مقدمه :
امروزه استفاده مجدد از آب های آلوده شده در فرایندهای گوناگون اهمیت زیادی پیدا کرده است . به همین دلیل انواع مختلف فرایندهای تصفیه پساب مطرح شده است و به کار برده می شود .
در بین این فرایندها تصفیه بیولوژیکی لجن فعال می توان گفت که مناسب ترین فرایند تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه های شهری می باشد زیرا هم عملکرد خوبی دارد و هم دارای کمترین آلودگی زیست محیطی می باشد و در میان انواع راکتورهایی که برای این فرایند به کار می روند راکتور اختلاط کامل لجن فعال (Complete Mix Activated Sludge) با نام اختصاری CMAS به دلیل مزایای فراوان آن و توانایی آن در گذر خوب برابر شوک های ورودی محبوب ترین نوع راکتور می باشد.
برای مدل سازی فرایند لجن فعال مدلی توسط IWA ارایه شده است که مدل ASM1 می باشد و دارای دقتی کافی است این مدل اساسا پایه ای برای مدل سازی راکتور های گوناگون می باشد . در این پایان نامه از مدل ASM1 استفاده شده است که معادلات موازنه جرم بدست آمده از نوع ODE غیر خطی می باشد واز روش رانگ – کاتای 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

چکیده …………………………………………………………………………………………………………………………1
مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………2

فصل اول: کلیات

1-1 ) تعریف و هدف تصفیه فاضلاب ……………………………………………………………………………………….. 1
1-2 ) تقسیم بندی فاضلاب …………………………………………………………………………………………………. 3
1-3 ) پیامدهای زیست محیطی و انسانی فاضلاب ………………………………………………………………………. 4
1-4 ) کمبودهای مطالعاتی در زمینه شبیه سازی های تصفیه خانه ها ……………………………………………….. 6
1-5) روش کار و تحقیق ……………………………………………………………………………………………………….7

فصل دوم: نقش میکروارگانیسم ها

2-1 ) میکروارگانیزم های شرکت کننده و نقش آنها …………………………………………………………………….. 9
2-1-1 )منبع کربن و انرژی …………………………………………………………………………………………………. 11
2-1-2) نیازمندی های عوامل رشد و مواد مغذی ……………………………………………………………………….. 13
2-.2-)فرایند نیتریفیکاسیون ………………………………………………………………………………………………… 14
2-2-1) توصیف فرایند ………………………………………………………………………………………………………….15
2-2-2) میکروبیولوژی ……………………………………………………………………………………………………….. 15
2-2-3) روابط استوکیومتری ………………………………………………………………………………………………… 17
2-2-4 ) سینتیک های رشد ………………………………………………………………………………………………. 19
2-2-5) عوامل طبیعی …………………………………………………………………………………………………….. 21
2-2-6) سمیت ……………………………………………………………………………………………………………… 21
2-3) فرآیند دنیتریفیکاسیون ……………………………………………………………………………………………….. 22
2-3-1) توصیف فرایند ………………………………………………………………………………………………………. 23
2-3-2) )میکروبیولوژی ………………………………………………………………………………………………………. 24
2-3-3)روابط استوکیومتری ………………………………………………………………………………………………….. 25
2-3-4) سینتیک های رشد …………………………………………………………………………………………………. 28
2-3-5) تاثیر غلظت اکسیژن محلول ………………………………………………………………………………………… 29
2-3-6) اثر همزمان نیتریفیکاسیون و دینتریفیکاسیون ……………………………………………………………………….30
2-3-7) عوامل محیطی ………………………………………………………………………………………………………. 31

فصل سوم : تصفیه فاضلاب

3-1) کلیات و مراحل ………………………………………………………………………………………………….. 33
3-1-1) سطح تصفیه ………………………………………………………………………………………………….. 33
3-1-2) تصفیه بیولوژیکی ……………………………………………………………………………………………… 34
3-1-3) تعدادی تعاریف مفید …………………………………………………………………………………………… 35
3-1-4) انواع فرایندهای بیولوژیکی …………………………………………………………………………………… 37
3-1-5) فرایند رشد معلق …………………………………………………………………………………………….. 39
3-1-6) فرایند لجن فعال ………………………………………………………………………………………………..39
3-1-7) فرایند رشد ثابت ……………………………………………………………………………………………… 41
3-2) گوناگونی راکتورها در تصفیه فاضلاب …………………………………………………………………………… 42
3-3) تعیین مشخصات فاضلاب ………………………………………………………………………………………… 48
3-3-1) ترکیبات اصلی فاضلاب برای طراحی فرایند ………………………………………………………………….. 48
3-3-2) ترکیبات کربن دار ……………………………………………………………………………………………….. 50
3-3-3) ترکیبایت نیتروژن دار …………………………………………………………………………………………….. 52
3-3-4) قلیائیت ……………………………………………………………………………………………………………… 53
3-4) دلیل انتخاب راکتور اختلاط کامل ……………………………………………………………………………………. 54

فصل 4: مدل سازی فرایند

4-1) مدل های ASM ..ا………………………………………………………………………………………………………59
4-2-1) دلیل انتخاب مدل ASM1 ..ا………………………………………………………………………………………….61
4-2-2) مقایسه مدل ASM1 با مدل ASM3…….ا…………………………………………………………………………..61
4-2-3) روش ارائه مدل ……………………………………………………………………………………………………….. 63
4-2-4) قالب بندی و نشانه گذاری ………………………………………………………………………………………… 63
4-2-5) استفاده در موازنه جرم ………………………………………………………………………………………………. 65
4-3) مدل ترکیب اکسیداسیون کربن، نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون ………………………………………………..67
4-4) مدل ادراکی ………………………………………………………………………………………………………………. 70
4-5) ترکیبات در مدل …………………………………………………………………………………………………………. 77
4-6) فرایندها در مدل …………………………………………………………………………………………………………. 81
4-7) مشخصه سازی فاضلاب و تخمین مقدارهای پارامتر ……………………………………………………………….. 88
4-7-1) تخمین ضرایب استوکیومتری ……………………………………………………………………………………….. 89
4-7-2) تخمین پارامترهای سینتیکی ………………………………………………………………………………………… 95
4-8) محدوده های پارامتر نمونه مقدارهای قراردادی و تاثیرات پارامترهای زیست محیطی…………………………….. 105
4-8-1) مقدارهای پارامتر نمونه ………………………………………………………………………………………………. 105
4-8-2 ) مقدار های قراردادی ………………………………………………………………………………………………….110
4-8-3) تاثیرات زیست محیطی ……………………………………………………………………………………………… 111
4-8-4) فرضیات ،محدودیت ها و اجبارها …………………………………………………………………………………….112
4-9) فرضیات و محدودیت های همراه با مدل ……………………………………………………………………………….113
4-10) الزاماتی بر پایه کاربرد مدل ……………………………………………………………………………………………. 114

فصل پنجم: اجرای مدل

5-1) پیاده سازی مدل لجن فعال …………………………………………………………………………………………. 117
5-1-1) الگوی کلی جریان …………………………………………………………………………………………………. 117
5-1-2) الگوریتم کلی برنامه ………………………………………………………………………………………………. 118
5-2) شرایط اولیه ………………………………………………………………………………………………………….. 121
5-3) شرایط کار متغیر …………………………………………………………………………………………………….. 122
5-4) معادلات موازنه جرم در مدل ASM..ا…………………………………………………………………………………. 122
5-4-1) مدل سازی فرایند هوادهی ……………………………………………………………………………………….. 126
5-4-2) معادلات مربوط به ته نشین ساز نشین ساز …………………………………………………………………….. 126
5-4-3) آماده سازی معادلات موازنه جرم برای ورود به برنامه ………………………………………………………….. 128
5-5) اجرای برنامه …………………………………………………………………………………………………………… 131
5-5-1) ورودی ها و خروجی ها ……………………………………………………………………………………………… 131
5-6) مقایسه و تحلیل مقادیر ………………………………………………………………………………………………….. 143

فصل ششم : راکتور اختلاط کامل دوره ای و بهینه سازی زمان هوا دهی

6-1) مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………… 149
6-2) مدل ………………………………………………………………………………………………………………………. 150
6-3) فرآیند …………………………………………………………………………………………………………………….. 151
6-4) کنترل متغیر ها ……………………………………………………………………………………………………………152
6-5) معادلات بهینه سازی …………………………………………………………………………………………………….. 153
6-6) قوانین به کار رفته ………………………………………………………………………………………………………….. 154
6-7) روش حل و نتایج بهینه سازی ………………………………………………………………………………………….. 156

فصل هفتم : نتیجه گیری و پیشنهادات

نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………………. 160

پیشنهادات …………………………………………………………………………………………………………………… 161
پیوست ها ………………………………………………………………………………………………………………….. 162

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

فهرست منابع لاتین ………………………………………………………………………………………………………… 167

سایت های اطلاع رسانی …………………………………………………………………………………………………. 170
چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………………………………….. 171

جدول

2-1) طبقه بندی میکروارگانیسم ها برحسب دهنده الکترون ،گیرنده الکترون و دیگر پارامترها ………………………… 10
3-1) اصطلاحات مورد استفاده در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب ………………………………………………………………. 37
3-2) فرایند های بیولوژیکی مهم در تصفیه فاضلاب ………………………………………………………………………….. 38
3-3) علایم مورد استفاده در فرآیند های تصفیه فاضلاب …………………………………………………………………….. 48
3-4) مقایسه کلی راکتور های مورد استفاده در فرآیندهای تصفیه فاضلاب ………………………………………………..55
4-1) روابط استوکیومتری و سینتیکی برای رشد باکتری هتروتروفیک در یک محیط هوازی ……………………………… 67
4-4) پارامترهای استوکیومتری برای مدل ASM1 .ا…………………………………………………………………………… 76
4-.5)پارامترها و مشخصاتی که می توان مستقیم حدس زد ……………………………………………………………. 103
4-6) پارامترهایی که پیش از محاسبه باید اطلاعات وارزیابی های پیشین روی آنها انجام گیرد ……………………. 105
4-7) مقادیر قراردادی در pH خنثی ………………………………………………………………………………………… 109
4-8) مشخصات قراردادی چند فاضلاب خانگی بین چند کشور جهان …………………………………………………. 110
5-1) پارامتر های معادله Takacs ا………………………………………………………………………………………… 127
5-2) ماتریس ضرایب استوکیومتری ………………………………………………………………………………………. 130
5-3) مقادیر ترکیبات ASM1ورودی به برنامه …………………………………………………………………………….. 132
5-4) مقادیر پارامترهای طراحی ورودی به برنامه …………………………………………………………………….. 133
5-5) مقادیر مشخصات کلی تصفیه خانه ……………………………………………………………………………… 133
5-6) شرایط عملیاتی تصفیه خانه ……………………………………………………………………………………… 134
5-7) مقادیر خروجی از برنامه و مقایسه آنها با خروجی راکتور نمونه ………………………………………………. 135
6-1) میانگین ترکیبات ورودی …………………………………………………………………………………………….. 152

نمودار

3-1) اجزای COD فاضلاب و اطلاعات مربوط به اجزای COD در طراحی دقیق فرآیندهای لجن فعال در طراحی های دقیق لجن فعال …………………………………………………………………………………………………………………………. 51
3-2) مشخصات فاضلاب برای ترکیبات نیتروژن …………………………………………………………………………… 53
2-1) متابولیسم باکتریایی( a هوازی هتروتروف (b هوازی اتوتروف (c بی هوازی هتروتروف ………………………..11
2-2) فرآیند نیتریفیکاسیون بیولوژیکی ……………………………………………………………………………………… 14
2-3) فرآیندهای مورد استفاده برای نیتریفیکاسیون بیولوژیکی (a سیستم رشد معلق با لجن یک مرحله ای (b سیستم رشد معلق با لجن دو مرحله ای ………………………………………………………………………………………………………21
16 2-4) تشکیل نیتروژن در فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی ……………………………………………………………………. 22
2-5) انواع راکتور ها و فرایندهای دنیتریفیکاسیون مورد استفاده برای انجام آنها ………………………………………….. 24
3-1) دیاگرام فرآیند تصفیه بیولوژیکی رشد معلق …………………………………………………………………………….. 40
3-2) شمای راکتور اختلاط کامل در فرآیند تصفیه فاضلاب (CMAS..ا…………………………………………………………. 43
3-3) شمای راکتور جریان قالبی (plug) در فرآیند تصفیه فاضلاب ………………………………………………………….. 44
4-1) مقایسه جریان COD در مدل ASM1 و ASM3 ..ا………………………………………………………………………….62
4-2) زنجیره تخریب بیولوژیکی …………………………………………………………………………………………………. 95
4-3) تاثیر تغییر نسبت سوبسترا به بیومس (نسبت غذا به میکروارگانیسم F/M )روی OUR در…………………………………………………………………………………………………………………………………. 101
5-1) الگوی کلی جریان مدل سازی …………………………………………………………………………………………. 118
5-2) الگوریتم کلی مدل سازی بر پایه ASM1 .ا………………………………………………………………………………121
5-3) نمای کلی راکتوراختلاط کامل لجن فعال ………………………………………………………………………………. 123
5-4) شمای کلی یک ته نشین ساز ………………………………………………………………………………………… 128
5-5) گراف تغییرات غلظت نیتروژن آمونیاکی و آمونیومی با زمان ……………………………………………………….. 136
5-6) گراف تغییرات غلظت نیتروژن آلی ذره ای قابل تجزیه بیولوژیکی با زمان …………………………………………. 136
5-7) گراف تغییرات غلظت نیتروژن آلی محلول قابل تجزیه بیولوژیکی با زمان ………………………………………… 137
5-8) گراف تغییرات غلظت قلیاییت با زمان …………………………………………………………………………………. 137
5-9) گراف تغییرات غلظت ماده آلی بی اثرمحلول با زمان ………………………………………………………………. 138
5-10) گراف تغییرات غلظت سوبسترای قابل تجزیه بیولوژیکی سریع با زمان ……………………………………….. 138
5-11) گراف تغییرات غلظت ماده آلی بی اثر ذره ای با زمان …………………………………………………………… 139
5-12) گراف تغییرات غلظت سوبسترای قابل تجزیه بیولوژیکی کند با زمان ………………………………………….. 139
5-13) گراف تغییرات غلظت بیومس هتروتروفیک فعال با زمان………………………………………………………….. 140
5-14) گراف تغییرات غلظت ذرات حاصل از تخریب بیومس با زمان …………………………………………………….. 140
5-15) گراف تغییرات غلظت بیومس اتوتروفیک فعال با زمان ……………………………………………………………… 141
5-16) گراف تغییرات غلظت نیتروژن نیتراتی و نیتریتی با زمان …………………………………………………………. 141
5-17) گراف تغییرات غلظت اکسیژن محلول با زمان ……………………………………………………………………… 142
6-1) مسیرهای کنترل بر اساس قوانین پایه گذاری شده…………………………………………………………………. 157
6-2) مسیر بهینه نیتروژن در محدوده تعریف شده برای Z=39% …ا……………………………………………………..158
6-3) کنترل میزان هوادهی در راکتور فرایند لجن فعال دوره ای ارایه شده ………………………………………………158

فصل نخست : کلیات
(1 -1) تعریف و اهمیت تصفیه فاضلاب
به طور کلی هر اجتماعی دور ریزهایی به صورت مایع،جامد و یا گازهای قابل انتشار در جو در پس فعالیت های صنعتی ، خانگی و یا کشاورزی خود تولید می کند.
به طور ویژه در بخش مایعات دور ریز- فاضلاب و یا پساب- آب تامین کننده آن بخش بوده که بعد از استفاده در بخش های گوناگون و آمیخته شدن با مواد اضافی به صورت دور ریز در آمده است.
از دیدگاه منابع تولید ، فاضلاب به عنوان آمیخته ای از آب که حمل کننده دور ریز های دفع شده از مناطق مسکونی ، موسسات و بنگاه های تجاری و صنعتی که می تواند همراه با آب های زیر زمینی ، سطحی یا بارش های جوی باشد.
هنگامی که پساب تصفیه نشده در نقطه ای جمع شود به سبب در هم ریختگی ترکیبات آلی در آن منجر به آزاد شدن گاز های بسیار بد بو خواهد شد و محیط مناسبی برای رشد بسیاری از میکرو ارگانیسم های پاتوژنیک می شود که از روده انسان و یا حیوانات و نواحی مختلف به درون آن راه یافته می شود.
پساب ها همچنین شامل نیترات ها هستند که باعث تحریک رشد گیاهان آبزی می شوند و ممکن است شامل ترکیبات سمی و یا ترکیباتی که به طور بالقوه ممکن است بیماری زا و یا سرطان زا باشد هستند.
به دلایل ذکر شده حذف سریع و آسان فاضلاب از منابع تولید توسط تصفیه آن و استفاده مجدد و یا رها سازی آن در طبیعت ضروری می باشد.
– مهندسی فاضلاب
مهندسی فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است که مفاهیم علوم پایه و مهندسی را برای راهگشایی موارد درگیر با فاضلاب و استفاده مجدد از آن را به کار می گیرد.
هدف نهایی مهندسی فاضلاب محافظت از سلامت عمومی با شیوه ای متناسب با دیدگاه زیست محیطی ، اقتصادی،اجتماعی و نگرانی های سیاسی است.
برای این کار لازم است دانش :

1- اجزا موجود در پساب
2- اثرات این اجزا هنگامی که پساب در طبیعت رها می شود
3- دگرگونی و سرنوشت طولانی مدت این اجزا در فرایندهای تصفیه
4- روش های تصفیه ای که برای حذف یا اصلاح اجزاء موجود در فاضلاب استفاده می شود
5- روش هایی برای استفاده مفید یا مصرف جامدات تولید شده اضافی توسط سیستم های تصفیه

را داشته باشیم.
(1-2) تقسیم بندی فاضلاب
از دیدگاهی می توان فاضلاب های خام را به دو گروه بزرگ :

1- فاضلاب های شهری 2- فاضلاب های صنعتی دسته بندی کرد.[31]
فاضلاب های شهری
فاضلاب های شهری که هدف این پژوهش هم می باشد حاصل از مصرف آب در منازل ، ادارات، مراکز تجاری ، آب های سطحی حاصل از بارش های جوی و شستشوی معابر و کلیه خدمات شهری می باشد ، در این نوع فاضلاب کمتر از مواد سمی خطرناک ، فلزات سنگین و یا رادیواکتیو یافت می شود و عمدتا دارای مواد آلی و نیتروژن دار و فسفر دار حاصل از مواد دفعی انسانی و پاک کننده ها است .

-فاضلاب های صنعتی
در فاضلاب های صنعتی که حاصل کارهای فرآیندی کارخانه جات و مراکز تولیدی می باشد می توان گونه های زیادی از مواد شیمیایی ، نفتی و غیره که برای انسان و محیط پیرامونی او خطر آفرین است را مشاهده کرد ، که حذف آنها گاهی بسیار مشکل و دردسر ساز می باشد و رهاسازی آنها هم در طبیعت حتی می تواند گاهی باعث نابودی کامل آن منطقه شود که پاک سازی آن بسیار هزینه بر و شاید غیر ممکن باشد از این قبیل مواد می توان به فلزات سنگین ، ترکیبات نفتی و یا مواد رادیو اکتیو اشاره کرد . بهترین راه حذف این نوع مواد تصفیه آنها در خود کارخانه با روش های تخصصی تر برای آن ماده خاص می باشد تا جمع آوری در یک مرکز تصفیه و عملیات حذف روی آنها.
(1-3) پیامد های زیست محیطی و انسانی فاضلاب خام
با توسعه جوامع انسانی و افزایش مصرف و به دنبال آن فزونی گسترده دور ریز ها که این امر در زمینه دور ریز های مایع هم مشاهده می شود مشکلات زیادی برای سلامتی انسان هم پیش آمده است که به موارد زیر می توان اشاره کرد.
1 – اوتریفیکاسیون
در مورد رها سازی فاضلاب خام و تصفیه نشده در طبیعت می توان به گسترش پدیده ای اشاره کرد که به سبب رشد بیش از حد گیاهان (Utrification) به نام اوتریفیکاسیون موجود در آب از جمله جلبک به دلیل افزایش نیترات و فسفات آب می باشد . رشد سریع این گیاهان باعث مقدار زیاد آنها شده و هنگام مرگ به سبب توده های زیاد از گیاهان فرصت لازم برای تجزیه شدن در زمان لازم با توجه به گنجایش آبگیر وجود نداشته باشد بوجود آید و باعث مشکلاتی از قبیل تغییرات غلظت اکسیژن محلول ، تغییر رنگ ، بو و طعم آب ها می شود. برای این پدیده می توان تالاب انزلی را نام برد.
2- سمیت
یون های نیتروژن دار و فلزات سنگین برای آبزیان از جمله ماهی ها می تواند بسیار خطرناک می شود که برای آّبزیان مشکل pH و سمی باشد . تبدیل یون آمونیوم به آمونیاک سبب افزایش ساز می باشد.
3 – مت همو گلوبینا
در اثر استفاده از آب های حاوی نیترات بیماریی به نام مت هموگلوبینا یا سندرم کودکان آبی به وجود می آید و دلیل آن آمیخته شدن نیترات موجود آب از طریق دستگاه گوارش با خون کودکان است که به سرعت به جای آهن با هموگلوبین در گلبول های قرمز که وظیفه جذب اکسیژن را دارد ترکیب می شود این جانشینی سبب پذیرش کمتر اکسیژن توسط گلبول های قرمز خون می شود و رنگ آبی به پوست کودک می دهد و از عوارض آن می تواند فلج مغزی یا حتی مرگ کودک در اثر کمبود اکسیژن برای مغز باشد.

4- مسمومیت کشاورزی
آبیاری زمین های کشاورزی توسط آب های آلوده و یا فاضلاب خام باعث ترکیب سریع انواع سموم شیمیایی با بافت های گیاهان و ورود انواع باکتری ها و میکرو ارگانیسم های بسیار خطرناک به این گیاهان می شود که مصرف خام آنها باعث آسیب های بسیار شدیدی برای
سلامتی فرد مصرف کننده میشود.[21] 1-4) کمبود های مطالعاتی در زمینه شبیه سازی های تصفیه خانه ها
به دلیل اینکه تاکنون در کشور ایران به مسایل زیست محیطی چندان اهمیت خاصی داده نشده است پس به همین دلیل سرنوشت دورریزهای حاصل از فرایندهای گوناگون مهم نبوده است .
فاضلاب های شهری و صنعتی هم از این قاعده جدا نبوده اند . به راحتی با جستجو در منابع مطالعاتی داخلی می توان به این موضوع پی برد که نبود کتاب و نوشتار و مقاله داخلی به میزان زیاد و در خور صنایع و شهر های بزرگ ، گواه این موضوع است .
مدل سازی این فرایند های تصفیه هم که از اساسی و پایه ای ترین موارد هستند این سرنوشت را داشته اند . این امر تا جایی پیش می رود که طراحان سیستم های تصفیه فاضلاب حتی نامی از مدل های ASM نشنیده اند و به طور کلی موارد طراحی را بر اساس سیستم های آماده و یا موارد آزمایشگاهی در اشل کوچک انجام می دهند .
البته در سال های اخیر با توجه به آگاهی نسبت به مسایل زیست محیطی و سیستم های تصفیه تکاپویی در جهت طراحی های پایه ای انجام گرفته و یا در حال انجام می باشد که امید می رود این پژوهش گامی در جهت آن فعالیت ها ی مفید باشد .
(1-5) روش کار و تحقیق
روش کار در این پایان نامه بدین صورت است که نخست تعریفی از کلیه پایه ها و تعاریف اولیه سیستم های فاضلاب اعم از نقش میکروارگانیسم ها ، فرایندهایی که توسط آنها نیتروژن و کربن به طور کامل از بین می رود ،روابط استوکیومتری بیان می شود سپس به طور کامل کلیه مراحل تصفیه فاضلاب ، سطوح تصفیه ، تصفیه بیولوژیکی و فرایندهای رشد معلق و لجن فعال و راکتور های موجود در فرایند حذف BOD و نیتریفیکاسیون آورده شده است و سپس وارد مرحله مدل سازی می شویم که تمام توضیحات درباره مدل ASM1 را در بر میگیرد و به طور روشنی این فرایند شرح داده شده است و نوع راکتور انتخابی که راکتور CMAS می باشد شرح داده شده است .
مرحله بعد اجرای مدل می باشد که درآن الگوی جریان و الگوریتم برنامه آورده شده است و داده های ورودی از نتایج تجربی شرکتی مدل ساز در زمینه مدل سازی تصفیه خانه های آب و فاضلاب به نام COST برای تصفیه خانه(PLAYA DEL REY) شهر کالیفرنیا استفاده و مقایسه شده است .
در بخش بعد در مورد راکتور اختلاط کامل لجن فعال دوره ای توضیح داده شده است که بسیار مناسب برای شهر های با جمعیت زیر 20000 نفر می باشد وبرای جلوگیری از آسیب به توربین ها فرایند هوادهی آن بهینه سازی شده است . کلیه عملیات مدل سازی توسط نرم افزار MATLAB انجام شده و موازنه جرم که از نوع ODE غیر خطی می باشند به روش Runge-
Kutta درجه پنجم می 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 میکروارگانیسم ها
(2-1) میکرو ارگانیسم های شرکت کننده و نقش آنها
اساس طر احی فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی یا انتخاب نوع فرآیند بیولوژیکی مورد استفاده به فهم فعالیتهای بیوشیمیایی میکروارگانیسم ها وابسته است . تقسیم بندی میکروارگانیسم ها بر اساس منبع کربن سلولی، دهنده الکترون، پذیرنده الکترون و محصولات نهایی در جدول(2-1) خلاصه شده است. میکروارگانیسم های مختلف می توانند محدوده وسیعی از گیرنده های الکترون شامل اکسیژ ن، نیتریت، نیترات، آهن سه ظرفیتی، سولفات و ترکیبات آلی و دی اکسید کربن را استفاده کنند . صورت کلی برخی از ا نواع متداول متابولیسم باکتریایی در شکل(2-1) آمده است که نشان دهنده منبع کربن سلول و منبع تولید انرژی می باشد . دو موضوع مهم که در این قسمت به آن توجه شده است ، عبارتند از :1 – نیازهای مواد غذایی عمومی میکروارگانیسم هایی که بطور معمول در تصفیه فاضلاب کاربرد دارد 2 – طبیعت متابولیسم میکروبی بر اساس نیاز به اکسیژن مولکولی [8].

محصولات گیرنده الکترون دهنده الکترون (سوبسترای اکسید شده) منبع کربن نام واکنش نوع باکتری CO2 , H2O O2 ترکیبات آلی ترکیبات آلی اکسیداسیون هوازی هوازی هتروتروفیک نیترات، نیتریت O2 نیترات ،نیتریت دی اکسید کربن نیتریفیکاسیون هوازی اتو تروفیک آ هن سه ظرفیتی O2 آهن دو ظرفیتی دی اکسید کربن اکسیداسیون آهن سولفاتO2 H2S,S,S2O 3-2 دی اکسید کربن اکسیداسیون سولفور N2,CO2, H2O نیترات،نیتریت ترکیبات آلی ترکیبات آلی واکنش انوکسیک دنیتریفیکاسیون اختیاری هتروتروفیک اسید های چرب فرار(استات،پروپینات،بوتیرات) ترکیبات آلی ترکیبات آلی ترکیبات آلی تخمیر اسیدی بی هوازی هتروتروفیک CO2,H2O,Fe+2 (III)آهن ترکیبات آلی ترکیبات آلی احیا آهن H2S,CO2,H2O سولفات ترکیبات آلی ترکیبات آلی احیا سولفات متان CO2 اسید های چرب فرار ترکیبات الی تولید کننده متان جدول ( 2-1 ) : طبقه بندی میکروارگانیسم ها بر حسب دهنده الکترون،گیرنده الکترون و دیگر پارامترها [8]

(2-1-1) منبع کربن و انرژی برای رشد میکروبی
یک ارگانیسم به منظور تکثیر و عملکرد مناسب باید منبع انرژی، کربن برای سنتز مواد سلولی جدید و عناصر غیر آلی(مغذی) مانند نیتروژن، فسفر، سولفور، پتاسیم، کلسیم و منیزیم داشته باشد . مواد مغذی آلی نیز(عوامل رشد ) ممکن است برای سنتز سلولی مصرف شود.

منابع کربن:
میکروارگانیسم ها، کربن ر ا برای رشد سلولی از مواد آلی یا دی اکسید کربن بدست می آورند .
ارگانیسم هایی که از کربن آلی برای تشکیل سلولهای جدید استفاده می کنند ، هتروتروف نامیده می شود، در حالیکه ارگانیسم هایی که کربن سلولی را از دی اکسید کربن می گیر ند، اتوتروف نام دارد . تبدیل دی اکسید کربن به ترکیبات کربن سلولی نیاز به فرآیند احیاء دارد که نیازمند مصرف انرژی است .بنابراین ارگانیسم های اتوتروف نسبت به هتروتروف ها باید بیشتر انرژی خود را برای سنتز مصرف کنند که در نتیجه معموًلاً بازده پایین تری در تولید جرم سلولی و سرعتهای رشد دارند[8].
a) b) c)

شکل (2-1 ) : متابولیسم باکتریاییa : )هوازی هتروتروفb ) هوازی اتوتروفc ) بی هوازی هتروتروف [8]
منابع انرژی :
انرژی مورد نیاز برای سنتز سلولی ممکن است از طریق نور خورشید و یا واکنش اکسیداسیون شیمیایی تهیه شود . باکتریها برای کسب انرژی، مواد آلی یا معدنی را اکسید می کنندارگانیسم هایی که قادر به استفاده از نور بعنوان منبع انرژی می باشند، فتوتروف نامیده می شود. ارگانیسم های فتوتروف ممکن است هتروتروف(مانند باکتری احیاء کننده گوگردی خاص ) یا اتوتروف (آلگ و باکتری فتوسنتتیک ) باشند .ارگانیسمهایی که انرژی خود را از واکنشهای شیمیایی بدست می آورند، تحت عنوان شیمیوتروفها شناخته می شوند . فتوتروف ها مانند شیمیوتروف ها نیز ممکن است هتروتروف (مانند پروتزوئر، قارچ و بیشتر باکتریها) و یا اتوتروف (مانند باکتریهای نیتریفایر) باشند شیمیواتوتروف ها، انرژی را از اکسیداسیون ترکیبات غیر آلی احیاء شده مانند آمونیاک ، نیتریت ، آهن فروس و سولفید بدست می آورند .شیمیوهتروتروف ها معموًلاً انرژی خود را از اکسیداسیون ترکیبات آلی بدست می آ ورند .واکنش های شیمیایی تولید کننده انرژی در شیمیوتروفها، واکنش های اکسید و احیاء می باشد که شامل انتقال الکترون از یک دهنده الکترون به یک گیرنده الکترون ست .دهنده الکترون اکسید و گیرنده الکترون احیاء می شود . گیرنده و دهنده الکترون با توجه به میکروارگانیسم می تواند ترکیبات آلی یا غیر آلی باشد . گیرنده الکترون ممکن است در داخل سلول در حین متابولیسم (endogenous) قابل استفاده باشد و یا از بیرون سلول(مانند اکسیژن محلول) باشد.(Exogenous) ارگانیسم هایی که تولید انرژی در آنها با انتقال الکترون به یک گیرنده الکترون خا رجی توسط یک آنزیم صورت می گیرد، در اصطلاح متابولیسم تنفسی(respiratory metabolism) دارند.
هنگامیکه از یک گیرنده اکلترون داخلی استفاده شود ، فرآیند را متابولیسم تخمیری (fermentative metabolism)می نامند که بازده انرژی موثر کمتری نسبت به فرآیند تنفسی دارد . ارگانیسم های هتروتروف که بطور کامل تخمیر کننده هستند ، بازده سلولی و سرعتهای رشد کمتری نسبت به هتروتروفهای تنفسی دارد.
هنگامیکه اکسیژن بعنوان گیرنده الکترون استفاده شود ، واکنش هوازی نامیده می شود و واکنشهایی که شامل سایر گیرنده های الکترون است ، بعنوان بی هوازی مطرح شده اند . عبارت انوکسیک برای متمایز کردن استفاده از نیترات یا نیتر یت بعنوان گیرنده نهایی الکترون از سایر مواد تحت شرایط بی هوازی بکاربرده می شود .
احیاء نیتریت یا نیترات تحت شرایط آ نوکسیک به گاز نیتروژن انجام می شود و این واکنش تحت عنوان دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی نیز عنوان شده است . ارگانیسم هایی که نیازهای انرژی خود را فقط با اکسیژن بدست می آورند ، میکروارگانیسم های هوازی اجباری نام دارند تعدادی از باکتریها می توانند از اکسیژن یا هنگامی که اکسیژن در دسترس نباشد، از نیتریت یا نیترات بعنوان گیرنده الکترون استفاده کنند . این باکتریها، باکتری هوازی اختیاری نامیده می شود .
ارگانیسمهایی که انرژی را از طریق تخمیر تولید می کنند و فقط در محیط فاقد اکسیژن وجود دارند ، بی هوازی اجباری می باشد . بی هوازی های اختیاری توانایی رشد در حضور و یا غیاب اکسیژن مولکولی را دارند و بر اساس توانایی متابولیکی آنها به دو زیر گروه تقسیم می شوند . بی هواز یهای اختیاری واقعی. که با توجه به حضور یا غیاب اکسیژن مولکولی می توانند از حالت اختیاری به متابولیسم تنفسی هوازی تغییر پیدا کنند . بی هوازیهای آئروتولرانت ، متابولیسم کاملاً تخمیری دارند ؛ ولی به حضورهوازی تغییر پیدا کنند بی هوازیهای آئروتولرانت ، متابولیسم کاملاً تخمیری دارند ؛ ولی به حضوراکسیژن مولکولی نسبتانسبتاً غیر حساس می باشند.
(2-1-2)نیازمندیهای عوامل رشد و مواد مغذی
نیتروژن، گوگرد، فسفر، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، آهن، سدیم و کلر مواد مغذی غیر آلی اصلی مورد نیاز برای میکروارگانیسمها است .روی، منگنز، مولیبدن، سلنیم، کبالت، مس و نیکل مواد مغذی جزئی اصلی میباشد(Madigan et. al. 2000 ) مواد مغذی آلی مورد نیاز تحت عنوان عوامل رشد می باشد که ترکیبات مورد نیاز برای یک ارگانیسم بصورت پیش نیاز یا ساخت مواد سلولی آلی است که نمی تواند از سایر منابع کربن تامین شود . با وجود اینکه نیاز به عوامل رشد ا ز یک ارگانیسم به ارگانیسم دیگر متفاوت است ، عوامل رشد مهم به سه گروه زیرتقسیم می شوند 1 )اسیدهای آمینه 2) بازهای نیتروژنه( مانند پورین ها و پریمیدین ها ) و 3) ویتامین ها. برای تصفیه فاضلاب شهری معمولاً مواد مغذی کافی وجود دارد ؛ اما در فاضلابهای صنعتی ممکن است اضافه کردن مواد مغذی برای فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی مورد نیاز باشد .فقدان نیتروژن و فسفات کافی مخصوصًاً در تصفیه فاضلابهای فرآیندهای غذایی یا فاضلابهایی که مواد آلی بالایی دارند متداول است[8] .


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان

350,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید