بهينه سازي فرآيند لجن فعال : پایان نامه ارشد کشاورزی
کشور عزیزمان ایران با توجه به تنوع اقلیم ، آب و هوای مطبوع و اراضی وسیعی که در اختیار دارد در صورت مدیریت در عرصه کشاورزی میتواند یکی از قطب های بلامنازع کشاورزی دنیا باشد و با پرورش دانش آموختگان خبره در گرایش های مختلف رشته کشاورزی میتوان به این مهم نایل آمد.دیجی لود در ادامه به معرفی پایان نامه های کارشناسی ارشد رشته کشاورزی میپردازد. پایان نامه حاضر با عنوان” بهينه سازي فرآيند لجن فعال ” با گرایش سازه هاي آبي و با فرمت Word (قابل ویرایش) تقدیم شما دانشجویان عزیز میگردد.
چکیده بهينه سازي فرآيند لجن فعال:
صنعت تصفيه آب و فاضلاب، از صنايع زيربنايي هرکشور محسوب مي شود، که در دهه هاي اخير، توجه دولت ها را بيش از پيش به خود معطوف کرده است. به علت تنزل کيفيت عمومي منابع آب، ضرورت استفاده از سيستم هاي تصفيه پيشرفته آب و فاضلاب، دغدغه بسياري از اين کشورها (به ويژه کشورهاي در حال توسعه) مي باشد. چالش هاي زيست محيطي فراواني، در زمينه تصفيه فاضلاب، به ويژه سيستم لجن فعال وجود دارد. اين چالش ها اغلب در زمينه مقدار حجم هواي مورد نياز جهت حذف مواد آلي فاضلاب، توليد و دفع لجن مازاد مي باشد. بزرگ ترين عيب سيستم هاي تصفيه فاضلاب، بعد از توليد بو، توليد لجن مازاد مي باشد. دفع اين لجن مستلزم صرف هزينه زياد خواهد بود. در اين مطالعه با معرفي دو مدل، به بهينه سازي فرايند لجن فعال خواهيم پرداخت. در مدل اول، هدف،کمينه کردن مقدار حجم هواي مورد نياز جهت حذف مواد آلي فاضلاب وکاهش لجن توليدي مي باشد. بهينه سازي مدل با استفاده از روش بهينه سازي هوک جيوز انجام شده است. با مقادير بهينه اين متغيرها، يک سيستم لجن فعال با بهترين کارآيي وکمترين مقدار حجم هواي مورد نياز جهت حذف BOD5 و کمترين سرعت توليد لجن، طراحي خواهد شد. مدل دوم، مدل زيست محيطي، بر پايه معادلات مونود و تئوري تعادل توده ها استوار مي باشد. در مدل زيست محيطي، مينيمم حجم حوضچه هوادهي، تابع هدف مسئله مي باشد. براساس مقدار فاضلاب و خصوصيات ميکروبيول ها، حجم حوضچه هوادهي در اين مدل، به عنوان يک پارامتر قاطع براي طراحي سيستم هاي تصفيه فاضلاب، که تاثير ويژه اي روي زمان ماند و مقدار فاضلاب برگشتي دارد، معرفي شده است. در نهايت، ارزيابي نتايج نشان مي دهد، که مدل زيست محيطي يک مدل خوب براي پيش بيني عملکرد صحيح سيستم تصفيه لجن فعال و بهينه سازي اين سيستم مي باشد.
مقدمه
آب شرط وجود حيات مي باشد. اکثر واکنشهاي شيميايي در محيط آبي صورت مي گيرد. آب به علت خواص ويژه، نقش تنظيم کننده اي در طبيعت داشته و آن را در برابر تغييرات ناگهاني دما حفظ مي کند.آب بعد از مصارف گوناگون (خانگي، کشاورزي، صنعتي و …) تبديل به پساب مي شود. براي جلوگيري از آلودگي آب و محيط زيست، توسط اين پساب ها، بايد راهکارهايي براي تصفيه و استفاده مجدد از آن اتخاذ کرد( امير زمانخاني، 1388). لزوم اجراي طرح هاي آب و فاضلاب و درک مشکلات ناشي از آن از دير باز براي بشر مطرح بوده و در اين راه طي قرون متمادي پيشرفتهاي عظيمي نيز نصيب معماران و مهندساني که علوم را از طريق تجربه و ممارست آموخته بودند، گرديد( آصف خلداني، 1356).
