ثانیاً؛ گرانول­ها به­خاطر بزرگ­تر بودن، راحت­تر و بهتر ته­نشین می­شوند و در نتیجه میل کمتری به شسته­شدن دارند و در مقابل نیروی برشی حاصل از جریان رو به بالای فاضلاب، مقاومت می­ کنند. این مجموعه میکروبی شامل باکتری­ های اسیدساز، استات­ساز و متان­ساز بوده و در نهایت آلاینده را به متان تبدیل می­ کند[۴۱]. به­ طور کل در فاضلاب­های با غلظت مواد آلی زیاد، گازهای تولیدی سبب اختلاط و فعال­ نگه­داشتن توده زیستی می­ شود و در فاضلاب­های با غلظت مواد آلی کمتر، بوسیله جریان هیدرولیکی موجود می­توان این عامل را کنترل کرد[۴۲]. همچنین برای جلوگیری از متلاشی شدن لجن و کنترل آن و همچنین حفظ پوشش لجن در حالت معلق ،سرعت جریان خطی رو به بالا m/s ۹/۰-۶/۰ در نظر گرفته می شود. کارآیی راکتور UASB در تصفیه پسابهای با بار آلی بالا به گونه ای بوده که حتی در COD حدود ۱۰۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر نیز نتایج مثبتی داشته اند . با اینحال اغلب راکتورهای UASB برای بارهای بین Kg COD/m3.day ۵-۱۸ طراحی شده اند[۲۴] .

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۲-۶-۲-۱ عملکرد راکتور UASB
در راکتور UASB خوراک از پایین مخزن به سیستم وارد می­ شود و پساب از میان بستری از لجن که به ­طریق بیولوژیکی تشکیل لجن دانه­ای را داده­اند عبور می­ کنند و تصفیه زمانی انجام می­ شود که پسآب با لجن دانه­ای در تماس باشد[۲۴]. گازهای تولیدی تحت شرایط بی­هوازی سبب اختلاط پسآب و لجن می­ شود. مقداری از گاز که در داخل بستر لجن تولید شده به دانه­ها می­چسبد و گازهای تولید شده و گازهایی که به دانه چسبیده­اند به­طرف بالای مخزن روانه می­شوند [۴۳]. ذراتی که به­طرف سطح می­روند به قسمت پایین موانع نصب شده که به موانع جداکننده گاز معروف هستند برخورد می­ کند و گاز از ذرات جدا شده و لجن دانه­ای به­طرف بستر پایین می ­آید و گاز خالص و جدا شده از ذرات نیز در یک فضایی در قسمت بالا که فضای جمع­آوری گاز نامیده می­ شود جمع خواهد شد. مایع که شامل جامدات و لجن دانه­ای است از میان قسمت ته­نشین­کننده، جایی که مایع از جامد جدا می­ شود عبور کرده و جامدات جدا شده به سمت پایین آمده و در سطح بالای بستر لجن قرار می­گیرد[۲۴].اجرای مناسب و درست راکتور UASB سبب تولید لجن با خصوصیات ته­نشینی بهتر، گرانول­های متانوژیک متراکم و غلظت زیاد بیومس می­ شود[۴۴].
۲-۶-۲-۲ تشکیل لجن دانه­ای در راکتور UASB
از آن­جا که گرانول­ها و تشکیل آن­ها، مهم­ترین عامل در موفقیت­آمیز بودن کارآیی سیستم UASB است به بررسی اجمالی مکانیسم تشکیل آن می­پردازیم.گرانول در واقع توده­ای از باکتری­ های مختلف است که به دلیل پلیمرهای برون­سلولی در رسوبات معدنی به یکدیگر متصل شده و در مقابل شوک­های شیمیایی و فیزیکی مقاومت زیادی نشان می­ دهند[۳۶].
گرانول­سازی یک فرایند خودتثبیتی باکتر­ها به­ طور دینامیکی است که طی عملکرد راکتور صورت می­پذیرد. مدل­های فیزیکی و ساختاری بسیاری در گرانول­سازی ارائه شده ­اند که بهترین تئوری توسط ویگانت[۱۸] تحت عنوان ماکارونی[۱۹] پیشنهاد شده که در آن میکروارگانیسم­های فیلامنتی در یکدیگر برای تشکیل پلت های قارچی مطابق شکل زیر درگیر می­شوند[۳۷].
I – متانوژن­های جدا[۲۰] ()، II- تشکیل لخته از طریق درگیر شدن، III – تشکیل پلت
IV – گرانول­­های بالغ با چسبیدن به سایر میکروارگانیسم­های بی­هوازی بر روی پلت
شکل ۲-۳: تئوری ماکارونی برای گرانول­سازی[۳۷]
همچنین در تحقیقات دیگری سه لایه در ساختار گرانول مشاهده شده است. لایه داخلی شامل سلول­های متانوژن­ بوده که ممکن است به­عنوان هسته مرکزی برای تشکیل گرانول اولیه عمل کند. لایه میانی شامل باکتری­ های میله­ای شامل هر دو گروه میکروارگانیسم­های مصرف ­کننده و تولیدکننده هیدروژن و لایه خارجی که شامل مخلوطی از میکروارگانیسم­های میله­ای و کروی که در هیدرولیز اسیدسازی نقش دارند و در این لایه هیدروژن تولید می­ شود[۳۸].
۲-۶-۲ -۳ عوامل مؤثر بر تشکیل لجن گرانولی
از آنجائیکه تشکیل گرانول ها نتیجه مستقیم رشد باکتریایی است لذا کلیه عوامل موثر در رشد آنها نیز بر فرایند گرانولسازی تاثیر می گذارند . اما با وجود ناشناخته بودن مکانیسم تشکیل گرانول ، ترکیب ، ساختمان و فاکتورهای موثر بر تشکیل آنها به میزان زیادی مشخص شده است که در زیر به آنها اشاره می شود :
۲-۶-۲-۳ -۱در دسترس بودن مواد مغذی ضروری
وجود مواد مغذی به حد لزوم جهت ایجاد شرایط مناسب میکروارگانیسم باید فراهم شود و نسبت COD:N:P بسته به نوع فاضلاب می تواند متغیر باشد . بطور مثال برای تصفیه فاضلاب خانگی در طول زمان راه ­اندازی در حدود ۳۰۰:۵:۱و در طی عملیات می ­تواند در حدود ۶۰۰:۵:۱ باشد[۵]. همچنین طبق تحقیقات صورت گرفته، گرانول­های تصفیه­کننده پروتئین­ها و یا اسیدهای چرب فرار، ساختمان یکنواخت­تری دارند. نیاز به مواد مغذی مثل نیتروژن، فسفر و سولفور در محیط کشت تا تشکیل گرانولها ضروری و بعد از آن نیز این مواد مغذی برای فرایند رشد گرانولها لازم هستند. همچنین رشد سلولی نیز در غلظت نیتروژن کمتر از mg/lit ۳۰۰ کاهش پیدا می‌کند[۳۵].
۲-۶-۲-۳ -۲ درجه حرارت
میکروارگانیزم­های متانوژنیک در طول زمان فعالیت خود نیازمند درجه حرارت­های بالا می­باشند. اگرچه گرانول­سازی تحت شرایط ترموفیلیک نسبت به مزوفیلیک سریع­تر انجام می­ شود. ولی مکانیسم تشکیل لجن گرانولی آن­ها بسیار مشابه است[۱۰]. همچنین با توجه به سرعت رشد قابل ملاحظه باکتری های ترموفیلیک نسبت به مزوفیلیک ، سرعتهای باردهی خوراک برای میکروارگانیسمهای ترموفیلیک بیشتر خواهد بود . لذا ، امکان تامین باکتری های مورد نیاز برای تشکیل گرانول بیشتر است[۴] . با توجه به اینکه معدودی از باکتریها در انعقاد و تشکیل گرانول نقش بازی می کنند، انتخاب دمای بهینه مربوط به باکتریهای غالب ، بهترین دما برای تشکیل گرانول خواهد بود . در شرایط مزوفیلیک دمای ۵/۳۷ درجه سانتی گراد دمای مناسب برای عملکرد راکتورهای بی هوازی گزارش شده است[۳۹] .
۲-۶-۲-۳-۳- pH و قلیائیت
مقدار pH باید در یک دامنه مناسب ۷ – ۶ به منظور ایجاد شرایط بهینه رشد میکروارگانیسم­ها حفظ شود[۸]. تحقیقات هالشوف[۲۱] و همکارانش در سال ۱۹۹۳ نشان داد که احتمالاً فعالیت جابجایی پروتون در سطح سلول باکتریایی بطور آنی پروتون‌ها را از مجاورت سطح سلول به خارج پمپ می‌کند و این فرایند باعث کم شدن آب دوستی و در نتیجه راحتی چسبندگی باکتری‌ها به سطوح دیگر می‌شود. فشار جزئی بالای گاز هیدروژن و pH ثابت از عوامل تاثیرگذار بر کیفیت گرانول‌ها می‌باشند[۳۱].
طبق نظر یان وهمکارانش در سال ۱۹۹۰ کاهش pH و قلیائیت خروجی باعث کاهش کارایی حذف و تولید متان در سیستم UASB شد[۴۰].
۲-۶-۲-۳-۴ نوع لجنی که برای نطفه­گذاری استفاده می­ شود و مقدار آن
نوع لجن و نحوه فعالیت آن در هضم­کننده در تشکیل لجن دانه­ای بسیارمؤثر است. طبق نتایج حاصله از بعضی تحقیقات، افزودن مواد حامل خنثی محتوی گرانول­های خرد شده به نطفه، سرعت گرانول­سازی را افزایش می­دهد. در اینحالت باید به سیستم فرصت داده شود تا هسته های کوچک و فعال رشد کرده و با تبدیل به گرانولهای بزرگتراز توده لجن جدا شوند[۳۹] .
طبق تحقیقات انجام شده باکتری‌های اسیدساز و متانزا عامل موثری در سرعت‌دهی به تشکیل گرانول‌ها هستند. آزمایشات نشان می دهد که غنی کردن سیستم با ارگانیسم‌های متانزا و ترکیبی باعث می‌شود که تشکیل گرانولها با سرعت بیشتری صورت گیرد[۳۶].
۲-۶-۲-۳ -۵ روش­های متداول برای افزایش باروری
افزایش لیگنین طبیعی در تشکیل لجن­های دانه­ای بسیارمؤثر است. علاوه بر لیگنین طبیعی، پلیمرهای مصنوعی نیز در فعال کردن تجمع لجن موثرند. مثلاً پلی­الکترولیت­های آنیونی و کاتیونی بیشتر از پلیمرهای بدون یون در تشکیل گرانول کارآیی دارند و چون باکتری­ ها در pH خنثی، دارای بار منفی هستند به­ کارگیری پلیمرهای با بار مثبت در تجمع به خوبی مشخص است[۳].
۲-۶-۲-۳-۶ جریان هیدرولیکی یا سرعت خطی رو به بالا
جریان هیدرولیکی برای تشکیل گرانول با سرعت حدود m/h ۱را سرعت مناسبی می­توان در نظر گرفت[۵]. لتینگ و همکارانش در سال ۱۹۹۱ نشان دادند که تشکیل گرانول و خصوصیات آن به شدت تحت تاثیر سرعت جریان رو به بالا و سرعت ظاهری بیوگاز خروجی بوده است[۲۸]. در سرعت‌های رو به بالای بیشتر از m/h ۱ گرانولها ممکن است تحت نیروی برشی ناشی از این جریان شکسته و گرانولهای خرد شده با جریانی خروجی راکتور شسته شوند. همچنین تحقیقات انجام شده نشان میدهد که گاز پرقدرت ناشی از بارهای آلی زیاد نیز نتیجه‌ای مشابه نیروی برشی ناشی از جریان رو به بالا در راکتور ایجاد کرده و باعث فرسایش و شکستگی گرانولها می‌شوند[۳۵].
۲-۶-۲-۳-۷ نوع فاضلاب ورودی
تجزیه­پذیری فاضلاب ورودی و حضور موادآلی و معدنی و ترکیبات یونی و وجود کاتیون­های یک یا دو ظرفیتی و عدم حضور ترکیباتی که تأثیر منفی در رشد میکروارگانیسم­ها دارند، در فرایند بی هوازی و تشکیل گرانول موثر است[۳۱]. مانوج[۲۲] و همکارانش در سال ۲۰۰۶ تاثیر خصوصیات سوبسترا را روی ترکیب و مقاومت میکروارگانیسم‌های موجود در گرانول‌ها بررسی کردند که در نتیجه مشاهدات آنها میکروارگانیسم‌های موجود در گرانول‌ها تحت تاثیر سوبستراهای مختلف متفاوت بود. به عنوان مثال تحقیقات انجام شده روی سوبستراهای ساده نظیر استات نشان داد که در این صورت تنها میکروارگانیسم‌های متانزا موردنیاز بوده و در نتیجه گرانول‌ها فقط شامل متانزاها بودند و همچنین به ساختار گرانولهای غیرلایه‌ای ناشی از سوبستراهای پروپیونات، پپتون، اتانول و گلومات رسیدند[۳۹].
۲-۶-۲-۳-۸ یونهای فلزی با بار مثبت
نتایج حاصله از تحقیقات نشان می­دهد که وجود یون Ca+2در غلظت­های به میزان mg/lit300-80 سبب افزایش بقاء لجن و بهبود آن در سیستم می­ شود. غلظت­های بالای mg/lit500 در به وجود آمدن شرایط تخریب و شستشوی لجن دخالت دارد. به­ طور کلی Ca+2جهت تثبیت گرانول­ها می ­تواند به دو طریق نقش مهمی بازی کند:
۱- رسوب ذرات کلسیم غیرآلی دارای سطحی مناسب برای چسبیدن باکتری­ های بی­هوازی هستند.
۲- کلسیم ممکن است سبب ایجاد پلی­ساکاریدها یا پروتئین­های خارج سلولی گردند که به­عنوان مواد چسبنده عمل می­ کند[۴۱].
ماهونی[۲۳] و همکارانش دو راکتور آزمایشگاهی با غلظت­های ۰و mg/lit100 کلسیم را راه ­اندازی کردند. حضور کلسیم در راکتور باعث کاهش زمان ماند راکتور و افزایش خاصیت توده­پذیری لجن، فعالیت لجن، سرعت ته­نشینی در ابتدای راه ­اندازی و قطر گرانول تشکیل شده گردید. در حالیکه در نهایت در هر دو راکتور لجن گرانوله حاصل شد. در برخی مطالعات ، کلسیم بعنوان فاکتور کمک باکتریها گزارش شده است[۴۱] . البته هولشف در تحقیقی در سه راکتور با غلظت های مختلف یون کلسیم ، غلظت بالای mg/lit ۴۵۰ کلسیم را به دلیل تولید کریستال های CaCO3 و خروج لجن با این کریستال ها را عامل تاخیر تولید گرانول ذکر کرده است[۳۱] .
۲-۶-۲-۳-۹ مواد سمی
وجود مواد سمی اغلب بر فرایند گرانول­سازی و ساختار گرانول اثر می­ گذارد. حداکثر مقدار مواد سمی قابل تحمل توسط گرانول­ها برای مواد مختلف متفاوت است وبا افزایش زمان ماند هیدرولیکی می توان از ایجاد ناپایداری و اختلال در کارایی گرانول ها جلوگیری کرد[۳۹].
۲-۶-۲-۳ -۱۰ترکیبات نیتروژن دار
حضور و غلظت ترکیبات نیتروژن دار درمحیط کشت برای رشد و تکثیرباکتریها و همچنین کیفیت لجن گرانوله لازم است . منابع تامین کننده نیتروژن برای باکتریهای بی هوازی متنوع می باشد ولی به شکل ترکیبات آمینی راحت تر جذب می شوند[۸]. طبق مطالعات زیاد صورت گرفته غلظت NH4 در فرایند گرانول سازی نقش موثری ایفا می کند بعنوان مثال غلظت های بالای آمونیوم از شکسته شدن اسید پروپیونیک جلوگیری می کند و راندمان سیستم را کاهش می دهد[۴] .
۲-۶-۲-۳-۱۱ نرخ بار آلی
میزان بارگذاری درراکتور بر شکل گرانول تاثیر قابل توجهی دارد بطوریکه دربارگذاری های پایین ( حدود ۴Kg COD/m3.day) گرانولها بصورت رشته ای بوده و شامل رشته های چند سلولی میله ای شکل می باشند. در حالیکه دربارگذاری های بالا (Kg COD/m3.day ۵/۵>) قطعات میکروبی کوچک حاوی حدود چهار سلول دیده شده اند که بطور مشخص فعالیتی کمتر از گرانولهای رشته ای شکل دارند[۵].تعیین نرخ بهینه بار آلی به زمان ماند هیدرولیکی ، مقاومت و شرایط سوبسترا، دما، غلظت نوترینت، غلظت فلزات سنگین و غلظت آنیونها مثل سولفات بستگی دارد[۱۶].
۲-۶-۲-۴ پارامترهای طراحی راکتور UASB
۲-۶-۲-۴-۱ ویژگی­های فاضلاب
فاضلاب با غلظت بالایی از پروتئین و چربی، می ­تواند اثر منفی روی گرانول­ها بگذارد و باعث ایجاد کف شود. بخش تشکیل­دهنده ذرات ریز نامحلول در مقابل ذرات محلول COD، در تعیین بار طراحی برای راکتور UASB حائز اهمیت هستند[۳]. همچنین با افزایش مواد جامد در فاضلاب، توانایی تشکیل لجن گرانولی انبوه کاهش می­یابد. در غلظت مواد جامد بزرگتر از g.TSS/lit ۶ هاضم­های بی­هوازی دیگر و یا فرایند تماس بی­هوازی ممکن است مناسب­تر باشد[۵].
با توجه به تحقیقات انجام شده توسط گاوالا[۲۴] و همکاران (۱۹۹۹) فاضلاب تولیدی از صنایع پنیرسازی حاوی مقدار زیادی از کربوهیدرات قابل تجزیه است و مقدار نسبتاً کمی از مواد جامد معلق (در حدود g/lit ۵– ۱) در آن وجود دارد. بنابراین استفاده از راکتور UASB که قابلیت تصفیه مواد محلول نیز در آن وجود دارد بسیار مؤثر است[۲۲].
۲-۶-۲-۴-۲ بارآلی حجمی
بازده حذف ۹۰ تا ۹۵ درصد برای COD ، در میزان بار آلی Kg COD/m3.day ۲۰-۱۲ و در دمای ۳۰ تا ۳۵ درجه سانتی ­گراد در راکتور UASB به­دست آمده است و مقدار HRT برای فاضلاب­های قوی در بار آلی گفته شده در حدود ۴ تا ۸ ساعت می­باشد[۵].جایی­که کمتر از ۹۰ درصد حذف COD و غلظت TSS بیشتر در سیال خروجی، قابل­قبول است. سرعت جریان بالارونده بیشتری می­توان استفاده کرد که در این حالت لجن گرانولی انبوه با به بیرون شسته شدن مواد جامد گسترش خواهد یافت. بنابراین، بار COD بیشتری برای این شرایط نشان داده شده است[۵].
۲-۶-۲-۴-۳ سرعت جریان بالارونده
سرعت طراحی مورد نیاز در جدول زیر نشان داده شده است. سرعت ظاهری پیک به­ صورت موقتی برای فاضلاب محلول حدود m/h ۶ و برای فاضلاب با محلولیت کمتر حدود m/h ۲، می ­تواند اجازه داده شود.
جدول ۲-۸: سرعت جریان بالارونده وارتفاع راکتور بهینه برای UASB [۵]

ارتفاع راکتور
(m)

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...