عنوان پایان­نامه:

بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه

استاد راهنما:

دکتر منجمی

آذر 1391

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
 
بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه
 
به کوشش
مهدی محسن زاده
 
مشکل اساسی دراستفاده از بیوگاز دفنگاه وجود آلاینده هایی مثل سولفید هیدروژن می باشد. سولفید هیدروژن گازی بیرنگ، سمی، اشتعالزا و دارای بوی نامطبوع می باشد و به شدت سمی می باشد و در هنگام سوختن بیوگاز تولید SO2 می کند. به علاوه سولفید هیدروژن دارای اثر خورندگی می باشد. ساخت دستگاههایی که در برابر خورندگی مقاوم باشند نیز هزینه زیادی دارد. بیشتر تکنولوژیهای تجاری که برای حذف سولفید هیدروژن از جریانهای گازی وجود دارند فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی میباشند که از نظر عملیاتی پرهزینه هستند. فرآیندهای گازشویی، جذب سطحی روی کربن، و اکسیداسیون حرارتی و شیمیایی از آن جمله هستند. از مزایای فرآیندهای میکروبی، تبدیل مستقیم سولفید هیدروژن به گوگرد عنصری، نیاز به انرژی ورودی کم، عدم تولید محصولات جانبی آلوده، هزینه های کم و تولید بیومس یا زیست توده میباشد. ارجحیت دیگر روشهای زیستی ارزان بودن نصب ماشین آلات و پایین بودن هزینه های راهبردی آن میباشد. در این مطالعه به مقصود مطالعه کارایی بیوفیلتر در حذف آلاینده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه، ستون بیوفیلتری از جنس پلگسی گلاس با قطر 15 سانتی­متر و ارتفاع 2 متر بهره گیری گردید. این ستون با بستر طبیعی حاوی ورمی­کمپوست تولید شده در دفنگاه و گوش­ماهی، به کار گرفته گردید. کارایی این بیوفیلتر 97 درصد بود. در این پژوهش اقداماتی جهت بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر حذف کننده سولفید هیدروژن بیوگاز صورت گرفت. مانند بهره گیری از باکتری و محیط کشت ارزان و در دسترس، نصب پمپ آب برای پاشیدن آب در داخل ستون و ایجاد رطوبت کافی جهت رشد و زنده مانی باکتری در داخل بستر های بیوفیلتر می باشد. بعلاوه نصب شیر جهت تنظیم مقدار آب، اجرای آسان و موفق تزریق باکتری به بیوفیلتر، اضافه کردن باکتری از طریق سطل حاوی آب و پمپ، نصب ستون بیوفیلتر در لندفیل و اتصال آن به بیوگاز طبیعی تولیدی چاه و ایجاد شرایط پایداری عملکرد بیوفیلتر، مطالعه اثر دبی بیوگاز و غلظت سولفید هیدروژن بر عملکرد بیوفیلتر از موردها دیگر می باشد. همچنین مطالعه اندازه جذب سولفید هیدروژن توسط هر بستر بیوفیلتر به گونه جداگانه، بهره گیری از کمپرسور بین بیوگاز چاه و ستون بیوفیلتر جهت تامین مناسب تر بیوگاز و شبیه سازی با نیروگاه لندفیل، مطالعه تغییرات غلظت سولفید هیدروژن بیوگاز چاه و ورودی نیروگاه و مطالعه معضلات احتمالی بیوفیلتر اصلی لندفیل و ارائه پیشنهادات مناسب از موردها دیگر می باشد. پژوهش حاضر نشان داد که ستون بیوفیلتر با بهینه سازی های انجام شده می تواند در مقیاس اصلی جهت حذف سولفید هیدروژن از بیوگاز لندفیل بهره گیری گردد.
واژه­های کلیدی: گاز دفنگاه، سولفید هیدروژن، ورمی­کمپوست، باکتری تیوباسیلوس، بیوفیلتر
 
 
 
 
فهرست مطالب
 
عنوان                                           صفحه
 
فصل اول
مقدمه…………………………………… 2
1-1-اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه……… 3
1-2-اهداف……………………………… 5
1-3-نوآوری پایان نامه…………………… 5
 
فصل دوم
کلیات و تئوری…………………………… 7                                                              
2-1- تاریخچه لندفیل…………………….. 7
2-2- لندفیل های جدید…………………… 11
2-3- ساختار لندفیل…………………….. 14
2-4- بیوگاز لندفیل…………………….. 16
2-5- بهره گیری از گاز لندفیل……………… 17
2-5-1- روش های فیزیکی-شیمیائی…………. 23
2-5-2- روش های بیولوژیکی……………… 23
2-5-3- اصول روش تصفیه با بیوفیلتر……… 26
2-6- تصفیه گاز لندفیل………………….. 33
2-7- مطالعه مدل­های بیوفیلتر……………… 33
2-7-1- تبیین تئوری مدل Ottengraf…………… 34
2-7-2- تبیین تئوری مدل Zarook……………. 38
2-7-3- مطالعه مدل Hodge ……………….. 39
2-7-4- مطالعه مدل Li…………………… 42
2-7-5- تئوری و واکاوی مدل Deshusses …….. 45
2-7-6- پارامترهای طراحی………………. 49
 
فصل سوم
پیشینه پژوهش……………………………. 54            ……………………………………………
3-1- مروری بر پژوهش های انجام شده……….. 54            …………………………………………..
 
فصل چهارم
مواد و روش کار………………………….. 67            ……………………………………………              ………………………………………..
4-1- مواد و روش­های اندازه­گیری…………… 67            ………………………………………              ………………………………………
4-1-1- روش‌های اندازه‌گیری……………… 82
4-2- روش انجام آزمایش………………….. 83            …………………………………………..
 
فصل پنجم
نتایج و بحث…………………………….. 85
 
فصل ششم
نتیجه گیری و پیشنهادات………………….. 104
6-1- نتیجه گیری……………………….. 104
6-2- پیشنهادات………………………… 105
منابع ………………………………… 106             …………………………………………………           …………………………………………….
 
 
 
فهرست شکل­ها
 
عنوان                                                            صفحه
 
شکل 2-1- تولید بیوگاز متان در لندفیل………. 12
شکل 2-2- انتقال بیوگاز لندفیل به نیروگاه و تولید برق    14
شکل 2-3- نمونه ای از ساختار بیوفیلتر ساده … 26
شکل 2-4- شماتیک مفهوم مدل بیوفیلم در یک مقطع عرضی در طول ستون بیوفیلتر……………………………….. 35
شکل 2-5- مدل بیوفیزیکی برای بیوفیلتر………. 39
شکل 2-6- ساختار کلی مدل برای موازنه جرم ….. 46
شکل 2-7- تبیین شماتیک مدل برای یک بخش ستون .. 46
شکل 4-1- رشد باکتری در محیط کشت مایع………. 70
شکل 4-2- کلنی های باکتری در محیط کشت جامد…. 72
شکل 4-3- کمپرسور بهره گیری شده……………… 75
شکل 4-4- بیوفیلتر بهره گیری شده…………….. 76
شکل 4-5- سکوی سیمانی ساخته شده……………. 77
شکل 4-6- نصب اتاقک فلزی………………….. 77
شکل 4-7- اتاقک فلزی نصب شده ……………… 78
شکل 4-8- استقرار بیوفیلتر در داخل اتاقک فلزی 78
شکل 4-9- خروجی بیوگاز از چاه (شیر سمت راست) و اتصال به شبکه (شیر میانی)…………………………………. 79
شکل 4-10- اتصال خروجی بیوگاز از چاه به کمپرسور 79
شکل 4-11- اتصال پمپ آب از طریق شیر تنظیم به ستون    80
شکل 4-12- پمپ آب بهره گیری شده جهت چرخش آب درون ستون 80
شکل 4-13- لوله تخلیه شیرابه از درون چاه ….. 81
شکل 14-4- ثبت غلظت سولفید هیدروژن ستون با دستگاه سنسور 81
شکل 4-15- سنسور گاز سولفید هیدروژن……….. 82
شکل 4-16- pH متر ……………………….. 83
شکل 5-1- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن خروجی ستون بیوفیلتر بر حسب دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250………………………… 87
شکل 5-2- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن خروجی ستون بیوفیلتر بر حسب دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350………………………… 89
شکل 5-3- تغییرات ظرفیت حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250………………………… 90
شکل 5-4- تغییرات ظرفیت حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350………………………… 91
شکل 5-5- تغییرات راندمان حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250…………………. 92
شکل 5-6- تغییرات راندمان حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350…………………. 93
شکل 5-7- تغییرات راندمان حذف بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250…………………. 94
شکل 5-8- تغییرات راندمان حذف بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350…………………. 95
شکل 5-9- تغییرات راندمان حذف بر حسب دبی ورودی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250…………………. 96
شکل 5-10- تغییرات راندمان حذف بر حسب دبی ورودی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350…………………. 97
شکل 5-11- تغییرات غلظت خروجی بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250…………………. 98
شکل 5-12- تغییرات غلظت خروجی بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350…………………. 99
شکل 5-13- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 1 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان………………. 99
شکل 5-14- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 2 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان……………… 100
شکل 5-15- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 3 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان……………… 101
شکل 5-16- تغییرات راندمان حذف سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه…….. 102
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول­ها
 
عنوان                                           صفحه
 
جدول 2-1- نمونه­ای از ترکیب گاز دفنگاه……… 15
جدول 2-2- مشخصات سه سیستم بیولوژیکی……….. 24
جدول 2-3- نمونه­ای از بسترهای بهره گیری شده در بیوفیلتراسیون گازها………………………………………. 29
جدول 2-4 خصوصیات مهم بعضی از باکتری‌ها که در تجزیه سولفید هیدروژن و دیگر ترکیبات گوگرددار بهره گیری شده‌اند 32
جدول 2-5- پارامترهای عملیاتی بیوفیلتر……… 52
جدول 4-1- محیط کشت بهره گیری شده برای باکتری Thiobacillus thioparus  69
جدول 5-1- ترکیب گاز دفنگاه شهر شیراز در منطقه برمشور    85
جدول 5-2- ترکیب ورمی­کمپوست بر اساس گزارش آزمایشگاه  86
 
فهرست نشانه­های اختصاری
 
ضریب نفوذ مؤثر
ضخامت لایه بیولوژیکی
k          ثابت سرعت واکنش درجه صفر
عدد Thiele
مختصه بی­بعد طول
m         ضریب تقسیم
h          ارتفاع بستر بیوفیلتر
سطح لایه بیولوژیکی
سرعت ظاهری گاز
غلظت آلاینده در فاز گاز
غلظت آلاینده در فاز بیوفیلم
ماکزیمم سرعت رشد ویژه
ثابت سینتیکی
غلظت اکسیژن در بیوفیلم
ضریب پراکندگی
V    سرعت درون شبکه­ای محوری
تخلخل ماده فیلتر
ثابت سرعت بیولوژیکی
جرم دی­اکسید کربن به جرم سوبسترا
L    طول بیوفیلتر
متوسط غلظت ورودی آلاینده
H    ثابت هنری
ضریب انتقال فیلم گاز-بیوفیلم
سطح نفوذ مؤثر به ازای واحد حجم بستر
زمان اقامت
تخلخل بستر بیوفیلتر
R    شعاع متوسط ماده پکینگ بیوفیلتر
قابلیت نفوذ در فاز بیوفیلم
G    دبی کل گاز
W    تعداد کل لایه­ها
J    شار نفوذ
سرعت تجزیه بیولوژیکی
N    تعداد کل زیربخش­های بیوفیلم
ثابت بازدارندگی
EC   ظرفیت حذف


 
 
 
 
 
 
 
فصل اول
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ رﻓﺘﺎر دﯾﻮار ﺑﺮﺷﯽ ﻓﻮﻻدی-سمینار عمران سازه با فرمت ورد
 



 
 
 
 
مقدمه
 
مهمترین هدف از تشکیل حوزه های دفن زباله شهری و جمع آوری بیوگاز تولیدی آنها، جلوگیری از تصاعد ‏گازهای گلخانه ای مانند متان و نیز بهره گیری از انرژی تجدیدپذیر موجود در بیوگاز آن می باشد. ‏امروزه در اغلب کشورهای جهان، دفن زباله به علت ارزان بودن، نسبت به دیگر روشهای موجود مانند سوزاندن ‏زباله و یا تبدیل آن به کود و غیره، ترجیح داده می گردد . اما در گذشته مقررات خاصی در مورد مکان دفن زباله ها ‏وضع نشده بود و لندفیل ها مکانهایی بدبو و بدون پوشش بودند که معضلات زیست محیطی فراوانی ایجاد می ‏کردند. با رشد آگاهی نسبت ‏به تأثیر سوء لندفیل های غیرمهندسی بر روی محیط زیست و وضع قوانین و مقررات خاص، دفن در گودال ‏های بدون پوشش را رها شده و به تشکیل لندفیل های مهندسی با رعایت قوانین و مقررات محیط زیست پرداخته ‏شده می باشد.
لندفیل مهمترین روش برای دفع پسماند جامد شهری می باشد که در مورد بیش از 80% از مقدار کل پسماندها در چین به کار می‌رود. بوهای نامطبوع در لندفیل اکثراً توسط ترکیبات گازی خروجی از لندفیل که در طول فعالیت‌های شیمیایی و فیزیکی برای تجزیه مواد زائد ایجاد می شوند مانند سولفید هیدروژن H2S، متیل مرکپتانز و متیل سولفید و یکی از موردها عمده شکایات توسط افراد ساکن در اطراف لندفیل می باشد. بیش از 100 ترکیب به عنوان منابع اصلی ایجاد بوی نامطبوع در لندفیل شناخته شده می باشد. H2S بعنوان عامل اصلی در ایجاد بوی نامطبوع در لندفیل در غلظت‌های کمتر‌ از 1% در لندفیل‌ها موجود می باشد. سولفید هیدروژن نه تنها باعث رنجش مردم می گردد، بلکه در غلظت‌هایی حدود ppm200-100 موجب مرگ می گردد. تکنولوژی‌های مختلفی برای کاهش H2S خروجی توسعه داده شده می باشد که شامل جذب توسط کربن فعال اکسیداسیون به وسیله ازن، بیوفیلترها و لجن فعال می باشد (1).
 
1-1- اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه
 
مشکل انرژی امروزه یکی از معضلات اساسی تمامی کشورهای جهان بخصوص کشورهای در حال توسعه می ‏باشد. سوخت رسانی به روستاهای دور افتاده حتی در کشوری مانند ایران که منابع غنی انرژی را در اختیار دارد ‏بسیار مشکل و هزینه بر می باشد. بهره گیری از انرژی های تجدید پذیر و محلی یکی از راه حلهایی می باشد که ‏امروزه پیشنهاد می گردد. بیوگاز یکی از این انرژی های تجدید پذیر می باشد که علاوه بر تولید انرژی باعث ایجاد ‏کودهای کشاورزی و افزایش سطح بهداشت عمومی جامعه و کنترل بیماریها می گردد و یک راه حل مناسب برای ‏دفع مواد زائد جامد می باشد. فاضلاب و مواد زائد جامدی که توسط صنایع و جوامع تولید می گردد باعث آلودگی ‏شدید محیط می گردد که می توان با استحصال بیوگاز خطرات ناشی از این مواد را به شدت کاهش داد و از انژی و ‏کود تولیدی نیز بهره گیری نمود. استحصال بیوگاز را می توان از فرایند های بی هوازی تصفیه فاضلاب‏ ‏و همچنین از محل های دفن زباله نیز انجام داد و بخشی از هزینه های مصرفی را جبران نمود. بطور مثال یکی از ‏مشکلاتی که دامداریها با آن دست به گریبان هستند، کنترل فضوات دامها برای کاهش اندازه بو و فرآورده هایی می ‏باشد که باعث ایجاد معضلات زیست محیطی می گردد. بیوگاز می تواند ما را در روبرو شدن با این معضلات یاری ‏دهد. منافع زیست محیطی سیستمهای بیوگاز فراتر از سیستمهای تصفیه مرسومی می باشد که تاکنون مورد بهره گیری ‏قرار می گرفتند (همانند مخازن ذخیره ، برکه ها ولاگون ها). این منافع زیست محیطی شامل کنترل بو، بهبود ‏کیفیت آب و هوا، بهبــود ارزش غذایی کــود تولیدی، کاهش اندازه انتشار گازهای گلخــانه ای و دست یابی به ‏بیوگاز به عنوان یک منبع انرژی می باشد (2و3).
سیستمهای بیوگاز از فرآیندی که هضم بی هوازی نامیده می گردد ، بهره گیری می نمایند. در طی فرآیند هضم بی هوازی باکتریها کود را در یک محیط خالی از اکسیژن تجزیه ‏می نمایند . یکی از فرآورده های طبیعی هضم بی هوازی تولید بیوگاز می باشد که این گاز به گونه معمول حاوی ‏‏60 تا 70 درصد گاز متان و 30 تا 40 درصد گاز دی اکسیدکربن می باشد. مقداری از گازهای دیگر نیز مانند سولفید هیدروژن در ‏بیوگاز شناسایی شده اند. ‎بیوگاز حاصله می تواند برای تولید حرارت، آب گرم، الکتریسیته (با قیمت ارزان تر) از سایر سوختهایی همانند ‏گاز طبیعی، پروپان و نفت سیاه به کار رود، حتی در صورت عملی نبودن بازیابی انرژی بیوگاز این سیستم در ‏کنترل بو به شدت مؤثر می باشد . سوزاندن و یا بهره گیری از بیوگاز می تواند باعث کاهش اثرات سوختهای فسیلی ‏مرسوم می گردد. تولیـد متان از هاضم های بی هوازی باعث ایجاد شرکتهای تعاونی تولید برق روستایی می گردد ‏که منبع انرژی آنها دوستار طبیعت می باشد. این شرکت ها برق تولیدی خود را به افرادی که متقاضی برق تولید ‏شده با منابع تجدیدپذیر هستند می فروشند. بیوگاز همچنین می تواند به عنوان یک منبع انرژی روستایی برای ‏کمک در برق تولید و توزیع شده توسط سایر روشهای تولید برق مفید باشد.‏ به علت کاهش اتلاف نیتروژن در تجزیه بی هوازی کود تولیدی در فرآیند بیوگاز دارای ارزش بالایی از لحاظ ‏نیتروژن برای پرورش گیاهان می باشد. در کود حاصل از بیوگاز به علت عدم انجام فرایند نیتریفیکاسیون که تنها در ‏حضور اکسیژن به مقدار کافی انجام می گردد نیتروژن به صورت یون امونیوم در کود هست که که جذب آن ‏برای گیاه ساده تر می باشد. پیش از انقلاب صنعتی، زباله­ها اکثراً شامل خاکستر، چوب، استخوان، لاشه حیوانات و ضایعات سبزیجات بود. این مواد در خاک دفن می­شدند و به عنوان کمپوست[1] اقدام کرده و به تقویت خاک کمک می­کرده­اند. در گذشته هر آن چیز که که قابل بهره گیری مجدد بوده به کار گرفته می­گردید، جمعیت بشر­ها کم بود و مردم در گروه­های متمرکز کوچک زندگی می­کرده­اند، پس تولید زباله مسئله مهمی محسوب نمی­گردید اما با تحول زندگی بشر­ها از دوره­ی چادرنشینی به زندگی کشاورزی رها کردن زباله­ها در محیط زندگی بشر تبدیل به مشکلی در حال رشد گردید. پس با افزایش جمعیت شهرها فضای کافی برای دفع زباله­ها کاهش پیدا نمود و جوامع به فکر توسعه سیستم­های دفع ضایعات افتادند. بدین ترتیب دفنگاه[2] که ساختاری با طراحی دقیق، در زیر زمین یا روی خاک، برای جداسازی زباله و ضایعات از محیط اطراف می­باشد، ساخته گردید (4).
1 – Compost
2 – Landfill
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :146

قیمت : 14700 تومان

***

—-

دسته‌ها: عمران