پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

مدل‌سازی ریاضی جداسازی نفت از آب با استفاده از فیلترهای ساخته‌شده از منسوجات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
2 گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان
3 گروه مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
آلودگی نفتی منابع آبی از مهم‌ترین معضلات زیست‌محیطی عصر حاضر است که پیامدهای جبران‌ناپذیری بر اکوسیستم‌های آبی، منابع آب و سلامت انسان دارد. در این مطالعه، عملکرد سه نوع منسوج فنی شامل پلی‌استر (PET)، پلی‌پروپیلن (PP) و منسوج ترکیبی پلی‌استر و پلی‌پروپیلن (BC) در جذب نفت از مخلوط آب و نفت بررسی شد. یک سامانه ساده و کم‌هزینه برای فیلتراسیون طراحی و آزمایش‌ها در غلظت‌های مختلف نفت خام (10، 20 و 30 درصد وزنی) انجام شد. به‌منظور تحلیل فرایند جذب، از مدلی مبتنی بر قانون بقای جرم و رفتار سینتیکی مرتبه اول استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل پیشنهادی، به‌ویژه در غلظت‌های پایین و متوسط، توانایی بالایی در بازنمایی رفتار دینامیکی جذب دارد. در منسوج BC، ضریب تعیین (R²) بین 91/0 تا 96/0 و NRMSE کمتر از 8 درصد بود. برای PET، بهترین نتایج در غلظت 20 درصد با R2 و NRMSE به ترتیب برابر 94/0 و 38/2 درصد به‌دست آمد. در غلظت ۳۰ درصد، عملکرد مدل کاهش یافت، به‌طوری‌که مقادیر و NRMSE به ترتیب به 03/0 و 40/7 درصد رسید. در مجموع، منسوج BC به دلیل ساختار متخلخل خود، بیشترین ظرفیت جذب و بهترین تطابق با داده‌های تجربی را داشت. نمودار تیلور نیز برتری مدل برای PET و BC نسبت به PP را تأیید کرد. نمودار تیلور نشان داد که برای منسوج‌های BC و PET در غلظت‌های 10 و 20 درصد، ضریب همبستگی بیش از 9/0 و RMSE پایین بود، اما برای PP در 30 درصد، ضریب همبستگی حدود 7/0 و RMSE بالاتر گزارش شد که بیانگر کاهش دقت مدل در غلظت بالا است. این یافته‌ها می‌توانند در طراحی فیلترهای نوین جذب نفت کاربرد مؤثری داشته باشند.
کلیدواژه‌ها

1-    Al-Jammal, N., & Juzsakova, T. (2017). Review on the effectiveness of adsorbent materials in oil spills clean up. Sea, 25(36), 131-138.
 
2-    Asadpour, R., Sapari, N. B., Tuan, Z. Z., Jusoh, H., Riahi, A., & Uka, O. K. (2013). Application of Sorbent materials in Oil Spill management: A review. Caspian Journal of Applied Sciences Research, 2(2).
 
3-    Bashir, I., Lone, F. A., Bhat, R. A., Mir, S. A., Dar, Z. A., & Dar, S. A. (2020). Concerns and Threats of Contamination on Aquatic Ecosystems. In K. R. Hakeem, R. A. Bhat, & H. Qadri (Eds.), Bioremediation and Biotechnology: Sustainable Approaches to Pollution Degradation (pp. 1-26). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-35691-0_1
 
4-    Cheu, S. C., Kong, H., Song, S. T., Johari, K., Saman, N., Che Yunus, M. A., & Mat, H. (2016). Separation of dissolved oil from aqueous solution by sorption onto acetylated lignocellulosic biomass—equilibrium, kinetics and mechanism studies. Journal of Environmental Chemical Engineering, 4(1), 864-881. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.12.028
 
5-   Condurache, B. C., Cojocaru, C., Samoila, P., Ignat, M., & Harabagiu, V. (2022). Data-driven modeling and optimization of oil spill sorption by wool fibers: retention kinetics and recovery by centrifugation. International Journal of Environmental Science and Technology, 19(1), 367-378. https://doi.org/10.1007/s13762-021-03176-7
 
6-    Gote, M., Dhila, H., & Muley, S. (2023). Advanced synthetic and bio-based sorbents for oil spill clean-up: a review of novel trends. Nature Environment and Pollution Technology, 22(1), 39-61.
 
7-    Hamedi, H., Rezaei, N., & Zendehboudi, S. (2023). Investigation of Emulsified Oil Adsorption onto Functionalized Magnetic Nanoparticles—Kinetic and Isotherm Models. Energies, 16(24).
 
8-    Hart, A., William, P. D., Selina, O., & Peretomode, E. (2023). Waste bone char-derived adsorbents: characteristics, adsorption mechanism and model approach. Environmental Technology Reviews, 12(1), 175-204. https://doi.org/10.1080/21622515.2023.2197128
 
9-    Jamali Jezeh, M., Shayannejad, M., & Hejazi, S. M. (2021). Evaluation the Performance of Filters Made of BC, PET and PP Textiles in Removing Oil Contaminants from Water. JSTNAR, 24(4), 295-312. https://doi.org/10.47176/jwss.24.4.42931
 
10-Jamali, M., Yazdian, H., Bahman, G., & Eslamian, S. (2025). Water agriculture nexus a system dynamics approach for the next three decades. Scientific Reports, 15(1), 5946. https://doi.org/10.1038/s41598-025-90728-3
 
11-Kajjumba, G. W., Emik, S., Öngen, A., Özcan, H. K., & Aydın,  S. (2018). Modelling of adsorption kinetic processes—errors, theory and application. Advanced sorption process applications, 1-19.
 
12-Landrigan, P. J., Stegeman, J. J., Fleming, L. E., Allemand, D., Anderson, D. M., Backer, L. C., Brucker-Davis, F., Chevalier, N., Corra, L., Czerucka, D., Bottein, M. D., Demeneix, B., Depledge, M., Deheyn, D. D., Dorman, C. J., Fénichel, P., Fisher, S., Gaill, F., Galgani, F., & Rampal, P. (2020). Human Health and Ocean Pollution. Ann Glob Health, 86(1), 151. https://doi.org/10.5334/aogh.2831
 
13-Oliveira, L. M. T. M., Saleem, J., Bazargan, A., Duarte, J. L. d. S., McKay, G., & Meili, L. (2021). Sorption as a rapidly response for oil spill accidents: A material and mechanistic approach. Journal of Hazardous Materials, 407, 124842. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124842
 
14-Onyena, A. P., & Sam, K. (2020). A review of the threat of oil exploitation to mangrove ecosystem: Insights from Niger Delta, Nigeria. Global Ecology and Conservation, 22, e00961. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.gecco.2020.e00961
 
15-  Qiu, H., Lv, L., Pan, B.-c., Zhang, Q.-j., Zhang, W.-m., & Zhang, Q.-x. (2009). Critical review in adsorption kinetic models. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A, 10(5), 716-724.
 
16-  Seddighi, M., & Hejazi, S. M. (2015). Water–oil separation performance of technical textiles used for marine pollution disasters. Marine Pollution Bulletin, 96(1), 286-293. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.20
 
17-Song, Q., Kang, J., Tang, M., & Liang, Y. (2020). Separation of Water in Diesel Using Filter Media Containing Kapok Fibers. Materials, 13 . (11)
 
18-   Thiagarajan, C., & Devarajan, Y. (2025). The urgent challenge of ocean pollution: Impacts on marine biodiversity and human health. Regional Studies in Marine Science, 81, 103995.https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rsma.2024.103995
 

  • تاریخ دریافت 07 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 08 خرداد 1404
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1404