دانلود پایان نامهكارشناسي ارشد در رشته مهندسي عمرانگرايش مهندسی محیط زیست

با عنوان:بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

پایان ­نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران و محیط زیست

عنوان پایان نامه :

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

 

مشكل اساسي دراستفاده از بیوگاز دفنگاه وجود آلاينده هايي مثل سولفيد هيدروژن است. سولفيد هيدروژن گازي بيرنگ، سمي، اشتعالزا و داراي بوي نامطبوع است و به شدت سمي است و در هنگام سوختن بیوگاز تولید SO2 می کند. به علاوه سولفيد هيدروژن دارای اثر خورندگی می باشد. ساخت دستگاههايي كه در برابر خورندگي مقاوم باشند نيز هزینه زيادی دارد. بيشتر تكنولوژيهاي تجاري كه براي حذف سولفيد هيدروژن از جريانهاي گازي وجود دارند فرآيندهاي شيميايي و فیزیکی ميباشند كه از نظر عملياتي پرهزينه هستند. فرآيندهاي گازشويي، جذب سطحي روي كربن، و اكسيداسيون حرارتي و شيميايي از آن جمله هستند. از مزاياي فرآيندهاي ميكروبي، تبديل مستقيم سولفيد هيدروژن به گوگرد عنصري، نياز به انرژي ورودي كم، عدم توليد محصولات جانبي آلوده، هزينه هاي كم و توليد بيومس يا زيست توده ميباشد. ارجحيت دیگر روشهاي زیستی ارزان بودن نصب ماشين آلات و پايين بودن هزينه هاي راهبردي آن ميباشد. در این مطالعه به منظور بررسی کارایی بیوفیلتر در حذف آلاینده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه، ستون بیوفیلتری از جنس پلگسی گلاس با قطر 15 سانتی­متر و ارتفاع 2 متر استفاده شد. این ستون با بستر طبیعی حاوی ورمی­کمپوست تولید شده در دفنگاه و گوش­ماهی، به کار گرفته شد. کارایی این بیوفیلتر 97 درصد بود. در این پژوهش اقداماتی جهت بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر حذف کننده سولفید هیدروژن بیوگاز صورت گرفت. از جمله استفاده 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 نمودن 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، بررسی اثر دبی بیوگاز و غلظت سولفید هیدروژن بر عملکرد بیوفیلتر از موارد دیگر است. همچنین بررسی میزان جذب سولفید هیدروژن توسط هر بستر بیوفیلتر به طور جداگانه، استفاده از کمپرسور بین بیوگاز چاه و ستون بیوفیلتر جهت تامین مناسب تر بیوگاز و شبیه سازی با نیروگاه لندفیل، بررسی تغییرات غلظت سولفید هیدروژن بیوگاز چاه و ورودی نیروگاه و بررسی مشکلات احتمالی بیوفیلتر اصلی لندفیل و ارائه پیشنهادات مناسب از موارد دیگر است. پژوهش حاضر نشان داد که ستون بیوفیلتر با بهینه سازی های انجام شده می تواند در مقیاس اصلی جهت حذف سولفيد هيدروژن از بیوگاز لندفیل استفاده شود.

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- استفاده 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- بررسی مدل­های بیوفیلتر……………… 33

2-7-1- شرح تئوری مدل Ottengraf…………… 34

2-7-2- شرح تئوری مدل Zarook……………. 38

2-7-3- بررسی مدل Hodge ……………….. 39

2-7-4- بررسی مدل Li…………………… 42

2-7-5- تئوری و آنالیز مدل Deshusses …….. 45

2-7-6- پارامترهای طراحی………………. 49

 

فصل سوم

پیشینه تحقیق……………………………. 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- توضیح 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 استفاده شده……………… 75

شکل 4-4- بیوفیلتر استفاده 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 استفاده 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 استفاده شده در بیوفیلتراسیون گازها………………………………………. 29

جدول 2-4 خصوصیات مهم برخی از باکتری‌ها که در تجزیه سولفید هیدروژن و دیگر ترکیبات گوگرددار استفاده شده‌اند 32

جدول 2-5- پارامترهای عملیاتی بیوفیلتر……… 52

جدول 4-1- محیط کشت استفاده 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

مقدمه

 

