاده می کنیم.که این را می توان به مکانیسم های متفاوت حذف سیانید، توسط پلیمرهای آلی متفاوت نسبت داد. برای بررسی نقش پلیمرهای آلی، خصوصیات فیزیکی و ساختاری لخته ها، بوسیله ی روش های FT-IR، XPS، TEM و XRD مورد آنالیز قرار گرفتند. به علت حضور N⁺ در پلی فریک سولفات کاتیونی، Fe(CN)³⁻_۶ و لخته های منفی(Fe(CN)³⁻_۶ جذب شده بر روی فریک هیدروکساید ) سیانید ها از طریق خنثی سازی بار و اتصال الکترواستاتیکی با پلیمرهای آلی کاتیونی، حذف می شوند. به هر حال، آنچه که مشخص است این است که نیتروژن غیر یونی در پلی فریک سولفات نیتروژنی، به سختی و از طریق روبشی و پل سازی با سیانید واکنش می دهد. که این مشخص می کند که پلیمر غیریونی تاثیر کمتری بر حذف سیانید دارد. (شن و همکارانش،۲۰۱۴)

در می ۲۰۱۴ رونگ و همکارانش^[۱۷۵] تحقیقی بر روی بررسی تاثیر میزان پلیمر آلی سنتزی و پلی فریک سولفات بر خواص لخته­ها در فرایند انعقاد پساب­های رنگرزی انجام دادند. در این پژوهش از بازیافت لجن صنایع کاغذسازی و مایعات مصرف شده در قطعه شویی^[۱۷۶]، به ترتیب جهت سنتز یک پلیمر آلی لخته­ساز (LA) و پلی فریک کلراید(PFC) استفاده گردید. این مواد به عنوان تصفیه کننده های مصنوعی پساب رنگرزی، برای زرد پراکنده(DY)^[177] و آبی واکنش پذیر(RB)^[178] استفاده شده اند. تاثیر پلی فریک کلرید و منعقدکننده­ی دو واحدی (PFC+LA) و دوز دوم LA افزوده شده پس از دوره جدا شدگی و شکست^[۱۷۹] (PFC-LA)، بر جداکردن رنگ، رشد مجدد لخته­ها و ساختار آن­ها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. یافته­ ها نشان داد که PFC کارایی بالایی در حذف مواد رنگی دارد و حدود ۹۰% دو ماده­ رنگزا در هر مقدار دلخواهی را از بین می­برد. با این حال، اگرچه با افزودن LA پس از PFC، بازده حذف مواد رنگی کمی بیشتر شد ولی در عین حال، لخته­های تولیدی نیز بزرگتر بودند. به ویژه این که، نسبت پلی فریک کلرید به مواد رسوبی برای پراکنش زرد و آبی واکنش پذیر به ترتیب تقریبا ۱٫۴۳ و ۰٫۵۹ می باشد. این مقدار را با ۱٫۷۵ و ۰٫۷۲ برای رسوبات ناشی از پلی فریک کلرید + فلوکولانت مقایسه کنید. استفاده از LA در دوره شکست و جداشدگی، میزان بازیافت لخته­ها را بسیار بالا برد که ترتیب آنها این گونه می باشد: LA > PFC + LA > PF.

علاوه بر این، بهبود لخته­های بازکننده و تمیزکننده^[۱۸۰]، در مقایسه با لخته­های حاصل از PFC، پس از دوره شکست، بدلیل برقراری پیوندهای LA، توسط PFC-LA و PFC+LA صورت پذیرفت. برای مثال، هنگام در عملیات RB، میزان TWV مربوط به PFC، PFC+LAو PFC-LA به ترتیب ۱۰٫۲۴%، ۱۳٫۲۴و ۱۶٫۱۶% بود. از این­رو چنین نتیجه ­گیری می­ شود که در فرایند انعقاد، استفاده از LA برای خنثی­سازی بارالکتریکی، جذب­سطحی و پل زدن، مطلوب­تر است. (رونگ و همکارانش،۲۰۱۴)

فصل سوم

• 1. مواد و روش­ها :

کلیه­ واکنشگرهای شیمیایی^[۱۸۱] از نظر تجزیه­ای خالص بوده و در تهیه­ کلیه­ محلول­ها از آب دیونیزه­شده^[۱۸۲] استفاده گردیده است.

•  

• • 1. روش سنتز اکسید روی در ابعاد نانو:

برای تهیه محلول یک مولار یون Zn⁺² از فلز روی استفاده گردید.در وهله­ی اول، محلول موجود خالص و سپس نوعی عامل فعال­کننده سطحی^[۱۸۳] ۰٫۰۵M و حدود ۱۰ درصد اتانول، تحت شرایط فراصوتی اضافه گردید. محلول حاصل در فاصله­های زمانی معین هم زده ­شد و همچنین در ظرف جداگانه ای، تحت شرایط یکسان، واکنشگر های مشابهی به محلول ۱ مولار Na₂CO₃ اضافه گردید و سپس، در همان شرایط فراصوتی، دو محلول آبی تولید شده، به تناسب ترکیب و نیم­ساعت هم زده شدند. پس از افزودن عامل فعال­کننده سطحی دیگری، مخلوط حاصل، نیم­ساعت دیگر نیز هم زده شد و به ترتیب پس از پالایش، چندین بار متناوب تحت شرایط مشابه با آب مقطر^[۱۸۴] و اتانول شسته شد. ماده­ تولید شده در دمای ۸۰  به مدت ۵۰ دقیقه خشک شد. سپس به منظور تولید نانوذرات اکسید روی در دمای ۴۵۰  به مدت ۵۰ دقیقه حرارت داده شد.رنگ ماده­ حاصله زرد روشن بود و ساختار آن با بهره گرفتن از روش­های XRD، SEM و TEM مشخص شد. ذرات کروی تولید شده در ابعادی با قطر ۳۵-۵۵  تقریبا مشاهده شد. در نهایت، بلور حاصله، اکسید روی خالص بوده و ساختاری شش وجهی داشت. در آخر، به منظور تهیه­ منعقدکننده­ای جدید، نانوذرات اکسید روی به پلی سولفات فریک اضافه شد. شکل(۱)، نشان­دهنده تصاویر SEM گرفته شده از نانوذرات اکسید روی در دو مقیاس متفاوت است: الف- در مقیاس ۵  ب- در مقیاس ۵۰۰

