امتیاز کاربران: 

پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه

word
125
10 MB
31451
1391
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۲,۵۰۰ تومان
دانلود مقاله
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه

    پایان­نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران و محیط زیست  

    چکیده

     

     

    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 روشهای 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

     

    فصل اول

    مقدمه

     

    مهمترین هدف از تشکیل حوزه های دفن زباله شهری و جمع آوری بیوگاز تولیدی آنها، جلوگیری از تصاعد ‏گازهای گلخانه ای مانند متان و نیز استفاده از انرژی تجدیدپذیر موجود در بیوگاز آن می باشد. ‏امروزه در اغلب کشورهای جهان، دفن زباله به علت ارزان بودن، نسبت به دیگر روشهای موجود مانند سوزاندن ‏زباله و یا تبدیل آن به کود و غیره، ترجیح داده می شود . اما در گذشته مقررات خاصی در مورد مکان دفن زباله ها ‏وضع نشده بود و لندفیل ها مکانهایی بدبو و بدون پوشش بودند که معضلات زیست محیطی فراوانی ایجاد می ‏کردند. با رشد آگاهی نسبت ‏به تأثیر سوء لندفیل های غیرمهندسی بر روی محیط زیست و وضع قوانین و مقررات خاص، دفن در گودال ‏های بدون پوشش را رها شده و به تشکیل لندفیل های مهندسی با رعایت قوانین و مقررات محیط زیست پرداخته ‏شده است.

    لندفیل مهمترین روش برای دفع پسماند جامد شهری است که در مورد بیش از 80% از مقدار کل پسماندها در چین به کار می‌رود. بوهای نامطبوع در لندفیل عمدتاً توسط ترکیبات گازی خروجی از لندفیل که در طول فعالیت‌های شیمیایی و فیزیکی برای تجزیه مواد زائد ایجاد می‌شوند مانند سولفید هیدروژن H2S، متیل مرکپتانز و متیل سولفید و یکی از موارد عمده شکایات توسط افراد ساکن در اطراف لندفیل است. بیش از 100 ترکیب به عنوان منابع اصلی ایجاد بوی نامطبوع در لندفیل شناخته شده است. H2S بعنوان عامل اصلی در ایجاد بوی نامطبوع در لندفیل در غلظت‌های کمتر‌ از 1% در لندفیل‌ها موجود است.  سولفید هیدروژن نه تنها باعث رنجش مردم می‌گردد، بلکه در غلظت‌هایی حدود ppm200-100 موجب مرگ می‌گردد. تکنولوژی‌های مختلفی برای کاهش H2S خروجی توسعه داده شده است که شامل جذب توسط کربن فعال اکسیداسیون به وسیله ازن، بیوفیلترها و لجن فعال است (1).

     

    1-1- اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه

     

    مشکل انرژی امروزه یکی از مشکلات اساسی تمامی کشورهای جهان بخصوص کشورهای در حال توسعه می ‏باشد. سوخت رسانی به روستاهای دور افتاده حتی در کشوری مانند ایران که منابع غنی انرژی را در اختیار دارد ‏بسیار مشکل و هزینه بر می باشد. استفاده از انرژی های تجدید پذیر و محلی یکی از راه حلهایی می باشد که ‏امروزه پیشنهاد می گردد. بیوگاز یکی از این انرژی های تجدید پذیر می باشد که علاوه بر تولید انرژی باعث ایجاد ‏کودهای کشاورزی و افزایش سطح بهداشت عمومی جامعه و کنترل بیماریها می شود و یک راه حل مناسب برای ‏دفع مواد زائد جامد می باشد. فاضلاب و مواد زائد جامدی که توسط صنایع و جوامع تولید می گردد باعث آلودگی ‏شدید محیط می شود که می توان با استحصال بیوگاز خطرات ناشی از این مواد را به شدت کاهش داد و از انژی و ‏کود تولیدی نیز استفاده نمود. استحصال بیوگاز را می توان از فرایند های بی هوازی تصفیه فاضلاب‏ ‏و همچنین از محل های دفن زباله نیز انجام داد و بخشی از هزینه های مصرفی را جبران نمود. بطور مثال یکی از ‏مشکلاتی که دامداریها با آن دست به گریبان هستند، کنترل فضوات دامها برای کاهش میزان بو و فرآورده هایی می ‏باشد که باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی می گردد. بیوگاز می تواند ما را در مواجهه با این مشکلات یاری ‏دهد. منافع زیست محیطی سیستمهای بیوگاز فراتر از سیستمهای تصفیه مرسومی است که تاکنون مورد استفاده ‏قرار می گرفتند (همانند مخازن ذخیره ، برکه ها ولاگون ها). این منافع زیست محیطی شامل کنترل بو، بهبود ‏کیفیت آب و هوا، بهبود ارزش غذایی کود تولیدی، کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه ای و دست یابی به ‏بیوگاز به عنوان یک منبع انرژی می باشد (2و3).

    سیستم های بیوگاز از فرآیندی که هضم بی هوازی نامیده می شود ، استفاده می نمایند. در طی فرآیند هضم بی هوازی باکتریها کود را در یک محیط خالی از اکسیژن تجزیه ‏می نمایند . یکی از فرآورده های طبیعی هضم بی هوازی تولید بیوگاز می باشد که این گاز به طور معمول حاوی ‏‏60 تا 70 درصد گاز متان و 30 تا 40 درصد گاز دی اکسیدکربن می باشد. مقداری از گازهای دیگر نیز مانند سولفید هیدروژن در ‏بیوگاز شناسایی شده اند. ‎بیوگاز حاصله می تواند برای تولید حرارت، آب گرم، الکتریسیته (با قیمت ارزان تر) از سایر سوختهایی همانند ‏گاز طبیعی، پروپان و نفت سیاه به کار رود، حتی در صورت عملی نبودن بازیابی انرژی بیوگاز این سیستم در ‏کنترل بو به شدت مؤثر می باشد . سوزاندن و یا استفاده از بیوگاز می تواند باعث کاهش اثرات سوختهای فسیلی ‏مرسوم می گردد. تولید متان از هاضم های بی هوازی باعث ایجاد شرکتهای تعاونی تولید برق روستایی می شود ‏که منبع انرژی آنها دوستار طبیعت می باشد. این شرکت ها برق تولیدی خود را به افرادی که متقاضی برق تولید ‏شده با منابع تجدیدپذیر هستند می فروشند. بیوگاز همچنین می تواند به عنوان یک منبع انرژی روستایی برای ‏کمک در برق تولید و توزیع شده توسط سایر روشهای تولید برق مفید باشد.‏ به علت کاهش اتلاف نیتروژن در تجزیه بی هوازی کود تولیدی در فرآیند بیوگاز دارای ارزش بالایی از لحاظ ‏نیتروژن برای پرورش گیاهان می باشد. در کود حاصل از بیوگاز به علت عدم انجام فرایند نیتریفیکاسیون که تنها در ‏حضور اکسیژن به مقدار کافی انجام می شود نیتروژن به صورت یون امونیوم در کود وجود دارد که که جذب آن ‏برای گیاه ساده تر می باشد. پیش از انقلاب صنعتی، زباله­ها عمدتاً شامل خاکستر، چوب، استخوان، لاشه حیوانات و ضایعات سبزیجات بود. این مواد در خاک دفن می­شدند و به عنوان کمپوست[1] عمل کرده و به تقویت خاک کمک می­کرده­اند. در گذشته هر آنچه که قابل استفاده مجدد بوده به کار گرفته می­شد، جمعیت انسان­ها کم بود و مردم در گروه­های متمرکز کوچک زندگی می­کرده­اند، بنابراین تولید زباله مسئله مهمی محسوب نمی­شد ولی با تحول زندگی انسان­ها از دوره­ی چادرنشینی به زندگی کشاورزی رها کردن زباله­ها در محیط زندگی انسان تبدیل به مشکلی در حال رشد شد. بنابراین با افزایش جمعیت شهرها فضای کافی برای دفع زباله­ها کاهش یافت و جوامع به فکر توسعه سیستم­های دفع ضایعات افتادند. بدین ترتیب دفنگاه[2] که ساختاری با طراحی دقیق، در زیر زمین یا روی خاک، برای جداسازی زباله و ضایعات از محیط اطراف می­باشد، ساخته شد (4).

     

     

     

    1-2- اهداف

     

    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

    بررسی میزان جذب سولفید هیدروژن توسط هر پکینگ بیوفیلتر به طور جداگانه

    استفاده از باکتری و محیط کشت ارزان و در دسترس

    بررسی تغییرات غلظت سولفید هیدروژن بیوگاز چاه و ورودی نیروگاه

    بررسی مشکلات احتمالی بیوفیلتر اصلی لندفیل و ارائه پیشنهادات مناسب

     

     

    1-3-نوآوری پایان نامه

     

    پایلوت استفاده شده در این پایان نامه برای اولین بار در خارج از آزمایشگاه برپا شده و به طور مستقیم به بیوگاز لندفیل متصل شده است. در سیستم طراحی شده، از بستر طبیعی و کم­هزینه­ی ورمی­کمپوست استفاده شده است که در محل دفنگاه تولید می­گردد و بدین ترتیب از نظر در دسترس بودن تجهیزات و مواد به کار گرفته شده در ساخت دستگاه و همچنین اقتصادی بودن طرح، بیوفیلتر ساخته شده قابل قبول می­باشد. با توجه به اینکه استوک اولیه باکتری خریداری شده موجود می­باشد بنابراین استفاده از آن در مقیاس صنعتی امکان­پذیر است. به علاوه باکتری مورد استفاده از داخل کشور قابل تهیه می باشد. در پژوهش حاضر اقداماتی جهت بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر حذف کننده سولفید هیدروژن بیوگاز صورت گرفته است.

     

     

    فصل دوم

    کلیات و تئوری

     

    2-1- تاریخچه لندفیل

     

    بر اساس مدارک به دست آمده توسط علم باستان­شناسی، دفن زباله­ها از حدود پنج هزار سال پیش مرسوم بوده است (5). نزدیک به 4000 سال پیش اولین محل­های دفنگاه ثبت شده، در جزیره کرت[3] شناخته شده­اند که ضایعات در گودال­های بزرگ جا داده شده و با خاک در لایه­های مختلف پوشانده می­شدند. همچنین تولید کود از زباله نیز، در چین همزمان با دوره­ی سیستم بازیافت قراضه­های برنزی در اروپا، رواج داشته است. بیش از 2500 سال پیش نیز، دولت یونان یک دفنگاه شهری در مجاورت شهر آتن ایجاد و حکم کرد که ضایعات باید حداقل به یک مایل دور از دروازه­های شهر انتقال یابند (4).  

    گاز دفنگاه یا بیوگاز که به اختصال LFG [4] هم نامیده می‌شود، از انجام مجموعه‌ای از واکنش‌های زیست شیمیایی[5] بر روی مواد آلی تجزیه‌پذیر موجود در زباله در شرایط بی‌هوازی به دست می‌اید. در جهان امروز، زباله‌ها یک آلاینده زیست محیطی شناخته شده هستند، که اگر به چاره‌اندیشی ننشینیم و از بار آلودگی‌ها و پسمانده‌ها نکاهیم، تندرستی، سلامت و بهداشت همگانی با ناهنجاری‌های فراوانی روبرو خواهد شد. در این میان محل دفن زباله، نقش مهمی را در شبکه دفع زباله بازی می‌کند و جزئی از استراتژی جدید مدیریت جامع مواد زائد جامد محسوب می‌شود. در سال‌های اخیر پروژه محل دفن شامل تجهیزاتی برای کنترل و انتقال گاز و استفاده از انرژی مربوط به بیوگاز می‌باشد (6). از دیرباز، افرادی که در محل دفن کار می‌کردند، به وجود گاز در محل دفن پی برده بودند. این امر با فشار یک لوله آهنی در داخل محل دفن و روشن کردن انتهای باز آن لوله توسط آتش ثابت می‌شد. این شعله مدت‌های می‌سوخت تا اینکه وزش باد آن را خاموش می‌کرد. کنترل گاز محل دفن در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970 در ایالات متحده، جائیکه محل‌های عظیم دفن به وجود آمده بود، شروع شد. اولین دستگاه در اروپا در آلمان، اواسط دهه 1970، با استفاده از تجارب ایالات متحده ساخته شد و سپس تکنولوژی محل دفن به تمام اروپا و سایر کشورها گسترش یافت. اخیرا ارگان‌های مختلفی اهمیت این فناوری در ابعاد مختلف بهداشتی، اجتماعی و اقتصادی مورد بحث قرار دادته و بخشی از برنامه‌های توسعه کشور نیز مباحثی را در چارچوب انرژی در برگرفته‌اند. زباله‌های آلی در محل دفن تحت شرایط بی‌هوازی قرار می‌گیرند، که نتیجه آن تولید بیوگاز شامل متان، کربن، دی‌اکساید و گازهای هیدروژن، هیدروژن سولفاید، ترکیبات آلی فرار و ... می‌باشد (6). متان از گازهای گلخانه‌ای است و به خاطر خصوصیت منحصر به فرد، کاهش انتشار جهانی متانی می‌تواند تأثیر مثبت، سریع و قابل توجهی در جلوگیری از گرم شدن کره زمین گذاشته و مزایای مهم اقتصادی و انرژی نیز در پی داشته باشد. به طور کلی LFG عمدتاً حاوی متان (50 تا 60% حجمی) و دی‌اکسید کربن (40 تا 50%)‌ است. حدود تغییرات معمولی مقادیر نسبت حجمی CH4/CO2 در اماکن دفن زباله بین 2/1 تا 5/1 می‌باشد (7) .

    ترکیبات آلی فرار کمتر از 1% حجمی را نشان می‌دهد، اما از نظر کیفیتی مهم هستند، چون غالب آنها ذاتاً سمی و در بعضی موارد سرطان‌زا هستند. در کشورهای پیشرفته دنیا، طراحی مراکز دفن با دید بهره‌برداری از حداکثر انرژی قابل استحصال از آنها انجام می‌شود. و در کشورهای در حال توسعه نیز نظیر چین، اوروگوئه، مکزیک و ... به استحصال گاز از مراکز دفن خود می‌پردازند. تولید الکتریسیته شامل انتقال متان جمع‌آوری شده به دستگاه‌های مولد نیرو یا توربین‌ها و ژنراتورها از طریق خط لوله است (6).

    نحوه دفن زباله در لندفیل ها به طور کلی به دو روش صورت می گیرد:

    1- روش حفر گودال 2- روش دفن سطحی

    در روش حفر گودال، زباله ها به صورت روزانه در گودالهایی که با توجه به حجم زباله روزانه طراحی ‏شده اند، دفن می شوند. این گودالها به طور معمول دارای ابعاد حدود 100 تا 400 فوت طول، 3 تا 6 فوت ‏عمق و 15 تا 25 فوت عرض می باشند. زباله ها به صورت لایه ای با ضخامت 5/1 تا 2 فوت لایه بندی شده و ‏قبل از پهن کردن لایه بعدی، فشرده می شود. ‏این روش بیشتر مواقع در مناطقی که دارای تنگه ها و دره های فراوان است کاربرد دارد. همچنین اگر مکان ‏احداث لندفیل دارای آب زیرزمینی فراوان و کم عمق باشد ، استفاده از روش حفر گودال عمیق غیرممکن بوده و ‏باید از این روش استفاده نمود. در هر یک از دو روش ذکر شده در بالا برای دفن زباله، لندفیل شامل بخش ‏کوچکتری به نام سلول است. هر سلول معمولاً برای دفن زباله هر روز طراحی شده و در انتهای روز نیز پوشیده ‏می گردد. زباله ها در درون سلولها در گسترده دانسیته فشردگی بین 300 تا 900 کیلوگرم بر مترمکعب فشرده می ‏شوند. در بسیاری از لندفیل ها، حداقل 6 اینچ پوشش بر روی سلولهای تشکیل دهنده آنها قرار می گیرد و در ‏بعضی از لندفیل ها پس از پوشاندن سطح سلولها ، یک لایه 2 فوتی از ماده ای که قابلیت رشد و نمو گیاه داشته ‏باشد روی سطح پوشش قرار می دهند. اغلب لندفیل های موجود از ترکیب دو روش فوق استفاده می کنند. ‏بدین ترتیب که ابتدا زباله درون کانالهای از پیش حفر شده دفن می شود و پس از پر شدن آنها زباله بر روی سطح ‏کانال پهن می شود (4). 

    تجربه نشان می دهد معمولاً 1000 تا 1200 پوند زباله شهری نیاز به فضای در حدود 1 یارد مکعب ‏‏(معادل 765/0متر مکعب) در لندفیل دارد. شرایط ایده آل فشرده کردن زباله تا دانسیته 1800 پوند بر یارد مکعب ‏و بیشتر انجام می گیرد. در مواردی که هیچگونه اندازه گیری جهت تعیین دانسیته زباله فشرده شده صورت نمی ‏گیرد، حجم مورد نیاز برای احداث یک لندفیل جدید با توجه به اطلاعات مربوط به لندفیل های قبلی که با همان ‏نوع زباله پر شده اند، تخمین زده می شود. در صورتی که هیچگونه اطلاعات آماری در دست نباشد ، ظرفیت ‏لندفیل بر اساس دانسیته زباله در حدود 1000 پوند بر یارد مکعب برآورد می شود. ‏ یکی از موارد مهم در طراحی لندفیل، ساختار دقیق گودال محل دفن زباله است که بایستی توسط طراح مشخص ‏شود . در نقشه اجرایی، محل و جهت کار ماشینهای خاک برداری و دیگر وسایل در گودال حفر شده معین می ‏گردد. در این راستا نکته هایی باید مدنظر قرار گیرد از جمله  گودبرداری و پرکردن گودال از پایین ترین نقطه سیستم جمع آوری آب زباله شروع شود تا علاوه بر ‏سهولت جریان آب زباله که بر اساس جاذبه زمین جمع می شود، آب زباله نیز از همان ابتدای ‏تشکیل لندفیل جمع آوری شود. ‏به منظور جمع آوری آب زباله، کف لندفیل باید دارای شیب 2 تا 5 درصد باشد. در طراحی لندفیل ‏شیب بندی با توجه به شیب طبیعی زمین صورت می گیرد تا هزینه خاک برداری به حداقل مقدار خود ‏برسد. ‏شیب دیواره های جانبی لندفیل به صورت 3 به 1 (افقی به عمودی) و در برخی موارد با شیب کمتر ‏اجرا می شود. ‏برای مینیمم شدن مقدار تماس آب زباله یا زباله های دفن شده، کل لندفیل به صورت سلولهایی که با ‏برآمدگی و یا تغییر جهت شیب کف از یکدیگر جدا شده اند، طراحی می گردد . ‏در مورد پوشش نهایی (پوشش روی لندفیل) بایستی مواردی رعایت شود. یک لایه خاک با ضخامت حداقل 18 اینچ که نفوذپذیری آن کمتر از ‏سانتیمتر بر ثانیه باشد، ‏باید بر روی زباله تشکیل شود. ‏یک لایه خاک با ضخامت حداقل 6 اینچ جهت جلوگیری از سایش خاک و احیاناً برای رویش گیاه بر ‏روی لایه قبلی قرار گیرد که پوشش نهایی را تشکیل می دهد. ‏طراحی پوشش نهایی بر اساس شرایط خاص هر لندفیل صورت می گیرد. ‏به منظور حداقل شدن فرسایش خاک روی پوشش نهایی لندفیل ، باید شیب بندی را بر اساس شیب ‏طبیعی منطقه انجام داد که معمولاً شیب 2 درصد بر روی سطح لندفیل مطلوب است. در مورد نحوه دفن زباله ها، موردی که بر روی آن در بین اغلب لندفیل های دنیا توافق نظر وجود دارد، آن ‏است که زباله به صورت روزانه کف لندفیل پخش شده و سپس به وسیله دستگاههای سنگین مانند بولدوزر کاملاً ‏فشرده شود تا فضلی خالی بین آنها کاملاً از بین برود. در انتهای هر روز کاری، یک لایه خاک بر روی آنها ریخته ‏شود که معمولاً ضخامت این لایه به گونه ای است که از پخش شدن احتمالی زباله به وسیه باد و یا حیوانات ‏جلوگیری شود ( که البته این روش دفن کلی زباله می باشد و روشها به قسمتهای زیادی مانند روش سراشیبی، ‏روش ترانشه ای، روش دره ای، روش سطحی، روش ساحلی و روش مردابی تقسیم می گردد که توضیح آنها از ‏حوصله این بحث خارج می باشد) البته تحقیقات نشان می دهند افزودن لجن فاضلاب شهری یا پسمانده فرآورده ‏های کشاورزی به درون لندفیل باعث افزایش میزان گاز تولیدی می گردد. به علاوه جداسازی فلزات محتوی ‏زباله شهری و نیز کاهش ضخامت لایه خاک میان زباله های درون لندفیل به افزایش تولید گاز کمک می کند . معمولا چاهک های استخراج به قطر 12 تا 36 اینچ حفر می شوند. در میان انواع لوله های مورد ‏استفاده برای جمع آوری گاز لندفیل از میان جنس های مختلف مانند پلی اتیلن، PVC و فایبرگلاس در ‏بیشتر موقع از لوله های پلی اتیلن استفاده می شود. البته در برخی از لندفیل ها که دما گاهی تا 160 درجه ‏فارنهایت بالا می رود، از لوله های با جنس فایبرگلاس استفاده می گردد. همچنین لازم است دوسوم طول انتهای ‏لوله های استخراج با سوراخهای با قطر یک دوم اینچ به فاصله 6 اینچ و با زاویه 90 درجه نسبت به یکدیگر ‏سوراخ کاری شود. ‏نکته ای که در سیستم جمع آوری گاز باید در نظر گرفته شود، فاصله مطلوب میان چاهک های استخراج است. ‏معمولاً فاصله چاهک ها در سیستم جمع آوری غیرفعال حدود 30 تا 100 متر است(5 و 8).

     

    Abstract

     

    OPERATION OPTIMIZATION OF HYDROGEN SULFIDE ABSORPTION BIOFILTER FROM LANDFILL GAS

     

     

     

    Landfill biogas is a new and sustainable source of energy which includes methane, carbon dioxide, hydrogen sulfide and etc. Hydrogen sulfide is an odorous, colorless, toxic, corrosive and flammable gas. It is the main problem for using biogas energy. In addition, hydrogen sulfide has corrosion effect. Corrosion resistant devices are very expensive; therefore, reducing hydrogen sulfide from biogas is necessary for using this sustainable source of energy. Hydrogen sulfide can be reduced from biogas by physical, chemical, and biological processes. Physical and chemical processes such as scrubbing, activated carbon adsorption and chemical and thermal oxidation are convenient ways of reducing hydrogen sulfide from biogas but they are very expensive. On the contrary, direct changing of hydrogen sulfide to elemental sulfide, lowering energy consumption, preventing formation of hazardous by-products, lowering capital and operational costs and production of biomass are the most advantages of biological processes. In this study, performance of reducing hydrogen sulfide biofilter is investigated by a column with 200 cm height and 15cm diameter from Plexiglas with four sets of packing in series. Each packing medium contains vermicompost and seashell. Performance of hydrogen sulfide reducing biofilter is about 97% under field test operational conditions. Performance optimization of biofilter includes setting up pilot plant biofilter in landfill of shiraz, plugging in biofilter column to biogas well, providing steady-state operational condition for biofilter, observing effect of hydrogen sulfide concentration on biofilter performance and obtaining  each packing reduction performance separately, using low-cost and easy-to-use new medium for bacterial growth. In-line compressor between biogas well and biofilter column is used to satisfy the real conditions of pressure and flow in landfill pipe-lines. In addition, a pump for water circulation in biofilter to provide enough moisture for growth and living of microorganisms and a valve to control moisture of packing are used. Moreover, new microorganisms by pouring their containing solution in the circulation reservoir are added. Injecting microorganisms to each packing in a new, easy, and successful way, investigating flocculation of hydrogen sulfide concentration in biogas well and in the generator inlet pipe are the others carried out. This study has shown that the optimized pilot can be used in real conditions of landfill.

     

    Keywords: Biofilter, Hydrogen sulfide, Landfill gas, Thiobacillius bacteria, Vermicompost

     

  • فهرست و منابع پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه

    فهرست:

    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 اندازه­گیری.................................................................................................... 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                              ...............................................................................................................................................................................................                         ...............................................................................................................................................................................            

     

    منبع:

     

    1-Hea, R. Xiaa, F. F. Baia, Y. Wanga, J. Shenc, D. S. (2012). Mechanism of H2S removal during landfill stabilization in waste biocover soil, an alternative landfill cover. Journal of Hazardous Materials, 217– 218, 67– 75.

     

    2-History of waste and recycling information sheet. http://www.wasteonline.org.uk/resources/informationsheets/historyofwaste.htm. (2012)

     

    3-How Landfill Work. http://science.howstuffworks.com/environmental/green-science/landfill.htm. (2012)

     

    عبادی، خ. (1390) .حذف بیولوژیکی سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه. پایان نامه ارشد دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز.

     

    5-

     

    عمرانی، ق.  حقیقت، ک.  محسنی، ن.( 1386). بررسی وضعیت استحصال گاز متان از لندفیل زباله برمشور شهر شیراز. دهمین همایش ملی بهداشت محیط. همدان.

     

    7-Devinny, S. (2005). A phenomenological review of biofilter models. Chemical Engineering Journal, 113, 187–196.

     

    سیفی، ع. (1377). حذف سولفید هیدروژن با روش بیوفیلتراسیون. پایان نامه دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

     

    الیاسی، س. (1376) .بررسی رفع آلودگی هوای صنعتی به روش بیوفیلتر. پایان نامه دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

     

    10-Landfills. www.scdhec.gov/recycle. (2012)

     

    میرزااسماعیلی، ن. (1388). فن آوری های تولید بیوگاز در ایران و جهان. سومین همایش و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست، تهران.

     

     

    12-

    http://www.eshiraz.ir/bazyaft/fa/dafnebehdashti.(2012)

     

    13-Landfill Sites. http://www.habmigern2003.info/biogas/Landfill-sites.html. (2012)

     

     

    14-Landfill Gas Primer. http://www.atsdr.cdc.gov/hac/landfill/html/intro.html. (2012)

     

    15-Zietsman, J. Bari M. E. Rand, A. J. Gokhale, B. Dominique, C. Kumar, S. (2012). Feasibility of Landfill Gas as a Liquefied Natural Gas Fuel Source for Refuse Trucks. Journal of the Air and Waste Management Association, 58(5), 613-619.

     

    16-Syed, M. (2006). Removal of hydrogen sulfide from gas streams using biological processes - A review. Canadian Biosystems Engineering, 48, (2), 1-14.

     

    17-Amirfakhri, J. (2006). Assessment of desulfurization of natural gas by chemoautotrophicbacteria in an anaerobic baffled reactor (ABR). Chemical Engineering and Processing, 45, 232–237.

     

    18-Maredia, S. (2005). A comparison of biofilters, biotrickling filters and membrane bioreactors for degrading volatile organic compounds. Basic Biothecnology Journal, 445, 1-5.

     

    19-Gonzalez-Sanchez, A. Revah, S. Deshusses, M.A. (2008). Alkaline biofiltration of H2S odors. Environmental Science and Technology, 42, 7398–7404.

     

    20-Kennes, C. (1998). Waste Gas Biotreatment Technology. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 72, 303-319.

     

    21-Hirai, M. 2001. Comparison of the biological H2S removal characteristics among four inorganic packing materials. Journal of Bioscience and Bioengineering, 91, (4), 396-402.

     

    22-Chemotroph. http://en.wikipedia.org/wiki/. (2011)

     

    23-Devinny, S. (1995). Modeling removal of air contaminants by biofiltration. Journal of Environmental Engineering, 121(1), 21-32.

     

    مهرآرا، ف. طلایی، م. ر.  اسداللهی، م. (1389) .مدل سازی ریاضی عملکرد بیوفیلترها برای حذف سولفید هیدروژن از گاز.

     

    25-Spigno, G. (2004). Cristiano Nicolella Mathematical modelling and simulation of phenol degradation in biofilters. Biochemical Engineering Journal, 19, 267–275.

     

    26-Oever, S. (1983). Kinetics of organic compound removal from waste gases with a biological filter. Biotechnology and Bioengineering, 25, 3089-3102.

     

    27-Ottengraf, S. P. P.  (1986). Exhoust gas purification. In Biotechnology, Reed, H. J. R. Ed. Germany, 425-452.

     

    28-Zarook, S. M. (1997). Analysis and comparison of biofilter models. The Chemical Engineering Journal, 65, 55-61.

     

    29- (1995). Modeling removal of air contaminants by biofiltration. Journal of Environment and Engineering, 121(1), 21–32.

     

    30-Li, H. (2002). Optimization of biofiltration for odor control: model development and parameter sensitivity. Water Environment Research, 74(1), 5-16.

     

    31-Williamson, K. McCarty, P. L. (1976). A model of substrate utilization by bacterial films. Water Pollution Control Federation, 48(1), 9-24.

     

    32-Deshusses, M. A. Irving, G. H. Dunn, J. (1995). Behavior of biofilters for waste air biotreatment 1: dynamic model development. Environmental Science and Technology, 29(4), 1048-1058.

     

    33-Swanson, W. J. (1997). Biofiltration: fundamentals, design and operations principles, and applications. Journal of Environmental Engineering, 123(6), 538-546.

     

    مسعودی نژاد. م. (1386) .حذف هیدروژن سولفوره توسط بیوفیلتر حاوی باکتری تیوباسیلوس تیوپاروس در بستری از گوش ماهی. دهمین همایش ملی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی همدان.

     

    35-Sublette c, K. L. (1987). Oxidation of hydrogen sulfide by Thiobacillus denitrificans DesuIfurization of Natural Gas. Biotechnology and Bioengineering, XXIX, 249-257.

     

    36-Sublette b, K. L. (1987). Aerobic oxidation of hydrogen sulfide by Thiobacillus denitrificans. Biotechnology and Bioengineering, XXIX, 690-695.

     

    37-Sublette a, K. L. (1987). Oxidation of hydrogen sulfide by continuous cultures of Thiobacillus denitrificans Biotechnology and Bioengineering, XXIX, 753-758.

     

    38-Chunga, Y. C. (1996). Microbial oxidation of hydrogen sulfide with biofilter. Journal of Environmental Science and Health, 31, (6), 1263-1278.

     

    39-Chungb, Y. C. (1996). Operation optimization of Thiobacillus thioparus CHl biofilter for hydrogen sulfide removal. Journal of Biotechnology, 52, 31-38.

     

    40-Chung, Y. C. Li, C. F. (1997). Removal characteristics of H2S by Thiobacillus novellus CH 3 biofilter in autotrophic and mixotrophic environments. Journal of Environmental Science and Health, 32(5), 1435-1450.

     

    41-Chung, Y. C. Tseng, C. P. (2001). Biological elimination of H2S and NH3 from wastegases by biofilter packed with immobilized heterotrophic bacteria. Chemosphere, 43, 1043-1050.

     

    42-Cho, K. S. (2000). Biological deodorization of hydrogen sulfide using Porous lava as a Carrier of Thiobacillus thiooxidans. Journal of Bioscience and Bioengineering, 90(1), 25-31.

     

    43-Shareefdeen, Z. Herner, B. Wilson, S. (2002). Biofiltration of nuisance sulfur gaseous odors from a meat rendering plant. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 77, 1296-1299.

     

    44-Shareefdeen, Z. (2003). Hydrogen sulfide (H2S) removal in synthetic media biofilters. Environmental Progress, 22(3), 207-213.

     

    45-Shareefdeen, Z. M. (2010). Hydrogen sulphide removal using a novel biofilter media. World Academy of Science, Engineering and Technology, 62, 13-16.

     

    46-Elias, A. (2002). Evaluation of a packing material for the biodegradation of H2S and product analysis. Process Biochemistry, 37, 813–820.

     

    47-Oyarzun, P. (2003). Biofiltration of high concentration of hydrogen sulphide using Thiobacillus thioparus. Process Biochemistry, 39, 165-170.

     

    48-Sagastume, J. M. (2003). Changes in physical properties of a compost biofilter treating hydrogen sulfide. Air & Waste Management Association, 53, 1011–1021.

     

    49-Sagastume, J. M. (2006). Hydrogen sulfide removal by compost biofiltration: Effect of mixing the filter media on operational factors. Bioresource Technology, 97, 1546–1553.

     

    50-Ma, Y. L. Zhao J. L. (2006). Removal of H2S by Thiobacillus denitrificans immobilized on different matrices. Bioresource Technology, 97, 2041-2046.

     

    51-Sercu, B. Van Langenhove, H. Aroca, G. Verstraete, W. (2005). Operational and microbiological aspects of a bioaugmented two-stage biotrickling filter removing hydrogen sulfide and dimethyl sulfide. Biotechnology and Bioengineering, 90(2), 259-269.

     

    52-Soreanu, G. Al-Jamal, M. Beland, M. (2005). Biogas treatment using an anaerobic biosystem. In 3rd Canadian Organic Residuals and Biosolids Management Conference, Canada, pp 502-513.

     

    53-Lee, E. Y. (2006). Removal of hydrogen sulfide by sulfate-resistant Acidithiobacillus thiooxidans AZ11. Journal of Bioscience and Bioengineering, 101(4), 309–314.

     

    54-Aroca, G. (2007). Comparison on the removal of hydrogen sulfide in biotrickling filters inoculated with Thiobacillus thioparus and Acidithiobacillus thiooxidans. Electronic Journal of Biotechnology, 10, 514-520.

     

    55-Hossain, D. S. M. (2009). Biodesulphurization of natural gas in a three-phase fluidized-bed bioreactor using Thiobacillus dentrificans, 90, 5-9.

     

    56-Namini, M. T. (2008). Removal of H2S from synthetic waste gas streams using a biotrickling filter. Iranian Journal of Chemical Engineering, 5(3), 40-51.

     

    Abatzoglou, N. Boivin, S. (2008). A review of biogas purification processes. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 3, 42-71.

     



تحقیق در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, مقاله در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, پروپوزال در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, تز دکترا در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, پروژه درباره پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, گزارش سمینار در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه, رساله دکترا در مورد پایان نامه بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس