واژههای کلیدی: گاز دفنگاه، سولفید هیدروژن، ورمیکمپوست، باکتری تیوباسیلوس، بیوفیلتر فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اولمقدمه.......................................... 21-1-اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه.......... 31-2-اهداف.................................... 51-3-نوآوری پایان نامه........................ 5 فصل دومکلیات و تئوری.................................. 7 2-1- تاریخچه لندفیل.......................... 72-2- لندفیل های جدید......................... 112-3- ساختار لندفیل........................... 142-4- بیوگاز لندفیل........................... 162-5- استفاده از گاز لندفیل................... 172-5-1- روش های فیزیکی-شیمیائی.............. 232-5-2- روش های بیولوژیکی................... 232-5-3- اصول روش تصفیه با بیوفیلتر.......... 262-6- تصفیه گاز لندفیل........................ 332-7- بررسی مدلهای بیوفیلتر................... 332-7-1- شرح تئوری مدل Ottengraf............... 342-7-2- شرح تئوری مدل Zarook................ 382-7-3- بررسی مدل Hodge .................... 392-7-4- بررسی مدل Li......................... 422-7-5- تئوری و آنالیز مدل Deshusses ......... 452-7-6- پارامترهای طراحی.................... 49 فصل سومپیشینه تحقیق.................................. 54 ....3-1- مروری بر پژوهش های انجام شده............ 54 . فصل چهارممواد و روش کار................................ 674-1- مواد و روشهای اندازهگیری................ 674-1-1- روشهای اندازهگیری................... 824-2- روش انجام آزمایش........................ 83 . فصل پنجمنتایج و بحث................................... 85 فصل ششمنتیجه گیری و پیشنهادات........................ 1046-1- نتیجه گیری............................. 1046-2- پیشنهادات.............................. 105منابع ........................................ 106 . فهرست شکلها عنوان صفحه شکل 2-1- تولید بیوگاز متان در لندفیل.......... 12شکل 2-2- انتقال بیوگاز لندفیل به نیروگاه و تولید برق14شکل 2-3- نمونه ای از ساختار بیوفیلتر ساده .... 26شکل 2-4- شماتیک مفهوم مدل بیوفیلم در یک مقطع عرضی در طول ستون بیوفیلتر...................................... 35شکل 2-5- مدل بیوفیزیکی برای بیوفیلتر.......... 39شکل 2-6- ساختار کلی مدل برای موازنه جرم ...... 46شکل 2-7- توضیح شماتیک مدل برای یک بخش ستون ... 46شکل 4-1- رشد باکتری در محیط کشت مایع.......... 70شکل 4-2- کلنی های باکتری در محیط کشت جامد..... 72شکل 4-3- کمپرسور استفاده شده.................. 75شکل 4-4- بیوفیلتر استفاده شده................. 76شکل 4-5- سکوی سیمانی ساخته شده................ 77شکل 4-6- نصب اتاقک فلزی....................... 77شکل 4-7- اتاقک فلزی نصب شده .................. 78شکل 4-8- استقرار بیوفیلتر در داخل اتاقک فلزی 78شکل 4-9- خروجی بیوگاز از چاه (شیر سمت راست) و اتصال به شبکه (شیر میانی)........................................ 79شکل 4-10- اتصال خروجی بیوگاز از چاه به کمپرسور. 79شکل 4-11- اتصال پمپ آب از طریق شیر تنظیم به ستون80شکل 4-12- پمپ آب استفاده شده جهت چرخش آب درون ستون 80شکل 4-13- لوله تخلیه شیرابه از درون چاه ....... 81شکل 14-4- ثبت غلظت سولفید هیدروژن ستون با دستگاه سنسور 81شکل 4-15- سنسور گاز سولفید هیدروژن............ 82شکل 4-16- pH متر ............................. 83شکل 5-1- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن خروجی ستون بیوفیلتر بر حسب دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250.................................... 87شکل 5-2- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن خروجی ستون بیوفیلتر بر حسب دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350.................................... 89شکل 5-3- تغییرات ظرفیت حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250.............................. 90شکل 5-4- تغییرات ظرفیت حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350.............................. 91شکل 5-5- تغییرات راندمان حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250.............................. 92شکل 5-6- تغییرات راندمان حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350.............................. 93شکل 5-7- تغییرات راندمان حذف بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250...................... 94شکل 5-8- تغییرات راندمان حذف بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350...................... 95شکل 5-9- تغییرات راندمان حذف بر حسب دبی ورودی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250...................... 96شکل 5-10- تغییرات راندمان حذف بر حسب دبی ورودی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350...................... 97شکل 5-11- تغییرات غلظت خروجی بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250...................... 98شکل 5-12- تغییرات غلظت خروجی بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350...................... 99شکل 5-13- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 1 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان................... 99شکل 5-14- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 2 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان................... 100شکل 5-15- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 3 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان................... 101شکل 5-16- تغییرات راندمان حذف سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه......... 102 فهرست جدولها عنوان صفحه جدول 2-1- نمونهای از ترکیب گاز دفنگاه......... 15جدول 2-2- مشخصات سه سیستم بیولوژیکی........... 24جدول 2-3- نمونهای از بسترهای استفاده شده در بیوفیلتراسیون گازها.............................................. 29جدول 2-4 خصوصیات مهم برخی از باکتری‌ها که در تجزیه سولفید هیدروژن و دیگر ترکیبات گوگرددار استفاده شده‌اند ....... 32جدول 2-5- پارامترهای عملیاتی بیوفیلتر......... 52جدول 4-1- محیط کشت استفاده شده برای باکتری Thiobacillus thioparus 69جدول 5-1- ترکیب گاز دفنگاه شهر شیراز در منطقه برمشور85جدول 5-2- ترکیب ورمیکمپوست بر اساس گزارش آزمایشگاه 86 فهرست نشانههای اختصاری ضریب نفوذ مؤثرضخامت لایه بیولوژیکیk ثابت سرعت واکنش درجه صفرعدد Thieleمختصه بیبعد طولm ضریب تقسیمh ارتفاع بستر بیوفیلترسطح لایه بیولوژیکیسرعت ظاهری گازغلظت آلاینده در فاز گازغلظت آلاینده در فاز بیوفیلمماکزیمم سرعت رشد ویژهثابت سینتیکیغلظت اکسیژن در بیوفیلمضریب پراکندگیVسرعت درون شبکهای محوریتخلخل ماده فیلترثابت سرعت بیولوژیکیجرم دیاکسید کربن به جرم سوبستراL طول بیوفیلترمتوسط غلظت ورودی آلایندهH ثابت هنریضریب انتقال فیلم گاز-بیوفیلمسطح نفوذ مؤثر به ازای واحد حجم بسترزمان اقامتتخلخل بستر بیوفیلترR شعاع متوسط ماده پکینگ بیوفیلترقابلیت نفوذ در فاز بیوفیلمG دبی کل گازW تعداد کل لایههاJ شار نفوذسرعت تجزیه بیولوژیکیN تعداد کل زیربخشهای بیوفیلمثابت بازدارندگیEC ظرفیت حذفمقدمه مهمترين هدف از تشكيل حوزه هاي دفن زباله شهري و جمع آوري بيوگاز توليدي آنها، جلوگيري از تصاعد گازهاي گلخانه اي مانند متان و نيز استفاده از انرژي تجديدپذير موجود در بيوگاز آن مي باشد. امروزه در اغلب كشورهاي جهان، دفن زباله به علت ارزان بودن، نسبت به ديگر روشهاي موجود مانند سوزاندن زباله و يا تبديل آن به كود و غيره، ترجيح داده مي شود . اما در گذشته مقررات خاصي در مورد مكان دفن زباله ها وضع نشده بود و لندفيل ها مكانهايي بدبو و بدون پوشش بودند كه معضلات زيست محيطي فراواني ايجاد مي كردند. با رشد آگاهي نسبت به تأثير سوء لندفيل هاي غيرمهندسي بر روي محيط زيست و وضع قوانين و مقررات خاص، دفن در گودال هاي بدون پوشش را رها شده و به تشكيل لندفيل هاي مهندسي با رعايت قوانين و مقررات محيط زيست پرداخته شده است.لندفيل مهمترين روش براي دفع پسماند جامد شهري است كه در مورد بيش از 80% از مقدار كل پسماندها در چين به كار مي‌رود. بوهاي نامطبوع در لندفيل عمدتاً توسط تركيبات گازي خروجي از لندفيل كه در طول فعاليت‌هاي شيميايي و فيزيكي براي تجزيه مواد زائد ايجاد مي‌شوند مانند سولفيد هيدروژن H2S، متيل مركپتانز و متيل سولفيد و يكي از موارد عمده شكايات توسط افراد ساكن در اطراف لندفيل است. بيش از 100 تركيب به عنوان منابع اصلي ايجاد بوي نامطبوع در لندفيل شناخته شده است. H2S بعنوان عامل اصلي در ايجاد بوي نامطبوع در لندفيل در غلظت‌هاي كمتر از 1% در لندفيل‌ها موجود است. سولفید هیدروژن نه تنها باعث رنجش مردم مي‌گردد، بلكه در غلظت‌هايي حدود ppm200-100 موجب مرگ مي‌گردد.تكنولوژي‌هاي مختلفي براي كاهش H2S خروجي توسعه داده شده است كه شامل جذب توسط كربن فعال اكسيداسيون به وسيله ازن، بيوفيلترها و لجن فعال است(1). 1-1- اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه مشکل انرژي امروزه يکي از مشکلات اساسي تمامي کشورهاي جهان بخصوص کشورهاي در حال توسعه مي باشد. سوخت رساني به روستاهاي دور افتاده حتي در کشوري مانند ايران که منابع غني انرژي را در اختيار دارد بسيار مشکل و هزينه بر مي باشد. استفاده از انرژي هاي تجديد پذير و محلي يکي از راه حلهايي مي باشد که امروزه پيشنهاد مي گردد. بيوگاز يکي از اين انرژي هاي تجديد پذير مي باشد که علاوه بر توليد انرژي باعث ايجاد کودهاي کشاورزي و افزايش سطح بهداشت عمومي جامعه و کنترل بيماريها مي شود و يک راه حل مناسب براي دفع مواد زائد جامد مي باشد. فاضلاب و مواد زائد جامدي که توسط صنايع و جوامع توليد مي گردد باعث آلودگي شديد محيط مي شود که مي توان با استحصال بيوگاز خطرات ناشي از اين مواد را به شدت کاهش داد و از انژي و کود توليدي نيز استفاده نمود. استحصال بيوگاز را مي توان از فرايند هاي بي هوازي تصفيه فاضلاب و همچنين از محل هاي دفن زباله نيز انجام داد و بخشي از هزينه هاي مصرفي را جبران نمود. بطور مثال يكي از مشكلاتي كه دامداريها با آن دست به گريبان هستند، كنترل فضوات دامها براي كاهش ميزان بو و فرآورده هايي مي باشد كه باعث ايجاد مشكلات زيست محيطي مي گردد. بيوگاز مي تواند ما را در مواجهه با اين مشكلات ياري دهد. منافع زيست محيطي سيستمهاي بيوگاز فراتر از سيستمهاي تصفيه مرسومي است كه تاكنون مورد استفاده قرار مي گرفتند (همانند مخازن ذخيره ، بركه ها ولاگون ها). اين منافع زيست محيطي شامل كنترل بو، بهبود كيفيت آب و هوا، بهبــود ارزش غذايي كــود توليدي، كاهش ميزان انتشار گازهاي گلخــانه اي و دست يابي به بيوگاز به عنوان يك منبع انرژي مي باشد (2و3).