كليد واژه: بیوراکتور غشایی مستغرق، تصفیه فاضلاب، زمان ماند بهینه، فاضلاب مختلط. فهرست مطالبعنوان صفحهفهرست جدولهاهفهرست شكلهاوفصل 1- کلیات11-1-مقدمه.......... 11-2-روش‌های نوین تصفیه فاضلاب31-2-1-بیوراکتور غشایی MBR31-2-2-رآکتورهای بیولوژیکی با بستر متحرک MBBR41-2-3-سیستم رآکتورهای منفرد متوالی SBR41-2-4-سیستم UASB51-2-5-سیستم USBF51-2-6-سیستم بیولاک61-2-7-فرآیند صافی چکنده7فصل 2- سیستم بیوراکتور غشایی (MBR) و مروری بر منابع82-1-مقدمه................................................................................................................... ......................................... 82-2-معرفی و بررسی سیستم92-2-1-انواع بیوراکتورهای غشایی از لحاظ چیدمان مدول غشایی112-2-2-انواع سیستم‌های MBR از لحاظ فرآیند کلی132-2-3-پارامترهای مهم در سیستم غشایی MBR152-2-4-مزایای سیستم بیوراکتور غشایی MBR162-2-5-معایب سیستم MBR172-3-معرفی غشا و بررسی انواع غشاها182-3-1-تقسیم بندی غشاها بر اساس دامنه جداسازی182-3-2-انواع غشاء از حیث شکل202-3-2-1-غشاهای مسطح (Flat)202-3-2-2-غشاهای لوله ای (Tubular)202-3-2-3-اسپیرال (Spiral-wound)212-3-2-4-مقایسه و ویژگی انواع غشاء ها222-3-3-انواع غشا از لحاظ جنس232-3-4-انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون232-3-5-انتخاب غشا242-3-6-گرفتگی غشا242-3-6-1-مکانیزم‌های گرفتگی252-3-6-2-راهكارهاي کاهش گرفتگی غشا:272-4-نمونه ای از تحقیقات انجام گرفته در دنیا (MBR)272-5-جمع بندی35فصل 3- مواد و روش های مورد استفاده در تحقیق363-1-مقدمه 363-2-هدف تحقیق373-3-پایلوت بیوراکتور غشایی (MBR)373-3-1-مخزن بیوراکتور383-3-1-1-مدول غشایی.. 393-3-1-2-پمپ مکش 413-3-1-3-فشارسنج 413-3-1-4-پمپ بکواش........................................................................................................................... .................................... 423-3-1-5-سیستم هوا دهی.. 433-3-2-مخزن یا حوضچه آنوکسیک443-3-3-مخزن یا حوضچه بی هوازی453-3-4-مخزن تغذیه پایلوت463-4-محل استقرار پایلوت473-5-راه اندازی و بهره برداری از پایلوت483-6-آزمایشات انجام شده493-6-1-اندازه گیری BOD493-6-2-اندازه گیری COD503-6-3-اندازه گیری TP، NH4، NO3503-6-4-اندازه‌گيري PH503-6-5-اندازه‌گيري MLSS و MLVSS51فصل 4-تئوری مدل سازی با شبکه عصبی524-1-مقدمه................................................................................................................... ......................................... 524-2-ایده شبکه های عصبی مصنوعي534-3-نحوه عملکرد شبکه های عصبی مصنوعي554-4-شبكه عصبي مصنوعي584-4-1-شبكههاي تک لایه584-4-2-شبكههاي چند لایه594-5-توابع تحريك شبكههاي عصبي614-5-1-تابع تحريك پله‌‌اي614-5-2-تابع تحريك خطي614-5-3-توابع تحريك سيگمويد614-6-باياس................................................................................................................... ......................................... 624-7-آموزش شبكه عصبي634-8-مدهاي عملكردي شبكه عصبي634-9-شبكه عصبي تابع بنيادي شعاعي (RBF)644-9-1-نكات قابل توجه در خصوص شبكه تابع بنيادي شعاعي654-9-1-1-نرمال سازی بردارهاي ورودي674-9-2-آموزش شبكه RBF68فصل 5- تحلیل و تفسیر نتایج695-1-نتایج آزمایشات695-2-نتایج فاضلاب شهری705-2-1-نتایج آزمایشات BOD705-2-2-نتایج آزمایشات COD735-2-3-نتایج آزمایشات NH4765-2-4-نتایج آزمایشات TP785-2-5-نتایج آزمایشات TSS795-2-6-نتایج آزمایشات PH805-3-نتایج فاضلاب صنعتی815-3-1-نتایج آزمایشات BOD815-3-2-نتایج آزمایشات COD845-3-3-نتایج آزمایشات NH4875-3-4-نتایج آزمایشات TP895-3-5-نتایج آزمایشات TSS905-4-نتایج اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی915-4-1-نتایج آزمایشات BOD915-4-2-نتایج آزمایشات COD955-4-3-نتایج آزمایشات NH4975-4-4-نتایج آزمایشات TP1005-4-5-نتایج آزمایشات TSS1015-5-نتایج مدل سازی برای فاضلاب مختلط1025-5-1-مدل سازی BOD خروجی1035-5-2-مدل سازی COD خروجی1075-5-3-مدل سازی NH4 خروجی1115-5-4-مدل سازی TP خروجی115فصل 6- نتیجه گیری و پیشنهادات1206-1-نتیجه گیری1206-2-پیشنهادات122فهرست مراجع123پیوست 127فهرست جدولهاعنوان صفحهجدول( 2‑1) مزایا و معایب چيدمان مدول غشایی در حالت غوطه‌ور و خارج از بیوراکتور13جدول( 2‑2) مقایسه اشکال مختلف غشاهاي مورد استفاده در MBR از جنبه های گوناگون22جدول( 2‑3) مزایا و معایب هر یک ازاشکال غشاهاي مورد استفاده در MBR22جدول( 3‑1) مشخصات غشاء هالو فایبر مورد استفاده در پایلوت40جدول( 3‑2) ویژگی‌های فاضلاب ورودی تصفیه خانه فاضلاب شهرک اکباتان (مقادیر بحرانی)49جدول( 5‑1) مشخصات متغییر های ورودی و خروجی در شبکه عصبی مصنوعی102جدول( 5‑2) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه105جدول( 5‑3) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی106جدول( 5‑4) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی106جدول( 5‑5) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی107جدول( 5‑6) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه109جدول( 5‑7) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی110جدول( 5‑8) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی110جدول( 5‑9) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی111جدول( 5‑10) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه113جدول( 5‑11) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی114جدول( 5‑12) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی114جدول( 5‑13) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی115جدول( 5‑14) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه117جدول( 5‑15) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی118جدول( 5‑16) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی118جدول( 5‑17) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی119 فهرست شكلهاعنوان صفحهشکل( 2‑1) طرح شماتیک دو بعدی از یک سیستم بیوراکتور غشایی9شکل( 2‑2) نحوه تجزیه بیولوژیکی و جداسازی فیزیکی در سیستم بیوراکتور غشایی11شکل( 2‑3) بیوراکتور غشایی در دو حالت غوطه‌ور و خارج از بیوراکتور12شکل( 2‑4) انواع بیوراکتورهای غشايي از حيث فرآيند كلي14شکل( 2‑5) تقسیم بندی انواع غشاء ها بر اساس دامنه جداسازی18شکل( 2‑6) غشا مسطح مورد استفاده در بیوراکتورهای غشایی20شکل( 2‑7) غشا هالو فایبر یا رشته ای مورد استفاده در بیوراکتورهای غشایی21شکل( 2‑8) غشاي اسپيرال22شکل( 2‑9) انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون24شکل( 2‑10) شكل شماتيك انواع مکانیزم‌های گرفتگي25شکل( 3‑1) مخزن بیوراکتور غشایی به همراه متعلقات مربوط به آن38شکل( 3‑2) غشاء هالو فایبر و متعلقات آن در مخزن بیوراکتور غشایی39شکل( 3‑3) غشاء هالو فایبر و لوله های متصل به آن41شکل( 3‑4) پمپ مکش مورد استفاده در پایلوت41شکل( 3‑5) فشار سنج42شکل( 3‑6) پمپ بکواش42شکل( 3‑7) غشاء هالو فایبر و لوله های متصل به آن43شکل( 3‑8) آرایش هواده ها در بیوراکتور44شکل( 3‑9) حوضچه آنوکسیک مورد استفاده در پایلوت45شکل( 3‑10) حوضچه بی هوازی مورد استفاده در پایلوت46شکل( 3‑11) پمپ تغذیه و مخزن تغذیه پایلوت47شکل( 3‑12) پایلوت بیوراکتور غشایی واقع در تصفیه خانه اکباتان تهران48شکل( 3‑13) دستگاه اسپکتروفوتومتر جهت اندازه گیری میزاننمونه ها50شکل( 3‑14) دستگاه PH متر51شکل( 4‑1) شمایی از نواحي اصلي يك نرون بيولوژيكي56شکل( 4‑2) شمایی از ساختار يك نرون مصنوعي56شکل( 4‑3) شمایی از ساختار يك شبكه تک لایه59شکل( 4‑4) شمایی از ساختار يك شبكه دو لایه60شکل( 4‑5) منحني نمايش تابع تحريك نرون های RBF65شکل( 4‑6) مسطح پاسخ يك نرون RBF با دو ورودي66شکل( 4‑7) ساختار يك شبكه RBF68شکل( 5‑1) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی70شکل( 5‑2) تغییرات غلظت MLSSو MLVSSو درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی71شکل( 5‑3) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD72شکل( 5‑4) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD73شکل( 5‑5) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی74شکل( 5‑6) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD75شکل( 5‑7) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD75شکل( 5‑8) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی76شکل( 5‑9) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی77شکل( 5‑10) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی78شکل( 5‑11) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی79شکل( 5‑12) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی80شکل( 5‑13) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی81شکل( 5‑14) تغییرات غلظت MLSSو MLVSSو درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی82شکل( 5‑15) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD83شکل( 5‑16) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD84شکل( 5‑17) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی85شکل( 5‑18) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD86شکل( 5‑19) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD86شکل( 5‑20) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی87شکل( 5‑21) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی88شکل( 5‑22) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی89شکل( 5‑23) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی90شکل( 5‑24) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی91شکل( 5‑25) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی92شکل( 5‑26) تغییرات غلظت MLSSو MLVSSو درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی93شکل( 5‑27) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب BOD94شکل( 5‑28) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب BOD94شکل( 5‑29) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی95شکل( 5‑30) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی K و Ks بر حسب COD96شکل( 5‑31) منحنی تعیین ثابت‌های سینتیکی زیستی Y و Kd بر حسب COD97شکل( 5‑32) تغییرات غلظت NH4 ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی98شکل( 5‑33) تغییرات غلظت NO3 ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی99شکل( 5‑34) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی100شکل( 5‑35) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی101شکل( 5‑36) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی102شکل( 5‑37)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های تست و مشخصات آن103شکل( 5‑38)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن104شکل( 5‑39)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های کل و مشخصات آن104شکل( 5‑40)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های تست و مشخصات آن107شکل( 5‑41)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن108شکل( 5‑42)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های کل و مشخصات آن108شکل( 5‑43)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های تست و مشخصات آن111شکل( 5‑44)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن112شکل( 5‑45)مدل مربوط به غلظت NH4 خروجی برای داده های کل و مشخصات آن112شکل( 5‑46)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های تست و مشخصات آن115شکل( 5‑47)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن116شکل( 5‑48)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های کل و مشخصات آن116 1-1- مقدمهامروزه به دلیل افزایش جمعیت و حجم زیاد فاضلاب نیاز به سیستم‌های جدید برای تصفیه فاضلاب احساس می‌شود. سیستم‌های جدید مزایایی دارند که از جمله آن‌ها می‌توان به کیفیت بهتر آب خروجی اشاره کرد، دیگر اینکه سیستم‌های جدید فضای کمتری را اشغال می‌کنند، ابعاد تصفیه خانه کوچک شده و حتی به نصف سیستم‌های قدیمی می‌رسند، همچنین لجن تولیدی نیز کاهش می‌یابد. یکی از مزایای مهم سیستم‌های جدید کاهش ابعاد راکتور تا 40 تا 60 درصد می‌باشد.]1[ در این فصل به چند مورد از سیستم‌های جدید اشاره می‌شود.عمده تصفیه خانه های موجود در ایران به روش لجن فعال، تصفیه را انجام می‌دهند.]2[ از آنجا که مخازن ته نشینی ثانویه یکی از اجزای اصلی این روش به شمار می‌روند، توجه به مشکلات بهره برداری آن‌ها بسیار مهم می‌باشد. مخازن ته نشینی ثانویه نقش حذف جامدات بیولوژیکی تولید شده در راکتور هوادهی، زلال سازی پساب و تغلیظ اولیه لجن را به عهده دارند. لیکن این مخازن با محدودیت‌های فراوانی مواجه هستند که کارایی و سودمندی آن‌ها را کاهش می‌دهد.]3[ در تحقیق صورت گرفته سعی بر آن شد تا کارایی روش بیوراکتورهای غشایی در مقیاس پایلوت در تصفیه اختلاط فاضلاب‌های شهری و صنعتی مورد بررسی قرار گیرد که در این راستا از فاضلاب تصفیه خانه اکباتاناستفاده گردید.در فصل اول این تحقیق به شرح مختصری درباره کلیات تصفیه فاضلاب، انواع روش‌های تصفیه و فرایندهای بیولوژیکی پرداخته شده است.در فصل دوم شرح تفصیلی فرایند MBR[1] انواع غشا و مزایا و معایب MBR و تاریخچه ای از مطالعات انجام شده به روش MBR، پرداخته شده است.در فصل سوم روش تحقیق، چگونگی ساخت و بهره برداری از پایلوت، مهیا نمودن شرایط لازم و مواد و وسایل مورد استفاده در تحقیق ارائه گردیده است.در فصل چهارم مفاهیم مربوط به مدل سازی با شبکه عصبی مصنوعی ارائه شده است.فصل پنجم به ارائه نتایج حاصل از انجام آزمایشات به تجزیه و تحلیل و تفسیر نتایج اختصاص یافته است.در فصل ششم به نتیجه گیری و جمع بندی کلی پرداخته شده و پیشنهادات جهت تحقیقات آتی ارائه گردیده است.