مهمترين هدف از تشكيل حوزه هاي دفن زباله شهري و جمع آوري بيوگاز توليدي آنها، جلوگيري از تصاعد ‏گازهاي گلخانه اي مانند متان و نيز استفاده از انرژي تجديدپذير موجود در بيوگاز آن مي باشد. ‏امروزه در اغلب كشورهاي جهان، دفن زباله به علت ارزان بودن، نسبت به ديگر روشهاي موجود مانند سوزاندن ‏زباله و يا تبديل آن به كود و غيره، ترجيح داده مي شود . اما در گذشته مقررات خاصي در مورد مكان دفن زباله ها ‏وضع نشده بود و لندفيل ها مكانهايي بدبو و بدون پوشش بودند كه معضلات زيست محيطي فراواني ايجاد مي ‏كردند. با رشد آگاهي نسبت ‏به تأثير سوء لندفيل هاي غيرمهندسي بر روي محيط زيست و وضع قوانين و مقررات خاص، دفن در گودال ‏هاي بدون پوشش را رها شده و به تشكيل لندفيل هاي مهندسي با رعايت قوانين و مقررات محيط زيست پرداخته ‏شده است.

لندفيل مهمترين روش براي دفع پسماند جامد شهري است كه در مورد بيش از 80% از مقدار كل پسماندها در چين به كار مي‌رود. بوهاي نامطبوع در لندفيل عمدتاً توسط تركيبات گازي خروجي از لندفيل كه در طول فعاليت‌هاي شيميايي و فيزيكي براي تجزيه مواد زائد ايجاد مي‌شوند مانند سولفيد هيدروژن H2S، متيل مركپتانز و متيل سولفيد و يكي از موارد عمده شكايات توسط افراد ساكن در اطراف لندفيل است. بيش از 100 تركيب به عنوان منابع اصلي ايجاد بوي نامطبوع در لندفيل شناخته شده است. H2S بعنوان عامل اصلي در ايجاد بوي نامطبوع در لندفيل در غلظت‌هاي كمتر‌ از 1% در لندفيل‌ها موجود است. سولفید هیدروژن نه تنها باعث رنجش مردم مي‌گردد، بلكه در غلظت‌هايي حدود ppm200-100 موجب مرگ مي‌گردد. تكنولوژي‌هاي مختلفي براي كاهش H2S خروجي توسعه داده شده است كه شامل جذب توسط كربن فعال اكسيداسيون به وسيله ازن، بيوفيلترها و لجن فعال است (1).

 

1-1- اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه

 

مشکل انرژي امروزه يکي از مشکلات اساسي تمامي کشورهاي جهان بخصوص کشورهاي در حال توسعه مي ‏باشد. سوخت رساني به روستاهاي دور افتاده حتي در کشوري مانند ايران که منابع غني انرژي را در اختيار دارد ‏بسيار مشکل و هزينه بر مي باشد. استفاده از انرژي هاي تجديد پذير و محلي يکي از راه حلهايي مي باشد که ‏امروزه پيشنهاد مي گردد. بيوگاز يکي از اين انرژي هاي تجديد پذير مي باشد که علاوه بر توليد انرژي باعث ايجاد ‏کودهاي کشاورزي و افزايش سطح بهداشت عمومي جامعه و کنترل بيماريها مي شود و يک راه حل مناسب براي ‏دفع مواد زائد جامد مي باشد. فاضلاب و مواد زائد جامدي که توسط صنايع و جوامع توليد مي گردد باعث آلودگي ‏شديد محيط مي شود که مي توان با استحصال بيوگاز خطرات ناشي از اين مواد را به شدت کاهش داد و از انژي و ‏کود توليدي نيز استفاده نمود. استحصال بيوگاز را مي توان از فرايند هاي بي هوازي تصفيه فاضلاب‏ ‏و همچنين از محل هاي دفن زباله نيز انجام داد و بخشي از هزينه هاي مصرفي را جبران نمود. بطور مثال يكي از ‏مشكلاتي كه دامداريها با آن دست به گريبان هستند، كنترل فضوات دامها براي كاهش ميزان بو و فرآورده هايي مي ‏باشد كه باعث ايجاد مشكلات زيست محيطي مي گردد. بيوگاز مي تواند ما را در مواجهه با اين مشكلات ياري ‏دهد. منافع زيست محيطي سيستمهاي بيوگاز فراتر از سيستمهاي تصفيه مرسومي است كه تاكنون مورد استفاده ‏قرار مي گرفتند (همانند مخازن ذخيره ، بركه ها ولاگون ها). اين منافع زيست محيطي شامل كنترل بو، بهبود ‏كيفيت آب و هوا، بهبــود ارزش غذايي كــود توليدي، كاهش ميزان انتشار گازهاي گلخــانه اي و دست يابي به ‏بيوگاز به عنوان يك منبع انرژي مي باشد (2و3).

سيستمهاي بيوگاز از فرآيندي كه هضم بي هوازي ناميده مي شود ، استفاده مي نمايند. در طي فرآيند هضم بي هوازي باكتريها كود را در يك محيط خالي از اكسيژن تجزيه ‏مي نمايند . يكي از فرآورده هاي طبيعي هضم بي هوازي توليد بيوگاز مي باشد كه اين گاز به طور معمول حاوي ‏‏60 تا 70 درصد گاز متان و 30 تا 40 درصد گاز دي اكسيدكربن مي باشد. مقداري از گازهاي ديگر نيز مانند سولفید هیدروژن در ‏بيوگاز شناسايي شده اند. ‎بيوگاز حاصله مي تواند براي توليد حرارت، آب گرم، الكتريسيته (با قيمت ارزان تر) از ساير سوختهايي همانند ‏گاز طبيعي، پروپان و نفت سياه به كار رود، حتي در صورت عملي نبودن بازيابي انرژي بيوگاز اين سيستم در ‏كنترل بو به شدت مؤثر مي باشد . سوزاندن و يا استفاده از بيوگاز مي تواند باعث كاهش اثرات سوختهاي فسيلي ‏مرسوم مي گردد. توليـد متان از هاضم هاي بي هوازي باعث ايجاد شركتهاي تعاوني توليد برق روستايي مي شود ‏كه منبع انرژي آنها دوستار طبيعت مي باشد. اين شركت ها برق توليدي خود را به افرادي كه متقاضي برق توليد ‏شده با منابع تجديدپذير هستند مي فروشند. بيوگاز همچنين مي تواند به عنوان يك منبع انرژي روستايي براي ‏كمك در برق توليد و توزيع شده توسط ساير روشهاي توليد برق مفيد باشد.‏ به علت كاهش اتلاف نيتروژن در تجزيه بي هوازي كود توليدي در فرآيند بيوگاز داراي ارزش بالايي از لحاظ ‏نيتروژن براي پرورش گياهان مي باشد. در کود حاصل از بيوگاز به علت عدم انجام فرايند نيتريفيکاسيون که تنها در ‏حضور اکسيژن به مقدار کافي انجام مي شود نيتروژن به صورت يون امونيوم در کود وجود دارد که که جذب آن ‏براي گياه ساده تر مي باشد. پیش از انقلاب صنعتی، زباله­ها عمدتاً شامل خاکستر، چوب، استخوان، لاشه حیوانات و ضایعات سبزیجات بود. این مواد در خاک دفن می­شدند و به عنوان کمپوست[1] عمل کرده و به تقویت خاک کمک می­کرده­اند. در گذشته هر آنچه که قابل استفاده مجدد بوده به کار گرفته می­شد، جمعیت انسان­ها کم بود و مردم در گروه­های متمرکز کوچک زندگی می­کرده­اند، بنابراین تولید زباله مسئله مهمی محسوب نمی­شد ولی با تحول زندگی انسان­ها از دوره­ی چادرنشینی به زندگی کشاورزی رها کردن زباله­ها در محیط زندگی انسان تبدیل به مشکلی در حال رشد شد. بنابراین با افزایش جمعیت شهرها فضای کافی برای دفع زباله­ها کاهش یافت 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 شد (4).

1 – Compost

2 – Landfill

***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

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

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

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

موجود است

تعداد صفحه :146

قیمت : 14700 تومان

***

—-

:       

****         serderehi@gmail.com

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :
 
 

2 Comments

Comments are closed.