شکل۳ - ۱) تصویر SEM از نانوذرات اکسیدروی در مقیاس ۵ میکرومتر شکل۳ - ۲) تصویر SEM از نانوذرات اکسیدروی در مقیاس ۵۰۰ نانومتر

•  

• • 1. سنتز پلی سولفات فریک:

همان­طور که ذکر شد، کلیه­ واکنشگرهای مورد استفاده در سنتز پلی سولفات فریک از نظر تحلیلی درجه­بندی شده بودند. سنتز پلی سولفات فریک شامل فرآیندهای آبکافت، اکسایش و در نهایت، بسپارش است. گام نخست، افزودن سولفات فروس جامد(FeSO₄ • ۷H₂O) به بشر ۲۵۰ mL حاوی آب دیونیزه­شده است. سپس، غلظت مشخصی از اسید سولفوریک نسبت به سولفات فروس، با نسبت مولی بالاتر از ۰٫۲ به ۱، به منظور پیشگیری از رسوب اکسید فریک، افزوده شد. پس از تکان ۵ دقیقه­ای، سدیم کلرات(NaClO3) به عنوان اکساینده اضافه شد و مخلوط بدست آمده در حمام آبی(بن ماری)^[۱۸۵] با درجه حرارت ثابت که به طور پیوسته با سرعت ۲۰۰ دور در دقیقه هم زده می­شد به مدت ۳ ساعت قرار داده شد. درجه حرارت بین ۵۵ تا ۸۰۸ درجه سانتیگراد نگه داشته شد. در آخر نیز به منظور پایدار کردن PFS، محصول به مدت ۲ ساعت در معرض دمای ۵۰۸  قرار داده شد. محصول نهایی به صورت مایع و به رنگ قهوه­ای مایل به قرمز (خرمایی رنگ)^[۱۸۶] بود. مشخصات اصلی پلی سولفات فریک سنتز شده در جدول(۱) به طور خلاصه بیان شده اند:

جدول(۳-۱) مشخصات اصلی مربوط به تولید آزمایشگاهی پلی سولفات فریک

پارامتر	قدرت بازی (wt. %)	میزان آهن(فریک) (wt. %)	چگالی (wt. %)	pH
میزان	۱۰٫۷	۱۳٫۵	۱٫۳	۲٫۹

• •  

• • • 1. بررسی ساختاری و ریخت­شناسی(مورفولوژی)^[۱۸۷]:

تعیین مشخصه­های پلی سولفات فریک جامد بر اساس استفاده از هاون در محیط آزمایشگاهی صورت پذیرفت. از این رو، تست SEM با بکارگیری XL-30 EXEM انجام شد. جهت محاسبه­ی طیف مادون قرمز تبدیل فوریه از طیف­سنج ۲۰۰۰ FTIR به روش معمولKBr (قرص‌های پتاسیم بروماید) استفاده گردید.

• •  

• • • 1. طیف‌سنجی مادون قرمز^[۱۸۸] تبدیل فوریه:

این یک روش ویژه و مطمئن، برای محاسبه­ی طیف مادون قرمز مربوط به جذب^[۱۸۹]، نشر^[۱۹۰]، نوررسانی^[۱۹۱] و پراکندگی رامان^[۱۹۲] سیالات می باشد. طیف­سنج FTIR توانایی جمع­آوری همزمان داده ­های طیفی مربوط به دامنه­ طیفی وسیعی را دارد؛ مزیت این طیف­سنج نسبت به طیف­سنج پاشنده^[۱۹۳] نیز همین است. طیف­سنج پاشنده، دستگاهی است که میزان شدت مربوط به دامنه­ محدودی از طول­موج­ها را در بازه­ای زمانی اندازه ­گیری می­ کند. روش FTIR به کار رفته تقریبا تمام طیف­سنج­های مادون قرمز پاشنده را مگر زمانی­که نزدیک مادون قرمز باشند، غیر قابل استفاده کرده است و زمینه ­های جدیدی برای استفاده از طیف­سنجی مادون قرمز ارائه می­دهد.

• •  

• • • 1. روش پراش پرتو ایکس^[۱۹۴]:

^[۱۹۵](X- Ray Diffraction )XRD از روش­های تحلیلی غیرمخرب می­باشد که به کمک آن می­توان اطلاعاتی در مورد ساختار بلوری، ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی مواد و لایه­ های نازک بدست آورد. این روش بر مبنای بررسی شدت پراکندگی پرتوهای اشعه ایکس در زمان برخورد با یک نمونه است و اطلاعاتی از قبیل زاویه­ی برخورد و اشعه پراشیده شده، قطبش^[۱۹۶]، طول موج و انرژی فراهم می­ کند.

• •  

• • • 1. میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)^[197]:

در TEM که روشی میکروسکوپی است.، پرتوهای الکترونی از نمونه ­ای بسیار نازک عبور داده می­شوند و در حین عبور از نمونه با آن برخورد می­ کنند. سپس، تصویری تشکیل می­ شود که نتیجه­ برهم­کنش الکترون­های عبوری از نمونه است. می­توان با بهره گرفتن از دستگاه­های تصویر برداری از قبیل صفحه فلئورسنت، تصویر را بزرگ کرد و برای شناسایی آن از حسگری همچون دوربین CDD استفاده نمود. قدرت تفکیک تصاویر TEMهای بدست آمده نسبت به میکروسکوپ­های نوری^[۱۹۸] به علت وجود الکترون­های دارای طول موج دوبروی کوچک­تر^[۱۹۹]، بیشتر است. این ویژگی به کاربران چنین دستگاهی امکان می­دهد تا بتوانند کوچکترین جزئیات- حتی جزئیاتی به کوچکی ستونی از اتم­ها که هزاران مرتبه کوچک­تر از کوچکترین ماده­ تفکیک­پذیر توسط میکروسکوپ­های نوری هستند را بررسی نمایند. علت کنتراست تصاویر^[۲۰۰] TEM در بزرگ­نمایی­های کوچک­تر، جذب الکترون­ها، ضخامت و اجزای سازنده مواد است. در بزرگ­نمایی­های بالاتر، از آنجایی که برهم­کنش­های موجی پیچیده در تعدیل و تنظیم شدت تصاویر موثرند، می­بایست برای تحلیل تصاویر حاصل از متخصص کمک گرفت. وجود نماهای جایگزین قابل استفاده در TEM امکان بررسی مدولاسیون ترکیب شیمیایی، جهت­گیری کریستال­ها، ساختار الکترونی، تغییر فاز الکترون القایی نمونه و نیز، جذب منظم مبتنی بر تصویربرداری را فراهم می­سازد.

•  

• • 1. بررسی قدرت اسیدی(pH) در طی فرایند کهنگی^[۲۰۱] و آزمون پایداری^[۲۰۲]:

از دستگاه الکترونیکی pHسنج^[۲۰۳] برای اندازه ­گیری درجه­ اسیدی یا بازی بودن^[۲۰۴] مایع استفاده گردید. این pHسنج شامل یک کاوشگر^[۲۰۵] اندازه ­گیری ویژه­ از جنس الکترود شیشه ­ای است و به یک دستگاه سنجش الکترونی، که میزان pH را اندازه ­گیری کرده و نشان می­دهد، متصل شده است. کاوشگر، بخش مهمی از دستگاه pHسنج به شمار می­رود؛ ساختاری میله مانند دارد و معمولا از جنس شیشه است. در قسمت کفی کاوشگر، حبابی^[۲۰۶] وجود دارد که بخشی تحریک­پذیر است و شامل حسگرها می­باشد.

•  

• • 1. پتانسیل زتا:

«پتانسیل زتا»، ­واژه­ای علمی است که در این پژوهش جهت اشاره به پتانسیل الکتروجنبشی(پتانسیل الکتروسینتیک)^[۲۰۷] به کار رفته است. در متون مربوط به کلوئیدها در علم شیمی، معمولا با واژه­ی یونانی zeta (ζ)، گرفته شده از ریشه­ ζ-potential، نشان داده­می­ شود. از دیدگاه نظری، پتانسیل زتا همان پتانسیل الکتریکی موجود در بین دو لایه^[۲۰۸] و در محل لغزش سطوح^[۲۰۹] متقابل در تجمع مایع و به دور از سطح مشترک^[۲۱۰] به وجود می ­آید. به عبارت دیگر، پتانسیل زتا، اختلاف پتانسیل بین ناحیه پراکندگی و لایه­ی ثابت مایع متصل به ذرات پراکنده، است. علاوه بر این، میزان اختیاری این پتانسیل در زمان جداسازی سطوح کم­بار و سطوح پربار را می­توان ۲۵ Mv (مثبت یا منفی) در نظر گرفت.

نکته­ی مهم در مورد پتانسیل زتا این است که میزان آن به پایداری پراکندگی کلوئیدها مربوط است. پتانسیل زتا نشان­دهنده میزان دافعه­ی بین ذرات مجاور، یعنی ذرات (با بارالکتریکی) همنام، در ناحیه پراکندگی است. اگر مولکول­ها و ذرات به اندازه­ کافی کوچک باشند، پتانسیل زتای بالا موجب پایداری آن سیستم می­گردد؛ و اگر پتانسیل زتا پایین باشد، نیروی جاذبه^[۲۱۱] بیشتر از دافعه شده^[۲۱۲]، ذرات از هم پاشیده و لخته به وجود می ­آید. بنابراین، در پژوهش حاضر، کلوئیدهای دارای پتانسیل زتای بالا (مثبت یا منفی) از نظر الکتریکی پایداراند اما کلوئیدهای دارای پتانسیل زتای پایین تمایل بیشتری به منعقد و لخته­شدن دارند. با توجه به این واقعیت که بعضی از گونه­ های آبکافت^[۲۱۳] حل­شده در ترکیب نانوذرات اکسید روی و پلی سولفات فریک می­توانند به سطح رسوبات آبکافتی بچسبند، در نتیجه، پتانسیل زتا را می­توان به عنوان نوعی آبکافت در ZnOPFS در نظر گرفت.

•  

• • 1. آزمایش­های مرتبط:

آزمون­های مربوط به فرآیندهای انعقاد و لخته­سازی، با بهره گرفتن از دستگاه شش پره ای آزمون جار متداول^[۲۱۴] در بشرهای یک لیتری انجام شد. به این منظور، به فاضلاب آلوده به مواد روغنی یک میدانی نفتی، در بشرهای مختلف، دوزهای متفاوتی از منعقد کننده افزوده شد. ابتدا، پساب های روغنی، همزمان با افزودن منعقدکننده با سرعت چرخشی ۲۰۰ دور در دقیقه به مدت ۲ دقیقه هم زده شدند. در مرحله­ بعدی، پلی آکریل آمید آنیونی^[۲۱۵] با وزن مولکولی (۱۰–۱۲) ×۱۰^۶ به عنوان کمک منعقدکننده به ازای هر لیتر، یک میلی گرم افزوده شد. سپس، به منظور ایجاد موقعیتی برای تشکیل لخته­ها^[۲۱۶]، میزان هم زدن به ۶۰ دور در دقیقه به مدت ۵ دقیقه کاهش یافت. در آخر، هم زدن مخلوط متوقف و لخته­ها به مدت ۳۰-۶۰ دقیقه ته­نشین شدند. پس از ته­نشینی^[۲۱۷]، به منظور بررسی بیشتر، نمونه ­ای از مایع رویی شناور^[۲۱۸] گرفته شد.

•  

• • 1. روش­های تحلیلی:

میزان کدورت^[۲۱۹] با بهره گرفتن از دستگاه کدورت سنج^[۲۲۰] (مدل ۲۱۰۰A) اندازه ­گیری شد. جهت تجزیه و تحلیل اکسیژن خواهی شیمیایی^[۲۲۱] و غلظت^[۲۲۲] SS از روش استاندارد آزمایش های مربوط به پساب های آبی و روغنی، استفاده گردید.

فصل چهار

• 1. نتایج و بحث:

     1. ساختار و ریخت­شناسی(مورفولوژی):

همان طور که ذکر شد، جهت تعیین ساختار ZnO و PFS و مشخص نمودن این که آیا عوامل موثری هستند که بر ساختار و مورفولوژی تاثیر بگذارند یا خیر، از روش­های SEM، XRD، FTIR، و TEM استفاده گردید.

• •  

• • • 1. تحلیل طیف­ FTIR:

شکل(۴-۱) نشان­دهنده طیف FTIR مربوط به سنتز ZnOPFSd (n = 2.0) به ترتیب در pH=2 و pH=3 است. تحلیل و بررسی هر دو طیف FTIR، نشان­دهنده مشخصات پیوندی^[۲۲۳] در محدوده ی ۳۴۰۰–۳۳۵۰ cm^−۱ و ۱۶۴۲cm^{−۱ [۲۲۴]} است که علت آن می ­تواند ارتعاش کششی^[۲۲۵] آنیون هیدروکسید، ارتعاش جذب آب و یا کمپلکس­های مواد منعقدکننده باشد.

شکل(۴-۱). طیف FTIR نمونه ZnOPFS(N=20) در مقادیر pH اولیه متفاوتpH 3.0) (pH 2.0 ,.

پیک­های^[۲۲۶] ناحیه­های۴۹۰cm^−۱ و۱۱۶۲cm^−۱ به ترتیب مربوط به مشخصه های^[۲۲۷] پیوند^[۲۲۸] Zn-O و پیوند Fe-O هستند. علاوه­ بر این، پیک های ارتعاش خمشی^[۲۲۹] مشخصی برای پیوندهای Fe-OH-Zn در ناحیه­ی ۹۲۰cm^−۱ و ۶۲۰cm^−۱ قرار گرفته است. ارتعاش کششی^[۲۳۰] پیوند Fe-O با پیک جذبی ناشی از ارتعاش خمشی پیوند Fe-OH-Zn، هم­پوشانی دارد. این هم­پوشانی نشان­دهنده واکنش یون روی و گونه­ های هیدرولیز شده ی آن با PFA به منظور تشکیل گونه­ های پلیمری روی-فریک است. پیک ناحیه­ی۱۱۲۰cm^−۱ مربوط به ارتعاش شبکه­ ای­کریستال^[۲۳۱] SO₄²⁻ و HSO₄⁻ در ZnOPFS است. همان طور که در شکل(۴-۱) نشان داده شده است، طیف FTIR در pH=3 نشان­دهنده پیوند پهن^[۲۳۲] OH و گروه ­های عاملی است. پیک­های شدیدتر برای (Fe–O) در ۱۱۳۱cm^−۱ و ۱۱۶۲cm^−۱ با افزایش pH، مشاهده می شود و بر تقویت قدرت پیوند Fe–O–H و افزایش تعداد پلیمرهای چندحلقه­ای^[۲۳۳] و آبکافتی دلالت دارد. با افزایش pH، شمار شدت پیک جذب در ۹۲۰–۱۱۶۲ cm^−۱ افزایش می­یابد. این امر نشان­دهنده افزایش تعداد پیوندهای Fe–OH–Zn و پلیمرهای چندحلقه­ای در نمونه­ ZnOPFS است. به عبارت دیگر، مقدار pH موجب افزایش میزان تجمع و پیوستگی ذرات شده و در نتیجه، تفاوت ساختار منعقدکننده­ها می ­تواند منجر به اختلاف شدت پیک جذب در اعداد موج ZnOPFSd در pH های متفاوت، شود.

• •  

• • • 1. الگوهای XRD و تحلیل TEM:

شکل(۴-۲) نشان­دهنده طیفXRD مربوط به پودر ZnOPFSd است. همان گونه که شکل(۴-۲) نشان می­دهد، به کمک نرم­افزار PCPDFWIN واکنش­دهنده­های^[۲۳۴] بسیار کمی قابل تشخیص­اند. دلیل چنین حالتی می ­تواند وجود پیک­های ضعیف یا کم ZnSO₄ در ۲۴٫۵۲ = θ۲ و ۲۵٫۰۶ = θ۲ و نیز Na₂SiO₃·۹H₂O در ۲۳٫۱۴= θ۲ و ۳۰٫۴۵= θ۲ باشد. چنین پیشنهاد شده است که علت وجود این پیک­ها ممکن است، تشکیل ترکیبات جدیدی که جزء گروه ­های موجود نیستند و یا مواد جدیدی که هنوز فرمول استانداری ندارند، باشد.

اغلب پیک­های دارای شدت بالا در ناحیه­ی ۱۶٫۲۰ - ۱۹٫۲۲ - ۲۰٫۸۰ -۲۵٫۹۸ -۲۶٫۹۹ - ۳۴٫۰۳ = θ۲ روی می­ دهند و بیانگر آن است که ZnOPFS می­بایست ترکیب پلی کریستالی جدیدی از Fe، Zn و دیگر گونه­ های پلیمری باشد نه مخلوطی ساده از مواد اولیه.

شکل(۴-۲).طیف XRD از نمونه ZnOPFS (n=2.0 و pHاولیه =۲٫۰)

همان طور که در شکل(۴-۳) نشان داده شده است، بر اساس بررسی ریخت­شناسی ZnOPFS مشخص گردید که این ترکیب دارای ساختار شبکه­ ای متراکم^[۲۳۵] همراه با برخی مواد آبکافتی است که با مواد موجود در PFA متفاوتند، و با افزایش n در یک محدوده، میزان فشرده شدن ساختار شبکه­ ای افزایش می­یابد. جهت لخته سازی ذرات کلوییدی و تشکیل پل های تجمعی میان لخته ها، ساختارهای شبکه ای متراکم بسیار مطلوب تر از ساختارهای شاخه دار می باشند. با توجه به نتایج فوق­الذکر چنین می­توان گفت که ساختار ZnOPFS بشدت تحت تاثیر مقدار n، که موجب تشکیل آبکافت­های متفاوت و به همان نسبت تشکیل گونه­ های پلیمری می­ شود، قرار دارد. با این حال، اگر n>2.5 باشد، نمونه­های مایع ZnOPFS برای ته­نشین شدن به دوره­ کهنگی کوتاهی نیاز خواهند داشت. به طور کلی، نتایج حاصل از بررسی نمونه­های ZnOPFS به کمک روش­های FTIR، XRD و TEM نشان داد که pH و مقدار n تاثیر زیادی بر ساختار و مورفولوژی نمونه­ها دارند و از این رو، جهت تهیه­ ZnOPFS و بررسی عملکرد انعقادی آن می­بایست به این عوامل توجه داشت.

شکل(۴-۳).عکس TEM در ابعاد میکرو از ZnOPFS

•  

• • 1. خواص ZnOPFS:

       1. پایداری ZnOPS:

با توجه به ناپایداری محلول PFA، یون­های فلزی عموما به عنوان عوامل کندکننده­ی فرایند بسپارش^[۲۳۶] در نظر گرفته می­شوند. از سویی، این یون­ها می­توانند سرعت واکنش PFA را کنترل کرده و از ایجاد انعقاد پیشگیری کنند و از این رو، موجب بهبود پایداری پلی فریک شوند. وقوع چنین حالاتی به این دلیل است که افزایش یون­های فلزی موجب کاهش میزان H₄FeO₄ و در نتیجه، کاهش میزان بسپارش PFA می­شوند. از سوی دیگر، چگالی ابر الکترونی گروه هیدروکسیل مولکول PFA از بین رفته و می تواند موجب کاهش میزان بسپارش PFA شود. میزان پایداری نمونه­ها در دمای اتاق بررسی و نتایج حاصله در جدول(۴-۱) به صورت خلاصه آورده شده اند. چنین مشاهده گردید که پایداری ZnOPFS نسبت به پایداری PFA به طور قابل توجهی افزایش یافته است. از سویی، مدت پایداری PFA در pH=1.5-2.5، ۹-۱۴ روز است و سپس نمونه­ها در نهایت به ژل تبدیل می­شوند.

جدول(۴-۱). پایداری گروه های مختلف ZnOPFS و PFA.

