دانلود پایان نامهكارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمرانگرایش مهندسی محیط زیست
با عنوان:بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه
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 اساسی دراستفاده از بیوگاز دفنگاه وجود آلاینده هایی مثل سولفید هیدروژن است. سولفید هیدروژن گازی بیرنگ، سمی، اشتعالزا و دارای بوی نامطبوع است و به شدت سمی است و در هنگام سوختن بیوگاز تولید SO2 می کند. به علاوه سولفید هیدروژن دارای اثر خورندگی می باشد. ساخت دستگاه هایی كه در برابر خورندگی مقاوم باشند نیز هزینه زیادی دارد. بیشتر تكنولوژیهای تجاری كه برای حذف سولفید هیدروژن از جریانهای گازی وجود دارند فرایندهای شیمیایی و فیزیکی میباشند كه از نظر عملیاتی پرهزینه هستند. فرایندهای گازشویی، جذب سطحی روی كربن، و اكسیداسیون حرارتی و شیمیایی از آن جمله هستند. از مزایای فرایندهای میكروبی، تبدیل مستقیم سولفید هیدروژن به گوگرد عنصری، نیاز به انرژی ورودی كم، عدم تولید محصولات جانبی آلوده، هزینه های كم و تولید بیومس یا زیست توده میباشد. ارجحیت دیگر روش های زیستی ارزان بودن نصب ماشین آلات و پایین بودن هزینه های راهبردی آن میباشد. 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 سولفید هیدروژن از بیوگاز لندفیل استفاده شود.
واژه های 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 اندازه گیری…………… 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- نمونه ای از ترکیب گاز دفنگاه……… 15
جدول 2-2- مشخصات سه سیستم بیولوژیکی……….. 24
جدول 2-3- نمونه ای 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 نشانه های 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 شبکه ای 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 لایه ها
J شار نفوذ
سرعت تجزیه بیولوژیکی
N تعداد کل زیربخشهای بیوفیلم
ثابت بازدارندگی
EC ظرفیت حذف
فصل اول
مقدمه
مهمترین هدف از تشكیل حوزه های دفن زباله شهری و جمع آوری بیوگاز تولیدی آنها، جلوگیری از تصاعد گازهای گلخانه ای مانند متان و نیز استفاده از انرژی تجدیدپذیر موجود در بیوگاز آن می باشد. امروزه در اغلب كشورهای جهان، دفن زباله به علت ارزان بودن، نسبت به دیگر روش های موجود مانند سوزاندن زباله و یا تبدیل آن به كود و غیره، ترجیح داده می شود . اما در گذشته مقررات خاصی در مورد مكان دفن زباله ها وضع نشده بود و لندفیل ها مكانهایی بدبو و بدون پوشش بودند كه معضلات زیست محیطی فراوانی ایجاد می كردند. 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 تشكیل لندفیل های مهندسی با رعایت قوانین و مقررات محیط زیست پرداخته شده است.
لندفیل مهمترین روش برای دفع پسماند جامد شهری است كه در مورد بیش از 80% از مقدار كل پسماندها در چین به كار می‌رود. بوهای نامطبوع در لندفیل عمدتاً توسط تركیبات گازی خروجی از لندفیل كه در طول فعالیت‌های شیمیایی و فیزیكی برای تجزیه مواد زائد ایجاد می‌شوند مانند سولفید هیدروژن H2S، متیل مركپتانز و متیل سولفید و یكی از موارد عمده شكایات توسط افراد ساكن در اطراف لندفیل است. بیش از 100 تركیب به عنوان منابع اصلی ایجاد بوی نامطبوع در لندفیل شناخته شده است. H2S بعنوان عامل اصلی در ایجاد بوی نامطبوع در لندفیل در غلظت‌های كمتر از 1% در لندفیل‌ها موجود است. سولفید هیدروژن نه تنها باعث رنجش مردم می‌گردد، بلكه در غلظت‌هایی حدود ppm200-100 موجب مرگ می‌گردد. تكنولوژیهای مختلفی برای كاهش H2S خروجی توسعه داده شده است كه شامل جذب توسط كربن فعال اكسیداسیون به وسیله ازن، بیوفیلترها و لجن فعال است (1).
1-1- اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه
مشکل انرژی امروزه یکی از مشکلات 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. استفاده 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 شود 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 شود که می توان با استحصال بیوگاز خطرات ناشی از این مواد را به شدت کاهش داد و از انژی و کود تولیدی نیز استفاده 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 یكی از مشكلاتی كه دامداریها با آن دست به گریبان هستند، كنترل فضوات دامها برای كاهش میزان بو و فرآورده هایی می باشد كه باعث ایجاد مشكلات زیست محیطی می گردد. بیوگاز می تواند ما را در مواجهه با این مشكلات یاری دهد. منافع زیست محیطی سیستمهای بیوگاز فراتر از سیستمهای تصفیه مرسومی است كه تاكنون مورد استفاده قرار می گرفتند (همانند مخازن ذخیره ، بركه ها ولاگون ها). این منافع زیست محیطی شامل كنترل بو، بهبود كیفیت آب و هوا، بهبــود ارزش غذایی كــود تولیدی، كاهش میزان انتشار گازهای گلخــانه ای و دست یابی به بیوگاز به عنوان یک منبع انرژی می باشد (2و3).
سیستمهای بیوگاز از فرایندی كه هضم بی هوازی نامیده می شود ، استفاده می نمایند. در طی فرایند هضم بی هوازی باكتریها كود را در یک محیط خالی از اكسیژن تجزیه می نمایند . یكی از فرآورده های طبیعی هضم بی هوازی تولید بیوگاز می باشد كه این گاز به طور معمول حاوی 60 تا 70 درصد گاز متان و 30 تا 40 درصد گاز دی اكسیدكربن می باشد. مقداری از گازهای دیگر نیز مانند سولفید هیدروژن در بیوگاز شناسایی شده اند. بیوگاز حاصله می تواند برای تولید حرارت، آب گرم، الكتریسیته (با قیمت ارزان تر) از سایر سوختهایی همانند گاز طبیعی، پروپان و نفت سیاه به كار رود، حتی در صورت عملی نبودن بازیابی انرژی بیوگاز این سیستم در كنترل بو به شدت مؤثر می باشد . سوزاندن و یا استفاده از بیوگاز می تواند باعث كاهش اثرات سوختهای فسیلی مرسوم می گردد. تولیـد متان از هاضم های بی هوازی باعث ایجاد شركتهای تعاونی تولید برق روستایی می شود كه منبع انرژی آنها دوستار طبیعت می باشد. این شركت ها برق تولیدی خود را به افرادی كه متقاضی برق تولید شده با منابع تجدیدپذیر هستند می فروشند. بیوگاز همچنین می تواند به عنوان یک منبع انرژی روستایی برای كمك در برق تولید و توزیع شده توسط سایر روش های تولید برق مفید باشد. به علت كاهش اتلاف نیتروژن در تجزیه بی هوازی كود تولیدی در فرایند 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 شود نیتروژن به صورت یون امونیوم در کود وجود دارد که که جذب آن برای گیاه ساده تر می 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 میکرده اند. در گذشته هر آنچه که قابل استفاده مجدد بوده به کار گرفته میشد، جمعیت انسانها کم بود و مردم در گروه های متمرکز کوچک زندگی میکرده اند، بنابراین تولید زباله مسئله مهمی محسوب نمیشد ولی با تحول زندگی انسانها از دوره 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
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 70 هزار تومان
70,000 تومانافزودن به سبد خرید