امکان سنجی تصفیه فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری word

فهرست مطالب

فصل 11

مقدمه1

1-1 مقدمه2

1-2 اهمیت تحقیق2

1-3 ضرورت تحقیق4

1-4 فرضیات تحقیق5

1-5 اهداف تحقیق6

1-6 ساختار پایان نامه6

فصل 2: مروری بر منابع8

2-1 مقدمه9

2-2 تاریخچه‌ و اهمیت تصفیه فاضلاب9

2-3 اهمیت جمع‌آوری فاضلاب10

2-4 شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب10

2-4-1 تاریخچه احداث10

2-5 انواع فاضلاب12

2-5-1فاضلاب خانگی12

2-5-2فاضلاب صنعتی12

2-5-3 فاضلاب‌های سطحی13

2-6 شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب و انواع آن13

2-6-1 شبکه‌های بهداشتی فاضلاب14

2-6-2 شبکه‌های جمع‌آوری آب‌های سطحی15

2-6-3 شبکه‌های جمع‌آوری مرکب15

2-6-4شبکه‌های جمع‌آوری جایگزین16

2-6-4-1 شبکه‌های جمع‌آوری ثقلی با قطر کوچک16

2-6-5انواع روش‌های مورد استفاده جهت بررسی فرآیندهای شبکه جمع‌آوری فاضلاب17

2-6-5-1 آنالیزهای آزمایشگاهی در رآکتورهای کوچک17

2-6-5-2 طرح‌های پایلوتی آزمایشگاهی19

2-6-5-3 مطالعات میدانی19

2-7 تغییرات کیفی فاضلاب هنگام انتقال20

2-7-1تصفیه فاضلاب در مجاورت باکتری‌های هوازی21

2-7-1-2 انواع واکنش‌های شبکه‌های جمع‌آوری ثقلی تحت شرایط هوازی21

2-7-2 تجزیه مواد آلی فاضلاب تحت شرایط بی‌هوازی22

2-7-2-1 نحوه تشکیل گاز H₂S در فاضلاب22

2-7-2-2 عوامل موثر در تولید گاز هیدروژن سولفید23

2-7-3جلوگیری از انتشار شرایط بی‌هوازی در شبکه‌های متعارف جمع‌آوری فاضلاب25

2-7-4تاثیر اکسیژن در کنترل شرایط بی‌هوازی25

2-8 تاثیر نیترات در کنترل شرایط بی‌هوازی26

2-9 ویژگی‌های شبکه جمع‌آوری موثر بر تبدیلات بیولوژیکی27

2-10 عوامل موثر بر نرخ تصفیه فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب30

2-10-1 نسبت F/M30

2-10-2 زمان ماند هیدرولیکی31

2-10-3 قطر شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب31

2-11 استفاده از شبکه‌های جمع‌آوری به عنوان تاسیسات پیش تصفیه31

2-12 روش‌های ارزیابی تغییرات کیفیت فاضلاب هنگام انتقال در شبکه‌های جمع‌آوری33

2-12-1 حذف COD، BODوDOC در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب34

2-12-2 حذف ذرات معلق و مواد آلی محلول در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب38

2-12-3 حذف اکسیژن محلول در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب40

2-12-4 حذف نیترات در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب40

2-13 الحاق بایوفیلم به جداره‌ی داخلی فاضلاب‌روها42

2-14 مدل‌های حذف در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب44

2-14-2انتقال هوا44

2-14-3رشد بایومس هتروتروفیک45

2-14-3-1 رشد بایومس معلق45

2-14-3-2 انرژی مورد نیاز جهت نگهداری بایومس معلق45

2-14-3-3 رشد بایوفیلم46

2-14-4هیدرولیز46

2-14-4-2 ماتریس واکنش‌ها47

2-15 نتیجه‌گیری مطالعات انجام شده49

فصل 3: روش تحقیق50

3-1 مقدمه51

3-2 مطالعات شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب51

3-3 جزییات ساخت پایلوت51

3-3-1انتخاب روش مناسب جهت ساخت پایلوت51

3-3-2انتخاب شرایط حاکم بر فرآیندهای حذف در شبکه جمع‌آوری52

3-4 روابط هیدرولیکی مورد استفاده52

3-4-1رابطه پیوستگی52

3-4-2رابطه جریان53

3-4-2-1 رابطه تجربی مانینگ-استریکلر53

3-5 شبیه ‌سازی شبکه‌های متعارف جمع‌آوری فاضلاب و قطر کوچک54

3-5-1چگونگی افزایش MLSS درپایلوت54

3-6 ساخت پایلوت آزمایشگاهی55

3-6-2انتخاب مصالح56

3-6-2-1 قطر و نوع لوله‌ها56

3-6-2-2 پمپ‌ها58

3-6-2-3 دیفیوزر60

3-6-2-4 مخازن نگهداری61

3-6-2-5 سطح شیبدار61

3-6-2-6 توری‌ها62

3-6-2-7 فاضلاب مصنوعی63

3-6-2-8 لجن فعال64

3-7 ساخت پایلوت آزمایشگاهی64

3-8 راه‌اندازی پایلوت آزمایشگاهی65

3-8-1محاسبه دبی جریان66

3-8-2اندازه‌گیری رشد بایوفیلم66

3-8-3میزان فعالیت بایوفیلم67

3-9 آزمایش‌ها67

3-9-1مواد معلق67

3-9-1-1 تعیین کل جامدات معلق خشک شده در 103 تا105 درجه سانتی‌گراد68

3-9-2تعیین کل جامدات محلول خشک شده در 180 درجه سانتی‌گراد69

3-9-2-1 دستگاه‌ها و وسایل70

3-9-2-2 روش انجام آزمایش70

3-9-3تعیین جامدات ثابت و فرار سوزانده شده در دمای550 درجه سانتی‌گراد71

3-9-3-1 دستگاه‌ها71

3-9-3-2 روش انجام آزمایش71

3-9-4آزمایش‌های مربوط به حذف مواد آلی فاضلاب72

3-9-4-1 آزمایش BOD₅72

3-9-4-2 آزمایش COD72

3-9-4-3 اندازه‌گیری COD به روش تیتراسیون73

3-9-4-4 اندازه‌گیری COD به روش اسپکتوفتومتری74

3-9-4-5 آزمایش ‌‌‌‌اندازه‌گیری اکسیژن محلول75

3-9-4-6 اندازه گیری نیتروژن آمونیاکی75

3-9-4-7 اندازه گیری نیتروژن نیترات75

3-9-4-8 اندازه‌گیری دمای فاضلاب76

3-9-4-9 اندازه گیری PH76

فصل 4: نتایج و تفسیر آنها77

4-1 مقدمه78

4-2 عملکرد توری‌ها جهت رشد الحاقی78

4-3 بررسی تاثیر بالا بردن زبری در سرعت جریان79

4-3-1زبری جریان در حالت اولیه(قبل از الحاق توری)79

4-3-2زبری لوله‌ها پس از الحاق توری80

4-4 تشکیل بایوفیلم بر روی پلاستیک مشبک80

4-4-1اندازه‌گیری ضخامت بایوفیلم تشکیل شده80

4-4-2ساختار بایوفیلم تشکیل شده82

4-5 نرخ مصرف اکسیژن83

4-6 حذف مواد آلی84

4-6-1تغییرات غلظت COD84

4-6-1-1 آزمایش COD پس از گذشت ‌‌یک هفته از زمان شروع84

4-6-1-2 آزمایش COD پس از گذشت دو هفته از زمان شروع85

4-6-1-3 آزمایش COD پس از گذشت سه هفته از زمان شروع85

4-6-2 تغییرات غلظت BOD₅ طی دوره ‌بهره‌برداری از پایلوت87

4-6-2-1 تغییرات BOD₅ در سرعت 15/0 و 25/0 متر بر ثانیه87

4-6-3آزمایش BOD₅ و COD در سرعت 75/0 بر ثانیه88

4-6-4حذف‌‌‌ترکیبات نیتروژنی89

4-6-4-2 نیتروژن کل91

4-6-4-3 غلظت N-NH₃ و N-NO₃91

4-6-4-4 مواد معلق92

فصل 594

جمع‌بندی و پیشنهادها94

فصل 5:95

5-1 نتیجه‌گیری95

5-1-1 پیشنهادات96

مراجع97

 فهرست شکل‌ها

شکل (2-1) خصوصیات انواع مختلف شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب16

شکل (2-2) یک نمونه از رآکتورهای آزمایشگاهی مورد استفاده در مطالعات شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب18

شکل (2-3) نمونه‌‌یک پایلوت آزمایشگاهی مورد استفاده در مطالعات شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب19

شکل (2-4) فرآیندهای غالب در شبکه‌های جمع‌آوری تحت شرایط هوازی21

شکل (2-5) روند تشکیل گاز H₂S در شبکه جمع‌آوری فاضلاب23

شکل (2-6) تاثیر PH بر گونه‌های مختلف سولفید24

شکل (2-7) جریان فاضلاب و زیر سیستم‌های مربوط به شبکه جمع‌آوری فاضلاب28

شکل (2-8) خطوط سیر کلی مواد آلی فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری34

شکل (2-9) انواع الکترون پذیرنده خارجی تعیین کننده شرایط واکنش 35

شکل (2-10) واکنش‌های معمول در مسیر انتقال فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب39

شکل (3-1) شماتیک طرح نهایی پایلوت56

شکل (3-2) لوله‌های مورد استفاده در پایلوت57

شکل (3-3) پمپ لجن کش مورد استفاده جهت بازچرخانی جریان58

شکل (3-4) پمپ هواده مورد استفاده59

شکل (3-5) دیفیوزر مورد استفاده در مخزن بالا دست60

شکل (3-6) توری‌های مورد استفاده62

شکل (3-7) حوض هوادهی تصفیه‌خانه لجن فعال شهرک ‌‌یثرب64

شکل (3-8) نمای پایلوت65

شکل (3-9) نمودار استاندارد دستگاه اسپکتوفتومتر74

شکل (4-1) بایوفیلم تشکیل شده بر روی توری81

شکل (4-2) بایوفیلم تشکیل شده بر روی جداره داخلی لوله81

شکل (4-3) تغییرات ضخامت بایوفیلم نسبت به زمان82

شکل (4-4) تغییرات غلظت اکسیژن نسبت به زمان83

شکل (4-5) تغییرات غلظت COD پس از گذشت ‌‌یک هفته از زمان شروع85

شکل (4-6) تغییرات غلظت COD پس از گذشت دو هفته از زمان شروع86

شکل (4-7) آزمایش COD در سرعت 15/0 متر بر ثانیه86

شکل (4-8) آزمایش COD در سرعت 25/0 متر بر ثانیه87

شکل (4-9) تغییرات BOD₅ در سرعت 15/0 متر بر ثانیه88

شکل (4-10) تغییرات غلظت BOD₅ نسبت به زمان در سرعت 25/0 متر بر ثانیه89

شکل (4-11) تغییرات COD در سرعت 75/0 متر بر ثانیه90

شکل (4-12) تغییرات غلظت BOD₅ در سرعت 75/0 متر بر ثانیه90

شکل (4-13) تغییرات غلظت نیتروژن کل91

شکل (4-14) تغییرات غلظت نیتروژن آمونیاکی و نیتراتی92

شکل (4-15) تغییرات غلظت مواد معلق93

 فهرست جدول‌ها

جدول (2-1) خصوصیات شبکه‌های جمع‌آوری در ارتباط با شرایط فرآیندی36

جدول (2-2) غلظت بایومس و سوبسترا در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب44

جدول (2-3) خصوصیات تبدیلات مواد آلی فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری ثقلی47

جدول (3-1) ترکیبات فاضلاب مصنوعی(نوع اول)63

جدول (3-2)ترکیبات فاضلاب مصنوعی(نوع دوم)63

1-1 مقدمه

در این فصل در وهله اول نگاهی اجمالی به اهمیت تحقیق داریم و اشاره‌ای به نقش شبکه‌های جمع‌آوری در توسعه پایدار شده است. کلیات فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی که در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب رخ می‌دهند و اهمیت آن‌ها بحث شده است. در نهایت ضرورت تحقیق، فرضیات و اهداف تحقیق بیان شده است.

1-2 اهمیت تحقیق

امروزه شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب‌‌ یکی از زیر ساخت‌های مهم جوامع بشری محسوب می‌شوند و در توسعه شهرها نقش مهمی دارند. عمده‌ترین نقش این سازه‌ها را می‌توان جمع‌‌آوری فاضلاب از سطح شهرها، جلوگیری از انتشار بیماری‌های اپیدمی و تامین شرایط بهداشت عموی برشمرد. هزینه‌ی اجرایی شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب بسیار بالا بوده و تقریبا 75 درصد از هزینه‌های مربوط به فرآیند کلی تصفیه‌ی فاضلاب را شامل می‌شوند. بنابراین حفظ و نگهداری این تاسیسات بسیار حائز اهمیت است.

طراحی بهینه و کارآمد شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب نقش مهمی در طرح‌های توسعه پایدار دارد. این تاسیسات بسیار پرهزینه بوده و در صورت بروز مشکلاتی مانند خوردگی در این شبکه‌ها، مدیریت اجرایی متحمل هزینه‌های سنگینی خواهد شد. انتشار گاز هیدروژن سولفید در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب، باعث بروز مشکلاتی چون آزاد شدن گازهای خطرناک در جو و خوردگی لوله‌های فاضلاب و تاسیسات انتقال دهنده می‌شود]1[.

نقش شبکه جمع‌آوری فاضلاب امروزی که از اواسط قرن نوزدهم به منظور جمع‌آوری فاضلاب به کار گرفته شدند، از بدو بکارگیری تا به حال، صرفا انتقال فاضلاب از منابع تولید به تصفیه‌خانه بوده است. تحقیقات نشان داده‌‌‌ ترکیبات فاضلاب هنگام انتقال دائما دستخوش تغییرات می­باشد]2[. این تغییرات کیفی فاضلاب ناشی از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و‌‌ یا بیولوژیکی است که در شبکه رخ می‌دهند، اما امروزه تاثیر این فرآیندها هنگام طراحی و بهره‌برداری از شبکه‌ها لحاظ نمی‌شود.

در شرایط بارندگی، پدیده‌های هیدرولیکی و انتقال مواد جامد فاضلاب اهمیت زیادی دارند، در حالی که در این شرایط فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی معمولا اهمیت کمتری دارند. با این حال، در شرایط بدون بارندگی که تقریبا در 95 درصد اوقات در خیلی از کشورها حاکم است، فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی ممکن است روی عملکرد فاضلاب‌رو و تعامل بین فاضلاب‌رو و فرآیندهای تصفیه پس از آن در تصفیه‌خانه تاثیر داشته باشند.

احتمالا به این دلیل که فعالیت محققان و عوامل اجرایی بیشتر به شرایط بارندگی اختصاص داده شده، عملکرد بیولوژیکی و شیمیایی شبکه جمع‌آوری کمتر مورد توجه بوده است. با این حال واضح است که نمی‌توان از فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی فاضلاب هنگام انتقال چشم پوشی کرد. این فرآیندها ممکن است در ابتدا روی عملکرد خود شبکه جمع‌آوری و در پی آن روی تاسیسات ‌تصفیه‌خانه، محیط زیست و انسان‌هایی که به صورت مستقیم‌‌ یا غیر مستقیم با فاضلاب تماس دارند اثراتی داشته باشد.

اکثر پژوهش‌های موجود در زمینه شبکه جمع‌آوری، به ‌برنامه‌ریزی، طراحی، ‌بهره‌برداری و نگهداری از این شبکه‌ها اختصاص داده شده‌اند و در فعالیت‌های علمی توجه به واکنش‌های مذکور کم‌تر بوده است.