بهینه‌یابی تصفیه شیمیایی سوپرناتانت هاضم‌های بی‌هوازی

 

عنوان                                                                                                                       صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- كليات 2

1-2- ضرورت انجام تحقيق 4

1-3- اهداف تحقيق 8

1-4- نو آوري 9

1-5 ساختار پایان نامه 9

فصل دوم: تئوری تحلیل

2-1- محصول جانبي هاضم بي هوازي و روشهای تصفیه آن 12

2-2- ترسيب شیمیایی 14

2-3-1- مكانيسم انعقاد.. 15

2-3-1-1- انعقاد ارتوسينتيك 15

2-3-1-2- انعقاد الكتروسينتيكي 16

2-3-1-3- مكانيسم لخته سازي 16

2-3-2- اثرات بهداشتی مواد منعقد كننده.. 17

2-4- ترسيب Struvite 17

2-5- روش هاي طرح آزمايش و بهينه سازي 18

2-5-1- Taguchi’s Contribution to Experimental Design. 20

2-5-2- Audze- Eglais’ Approach. 20

2-5-3- روش سطح پاسخ.. 20

2-5-3-1- روش شناسی سطح پاسخ 20

2-5-3-2- انواع طرح های سطح پاسخ 22

2-6- تأثير pH بر روي اجزاء سازنده Struvite و روشهای کنترل آن 25

2-7- تداخل هاي شيميايي بازدارنده: 26

2-8- کود حاصل از Struvite 28

فصل سوم: بررسی کارهای پیشین

3-2- خلاصه ای از عملکرد مدل MINTEQA2 31

3-3- تحقیقات پیشین در خصوص تصفیه شیمیایی سوپرناتانت هاضم ‌ها 33

فصل چهارم: روش انجام تحقیق

4-1 مقدمه 44

4-2- مواد و روش انجام کار 44

4-2-2- پارامترهای کیفی اندازه‌گیری شده و روش انجام کار   45

4-2-3- نحوه انجام آزمايش جار تست.. 45

4-2-4- آزمايش ميزان اكسيژن خواهي شيميايي (COD) و نحوه ي انجام آن   47

4-2-5- آهک زنی.. 48

4-2-6- آزمايشهاي ترسيب Struvite. 48

4-3- نحوه بکارگیری روش RSM در طراحی آزمایشات 49

4-3-1- محاسبه‌ی کدهای متفاوت متغیر‌ها.. 49

4-4- روش انجام آزمایش ها 55

فصل پنجم: نتایج

5-1- مقدمه 57

5-2- نتایج آزمایش‌های انجام شده بر مبنای روش سطح پاسخ، به منظور دست‌یابی به بالاترین بازدهی حذف آلاینده‌های موجود در سوپرناتانت 61

5-3- نمونه اول سوپرناتانت تصفیه‌خانه بندر‌عباس 61

5-4- تحلیل نتایج 72

5-4-1- تحلیل واریانس مدل توسط نرم افزار.. 84

روابط بدست آمده برای NH₃ به صورت زیر می‌باشد: 93

5-4-2- مقایسه داده های واقعی حاصل از آزمایش با مقادیر پیش‌بینی شده توسط مدل‌های نرم افزار.. 94

5-4-3- نمودارهای برهمکنش دو بعدی و رویه‌های سه بعدی متغیرها   106

5-4-4- ترکیبات مختلف پارامتر‌ها در اهداف تعیین شده آزمایش‌ها   111

5-5- تطبیق نتایج حاصل از آزمایش‌ها با نتایج به دست آمده از نرم افزار MINTEQ 114

5-6- آنالیز XRD 120

5-7- عریان سازی با هوا 125

5-8- نمونه دوم سوپرناتانت تصفیه خانه بندر‌عباس 126

5-8-1- مقایس نتایج واقعی آزمایشگاهی با نتایج حاصل از مدل پیشنهادی نرم افزار.. 129

5-9- مقایسه نتایج این مطالعه با کارهای پیشینیان 134

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات

6-1- نتیجه‌گیری 137

6-2- پیشنهادات 138

منابع 139

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

 

 

 

فهرست جدول‌ها

 

عنوان                               صفحه

جدول 1‑1-  تركيبات معمول و عمده‌ي سوپر ناتانت هاضم بي‌هوازي 4

جدول  2-1- منعقد كننده هاي رايج در تصفيه شيميايي 15

جدول  2-2- خصوصيات Struvite مشاهده شده در دماي اتاق 18

جدول  2-3- واكنش هاي مختلف مربوط به ترسيب Struvite. 28

جدول  3-1- مدل های به کار رفته جهت تشخیص شرایط بهینه به منظور

ترسیب ماکسیمم مقدار MAP 32

جدول  3-2- نتایج آزمایش‌ های Battistoni 35

جدول  3-3- تأثیر نسبتهای مولی متفاوت (Mg:N:P) بر حذف آلاینده ها در

آزمایش Uysal 38

جدول  3-4- CCD پنج متغیره و تأثیر آن بر بازیافت فسفر در آزمایشهای

 Zhi-Long Ye   39

جدول  3-5- نتایج آزمایشهای Juan Tong 41

جدول  4-1- متغیرهای مورد نظر در این مطالعه و طراحی آزمایشها 51

جدول  4-2- طرح پیشنهادی RSM با سه متغیر ورودی برای نمونه بندر

قبل از آهک‌زنی (نمونه دوم) 52

جدول  4-3- طرح پیشنهادی RSM با سه متغیر ورودی برای نمونه بندر

بعد از آهک‌زنی (نمونه اول) 53

جدول  4-4- طرح پیشنهادی RSM با سه متغیر ورودی برای نمونه شیراز بعد

از آهک‌زنی 54

جدول  4-5- روش اندازه گیری آلاینده ها ]41[ 55

جدول  5-1- خصوصیات سوپرناتانت خروجی از هاضم بی‌هوازی تصفیه‌خانه شیراز 58

جدول  5-2- خصوصیات سوپرناتانت خروجی از هاضم بی‌هوازی تصفیه‌خانه

بندرعباس (نمونه اول) 59

جدول  5‑3- خصوصیات سوپرناتانت خروجی از هاضم بی‌هوازی تصفیه‌خانه

بندرعباس (نمونه دوم) 60

جدول  5-4- راندمان حذف COD برای نمونه اول بندر عباس 65

جدول  5-5- راندمان حذف TSS برای نمونه اول بندر عباس 66

جدول  5-6- راندمان حذف PO₄ برای نمونه اول بندر عباس 68

جدول  5-7- راندمان حذف Ca برای نمونه اول بندر عباس 69

جدول  5-8- راندمان حذف Turbidity برای نمونه اول بندر عباس 70

جدول  5-9- راندمان حذف NH₃ برای نمونه اول بندر عباس 71

جدول  5-10- نتایج آنالیز RSM جهت انتخاب مدل ریاضی برای COD 80

جدول  5-11- نتایج آنالیز RSM جهت انتخاب مدل ریاضی برای NH₃ 81

جدول  5-12- نتایج آنالیز RSM جهت انتخاب مدل ریاضی برای Turbidity 82

جدول  5-13- نتایج آنالیز RSM جهت انتخاب مدل ریاضی برای PO₄ 83

جدول  5-14- تحلیل واریانس مدل چند جمله ای درجه دوم برای COD

(نتایج آنالیز RSM) 85

جدول  5-15- تحلیل واریانس مدل چند جمله ای درجه دوم برای NH₃

(نتایج آنالیز RSM) 86

جدول  5-16- تحلیل واریانس مدل چند جمله ای درجه دوم برای PO₄

(نتایج آنالیز RSM) 87

جدول  5-17- تحلیل واریانس مدل چند جمله ای درجه دوم برای Turbidity

(نتایج آنالیز RSM) 88

جدول  5-18- ضرایب ثابت، اثرات خطی، مربعی و متقابل پارامترهای مدل

برای COD 89

جدول  5-19- ضرایب ثابت، اثرات خطی، مربعی و متقابل پارامترهای مدل

برای NH₃ 90

جدول  5-20- ضرایب ثابت، اثرات خطی، مربعی و متقابل پارامترهای مدل

برای PO₄ 91

جدول  5-21- ضرایب ثابت، اثرات خطی، مربعی و متقابل پارامترهای مدل

برای Turbidity 92

جدول  5-22- مقایسه داده های واقعی و پیش بینی شده توسط مدل برای پاسخ COD 96

جدول  5-23- مقایسه داده های واقعی و پیش بینی شده توسط مدل برای پاسخ NH₃ 99

جدول  5-24- مقایسه داده های واقعی و پیش بینی شده توسط مدل برای پاسخ PO₄ 101

جدول  5-25- مقایسه داده های واقعی و پیش بینی شده توسط مدل برای پاسخ

کدورت 104

جدول  5-26- راه حل های توصیه شده توسط نرم افزار برای مینیمم شدن

پاسخ COD 112

جدول  5-27- ترکیبات تشخیص داده شده توسط مدل MINTEQ 116

جدول  5-28- مقایسه داده های واقعی و پیش بینی شده توسط مدل برای

پاسخ NH₃ نمونه دوم بندر عباس 130

جدول  5-29- مقایسه تحقیقات مشابه انجام شده با این پایان نامه 135

فهرست شکل‌ها

 

عنوان                                     صفحه

 

شکل 2-1- نمودار فرایند………………….. 19

شکل 2-2- طرح مرکب مرکزی (CCD) به ازای 3K= عامل  25

شکل 2-3- (a) تشکیل  Struviteدر pH های مختلف (b) تشکیل Struvite و

کلسیم فسفات نامنظم ………………. 27

شکل 3-1- پایلوت کریستال سازی در تحقیق Pastor .. 34

شکل 3-2-تأثیر غلظت منیزیم و نسبت مولی نیتروژن آمونیاکی به فسفر بر حذف

 نیتروژن آمونیاکی و  فسفر …………. 36

شکل 3-3- تأثیر غلظت فسفر و نسبت مولی نیتروژن آمونیاکی به منیزیم بر حذف

نیتروژن آمونیاکی و  فسفر…………… 37

شکل 3-4- تصویر Struvite حاصل در آزمایش Zhi-Long Ye  . 39

شکل 3-5- تصویر اثر متقابل فسفر، منیزیم، آمونیا نیتروژن و pH بر بازیافت فسفر

در تحقیق Zhi-Long  ………………….. 40

شکل 4-1- آزمایش انعقاد-لخته‌سازی در حال ته‌نشینی  47

شکل 5-1- تأثیر مقادیر مختلف آهک بر حذف COD .. 63

شکل 5-2- تأثیر مقادیر مختلف آهک بر حذف  TSS           63

شکل 5-3- تأثیر مقادیر مختلف آهک بر حذف کدورت 63

شکل 5-4- تأثیر مقادیر مختلف آهک بر حذف TDS     . 63

شکل 5-5- تأثیر مقادیر مختلف آهک بر حذف PO4 .. 63

شکل 5-6- تأثیر مقادیر مختلف آهک بر حذف Ca  .. 63

شکل 5-7- راندمان حذف COD بعد از آهک زنی و Struvite سازی 66

شکل 5-8- راندمان حذف TSS بعد از آهک زنی و Struvite سازی 67

شکل 5-9- راندمان حذف PO4 بعد از آهک زنی و Struvite سازی 68

شکل 5-10- راندمان حذف Ca بعد از آهک زنی و Struvite سازی 69

شکل 5-11- راندمان حذف کدورت بعد از آهک زنی و Struvite سازی  71

شکل 5-12- راندمان حذف NH3 بعد از آهک زنی و Struvite سازی    72

شکل 5-13- نمودار نرمال باقیمانده ها در مدل RSM  74

شکل 5-14- نمودار باقیمانده ها در مقابل مقادیر پیش بینی شده   76

شکل 5-15- نمودار باقیمانده ها در برابر ترتیب اجرای آزمایش    77

شکل 5-16- نمودار پریشیدگی متغیرهای مختلف در پارامترهای پاسخ  78

شکل 5-17- نمودار تفاوت مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده از مدل برای

پاسخ COD……………………….. 98

شکل 5-18- نمودار درصد خطا بین داده های واقعی و پیش بینی شده برای

پاسخ COD……………………….. 98

شکل 5-19- نمودار تفاوت مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده از مدل برای

پاسخ NH3………………………… 101

شکل 5-20- نمودار درصد خطا بین داده های واقعی و پیش بینی شده برای

پاسخ NH3………………………… 101

شکل 5-21- نمودار تفاوت مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده از مدل برای

پاسخPO4 …………………………. 103

شکل 5-22- نمودار درصد خطا بین داده های واقعی و پیش بینی شده برای

پاسخ PO4………………………… 103

شکل 5-23- نمودار تفاوت مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده از مدل برای

پاسخ کدورت………………………. 106

شکل 5-24- نمودار درصد خطا بین داده های واقعی و پیش بینی شده برای

پاسخ کدورت………………………. 106

شکل 5-25- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات غلظت PO4 و Mg بر حذف COD……………………………………… 108

شکل 5-26- نمودار سه بعدی اثر توامان pH و PO4 بر حذف COD در Mg برابر

با 10mg/L 2/804…………………… 108

شکل 5-27- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات غلظت pH و Mg بر حذف NH3……………………………………… 109

شکل 5-28- نمودار سه بعدی اثر توامان pH و PO4 بر حذف NH3 در Mg برابر

با 109mg/L 2/804………………….. 109

شکل 5-29- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات غلظت PO4 و Mg بر حذف PO4……………………………………… 110

شکل 5-30- نمودار سه بعدی اثر توامان pH و Mg بر حذف PO4 در Mg برابر

با 1mg/L 2/804……………………. 110

شکل 5-31- نمودار خطوط پاسخ اثر تغییرات غلظت PO4 و Mg بر حذف کدورت……………………………………… 111

شکل 5-32- نمودار سه بعدی اثر توامان pH و PO4 بر حذف کدورت در Mg برابر

با mg/L 2/804…………………….. 111

شکل 5-33- بهینه سازی پاسخ COD……………. 113

شکل 5-34- نمودار مطلوبیت راه حل پیشنهادی نرم افزار نسبت به تغییرات PH و

PO4 …………………………….. 114

شکل 5-35- فضای عمومی نرم افزار MINTEQ…….. 115

شکل 5-36- نمودار درصد ترکیبات ایجاد شده با یون Ca    118

شکل 5-37- نمودار درصد ترکیبات ایجاد شده با ماده آلی  118

شکل 5-38- نمودار درصد ترکیبات ایجاد شده با PO4 118

شکل 5-39- مقایسه پیش بینی مدل MINTEQ با نتایج حاصل از RSM در

راندمان حذف COD…………………. 119

شکل 5-40- مقایسه پیش بینی مدل MINTEQ با نتایج حاصل از RSM در

راندمان حذف Ca…………………… 120

شکل 5-41- مقایسه پیش بینی مدل MINTEQ با نتایج حاصل از RSM در

راندمان حذف PO4………………….. 120

شکل 5-42- آنالیز نتایج XRD………………. 122

شکل 5-43- تطبیق کد استاندارد Struvite با نتایج آنالیز XRD نمونه  123

شکل 5-44- تطبیق کد استاندارد Calcium Phosphate با نتایج آنالیز XRD نمونه……………………………………… 124

شکل 5-45- تطبیق کد استاندارد Ammonium Magnesium Phosphate با نتایج

 آنالیز XRD نمونه……………….. 124

شکل 5-46- تطبیق کد استاندارد Ditmarite با نتایج آنالیز XRD نمونه 125

شکل 5-47- تطبیق کد استاندارد Strontium Iron Oxide با نتایج آنالیز XRD ……………………………………… 125

شکل 5-48- تطبیق 5 کد استاندارد با نتایج آنالیز XRD نمونه 126

شکل 5-49- تأثیر زمان های متفاوت هوادهی بر حذف NH3    127

شکل 5-50- راندمان حذف COD پس از آهک زنی و Struvite سازی 128

شکل 5-51- راندمان حذف PO4 پس از آهک زنی و Struvite سازی 128

شکل 5-52- راندمان حذف کدورت پس از آهک زنی و Struvite سازی   129

شکل 5-53- راندمان حذف NH3 پس از آهک زنی و Struvite سازی 130

شکل 5-54- نمودار تفاوت مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده برای پاسخ NH3……………………………………… 132

شکل 5-55- نمودار درصد خطا بین مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده برای پاسخ NH3………………………………. 132

شکل 5-56- نمودار تفاوت مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده برای پاسخ COD……………………………………… 133

شکل 5-57- نمودار درصد خطا بین مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده برای پاسخ COD……………………………… 133

شکل 5-58- نمودار تفاوت مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده برای پاسخ PO4……………………………………… 134

شکل 5-59- نمودار درصد خطا بین مقادیر واقعی و مقادیر بدست آمده برای پاسخ PO4………………………………. 134

 

 

فصل اول

مقدمه

 

1–1– كليات

 استفاده بيش از حد از  آبهاي زير زميني با توجه به كاهش بارندگي و افزايش روز افزون جمعيت، بشر را مجبور به استفاده از منابع ديگر نموده است. امروزه پساب تصفيه خانه هاي فاضلاب به عنوان يك منبع جديد و دائمي مورد توجه كارشناسان جهت جبران کمبود منابع آبهاي زير زميني به طور مستقيم و غير