آذر 1391
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
 
بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه
 
به کوشش
مهدی محسن زاده
 
مشکل اساسی دراستفاده از بیوگاز دفنگاه وجود آلاینده هایی مثل سولفید هیدروژن است. سولفید هیدروژن گازی بیرنگ، سمی، اشتعالزا و دارای بوی نامطبوع است و به شدت سمی است و در هنگام سوختن بیوگاز تولید SO2 می کند. به علاوه سولفید هیدروژن دارای اثر خورندگی می باشد. ساخت دستگاههایی که در برابر خورندگی مقاوم باشند نیز هزینه زیادی دارد. بیشتر تکنولوژیهای تجاری که برای حذف سولفید هیدروژن از جریانهای گازی وجود دارند فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی میباشند که از نظر عملیاتی پرهزینه هستند. فرآیندهای گازشویی، جذب سطحی روی کربن، و اکسیداسیون حرارتی و شیمیایی از آن جمله هستند. از مزایای فرآیندهای میکروبی، تبدیل مستقیم سولفید هیدروژن به گوگرد عنصری، نیاز به انرژی ورودی کم، عدم تولید محصولات جانبی آلوده، هزینه های کم و تولید بیومس یا زیست توده میباشد. ارجحیت دیگر روش های زیستی ارزان بودن نصب ماشین آلات و پایین بودن هزینه های راهبردی آن میباشد. در این مطالعه به منظور بررسی کارایی بیوفیلتر در حذف آلاینده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه، ستون بیوفیلتری از جنس پلگسی گلاس با قطر 15 سانتی­متر و ارتفاع 2 متر استفاده شد. این ستون با بستر طبیعی حاوی ورمی­کمپوست تولید شده در دفنگاه و گوش­ماهی، به کار گرفته شد. کارایی این بیوفیلتر 97 درصد بود. در این پژوهش اقداماتی جهت بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر حذف کننده سولفید هیدروژن بیوگاز صورت گرفت. از جمله استفاده از باکتری و محیط کشت ارزان و در دسترس، نصب پمپ آب برای پاشیدن آب در داخل ستون و ایجاد رطوبت کافی جهت رشد و زنده مانی باکتری در داخل بستر های بیوفیلتر می باشد. بعلاوه نصب شیر جهت تنظیم مقدار آب، اجرای آسان و موفق تزریق باکتری به بیوفیلتر، اضافه نمودن باکتری از طریق سطل حاوی آب و پمپ، نصب ستون بیوفیلتر در لندفیل و اتصال آن به بیوگاز طبیعی تولیدی چاه و ایجاد شرایط پایداری عملکرد بیوفیلتر، بررسی اثر دبی بیوگاز و غلظت سولفید هیدروژن بر عملکرد بیوفیلتر از موارد دیگر است. همچنین بررسی میزان جذب سولفید هیدروژن توسط هر بستر بیوفیلتر به طور جداگانه، استفاده از کمپرسور بین بیوگاز چاه و ستون بیوفیلتر جهت تامین مناسب تر بیوگاز و شبیه سازی با نیروگاه لندفیل، بررسی تغییرات غلظت سولفید هیدروژن بیوگاز چاه و ورودی نیروگاه و بررسی مشکلات احتمالی بیوفیلتر اصلی لندفیل و ارائه پیشنهادات مناسب از موارد دیگر است. پژوهش حاضر نشان داد که ستون بیوفیلتر با بهینه سازی های انجام شده می تواند در مقیاس اصلی جهت حذف سولفید هیدروژن از بیوگاز لندفیل استفاده شود.
واژه­های کلیدی: گاز دفنگاه، سولفید هیدروژن، ورمی­کمپوست، باکتری تیوباسیلوس، بیوفیلتر
 
 
 
 
فهرست مطالب
 
عنوان                                           صفحه
 
فصل اول
مقدمه 2
1-1-اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه. 3
1-2-اهداف 5
1-3-نوآوری پایان نامه 5
 
فصل دوم
کلیات و تئوری. 7                                                              
2-1- تاریخچه لندفیل 7
2-2- لندفیل های جدید 11
2-3- ساختار لندفیل 14
2-4- بیوگاز لندفیل 16
2-5- استفاده از گاز لندفیل 17
2-5-1- روش های فیزیکی-شیمیائی. 23
2-5-2- روش های بیولوژیکی 23
2-5-3- اصول روش تصفیه با بیوفیلتر. 26
2-6- تصفیه گاز لندفیل. 33
2-7- بررسی مدل­های بیوفیلتر 33
2-7-1- شرح تئوری مدل Ottengraf. 34
2-7-2- شرح تئوری مدل Zarook 38
2-7-3- بررسی مدل Hodge 39
2-7-4- بررسی مدل Li 42
2-7-5- تئوری و آنالیز مدل Deshusses 45
2-7-6- پارامترهای طراحی. 49
 
فصل سوم
پیشینه تحقیق 54            .
3-1- مروری بر پژوهش های انجام شده. 54           
 
فصل چهارم
مواد و روش کار 67            .              .
4-1- مواد و روش­های اندازه ­گیری. 67            .              .
4-1-1- روش‌های اندازه‌گیری 82
4-2- روش انجام آزمایش. 83           
 
فصل پنجم
نتایج و بحث. 85
 
فصل ششم
نتیجه گیری و پیشنهادات. 104
6-1- نتیجه گیری. 104
6-2- پیشنهادات 105
منابع . 106             .          
 