نوع منعقد کننده	pH	نسبت Zn به Fe	پایداری	شکل ظاهری
PFA1	۱٫۵	۰	۱۴(D-T)	Gelation
PFA2	۲	۰	۱۲(D-T)	Gelation
PFA3	۲٫۵	۰	۹(D-T)	Gelation
ZnOPFSa1	۱٫۵	۰٫۵	۴۲(D-T)	Precipitation
ZnOPFSa	۲	۰٫۵	————	Transparent liquid
ZnOPFSa2	۲٫۵	۰٫۵	۵۳(D-T)	Precipitation
ZnOPFSa3	۳	۰٫۵	۳۵(D-T)	Precipitation
ZnOPFSb1	۱٫۵	۱	————	Transparent liquid
ZnOPFSb	۲	۱	————	Transparent liquid
ZnOPFSb2	۲٫۵	۱	۵۰(D-T)	Precipitation
ZnOPFSb3	۳	۱	۳۹(D-T)	Precipitation
ZnOPFSc1	۱٫۵	۱٫۵	————	Transparent liquid
ZnOPFSc	۲	۱٫۵	————	Transparent liquid
ZnOPFSc2	۲٫۵	۱٫۵	————	Transparent liquid
ZnOPFSc3	۳	۱٫۵	۳۸(D-T)	Precipitation
ZnOPFSd1	۱٫۵	۲	————	Transparent liquid
ZnOPFSd	۲	۲	————	Transparent liquid
ZnOPFSd2	۲٫۵	۲	۵۵(D-T)	Precipitation
ZnOPFSd3	۳	۲	۳۲(D-T)	Precipitation

به این معنی که : هیچ رسوبی توی ۶۰ روز اتفاق نمی افتد.(——) به این معنی:مدت زمان نا پایداری بر حسب روز(D-T)

از سوی دیگر، برخی از نمونه­های ZnOPFS پس از ۶۰ روز بدون این که رسوب کنند یا منعقد شوند، به صورت پایدار نگهداری شدند. با این حال، در نمونه­های ZnOPFS با pH=3 در طی ۴۰ روز، مقداری رسوب وجود داشت که آن را می­توان به این حقیقت که با افزایش pH، گونه­ های PFA در ZnOPFS به ژل تبدیل می­شوند و به عبارتی منعقد می­شوند، نسبت داد.

• •  

• • • 1. تغییر قدرت اسیدی^[۲۳۷] طی دوره­ کهنگی ZnOPFS :

اگرچه میزان پایداری ZnOPFS نسبت به PFA افزایش یافته است اما عملکردهای انعقادی آن­ها ممکن است بتدریج در طول مدت زمان ذخیره سازی نهایی، به دلیل تغییر ساختار منعقدکننده کاهش یابد. در طول زمان کهنگی، تغییرات pH منعکس­کننده­ تغییر گونه­ های پلیمری و مورفولوژی منعقدکننده­ها است. شکل(۴-۴) الف نشان­دهنده تغییرات pH دو نمونه ZnOPFS و PFA در pH اولیه­ مشابه است. می­توان دریافت که آن­ها بشدت وابسته به زمان­اند، یعنی: قدرت اسیدی(pH) PFA تمام مدت کاهش می­یابد و بتدریج پس از ۶۰ ساعت اشباع می­گردد؛ با این حال، قدرت اسیدی(pH) ZnOPFS نخست افزایش می­یابد اما پس از عبور از حداکثر مقدار، کاهش یافته و در نهایت، ثابت می­ شود. علاوه بر این، تغییر مقدارn در ZnOPFS، منجر به واگرایی رفتارهای pH وابسته به زمان می­ شود : در n=0.5، میل ترکیبی و میزان اشباع pH، ZnOPFS پس از ۲۰ ساعت مشابه PFA است. با این حال، در n=1.5، pH در تمام مدت نزدیک به مقدار اولیه است. پیش از رسیدن به حالت پایا، تغییرات pH به دلیل این است که واکنش­های آبکافت/ بسپارش هنوز در حال انجام­اند.

۱٫۳۴

۱٫۳۶

۱٫۳۸

۱٫۴

۱٫۴۲

۱٫۴۴

۱٫۴۶

۱٫۴۸

۱٫۵

۱٫۵۲

۱٫۵۴

۰

۲۰

۴۰

۶۰

۸۰

۱۰۰

۱۲۰

۱۴۰

۱۶۰

زمان (ساعت)

pH

n=0.5, ZnOPFS

n=1.5, ZnOPFS

PFA

(الف)

۰

۰٫۵

۱

۱٫۵

۲

۲٫۵

۰

۲۰

۴۰

۶۰

۸۰

۱۰۰

۱۲۰

۱۴۰

۱۶۰

۱۸۰

زمان (ساعت)

pH

initial pH=1.8, ZnOPFS

initial pH=0.95, ZnOPFS

initial pH=1.8, PFA

initial pH=0.95, PFA

(ب)

شکل (۴-۴).تغییرات Ph با گذشت زمان الف) ZnOPFS با مقدار n متفاوت ب)ZnOPFS در Ph اولیه ی متفاوت .

سپس pH(قدرت اسیدی) ZnOPFS بتدریج ثابت می­ شود و این بدان معناست که مرحله­ آبکافت/ بسپارش تمام شده و ZnOPFS به حالت تعادلی نسبی رسیده است. با توجه به داده ­های شکل(۴-۴) الف می­توان گفت که گونه­ های موجود در ZnOPFS می­توانند میزان تغییرات pH را بشدت تحت تاثیر قرار دهند: وابسپارش یون روی منجر به افزایش pH در دوره­ کهنگی اولیه می­ شود. ضمنا به همین صورت، کاهش pH می نواند ناشی از فرایند بسپارش باشد. شکل(۴-۴)ب نشان­دهنده تاثیر زمان کهنگی بر تغییرات pH منعقدکنند­ها در pHهای اولیه­ متفاوت است. شباهت تغییرات pH مربوط به ZnOPFS و PFA در pH اولیه­ ۰٫۹۵ می ­تواند دلیل رفتار مشابه احتمالی در آبکافت­ها و گونه­ های پلیمری در ZnOPFS و PFA باشد. با این حال، اختلافاتی نیز در pH اولیه­ ۱٫۸۰، برای ZnOPFS و PFA مشهود است که عبارتند از: pH مربوط به PFA بتدریج کاهش یافته و نهایتا در مقدار کمتر از ۱٫۸۰ پایدار گردید. بر خلاف PFA، pH مربوط به ZnOPFS بتدریج افزایش یافته و در pH=1.98 به پایداری رسید. شایان ذکر است که تفاوت pH مواد منعقدکننده به سبب تاثیر زیاد pH بر چگونگی تشکیل و تبدیل برخی گونه­ ها در ZnOPFS است. اگرچه در pH=0.95، مشخصه ی توزیع نمونه­های ZnOPFS مشابه فریک است اما در pH=1.80، گونه­ های فریک اولیه در ZnOPFS پس از فرایند کهنگی به سرعت تغییر می­ کنند. با افزایشpH، گونه­ های مونومری، کم پلیمر (Fe-a)، متوسط پلیمر(Fe-b) و پر پلیمر(Fe-c) در نمونه­های ZnOPFS طویل تر از گونه های مشابه خود در محلول­های تکی PFA نیستند؛ بلکه همگی در حال کمپلکس یا ترکیب شدن با گونه­ های موجود در فریک هستند. با افزایش pH، میزان Fe-b و Fe-c افزایش می­یابد و بیانگر این نکته است که با زیاد شدن خاصیت قلیایی، ترکیب میان فریک و گونه­ های آبکافتی روی- فریک بیشتر می­گردد. بنابراین، این گونه موارد منجر به ایجاد تفاوت pH بین منعقدکننده­ها می­ شود.

• •  

• • • 1. تاثیر pH و نسبت مولی آهن/ روی(Zn/Fe) بر پتانسیل زتا:

شکل(۴-۵)الف نشان­دهنده تاثیر pH بر پتانسیل زتای مواد منعقدکننده است. می­توان دریافت که ذرات ZnOPFS دارای بار مثبت و ذرات PFA دارای بار منفی هستند. بنابراین، PFA توانایی خنثی­سازی بار ذرات کلوئیدی را در فرایند انعقاد ندارد زیرا هر دو دارای بار منفی­اند. علاوه بر این، یادآوری می­گردد که افزایش یون روی موجب افزایش بار مثبت ZnOPFS می­ شود. با افزایش pH، پتانسیل زتای ZnOPFS نیز به همان ترتیب افزایش می­یابد اما این روند در pH=2.25-3.25 کند شده و حالت نزولی پیدا می­ کند. در این حالت، پایین بودن پتانسیل زتا ممکن است به علت کمتر بودن بارکاتیونی گونه­ های آبکافتی الیگومری^[۲۳۸] باشد. شکل(۴-۵)ب نشان­دهنده تاثیر مقدارn بر پتانسیل زتای ذرات کلوئیدی در هر دو حالت تعلیق دیاتومیت و فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی پس از افزودن ZnOPFS است. غلظت تعلیق دیاتومیت در pH=7.35، ۲۵۰ mg/L بود. فاضلاب آلوده به مواد روغنی نیز حاوی SS 96.5 mg/L در pH=6.8 بود. پتانسیل زتای اولیه ی مربوط به تعلیق دیاتومیت و پساب روغنی به ترتیب −۲۳٫۲۵ mV و −۲۶٫۷۲ mV بود. شایان ذکر است که با بالا رفتن مقدارn و تغییر بار از منفی به مثبت، پتانسیل زتا افزایش می­یابد. مخصوصا مشارکت SO4⁻^۲ در کمپلکس شدن ZnOPFS موجب متراکم شدن دو لایه ی الکتریکی دارای بار مثبت شده و زمینه را برای منعقدشدن ذرات کلوئیدی و تشکیل لخته فراهم می­سازد. بنابراین، می­توان چنین نتیجه گرفت که ZnOPFS توانایی خنثی­سازی بار ذرات کلوئیدی موجود در فاضلاب را دارد و با افزایش میزان روی، پتانسیل زتای ذرات کلوئیدی افزایش می­یابد.

-۵۰

-۴۰

-۳۰

-۲۰

-۱۰

۰

۱۰

۲۰

۳۰

۴۰

۰

۰٫۵

۱

۱٫۵

۲

۲٫۵

۳

۳٫۵

pH

پتانسیل زتا (mV)

n=0.5, ZnOPFSa

n=1, ZnOPFSb

n=1.5, ZnOPFSc

PFA

(الف)

-۲۰

-۱۵

-۱۰

-۵

۰

۵

۰

۰٫۵

۱

۱٫۵

۲

۲٫۵

۳

n

پتانسیل زتا (mV)

پساب روغنی

تعلیق دیاتومیت

(ب)

شکل(۴-۵). الف) تاثیر pH بر پتانسیل زتای نمونه ی ZnOPFS ( ب).تاثیر n بر روی پتانسیل زتای تعلیق دیاتومیت و پساب روغنی بعد از اضافه کردن ZnOPFS

•  

• • 1. عملکرد ZnOPFS در فرایند انعقاد:

جهت انجام آزمایش از پساب پایه روغنی ای که به ترتیب حاوی ۷۶۳٫۰ mg/L نفت، ^[۲۳۹]۱۹۶ NTU کدورت، ۹۶٫۵ mg/L SS و ۷۸۲٫۵ mg/L COD بود، نمونه گیری شد.

• •  

• • • 1. حذف کدورت^[۲۴۰] :

میزان pH منعقدکننده نقش مهمی در انعقاد ذرات کلوئیدی طی فرایند رقیق­سازی^[۲۴۱] دارد. شکل(۴-۶) نشان­دهنده تاثیر pH اولیه­ ZnOPFS بر عملکرد انعقادی آن است. می­توان دریافت که نمونه­های ZnOPFS در pH اولیه­ ۱٫۵- ۲٫۵ نسبت به دیگر محدوده­های pH، حذف کدورت بیشتری را به دنبال دارند. باقیمانده کدورت در pH=2، توسط ZnOPFS از ۱۹۶ NTU به حداقل ارزش، یعنی ۷٫۲ NTU، کاهش یافت. می­توان چنین نتیجه گرفت که بهترین محدوده­ pH اولیه برای محلول ZnOPFSc بین ۱٫۵-۲٫۵ است و محدوده­ pH کهنگی متناظر آن ۱٫۶-۲٫۸ است. با این حال، میزان کدورت باقی­مانده، چه در pH اولیه­ بالای ۲٫۵ و چه کمتر از ۱٫۵، به طور قابل ملاحضه­ای زیاد بود که علت آن می­تواندبه این برگردد که افزایش یون روی به PFA ممکن است سبب هیدرولیز کوپلیمر روی-فریک شده و در نهایت همراه با افزایش pH، تولید گونه های پلیمری و آبکافت شده ی متفاوتی را به دنبال داشته باشد که با تغییر توزیع ریخت شناسی فریک، منجر به تغییر کارایی انعقادی آن شود. از سوی دیگر، پایین بودن میزان پلیمرها درPH<1.5 منجر به کاهش بازده انعقادی می­ شود. همچنین مشاهده شد که در pH اولیه­ ۳ در طی آزمایش، ظاهر محلول ZnOPFS از روشنی به تیرگی تغییر کرده و منعقد شد. علت پایین بودن بازده انعقادی در این pH نیز همین است.

۰

۱۰

۲۰

۳۰

۴۰

۵۰

۶۰

۷۰

۸۰

۰

۰٫۵

۱

۱٫۵

۲

۲٫۵

۳

۳٫۵

ZnOPFSاولیه ی pH

کدورت باقی مانده (NTU)

n=0.5, ZnOPFSa

n=1, ZnOPFSb

n=1.5, ZnOPFSc

n=2, ZnOPFSd

شکل(۴-۶). تاثیر pH اولیه ی نمونه ی ZnOPFS بر روی باقی مانده کدورت پساب روغنی

علاوه بر این، شکل(۴-۷)، رفتار انعقادی منعقدکننده­ها در فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی با pHهای متفاوت را نشان می­دهد. عملکرد انعقادی ZnOPFS، پلی سولفات سیلیکات روی^[۲۴۲] و پلی آکریل آمید مساعدت شده به وسیله ی پلی آکریل آمید آنیونی، در فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی، به ترتیب در pHهای ۴٫۵، ۷٫۰ و ۹٫۵ مورد بررسی قرار گرفت. همان­ طور که در شکل(۴-۷) نشان داده شده است، واضح است که نمونه­های ZnOPFS دارای عملکرد بهتری نسبت به دیگر منعقدکننده­ها هستند زیرا محدوده­ عملکرد pH مربوط به ZnOPFS در فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی نسبت به محدوده عملکرد pH مربوط به پلی سولفات سیلیکات روی و پلی آکریل آمید در فرایند انعقاد، گسترده­تر است. میزان کدورت باقی­مانده­ در پساب های روغنی که ازZnOPFS در آنها استفاده شده بود، به اندازه پساب هایی که در آنها از پلی سولفات سیلیکات روی و پلی آکریل آمید استفاده شده بود، افزایش نیافت. که علت آن می ­تواند این باشد که لخته­های حاصل از پلی سولفات سیلیکات روی و پلی آکریل آمید، می توانند از حالت توده ای خود پراکنده شده و بتدریج ساکن شوند و در فاضلاب­ها به حالت تعلیق در می­آیند.

۰

۲۰

۴۰

۶۰

۸۰

۱۰۰

۱۲۰

۱۴۰

۱۶۰

۰

۲۰

۴۰

۶۰

۸۰

۱۰۰

۱۲۰

۱۴۰

۱۶۰

مقدار منعقد کننده (میلی گرم بر لیتر)

باقی مانده ی کدورت (NTU)

n=1, ZnOPFSb

n=1.5, ZnOPFSc

Poly acryl amide

Poly zinc silicate sulphate

pH

=

۴٫۵

(الف)

۰

۲۰

۴۰

۶۰

۸۰

۱۰۰

۱۲۰

۱۴۰

۰

۲۰

۴۰

۶۰

۸۰

۱۰۰

۱۲۰

۱۴۰

۱۶۰