برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

پایان ­نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران و محیط زیست

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

 

مشكل اساسي دراستفاده از بیوگاز دفنگاه وجود آلاينده هايي مثل سولفيد هيدروژن می باشد. سولفيد هيدروژن گازي بيرنگ، سمي، اشتعالزا و داراي بوي نامطبوع می باشد و به شدت سمي می باشد 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 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 موارد دیگر می باشد. همچنین مطالعه میزان 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 موارد دیگر می باشد. 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 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- توضیح تئوری مدل Ottengraf…………… 34

2-7-2- توضیح 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- 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 بهره گیری شده……………… 75

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

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

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

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 بهره گیری 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 گردد . 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 می باشد.

لندفيل مهمترين روش براي دفع پسماند جامد شهري می باشد كه در مورد بيش از 80% از مقدار كل پسماندها در چين به كار مي‌رود. بوهاي نامطبوع در لندفيل اکثراً 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 می باشد. بيش از 100 تركيب به عنوان منابع اصلي ايجاد بوي نامطبوع در لندفيل شناخته شده می باشد. H2S بعنوان عامل اصلي در ايجاد بوي نامطبوع در لندفيل در غلظت‌هاي كمتر‌ از 1% در لندفيل‌ها موجود می باشد. 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 می باشد كه شامل جذب توسط كربن فعال اكسيداسيون به وسيله ازن، بيوفيلترها و لجن فعال می باشد (1).

 

1-1- اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه

 

مشکل انرژي امروزه يکي از معضلات 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. بهره گیری 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 گردد 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 گردد که مي توان با استحصال بيوگاز خطرات ناشي از اين مواد را به شدت کاهش داد و از انژي و ‏کود توليدي نيز بهره گیری 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 روبرو شدن با اين مشكلات ياري ‏دهد. منافع زيست محيطي سيستمهاي بيوگاز فراتر از سيستمهاي تصفيه مرسومي می باشد كه تاكنون مورد بهره گیری ‏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 گردد ، بهره گیری 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 گونه 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 بهره گیری 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 گردد ‏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 گردد نيتروژن به صورت يون امونيوم در کود هست که که جذب آن ‏براي گياه ساده تر مي 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