تاريخچه مختصري درباره تغيير و تحول در طرز جمع آوري و تصفيه فاضلاب
قديمي ترين کاناليزاسيون را مي توان در آثار تمدن هنديان مشاهده نمود. در خرابه هاي شهر بابل و نينوا و نيز در جزيره کرت، آثاري از مجراهاي فاضلاب و آبريزگاههاي همگاني ديده شده اند. در شهرهاي يونان و روم قديم آثار فاضلاب روهايي به قطر هاي 2 تا 3 متر ديده شده اند، که ساختمان آنها را به 2000 سال پيش از ميلاد نسبت مي دهند. در بمبئي، باقيمانده گندآبروهايي مشاهده مي شود، که ساختمان آنها را به حدود 1900 سال پيش مربوط مي دانند. تا حدود يکصد سال پيش، بيشتر گندآبروها و به ويژه کانال هاي فرعي فاضلاب به صورت روباز ساخته مي شدند. پس از آشکار شدن اثر اين قبيل کانالها در پخش بيماريهاي واگيردار، کوشش به عمل آمد، که تمام گندآبروها و فاضلابروها در زير زمين ساخته شوند. کانال هاي اصلي شبکه هاي فاضلاب(اگو) شهر پاريس به طول 36 کيلومتر، در سال 1789 ميلادي ساخته شده اند. شهر لندن پس از کشتاري که بيماري وبا در آن انجام داد و طي آن 25000 نفر تلف شدند، در سالهاي 1832 تا 1848، داراي شبکه زير زميني جمع آوري فاضلاب شد. هامبورگ در سال 1842 و برلن در سال 1852 داراي شبکه هاي کاناليزاسيون گرديدند(محمد تقي منزوي،1360). در ايران نيز در زمينه آبرساني و فاضلاب کارهايي بزرگ و ابداعاتي جالب به چشم مي خورد. احداث هزارن کيلومتر قنات و همچنين بناي سد و تونل انتقال آب و بالاخره دفع فاضلاب در چاه، از ابتکارات معماران و مهندسان ايراني است. از اواخر قرن هيجدهم که انقلابات صنعتي مردم را با سرعتي غير قابل کنترل به شهر نشيني وادار ساخت، تامين آب سالم و دفع فاضلاب خانگي به صورت دو موضوع حاد از نظر امکان زندگي، ولو با حداقل بهداشت ممکن، بروز کرد. براي دفع آب باران اولين بار طرح جوي سازي بوجود آمد، تا بدين ترتيب آبهاي سطحي در خيابانهاي شهر جمع آوري و به اولين منبع طبيعي آب نظير نهر، رودخانه و يا دريا هدايت و دفع گردد. فاضلاب خانه ها نيز به صورت منفرد در زمينهاي پشت منازل يا چاهها و در پاره اي موارد مستقيما به داخل رودخانه دفع ميشد. به تدريج با توسعه و تورم ناگهاني شهرها، وضع شهرنشني بکلي دگرگون شد. اين تغييرات و تحولات دو مشکل جديد در شهرها به همراه داشت، اول تامين آب و به خصوص آب سالم براي مصرف اهالي و دوم جلوگيري از دفع فاضلاب خانگي به داخل جوي ها بود. به وجود آمدن محيطي کاملا غير بهداشتي در شهرها، مهندسان و معماران را وادار به تجديد نظر در طرز جمع آوري فاضلاب ساخت، تا آنکه مجبور به جدا کردن شبکه فاضلاب از آب بارا ن، يعني ابداع شبکه مجزا شدند. اين راه حل نيز اگرچه تا مدتي کوتاه مسئله را پايان يافته جلوه ميداد، ولي با توجه به کم شدن فواصل بين شهرهاي صنعتي که اکثرا در کنار رودخانه ها و سواحل دريا گسترش مي يافت، عملا مجالي براي تصفيه طبيعي فاضلاب دفع شده در رودخانه باقي نمي ماند. به اين ترتيب مشکل تامين آب سالم در شهرهاي پايين دست به وجود آمد. بر اساس همين معضلات بود، که اولين بار براي تامين آب مصرفي شهر لندن، مهندسي به نام چلسي) (Chelsea به اين فکر افتاد، که با حفر چاه هايي در امتداد مسير رودخانه تايمز آب سالم تهيه نمايد. اين اقدام بزودي نتايج رضايتبخشي به بار آورد و در نتيجه تصفيه آب با عبور دادن آن از لايه هاي ماسه اي در همه جا تحت عنوان تصفيه آب با صافيهاي ماسه اي معمول گشت. به وجود آمدن امکاناتي در زمينه تصفيه آب تا حدودي مشکل دفع فاضلاب خام در منابع طبيعي را به طور موقت برطرف نمود، ولي با افزايش مقدار پساب صنعتي و تراکم منازل و ازياد جمعيت در شهر، آب رودخانه ها آنچنان آلوده گرديد، که بوي تعفن حاصل از تجزيه مواد در کنار رودخانه ها در فصول گرم و بعلاوه خطر شيوع امراض واگير مردم شهرها را سخت نگران ساخت. از اين به بعد بود، که شهرداريها در مقابل فشار افکار عمومي، عليرغم مخارج زيادي که مي بايست در اجراي طرح هاي فاضلاب متحمل مي شدند، اقدام به يافتن راه حل هاي اساسي نمودند. در اواخر قرن نوزدهم جمع آوري و به خصوص تصفيه فاضلاب به صورت مسئله اي جدي در امر نوسازي شهرها و اجراي طرح هاي شهرسازي مطرح گرديد( آصف خلداني، 1356). صنعت تصفيه آب، از صنايع زير بنايي هر کشور محسوب مي شود. در دهه هاي اخير، توجه دولت ها را پيش از پيش به خود معطوف کرده است. به علت تنزل کيفيت عمومي منابع آب، ضرورت استفاده از سيستم هاي تصفيه پيشرفته آب و فاضلاب دغدغه بسياري از اين کشورها (به ويژه کشورهاي در حال توسعه) مي باشد. علاوه بر سعي در حفظ و بهبود کيفيت منابع آب، با افزايش روند تحقيق و توسعه و استفاده از فناوري نوين در صنعت تصفيه آب در صدد رسيدن به نقطه مطلوب بوده و در اين راه قدم هاي اساسي را نيز برداشته اند (از کشور مالزي و کره جنوبي، مي توان به عنوان نمونه هاي موفق در اين زمينه ياد کرد). اما در کشور ما اغلب مشاهده مي شود، هنوز در اجراي طرح هاي مختلف صنعت تصفيه آب و فاضلاب، از فناوري هاي قديمي استفاده مي شود. به طوري که بايد اذعان داشت واقعا تصفيه خانه هاي آب در کشورمان مظلوم واقع شده اند. متاسفانه حتي در مواردي مشاهده مي شود، با توجه به تغيير کيفيت آب خام و افزايش مواد آلي خطرناک در آب ورودي تصفيه خانه هاي قديمي، روش بهره برداري از تاسيسات هنوز دستخوش تغيير و بازنگري نشده است. حدود 40 سال است، که در دنيا صافي هاي دو لايه و مخلوط در تصفيه خانه هاي آب شرب وارد مدار شده اند. حتي صافي هاي موجود تک لايه تبديل به دو لايه شده اند. اما هنوز، ما، در بکارگيري اين فناوري ترديد داريم. بايد باور کرد، دنيا شتابان و به سرعت در حال حرکت است، اما ما غافل مانده ايم. نه مشاور قادر است تحولي در اين زمينه ايجاد کند، نه سازندگان، توانايي اين کار را دارند. علت هم اين است، که در صنعت آب و فاضلاب ما، کمتر علم گرايي وجود دارد. ما فقط توليد مي کنيم و به فکر کنترل کيفيت نيستيم. تا وقتي صنعت تصفيه آب و فاضلاب، علم گرا نشود، تحقيق به وجود نمي آيد و تا تحقيق به وجود نيايد، توسعه اي در کار نيست و طبيعتا سنت گرايي باقي مي ماند( امير زمانخاني، 1388).
