بررسی رابطه بین مسئولیت‌پذیری و کمال‌گرایراندمان حذف دو ماده زایلن(C6H4CH3)2و تولوئن C6H5CH3  …

بررسی رابطه بین مسئولیت‌پذیری و کمال‌گرایراندمان حذف دو ماده زایلن(C6H4CH3)2و تولوئن C6H5CH3 …

۲-۶- راکتور هیبریدی[۱۵]
با گذشت زمان و شناخت بهتر و کاملتر فعالیت میکروارگانیسمهای بیهوازی و عوامل مؤثر بر رشد و عملکرد آنها، در سیستمها و راکتورهای مورد استفاده اصلاحاتی صورت گرفت و سیستمهای کاملتر طراحی و ساخته شدند. بدینترتیب، امکان تصفیه فاضلابهای صنعتی غلیظ علاوه بر تولید بیوگاز نیز فراهم گردید. نمونه برگزیده از این دسته، راکتورهای هیبریدی هستند [۳۳-۳۵].
«هیبرید» در لغت به معنی ترکیب و منظور از راکتور هیبریدی، ادغام و به کارگیری همزمان دو سیستم مختلف در غالب یک راکتور واحد، جهت عملکرد بهتر و مناسبتر هر کدام از سیستمها است.
معمولترین راکتور هیبریدی مورد استفاده، کاربرد توام سیستم UASB و فیلتر بیهوازی با جریان رو به بالا است که در واقع بهترین صورت از تکنولوژیهای رشد معلق و چسبیده را در یک واحد جای داده است و برای سرعت بخشیدن تبدیل مواد آلی به متان با استفاده از انبوه میکروبی گرانولی استفاده میشود[۳۳].
۲-۶-۱ ساختمان راکتور هیبریدی
راکتور هیبریدی اولین بار در سال ۱۹۸۴ مطرح شد. حدود ۵۰-۳۰% حجم پایینی راکتور را ناحیه UASB اشغال کرده که در آن لجن لختهای یا گرانولی تشکیل میشود و بیشتر تثبیت مواد آلی در این ناحیه اتفاق میافتد [۲۱]. بخش ۷۰-۵۰% بالایی راکتور را فیبر بیهوازی تشکیل داده که از آکنههایی از نوع جریان متقاطع برای افزایش بیومس پر شده است[۳۱]. این آکنهها درگیر انداختن جامدات بستر لجن و جامدات خام ورودی موثر بوده، لختهسازی آنها را بهبود بخشیده و به بستر لجن برگشت میدهند[۳۳].
شکل ۲-۲: راکتور هیبریدی [۳۲]
۲-۶-۲ راکتور UASB
این سیستم اولین بار در اواخر دهه ۱۹۷۰ توسط گزا لتینگ[۱۶] و همکاران در دانشگاه Wageningen Clarigester هلند ساخته و در سال ۱۹۸۰ در سطح بینالمللی معرفی گردید. امروزه سیستم UASB بهعنوان یک روش شناخته شده در تصفیه فاضلابهای قوی دارای کاربرد وسیعی است. راکتور UASB با هدف افزایش کارآیی و کاهش زمان ماند طراحی شده است[۳۶].
طبق آمار در سال ۲۰۰۳ بیان شد که بیش از ۱۰۰۰ واحد UASB در حال حاضر در سرتاسر جهان وجود دارد. که علت این کاربرد گسترده را هزینه کم، لجن تولیدی کم و تولید گاز متان دانست. همچنین طبق تحقیقات انجام شده فاضلابهای قوی صنایع مختلف مانند صنایع قندی و فاضلابهایی که در مقابل تصفیه مقاوم هستند با راکتور UASB راندمان حذف مناسبی دارند[۲۰].
فقدان گرانول در راکتور UASB برای استفاده در تصفیه فاضلاب یک مشکل اساسی در بکارگیری این تکنولوژی خصوصاً در تصفیه مواد پیچیده می‌باشد. طبق نظر لتینگ در سال ۱۹۹۱ عملکرد راکتور UASB نیاز به لجن گرانوله نداشته و با لجن لخته شده با قابلیت ته‌نشینی زیاد نیز کارایی دارد و عامل محدودکننده در تصفیه بی‌هوازی فاضلاب، تجزیه ترکیبات سوبسترا و تجزیه شاخه‌های بزرگ اسیدهای چرب به اسیدهای چرب فرار می‌باشد. همچنین لتینگ با قرار دادن یک سیستم ته نشین‌کننده کوچک بعد از راکتور UASB باعث ته‌نشینی لجن‌های شسته شده در این سیستم شد تا بدین وسیله مواد معلق جامد بعد از سیستم ته‌نشین شده و کارایی را در حذف آلاینده‌ها بالا برد[۳۷].
تصفیه بی‌هوازی فاضلاب تا میزان ۴۰% چربی‌ها را حذف می‌کند و لجن گرانوله قادر خواهد بود چربی‌های موجود در فاضلاب‌را بطور کامل حذف کند[۳۸] . طبق مطالعات مشابه، برخی از بیومس‌ها با ساختار اکولوژیکی خاص ممکن است قادر به ساخت فرم گرانولی در راکتور UASB نباشند. انتقال آلاینده‌های اکولوژیکی به وسیله لجن گرانوله تقریباً به آرامی صورت می‌گیرد[۳۹]. لتینگ در سال ۱۹۹۱ بیان کرد که ماهیت لجن لخته شده غالباً اسیدی بوده که باعث حذف بهتر سوبستراهای پیچیده در مقابل لجن گرانوله که غالباً متان زا است، می‌شود[۳۷].
بعد از توسعه راکتور UASB در سال ۱۹۸۰، به عنوان سیستمی با ظرفیت بالا و مقاوم در مقابل ترکیبات سمی مورد توجه قرار گرفته که قابلیت بالای آن به دلیل تشکیل لجن گرانوله با سرعت ته‌نشینی خوب و مقاوم در مقابل نیروهای مکانیکی می‌باشد[۲۱]. خصوصیات این سیستم باعث کارایی مناسب آن در تصفیه فاضلاب‌های خطرناک با ترکیبات پایدار شده است. تطبیق باکتری‌ها با مواد سمی در این سیستم بهبود یافته و قادر به تصفیه فاضلاب‌هایی است که با دیگر سیستم‌های تصفیه بی‌هوازی قابل حذف و تصفیه نیستند[۲۰]. خصوصیات این سیستم باعث شده تا این سیستم از زمان توسعه تا کنون بسیار مورد توجه محققین واقع و پیوسته در جهت بهبود این سیستم تلاش شده است. از جمله اینکه مطالعات روی حذف مواد رنگی از فاضلابهایی که شامل ترکیبات رنگی با فرمولهای شیمیایی متفاوت هستند در این سیستم ممکن شده است[۲۴].
مطالعات در زمینه تصفیه بی‌هوازی و راکتور UASB توسط برجا[۱۷] نشان داد که مرحله تصفیه بی‌هوازی بیولوژیکی به عنوان تصفیه اولیه لجن کمتری تولید می‌کند و لجن تولید شده بدین روش حدود ۱۰% از لجن تولیدی با سیستم‌های لجن فعال کمتر می‌باشد، لجن مازاد اصولاً باعث آلودگی نشده و نیاز به مدیریت داردو همچنین راکتور UASB در شکستن و تجزیه مواد پیچیده نظیر فنل، مواد غذایی، شیر، مواد ژلاتینی و تصفیه فاضلابهای حیوانی نیز کارایی دارد[۳۱].
لتینگ و همکارانش در سال ۱۹۹۱ سعی کردند تا با قرار دادن مدیاهای زبر کروی شکل در راکتور UASB به جای گرانول کارایی این سیستم را بالا ببرند. طبق نظریات آنها گرانول‌ها در سیستم UASB قطرهای متفاوتی در محدوده ۱ تا ۵ میلیمتر دارند که به مشخصات لجن گرانوله و نیروی برشی اعمال شده به آن وابسته می‌باشد. آنها عقیده داشتند که پارامترهای بحرانی بر عملکرد راکتور UASB تاثیر می‌گذارند[۳۷].
در واقع این راکتور ترکیی از دو سیستم بیوفیلم و تعلیقی است. به این دلیل که اولاً میکروارگانیسمهای موجود در سیستم را گرانولهای بیولوژیکی تشکیل میدهند. ثانیاً نحوه جذب یا انتقال مواد آلی به داخل گرانولها تقریباً شبیه همان سیستم بیوفیلم است با این تفاوت که مواد جامد بیولوژیکی شسته نمیشوند و جهت نگهداری، رشد و تکثیر میکروارگانیسمها به سطح نگهدارنده نیازی نیست. ثالثاً بخشی از میکروارگانیسمهای موجود در سیستم بهخصوص در مجاورت لوله ورودی توزیعکننده بهصورت معلق هستند و جذب یا انتقال مواد آلی توسط میکروارگانیسمها شبیه همان سیستم تعلیقی است. همچنین بیوگاز تولیدی هم به تعلیق میکروارگانیسمها کمک میکند[۴۰]. همانگونه که در شکل زیر مشاهده میشود، یک راکتور UASB از ۳ بخش تشکیل شده است.
۱- پخشکنندههای جریان ورودی
۲- جداکنندههای جامد – مایع – گاز
۳- محل تجمع گاز و قسمت تهنشینکننده[۲۴]
در این راکتور، داشتن زمان ماند به نسبت طولانی و مهیا بودن شرایط فیزیکی و شیمیایی منجر به تشکیل بیومس و تبدیل تدریجی به گرانول با قطر طبیعی mm ۳-۱ میشود[۲۱]. بیوگرانولها دو مزیت اصلی نسبت به بیومسهای معلق دارند:
اولاً؛ یک بستر لجن از بیوگرانولها ممکن است محتوی g/lit ۵۰ جامدات معلق فرار باشد که بسیار بیشتر از مقدار آن در بستر لجن معلق میباشد[۳۲].
ثانیاً؛ گرانولها بهخاطر بزرگتر بودن، راحتتر و بهتر تهنشین میشوند و در نتیجه میل کمتری به شستهشدن دارند و در مقابل نیروی برشی حاصل از جریان رو به بالای فاضلاب، مقاومت میکنند. این مجموعه میکروبی شامل باکتریهای اسیدساز، استاتساز و متانساز بوده و در نهایت آلاینده را به متان تبدیل میکند[۴۱]. بهطور کل در فاضلابهای با غلظت مواد آلی زیاد، گازهای تولیدی سبب اختلاط و فعال نگهداشتن توده زیستی میشود و در فاضلابهای با غلظت مواد آلی کمتر، بوسیله جریان هیدرولیکی موجود میتوان این عامل را کنترل کرد[۴۲]. همچنین برای جلوگیری از متلاشی شدن لجن و کنترل آن و همچنین حفظ پوشش لجن در حالت معلق ،سرعت جریان خطی رو به بالا m/s ۹/۰-۶/۰ در نظر گرفته می شود. کارآیی راکتور UASB در تصفیه پسابهای با بار آلی بالا به گونه ای بوده که حتی در COD حدود ۱۰۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر نیز نتایج مثبتی داشته اند . با اینحال اغلب راکتورهای UASB برای بارهای بین Kg COD/m3.day ۵-۱۸ طراحی شده اند[۲۴] .
۲-۶-۲-۱ عملکرد راکتور UASB
در راکتور UASB خوراک از پایین مخزن به سیستم وارد میشود و پساب از میان بستری از لجن که به طریق بیولوژیکی تشکیل لجن دانهای را دادهاند عبور میکنند و تصفیه زمانی انجام میشود که پسآب با لجن دانهای در تماس باشد[۲۴]. گازهای تولیدی تحت شرایط بیهوازی سبب اختلاط پسآب و لجن میشود. مقداری از گاز که در داخل بستر لجن تولید شده به دانهها میچسبد و گازهای تولید شده و گازهایی که به دانه چسبیدهاند بهطرف بالای مخزن روانه میشوند [۴۳]. ذراتی که بهطرف سطح میروند به قسمت پایین موانع نصب شده که به موانع جداکننده گاز معروف هستند برخورد میکند و گاز از ذرات جدا شده و لجن دانهای بهطرف بستر پایین میآید و گاز خالص و جدا شده از ذرات نیز در یک فضایی در قسمت بالا که فضای جمعآوری گاز نامیده میشود جمع خواهد شد. مایع که شامل جامدات و لجن دانهای است از میان قسمت تهنشینکننده، جایی که مایع از جامد جدا میشود عبور کرده و جامدات جدا شده به سمت پایین آمده و در سطح بالای بستر لجن قرار میگیرد[۲۴].اجرای مناسب و درست راکتور UASB سبب تولید لجن با خصوصیات تهنشینی بهتر، گرانولهای متانوژیک متراکم و غلظت زیاد بیومس میشود[۴۴].
۲-۶-۲-۲ تشکیل لجن دانهای در راکتور UASB
از آنجا که گرانولها و تشکیل آنها، مهمترین عامل در موفقیتآمیز بودن کارآیی سیستم UASB است به بررسی اجمالی مکانیسم تشکیل آن میپردازیم.گرانول در واقع تودهای از باکتریهای مختلف است که به دلیل پلیمرهای برونسلولی در رسوبات معدنی به یکدیگر متصل شده و در مقابل شوکهای شیمیایی و فیزیکی مقاومت زیادی نشان میدهند[۳۶].
گرانولسازی یک فرآیند خودتثبیتی باکترها بهطور دینامیکی است که طی عملکرد راکتور صورت میپذیرد. مدلهای فیزیکی و ساختاری بسیاری در گرانولسازی ارائه شدهاند که بهترین تئوری توسط ویگانت[۱۸] تحت عنوان ماکارونی[۱۹] پیشنهاد شده که در آن میکروارگانیسمهای فیلامنتی در یکدیگر برای تشکیل پلت های قارچی مطابق شکل زیر درگیر میشوند[۳۷].
I – متانوژنهای جدا[۲۰] ()، II- تشکیل لخته از طریق درگیر شدن، III – تشکیل پلت
IV – گرانولهای بالغ با چسبیدن به سایر میکروارگانیسمهای بیهوازی بر روی پلت
شکل ۲-۳: تئوری ماکارونی برای گرانولسازی[۳۷]
همچنین در تحقیقات دیگری سه لایه در ساختار گرانول مشاهده شده است. لایه داخلی شامل سلولهای متانوژن بوده که ممکن است بهعنوان هسته مرکزی برای تشکیل گرانول اولیه عمل کند. لایه میانی شامل باکتریهای میلهای شامل هر دو گروه میکروارگانیسمهای مصرفکننده و تولیدکننده هیدروژن و لایه خارجی که شامل مخلوطی از میکروارگانیسمهای میلهای و کروی که در هیدرولیز اسیدسازی نقش دارند و در این لایه هیدروژن تولید میشود[۳۸].
۲-۶-۲ -۳ عوامل مؤثر بر تشکیل لجن گرانولی
از آنجائیکه تشکیل گرانول ها نتیجه مستقیم رشد باکتریایی است لذا کلیه عوامل موثر در رشد آنها نیز بر فرآیند گرانولسازی تاثیر می گذارند . اما با وجود ناشناخته بودن مکانیسم تشکیل گرانول ، ترکیب ، ساختمان و فاکتورهای موثر بر تشکیل آنها به میزان زیادی مشخص شده است که در زیر به آنها اشاره می شود :
۲-۶-۲-۳ -۱در دسترس بودن مواد مغذی ضروری
وجود مواد مغذی به حد لزوم جهت ایجاد شرایط مناسب میکروارگانیسم باید فراهم شود و نسبت COD:N:P بسته به نوع فاضلاب می تواند متغیر باشد . بطور مثال برای تصفیه فاضلاب خانگی در طول زمان راهاندازی در حدود ۳۰۰:۵:۱و در طی عملیات میتواند در حدود ۶۰۰:۵:۱ باشد[۵]. همچنین طبق تحقیقات صورت گرفته، گرانولهای تصفیهکننده پروتئینها و یا اسیدهای چرب فرار، ساختمان یکنواختتری دارند. نیاز به مواد مغذی مثل نیتروژن، فسفر و سولفور در محیط کشت تا تشکیل گرانولها ضروری و بعد از آن نیز این مواد مغذی برای فرآیند رشد گرانولها لازم هستند. همچنین رشد سلولی نیز در غلظت نیتروژن کمتر از mg/lit ۳۰۰ کاهش پیدا می‌کند[۳۵].
۲-۶-۲-۳ -۲ درجه حرارت

این مطلب را هم بخوانید :  مطالعه رابطه بین سهم بازار و قدرت رقابتی کسب و کار در گروه ...
برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.