این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد

چكيده

در تحقیق صورت گرفته عملکرد بیوراکتور غشایی مستغرق با غشاء هالو فایبر در تصفیه فاضلاب شهری، فاضلاب صنعتی و اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی کارایی تصفیه فاضلاب شهری از فاضلاب موجود در تصفیه خانه اکباتان تهران استفاده شد. همچنین فاضلاب صنعتی یا مقاومت بالا با افزایش پارامترهای BOD، COD و TSS به ترتیب به حدود 1000، 2000 و 5000 میلی گرم در لیتر شبیه سازی گردید. فاضلاب اختلاط شهری و صنعتی نیز با ترکیب این دو به دست آمده که خصوصیاتی بین فاضلاب شهری و صنعتی را داشت. برای هر سه نوع فاضلاب مورد استفاده در تحقیق بهینه کردن زمان ماند هیدرولیکی مورد نظر قرار گرفت. با توجه به نتایج بدست آمده زمان ماند هیدرولیکی بهینه برای فاضلاب شهری 5 ساعت، فاضلاب صنعتی 17 ساعت و اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی برابر 7 ساعت حاصل گردید. بر اساس نتایج درصد حذف برای BOD، COD، NH4 و TP در اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی برابر 83/96%، 21/96%، 71/95% و 14/90% بدست آمد.  نتایج بدست آمده نشان داد که بیوراکتورهای غشایی مستغرق با غشاء هالو فایبر برای فاضلاب شهری به طور غیر اقتصادی عمل کرده و همچنین در فاضلاب صنعتی نیز زمان ماند به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می‌یابد. در مقایسه با فاضلاب شهری و صنعتی، فاضلاب مختلط دارای خصوصیاتی بوده که باعث افزایش کارایی حذف و کاهش زمان ماند هیدرولیکی توسط بیوراکتور غشایی مستغرق و ایجاد شرایط اقتصادی برای تصفیه فاضلاب می‌شود. همچنین با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی و توابع پایه شعاعی برای اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی مدل سازی صورت گرفت. نتایج حاصل از مدل ارائه شده مربوط به داده های آموزش و تست برای BOD، COD، NH4 و TP بسیار موفق بوده و تطبیق داده های مدل شبکه عصبی با مدل آزمایشگاهی صورت گرفت.

كليد واژه: بیوراکتور غشایی مستغرق، تصفیه فاضلاب، زمان ماند بهینه، فاضلاب مختلط.

فهرست مطالب

عنوان                                            صفحه

فهرست جدول‌ها ه

فهرست شكل‌‌ها ‌و

فصل 1-   کلیات 1

1-1- مقدمه...................................................................................................................           1

1-2- روش‌های نوین تصفیه فاضلاب 3

1-2-1- بیوراکتور غشایی MBR 3

1-2-2- رآکتورهای بیولوژیکی با بستر متحرک MBBR 4

1-2-3- سیستم رآکتورهای منفرد متوالی SBR 4

1-2-4- سیستم UASB 5

1-2-5- سیستم USBF 5

1-2-6- سیستم بیولاک 6

1-2-7- فرآیند صافی چکنده 7

فصل 2-    سیستم بیوراکتور غشایی (MBR) و مروری بر منابع 8

2-1- مقدمه................................................................................................................... ......................................... 8

2-2- معرفی و بررسی سیستم 9

2-2-1- انواع بیوراکتورهای غشایی از لحاظ چیدمان مدول غشایی 11

2-2-2- انواع سیستم‌های MBR از لحاظ فرآیند کلی 13

2-2-3- پارامترهای مهم در سیستم غشایی MBR 15

2-2-4- مزایای سیستم بیوراکتور غشایی    MBR 16

2-2-5- معایب سیستم  MBR 17

2-3- معرفی غشا و بررسی انواع غشاها 18

2-3-1- تقسیم بندی غشاها بر اساس دامنه جداسازی 18

2-3-2- انواع غشاء از حیث شکل 20

2-3-2-1- غشاهای مسطح (Flat) 20

2-3-2-2- غشاهای لوله ای (Tubular) 20

2-3-2-3- اسپیرال (Spiral-wound) 21

2-3-2-4- مقایسه و ویژگی انواع غشاء ها 22

2-3-3- انواع غشا از لحاظ جنس 23

2-3-4- انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون 23

2-3-5- انتخاب غشا 24

2-3-6- گرفتگی غشا 24

2-3-6-1- مکانیزم‌های گرفتگی 25

2-3-6-2- راهكارهاي کاهش گرفتگی غشا: 27

2-4- نمونه ای از تحقیقات انجام گرفته در دنیا (MBR) 27

2-5- جمع بندی 35

فصل 3-    مواد و روش های مورد استفاده در تحقیق 36

3-1- مقدمه        36

3-2- هدف تحقیق 37

3-3- پایلوت بیوراکتور غشایی (MBR) 37

3-3-1- مخزن بیوراکتور 38

3-3-1-1- مدول غشایی .. 39

3-3-1-2- پمپ مکش    41

3-3-1-3- فشارسنج    41

3-3-1-4- پمپ بکواش........................................................................................................................ ................................... 42

3-3-1-5- سیستم هوا دهی .. 43

3-3-2- مخزن یا حوضچه آنوکسیک 44

3-3-3- مخزن یا حوضچه بی هوازی 45

3-3-4- مخزن تغذیه پایلوت 46

3-4- محل استقرار پایلوت 47

3-5- راه اندازی و بهره برداری از پایلوت 48

3-6- آزمایشات انجام شده 49

3-6-1- اندازه گیری BOD 49

3-6-2- اندازه گیری COD 50

3-6-3- اندازه گیری TP، NH4، NO3 50

3-6-4- اندازه‌گيري PH 50

3-6-5- اندازه‌گيري MLSS و MLVSS 51

فصل 4- تئوری مدل سازی با شبکه عصبی 52

4-1- مقدمه................................................................................................................... ......................................... 52

4-2- ایده شبکه های عصبی مصنوعي 53

4-3- نحوه عملکرد  شبکه های عصبی مصنوعي 55

4-4- شبكه عصبي مصنوعي 58

4-4-1- شبكه‎هاي تک لایه 58

4-4-2- شبكه‎هاي چند لایه 59

4-5- توابع تحريك شبكه‎هاي عصبي 61

4-5-1- تابع تحريك پله‌‌اي 61

4-5-2- تابع تحريك خطي 61

4-5-3- توابع تحريك سيگمويد 61

4-6- باياس................................................................................................................... ......................................... 62

4-7- آموزش شبكه عصبي 63

4-8- مدهاي عملكردي شبكه عصبي 63

4-9- شبكه عصبي تابع بنيادي شعاعي (RBF) 64

4-9-1- نكات قابل توجه در خصوص شبكه‎ تابع بنيادي شعاعي 65

4-9-1-1- نرمال سازی بردارهاي ورودي 67

4-9-2- آموزش شبكه RBF 68

فصل 5-    تحلیل و تفسیر نتایج 69

5-1- نتایج آزمایشات 69

5-2- نتایج فاضلاب شهری 70

5-2-1- نتایج آزمایشات BOD 70

5-2-2- نتایج آزمایشات COD 73

5-2-3- نتایج آزمایشات NH4 76

5-2-4- نتایج آزمایشات TP 78

5-2-5- نتایج آزمایشات TSS 79

5-2-6- نتایج آزمایشات PH 80

5-3- نتایج فاضلاب صنعتی 81

5-3-1- نتایج آزمایشات BOD 81

5-3-2- نتایج آزمایشات COD 84

5-3-3- نتایج آزمایشات NH4 87

5-3-4- نتایج آزمایشات TP 89

5-3-5- نتایج آزمایشات TSS 90

5-4- نتایج اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی 91

5-4-1- نتایج آزمایشات BOD 91

5-4-2- نتایج آزمایشات COD 95

5-4-3- نتایج آزمایشات NH4 97

5-4-4- نتایج آزمایشات TP 100

5-4-5- نتایج آزمایشات TSS 101

5-5- نتایج مدل سازی برای فاضلاب مختلط 102

5-5-1- مدل سازی BOD خروجی 103

5-5-2- مدل سازی COD خروجی 107

5-5-3- مدل سازی NH4 خروجی 111

5-5-4- مدل سازی TP خروجی 115

فصل 6-    نتیجه گیری و پیشنهادات 120

6-1- نتیجه گیری 120

6-2- پیشنهادات 122

فهرست مراجع 123

پیوست   127

فهرست جدول‌ها

عنوان                                            صفحه

جدول( ‏2‑1) مزایا و معایب چيدمان مدول غشایی در حالت غوطه‌ور و خارج از بیوراکتور 13

جدول( ‏2‑2) مقایسه اشکال مختلف غشاهاي مورد استفاده در MBR از جنبه های گوناگون 22

جدول( ‏2‑3) مزایا و معایب هر یک از اشکال غشاهاي مورد استفاده در MBR 22

جدول( ‏3‑1) مشخصات غشاء هالو فایبر مورد استفاده در پایلوت 40

جدول( ‏3‑2) ویژگی‌های فاضلاب ورودی تصفیه خانه فاضلاب شهرک  اکباتان (مقادیر بحرانی) 49

جدول( ‏5‑1) مشخصات متغییر های ورودی و خروجی در شبکه عصبی مصنوعی 102

جدول( ‏5‑2) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 105

جدول( ‏5‑3) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 106

جدول( ‏5‑4) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 106

جدول( ‏5‑5) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 107

جدول( ‏5‑6) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 109

جدول( ‏5‑7) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 110

جدول( ‏5‑8) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 110

جدول( ‏5‑9) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 111

جدول( ‏5‑10) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 113

جدول( ‏5‑11) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 114

جدول( ‏5‑12) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 114

جدول( ‏5‑13) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 115

جدول( ‏5‑14) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 117

جدول( ‏5‑15) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 118

جدول( ‏5‑16) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 118

جدول( ‏5‑17) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 119

فهرست شكل‌‌ها

عنوان                                            صفحه

شکل( ‏2‑1) طرح شماتیک دو بعدی از یک سیستم بیوراکتور غشایی 9

شکل( ‏2‑2) نحوه تجزیه بیولوژیکی و جداسازی فیزیکی در سیستم بیوراکتور غشایی 11

شکل( ‏2‑3) بیوراکتور غشایی در دو حالت غوطه‌ور و خارج از بیوراکتور 12

شکل( ‏2‑4) انواع بیوراکتورهای غشايي از حيث فرآيند كلي 14

شکل( ‏2‑5) تقسیم بندی انواع غشاء ها بر اساس دامنه جداسازی 18

شکل( ‏2‑6) غشا  مسطح مورد استفاده در بیوراکتورهای غشایی 20

شکل( ‏2‑7) غشا هالو فایبر یا رشته ای مورد استفاده در بیوراکتورهای غشایی 21

شکل( ‏2‑8) غشاي اسپيرال 22

شکل( ‏2‑9) انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون 24

شکل( ‏2‑10) شكل شماتيك انواع مکانیزم‌های گرفتگي 25

شکل( ‏3‑1) مخزن بیوراکتور غشایی به همراه متعلقات مربوط به آن 38

شکل( ‏3‑2) غشاء هالو فایبر و متعلقات آن در مخزن بیوراکتور غشایی 39

شکل( ‏3‑3) غشاء هالو فایبر و لوله های متصل به آن 41

شکل( ‏3‑4) پمپ مکش مورد استفاده در پایلوت 41

شکل( ‏3‑5) فشار سنج 42

شکل( ‏3‑6) پمپ بکواش 42

شکل( ‏3‑7) غشاء هالو فایبر و لوله های متصل به آن 43

شکل( ‏3‑8) آرایش هواده ها در بیوراکتور 44

شکل( ‏3‑9) حوضچه آنوکسیک مورد استفاده در پایلوت 45

شکل( ‏3‑10) حوضچه بی هوازی مورد استفاده در پایلوت 46

شکل( ‏3‑11) پمپ تغذیه و مخزن تغذیه پایلوت 47

شکل( ‏3‑12) پایلوت بیوراکتور غشایی واقع در تصفیه خانه اکباتان تهران 48

شکل( ‏3‑13) دستگاه اسپکتروفوتومتر جهت اندازه گیری میزان نمونه ها 50

شکل( ‏3‑14) دستگاه PH متر 51

شکل( ‏4‑1) شمایی از نواحي اصلي يك نرون بيولوژيكي 56

شکل( ‏4‑2) شمایی از ساختار يك نرون مصنوعي 56

شکل( ‏4‑3) شمایی از ساختار يك شبكه تک لایه 59

شکل( ‏4‑4) شمایی از ساختار يك شبكه دو لایه 60

شکل( ‏4‑5) منحني نمايش تابع تحريك نرون های RBF 65

شکل( ‏4‑6) مسطح پاسخ يك نرون RBF با دو ورودي 66

شکل( ‏4‑7) ساختار يك شبكه RBF 68

شکل( ‏5‑1) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 70

شکل( ‏5‑2) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 71

شکل( ‏5‑3) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD 72

شکل( ‏5‑4) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD 73

شکل( ‏5‑5) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 74

شکل( ‏5‑6) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD 75

شکل( ‏5‑7) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD 75

شکل( ‏5‑8) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 76

شکل( ‏5‑9) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 77

شکل( ‏5‑10) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 78

شکل( ‏5‑11) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 79

شکل( ‏5‑12) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 80

شکل( ‏5‑13) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 81

شکل( ‏5‑14) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 82

شکل( ‏5‑15) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD 83

شکل( ‏5‑16) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD 84

شکل( ‏5‑17) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 85

شکل( ‏5‑18) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD 86

شکل( ‏5‑19) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD 86

شکل( ‏5‑20) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 87

شکل( ‏5‑21) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 88

شکل( ‏5‑22) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 89

شکل( ‏5‑23) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 90

شکل( ‏5‑24) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 91

شکل( ‏5‑25) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 92

شکل( ‏5‑26) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 93

شکل( ‏5‑27) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD 94

شکل( ‏5‑28) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD 94

شکل( ‏5‑29) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 95

شکل( ‏5‑30) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD 96

شکل( ‏5‑31) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD 97

شکل( ‏5‑32) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 98

شکل( ‏5‑33) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 99

شکل( ‏5‑34) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 100

شکل( ‏5‑35) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 101

شکل( ‏5‑36) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 102

شکل( ‏5‑37)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 103

شکل( ‏5‑38)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 104

شکل( ‏5‑39)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 104

شکل( ‏5‑40)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 107

شکل( ‏5‑41)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 108

شکل( ‏5‑42)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 108

شکل( ‏5‑43)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 111

شکل( ‏5‑44)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 112

شکل( ‏5‑45)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 112

شکل( ‏5‑46)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 115

شکل( ‏5‑47)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 116

شکل( ‏5‑48)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 116