دانلود پایان نامه عمران-محیط زیست:روش MBR در تصفیه اختلاط فاضلاب‌های شهری و صنعتی با هدف بازیافت پساب در چرخه تولید و مدل سازی آن

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 بهره گرفتن 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.

كلید 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- راهكارهای 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- اندازه‌گیری PH 50

3-6-5- اندازه‌گیری MLSS و MLVSS 51

فصل 4- تئوری مدل سازی با شبکه عصبی 52

4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………. ………………………………….. 52

4-2- ایده شبکه های عصبی مصنوعی 53

4-3- نحوه عملکرد شبکه های عصبی مصنوعی 55

4-4- شبكه عصبی مصنوعی 58

4-4-1- شبكه‎های تک لایه 58

4-4-2- شبكه‎های چند لایه 59

4-5- توابع تحریك شبكه‎های عصبی 61

4-5-1- تابع تحریك پله‌‌ای 61

4-5-2- تابع تحریك خطی 61

4-5-3- توابع تحریك سیگموید 61

4-6- بایاس……………………………………………………………………………………………………. ………………………………….. 62

4-7- آموزش شبكه عصبی 63

4-8- مدهای عملكردی شبكه عصبی 63

4-9- شبكه عصبی تابع بنیادی شعاعی (RBF) 64

4-9-1- نكات قابل توجه در خصوص شبكه‎ تابع بنیادی شعاعی 65

4-9-1-1- نرمال سازی بردارهای ورودی 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 چیدمان مدول غشایی در حالت غوطه‌ور و خارج از بیوراکتور 13

جدول( ‏2‑2) مقایسه اشکال مختلف غشاهای مورد استفاده در MBR از جنبه های گوناگون 22

جدول( ‏2‑3) مزایا و معایب هر یک از اشکال غشاهای 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 غشایی از حیث فرآیند كلی 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) غشای اسپیرال 22

شکل( ‏2‑9) انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون 24

شکل( ‏2‑10) شكل شماتیك انواع مکانیزم‌های گرفتگی 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 نواحی اصلی یك نرون بیولوژیكی 56

شکل( ‏4‑2) شمایی از ساختار یك نرون مصنوعی 56

شکل( ‏4‑3) شمایی از ساختار یك شبكه تک لایه 59

شکل( ‏4‑4) شمایی از ساختار یك شبكه دو لایه 60

شکل( ‏4‑5) منحنی نمایش تابع تحریك نرون های RBF 65

شکل( ‏4‑6) مسطح پاسخ یك نرون RBF با دو ورودی 66

شکل( ‏4‑7) ساختار یك 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

فصل 1- کلیات

فصل اول

کلیات

1-1- مقدمه
امروزه به دلیل افزایش جمعیت و حجم زیاد فاضلاب نیاز به سیستم‌های جدید برای تصفیه فاضلاب احساس می‌شود. سیستم‌های جدید مزایایی دارند که از جمله آن‌ها می‌توان به کیفیت بهتر آب خروجی اشاره کرد، دیگر اینکه سیستم‌های جدید فضای کمتری را اشغال می‌کنند، ابعاد تصفیه خانه کوچک شده و حتی به نصف سیستم‌های قدیمی می‌رسند، همچنین لجن تولیدی نیز کاهش می‌یابد. یکی از مزایای مهم سیستم‌های جدید کاهش ابعاد راکتور تا 40 تا 60 درصد می‌باشد.]1[ در این فصل به چند مورد از سیستم‌های جدید اشاره می‌شود.

عمده تصفیه خانه های موجود در ایران به روش لجن فعال، تصفیه را انجام می‌دهند.]2[ از آنجا که مخازن ته نشینی ثانویه یکی از اجزای اصلی این روش به شمار می‌روند، توجه

موضوعات: بدون موضوع لینک ثابت

فرم در حال بارگذاری ...

فید نظر برای این مطلب