موضوع: فرآیند کاهش لجن در خروجی دستگاه جداکننده(سپراتور) دامداری ها
پايان نامه کارشناسي ارشد در رشته مهندسی محیط زیست
گرايش: آب و فاضلاب
فاضلاب دامداری با اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی بالا (BOD)، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی بالا (COD)، محتوای مواد مغذی زیاد (نیتروژن و فسفر قابل استفاده به عنوان عناصر غذایی برای گیاهان)، مواد جامد معلق و عوامل بیماری زا شناخته می شوند. بسته به این ویژگی ها و درجه تصفیه ای که باید برای استفاده مجدد از این فاضلاب ها به طور ایمن و یا مستقیماً به رودخانه ها یا آب های طبیعی تخلیه شود، روش های مختلفی برای تصفیه خانه های فاضلاب دامداری در نظر گرفته شده است. در این مطالعه یافته های بدست آمده از آزمایشات در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از سه روش مختلف تجزیه لجن عباتنرد از روش حرارتی- قلیایی کم دما، پراکندگی-قلیایی و آوادهی-قلیایی، ارزیابی زیست تخریب پذیری لجن پیش تصفیه شده و عملکرد نیمه مستمر راکتورهای بی هوازی لجن پیش تصفیه شده ارائه شده است. در مرحله اول، مطالعات امکان سنجی در مقیاس آزمایشگاهی در مورد روش روش حرارتی- قلیایی کم دما مورد بررسی قرار گرفت و در 50 تا 80 درجه سانتیگراد طی 6 تا 48 ساعت انجام شد. در شرایط بهینه شده (60 درجه سانتی گراد با pH 12) ، انحلال پذیری COD و کاهش جامدات معلق (SS) 23% و 22٪ بیشتر از شاهد بود. نتایج آزمون پتانسیل بیوشیمیایی متان (BMP) لجن پیش تصفیه شده تایید کرد که، تقریباً 51٪ تولید بیوگاز بیشتر از شاهد است. بنابراین، 60 درجه سانتیگراد با pH 12 برای راکتورهای ناپیوسته انتخاب شد. از دو راکتور ناپیوسته در مقیاس آزمایشگاهی با حجم کاری 4 لیتر در دمای مزوفیلیک (35 درجه سانتیگراد) استفاده شد. از این دو راکتور، یکی به عنوان راکتور راکد بی هوازی کنترل ناپیوسته، که به عنوان شاهد عمل می کرد و دیگری به عنوان راکتور بی هوازی ناپیوسته تجربی، که در آن کاهش لجن انجام می شد، تعیین گردید. زمان های ماند یاخته (SRT) 20، 15 و 12روز به ترتیب برای بررسی عملکرد هضم بی هوازی لجن پیش تصفیه شده انجام شد. ترکیب پیش تصفیه با هضم بی هوازی (AD) به ترتیب با بهبود 75 درصدی در تولید بیوگاز منجر به کاهش 47 درصد و 50 درصد از جامدات معلق (SS) و جامدات فرّار (VS) شد. در مرحله دوم، در مورد تأثیر ترکیب پیش تصفیه قلیایی و پراکندگی بر تجزیه لجن، مطالعه انجام شد. اثرات چهار متغیر، قلیاییت، زمان تیمار، pH و دور در دقیقه بررسی شد. بهترین عملکرد، از نظر انحلال پذیری COD ، کاهش SS و تولید بیوگاز، مربوط به حالت انرژی خاص (SE) ورودی 4544 کیلوژول بر کیلوگرم TS برای NaOH در pH10 بود و برابر با 24٪ ، 23.3٪ و 76 بالاتر از شاهد بود. ترکیب پیش تصفیه با هضم بی هوازی در روز پانزدهم SRT منجر به کاهش 49 و 51 درصد از SS و VS ، با بهبود 76 در تولید بیوگاز گردید. در نهایت، اثربخشی روش آوادهی-قلیایی با استفاده از عوامل مختلف قلیایی، pH و زمان واکنش آزمایش شد. در شرایط بهینه (4172 کیلوژول بر کیلوگرم TS SE)، انحلال پذیری COD، کاهش SS و تولید بیوگاز می تواند 59، 46 و 80 درصد بالاتر از شاهد بهبود یابد. ترکیب پیش تصفیه با هضم بی هوازی در روز پانزدهم SRT منجر به کاهش 58٪ و 62٪ SS و VS، با بهبود 83٪ در تولید بیوگاز شد.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-7- تعریف واژه های تخصصی.. 11
فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق.. 14
2-4-2- انواع لجن و خصوصیات آن. 18
2-5-2- تعریف هضم بی هوازی.. 20
2-5-3- تاریخچه هضم بی هوازی.. 20
2-5-4-1- هیدرولیز (مایع سازی) 23
2-5-5- عوامل زیست محیطی موثر بر فرایند هضم بی هوازی.. 25
2-5-5-1- سطح pH و سیستم بافر. 26
2-5-5-3- نرخ بارگذاری ارگانیک… 27
2-5-5-4- غلظت اسیدهای چرب فرّار. 27
2-5-5-5- میانگین زمان ماند یاخته. 28
2-5-6- مزیت های فرایند هضم بی هوازی.. 29
2-5-7- تصفیه مقدماتی برای افزایش هضم بی هوازی.. 30
2-6- تصفیه مقدماتی حرارتی.. 31
2-6-1- مکانیسم های واکنش تیمار حرارتی.. 32
2-6-2- تصفیه حرارتی دمای بالا. 32
2-6-3- تصفیه حرارتی دمای پایین.. 32
2-6-4- عملکرد تصفیه حرارتی.. 33
2-7- تصفیه مقدماتی قلیایی.. 35
2-7-1- مکانیسم های واکنش تیمار قلیایی.. 35
2-7-2- عوامل موثر بر کارایی تیمار قلیایی.. 35
2-7-2-4- عملکرد تیمار قلیایی.. 37
2-8- تصفیه مقدماتی حرارتی- قلیایی.. 39
2-9- هموژنیزاسیون (پراکندگی) تصفیه مقدماتی قلیایی.. 43
2-10- تصفیه مقدماتی فراصوتی.. 44
2-11- سودمندی امواج فراصوت… 45
2-11-1- مکانیسم های واکنش تصفیه آوادهی.. 46
2-11-3- انرژی ورودی به لجن.. 49
2-11-3-1- کمّی سازی انرژی ورودی.. 49
2-11-4- عملکرد تصفیه آوادهی.. 50
2-12- پیش تصفیه آوادهی- قلیایی.. 53
3-2-1- تمیز کردن ظروف شیشه ای.. 68
3-2-3- تجزیه و تحلیل نمونه ها 69
3-2-3-1- پارامترهای اندازه گیری شده 69
3-2-3-2- اکسیژن محلول شیمیایی مورد نیاز (SCOD) 70
3-2-3-4- استخراج تولید لجن اضافی.. 70
3-2-4- پیش تصفیة حرارتی- قلیایی کم دما 71
3-2-5- پیش تصفیة پراکندگی- قلیایی.. 73
3-2-6- پیش تصفیة آوادهی- قلیایی.. 74
3-3- ارزیابی پتانسیل متان بیوشیمیایی.. 76
3-4-1- ساخت و تنظیمات راکتورهای بی هوازی.. 78
3-4-2- راه اندازی راکتور بی هوازی.. 80
3-4-4- تغییرات زمان ماند یاخته. 81
3-4-5- تجزیه و تحلیل متان با استفاده از کروماتوگرافی گاز. 81
4-2- نمونه لجن فعال شده زباله. 84
4-3- تلقیح بی هوازی / لجن بذر. 85
4-4- پیش تصفیه حرارتی-قلیایی کم دما (LTTA) 86
4-4-1- اثر LTTA پیش تصفیه بر انحلال پذیری لجن.. 86
4-4-2- اثر LTTA پیش تصفیه بر کاهش SS. 87
4-4-3- اثر پیش تصفیه LTTA بر کربوهیدرات محلول و آزادسازی پروتئین.. 88
4-4-4- اثر پیش تصفیه LTTA بر تجزیه بیولوژیکی WAS. 90
4-4-5- تاثیر پیش تصفیه LTTA بر راکتورهای بی هوازی نیمه مداوم (SCAR) 92
4-5- پیش تصفیه پراکندگی – قلیایی.. 99
4-5-1- اثر پیش تصفیه پراکندگی – قلیایی بر انحلال پذیری لجن.. 99
4-5-2- اثر پیش تصفیه پراکندگی – قلیایی در کاهش SS. 102
4-5-3- اثر انرژی ویژه (SE) در انحلال پذیری COD.. 103
4-5-4- اثر پیش تصفیه پراکندگی – قلیایی بر تجزیه بیولوژیکی WAS. 105
4-5-5- تأثیر پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی بر راکتورهای بی هوازی نیمه مداوم. 108
4-5-5-2- اسیدهای چرب فرار. 110
4-6- پیش تصفیه آوادهی- قلیایی.. 114
4-6-1- تاثیر پیش تصفیه آوادهی-قلیایی در انحلال پذیری لجن.. 114
4-6-2- اثر پیش تصفیه آوادهی-قلیایی بر کاهش SS. 116
4-6-3- تأثیر انرژی ویژه بر انحلال پذیری COD.. 116
4-6-4- اثر پیش تصفیه آوادهی-قلیایی بر تجزیه بیولوژیکی WAS. 118
4-6-5- تاثیر پیش تصفیه آوادهی- قلیایی بر راکتورهای بی هوازی نیمه مداوم. 121
4-6-5-2- اسیدهای چرب فرار. 123
4-7- مقایسه سه فرآیند پیش تصفیه متفاوت… 127
4-7-1- کارآیی حذف مواد جامد فرار (VS) 127
4-7-2- کارآیی حذف جامدات معلق (SS) 128
4-7-3- کارایی تبدیل بیوگاز از طریق هضم. 129
فصل پنجم : بحث و نتيجه گيري.. 131
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1- عوامل زیست محیطی در هضم بی هوازی.. 25
جدول 2-2- شرایط اسیدهای چرب فرّار برای هضم بی هوازی.. 28
جدول 2-3- مزیت های هضم بی هوازی به عنوان روش جایگزین مدیریت پسماند و فاضلاب… 29
جدول 2-4- گزینه های تصفیه مقدماتی لجن.. 31
جدول 2-5- مزایا و معایب آوادهی.. 44
جدول 2-6- کاربردهای امواج فراصوت در مهندسی محیط زیست… 45
جدول 3-1- زمان بندی تجزیه و تحلیل ها 69
جدول 3-2- شرایط عملیاتی پیش تصفیه حرارتی- قلیایی کم دما 72
جدول 3-3- شرایط عملیاتی پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی.. 74
جدول 3-4- شرایط عملیاتی پیش تصفیه آوادهی- قلیایی.. 75
جدول 3-5- تغذیه و نرخ بارگیری جامدات (SLR) با توجه به زمان ماند یاخته (SRT) 81
جدول 4-1- مشخصات نمونه های اولیه فاضلاب لجن فعال. 84
جدول 4-2- مشخصات تلقیح بی هوازی.. 85
جدول 4-3- پارامترهای سینتیک محاسبه شده از مدل نظری برای نمونه های پیش تصفیه شده با LTTA 92
جدول 4-4- عملکرد راکتور پس از تثبیت… 93
جدول 4.5 پارامترهای سینتیک محاسبه شده از مدل نظری برای نمونه های تصفیه شده با پراکندگی- و قلیایی 108
جدول 4-6- عملکرد راکتور پس از تثبیت… 108
جدول 4-7- پارامترهای سینتیک محاسبه شده از مدل نظری برای نمونه های مختلف… 120
جدول 4-8- عملکرد راکتور پس از تثبیت… 121
جدول 4-9- شرایط بهینه شده روشهای مختلف پیش تصفیه. 127
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل 2-1- خلاصه ای از زنجیر هضم بی هوازی.. 23
شکل 2-2- مکانیسم تصفیه مقدماتی حرارتی- قلیایی لجن.. 40
شکل 2-3- مکانیسم پیش تصفیه پخش کن- قلیایی لجن.. 44
شکل 4-2- فاصله فرکانس آوادهی.. 47
شکل 2-5- مکانیسم تصفیه مقدماتی آوادهی- قلیایی لجن.. 53
شکل 2-6- شماتیک فرآیند انعقاد شیمیایی (38) 56
شکل 3-1- فلوچارت مراحل اجرای تحقیق.. 68
شکل 3-2- همزن دورکُند (آلمان، IKA، مدل: RW 20) 72
شکل 3-3- روتور در دستگاه Disperser مورد استفاده در مطالعه. 73
شکل 3-4- از دستگاه هموژنایزر اولتراسونیک مورد استفاده در مطالعه. 75
شکل 3-5- آزمایش ارزیابی پتانسیل متان بیوشیمیایی.. 78
شکل 3-6- راکتور هضم بی هوازی مورد استفاده در مطالعه. 79
شکل 3-7- پمپ پریستالتیک مورد استفاده در مطالعه. 80
شکل 3-8- دستگاه ترمو کروماتوگراف گاز. 82
شکل 4-1- بهینه سازی زمان و pH در حین پیش تصفیه LTTA برای انحلال پذیری COD.. 87
شکل 4-2- بهینه سازی زمان و pH در طول پیش تصفیه LTTA برای کاهش SS. 88
شکل 4-3- تأثیر پیش تصفیه LTTA بر ترشح پروتئین و کربوهیدرات… 89
شکل 4-4- مقایسه تولید تجمعی بیوگاز با داده های آزمایشگاهی.. 91
شکل 4-5- مقایسه تناسب مدل با داده های آزمایشگاهی.. 91
شکل 4-6- تنوع PH در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 94
شکل 4-7- تغییرات قلیائیت در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 95
شکل 4-8- تغییرات غلظت VFA در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 95
شکل 4-9- نسبت VFA/قلیائیت در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 96
شکل 4-10- روند حذفی SS در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 97
شکل 4-11- روند حذفی VS در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 97
شکل 4-12- تولید روزانه بیوگاز راکتورها در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 98
شکل 4-13- نرخ تولید راکتورها در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 99
شکل 4-14- تاثیر NaOH بر انحلال پذیری COD طی پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی.. 100
شکل 4-15- تاثیر KOH بر انحلال پذیری COD طی پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی.. 101
شکل 4-16- تاثیر Ca(OH)2 بر انحلال پذیری COD طی پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی.. 101
شکل 4-17- تاثیر NaOH بر کاهش SS طی پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی.. 102
شکل 4-18- تاثیر KOH بر کاهش SS طی پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی.. 103
شکل 4-19- تاثیر Ca(OH)2 بر کاهش SS طی پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی.. 103
شکل 4-20- تغییرات انحلال پذیری COD با SE طی پیش تصفیه پراکندگی- قلیایی.. 104
شکل 4-21- تولید بیوگاز تجمعی با دورة هضم. 106
شکل 4-22- مقایسه تناسب مدل با داده های تجربی.. 107
شکل 4-23- تغییرات PH در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 109
شکل 4-24- تغییرات قلیائیت در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 110
شکل 4-25- تغییرات غلظت VFA در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 111
شکل 4-26- نسبت VFA/ قلیائیت در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 111
شکل 4-27- روند حذف SS در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 112
شکل 4-28- روند حذف VS در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 112
شکل 4-29- تولید بیوگاز روزانه راکتورها در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 113
شکل 4-30- نرخ تولید بیوگاز راکتورها در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 114
شکل 4-31- اثرات عوامل قلیایی مختلف بر انحلال پذیری COD طی پیش تصفیه آوادهی- قلیایی.. 115
شکل 4-32- اثرات عوامل قلیایی مختلف بر کاهش SS طی پیش تصفیه آوادهی- قلیایی.. 116
شکل 4-33- تنوع انحلال پذیری COD با SE. 117
شکل 4-34- تغییر pH و دما با SE. 118
شکل 4-35- تولید تجمعی بیوگاز با دورة هضم. 119
شکل 4-36- مقایسه تناسب مدل با داده های تجربی.. 120
شکل 4-37- تغییرات PH در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 122
شکل 4-38- تغییرات قلیائیت در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 123
شکل 4-39- تغییرات غلظت VFA در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 124
شکل 4-40- نسبت VFA/ قلیائیت در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 124
شکل 4-41- روند حذف SS در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 125
شکل 4-42- روند حذف VS در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 125
شکل 4-43- تولید روزانه بیوگاز در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 127
شکل 4-44- نرخ تولید بیوگاز در SRTهای مختلف طی هضم بی هوازی.. 127
شکل 4-45- تأثیر پیش تصفیه های مختلف بر راندمان حذف مواد جامد فرار در حین هضم بی هوازی 128
شکل 4-46- تأثیر روشهای مختلف پیش تصفیه بر راندمان حذف مواد معلق در حین هضم بی هوازی 129
شکل 4-47- تأثیر روشهای مختلف پیش تصفیه بر راندمان تبدیل بیوگاز در حین هضم بی هوازی.. 130
نقد و بررسیها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.