مقدمه :
امروزه استفاده مجدد از آب هاي آلوده شده در فرايندهاي گوناگون اهميت زيادي پيدا كرده است . به همين دليل انواع مختلف فرايندهاي تصفيه پساب مطرح شده است و به كار برده مي شود .
در بين اين فرايندها تصفيه بيولوژيكي لجن فعال مي توان گفت كه مناسب ترين فرايند تصفيه فاضلاب در تصفيه خانه هاي شهري مي باشد زيرا هم عملكرد خوبي دارد و هم داراي كمترين آلودگي زيست محيطي مي باشد و در ميان انواع راكتورهايي كه براي اين فرايند به كار مي روند راكتور اختلاط كامل لجن فعال (Complete Mix Activated Sludge) با نام اختصاري CMAS به دليل مزاياي فراوان آن و توانايي آن در گذر خوب برابر شوك هاي ورودي محبوب ترين نوع راكتور مي باشد.
براي مدل سازي فرايند لجن فعال مدلي توسط IWA ارايه شده است كه مدل ASM1 مي باشد و داراي دقتي كافي است اين مدل اساسا پايه اي براي مدل سازي راكتور هاي گوناگون مي باشد . در اين پايان نامه از مدل ASM1 استفاده شده است كه معادلات موازنه جرم بدست آمده از نوع ODE غير خطي مي باشد واز روش رانگ – كاتاي درجه پنجم حل شده است .

بررسی نقش میکروارگانسیم ها و تصفیه فاضلاب به همراه مدل سازی فرآیند اختلاط کامل لجن فعال CMAS

بررسی نقش میکروارگانسیم ها و تصفیه فاضلاب به همراه مدل سازی فرآیند اختلاط کامل لجن فعال CMAS

فهرست مطالب

چكيده …………………………………………………………………………………………………………………………1
مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………2

فصل اول: كليات

1-1 ) تعريف و هدف تصفيه فاضلاب ……………………………………………………………………………………….. 1
1-2 ) تقسيم بندي فاضلاب …………………………………………………………………………………………………. 3
1-3 ) پيامدهاي زيست محيطي و انساني فاضلاب ………………………………………………………………………. 4
1-4 ) كمبودهاي مطالعاتي در زمينه شبيه سازي هاي تصفيه خانه ها ……………………………………………….. 6
1-5) روش كار و تحقيق ……………………………………………………………………………………………………….7

فصل دوم: نقش ميكروارگانيسم ها

2-1 ) ميكروارگانيزم هاي شركت كننده و نقش آنها …………………………………………………………………….. 9
2-1-1 )منبع كربن و انرژي …………………………………………………………………………………………………. 11
2-1-2) نيازمندي هاي عوامل رشد و مواد مغذي ……………………………………………………………………….. 13
2-.2-)فرايند نيتريفيكاسيون ………………………………………………………………………………………………… 14
2-2-1) توصيف فرايند ………………………………………………………………………………………………………….15
2-2-2) ميكروبيولوژي ……………………………………………………………………………………………………….. 15
2-2-3) روابط استوكيومتري ………………………………………………………………………………………………… 17
2-2-4 ) سينتيك هاي رشد ………………………………………………………………………………………………. 19
2-2-5) عوامل طبيعي …………………………………………………………………………………………………….. 21
2-2-6) سميت ……………………………………………………………………………………………………………… 21
2-3) فرآيند دنيتريفيكاسيون ……………………………………………………………………………………………….. 22
2-3-1) توصيف فرايند ………………………………………………………………………………………………………. 23
2-3-2) )ميكروبيولوژي ………………………………………………………………………………………………………. 24
2-3-3)روابط استوكيومتري ………………………………………………………………………………………………….. 25
2-3-4) سينتيك هاي رشد …………………………………………………………………………………………………. 28
2-3-5) تاثير غلظت اكسيژن محلول ………………………………………………………………………………………… 29
2-3-6) اثر همزمان نيتريفيكاسيون و دينتريفيكاسيون ……………………………………………………………………….30
2-3-7) عوامل محيطي ………………………………………………………………………………………………………. 31

فصل سوم : تصفيه فاضلاب

3-1) كليات و مراحل ………………………………………………………………………………………………….. 33
3-1-1) سطح تصفيه ………………………………………………………………………………………………….. 33
3-1-2) تصفيه بيولوژيكي ……………………………………………………………………………………………… 34
3-1-3) تعدادي تعاريف مفيد …………………………………………………………………………………………… 35
3-1-4) انواع فرايندهاي بيولوژيكي …………………………………………………………………………………… 37
3-1-5) فرايند رشد معلق …………………………………………………………………………………………….. 39
3-1-6) فرايند لجن فعال ………………………………………………………………………………………………..39
3-1-7) فرايند رشد ثابت ……………………………………………………………………………………………… 41
3-2) گوناگوني راكتورها در تصفيه فاضلاب …………………………………………………………………………… 42
3-3) تعيين مشخصات فاضلاب ………………………………………………………………………………………… 48
3-3-1) تركيبات اصلي فاضلاب براي طراحي فرايند ………………………………………………………………….. 48
3-3-2) تركيبات كربن دار ……………………………………………………………………………………………….. 50
3-3-3) تركيبايت نيتروژن دار …………………………………………………………………………………………….. 52
3-3-4) قليائيت ……………………………………………………………………………………………………………… 53
3-4) دليل انتخاب راكتور اختلاط كامل ……………………………………………………………………………………. 54

فصل 4: مدل سازي فرايند

4-1) مدل هاي ASM ..ا………………………………………………………………………………………………………59
4-2-1) دليل انتخاب مدل ASM1 ..ا………………………………………………………………………………………….61
4-2-2) مقايسه مدل ASM1 با مدل ASM3…….ا…………………………………………………………………………..61
4-2-3) روش ارائه مدل ……………………………………………………………………………………………………….. 63
4-2-4) قالب بندي و نشانه گذاري ………………………………………………………………………………………… 63
4-2-5) استفاده در موازنه جرم ………………………………………………………………………………………………. 65
4-3) مدل تركيب اكسيداسيون كربن، نيتريفيكاسيون و دنيتريفيكاسيون ………………………………………………..67
4-4) مدل ادراكي ………………………………………………………………………………………………………………. 70
4-5) تركيبات در مدل …………………………………………………………………………………………………………. 77
4-6) فرايندها در مدل …………………………………………………………………………………………………………. 81
4-7) مشخصه سازي فاضلاب و تخمين مقدارهاي پارامتر ……………………………………………………………….. 88
4-7-1) تخمين ضرايب استوكيومتري ……………………………………………………………………………………….. 89
4-7-2) تخمين پارامترهاي سينتيكي ………………………………………………………………………………………… 95
4-8) محدوده هاي پارامتر نمونه مقدارهاي قراردادي و تاثيرات پارامترهاي زيست محيطي…………………………….. 105
4-8-1) مقدارهاي پارامتر نمونه ………………………………………………………………………………………………. 105
4-8-2 ) مقدار هاي قراردادي ………………………………………………………………………………………………….110
4-8-3) تاثيرات زيست محيطي ……………………………………………………………………………………………… 111
4-8-4) فرضيات ،محدوديت ها و اجبارها …………………………………………………………………………………….112
4-9) فرضيات و محدوديت هاي همراه با مدل ……………………………………………………………………………….113
4-10) الزاماتي بر پايه كاربرد مدل ……………………………………………………………………………………………. 114

فصل پنجم: اجراي مدل

5-1) پياده سازي مدل لجن فعال …………………………………………………………………………………………. 117
5-1-1) الگوي كلي جريان …………………………………………………………………………………………………. 117
5-1-2) الگوريتم كلي برنامه ………………………………………………………………………………………………. 118
5-2) شرايط اوليه ………………………………………………………………………………………………………….. 121
5-3) شرايط كار متغير …………………………………………………………………………………………………….. 122
5-4) معادلات موازنه جرم در مدل ASM..ا…………………………………………………………………………………. 122
5-4-1) مدل سازي فرايند هوادهي ……………………………………………………………………………………….. 126
5-4-2) معادلات مربوط به ته نشين ساز نشين ساز …………………………………………………………………….. 126
5-4-3) آماده سازي معادلات موازنه جرم براي ورود به برنامه ………………………………………………………….. 128
5-5) اجراي برنامه …………………………………………………………………………………………………………… 131
5-5-1) ورودي ها و خروجي ها ……………………………………………………………………………………………… 131
5-6) مقايسه و تحليل مقادير ………………………………………………………………………………………………….. 143

فصل ششم : راكتور اختلاط كامل دوره اي و بهينه سازي زمان هوا دهي

6-1) مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………… 149
6-2) مدل ………………………………………………………………………………………………………………………. 150
6-3) فرآيند …………………………………………………………………………………………………………………….. 151
6-4) كنترل متغير ها ……………………………………………………………………………………………………………152
6-5) معادلات بهينه سازي …………………………………………………………………………………………………….. 153
6-6) قوانين به كار رفته ………………………………………………………………………………………………………….. 154
6-7) روش حل و نتايج بهينه سازي ………………………………………………………………………………………….. 156

فصل هفتم : نتيجه گيري و پيشنهادات

نتيجه گيري …………………………………………………………………………………………………………………. 160

پيشنهادات …………………………………………………………………………………………………………………… 161
پيوست ها ………………………………………………………………………………………………………………….. 162

منابع و ماخذ ……………………………………………………………………………………………………………….. 167

فهرست منابع لاتين ………………………………………………………………………………………………………… 167

سايت هاي اطلاع رساني …………………………………………………………………………………………………. 170
چكيده انگليسي …………………………………………………………………………………………………………….. 171

جدول

2-1) طبقه بندي ميكروارگانيسم ها برحسب دهنده الكترون ،گيرنده الكترون و ديگر پارامترها ………………………… 10
3-1) اصطلاحات مورد استفاده در تصفيه بيولوژيكي فاضلاب ………………………………………………………………. 37
3-2) فرايند هاي بيولوژيكي مهم در تصفيه فاضلاب ………………………………………………………………………….. 38
3-3) علايم مورد استفاده در فرآيند هاي تصفيه فاضلاب …………………………………………………………………….. 48
3-4) مقايسه كلي راكتور هاي مورد استفاده در فرآيندهاي تصفيه فاضلاب ………………………………………………..55
4-1) روابط استوكيومتري و سينتيكي براي رشد باكتري هتروتروفيك در يك محيط هوازي ……………………………… 67
4-4) پارامترهاي استوكيومتري براي مدل ASM1 .ا…………………………………………………………………………… 76
4-.5)پارامترها و مشخصاتي كه مي توان مستقيم حدس زد ……………………………………………………………. 103
4-6) پارامترهايي كه پيش از محاسبه بايد اطلاعات وارزيابي هاي پيشين روي آنها انجام گيرد ……………………. 105
4-7) مقادير قراردادي در pH خنثي ………………………………………………………………………………………… 109
4-8) مشخصات قراردادي چند فاضلاب خانگي بين چند كشور جهان …………………………………………………. 110
5-1) پارامتر هاي معادله Takacs ا………………………………………………………………………………………… 127
5-2) ماتريس ضرايب استوكيومتري ………………………………………………………………………………………. 130
5-3) مقادير تركيبات ASM1ورودي به برنامه …………………………………………………………………………….. 132
5-4) مقادير پارامترهاي طراحي ورودي به برنامه …………………………………………………………………….. 133
5-5) مقادير مشخصات كلي تصفيه خانه ……………………………………………………………………………… 133
5-6) شرايط عملياتي تصفيه خانه ……………………………………………………………………………………… 134
5-7) مقادير خروجي از برنامه و مقايسه آنها با خروجي راكتور نمونه ………………………………………………. 135
6-1) ميانگين تركيبات ورودي …………………………………………………………………………………………….. 152

نمودار

3-1) اجزاي COD فاضلاب و اطلاعات مربوط به اجزاي COD در طراحي دقيق فرآيندهاي لجن فعال در طراحي هاي دقيق لجن فعال …………………………………………………………………………………………………………………………. 51
3-2) مشخصات فاضلاب براي تركيبات نيتروژن …………………………………………………………………………… 53
2-1) متابوليسم باكتريايي( a هوازي هتروتروف (b هوازي اتوتروف (c بي هوازي هتروتروف ………………………..11
2-2) فرآيند نيتريفيكاسيون بيولوژيكي ……………………………………………………………………………………… 14
2-3) فرآيندهاي مورد استفاده براي نيتريفيكاسيون بيولوژيكي (a سيستم رشد معلق با لجن يك مرحله اي (b سيستم رشد معلق با لجن دو مرحله اي ………………………………………………………………………………………………………21
16 2-4) تشكيل نيتروژن در فرآيندهاي تصفيه بيولوژيكي ……………………………………………………………………. 22
2-5) انواع راكتور ها و فرايندهاي دنيتريفيكاسيون مورد استفاده براي انجام آنها ………………………………………….. 24
3-1) دياگرام فرآيند تصفيه بيولوژيكي رشد معلق …………………………………………………………………………….. 40
3-2) شماي راكتور اختلاط كامل در فرآيند تصفيه فاضلاب (CMAS..ا…………………………………………………………. 43
3-3) شماي راكتور جريان قالبي (plug) در فرآيند تصفيه فاضلاب ………………………………………………………….. 44
4-1) مقايسه جريان COD در مدل ASM1 و ASM3 ..ا………………………………………………………………………….62
4-2) زنجيره تخريب بيولوژيكي …………………………………………………………………………………………………. 95
4-3) تاثير تغيير نسبت سوبسترا به بيومس (نسبت غذا به ميكروارگانيسم F/M )روي OUR در…………………………………………………………………………………………………………………………………. 101
5-1) الگوي كلي جريان مدل سازي …………………………………………………………………………………………. 118
5-2) الگوريتم كلي مدل سازي بر پايه ASM1 .ا………………………………………………………………………………121
5-3) نماي كلي راكتوراختلاط كامل لجن فعال ………………………………………………………………………………. 123
5-4) شماي كلي يك ته نشين ساز ………………………………………………………………………………………… 128
5-5) گراف تغييرات غلظت نيتروژن آمونياكي و آمونيومي با زمان ……………………………………………………….. 136
5-6) گراف تغييرات غلظت نيتروژن آلي ذره اي قابل تجزيه بيولوژيكي با زمان …………………………………………. 136
5-7) گراف تغييرات غلظت نيتروژن آلي محلول قابل تجزيه بيولوژيكي با زمان ………………………………………… 137
5-8) گراف تغييرات غلظت قلياييت با زمان …………………………………………………………………………………. 137
5-9) گراف تغييرات غلظت ماده آلي بي اثرمحلول با زمان ………………………………………………………………. 138
5-10) گراف تغييرات غلظت سوبستراي قابل تجزيه بيولوژيكي سريع با زمان ……………………………………….. 138
5-11) گراف تغييرات غلظت ماده آلي بي اثر ذره اي با زمان …………………………………………………………… 139
5-12) گراف تغييرات غلظت سوبستراي قابل تجزيه بيولوژيكي كند با زمان ………………………………………….. 139
5-13) گراف تغييرات غلظت بيومس هتروتروفيك فعال با زمان………………………………………………………….. 140
5-14) گراف تغييرات غلظت ذرات حاصل از تخريب بيومس با زمان …………………………………………………….. 140
5-15) گراف تغييرات غلظت بيومس اتوتروفيك فعال با زمان ……………………………………………………………… 141
5-16) گراف تغييرات غلظت نيتروژن نيتراتي و نيتريتي با زمان …………………………………………………………. 141
5-17) گراف تغييرات غلظت اكسيژن محلول با زمان ……………………………………………………………………… 142
6-1) مسيرهاي كنترل بر اساس قوانين پايه گذاري شده…………………………………………………………………. 157
6-2) مسير بهينه نيتروژن در محدوده تعريف شده براي Z=39% …ا……………………………………………………..158
6-3) كنترل ميزان هوادهي در راكتور فرايند لجن فعال دوره اي ارايه شده ………………………………………………158

فصل نخست : كليات
(1 -1) تعريف و اهميت تصفيه فاضلاب
به طور كلي هر اجتماعي دور ريزهايي به صورت مايع،جامد و يا گازهاي قابل انتشار در جو در پس فعاليت هاي صنعتي ، خانگي و يا كشاورزي خود توليد مي كند.
به طور ويژه در بخش مايعات دور ريز- فاضلاب و يا پساب- آب تامين كننده آن بخش بوده كه بعد از استفاده در بخش هاي گوناگون و آميخته شدن با مواد اضافي به صورت دور ريز در آمده است.
از ديدگاه منابع توليد ، فاضلاب به عنوان آميخته اي از آب كه حمل كننده دور ريز هاي دفع شده از مناطق مسكوني ، موسسات و بنگاه هاي تجاري و صنعتي كه مي تواند همراه با آب هاي زير زميني ، سطحي يا بارش هاي جوي باشد.
هنگامي كه پساب تصفيه نشده در نقطه اي جمع شود به سبب در هم ريختگي تركيبات آلي در آن منجر به آزاد شدن گاز هاي بسيار بد بو خواهد شد و محيط مناسبي براي رشد بسياري از ميكرو ارگانيسم هاي پاتوژنيك مي شود كه از روده انسان و يا حيوانات و نواحي مختلف به درون آن راه يافته مي شود.
پساب ها همچنين شامل نيترات ها هستند كه باعث تحريك رشد گياهان آبزي مي شوند و ممكن است شامل تركيبات سمي و يا تركيباتي كه به طور بالقوه ممكن است بيماري زا و يا سرطان زا باشد هستند.
به دلايل ذكر شده حذف سريع و آسان فاضلاب از منابع توليد توسط تصفيه آن و استفاده مجدد و يا رها سازي آن در طبيعت ضروري مي باشد.
– مهندسي فاضلاب
مهندسي فاضلاب شاخه اي از مهندسي محيط زيست است كه مفاهيم علوم پايه و مهندسي را براي راهگشايي موارد درگير با فاضلاب و استفاده مجدد از آن را به كار مي گيرد.
هدف نهايي مهندسي فاضلاب محافظت از سلامت عمومي با شيوه اي متناسب با ديدگاه زيست محيطي ، اقتصادي،اجتماعي و نگراني هاي سياسي است.
براي اين كار لازم است دانش :

1- اجزا موجود در پساب
2- اثرات اين اجزا هنگامي كه پساب در طبيعت رها مي شود
3- دگرگوني و سرنوشت طولاني مدت اين اجزا در فرايندهاي تصفيه
4- روش هاي تصفيه اي كه براي حذف يا اصلاح اجزاء موجود در فاضلاب استفاده مي شود
5- روش هايي براي استفاده مفيد يا مصرف جامدات توليد شده اضافي توسط سيستم هاي تصفيه

را داشته باشيم.
(1-2) تقسيم بندي فاضلاب
از ديدگاهي مي توان فاضلاب هاي خام را به دو گروه بزرگ :

1- فاضلاب هاي شهري 2- فاضلاب هاي صنعتي دسته بندي كرد.[31]
فاضلاب هاي شهري
فاضلاب هاي شهري كه هدف اين پژوهش هم مي باشد حاصل از مصرف آب در منازل ، ادارات، مراكز تجاري ، آب هاي سطحي حاصل از بارش هاي جوي و شستشوي معابر و كليه خدمات شهري مي باشد ، در اين نوع فاضلاب كمتر از مواد سمي خطرناك ، فلزات سنگين و يا راديواكتيو يافت مي شود و عمدتا داراي مواد آلي و نيتروژن دار و فسفر دار حاصل از مواد دفعي انساني و پاك كننده ها است .

-فاضلاب هاي صنعتي
در فاضلاب هاي صنعتي كه حاصل كارهاي فرآيندي كارخانه جات و مراكز توليدي مي باشد مي توان گونه هاي زيادي از مواد شيميايي ، نفتي و غيره كه براي انسان و محيط پيراموني او خطر آفرين است را مشاهده كرد ، كه حذف آنها گاهي بسيار مشكل و دردسر ساز مي باشد و رهاسازي آنها هم در طبيعت حتي مي تواند گاهي باعث نابودي كامل آن منطقه شود كه پاك سازي آن بسيار هزينه بر و شايد غير ممكن باشد از اين قبيل مواد مي توان به فلزات سنگين ، تركيبات نفتي و يا مواد راديو اكتيو اشاره كرد . بهترين راه حذف اين نوع مواد تصفيه آنها در خود كارخانه با روش هاي تخصصي تر براي آن ماده خاص مي باشد تا جمع آوري در يك مركز تصفيه و عمليات حذف روي آنها.
(1-3) پيامد هاي زيست محيطي و انساني فاضلاب خام
با توسعه جوامع انساني و افزايش مصرف و به دنبال آن فزوني گسترده دور ريز ها كه اين امر در زمينه دور ريز هاي مايع هم مشاهده مي شود مشكلات زيادي براي سلامتي انسان هم پيش آمده است كه به موارد زير مي توان اشاره كرد.
1 – اوتريفيكاسيون
در مورد رها سازي فاضلاب خام و تصفيه نشده در طبيعت مي توان به گسترش پديده اي اشاره كرد كه به سبب رشد بيش از حد گياهان (Utrification) به نام اوتريفيكاسيون موجود در آب از جمله جلبك به دليل افزايش نيترات و فسفات آب مي باشد . رشد سريع اين گياهان باعث مقدار زياد آنها شده و هنگام مرگ به سبب توده هاي زياد از گياهان فرصت لازم براي تجزيه شدن در زمان لازم با توجه به گنجايش آبگير وجود نداشته باشد بوجود آيد و باعث مشكلاتي از قبيل تغييرات غلظت اكسيژن محلول ، تغيير رنگ ، بو و طعم آب ها مي شود. براي اين پديده مي توان تالاب انزلي را نام برد.
2- سميت
يون هاي نيتروژن دار و فلزات سنگين براي آبزيان از جمله ماهي ها مي تواند بسيار خطرناك مي شود كه براي آّبزيان مشكل pH و سمي باشد . تبديل يون آمونيوم به آمونياك سبب افزايش ساز مي باشد.
3 – مت همو گلوبينا
در اثر استفاده از آب هاي حاوي نيترات بيماريي به نام مت هموگلوبينا يا سندرم كودكان آبي به وجود مي آيد و دليل آن آميخته شدن نيترات موجود آب از طريق دستگاه گوارش با خون كودكان است كه به سرعت به جاي آهن با هموگلوبين در گلبول هاي قرمز كه وظيفه جذب اكسيژن را دارد تركيب مي شود اين جانشيني سبب پذيرش كمتر اكسيژن توسط گلبول هاي قرمز خون مي شود و رنگ آبي به پوست كودك مي دهد و از عوارض آن مي تواند فلج مغزي يا حتي مرگ كودك در اثر كمبود اكسيژن براي مغز باشد.

4- مسموميت كشاورزي
آبياري زمين هاي كشاورزي توسط آب هاي آلوده و يا فاضلاب خام باعث تركيب سريع انواع سموم شيميايي با بافت هاي گياهان و ورود انواع باكتري ها و ميكرو ارگانيسم هاي بسيار خطرناك به اين گياهان مي شود كه مصرف خام آنها باعث آسيب هاي بسيار شديدي براي
سلامتي فرد مصرف كننده ميشود.[21] 1-4) كمبود هاي مطالعاتي در زمينه شبيه سازي هاي تصفيه خانه ها
به دليل اينكه تاكنون در كشور ايران به مسايل زيست محيطي چندان اهميت خاصي داده نشده است پس به همين دليل سرنوشت دورريزهاي حاصل از فرايندهاي گوناگون مهم نبوده است .
فاضلاب هاي شهري و صنعتي هم از اين قاعده جدا نبوده اند . به راحتي با جستجو در منابع مطالعاتي داخلي مي توان به اين موضوع پي برد كه نبود كتاب و نوشتار و مقاله داخلي به ميزان زياد و در خور صنايع و شهر هاي بزرگ ، گواه اين موضوع است .
مدل سازي اين فرايند هاي تصفيه هم كه از اساسي و پايه اي ترين موارد هستند اين سرنوشت را داشته اند . اين امر تا جايي پيش مي رود كه طراحان سيستم هاي تصفيه فاضلاب حتي نامي از مدل هاي ASM نشنيده اند و به طور كلي موارد طراحي را بر اساس سيستم هاي آماده و يا موارد آزمايشگاهي در اشل كوچك انجام مي دهند .
البته در سال هاي اخير با توجه به آگاهي نسبت به مسايل زيست محيطي و سيستم هاي تصفيه تكاپويي در جهت طراحي هاي پايه اي انجام گرفته و يا در حال انجام مي باشد كه اميد مي رود اين پژوهش گامي در جهت آن فعاليت ها ي مفيد باشد .
(1-5) روش كار و تحقيق
روش كار در اين پايان نامه بدين صورت است كه نخست تعريفي از كليه پايه ها و تعاريف اوليه سيستم هاي فاضلاب اعم از نقش ميكروارگانيسم ها ، فرايندهايي كه توسط آنها نيتروژن و كربن به طور كامل از بين مي رود ،روابط استوكيومتري بيان مي شود سپس به طور كامل كليه مراحل تصفيه فاضلاب ، سطوح تصفيه ، تصفيه بيولوژيكي و فرايندهاي رشد معلق و لجن فعال و راكتور هاي موجود در فرايند حذف BOD و نيتريفيكاسيون آورده شده است و سپس وارد مرحله مدل سازي مي شويم كه تمام توضيحات درباره مدل ASM1 را در بر ميگيرد و به طور روشني اين فرايند شرح داده شده است و نوع راكتور انتخابي كه راكتور CMAS مي باشد شرح داده شده است .
مرحله بعد اجراي مدل مي باشد كه درآن الگوي جريان و الگوريتم برنامه آورده شده است و داده هاي ورودي از نتايج تجربي شركتي مدل ساز در زمينه مدل سازي تصفيه خانه هاي آب و فاضلاب به نام COST براي تصفيه خانه(PLAYA DEL REY) شهر كاليفرنيا استفاده و مقايسه شده است .
در بخش بعد در مورد راكتور اختلاط كامل لجن فعال دوره اي توضيح داده شده است كه بسيار مناسب براي شهر هاي با جمعيت زير 20000 نفر مي باشد وبراي جلوگيري از آسيب به توربين ها فرايند هوادهي آن بهينه سازي شده است . كليه عمليات مدل سازي توسط نرم افزار MATLAB انجام شده و موازنه جرم كه از نوع ODE غير خطي مي باشند به روش Runge-
Kutta درجه پنجم مي باشد .

بررسی نقش میکروارگانسیم ها و تصفیه فاضلاب به همراه مدل سازی فرآیند اختلاط کامل لجن فعال CMAS

بررسی نقش میکروارگانسیم ها و تصفیه فاضلاب به همراه مدل سازی فرآیند اختلاط کامل لجن فعال CMAS

فصل دوم : نقش ميكروارگانيسم ها
(2-1) ميكرو ارگانيسم هاي شركت كننده و نقش آنها
اساس طر احي فرآيندهاي تصفيه بيولوژيكي يا انتخاب نوع فرآيند بيولوژيكي مورد استفاده به فهم فعاليتهاي بيوشيميايي ميكروارگانيسم ها وابسته است . تقسيم بندي ميكروارگانيسم ها بر اساس منبع كربن سلولي، دهنده الكترون، پذيرنده الكترون و محصولات نهايي در جدول(2-1) خلاصه شده است. ميكروارگانيسم هاي مختلف مي توانند محدوده وسيعي از گيرنده هاي الكترون شامل اكسيژ ن، نيتريت، نيترات، آهن سه ظرفيتي، سولفات و تركيبات آلي و دي اكسيد كربن را استفاده كنند . صورت كلي برخي از ا نواع متداول متابوليسم باكتريايي در شكل(2-1) آمده است كه نشان دهنده منبع كربن سلول و منبع توليد انرژي مي باشد . دو موضوع مهم كه در اين قسمت به آن توجه شده است ، عبارتند از :1 – نيازهاي مواد غذايي عمومي ميكروارگانيسم هايي كه بطور معمول در تصفيه فاضلاب كاربرد دارد 2 – طبيعت متابوليسم ميكروبي بر اساس نياز به اكسيژن مولكولي [8].

محصولات گيرنده الكترون دهنده الكترون (سوبستراي اكسيد شده) منبع كربن نام واكنش نوع باكتري CO2 , H2O O2 تركيبات آلي تركيبات آلي اكسيداسيون هوازي هوازي هتروتروفيك نيترات، نيتريت O2 نيترات ،نيتريت دي اكسيد كربن نيتريفيكاسيون هوازي اتو تروفيك آ هن سه ظرفيتي O2 آهن دو ظرفيتي دي اكسيد كربن اكسيداسيون آهن سولفاتO2 H2S,S,S2O 3-2 دي اكسيد كربن اكسيداسيون سولفور N2,CO2, H2O نيترات،نيتريت تركيبات آلي تركيبات آلي واكنش انوكسيك دنيتريفيكاسيون اختياري هتروتروفيك اسيد هاي چرب فرار(استات،پروپينات،بوتيرات) تركيبات آلي تركيبات آلي تركيبات آلي تخمير اسيدي بي هوازي هتروتروفيك CO2,H2O,Fe+2 (III)آهن تركيبات آلي تركيبات آلي احيا آهن H2S,CO2,H2O سولفات تركيبات آلي تركيبات آلي احيا سولفات متان CO2 اسيد هاي چرب فرار تركيبات الي توليد كننده متان جدول ( 2-1 ) : طبقه بندي ميكروارگانيسم ها بر حسب دهنده الكترون،گيرنده الكترون و ديگر پارامترها [8]

(2-1-1) منبع كربن و انرژي براي رشد ميكروبي
يك ارگانيسم به منظور تكثير و عملكرد مناسب بايد منبع انرژي، كربن براي سنتز مواد سلولي جديد و عناصر غير آلي(مغذي) مانند نيتروژن، فسفر، سولفور، پتاسيم، كلسيم و منيزيم داشته باشد . مواد مغذي آلي نيز(عوامل رشد ) ممكن است براي سنتز سلولي مصرف شود.

منابع كربن:
ميكروارگانيسم ها، كربن ر ا براي رشد سلولي از مواد آلي يا دي اكسيد كربن بدست مي آورند .
ارگانيسم هايي كه از كربن آلي براي تشكيل سلولهاي جديد استفاده مي كنند ، هتروتروف ناميده مي شود، در حاليكه ارگانيسم هايي كه كربن سلولي را از دي اكسيد كربن مي گير ند، اتوتروف نام دارد . تبديل دي اكسيد كربن به تركيبات كربن سلولي نياز به فرآيند احياء دارد كه نيازمند مصرف انرژي است .بنابراين ارگانيسم هاي اتوتروف نسبت به هتروتروف ها بايد بيشتر انرژي خود را براي سنتز مصرف كنند كه در نتيجه معموًلاً بازده پايين تري در توليد جرم سلولي و سرعتهاي رشد دارند[8].
a) b) c)

شكل (2-1 ) : متابوليسم باكترياييa : )هوازي هتروتروفb ) هوازي اتوتروفc ) بي هوازي هتروتروف [8]
منابع انرژي :
انرژي مورد نياز براي سنتز سلولي ممكن است از طريق نور خورشيد و يا واكنش اكسيداسيون شيميايي تهيه شود . باكتريها براي كسب انرژي، مواد آلي يا معدني را اكسيد مي كنندارگانيسم هايي كه قادر به استفاده از نور بعنوان منبع انرژي مي باشند، فتوتروف ناميده مي شود. ارگانيسم هاي فتوتروف ممكن است هتروتروف(مانند باكتري احياء كننده گوگردي خاص ) يا اتوتروف (آلگ و باكتري فتوسنتتيك ) باشند .ارگانيسمهايي كه انرژي خود را از واكنشهاي شيميايي بدست مي آورند، تحت عنوان شيميوتروفها شناخته مي شوند . فتوتروف ها مانند شيميوتروف ها نيز ممكن است هتروتروف (مانند پروتزوئر، قارچ و بيشتر باكتريها) و يا اتوتروف (مانند باكتريهاي نيتريفاير) باشند شيميواتوتروف ها، انرژي را از اكسيداسيون تركيبات غير آلي احياء شده مانند آمونياك ، نيتريت ، آهن فروس و سولفيد بدست مي آورند .شيميوهتروتروف ها معموًلاً انرژي خود را از اكسيداسيون تركيبات آلي بدست مي آ ورند .واكنش هاي شيميايي توليد كننده انرژي در شيميوتروفها، واكنش هاي اكسيد و احياء مي باشد كه شامل انتقال الكترون از يك دهنده الكترون به يك گيرنده الكترون ست .دهنده الكترون اكسيد و گيرنده الكترون احياء مي شود . گيرنده و دهنده الكترون با توجه به ميكروارگانيسم مي تواند تركيبات آلي يا غير آلي باشد . گيرنده الكترون ممكن است در داخل سلول در حين متابوليسم (endogenous) قابل استفاده باشد و يا از بيرون سلول(مانند اكسيژن محلول) باشد.(Exogenous) ارگانيسم هايي كه توليد انرژي در آنها با انتقال الكترون به يك گيرنده الكترون خا رجي توسط يك آنزيم صورت مي گيرد، در اصطلاح متابوليسم تنفسي(respiratory metabolism) دارند.
هنگاميكه از يك گيرنده اكلترون داخلي استفاده شود ، فرآيند را متابوليسم تخميري (fermentative metabolism)مي نامند كه بازده انرژي موثر كمتري نسبت به فرآيند تنفسي دارد . ارگانيسم هاي هتروتروف كه بطور كامل تخمير كننده هستند ، بازده سلولي و سرعتهاي رشد كمتري نسبت به هتروتروفهاي تنفسي دارد.
هنگاميكه اكسيژن بعنوان گيرنده الكترون استفاده شود ، واكنش هوازي ناميده مي شود و واكنشهايي كه شامل ساير گيرنده هاي الكترون است ، بعنوان بي هوازي مطرح شده اند . عبارت انوكسيك براي متمايز كردن استفاده از نيترات يا نيتر يت بعنوان گيرنده نهايي الكترون از ساير مواد تحت شرايط بي هوازي بكاربرده مي شود .
احياء نيتريت يا نيترات تحت شرايط آ نوكسيك به گاز نيتروژن انجام مي شود و اين واكنش تحت عنوان دنيتريفيكاسيون بيولوژيكي نيز عنوان شده است . ارگانيسم هايي كه نيازهاي انرژي خود را فقط با اكسيژن بدست مي آورند ، ميكروارگانيسم هاي هوازي اجباري نام دارند تعدادي از باكتريها مي توانند از اكسيژن يا هنگامي كه اكسيژن در دسترس نباشد، از نيتريت يا نيترات بعنوان گيرنده الكترون استفاده كنند . اين باكتريها، باكتري هوازي اختياري ناميده مي شود .
ارگانيسمهايي كه انرژي را از طريق تخمير توليد مي كنند و فقط در محيط فاقد اكسيژن وجود دارند ، بي هوازي اجباري مي باشد . بي هوازي هاي اختياري توانايي رشد در حضور و يا غياب اكسيژن مولكولي را دارند و بر اساس توانايي متابوليكي آنها به دو زير گروه تقسيم مي شوند . بي هواز يهاي اختياري واقعي. كه با توجه به حضور يا غياب اكسيژن مولكولي مي توانند از حالت اختياري به متابوليسم تنفسي هوازي تغيير پيدا كنند . بي هوازيهاي آئروتولرانت ، متابوليسم كاملاً تخميري دارند ؛ ولي به حضورهوازي تغيير پيدا كنند بي هوازيهاي آئروتولرانت ، متابوليسم كاملاً تخميري دارند ؛ ولي به حضوراكسيژن مولكولي نسبتانسبتاً غير حساس مي باشند.
(2-1-2)نيازمنديهاي عوامل رشد و مواد مغذي
نيتروژن، گوگرد، فسفر، پتاسيم، منيزيم، كلسيم، آهن، سديم و كلر مواد مغذي غير آلي اصلي مورد نياز براي ميكروارگانيسمها است .روي، منگنز، موليبدن، سلنيم، كبالت، مس و نيكل مواد مغذي جزئي اصلي ميباشد(Madigan et. al. 2000 ) مواد مغذي آلي مورد نياز تحت عنوان عوامل رشد مي باشد كه تركيبات مورد نياز براي يك ارگانيسم بصورت پيش نياز يا ساخت مواد سلولي آلي است كه نمي تواند از ساير منابع كربن تامين شود . با وجود اينكه نياز به عوامل رشد ا ز يك ارگانيسم به ارگانيسم ديگر متفاوت است ، عوامل رشد مهم به سه گروه زيرتقسيم مي شوند 1 )اسيدهاي آمينه 2) بازهاي نيتروژنه( مانند پورين ها و پريميدين ها ) و 3) ويتامين ها. براي تصفيه فاضلاب شهري معمولاً مواد مغذي كافي وجود دارد ؛ اما در فاضلابهاي صنعتي ممكن است اضافه كردن مواد مغذي براي فرآيندهاي تصفيه بيولوژيكي مورد نياز باشد .فقدان نيتروژن و فسفات كافي مخصوصًاً در تصفيه فاضلابهاي فرآيندهاي غذايي يا فاضلابهايي كه مواد آلي بالايي دارند متداول است[8] .


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان