فرمت فايل : docx
حجم : 4152
توضيحات محصول :
عنوان كامل پروژه:
- فارسي :
شبيه سازي تغييرات ارتفاع پتوي لجن در راكتور UASB در شرايط مختلف راهبري
- انگليسي :
Mathematical Simulation of Sludge Blanket in an UASB Reactor in Different Operation Conditions.
|
اهداف و ضرورت اجراي پروژه :
يكي از جنبه هاي مهم طراحي راكتور هاي UASB تعيين ارتفاع بهينه پتوي لجن( sludge blanket) در اين نوع راكتور ميباشد. ارتفاع پتوي لجن بر غلظت جامدات در ارتفاعات مختلف از راكتور موثر بوده و به تبع آن تحرك گرانولها و فعاليت بيولوژيكي آنها و همچنين هيدروليك جريان در شبكه ساختار لجن گرانولي تحت تاثير اين فاكتور مهم قرار مي گيرد. ارتفاع بيش از حد لجن موجب به هم چسبيدن لجن و مسدود شدن مسير جريان و به وجود آمدن پديده Channeling ميگردد كه در اين صورت عملا بخش عمده اي از لجن غير فعال شده و در فرايند تصفيه شركت ندارند. يكي ديگر از اثرات منفي ارتفاع بيش از حد پتوي لجن مي توان به شستشوي لجن (Washout) از راكتور اشاره كرد كه اين نيز موجب كاهش چشمگير و يكباره راندمان تصفيه خواهد شد. از سوي ديگر حداكثر بار آلي كه راكتور ميتواند تحمل كند و شرايط را با آن وفق دهد به سهم ارتفاع پتوي لجن در بخش بستر( Bed) و بخش پتو لجن (Blanket) بستگي داشته و با آن متناسب است. لذا با در دست داشتن ارتفاع مناسب پتوي لجن هم ميتوان عملكرد بيولوژيكي راكتور درحذف مواد آلي را بهبود بخشيد و هم طراحي مناسبي درابعاد راكتور ،عمق بستر و ساير پارامترهاي فرايندي و راهبري نظير بار آلي موثر (OLR) وسرعت جريان بالا رونده و... را در اينگونه راكتورها فراهم نمود. كه موارد فوق ضرورت اجراي پروژه را تصديق مينمايند.از اينرو دستيابي به موارد ذيل هدف اين پروژه ميباشد:
1) تحليل فرايندي از پروسه تصفيه بيهوازي در راكتور UASB.
2) ارائه يك مدل مناسب براي توصيف تغييرات ارتفاع لجن.
3) توسعه مدل در شبيه سازي ارتفاع لجن بر اساس اطلاعات آزمايشگاهي موجود.
|
|
پيشينه اجرايي – مطالعاتي در داخل و خارج كشور :
عليرغم مطالعات گسترده انجام شده بر كاربرد UASB در تصفيه انواع مختلف فاضلابهاي صنعتي در زمينه هاي مباني طراحي راكتور،تصفيه پذيري فاضلاب،مدل سازي فرايندي و ... مطالعه اي در خصوص اثر نوسانات ديناميكي ارتفاع پتوي لجن بر فرايند تصفيه در داخل كشور انجام نشده است اين در حالي است كه بيش از 72% از فاضلابهاي صنعتي در دنيا توسط راكتورهاي با لجن گرانولي مثل UASB وSBR ... تصفيه مي شوند.
دكتر شايگان( وهمكاران در سال 2005)در مطالعه اي زمان تشكيل گرانول را در يك راكتور UASB مدل سازي نمودند. در اين مطالعه به منظور بررسي اثر پارامترهاي فيزيكي،شيميايي و بيولوژيكي بر فرايند گرانول سازي با تاكيد بر حداقل سازي زمان تشكيل گرانول عمليات آزمايشگاهي در 4 واحد UASB در مقياس پايلوت انجام شد بر اساس معادلات سينيتيكي حاكم بر فرايند بيولوژيكي حداقل زمان گرانول سازي در شرايط F/M=0.5 و COD/solphate=2وPH=7 مدل سازي شد و نتيجه اي كه از اين آزمايشات به دست آمد اين بود كه در زمان راه اندازي راكتور هر چه نسبتF/M كمتر باشد گرانول سازي در زمان كوتاهتري رخ ميدهد.
همچنين گرانول سازي در راكتورهاي UASB بر اساس مطالعات بعمل امده بر اساس نيروهاي فيزيكي،شيميايي و بيولوژيكي موجود مدلسازي شده است .در اين مدل به بررسي نيروهاي اثر گذار بر فرايند گرانول سازي پرداخته شده است.( Yu Liu ,2001 )
ميكروبيولوژي فرايند تشكيل گرانول و ارتباط آن با اندازه و دانسيته لجن گرانولي مورد مطالعه قرار گرفت.
(schmit و2000( در اين مطالعه ميكروارگانيسمهاي موثر در گرانول سازي به همراه ساختار استقرار انها در شبكه گرانولي و تاثير اين ساختار در عملكرد بيولوژيكي فاضلاب بررسي شد.
در مطالعه اي ديگر توسعه مشخصات بستر گرانولي بي هوازي در راكتورهاي EGSB بر پايه سرعت ته نشيني نهايي،مطالعه بر روي گرانولها و معادله ريچاردسن-زكي مورد بررسي قرار گرفته است.
(Yong-Hong Liu , Yan-Ling He , Shu-Cheng Yang 2006)
بر اساس برخي مشاهدات آزمايشگاهي حداقل ارتفاع پتوي لجن در طراحي راكتور UASB ، يك متر در نظر گرفته شد.(1986, Bolle at all )
شرايط براي هرچه بهتر شدن گرانول سازي ، تشكيل پتوو دور ريخت ( washout ) لجن در داخل راكتور هاي UASB به طور روشني تحت كنترل ديناميك ذرات و نسبت اجزاي سازنده خوراك در اطراف توده بيولوژيكي (Biomass )بستگي دارد.(Campos and Anderson ,1992 )
شايد با كنترل جريان فاضلاب ورودي و همچنين به كنترل در آوردن حركت ذرات گاز توليدي در داخل راكتور UASB بتوان به طور موثري در بستر راكتور گرانول سازي را توسعه داد و بازده تصفيه را بالا برد.(1992,Guiot et al )
در مطالعه اي ديگر غلظت لجن در ارتفاعات مختلف پتو براي مقادير مختلف  (سرعت بالا رونده آب) و q (شدت توليد گاز) و y (ارتفاع پتوي لجن) شبيه سازي شد.اين مطالعه در مقياس آزمايشگاهي و با استفاده از سه نمونه فاضلاب،دو نمونه فاضلاب شكر مايع و يك نمونه فاضلاب چغندر قند ، انجام شد و نتايجي كه از اين آزمايش مشاهده شد اين بود كه با كاهش غلظت جامدات ارتفاع پتوي لجن افزايش مي يافت.(1980,Pette et al )
|
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول كليات
1-1-مقدمه .........................................................................................................................................1
1-2-تصفيه فاضلاب .........................................................................................................................2
1-3-روشهاي تصفيه فاضلاب .......................................................................................................2
1-4-تصفيه بيولوژيكي فاضلاب ....................................................................................................3
1-5-سيستم هاي بيولوژيكي بي هوازي ....................................................................................4
1-6-راكتور UASB .......................................................................................................................5
1-7-ضرورت انجام پروژه ................................................................................................................5
1-8-اهداف پروژه .............................................................................................................................6
فصل دوم مطالعه مروري
2-1-تصفيه بي هوازي فاضلاب ....................................................................................................7
2-2-مكانيزم فرآيندهاي بي هوازي ............................................................................................7
2-2-1-مرحله هيدروليز .................................................................................................................8
2-2-2-مرحله توليد اسيد .............................................................................................................8
2-2-3-مرحله توليد استات و هيدروژن ....................................................................................8
2-2-4-مرحله توليد متان .............................................................................................................9
2-3-راكتور با بستر گرانولي و جريان رو به بالا .......................................................................10
2-4-فرآيند تشكيل گرانول ...........................................................................................................14
2-5-سيتم بيوگاز .............................................................................................................................17
2-6-مزايا و معايب UASB .........................................................................................................17
2-7-كاربرد در صنايع مختلف ......................................................................................................18
2-8-عوامل موثر بر عملكرد راكتور UASB ...........................................................................20
2-8-1-pH .......................................................................................................................................20
2-8-2-درجه حرارت ......................................................................................................................20
2-8-3-مواد مغذي مورد نياز .........................................................................................................21
2-8-4-غلظت لجن ...........................................................................................................................22
2-8-5-شدت جريان ........................................................................................................................22
2-8-6-ارتفاع پتوي لجن ................................................................................................................22
2-9-مدل سازي فرآيندهاي بيولوژيكي ......................................................................................23
2-9-1-مدل هاي جريان سيال .....................................................................................................24
2-9-2-مدل هاي سينيتيكي ........................................................................................................25
2-10-مدل نارنولي و ايندو .............................................................................................................26
2-10-1-ارزيابي و برآورد ضريب نفوذ .........................................................................................31
2-11-اعتبارسنجي مدل نارنولي و ايندو در چند
مطالعه آزمايشگاهي ..................................................................................................................36
فصل سوم مواد و روشها
3-1-مشخصات فاضلاب ...................................................................................................................41
3-2-مشخصات راكتور ......................................................................................................................42
3-4-شرايط راهبري ..........................................................................................................................44
فصل چهارم بحث و نتيجه گيري
4-1-بررسي عوامل موثر بر تغيير غلظت لجن در راكتور هيبريدي UASFF
و تحليل فرآيندي سيستم .........................................................................................................49
4-2-كاربرد معادله نارنولي در توصيف تغييرات غلظت لجن در ارتفاعات مختلف
از پتوي لجن ..................................................................................................................................53
فهرست علائم و اختصارات
A: ثابت...................................................................................................................................................35
A': ثابت..................................................................................................................................................34
a :ارتفاع ناحيه انتقالي (m) ...........................................................................................................30
B: ثابت...................................................................................................................................................35
B': ثابت..................................................................................................................................................34
C: غلظت جامدات در هر ارتفاع از پتو (kg/m3)......................................................................18
Ca: غلظت جامدات در ارتفاع a (kg/m3)..................................................................................30
Cd: ضريب درگ...................................................................................................................................27
COD: ميزان اكسيژن مورد نياز براي اكسيداسيون
مواد آلي (kg/m3) .............................................................................................................................42
Db: قطر متوسط حباب گاز..............................................................................................................26
GSS: جدا كننده فاز جامد گاز .....................................................................................................10
h: جابجايي حباب ..............................................................................................................................34
k: ثابت تناسب ....................................................................................................................................34
l: ارتفاع متوسط بدست امده از ذرات جامد.................................................................................34
m: جرم مايع ........................................................................................................................................28
n: تعداد حباب در واحد سطح ........................................................................................................28
q: شدت توليد گاز (m3/m2.h) .....................................................................................................35
R: شعاع حباب گاز ............................................................................................................................33
S: حجم حباب گاز ...........................................................................................................................34
Up: سرعت متوسط بالا رونده جامدات ........................................................................................28
u: سرعت متوسط جرم مشخصي ازمايع در
زمان t بعداز خروج حباب گاز .........................................................................................................28
Ua: سرعت جرم معيني از مايع بلافاصله
بعد از خروج حباب .............................................................................................................................28
u': سرعت پايين رونده جرم مايع ..................................................................................................29
Vb: سرعت متوسط حباب ...............................................................................................................27
Us: سرعت ته نشيني ذرات جامد (m/h) ...................................................................................28
Uw: سرعت بالا رونده فاضلاب (m/h) .........................................................................................28
Vwr: سرعت شعاعي آب در هر فاصله اي
از مركز حباب ......................................................................................................................................33
Vwv: مولفه عمودي سرعت شعاعي ..............................................................................................33
y: ارتفاع در ميان پتو (m) ...............................................................................................................35
:ثابت .................................................................................................................................................28
:ثابت ................................................................................................................................................28
:ضريب نفوذ (m2/h) ....................................................................................................................28
:چگالي آب ................................................................................................................................27
:چگالي گاز .................................................................................................................................27
فهرست جداول ، منحني ها و تصاوير
شماره جدول صفحه
(2-1) ...............................................................................................................................................17
(2-2) ...............................................................................................................................................19
(2-3) ...............................................................................................................................................21
(2-4) ...............................................................................................................................................35
(3-1) ...............................................................................................................................................41
(3-2) ...............................................................................................................................................44
(3-3) ...............................................................................................................................................44
(3-4) ...............................................................................................................................................45
(3-5) ...............................................................................................................................................45
(4-1) ...............................................................................................................................................47
(4-2) ...............................................................................................................................................53
(4-3) ...............................................................................................................................................58
شماره منحني
(2-1) ...............................................................................................................................................36
(2-2) ...............................................................................................................................................36
(2-3) ...............................................................................................................................................37
(2-4) ...............................................................................................................................................38
(2-5) ...............................................................................................................................................39
(2-6) ...............................................................................................................................................39
(4-1) ...............................................................................................................................................48
(4-2-الف تا ج) .............................................................................................................................49
(4-3-الف تا خ ) ............................................................................................................................53
شماره تصاوير
(1-1) ...............................................................................................................................................4
(2-1) ...............................................................................................................................................9
(2-2) ...............................................................................................................................................12
(2-3) ...............................................................................................................................................13
(2-4) ...............................................................................................................................................15
(2-5) ...............................................................................................................................................16
(2-6) ...............................................................................................................................................30
(2-7) ...............................................................................................................................................30
(2-8-الف) ......................................................................................................................................31
(2-8-ب) .........................................................................................................................................31
(2-9) ...............................................................................................................................................32
(2-10) ............................................................................................................................................33
(3-1) ...............................................................................................................................................43
(4-1) ...............................................................................................................................................56
(4-2) ..............................................................................................................................................57
(4-3) ..............................................................................................................................................57
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول كليات
1-1-مقدمه .........................................................................................................................................1
1-2-تصفيه فاضلاب .........................................................................................................................2
1-3-روشهاي تصفيه فاضلاب .......................................................................................................2
1-4-تصفيه بيولوژيكي فاضلاب ....................................................................................................3
1-5-سيستم هاي بيولوژيكي بي هوازي ....................................................................................4
1-6-راكتور UASB .......................................................................................................................5
1-7-ضرورت انجام پروژه ................................................................................................................5
1-8-اهداف پروژه .............................................................................................................................6
فصل دوم مطالعه مروري
2-1-تصفيه بي هوازي فاضلاب ....................................................................................................7
2-2-مكانيزم فرآيندهاي بي هوازي ............................................................................................7
2-2-1-مرحله هيدروليز .................................................................................................................8
2-2-2-مرحله توليد اسيد .............................................................................................................8
2-2-3-مرحله توليد استات و هيدروژن ....................................................................................8
2-2-4-مرحله توليد متان .............................................................................................................9
2-3-راكتور با بستر گرانولي و جريان رو به بالا .......................................................................10
2-4-فرآيند تشكيل گرانول ...........................................................................................................14
2-5-سيتم بيوگاز .............................................................................................................................17
2-6-مزايا و معايب UASB .........................................................................................................17
2-7-كاربرد در صنايع مختلف ......................................................................................................18
2-8-عوامل موثر بر عملكرد راكتور UASB ...........................................................................20
2-8-1-pH .......................................................................................................................................20
2-8-2-درجه حرارت ......................................................................................................................20
2-8-3-مواد مغذي مورد نياز .........................................................................................................21
2-8-4-غلظت لجن ...........................................................................................................................22
2-8-5-شدت جريان ........................................................................................................................22
2-8-6-ارتفاع پتوي لجن ................................................................................................................22
2-9-مدل سازي فرآيندهاي بيولوژيكي ......................................................................................23
2-9-1-مدل هاي جريان سيال .....................................................................................................24
2-9-2-مدل هاي سينيتيكي ........................................................................................................25
2-10-مدل نارنولي و ايندو .............................................................................................................26
2-10-1-ارزيابي و برآورد ضريب نفوذ .........................................................................................31
2-11-اعتبارسنجي مدل نارنولي و ايندو در چند
مطالعه آزمايشگاهي ..................................................................................................................36
فصل سوم مواد و روشها
3-1-مشخصات فاضلاب ...................................................................................................................41
3-2-مشخصات راكتور ......................................................................................................................42
3-4-شرايط راهبري ..........................................................................................................................44
فصل چهارم بحث و نتيجه گيري
4-1-بررسي عوامل موثر بر تغيير غلظت لجن در راكتور هيبريدي UASFF
و تحليل فرآيندي سيستم .........................................................................................................49
4-2-كاربرد معادله نارنولي در توصيف تغييرات غلظت لجن در ارتفاعات مختلف
از پتوي لجن ..................................................................................................................................53
فهرست علائم و اختصارات
A: ثابت...................................................................................................................................................35
A': ثابت..................................................................................................................................................34
a :ارتفاع ناحيه انتقالي (m) ...........................................................................................................30
B: ثابت...................................................................................................................................................35
B': ثابت..................................................................................................................................................34
C: غلظت جامدات در هر ارتفاع از پتو (kg/m3)......................................................................18
Ca: غلظت جامدات در ارتفاع a (kg/m3)..................................................................................30
Cd: ضريب درگ...................................................................................................................................27
COD: ميزان اكسيژن مورد نياز براي اكسيداسيون
مواد آلي (kg/m3) .............................................................................................................................42
Db: قطر متوسط حباب گاز..............................................................................................................26
GSS: جدا كننده فاز جامد گاز .....................................................................................................10
h: جابجايي حباب ..............................................................................................................................34
k: ثابت تناسب ....................................................................................................................................34
كتاب روح القوانين (The Spirit of the Laws)