فهرست مطالب
فصل اول: کلياتي درباره تغيير و تحول در طرز جمع آوري و تصفيه فاضلاب
1-1- مقدمه 2
1-2- تاريخچه مختصري درباره تغيير و تحول در طرز جمع آوري و تصفيه فاضلاب 2
1-3- هدف از تصفيه فاضلاب 4
1-4- انواع و خواص فاضلاب 6
1-4-1- فاضلاب خانگي 6
1-4-2- فاضلاب صنعتي 8
1-4-3- فاضلاب سطحي 8
1-5- تصفيه فاضلاب 9
1-5-1- تصفيه فاضلاب در مجاورت باکتري هاي هوازي 9
1-5-2- تصفيه و تجزيه فاضلاب در مجاورت باکتري هاي غير هوازي 9
1-6- لزوم آزمايش فاضلاب 13
1-7- آزمايش تحليلي فاضلاب 13
1-7-1- آزمايشات فيزيکي 13
1-7-2- مطالعات بهداشتي 13
1-7-3- آزمايشات شيميايي 13
1-8- معيار شدت آلودگي 14
1-9- تعيين مقدار بي- او- دي (BOD) 15
1-10- درجه آلودگي فاضلاب هاي خانگي در شهر هاي ايران 15
فصل دوم: واحد هايي بکارگيري در تصفيه خانه فاضلاب
2-1- مقدمه 17
2-2- هدف تصفيه مقدماتي 17
2-3- تصفيه مقدماتي فاضلاب 18
2-4- آشغال گيري و آشغالگيرها 18
2-4-1- آشغالگيرهاي دستي 19
2-4-2- آشغالگيرهاي مکانيکي 20
2-4-3- بازده آشغالگيرها 22
2-4-4- دفع آشغال 22
2-5- آشغال خردکن ها 23
2-5-1- انواع آشغال خردکن و طرز کار با آنها 23
2-6- حوض هاي دانه گير 26
2-6-1- تعريف دانه 26
2-6-2- اهداف احداث حوض هاي دانه گيري 26
2-6-3- تثبيت سرعت جريان 27
2-6-4- دفع مواد دانه اي 27
2-7- ته نشيني 27
2-7-1- ته نشيني ساده 28
2-7-2- ته نشيني شيميايي 29
2-8- حوض هاي ته نشيني 29
2-9- انواع حوض هاي ته نشيني 29
2-9-1- حوض هاي ته نشيني نخستين 30
2-9-2- حوض هاي ته نشيني نهائي 30
2-10- کلر زني 31
2-11- حوض کلر زني 31
2-12- تصفيه و دفع لجن 32
2-13- هضم لجن 33
2-14- مخازن هاضم 33
2-15- حوض تغليظ لجن 34
2-16- دفع لجن هضم شده 34
2-17- بسترهاي لجن خشک کن 34
2-18- انتخاب محل تصفيه خانه 35
فصل سوم: انواع فرايندهاي تصفيه زيستي فاضلاب
3-1- مقدمه 37
3-2- پخش فاضلاب در زمينهاي زراعي 37
3-3- صافيهاي ماسه اي متناوب 37
3-3-1- بازده صافيهاي ماسه اي متناوب 38
3-4- برکه هاي تصفيه فاضلاب 38
3-5- صافيهاي چکنده 39
3-5-1- تصفيه فاضلاب در صافيهاي چکنده 39
3-5-2- معايب و محاسن صافيهاي چکنده 39
3-6- تصفيه زيستي فاضلاب با کمک لجن فعال شده 41
3-6-1- لجن فعال شده 41
3-6-2- تصفيه فاضلاب با کمک لجن فعال شده 41
3-6-3- مايع مخلوط 41
3-6-4- حوض هوارساني 42
3-6-5- مشخصات ظاهري لجن فعال شده 42
3-7- حوض هاي هوارساني 42
3-7-1- هوارساني به فاضلاب و طرق مختلف آن 42
3-8- مکانيسم هاي اساسي فرايند لجن فعال 42
3-9- وظايف اصلي فرايند لجن فعال 44
3-10- اهميت بهينه سازي فرايند لجن فعال 44
3-11- مروري بر تحقيقات گذشته 44
فصل چهارم:بهينه سازي
4-1- مقدمه 47
4-2- رابطه سازي طرح بهينه 47
4-3- تاريخچه بهينه سازي 49
4-4- تابع هدف 49
4-5- روش بهينه سازي هوک جيوز 50
4-5-1- الگوريتم هوک جيوز 50
4-5-2- محاسبات عددي روش بهينه سازي هوک جيوز 51
فصل پنجم: معرفي مدل ها جهت بهينه سازي تصفيه خانه لجن فعال
5-1- فرايند هاي رشد معلق 58
5-2- اصول و قواعد کلي سيستم هاي رشد معلق 58
5-3- محاسبات عددي 62
5-4- معرفي مدل 63
5-4-1- حل مدل با روش هوک جيوز 65
5-4-2- ورودي هاي برنامه 65
5-4-3- برنامه روش هوک- جيوز به زبان فرترن 65
5-4- 4- خروجي هاي برنامه 65
5-4-5- نتايج و محاسبات 65
5-5- بهينه سازي فرايند لجن فعال بر پايه مدل زيست محيطي 71
5-5-1- معادلات حاکم بر فرايند لجن فعال 72
5-5-2- مواد و روش ها 75
5-5-3- معادلات رياضي مدل زيست محيطي 76
5-5-4- چگونگي محاسبات بهينه سازي مدل زيست محيطي 83
5-5-5- برنامه مدل EBM به زبان فرترن 79
5-5-6- نتايج و محاسبات 79
5-5-7- مقايسه بين نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع 80
5-6- بحث و نتيجه گيري 83
منابع 85
پيوست 88
فهرست جداول
جدول 4-1- ارزيابي نقاط اطراف نقطه B جهت مينيمم کردن تابع 53
جدول 4-2- درون يابي نقاط اطراف نقطه B جهت مينيمم کردن تابع 55
جدول 4-3- محاسبه مقدار نهايي F(B) با کاهش سايز h 56
جدول 5-1- مقادير، ، و در سيستم لجن فعال، با اختلاط کامل در دماي تقريبي
61
جدول 5-2- مقايسه بين نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع(Steel and McGhee, 1960) 66
جدول 5-3- مقايسه بين نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع(1)(Viessman and Hammer, 1993)
68
جدول 5-4- مقايسه بين نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع(2)(Viessman and Hammer, 1993)
69
جدول5-5- مقايسه بين نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع(3)(Viessman and Hammer, 1993)
70
جدول 5-6- مقايسه بين نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع(4)(Viessman and Hammer, 1993)
71
جدول5-7- مقايسه نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع (lee and Lin.,1999) 80
جدول 5-8- مقايسه نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع) (Woodard.,200181
جدول 5-9- مقايسه نتايج محاسباتي با داده هاي مرجع) (Qin.,198982
فهرست شکل ها
شکل1-1- دوره بي انتهاي در تجزيه هوازي مواد ازت دار، کربن دار و گوگرد دار در طبيعت 11
شکل1-2- دوره بي انتهاي در تجزيه غير هوازي مواد ازت دار، کربن دار و گوگرد دار در طبيعت 12
شکل2-1- نحوه قرار گيري آشغالگير دستی 19
شکل 2-2- آشغالگير دستي(ديد کناري) 20
شکل 2-3- آشغالگير مکانيکي ساده 21
شکل2-4- آشغالگير ميله اي مکانيکي کوچک در حين بهره برداري 21
شکل2-5- آشغالگير ميله اي مکانيکي در حين بهره برداري در تصفيه خانه هاي با فاضلابروهاي ورودي عميق 22
شکل2-6- آشغال خرد کن قبل از نصب 24
شکل2-7- آشغال خردکن در حين بهره برداري 24
شکل2-8- آشغال خردکن در حين بهره برداري(نوع آلماني) 25
شکل 2-9- آشغال خردکن(نوع آلماني) قبل از بهره برداري 25
شکل 2-10- حوض دانه گيري، مجهز به دانه روب مکانيکي 27
شکل2-11- حوض ته نشيني اولِيه 28
شکل2-12- حوض ته نشيني ثانويه 28
شکل2-13- شماي يک حوض کلرزني 32
شکل2-14- نمايي از مخازن هاضم 33
شکل2-15- مخازن هاضم مجهز به ادوات بهمزن مکانيکي 33
شکل3-1- منظره عمومي برکه هاي تصفيه فاضلاب 38
شکل3-2- منظره عمومي تصفيه خانه فاضلاب با صافيهاي چکنده 40
شکل3-3- صافي هاي چکنده با پخشان هاي دوار و پخش فاضلاب روی بستر خرده سنگی 41
شکل 5-1- عملکرد سيستم فرايند لجن فعال با اختلاط کامل 59
فهرست شکل ها و نمودارها
شکل 5-2- سيستم لجن فعال با اختلاط کامل با چرخه مواد جامد(Completely Mixed Biological Reactor With Solids Recycle ) 60
شکل 5-3- چگونگي جريان فاضلاب در سيستم لجن فعال با تعريف پارامترهاي مربوطه 75
نمودار 5-1- نسبت به 67
نمودار 5-2- نسبت به 67
نمودار 5-3- نسبت به 67
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.
برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها