شبيه سازي فرايند لجن فعال جهت بهبود عملكرد و ارتقا تصفيه‌خانه فاضلاب شهرك صنعتي مورچه‌خورت

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

مديريت و تصفيه فاضلاب‌هاي صنعتي به‌دليل غلظت بالاي آلاينده‌ها و ضرورت استفاده مجدد از پساب براي جبران كمبود منابع آب، به يكي از چالش‌هاي اساسي در شهرك‌هاي صنعتي تبديل شده است. در اين ميان، تصفيه‌خانه‌هاي فاضلاب صنعتي نقش كليدي در كاهش اثرات زيست‌محيطي، ارتقاي كيفيت پساب و فراهم‌سازي امكان بهره‌برداري مجدد ايمن از آن ايفا مي‌كنند. مدل‌سازي مي‌تواند ابزاري مؤثر در ارزيابي و راهبري موثر عملكرد تصفيه‌خانه‌ها باشد. در اين پژوهش، مدول دوم تصفيه‌خانه فاضلاب شهرك صنعتي مورچه‌خورت كه بر پايه فرآيند لجن فعال بهره‌برداري مي‌شود و شامل واحدهاي بي‌هوازي از نوع UABR و UAFB و نيز بخش هوادهي با فرايندهاي MBBR و هوادهي گسترده است، با استفاده از نرم‌افزار GPS-X مدل‌سازي و با استفاده از مدل MANTIS2 شبيه‌سازي شده است سپس فرآيند واسنجي و صحت‌سنجي مدل انجام شده است تا امكان بررسي سناريوهاي گوناگون طراحي و بهره‌برداري به‌منظور ارزيابي دستيابي به كيفيت استاندارد پساب براي آبياري فضاي سبز، فراهم شود. داده‌هاي واقعي تصفيه‌خانه شامل مشخصات فاضلاب ورودي، ابعاد و مشخصات فرايندي واحدهاي موجود در تصفيه‌خانه براي ساخت مدل پايه مورد استفاده قرار گرفته است. در اين مرحله، پارامترهاي سينتيكي كليدي مانند نرخ هيدروليز، حداكثر نرخ رشد ميكروارگانيسم‌ها آناليز حساسيت شده تا موثرترين پارامترها جهت واسنجي انتخاب شود. در ادامه، با تنظيم پارامترهاي موثر، مدل واسنجي مي‌شود تا بهترين تطابق بين داده‌هاي شبيه‌سازي‌شده و واقعي حاصل شود. دقت مدل با شاخص‌هاي آماري ميانگين خطا نسبي (ARE)، جذر ميانگين مربعات خطا (RMSE) و ضريب نش–ساتكليف (R²) مورد ارزيابي قرار گرفت. سپس، مدل با استفاده از داده‌هاي مستقل صحت‌سنجي شد كه اعتمادپذيري مدل را در پيش‌بيني رفتار تصفيه‌خانه تأييد كرد. در ادامه، براي راهبري موثر تصفيه‌خانه و اطمينان از دستيابي به كيفيت استاندارد پساب در شرايط خاص عملياتي، چهار سناريوي بهره‌برداري/طراحي تحليل شد: (1) بررسي تاثير pH فاضلاب ورودي در شرايط اسيدي(5.5pH=) و قليايي(10pH=). (2) بررسي تاثير وجود رنگ در فاضلاب ورودي و كاربرد فرآيند انعقاد و لخته‌سازي جهت حذف رنگ. (3) بررسي پاسخ سيستم به شوك هيدروليكي، شوك آلي و شوك هيدروليكي و آلي به ضورت همزمان. (4) وجود چربي و روغن در ورودي. نتايج شبيه‌سازي نشان داد كه تغيير pH در محدوده اسيدي و قليايي موجب افت محسوس فعاليت زيستي ميكروارگانيسم‌ها، كاهش راندمان تجزيه بيولوژيكي و در نتيجه افزايش غلظت‌هاي COD، BOD و TSS در پساب خروجي مي‌شود. در مقابل، عملكرد سيستم در pH نزديك به محدوده بهينه زيستي پايدارتر بوده و كيفيت پساب خروجي بهبود مي‌يابد. در سناريوي حضور رنگ، نتايج بيانگر آن است كه رنگ‌ها عمدتاً ماهيت ديرتجزيه‌پذير داشته و باعث افزايش COD خروجي و كاهش نسبت BOD/COD مي‌شوند. بررسي فرآيند انعقاد و لخته‌سازي نشان داد كه كلريد فريك با دوز حدود(g/m³)30 بازده بالاتري در حذف COD ايجاد مي‌كند، در حالي كه سولفات آلومينيوم به‌دليل هزينه كمتر، در دوزهاي بالاتر از نظر اقتصادي مقرون‌به‌صرفه‌تر است؛ بنابراين انتخاب منعقدكننده نيازمند موازنه ميان كارايي حذف، هزينه بهره‌برداري و ملاحظات زيست‌محيطي است. در سناريوي بررسي ظرفيت تصفيه‌خانه، نتايج نشان داد كه افزايش 3 برابري دبي ورودي، افزايش 3 برابري غلظت COD ورودي و افزايش تقريبا 2 برابري بار آلي موجب خروج غلظت‌هاي COD، BOD و TSS از محدوده استاندارد در 7-3 روز اول، مي‌شود. با اين حال، تنظيم پارامترهاي بهره‌برداري از جمله افزايش دبي لجن( m3/d2000 RAS= يا m3/d1000 RAS= ) برگشتي و كاهش دبي لجن دفعي(m3/d50 WAS=) توانست تا حدي پايداري سيستم را بهبود داده و زمان رسيدن به شرايط بحراني را به تأخير اندازد. در سناريوي وجود چربي، نتايج نشان داد كه حذف چربي و روغن از فاضلاب ورودي با استفاده از واحد DAF به‌طور ميانگين موجب كاهش حدود40-30% COD، BOD ،TSS و TN شده است. جمع‌بندي نتايج نشان مي‌دهد مدل توسعه‌يافته در GPS-X قادر به بازتوليد رفتار واقعي سامانه است و براي تحليل و طراحي سناريوهاي توسعه آينده مناسب است. با به‌كارگيري روش مدل‌سازي و شبيه‌سازي، مي‌توان بدون انجام آزمايش‌هاي پرهزينه و زمان‌بر، عملكرد سيستم را در شرايط مختلف بررسي و مشكلات پيش‌رو را پيش‌بيني كرد.

237714

مهندسي محيط زيست

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان