فهرست مطالبفصل 11مقدمه11-1 مقدمه21-2 اهمیت تحقیق21-3 ضرورت تحقیق41-4 فرضیات تحقیق51-5 اهداف تحقیق61-6 ساختار پایان نامه6فصل 2: مروري بر منابع82-1 مقدمه92-2 تاریخچه و اهمیت تصفیه فاضلاب92-3 اهمیت جمعآوری فاضلاب102-4 شبکه‌های جمعآوری فاضلاب102-4-1 تاریخچه احداث102-5 انواع فاضلاب122-5-1فاضلاب خانگی122-5-2فاضلاب صنعتی122-5-3 فاضلاب‌های سطحی132-6 شبکه‌های جمعآوری فاضلاب و انواع آن132-6-1 شبکه‌های بهداشتی فاضلاب142-6-2 شبکه‌های جمعآوری آب‌های سطحی152-6-3 شبکه‌های جمعآوری مرکب152-6-4شبکه‌های جمعآوری جایگزین162-6-4-1 شبکه‌های جمعآوری ثقلی با قطر کوچک162-6-5انواع روش‌های مورد استفاده جهت بررسی فرآیندهای شبکه جمعآوری فاضلاب172-6-5-1 آنالیزهای آزمایشگاهی در رآکتورهای کوچک172-6-5-2 طرح‌های پایلوتی آزمایشگاهی192-6-5-3 مطالعات میدانی192-7 تغییرات کیفی فاضلاب هنگام انتقال202-7-1تصفیه فاضلاب در مجاورت باکتری‌های هوازی212-7-1-2 انواع واکنش‌های شبکه‌های جمعآوری ثقلی تحت شرایط هوازی212-7-2 تجزیه مواد آلی فاضلاب تحت شرایط بی‌هوازی222-7-2-1 نحوه تشکیل گاز H2S در فاضلاب222-7-2-2 عوامل موثر در تولید گاز هیدروژن سولفید232-7-3جلوگیری از انتشار شرایط بی‌هوازی در شبکه‌های متعارف جمعآوری فاضلاب252-7-4تاثیر اکسیژن در کنترل شرایط بی‌هوازی252-8 تاثیر نیترات در کنترل شرایط بی‌هوازی262-9 ویژگی‌های شبکه جمعآوری موثر بر تبديلات بيولوژيکی272-10 عوامل موثر بر نرخ تصفیه فاضلاب در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب302-10-1 نسبت F/M302-10-2 زمان ماند هیدرولیکی312-10-3 قطر شبکه‌های جمعآوری فاضلاب312-11 استفاده از شبکه‌های جمعآوری به عنوان تاسیسات پیش تصفیه312-12 روش‌های ارزیابی تغییرات کیفیت فاضلاب هنگام انتقال در شبکه‌های جمعآوری332-12-1 حذف COD، BODوDOC در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب342-12-2 حذف ذرات معلق و مواد آلی محلول در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب382-12-3 حذف اکسیژن محلول در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب402-12-4 حذف نیترات در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب402-13 الحاق بایوفیلم به جداره‌ی داخلی فاضلاب‌روها422-14 مدل‌های حذف در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب442-14-2انتقال هوا442-14-3رشد بایومس هتروتروفیک452-14-3-1 رشد بایومس معلق452-14-3-2 انرژی مورد نیاز جهت نگهداری بایومس معلق452-14-3-3 رشد بایوفیلم462-14-4هیدرولیز462-14-4-2 ماتریس واکنش‌ها472-15 نتيجه‌گيري مطالعات انجام شده49فصل 3: روش تحقيق503-1 مقدمه513-2 مطالعات شبکه‌های جمعآوری فاضلاب513-3 جزییات ساخت پایلوت513-3-1انتخاب روش مناسب جهت ساخت پایلوت513-3-2انتخاب شرایط حاکم بر فرآیندهای حذف در شبکه جمعآوری523-4 روابط هیدرولیکی مورد استفاده523-4-1رابطه پیوستگی523-4-2رابطه جریان533-4-2-1 رابطه تجربی مانینگ-استریکلر533-5 شبیه سازی شبکه‌های متعارف جمعآوری فاضلاب و قطر کوچک543-5-1چگونگی افزایش MLSS درپایلوت543-6 ساخت پایلوت آزمایشگاهی553-6-2انتخاب مصالح563-6-2-1 قطر و نوع لوله‌ها563-6-2-2 پمپ‌ها583-6-2-3 دیفیوزر603-6-2-4 مخازن نگهداری613-6-2-5 سطح شیبدار613-6-2-6 توری‌ها623-6-2-7 فاضلاب مصنوعی633-6-2-8 لجن فعال643-7 ساخت پایلوت آزمایشگاهی643-8 راه‌اندازی پایلوت آزمایشگاهی653-8-1محاسبه دبی جریان663-8-2اندازه‌گیری رشد بایوفیلم663-8-3میزان فعالیت بایوفیلم673-9 آزمایش‌ها673-9-1مواد معلق673-9-1-1 تعیین کل جامدات معلق خشک شده در 103 تا105 درجه سانتی‌گراد683-9-2تعیین کل جامدات محلول خشک شده در 180 درجه سانتی‌گراد693-9-2-1 دستگاه‌ها و وسایل703-9-2-2 روش انجام آزمایش703-9-3تعیین جامدات ثابت و فرار سوزانده شده در دمای550 درجه سانتی‌گراد713-9-3-1 دستگاه‌ها713-9-3-2 روش انجام آزمایش713-9-4آزمایش‌های مربوط به حذف مواد آلی فاضلاب723-9-4-1 آزمایش BOD5723-9-4-2 آزمایش COD723-9-4-3 اندازه‌گیری COD به روش تیتراسیون733-9-4-4 اندازه‌گیری COD به روش اسپکتوفتومتری743-9-4-5 آزمایش اندازه‌گیری اکسیژن محلول753-9-4-6 اندازه گيري نيتروژن آمونياكي753-9-4-7 اندازه گيري نيتروژن نيترات753-9-4-8 اندازه‌گیری دمای فاضلاب763-9-4-9 اندازه گیری PH76فصل 4: نتايج و تفسير آنها774-1 مقدمه784-2 عملکرد توری‌ها جهت رشد الحاقی784-3 بررسی تاثیر بالا بردن زبری در سرعت جریان794-3-1زبری جریان در حالت اولیه(قبل از الحاق توری)794-3-2زبری لوله‌ها پس از الحاق توری804-4 تشکیل بایوفیلم بر روی پلاستیک مشبک804-4-1اندازه‌گیری ضخامت بایوفیلم تشکیل شده804-4-2ساختار بایوفیلم تشکیل شده824-5 نرخ مصرف اکسیژن834-6 حذف مواد آلی844-6-1تغییرات غلظت COD844-6-1-1 آزمایش COD پس از گذشت یک هفته از زمان شروع844-6-1-2 آزمایش COD پس از گذشت دو هفته از زمان شروع854-6-1-3 آزمایش COD پس از گذشت سه هفته از زمان شروع854-6-2 تغییرات غلظت BOD5 طی دوره بهره‌برداری از پایلوت874-6-2-1 تغییرات BOD5 در سرعت 15/0 و 25/0 متر بر ثانیه874-6-3آزمایش BOD5 و COD در سرعت 75/0 بر ثانیه884-6-4حذف‌‌‌ترکیبات نیتروژنی894-6-4-2 نیتروژن کل914-6-4-3 غلظت N-NH3 و N-NO3914-6-4-4 مواد معلق92فصل 594جمع‌بندي و پيشنهادها94فصل 5:955-1 نتیجه‌گیری955-1-1 پيشنهادات96مراجع97 فهرست شکلهاشکل (2-1) خصوصیات انواع مختلف شبکه‌های جمعآوری فاضلاب16شکل (2-2) یک نمونه از رآکتورهای آزمایشگاهی مورد استفاده در مطالعات شبکه‌های جمعآوری فاضلاب18شکل (2-3) نمونه‌‌یک پایلوت آزمایشگاهی مورد استفاده در مطالعات شبکه‌های جمعآوری فاضلاب19شکل (2-4) فرآیندهای غالب در شبکه‌های جمعآوری تحت شرایط هوازی21شکل (2-5) روند تشکیل گاز H2S در شبکه جمعآوری فاضلاب23شکل (2-6) تاثیر PH بر گونه‌های مختلف سولفید24شکل (2-7) جریان فاضلاب و زیر سیستم‌های مربوط به شبکه جمعآوری فاضلاب28شکل (2-8) خطوط سیر کلی مواد آلی فاضلاب در شبکه‌های جمعآوری34شکل (2-9) انواع الکترون پذیرنده خارجی تعیین کننده شرایط واکنش 35شکل (2-10) واکنش‌های معمول در مسیر انتقال فاضلاب در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب39شکل (3-1) شماتیک طرح نهایی پایلوت56شکل (3-2) لوله‌های مورد استفاده در پایلوت57شکل (3-3) پمپ لجن کش مورد استفاده جهت بازچرخانی جریان58شکل (3-4) پمپ هواده مورد استفاده59شکل (3-5) دیفیوزر مورد استفاده در مخزن بالا دست60شکل (3-6) توری‌های مورد استفاده62شکل (3-7) حوض هوادهی تصفیه‌خانه لجن فعال شهرک یثرب64شکل (3-8) نمای پایلوت65شکل (3-9) نمودار استاندارد دستگاه اسپکتوفتومتر74شکل (4-1) بایوفیلم تشکیل شده بر روی توری81شکل (4-2) بایوفیلم تشکیل شده بر روی جداره داخلی لوله81شکل (4-3) تغییرات ضخامت بایوفیلم نسبت به زمان82شکل (4-4) تغییرات غلظت اکسیژن نسبت به زمان83شکل (4-5) تغییرات غلظت COD پس از گذشت یک هفته از زمان شروع85شکل (4-6) تغییرات غلظت COD پس از گذشت دو هفته از زمان شروع86شکل (4-7) آزمایش COD در سرعت 15/0 متر بر ثانیه86شکل (4-8) آزمایش COD در سرعت 25/0 متر بر ثانیه87شکل (4-9) تغییرات BOD5 در سرعت 15/0 متر بر ثانیه88شکل (4-10) تغییرات غلظت BOD5 نسبت به زمان در سرعت 25/0 متر بر ثانیه89شکل (4-11) تغییرات COD در سرعت 75/0 متر بر ثانیه90شکل (4-12) تغییرات غلظت BOD5 در سرعت 75/0 متر بر ثانیه90شکل (4-13) تغییرات غلظت نیتروژن کل91شکل (4-14) تغییرات غلظت نیتروژن آمونیاکی و نیتراتی92شکل (4-15) تغییرات غلظت مواد معلق93 فهرست جدولهاجدول (2-1) خصوصیات شبکه‌های جمعآوری در ارتباط با شرایط فرآیندی36جدول (2-2) غلظت بایومس و سوبسترا در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب44جدول (2-3) خصوصیات تبدیلات مواد آلی فاضلاب در شبکه‌های جمعآوری ثقلی47جدول (3-1) ترکیبات فاضلاب مصنوعی(نوع اول)63جدول (3-2)ترکیبات فاضلاب مصنوعی(نوع دوم)631-1 مقدمهدر این فصل در وهله اول نگاهی اجمالی به اهمیت تحقیق داریم و اشاره‌ای به نقش شبکه‌های جمعآوری در توسعه پایدار شده است. کلیات فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی که در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب رخ می‌دهند و اهمیت آنها بحث شده است. در نهایت ضرورت تحقیق، فرضیات و اهداف تحقیق بیان شده است.1-2 اهمیت تحقیقامروزه شبکه‌های جمعآوری فاضلاب یکی از زیر ساخت‌های مهم جوامع بشری محسوب می‌شوند و در توسعه شهرها نقش مهمی دارند. عمده‌ترین نقش این سازه‌ها را می‌توان جمعآوری فاضلاب از سطح شهرها، جلوگیری از انتشار بیماری‌های اپیدمی و تامین شرایط بهداشت عموی برشمرد. هزینه‌ی اجرایی شبکه‌های جمعآوری فاضلاب بسیار بالا بوده و تقریبا 75 درصد از هزینه‌های مربوط به فرآیند کلی تصفیه‌ی فاضلاب را شامل می‌شوند. بنابراین حفظ و نگهداری این تاسیسات بسیار حائز اهمیت است.طراحی بهینه و کارآمد شبکه‌های جمعآوری فاضلاب نقش مهمی در طرح‌های توسعه پایدار دارد. این تاسیسات بسیار پرهزینه بوده و در صورت بروز مشکلاتی مانند خوردگی در این شبکه‌ها، مدیریت اجرایی متحمل هزینه‌های سنگینی خواهد شد. انتشار گاز هیدروژن سولفید در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب، باعث بروز مشکلاتی چون آزاد شدن گازهای خطرناک در جو و خوردگی لوله‌های فاضلاب و تاسیسات انتقال دهنده می‌شود]1[.نقش شبکه جمعآوری فاضلاب امروزی که از اواسط قرن نوزدهم به منظور جمعآوری فاضلاب به کار گرفته شدند، از بدو بکارگیری تا به حال، صرفا انتقال فاضلاب از منابع تولید به تصفیه‌خانه بوده است. تحقیقات نشان داده ترکیبات فاضلاب هنگام انتقال دائما دستخوش تغییرات میباشد]2[. این تغییرات کیفی فاضلاب ناشی از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و یا بیولوژیکی است که در شبکه رخ می‌دهند، اما امروزه تاثیر این فرآیندها هنگام طراحی و بهره‌برداری از شبکه‌ها لحاظ نمی‌شود.در شرایط بارندگی، پدیده‌های هیدرولیکی و انتقال مواد جامد فاضلاب اهمیت زیادی دارند، در حالی که در این شرایط فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی معمولا اهمیت کمتری دارند. با این حال، در شرایط بدون بارندگی که تقریبا در 95 درصد اوقات در خیلی از کشورها حاکم است، فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی ممکن است روی عملکرد فاضلاب‌رو و تعامل بین فاضلاب‌رو و فرآیندهای تصفیه پس از آن در تصفیه‌خانه تاثیر داشته باشند.احتمالا به این دلیل که فعالیت محققان و عوامل اجرایی بیشتر به شرایط بارندگی اختصاص داده شده، عملکرد بیولوژیکی و شیمیایی شبکه جمعآوری کمتر مورد توجه بوده است. با این حال واضح است که نمی‌توان از فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی فاضلاب هنگام انتقال چشم پوشی کرد. این فرآیندها ممکن است در ابتدا روی عملکرد خود شبکه جمعآوری و در پی آن روی تاسیسات تصفیه‌خانه، محیط زیست و انسان‌هایی که به صورت مستقیم یا غیر مستقیم با فاضلاب تماس دارند اثراتی داشته باشد.اکثر پژوهش‌های موجود در زمینه شبکه جمعآوری، به برنامه‌ریزی، طراحی، بهره‌برداری و نگهداری از این شبکه‌ها اختصاص داده شده‌اند و در فعالیت‌های علمی توجه به واکنش‌های مذکور کمتر بوده است.