روش MBR در تصفیه اختلاط فاضلابهای شهری و صنعتی با هدف بازیافت پساب در چرخه تولید و مدل
توضیحات
روش MBR در تصفیه اختلاط فاضلابهای شهری و صنعتی با هدف بازیافت پساب در چرخه تولید و مدل
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد
چكيده
در تحقیق صورت گرفته عملکرد بیوراکتور غشایی مستغرق با غشاء هالو فایبر در تصفیه فاضلاب شهری، فاضلاب صنعتی و اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی کارایی تصفیه فاضلاب شهری از فاضلاب موجود در تصفیه خانه اکباتان تهران استفاده شد. همچنین فاضلاب صنعتی یا مقاومت بالا با افزایش پارامترهای BOD، COD و TSS به ترتیب به حدود 1000، 2000 و 5000 میلی گرم در لیتر شبیه سازی گردید. فاضلاب اختلاط شهری و صنعتی نیز با ترکیب این دو به دست آمده که خصوصیاتی بین فاضلاب شهری و صنعتی را داشت. برای هر سه نوع فاضلاب مورد استفاده در تحقیق بهینه کردن زمان ماند هیدرولیکی مورد نظر قرار گرفت. با توجه به نتایج بدست آمده زمان ماند هیدرولیکی بهینه برای فاضلاب شهری 5 ساعت، فاضلاب صنعتی 17 ساعت و اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی برابر 7 ساعت حاصل گردید. بر اساس نتایج درصد حذف برای BOD، COD، NH4 و TP در اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی برابر 83/96%، 21/96%، 71/95% و 14/90% بدست آمد. نتایج بدست آمده نشان داد که بیوراکتورهای غشایی مستغرق با غشاء هالو فایبر برای فاضلاب شهری به طور غیر اقتصادی عمل کرده و همچنین در فاضلاب صنعتی نیز زمان ماند به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش مییابد. در مقایسه با فاضلاب شهری و صنعتی، فاضلاب مختلط دارای خصوصیاتی بوده که باعث افزایش کارایی حذف و کاهش زمان ماند هیدرولیکی توسط بیوراکتور غشایی مستغرق و ایجاد شرایط اقتصادی برای تصفیه فاضلاب میشود. همچنین با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی و توابع پایه شعاعی برای اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی مدل سازی صورت گرفت. نتایج حاصل از مدل ارائه شده مربوط به داده های آموزش و تست برای BOD، COD، NH4 و TP بسیار موفق بوده و تطبیق داده های مدل شبکه عصبی با مدل آزمایشگاهی صورت گرفت.
كليد واژه: بیوراکتور غشایی مستغرق، تصفیه فاضلاب، زمان ماند بهینه، فاضلاب مختلط.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست جدولها ه
فهرست شكلها و
فصل 1- کلیات 1
1-1- مقدمه................................................................................................................... 1
1-2- روشهای نوین تصفیه فاضلاب 3
1-2-1- بیوراکتور غشایی MBR 3
1-2-2- رآکتورهای بیولوژیکی با بستر متحرک MBBR 4
1-2-3- سیستم رآکتورهای منفرد متوالی SBR 4
1-2-4- سیستم UASB 5
1-2-5- سیستم USBF 5
1-2-6- سیستم بیولاک 6
1-2-7- فرآیند صافی چکنده 7
فصل 2- سیستم بیوراکتور غشایی (MBR) و مروری بر منابع 8
2-1- مقدمه................................................................................................................... ......................................... 8
2-2- معرفی و بررسی سیستم 9
2-2-1- انواع بیوراکتورهای غشایی از لحاظ چیدمان مدول غشایی 11
2-2-2- انواع سیستمهای MBR از لحاظ فرآیند کلی 13
2-2-3- پارامترهای مهم در سیستم غشایی MBR 15
2-2-4- مزایای سیستم بیوراکتور غشایی MBR 16
2-2-5- معایب سیستم MBR 17
2-3- معرفی غشا و بررسی انواع غشاها 18
2-3-1- تقسیم بندی غشاها بر اساس دامنه جداسازی 18
2-3-2- انواع غشاء از حیث شکل 20
2-3-2-1- غشاهای مسطح (Flat) 20
2-3-2-2- غشاهای لوله ای (Tubular) 20
2-3-2-3- اسپیرال (Spiral-wound) 21
2-3-2-4- مقایسه و ویژگی انواع غشاء ها 22
2-3-3- انواع غشا از لحاظ جنس 23
2-3-4- انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون 23
2-3-5- انتخاب غشا 24
2-3-6- گرفتگی غشا 24
2-3-6-1- مکانیزمهای گرفتگی 25
2-3-6-2- راهكارهاي کاهش گرفتگی غشا: 27
2-4- نمونه ای از تحقیقات انجام گرفته در دنیا (MBR) 27
2-5- جمع بندی 35
فصل 3- مواد و روش های مورد استفاده در تحقیق 36
3-1- مقدمه 36
3-2- هدف تحقیق 37
3-3- پایلوت بیوراکتور غشایی (MBR) 37
3-3-1- مخزن بیوراکتور 38
3-3-1-1- مدول غشایی .. 39
3-3-1-2- پمپ مکش 41
3-3-1-3- فشارسنج 41
3-3-1-4- پمپ بکواش........................................................................................................................ ................................... 42
3-3-1-5- سیستم هوا دهی .. 43
3-3-2- مخزن یا حوضچه آنوکسیک 44
3-3-3- مخزن یا حوضچه بی هوازی 45
3-3-4- مخزن تغذیه پایلوت 46
3-4- محل استقرار پایلوت 47
3-5- راه اندازی و بهره برداری از پایلوت 48
3-6- آزمایشات انجام شده 49
3-6-1- اندازه گیری BOD 49
3-6-2- اندازه گیری COD 50
3-6-3- اندازه گیری TP، NH4، NO3 50
3-6-4- اندازهگيري PH 50
3-6-5- اندازهگيري MLSS و MLVSS 51
فصل 4- تئوری مدل سازی با شبکه عصبی 52
4-1- مقدمه................................................................................................................... ......................................... 52
4-2- ایده شبکه های عصبی مصنوعي 53
4-3- نحوه عملکرد شبکه های عصبی مصنوعي 55
4-4- شبكه عصبي مصنوعي 58
4-4-1- شبكههاي تک لایه 58
4-4-2- شبكههاي چند لایه 59
4-5- توابع تحريك شبكههاي عصبي 61
4-5-1- تابع تحريك پلهاي 61
4-5-2- تابع تحريك خطي 61
4-5-3- توابع تحريك سيگمويد 61
4-6- باياس................................................................................................................... ......................................... 62
4-7- آموزش شبكه عصبي 63
4-8- مدهاي عملكردي شبكه عصبي 63
4-9- شبكه عصبي تابع بنيادي شعاعي (RBF) 64
4-9-1- نكات قابل توجه در خصوص شبكه تابع بنيادي شعاعي 65
4-9-1-1- نرمال سازی بردارهاي ورودي 67
4-9-2- آموزش شبكه RBF 68
فصل 5- تحلیل و تفسیر نتایج 69
5-1- نتایج آزمایشات 69
5-2- نتایج فاضلاب شهری 70
5-2-1- نتایج آزمایشات BOD 70
5-2-2- نتایج آزمایشات COD 73
5-2-3- نتایج آزمایشات NH4 76
5-2-4- نتایج آزمایشات TP 78
5-2-5- نتایج آزمایشات TSS 79
5-2-6- نتایج آزمایشات PH 80
5-3- نتایج فاضلاب صنعتی 81
5-3-1- نتایج آزمایشات BOD 81
5-3-2- نتایج آزمایشات COD 84
5-3-3- نتایج آزمایشات NH4 87
5-3-4- نتایج آزمایشات TP 89
5-3-5- نتایج آزمایشات TSS 90
5-4- نتایج اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی 91
5-4-1- نتایج آزمایشات BOD 91
5-4-2- نتایج آزمایشات COD 95
5-4-3- نتایج آزمایشات NH4 97
5-4-4- نتایج آزمایشات TP 100
5-4-5- نتایج آزمایشات TSS 101
5-5- نتایج مدل سازی برای فاضلاب مختلط 102
5-5-1- مدل سازی BOD خروجی 103
5-5-2- مدل سازی COD خروجی 107
5-5-3- مدل سازی NH4 خروجی 111
5-5-4- مدل سازی TP خروجی 115
فصل 6- نتیجه گیری و پیشنهادات 120
6-1- نتیجه گیری 120
6-2- پیشنهادات 122
فهرست مراجع 123
پیوست 127
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول( 2‑1) مزایا و معایب چيدمان مدول غشایی در حالت غوطهور و خارج از بیوراکتور 13
جدول( 2‑2) مقایسه اشکال مختلف غشاهاي مورد استفاده در MBR از جنبه های گوناگون 22
جدول( 2‑3) مزایا و معایب هر یک از اشکال غشاهاي مورد استفاده در MBR 22
جدول( 3‑1) مشخصات غشاء هالو فایبر مورد استفاده در پایلوت 40
جدول( 3‑2) ویژگیهای فاضلاب ورودی تصفیه خانه فاضلاب شهرک اکباتان (مقادیر بحرانی) 49
جدول( 5‑1) مشخصات متغییر های ورودی و خروجی در شبکه عصبی مصنوعی 102
جدول( 5‑2) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 105
جدول( 5‑3) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 106
جدول( 5‑4) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 106
جدول( 5‑5) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 107
جدول( 5‑6) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 109
جدول( 5‑7) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 110
جدول( 5‑8) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 110
جدول( 5‑9) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 111
جدول( 5‑10) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 113
جدول( 5‑11) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 114
جدول( 5‑12) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 114
جدول( 5‑13) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 115
جدول( 5‑14) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 117
جدول( 5‑15) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 118
جدول( 5‑16) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 118
جدول( 5‑17) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 119
فهرست شكلها
عنوان صفحه
شکل( 2‑1) طرح شماتیک دو بعدی از یک سیستم بیوراکتور غشایی 9
شکل( 2‑2) نحوه تجزیه بیولوژیکی و جداسازی فیزیکی در سیستم بیوراکتور غشایی 11
شکل( 2‑3) بیوراکتور غشایی در دو حالت غوطهور و خارج از بیوراکتور 12
شکل( 2‑4) انواع بیوراکتورهای غشايي از حيث فرآيند كلي 14
شکل( 2‑5) تقسیم بندی انواع غشاء ها بر اساس دامنه جداسازی 18
شکل( 2‑6) غشا مسطح مورد استفاده در بیوراکتورهای غشایی 20
شکل( 2‑7) غشا هالو فایبر یا رشته ای مورد استفاده در بیوراکتورهای غشایی 21
شکل( 2‑8) غشاي اسپيرال 22
شکل( 2‑9) انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون 24
شکل( 2‑10) شكل شماتيك انواع مکانیزمهای گرفتگي 25
شکل( 3‑1) مخزن بیوراکتور غشایی به همراه متعلقات مربوط به آن 38
شکل( 3‑2) غشاء هالو فایبر و متعلقات آن در مخزن بیوراکتور غشایی 39
شکل( 3‑3) غشاء هالو فایبر و لوله های متصل به آن 41
شکل( 3‑4) پمپ مکش مورد استفاده در پایلوت 41
شکل( 3‑5) فشار سنج 42
شکل( 3‑6) پمپ بکواش 42
شکل( 3‑7) غشاء هالو فایبر و لوله های متصل به آن 43
شکل( 3‑8) آرایش هواده ها در بیوراکتور 44
شکل( 3‑9) حوضچه آنوکسیک مورد استفاده در پایلوت 45
شکل( 3‑10) حوضچه بی هوازی مورد استفاده در پایلوت 46
شکل( 3‑11) پمپ تغذیه و مخزن تغذیه پایلوت 47
شکل( 3‑12) پایلوت بیوراکتور غشایی واقع در تصفیه خانه اکباتان تهران 48
شکل( 3‑13) دستگاه اسپکتروفوتومتر جهت اندازه گیری میزان نمونه ها 50
شکل( 3‑14) دستگاه PH متر 51
شکل( 4‑1) شمایی از نواحي اصلي يك نرون بيولوژيكي 56
شکل( 4‑2) شمایی از ساختار يك نرون مصنوعي 56
شکل( 4‑3) شمایی از ساختار يك شبكه تک لایه 59
شکل( 4‑4) شمایی از ساختار يك شبكه دو لایه 60
شکل( 4‑5) منحني نمايش تابع تحريك نرون های RBF 65
شکل( 4‑6) مسطح پاسخ يك نرون RBF با دو ورودي 66
شکل( 4‑7) ساختار يك شبكه RBF 68
شکل( 5‑1) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 70
شکل( 5‑2) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 71
شکل( 5‑3) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD 72
شکل( 5‑4) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD 73
شکل( 5‑5) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 74
شکل( 5‑6) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD 75
شکل( 5‑7) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD 75
شکل( 5‑8) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 76
شکل( 5‑9) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 77
شکل( 5‑10) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 78
شکل( 5‑11) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 79
شکل( 5‑12) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 80
شکل( 5‑13) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 81
شکل( 5‑14) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 82
شکل( 5‑15) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD 83
شکل( 5‑16) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD 84
شکل( 5‑17) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 85
شکل( 5‑18) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD 86
شکل( 5‑19) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD 86
شکل( 5‑20) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 87
شکل( 5‑21) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 88
شکل( 5‑22) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 89
شکل( 5‑23) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 90
شکل( 5‑24) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 91
شکل( 5‑25) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 92
شکل( 5‑26) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 93
شکل( 5‑27) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD 94
شکل( 5‑28) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD 94
شکل( 5‑29) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 95
شکل( 5‑30) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD 96
شکل( 5‑31) منحنی تعیین ثابتهای سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD 97
شکل( 5‑32) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 98
شکل( 5‑33) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 99
شکل( 5‑34) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 100
شکل( 5‑35) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 101
شکل( 5‑36) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 102
شکل( 5‑37)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 103
شکل( 5‑38)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 104
شکل( 5‑39)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 104
شکل( 5‑40)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 107
شکل( 5‑41)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 108
شکل( 5‑42)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 108
شکل( 5‑43)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 111
شکل( 5‑44)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 112
شکل( 5‑45)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 112
شکل( 5‑46)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 115
شکل( 5‑47)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 116
شکل( 5‑48)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 116