پروژه شبیه سازی تغییرات ارتفاع پتوی لجن راکتور UASB در شرایط راهبری

اهداف و ضرورت اجرای پروژه :

یکی از جنبه های مهم طراحی راکتورهای UASB تعیین ارتفاع بهینه پتوی لجن (sludge blanket) در این نوع راکتور می باشد. ارتفاع پتوی لجن بر غلظت جامدات در ارتفاعات مختلف از راکتور موثر بوده و به تبع آن تحرک گرانولها و فعالیت بیولو ژیکی آنها و همچنین هیدرولیک جریان در شبکه ساختار لجن گرانولی تحت تاثیر این فاکتور مهم قرار می گیرد. ارتفاع بیش از حد لجن موجب به هم چسبیدن لجن و مسدود شدن مسیر جریان و به وجود آمدن پدیده Channeling می گردد که در این صورت عملا بخش عمده ای از لجن غیر فعال شده و در فرایند تصفیه شرکت ندارند. یکی دیگر از اثرات منفی ارتفاع بیش از حد پتوی لجن می توان به شستشوی لجن (Washout) از راکتور اشاره کرد که این نیز موجب کاهش چشمگیر و یکباره راندمان تصفیه خواهد شد. از سوی دیگر حداکثر بار آلی که راکتور میتواند تحمل کند و شرایط را با آن وفق دهد به سهم ارتفاع پتوی لجن در بخش بستر (Bed) و بخش پتو لجن (Blanket) بستگی داشته و با آن متناسب است. لذا با در دست داشتن ارتفاع مناسب پتوی لجن هم می توان عملکرد بیولوژیکی راکتور درحذف مواد آلی را بهبود بخشید و هم طراحی مناسبی درابعاد راکتور ،عمق بستر و سایر پارامترهای فرایندی و راهبری نظیر بار آلی موثر (OLR) وسرعت جریان بالا رونده و... را در اینگونه راکتورها فراهم نمود. که موارد فوق ضرورت اجرای پروژه را تصدیق می نمایند. از اینرو دستیابی به موارد ذیل هدف این پروژه میباشد:

1) تحلیل فرایندی از پروسه تصفیه بیهوازی در راکتور UASB.

2) ارائه یک مدل مناسب برای توصیف تغییرات ارتفاع لجن.

3) توسعه مدل در شبیه سازی ارتفاع لجن بر اساس اطلاعات آزمایشگاهی موجود.

پیشینه اجرایی - مطالعاتی در داخل و خارج کشور

علیرغم مطالعات گسترده انجام شده بر کاربرد UASB در تصفیه انواع مختلف فاضلابهای صنعتی در زمینه های مبانی طراحی راکتور،تصفیه پذیری فاضلاب،مدل سازی فرایندی و ... مطالعه ای در خصوص اثر نوسانات دینامیکی ارتفاع پتوی لجن بر فرایند تصفیه در داخل کشور انجام نشده است این در حالی است که بیش از 72% از فاضلابهای صنعتی در دنیا توسط راکتورهای با لجن گرانولی مثل UASB و SBR ...تصفیه می شوند.

دکتر شایگان و همکاران در سال 2005 در مطالعه ای زمان تشکیل گرانول را در یک راکتور UASB مدل سازی نمودند. در این مطالعه به منظور بررسی اثر پارامترهای فیزیکی،شیمیایی و بیولوژیکی بر فرایند گرانول سازی با تاکید بر حداقل سازی زمان تشکیل گرانول عملیات آ زمایشگاهی در 4 واحد UASBدر مقیاس پایلوت انجام شد بر اساس معادلات سینیتیکی حاکم بر فرایند بیولوژیکی حداقل زمان گرانول سازی در شرایط F/M=0.5 و COD/solphate=2و PH=7 مدل سازی شد و نتیجه ای که از این آزمایشات به دست آمد این بود که در زمان راه اندازی راکتور هر چه نسبت F/M کمتر باشد گرانول سازی در زمان کوتاهتری رخ می دهد.

همچنین گرانول سازی در راکتورهای UASB بر اساس مطالعات بعمل امده بر اساس نیروهای فیزیکی،شیمیایی و بیولوژیکی موجود مدلسازی شده است .در این مدل به بررسی نیروهای اثر گذار بر فرایند گرانول سازی پرداخته شده است.

میکروبیولوژی فرایند تشکیل گرانول و ارتباط آن با اندازه و دانسیته لجن گرانولی مورد مطالعه قرار گرفت.

در این مطالعه میکرو ارگانیسمهای موثر در گرانول سازی به همراه ساختار استقرار آنها در شبکه گرانولی و تاثیر این ساختار در عملکرد بیولوژیکی فاضلاب بررسی شد.

در مطالعه ای دیگر توسعه مشخصات بستر گرانولی بی هوازی در راکتورهای EGSB بر پایه سرعت ته نشینی نهایی،مطالعه بر روی گرانولها و معادله ریچاردسن-زکی مورد بررسی قرار گرفته است.

بر اساس برخی مشاهدات آزمایشگاهی حداقل ارتفاع پتوی لجن در طراحی راکتور UASB، یک متر در نظر گرفته شد.

شرایط برای هرچه بهتر شدن گرانول سازی ، تشکیل پتوو دور ریخت (washout) لجن در داخل راکتور های UASB به طور روشنی تحت کنترل دینامیک ذرات و نسبت اجزای سازنده خوراک در اطراف توده بیولوژیکی (Biomass) بستگی دارد.

شاید با کنترل جریان فاضلاب ورودی و همچنین به کنترل در آوردن حرکت ذرات گاز تولیدی در داخل راکتور UASB بتوان به طور موثری در بستر راکتور گرانول سازی را توسعه داد و بازده تصفیه را بالا برد.

در مطالعه ای دیگر غلظت لجن در ارتفاعات مختلف پتو برای مقادیر مختلف (سرعت بالا رونده آب) و q(شدت تولید گاز) و y (ارتفاع پتوی لجن) شبیه سازی شد.این مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی و با استفاده از سه نمونه فاضلاب،دو نمونه فاضلاب شکر مایع و یک نمونه فاضلاب چغندر قند ، انجام شد و نتایجی که از این آزمایش مشاهده شد این بود که با کاهش غلظت جامدات ارتفاع پتوی لجن افزایش می یافت...