 
 
فهرست شکل­ها
 
عنوان                                                            صفحه
 
شکل 2-1- تولید بیوگاز متان در لندفیل 12
شکل 2-2- انتقال بیوگاز لندفیل به نیروگاه و تولید برق    14
شکل 2-3- نمونه ای از ساختار بیوفیلتر ساده . 26
شکل 2-4- شماتیک مفهوم مدل بیوفیلم در یک مقطع عرضی در طول ستون بیوفیلتر 35
شکل 2-5- مدل بیوفیزیکی برای بیوفیلتر 39
شکل 2-6- ساختار کلی مدل برای موازنه جرم . 46
شکل 2-7- توضیح شماتیک مدل برای یک بخش ستون 46
شکل 4-1- رشد باکتری در محیط کشت مایع 70
شکل 4-2- کلنی های باکتری در محیط کشت جامد 72
شکل 4-3- کمپرسور استفاده شده 75
شکل 4-4- بیوفیلتر استفاده شده. 76
شکل 4-5- سکوی سیمانی ساخته شده 77
شکل 4-6- نصب اتاقک فلزی. 77
شکل 4-7- اتاقک فلزی نصب شده 78
شکل 4-8- استقرار بیوفیلتر در داخل اتاقک فلزی 78
شکل 4-9- خروجی بیوگاز از چاه (شیر سمت راست) و اتصال به شبکه (شیر میانی) 79
شکل 4-10- اتصال خروجی بیوگاز از چاه به کمپرسور 79
شکل 4-11- اتصال پمپ آب از طریق شیر تنظیم به ستون    80
شکل 4-12- پمپ آب استفاده شده جهت چرخش آب درون ستون 80
شکل 4-13- لوله تخلیه شیرابه از درون چاه . 81
شکل 14-4- ثبت غلظت سولفید هیدروژن ستون با دستگاه سنسور 81
شکل 4-15- سنسور گاز سولفید هیدروژن. 82
شکل 4-16- pH متر . 83
شکل 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 87
شکل 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 89
شکل 5-3- تغییرات ظرفیت حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250 90
شکل 5-4- تغییرات ظرفیت حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350 91
شکل 5-5- تغییرات راندمان حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250 92
شکل 5-6- تغییرات راندمان حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350 93
شکل 5-7- تغییرات راندمان حذف بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250 94
شکل 5-8- تغییرات راندمان حذف بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350 95
شکل 5-9- تغییرات راندمان حذف بر حسب دبی ورودی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250 96
شکل 5-10- تغییرات راندمان حذف بر حسب دبی ورودی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350 97
شکل 5-11- تغییرات غلظت خروجی بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250 98
شکل 5-12- تغییرات غلظت خروجی بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350 99
شکل 5-13- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 1 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان. 99
شکل 5-14- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 2 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان 100
شکل 5-15- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 3 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان 101
شکل 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. 15
جدول 2-2- مشخصات سه سیستم بیولوژیکی. 24
جدول 2-3- نمونه­ای از بسترهای استفاده شده در بیوفیلتراسیون گازها 29
جدول 2-4 خصوصیات مهم برخی از باکتری‌ها که در تجزیه سولفید هیدروژن و دیگر ترکیبات گوگرددار استفاده شده‌اند 32
جدول 2-5- پارامترهای عملیاتی بیوفیلتر. 52
جدول 4-1- محیط کشت استفاده شده برای باکتری Thiobacillus thioparus  69
جدول 5-1- ترکیب گاز دفنگاه شهر شیراز در منطقه برمشور    85
جدول 5-2- ترکیب ورمی­کمپوست بر اساس گزارش آزمایشگاه  86
 
فهرست نشانه­ های اختصاری
 
ضریب نفوذ مؤثر
ضخامت لایه بیولوژیکی
k          ثابت سرعت واکنش درجه صفر
عدد Thiele
مختصه بی­بعد طول
m         ضریب تقسیم
h          ارتفاع بستر بیوفیلتر
سطح لایه بیولوژیکی
سرعت ظاهری گاز
غلظت آلاینده در فاز گاز
غلظت آلاینده در فاز بیوفیلم
ماکزیمم سرعت رشد ویژه
ثابت سینتیکی
غلظت اکسیژن در بیوفیلم
ضریب پراکندگی
V    سرعت درون شبکه­ای محوری
تخلخل ماده فیلتر
ثابت سرعت بیولوژیکی
جرم دی­اکسید کربن به جرم سوبسترا
L    طول بیوفیلتر
متوسط غلظت ورودی آلاینده
H    ثابت هنری
ضریب انتقال فیلم گاز-بیوفیلم
سطح نفوذ مؤثر به ازای واحد حجم بستر
زمان اقامت
تخلخل بستر بیوفیلتر
R    شعاع متوسط ماده پکینگ بیوفیلتر
قابلیت نفوذ در فاز بیوفیلم
G    دبی کل گاز