— -فایل پروژه - ریسرچ-407)

1-5-2- روش‌های آنالیتیکال 8
1-6- روش‌های تصفیه فرمالدئید9
1-6-1- روش شیمیایی9
1-6-1-1- واکنش با آب آهک9
1-6-1-2- واکنش با آمونیاک 9
1-6-1-3- واکنش با پتاس 10
1-6-1-4- واکنش با آب اکسیژنه H2O210
1-6-1-5- واکنش با سدیم سیانید NaCN10
1-6-1-6- واکنش جذب سطحی بر روی سطح کربن فعال 10
1-6-2- روش بیولوژیکی 11
1-6-2-1- اصول و قوانین اکسیداسیون بیولوژیکی 11
1-6-2-2-انواع تصفیه بیولوژیکی 11
1-6-2-2-1- تصفیه هوازی 12
1-6-2-2-2- تصفیه بی‌هوازی12
عنوان صفحه
فصل دوم: مروری بر پژوهش‌های پیشین14
فصل سوم: طراحی آزمایشات به‌روش تاگوچی
3-1- مقدمه23
3-2- تعاریف مفاهیم اولیه25
3-2-1- پاسخ25
3-2-1-1- پاسخ‌هایی از نوع بزرگ‌تر (بیشتر) – بهتر25
3-2-1-2- پاسخ‌هایی از نوع کمتر – بهتر25
3-2-1-3- پاسخ‌هایی از نوع نزدیک‌تر – بهتر 25
3-2-2- فاکتور25
3-2-2-1- فاکتورهای کمی و کیفی25
3-2-2-2- فاکتورهای کنترلی و اغتشاشگر26
3-2-3- سطح26
3-2-4- اثر اصلی26
3-2-5- اثرات متقابل26
3-3- انواع روش‌های طراحی آزمایش27
3-3-1- روش تک‌عاملی27
3-3-2- روش چند عاملی28
3-3-3- روش فاکتوریل28
3-3-4- روش رویه پاسخ29
3-3-5- روش تاگوچی30
3-4- فرایند طراحی آزمایش‌ها31
3-4-1- فاز برنامه‌ریزی و مفاهیم مهم در آن31
3-4-1-1- مشخص کردن تعداد اثرات متقابل32
3-4-1-2- انتخاب آرایه متعامد متناسب32
3-4-1-3- درجه آزادی فاکتور32
3-4-1-4- درجه آزادی اثرات متقابل32
3-4-1-5- درجه آزادی کل آزمایش32
3-4-1-6- ویژگی‌های آرایه‌های متعامد32
عنوان صفحه
3-4-1-7- مشخص کردن ستون اثرات متقابل35
3-4-1-7-1- استفاده ازجداول مثلثی35
3-4-1-7-2- استفاده از گراف‌های خطی35
3-4-2- فاز اجرایی35
3-4-3- فاز تجزیه و تحلیل35
فصل چهارم:ابزار، مواد و روش‌ها
4-1- ابزار37
4-2- مواد37
4-3- روش‌ها38
فصل پنجم:نتایج و تجزیه و تحلیل
5-1- فاز تجزیه و تحلیل44
5-1-1- تجریه و تحلیل مقدماتی44
5-1-1-1- محاسبه اثر اصلی فاکتورها44
5-1-1-2- تخمین جواب درشرایط بهینه45
5-1-1-3- بررسی شاخص دقت46
5-1-2- آنالیز واریانس (ANOVA)46
5-1-2-1- تعریف مفاهیم مهم در آنالیز واریانس47
5-1-2-2- روش آنالیز استاندارد49
5-1-2-3- روش آنالیز SN 49
5-1-2-3-1- کاربرد نسبت SN49
5-1-3- انواع مختلف تابع زیان50
5-1-3-1- مشخصه نوع هرچه به ‌مقدار اسمی نزدیک‌تر، بهتر50
5-1-3-2- مشخصه نوع هر چه کوچک‌تر، بهتر50
5-1-3-3- مشخصه نوع هرچه بزرگ‌تر، بهتر50
عنوان صفحه
فصل ششم: جمع‌بندی و پیشنهادات
6-1- جمع‌بندی58
6-2- پیشنهادات 59
فهرست منابع و مأخذ60
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول (1-1): میزان تولید جهانی فرمالدئید5
جدول (2-1): خواص فیزیکی و شیمیائی فرمالدئید8
جدول (3-1): آرایه متعامد33
جدول (3-2): آرایه‌های متعامد در روش تاگوچی34
جدول (4-1): معرفی فاکتورهای انتخابی39
جدول (4-2): پارامترها و سطوح انتخاب شده در طراحی آزمایش39
جدول (4-3): درجه آزادی فاکتورهای انتخابی39
جدول (4-4): نتایج حاصل از طراحی آزمایش به روش تاگوچی40
جدول (5-1): نتایج آزمایشات و میانگین آن‌ها43
جدول (5-2): میانگین آثار اصلی فاکتورها44
جدول (5-3): تداخل بین فاکتورها46
جدول (5-4): تحلیل واریانس نتایج51
جدول (5-5): برآورد شرایط بهینه آزمایش51
جدول (5-6): هدایت اکی‌والان حد تعدادی از یون‌ها در C°2055
جدول (5-7): تحرک یونی حد یون‌ها در دمای در C°2555
جدول (5-8): هدایت اکی‌والان چند الکترولیت در C°25 در محیط‌های آبی56
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل (5-1): اثر pH بر جداسازی فرمالدئید52
شکل (5-2): اثر جریان (A) بر جداسازی فرمالدئید53
شکل (5-3): اثر زمان بر جداسازی فرمالدئید54
شکل (5-4): اثر الکترولیت بر جداسازی فرمالدئید54
شکل (5-5): اثر الکترولیت بر انرژی مصرفی56

فهرست نشانه های اختصاری
اثر اصلی فاکتور A
بهینه حالت اثر اصلی فاکتور
غلظت فرمالدئید Cs
ضریب تصحیح
تخمین مقدار میانگین نتایج E
تعداد فاکتور F
ضریب فیشر F
درجه آزادی خطا f
درجه آزادی خطا fe
درجه آزادی کل فاکتورها ft
تعداد متغیرها K
تعداد سطوح L
تعداد تکرار نقطه مرکزی M
تعداد آزمایش‌ها N
نرمالیته اسیدسولفوریک Na
نرمالیته سود Nb
اندیس آرایه n
درجه آزادی میانگین n1
درصد سهم مشارکت P
تعداد تکرار آزمایشات r
مجموع انحراف مربعات SS
مجموع کل پاسخ‌ها T
واریانس V
حجم اسید مصرفی حجم اسید مصرفی Va
حجم سود مصرفی Vb
واریانس خطا Ve
حجم نمونه Vs
درجه آزادی فاکتور v1
درجه آزادی خطا v2
متغیر xi
متغیر xj
جمع کل نتایج Y
پاسخ y
پاسخ حالت بهینه Yopt
درصد اطمینان α
ریسک α
ضریب β
مقدار ثابت ε
فصل اول
13868409969500
مقدمه
یکی از پیامدهای دنیای صنعتی و مدرنیزه شدن زندگی کنونی آلودگی محیط زیست می‌باشد که در کلیه ابعاد زیستی انسان اعم از آب، خاک و هوا آثار مخرب خویش را نشان می‌دهد. فاضلابهای صنعتی که محصول پیشرفت تکنولوژی در صنعت می‌باشد روز به روز آثار زیان‌بار خود را بر محیط آبی و خاکی تحمیل می‌کند. بدیهی است که با وجود صنایع گوناگون و اشاعه وسیع آلودگیهای زیست محیطی، گام‌های علمی و پژوهشی به منظور کنترل آلودگی‌ها باید با برنامه‌ریزی صحیح و اقدامات عملی همراه گردد. در کشور ما فاضلابها بدون هیچگونه محدودیتی وارد منابع آبهای سطحی و زیرزمینی می‌شوند و فاضلاب‌های صنعتی نیز همین مسیر را طی می‌کنند. ضرورت شناخت فاضلاب‌ها و آلودگی آنها و روش‌های تصفیه آنها مسأله‌ای است که همت بلند محققان و مهندسین بهداشت محیط و محیط زیست این دیار را به یاری می‌طلبد. بدیهی است فاضلاب‌های صنعتی با توجه به تنوع فرآیندها و تنوع در مواد شیمیایی که بعضاً خطرناک و آلوده کننده محیط زیست نیز می‌باشند هر یک مشکلات خاصی برای محیط زیست می‌آفرینند و به همین خاطر هر فاضلابی مربوط به یک صنعت خاص نیاز به مطالعه جداگانه و بررسی و تحقیق ویژه در مورد نوع آلودگی و روش‌های کنترل آن را به همراه دارد. صنایعی که فرمالدئید تولید می‌کنند یا به نوعی با این ماده سروکار دارند از جمله صنایعی هستند که در آلوده‌کردن آب‌ها و ایجاد مشکلات زیست محیطی نقش مهمی دارند و با فشارهای سازمان حفاظت محیط زیست موظف شده‌اند مشکل فاضلاب صنعتی خود را حل کنند. آنچه این کارتحقیقی را پراهمیت می‌سازد این است که بدون حذف جداگانه فرمالدئید، تصفیه کلی فاضلاب این‌گونه صنایع مختل خواهد شد و اگر هم به‌دلیل مسائل اقتصادی، امکان ایجاد تصفیه‌خانه برای کل فاضلاب مقدور نباشد بدون پیش تصفیه فرمالدئید، تصفیه‌خانه فاضلاب شهری با مشکل مواجه خواهد شد.
1-1-فرمالدئید و کاربردهای آن
نام‌های معمول و مترادف فرمالدئید: فرمالدئید، متانال ، متیلن‌اکسید، اکسی متیلن، متیلالدئید، اکسومتان نام‌های متداول برای محلول‌های فرمالدئید: فرمالین و فرمل.
فرمالدئید در فشار و دمای معمولی یک گاز بی‌رنگ با جرم مولکولی نسبی 03/30 است. متداولترین شکل تجاری موجود آن محلول آبی 50-30% است. معمولاً برای کاهش پلیمریزایسیون ذاتی فرمالدئید به محلول آن متانول یا مواد دیگر به‌عنوان پایدار‌کننده اضافه می‌شود. غلظت متانول در محلول فرمالدئید می‌تواند تا حدود 15% باشد. غلظت سایر پایدار‌کننده‌ها می‌تواند تا چند صد میلی‌گرم در لیتر باشد. اخیراً سیستم‌های فرمالدئید مایع غلیظ که تا 95% فرمالدئید دارند قابل دستیابی هستند، اما دمای لازم برای پایداری محلول و جلوگیری از جدایی پلیمر از حدود دمای اتاق تا C°120 با افزایش غلظت محلول افزایش می‌یابد. فرمالدئید به‌سرعت در آب، الکل‌ها و سایر حلال‌های قطبی حل می‌شود ولی در سیالات غیر‌قطبی درجه انحلال پائینی دارد. فرمالدئید در C°150 به متانول و کربن منوکسید تجزیه می‌شود. به‌طور کلی فرمالدئید قدرت واکنش پذیری زیادی با سایر مواد شیمیایی دارد. در نور آفتاب فوراً به دی‌اکسید‌کربن اکسید می‌شود.
1-1-1- کاربردهای فرمالدئید
فرمالدئید به‌عنوان یک پایه واحد ساختمانی مواد شیمیایی، یک واسطه در ترکیبات آلی گوناگون از رزین‌های آمینو و فنلیک گرفته تا کودهای شیمیایی می‌باشد. بیشترین مصرف فرمالدئید در تولید رزین‌های آمینو و فنلیک می‌باشد. که دلیل موجهی را برای 55% ظرفیت کل تقاضاها ارائه می‌دهد. دیگر مصارف مهم شامل محصولات صنعت چوب، ترکیبات قالبگیری، رزین‌های ریخته‌گری و چسب‌ها برای روپوش‌کشی می‌باشد. محصولات چوبی حدود 36% از کل تقاضای فرمالدئید رابرای کاربردهای تخته چندلایی به خود اختصاص می‌دهد. تحت بعضی شرایط رزین‌های اوره- فرمالدئید، فرمالدئید را آزاد می‌کنند که مسائل محیط زیستی و بهداشتی را ایجاد می‌کنند. رزین‌های آمینو و فنلیک هر دو به‌عنوان ترکیبات قالبگیری به‌کار برده می‌شوند. انبوهی از رزین‌های آمینو، رزین ملامین به‌کار برده شده در ظروف‌سازی هستند. رزین‌های قالبگیری فنلیکی در وسایل کنترل الکتریکی، تلفن‌ها به‌کار برده می‌شوند. فرمالدئید برای تولید پرداخت ثابت پارچه‌های سلولزی به‌کار برده می‌شود. پرداخت پارچه‌ها بر اساس فرمالدئید شامل ملامین، اوره، فرمالدئید، glyoxal, Triazim, Triazones می‌باشد. آلدئیدها در ساخت و سنتز الکل‌ها، اسیدها و سایر مواد شیمیایی به‌کار می‌روند. همچنین در صنعت لاستیک‌سازی، صنایع کاغذ، دباغی وکشاورزی مصرف می‌شوند. از جمله مصارف عمومی فرمالدئید، استفاده از آن برای نگهداری قطعات تشریحی در دانشکده‌های پزشکی و موسسات طبی، عامل از بین برنده بو و عامل باکتری‌کشی و همچنین عامل سخت‌کننده پروتئین‌ها می‌باشد. علاوه بر آن محصولات بدست آمده از فرمالدئید در طیف گسترده‌ای از صنایع نظیر اتومبیل‌سازی و ساختمان، کاغذسازی و پارچه‌بافی کاربرد فراوان دارد. فرمالدئید در سوخت و ساز طبیعی بدن نیز وجود دارد لیکن مقدار آن ناچیز است[5-1].
1-2- سرچشمه‌های آزاد سازی فرمالدئید در محیط زیست
فرمالدئید در محیط زیست به‌عنوان نتیجه‌ای از فرآیندهای طبیعی و از منابع ساخت بشر موجود می‌باشد. فرمالدئید به‌طور صنعتی در مقادیر زیاد تولید می‌شود و کاربردهای زیادی دارد. دو منبع دیگر ساخت بشر عبارتند از: خروج اتوماتیک از موتورهای بدون مبدلهای کاتالیستی. بقایا، انتشارات و یا ضایعات حاصل در هنگام ساخت فرمالدئید به‌وسیله موادی مشتق شده از آن یا واکنش داده شده با آن. فرمالدئید در صنایع گوناگون کاربردهای داروئی به‌عنوان یک استریل‌کننده دارد. همچنین به‌عنوان یک نگهدارنده در کالاهای مصرفی، مانند غذا، مواد بهداشتی و آرایشی و پاک کننده‌های خانگی به‌کار می‌رود. یکی از کاربردهای عمده آن در ساخت رزین‌های اوره – فرمالدئید و ملامین- فرمالدئید می‌باشد. رزین اوره- فرمالدئید برای عایق‌سازی ساختمان‌ها (UFFI) به‌کار می‌رود، این رزین می‌تواند پس از نصب به نشر فرمالدئید ادامه دهد یا یک منبع انتشار دائمی فرمالدئید را تشکیل دهد. منابع محیطی داخلی زیادی که می‌تواند انسان را در معرض فرمالدئید قرار دهد شامل سیگارها و محصولات تنباکو، مبلمان یا اثاثه‌ای که حاوی رزین‌های پایه فرمالدئید هستند، مواد ساختمانی حاوی رزین‌های اوره-‌فرمالدئید، چسب‌های حاوی فرمالدئید که برای سطوح پلاستیکی و پارکت‌ها، فرش‌ها، ضد‌عفونی‌کننده‌ها‌ (گندزداها)، پخت‌کننده‌های‌گازی و شومینه‌های باز استفاده می‌شود، می‌باشند. فرمالدئید در حین اکسیداسیون هیدروکربن‌ها به‌طور طبیعی تشکیل می‌شود. این هیدروکربن‌ها با رادیکال‌های OH و ازن واکنش می‌دهند و فرمالدئید وسایر آلدئیدها را به‌عنوان مواد واسطه‌ای در یک سری واکنش‌هایی که نهایتاً منجر به تشکیل مونواکسید‌کربن، دی‌اکسید‌کربن، هیدروژن و آب می‌شوند، تشکیل می‌دهند. کارخانه‌های تولید فرمالدئید و صنایعی که به نحوی با فرمالدئید سروکار دارند از جمله مهمترین منبع فرمالدئید و آلاینده‌های عمده محیط زیست می‌باشند. در کشور خودمان نیز کارخانه‌های همچون شرکت صنایع شیمیائی سینا و قدس در شیراز که به تولید فرمالدئید اشتغال دارند در فاضلاب خروجی خود غلظت‌های بالایی از فرمالدئید را دارند. همچنین کارخانه‌هایی که به تولید رزین‌های فنل – فرمالدئید و ... مشغولند مانند کارخانه تولید رزین فنل- فرمالدئید در اصفهان باعث ایجاد آلودگی محیط زیست می‌گردند. همچنین صنایع پتروشیمی که به تولید فرمالدئید و رزین‌های فرمالدئید مشغولند مانند پتروشیمی جم و همچنین پتروشیمی اراک در قسمت آلاکلر و بوتاکلر خود غلظت بالای ppm700 فرمالدئید را وارد محیط زیست می‌کنند[1].
1-3- فرآیندهای تولید فرمالدئید
فرمالدئید بوسیله اکسیداسیون متانول با استفاده از دو روش مختلف تولید می‌شود.
الف-اکسیداسیون با اکسیدهای مولیبدنیوم آهن در دمای C° 380 -270
ب- اکسیداسیون با کریستالهای نقره یا شبکه‌های توری نقره‌ای در دمای C°720-600
فرمالدئید یک ماده آغازگر ارزان برای بسیاری از واکنش‌های شیمیایی می‌باشد و تعداد زیادی از محصولات با استفاده از فرمالدئید به‌عنوان یک ماده پایه ساخته شده‌اند. بنابراین تولید آن در صنایع شیمیایی حائز اهمیت زیادی می‌باشد[2]. جدول 1-1 ارقام تولید برخی از کشورهای صنعتی غربی را نشان می‌دهد.
جدول( 1-1): میزان تولید جهانی فرمالدئید[1]
سال منطقه مقدار (میلیون کیلوگرم)
1978 آمریکا، 16 کمپانی 1073
1978 کانادا، 4 کمپانی 88
1979 آمریکا، 16کمپانی 1003
1983 آمریکا 905
1983 جمهوری فدرال آلمان، 11کمپانی 534
1983 ژاپن،24 کمپانی 403
1983 کل کشورهای تولید کننده اصلی 3200
1984 کل کشورهای تولید کننده اصلی 5780
1985 آمریکا، 13 کمپانی 941
1-4- اثرات بهداشتی فرمالدئید
فرمالدئید به‌عنوان یک ماده سرطان‌زای حیوانی شناخته شده است و در حیوانات تومورهای حفره لنفی را ایجاد کرده است. این ماده توسط NTP، WHO، OSHA، VIOSH، ACGIH، IGRC،EPA یک ماده سرطان‌زای انسانی محسوب می‌شود. گاز فرمالدئید یک ماده ملتهب کننده چشمها و مجاری تنفسی است، محلول‌های آن هم باعث التهاب اولیه و هم درماتیت‌های حساسیتی می‌شوند[6]. اگر محلول فرمالدئید خورده شود، غشاهای موکوس دهان و لوله گوارشی ملتهب می‌شود و درد شدید، استفراغ و اسهال حاصل می‌شود. پس از جذب، فرمالدئید سیستم عصبی مرکزی (CNS) را از کار می‌اندازد و علامت‌‌هائی شبیه حالت مستی توسط الکل را پدید می‌آورد. تغییر پروتئین‌های بافتی به‌وسیله فرمالدئید سمیت موضعی ایجاد می‌نماید و واکنش‌های آلرژیک را بالا می‌برد تماس مکرر با محلول فرمالدئید می‌تواند درماتیت‌های اگزاماتوئید را سبب شود. لباس‌هایی که با فرمالدئید عمل آورده شده‌اند درماتیت ایجاد کرده‌‌اند[7]. محلول‌های آبی پاشیده یا چکیده شده روی چشم انسان سبب آسیب‌هایی از کدر‌شدن شدید و همیشگی قرنیه و از دست دادن بینائی تا آسیب‌های گذرای جزئی و ناراحتی، بسته به اینکه غلظت محلول‌ها زیاد یا کم بوده باشد، شده‌اند[2]. استنشاق غلظت زیادی از فرمالدئید سبب التهاب شدید لوله تنفسی شده که در دو مورد به مرگ منجر گردید. در مورد اشخاص حساس واکنش‌های آسمی خاص ممکن است در اثر تماس کوتاه در غلظت حدود ppm 3 ایجاد شود[8]. بلعیدن یا فروبردن فرمالدئید می‌تواند سبب کاهش دمای بدن شود. علائم مربوط به فروبردن فرمالدئید عبارتند از: یرقان یا زردی، فساد خون در اشخاص مبتلا به بیماری قند یا دیابت، و وجود خون در ادرار. علائم مربوط به استنشاق فرمالدئید عبارتند از: ورم غشاء مخاط بینی، نابویائی، اسپاسم حنجره، التهاب معده و روده و آماس نای[9].
در یک بررسی از 57 نفر مومیائی کننده که در معرض غلظت اتمسفری زیر ppm2 بودند علائم زیادی از اثرات التهاب روی چشمها (81%) و بینی و گلو (75%) وجود داشت. سایر اثرات تنفسی شامل سرفه (33%) تنگی قفسه سینه (23%) خس‌خس‌کردن سینه (12%) کوتاهی تنفس (11%) بوده است. بر اساس این نتایج، 10% مبتلا به برونشیت حاد و 30% مبتلا به برونشیت مزمن بودند. در این بررسی هیچ گروه کنترلی به‌کار برده نشده و نیز کشیدن سیگار در نظر گرفته نشد[10]. در غلظت‌های ppm10-1 التهاب قابل ملاحظه چشم در اولین تماس ممکن است ایجاد شود، در حدود ppm 4 اشکریزی اتفاق می‌افتد[11]. حد مجاز تماس با فرمالدئید توسط سازمان‌های بهداشت جهانی مانند EPA، ACGIH در سال 1985 به میزان ppm2 در محلول و 4/2 میلی‌گرم در متر‌مکعب هوا تعیین شده است. همه کسانی که با مواد جامد حاوی فرمالدئید و یا محلول‌های غلیظ آن سروکار دارند و یا در تماس با گاز آن قرار می‌گیرند باید به دقت شیوه‌های حفاظتی را در نظر بگیرند و بایستی تهویه کافی و قوی در اختیار داشته باشند تا غلظت را در کمتر از ppm 2 نگهداری کنند. برای ایجاد ایمنی در مکان‌هایی که با فرمالدئید سروکار دارند بایستی محلول‌های فرمالدئید در ظروف بسته حمل و نقل گردند. در مکان‌هایی که لازم است افراد در محیط‌های سربسته با غلظت فرمالدئید بیش از حد مجاز کار کند استفاده از ماسک ضروری است. وسائل کمک‌های اولیه مخصوص جهت چشم و پوست به همان صورتی که برای مواد شیمیایی محرک لازم است در این موارد نیز توصیه می‌شود. در مواقعی که ترشحات این مواد به داخل چشم وارد می‌شود اقدامات فوق العاده فوری باید انجام شود تا از انعقاد سطوح کرونه جلوگیری شود. در مورد کسانی که قبلاً به عوارض پوستی و یا بینایی یا تنفسی دچار بوده‌اند دقت و توجه خاص باید مبذول شود. تحریکات پوستی ناشی از تماس با محلول فرمالدئید می‌تواند به‌وسیله شستشو با آب و صابون بهبود یابد لذا بعد از تماس با آن نبایستی شستشو با آب و صابون را فراموش کرد[5]. در مورد سرطان‌زایی فرمالدئید نیز تحقیقاتی صورت گرفته است که برابر آخرین اطلاعات علمی فرمالدئید در رده موادی قرار می‌گیرد که در فرآیندهای صنعتی به‌کار رفته و سرطان‌زایی آنها مشکوک است و این مسئله بر پایه واقعیت‌های محدود اپیدمیولوژیکی و گزارش‌های منحصر بفرد قرار دارد و یا آنکه ایجاد سرطان در یک یا چند گونه از حیوانات و برطبق روش‌های مناسب آزمایشگاهی از آنها به‌وقوع پیوسته است[4،3].
1-5- خواص فیزیکی و شیمیایی، روش‌های آنالیتیک
1-5-1- خواص فیزیکی و شیمیایی فرمالدئید
فرمالدئید در دمای معمولی یک گاز آتش‌گیر، بی‌رنگ و فعال است که به‌سرعت پلیمریزه می‌شود گرمای احتراق گاز فرمالدئید Kcal/gr 47/4 است. فرمالدئید با هوا و اکسیژن در فشار اتمسفر یک تشکیل مخلوط‌های قابل انفجار را می‌دهد فرمالدئید در دمای C°19- بصورت مایع درآمده در دمای C°118- به‌فرم کریستالین منجمد می‌گردد. گاز فرمالدئید به‌راحتی در محلول‌های قطبی نظیر آب و متانول حل می‌گردد. لیکن در مواد غیر‌قطبی نظیر اتیل‌اتر، کلروفرم و تولوئن چندان محلول نیست. برخی خواص فیزیکی و شیمیائی فرمالدئید در جدول 1-2 ارائه می‌شود:
جدول( 1-2): خواص فیزیکی و شیمیائی فرمالدئید
جرم مولکولی نسبی
دانسیته گازی نسبی (1=هوا)
نقطه ذوب(C°)
نقطه جوش(C°)
محدوده قابلیت انفجار درهوا (درصد حجمی )
ضریب جدائی آب راکتانول نرمال (Log Pow)
سرعت ویژه واکنش (k) با رادیکال OH (KOH)


ثابت هنری (H)
فشار بخار
03/30
04/1
118-
2/19-
(g/m3)73-7
(g/m3)910-87
1-
m3/mol.s 8-10×15
Pa.m3/mol 02/0
kPa3/101 در C° 19-
kPa 6/52 در C° 33-
1-5-2- روش‌های آنالیتیکال
متداولترین روش‌های به‌کار رفته برای تعیین فرمالدئید براساس اندازه‌گیری‌های فوتومتریک می‌باشند. برای نمونه برداری فرمالدئید در هوا از روش‌های مستقیم و غیر‌مستقیم می‌توان استفاده کرد. هنگامیکه فرمالدئید در غلظت‌های خیلی کم موجود است یا جائیکه نقاط نمونه برداری از آزمایشگاه‌های آنالیتیک دور هستند روش نمونه‌برداری غیرمستقیم (بوسیله یک نمونه مخلوط) به‌کار می‌رود.
در روش دیگر می‌توان نمونه رابا عبور هوا از میان یک مایع جاذب (نمونه برداری فعال یا اکتیو) پیش تغلیظ نمود. راندمان جذب فرمالدئید برای برخی از مایعات در سال 1981 گزارش ‌شده است:
آب 85-80% (85% با حمام یخ)
محلول آبی بی‌سولفیت 1% 100-94% (باحمام یخ)
3-متیل 2- بنزوتیازولن هیدرازین (MBTH) 92-84%
کروموتروپیک اسید در اسیدسولفوریک غلیظ 99%
اسید سولفوریک غلیظ 99%
فرمالدئید در هوا را می‌توان به‌وسیله دیفیوژن یا نفوذ در یک محیط جاذب (نمونه برداری پسیو) جمع‌آوری کرد. جاذب‌هایی مانند سیلیکاژل، آلومینیو اکسید وکربن اکتیو مخصوصاً از نوع پیش تصفیه شده، می‌توانند برای نمونه‌گیری در محیط‌های کاری سودمند باشند[12و1]. معمولاً برای تعیین فرمالدئید در هوا، از روش تعیین درصد خلوص فرمالدئید به روش فوتومتری با استفاده از سولفیت – پارااسانیلین یا روش کروموتروپیک اسید استفاده می‌شود. برای این کار تجهیزات آنالیتیک اتوماتیک نیز به‌وجود آمده‌اند. روش‌های آنالیتیک مناسب برای نظارت هوا در محیط‌های کار به‌وسیله انجمن تحقیقات آلمان [DFG,1982] به‌وسیله [NIOSH, 1984] به‌وجود آمده و توصیه شده است.
1-6- روش‌های تصفیه فرمالدئید
1-6-1- روش شیمیایی
روش تصفیه شیمیائی می‌تواند خود به‌عنوان روش کامل تصفیه تلقی شود در این روش از فعل و انفعالاتی چون اکسیداسیون، احیا و رسوب دادن به بعضی ترکیبات استفاده خواهد شد. واکنش‌های شیمیایی فرمالدئید بسیار متعدد می‌باشد. در این مبحث سعی عمده در بررسی واکنش‌های شیمیایی فرمالدئید با موارد مورد آزمایش (مانند آب آهک، آمونیاک، سیانیدسدیم، آب اکسیژنه و پتاس و نیز کربن اکتیو به‌عنوان یک ماده جاذب سطحی) بوده است.
1-6-1-1- واکنش با آب آهک
725805649605 در حضور آب آهک
00 در حضور آب آهک
فرمالدئید در مجاورت آب آهک بصورت آلدولی متراکم گردیده و ترکیبی شبیه قندها از آن حاصل می‌گردد. به نظر می‌رسد واکنش تراکم و آلدولیزاسیون فرمالدئید در مجاورت آب آهک به‌صورت زیر انجام می‌پذیرد:
83375511303000
در فرآیند متراکم آلدولی دو مولکول آلدئید یا بیشتر در حضور کاتالیزور باز یا اسید واکنش نموده و به هیدروکسی آلدئید یا آلدول تبدیل می‌شوند. این واکنش برای فرمالدئید و آلدئیدهایی که کربن مجاور گروه کربنیل آنها، حداقل دارای یک اتم هیدروژن باشند پیشرفت می‌نماید.
1-6-1-2- واکنش با آمونیاک
فرمالدئید که از سایر آلدئیدها به‌طرز محسوسی موثرتر و فعال‌تر است با آمونیاک یک ترکیب اضافی به‌نام هگزامتیلن تترامین تولید می‌نماید. این ماده که به نام‌های هگزامین، متامین، و اوروتروپین نیز موسوم است. در صنعت نیز در اثر متراکم کردن مداوم آمونیاک و فرمالدئید به‌دست می‌آید.
1-6-1-3- واکنش با پتاس
فرمالدئید اولین ماده سری آلدئیدهای چرب می‌باشد و فاقد هیدروژن حساس در موقعیت آلفا می‌باشد. یکی از خواص مهم آلدئیدهایی که فاقد هیدروژن حساس در موقعیت آلفا هستند اکسیداسیون یک مولکول آلدئید و احیاء مولکول دیگر آلدئید در حضور بازهای قوی می‌باشد. آلدئیدهایی که دارای هیدروژن متصل به کربن مجاور گروه کربونیل نیستند، به آسانی با بازهای قوی واکنش نموده به یک الکل و یک ملح اسید تبدیل می‌شوند.
1-6-1-4- واکنش با آب اکسیژنه H2O2
آب اکسیژنه فرمالدئید را در محیط قلیائی به شکل واکنش زیر اکسید می‌کند.
(1-1)
1-6-1-5- واکنش با سدیم سیانید NaCN
از واکنش‌های مهم دیگر فرمالدئید ترکیب آن با اسید سیانیدریک است که این اسید به‌طور اضافی با عامل کربونیل ترکیب شده الکل نیتریل‌ها یا سیانوهیدرین‌ها را به‌وجود می‌آورد.
1-6-1-6- واکنش جذب سطحی بر روی سطح کربن فعال
یک روش استاندارد برای حذف مواد آلی محلول، جذب سطحی روی کربن فعال شده می‌باشد که محصولی است که از انواع مواد کربناته شامل چوب، خمیر کاغذ، زغال سنگ نارس ولیگنیت تولید می‌شود. تعیین بیان کمی ظرفیت جذب کربن‌اکتیو مشکل بوده است یک پارامتر مطلوب ارزش فنلی بوده است که به‌عنوان مقدار کربن لازم بر حسب mgr برای 90% حذف فنل از یک لیتر محلول حاوی L/mg100 فنل تعریف شده است. ارزش‌های فنلی کربن‌اکتیو تجاری معمولاً در محدوده 30-15 می‌باشند. متاسفانه، سایر ترکیبات آلی لزوماً با راندمان یکسان و برابر با فنل حذف نمی‌شوند و ترکیبات خاص را باید مستقیماً آزمایش نمود. سرعت حذف مواد آلی از فاضلاب اغلب خیلی بیشتر از آن چیزی است که بوسیله تست‌های آزمایشگاهی نشان داده می‌شود. این اثر به‌علت رشد باکتری‌هائی روی سطح کربن‌اکتیو است که مواد آلی را اکسید می‌کنند. همچنین اکسیداسیون مواد آلی محلول نیز راه دیگری برای حذف آنهاست. از ازن، پراکسید‌هیدروژن، اکسیژن مولکولی (یا بدون کاتالسیت)، کلرین و مشتقاتش و پرمنگنات بدین منظور می‌توان استفاده نمود. اکسیداسیون الکتروشیمیایی نیز در بعضی موارد ممکن است لازم به‌ذکر است که به‌دلیل عملیاتی و جنبه‌های اقتصادی امکان تصفیه کامل با مواد شیمیایی عملاً وجود ندارد. استفاده از مواد شیمیایی از قبیل سیانور و یا ترکیبات اکسید‌کننده قوی اثرات جنبی زیان‌باری به‌وجود خواهد آورد که حذف آن اثرات خود مشکل ثانویه‌ای ایجاد خواهد کرد. بعضی از ترکیبات مثل آب اکسیژنه بسیار پرهزینه بوده و بنابراین از نظر اقتصادی مقرون به‌صرفه نخواهد بود. کاربرد ترکیباتی مثل آمونیاک، تاثیر محدودی داشته و قابلیت رسانیدن فرمالدئید به استانداردهای مورد قبول را ندارد.
1-6-2- روش بیولوژیکی
1-6-2-1- اصول و قوانین اکسیداسیون بیولوژیکی
طبق تحقیقات انجام شده فاضلاب‌های حاوی فرمالدئید به‌روش بیولوژیکی فقط به‌صورت هوازی قابل تصفیه می‌باشد در صورتیکه تصفیه اولیه فاضلاب و پساب و یا تصفیه شیمیایی آنها نتواند فاضلاب تصفیه شده در حد استانداردهای موجود تولید نماید، بایستی تصفیه زیستی به منظور کاهش هر چه بیشتر مواد آلی فاضلاب یا پساب مخصوصاً آن قسمت از این مواد که به‌صورت خیلی ریز و کلوئیدی هستند و تشکیل دهنده درصد عمده‌ای از آلودگی‌های فاضلاب و پساب می‌باشند انجام گیرد. تصفیه بیولوژیکی پساب‌ها علاوه بر تقلیل مواد آلی در کاهش مواد معدنی ممکن است موثر باشد. بدیهی است در تصفیه بعضی پساب‌های صنعتی چون مواد آلی و معدنی موجود احتمالاً کفاف نیازهای فعالیت میکروارگانیسم‌های موثر در تصفیه بیولوژیکی را ندهد افزودن دستی آنها به محیط تصفیه ضرورت خواهد داشت. همچنین در صورتیکه در پساب مورد تصفیه مواد سمی برای فعالیت باکتری‌های شرکت کننده در تصفیه زیستی موجود باشد حذف این قبیل از تصفیه بیولوژیکی و یا با روش بیولوژیکی ولی با تمهیدات لازم و با سازگار کردن باکتری‌های خاص، ضرورت خواهد داشت. وقتی که ماده آلی از محلول به‌وسیله میکروارگانیسم‌ها جدا می‌شود دو پدیده اساسی اتفاق می‌افتد: اکسیژن به‌وسیله ارگانیسم‌ها برای تولید انرژی مصرف می‌شود، و سلول‌های جدید سنتز می‌شود. ارگانیسم‌ها همچنین متحمل اتواکسیداسیون تصاعدی از اجرام سلولیشان می‌گردند. این واکنش‌ها می‌تواند به‌وسیله معادلات عمومی زیر نشان داده شود:
(1-2)
(1-3)
1-6-2-2-انواع تصفیه بیولوژیکی
معمولاً فاضلاب‌ها در تصفیه‌های مقدماتی (آشغالگیری،ته‌نشین‌سازی) درصدی از مواد معلق و BOD خود را از دست می‌دهند سپس تمام مواد آلی و معدنی حل شده و کلوئیدی وارد مرحله تصفیه ثانویه می‌شود. در تصفیه ثانویه فاضلاب‌های صنعتی، بیشتر از فرآیندهای شیمیایی نظیر انعقاد در لخته‌سازی، خنثی‌سازی، رسوب‌سازی اکسایش شیمیایی، جذب سطحی ، فیلتراسیون و... استفاده می‌شود. موردیکه فاضلاب صنعتی حاوی مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی باشد وهمچنین در مواد فاضلاب‌های شهری تصفیه ثانویه شامل فرآیندهای بیولوژیکی است. از آنجائی که فاضلاب‌ها حاوی انواع مختلف مواد آلی هستند لذا طیف وسیعی از موجودات Mixed culture برای تصفیه فاضلاب لازم است. رشد موجوداتی که از موجودات ریز‌تر تغذیه می‌کنند نیز در این Mixed cultureطبیعی است و حذف بیومس تشکیل شده برای تکمیل عمل تصفیه ضروری است. به‌طور کلی روش‌های تصفیه بیولوژیکی در دو گروه هوازی و بی‌هوازی طبقه‌بندی می‌شود.
1-6-2-2-1- تصفیه هوازی
در این روش باکتری‌های هوازی با استفاده از اکسیژن یا اکسیژنی که مصنوعاً به فاضلاب تزریق می‌شود به اکسیداسیون مواد آلی موجود در فاضلاب می‌پردازند. واکنش برای موجودات ذره‌بینی هوازی را می توان به‌صورت زیر خلاصه کرد.
126047540640(باکتری ‌هوازی)
00(باکتری ‌هوازی)

145732512001500(1-4) سلول‌های جدید+ انرژی + CO2+H2O اکسیژن+ مواد آلی فاضلاب
1-6-2-2-2- تصفیه بی‌هوازی
1882775887095 (باکتری بی‌هوازی)
00 (باکتری بی‌هوازی)
در این روش باکتری‌های بی‌هوازی که قادر به ادامه زندگی در حضور اکسیژن آزاد محلول نیستند از اکسیژن موجود در ساختمان شیمیایی بعضی از مواد آلی از قبیل PO4, SO4, NO3 استفاده نموده و ترکیبات آلی را در غیاب اکسیژن تجزیه می‌نمایند. واکنش کلی را به‌صورت زیر می‌توان نشان داد[12و1].
190182515684500
(1-5) سلول‌های جدید + انرژی+

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *