چكيده

زباله‌ها از جمله آلاينده‌هاي محيط زيست مي‌باشند كه مشكلات عديده‌اي از جمله انتشار آلودگي در آب ، هوا و خاك و انتقال به انسان و دام را بطور مستقيم يا غيرمستقيم از خود برجاي مي‌نهند. امروزه با گسترش روزافزون جوامع شهري و صنعتي، شاهد گسترده‌تر شدن ميزان اين آلاينده‌ها مي‌باشيم.

از سوی دیگرتصفیه خانه فاضلاب شهری از نوع هوازی مقادیر قابل توجه ای لجن مازاد تولید می نماید که چنانچه این مقادیر رو به افزایش به نحو مناسبی مدیریت نشوند مشکلات زیست محیطی در آب و خاک و هوا و احتمال بروز بیماریها را برای جوامع شهری در بر دارد. با توجه به اهمیت دو موضوع مطرح شده یعنی زباله شهری و لجن می توان با ترکیب کردن این دو طی فرایندی، کود ترکیبی (co-composting) بدست آورد که مشکل زباله شهری و تصفیه خانه را حل کند و در نهایت کود تولیدی برای مصارف کشاورزی و .... به کار گرفته شود. در تحقیق حاضر با هدف بررسی فاکتورهای مؤثر در تولید کمپوست ترکیبی از قبیل نرخ هوادهی، اندازه ذرات، درصد رطوبت، فلزات سنگین و ... در دو پایلوتی از جنس pelexiglass  به ارتفاع 1 متر و قطر 20 سانتیمتر انجام گردید. در هر مرحله از ترکیب 1:1:3 زباله به لجن به خرده چوب  (جهت ایجاد تخلخل مناسب) استفاده شد. در مرحله اول که در فصل زمستان راه اندازی شد اندازه ذرات کمتر از mm 10، درصد رطوبت اولیه 78 درصد، توده بدون زیر و رو شدن و نرخ هوادهی مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. مرحله دوم که در فصل تابستان راه اندازی شد نرخ  هوادهی 3 برابر ، رطوبت10درصد نسبت به مرحله اول كاهش و اندازه ذرات تا 4 برابر مرحله اول افزايش يافت. با توجه به میزان تجزیه بالا عمل زیر و رو کردن مواد هر 6-4 روز یکبار مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی نشان داد که زمان بعمل آوری کمپوست در شرایط تابستان چهار روز کمتر از مرحله اول و نرخ کاهش  نیز سریعتر از مرحله اول ثبت شد و از طرفی ترکیب زباله با لجن فاضلاب به نسبت 1:3 شرایط مناسبی جهت فرایند کمپوست می باشد.

با افزایش ابعاد ذرات، فرایند هوادهی به کمپوست افزایش و در نهایت زمان بلوغ رسیدن کمپوست به 5/12 درصد افزایش یافت. با توجه به افزایش دما در مرحله دوم از احتمال متعفن شدن یا بی هوازی شدن کمپوست با افزایش نرخ هوادهی جلوگیری شد.

نتایج لجن نشان داد که میزان مواد آلی در مراحل اول و دوم به ترتیب 30 و 25 درصد کاهش یافت و میزان فلزات سنگین در کمپوست ترکیبی نشان داد که محصول تولیدی در حد استاندارد قرار دارد. 

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

فصل اول: مقدمه

فصل اول: مقدمه

1

1-1- کلیات

2

1-2- ضرورت انجام تحقیق

3

1-3- انجام تحقیق

3

1-3- اهداف تحقيق

3

فصل دوم: سیستم ها و عوامل موثر بر تخمیر

فصل دوم: ادبيات موضوع

6

2-1- شناخت کمپوست تركيبي

6

2-2- اجزا موجود در زباله

7

2-3- لجنهای فاضلاب شهری

9

2-3-1- لجن اولیه

10

2-3-2- لجنهای بیولوژیکی

10

2-3-3- لجنهای شیمیایی

11

2-4- ضرورت کنترل و تصفیه لجن فاضلاب شهری

11

2-5- اهداف و مقررات مربوط به استفاده مجدد و دفع لجن

12

2-6- تعریف کمپوست

13

2-7- مباحث اساسی تهیه کمپوست

14

2-8- روشهای تئوریک تولید کمپوست

15

2-8-1- تجزیه هوازی

15

2-8-2- تجزیه غیر هوازی

18

2-9- کمپوست تركيبي

19

2-10- انواع کمپوست تركيبي

19

2-11- خصوصیات کمپوست

20

2-12- ویژگیها و موارد مصرف کمپوست

21

2-12-1- کاهش آلودگی محیط زیست ( آب و هوا )

22

2-12-2- جلوگیری از فرسایش خاک

22

2-12-3- قابلیت نگاهداری آب در زمین

23

2-12-4- متخلخل نمودن خاک

23

2-12-5- سایر موارد کاربرد کمپوست

23

  2-13- پژوهش های انجام شده

24

2-14- روشهای تولید کمپوست

25

2-15- فرآیند ویندرو

28

2-15-1- تاریخچه کاربرد فرآیند ویندرو

29

2-15-2- راهبری سیستم

30

2-15-3- اثرات زیست محیطی و بهداشتی

33

2-16- فرآیند توده های ثابت

34

2-16-1- تاریخچه کاربرد توده های ثابت هوادهی شده

35

2-16-2- تشریح فرآیند

36

2-16-3- وضعیت موجود

43

2-16-4- چشم اندازهای اخیر

43

2-17- سیستمهای کمپوست راکتوری

45

2-17-1- راکتورهای جریان عمودی جامدات

45

2-17-2- راکتور بیوسل

48

2-17-3- راکتور BAV

48

2-18- راکتورهای جریان افقی و شیب دار جامدات

49

2-18-1- استوانه های چرخان

49

2-18-2- راکتور دانو

52

2-18-3- محفظه های با بستر همزده شده

52

2-18-4- راکتور فیرفیلد

54

2-19- محفظه های با بستر ثابت

55

2-19-1- راکتور پایگرو

55

2-19-2- راکتور تونلی BVA

56

2-20- میکروبیولوژی فرایند

56

2-20-1- الگوی دما – زمان

58

2-21- عوامل موثر بر تخمیر

59

2-21-1- هوادهی

60

2-21-2- میزان هوادهی مورد نیاز و مکانیزم های آن

61

2-21-3- میزان رطوبت

62

2-21-4- کنترل رطوبت

64

2-21-5- نسبت C/N

65

فصل سوم: روشها و لوازم مورد استفاده

فصل سوم: روشها و لوازم مورد استفاده

68

3-1- وسایل مورد نیاز

68

3-1-1- طراحی و ساخت واحد نمونه آزمایشگاهی

68

3-1-2- عملیات انتقال، شناسایی مواد

69

3-1-3- تهیه مخلوط اولیه کمپوست

69

3-2- مطالعات آزمایشگاهی

71

3-3- انتقال لجن تصفیه خانه به آزمایشگاه

71

3-4- بررسی کیفی لجن های تولیدی و زباله

71

3-5- اندازه گیری دما

72

3-6- تعیین ماده آلی و کربن

72

3-6- تعیین نيتروژن

73

3-6- تعیین رطوبت

73

3-9- تعیین pH

74

3-10- تغلیظ لجن

74

3-12- اقدامات پایش و کنترل فرآیند

74

3-12-1- پایش فرآیند

75

3-12-2- کنترل فرآیند

76

فصل چهارم: نتایج و تحليل داده ها

فصل چهارم: نتایج و تحليل داده ها

78

4-1- آزمايش مرحله اول كمپوست تركيبي

78

4-1-1- پایش و کنترل فرآیند در آزمايش مرحله اول كمپوست تركيبي

81

4-1-2- نتایج آزمایش مرحله اول كمپوست تركيبي

82

4-2- آزمایش مرحله دوم كمپوست تركيبي

85

4-2-1- شرح آزمایش مرحله دوم كمپوست تركيبي

85

4-2-2- تحلیل آزمایش مرحله دوم كمپوست تركيبي

89

4-2-3- نتایج آزمایش مرحله دوم كمپوست تركيبي

90

4-3- معیارهای ارزیابی عملکرد سیستم در تثبیت لجن

90

4-3-1- کنترل فلزات سنگین

90

4-3-2- کنترل پاتوژنها

91

4-3-3- کنترل بو

92

4-3-5- اندازه گیری مواد آلی باقیمانده

93

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها

95

5-1- نتیجه گیری

95

5-2- پیشنهادات

97

منابع و ماخذ

99

فهرست شکل ها

عنوان

صفحه

 شکل (2-1)- سیکل کربن و نیتروژن در فرايندهای هوازی

17

شکل ( 2-2)- شمایی از فرایند ویندرو

27

شکل (2-3)- ابعاد و اندازه های متداول توده های کمپوست ویندرو

31

شکل (2-4)-  نمودار ارتباط کاهش پاتوژنها با زمان و درجه حرارت در روش ویندرو

33

شکل (2-5) -مراحل اصلی فرآیند کمپوست به توده های ثابت هوادهی شده

37

شکل (2-6)- سطح مقطع یک نمونه ثابت هوادهی شده

39

شکل (2-7) -نماهایی از توده های ثابت هوادهی شده

40

شکل (2-8)-درجه حرارت در توده های ثابت هوادهی شده با مواد مختلف

42

شکل (2-9)- راکتورهای جریان عمودی با بستر جامدات بهم زده

46

شکل (2-10)- راکتورهای جریان عمودی با بستر پرشده

47

شکل (2-11)- انواع راکتورهای کمپوست با استوانه های چرخان

51

شکل (2-12)- راکتورهای افقی کمپوست با بستر همزده شده

53

شکل (3-1)-  نمایی از پایلوت  ساخته شده

67

شکل (4-1)- نمودار تغییرات ph   نسبت به زمان

79

شکل (4-2)-  نمودار تغییرات دما نسبت به زمان

79

شکل (4-3)-  نمودار تغییرات رطوبت نسبت به زمان

80

شکل (4-4)-  نمودار تغییرات نرخ هوادهی  نسبت به زمان

80

شکل (4-5)- نمودار تغییراتph  نسبت به زمان

84

شکل (4-6)-  نمودار تغییرات دما نسبت به زمان

85

شکل (4-7)-  نمودار تغییرات رطوبت نسبت به زمان

85

شکل (4-8)-  نمودار تغییرات نرخ هوادهی  نسبت به زمان

86

فهرست جدول ها

عنوان

صفحه

جدول (1-1)- مقایسه آنالیز زباله در چندین منطقه جهان

8

جدول (1-2)- تعداد و انواع میکروارگانیسم های معمولی گرم کمپوست مرطوب

56

جدول (2-3)- حداکثر رطوبت مورد نیاز جهت کمپوست شدن مواد مختلف

64

جدول (2-4)-  نسبت C/N در مواد مختلف

66

جدول (3-1)- آزمایشات تعیین فاکتورهای شاخص فرآیند کمپوست

70

جدول (3-2)-  نتایج آزمایشات تعیین فاکتورهای شاخص فرآیند کمپوست

73

جدول(4-1)- آنالیز لجن (مرحله اول)

75

جدول(4-2)- آنالیز زباله (مرحله اول)

75

جدول(4-3)- آنالیز مخلوط اولیه کمپوست (مرحله اول)

76

جدول(4-4)- نتایج آزمایشات تعیین فاکتورهای شاخص فرآیند کمپوست (مرحله اول)

76

جدول(4-5)- نتایج آزمایشات تعیین فاکتورهای شاخص فرآیند کمپوست (مرحله دوم)

82

جدول (4-6)- .مقایسه فلزات سنگین کمپوست مرحله اول و دوم و لجن فاضلاب با استانداردهای کشورهای آلمان، ایتالیا و یونان

87