فهرست:
فصل 1 1
مقدمه 1
1-1 مقدمه. 2
1-2 اهمیت تحقیق... 2
1-3 ضرورت تحقیق... 4
1-4 فرضیات تحقیق... 5
1-5 اهداف تحقیق... 6
1-6 ساختار پایان نامه. 6
فصل 2: مروری بر منابع 8
2-1 مقدمه. 9
2-2 تاریخچه و اهمیت تصفیه فاضلاب... 9
2-3 اهمیت جمعآوری فاضلاب... 10
2-4 شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 10
2-4-1 تاریخچه احداث... 10
2-5 انواع فاضلاب... 12
2-5-1 فاضلاب خانگی... 12
2-5-2 فاضلاب صنعتی... 12
2-5-3 فاضلاب‌های سطحی... 13
2-6 شبکه‌های جمعآوری فاضلاب و انواع آن.. 13
2-6-1 شبکه‌های بهداشتی فاضلاب... 14
2-6-2 شبکه‌های جمعآوری آب‌های سطحی... 15
2-6-3 شبکه‌های جمعآوری مرکب.... 15
2-6-4 شبکه‌های جمعآوری جایگزین... 16
2-6-4-1 شبکه‌های جمعآوری ثقلی با قطر کوچک..... 16
2-6-5 انواع روشهای مورد استفاده جهت بررسی فرآیندهای شبکه جمعآوری فاضلاب 17
2-6-5-1 آنالیزهای آزمایشگاهی در رآکتورهای کوچک..... 17
2-6-5-2 طرح‌های پایلوتی آزمایشگاهی... 19
2-6-5-3 مطالعات میدانی... 19
2-7 تغییرات کیفی فاضلاب هنگام انتقال.. 20
2-7-1 تصفیه فاضلاب در مجاورت باکتری‌های هوازی... 21
2-7-1-2 انواع واکنش‌های شبکه‌های جمعآوری ثقلی تحت شرایط هوازی... 21
2-7-2 تجزیه مواد آلی فاضلاب تحت شرایط بی‌هوازی... 22
2-7-2-1 نحوه تشکیل گاز H2S در فاضلاب... 22
2-7-2-2 عوامل موثر در تولید گاز هیدروژن سولفید.. 23
2-7-3 جلوگیری از انتشار شرایط بی‌هوازی در شبکه‌های متعارف جمعآوری فاضلاب 25
2-7-4 تاثیر اکسیژن در کنترل شرایط بی‌هوازی... 25
2-8 تاثیر نیترات در کنترل شرایط بی‌هوازی... 26
2-9 ویژگی‌های شبکه جمعآوری موثر بر تبدیلات بیولوژیکی... 27
2-10 عوامل موثر بر نرخ تصفیه فاضلاب در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 30
2-10-1 نسبت F/M... 30
2-10-2 زمان ماند هیدرولیکی... 31
2-10-3 قطر شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 31
2-11 استفاده از شبکه‌های جمعآوری به عنوان تاسیسات پیش تصفیه. 31
2-12 روشهای ارزیابی تغییرات کیفیت فاضلاب هنگام انتقال در شبکه‌های جمعآوری 33
2-12-1 حذف COD، BODوDOC در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 34
2-12-2 حذف ذرات معلق و مواد آلی محلول در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 38
2-12-3 حذف اکسیژن محلول در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 40
2-12-4 حذف نیترات در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 40
2-13 الحاق بایوفیلم به جداره‌ی داخلی فاضلاب‌روها 42
2-14 مدلهای حذف در شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 44
2-14-2 انتقال هوا 44
2-14-3 رشد بایومس هتروتروفیک..... 45
2-14-3-1 رشد بایومس معلق... 45
2-14-3-2 انرژی مورد نیاز جهت نگهداری بایومس معلق... 45
2-14-3-3 رشد بایوفیلم.. 46
2-14-4 هیدرولیز. 46
2-14-4-2 ماتریس واکنش‌ها 47
2-15 نتیجه‌گیری مطالعات انجام شده. 49
فصل 3: روش تحقیق 50
3-1 مقدمه. 51
3-2 مطالعات شبکه‌های جمعآوری فاضلاب... 51
3-3 جزییات ساخت پایلوت... 51
3-3-1 انتخاب روش مناسب جهت ساخت پایلوت... 51
3-3-2 انتخاب شرایط حاکم بر فرآیندهای حذف در شبکه جمعآوری... 52
3-4 روابط هیدرولیکی مورد استفاده. 52
3-4-1 رابطه پیوستگی... 52
3-4-2 رابطه جریان.. 53
3-4-2-1 رابطه تجربی مانینگ-استریکلر. 53
3-5 شبیه سازی شبکه‌های متعارف جمعآوری فاضلاب و قطر کوچک..... 54
3-5-1 چگونگی افزایش MLSS درپایلوت... 54
3-6 ساخت پایلوت آزمایشگاهی... 55
3-6-2 انتخاب مصالح... 56
3-6-2-1 قطر و نوع لوله‌ها 56
3-6-2-2 پمپ‌ها 58
3-6-2-3 دیفیوزر. 60
3-6-2-4 مخازن نگهداری... 61
3-6-2-5 سطح شیبدار. 61
3-6-2-6 توری‌ها 62
3-6-2-7 فاضلاب مصنوعی... 63
3-6-2-8 لجن فعال.. 64
3-7 ساخت پایلوت آزمایشگاهی... 64
3-8 راهاندازی پایلوت آزمایشگاهی... 65
3-8-1 محاسبه دبی جریان.. 66
3-8-2 اندازه‌گیری رشد بایوفیلم.. 66
3-8-3 میزان فعالیت بایوفیلم.. 67
3-9 آزمایش‌ها 67
3-9-1 مواد معلق... 67
3-9-1-1 تعیین کل جامدات معلق خشک شده در 103 تا 105 درجه سانتی‌گراد 68
3-9-2 تعیین کل جامدات محلول خشک شده در 180 درجه سانتی‌گراد. 69
3-9-2-1 دستگاه‌ها و وسایل.. 70
3-9-2-2 روش انجام آزمایش..... 70
3-9-3 تعیین جامدات ثابت و فرار سوزانده شده در دمای 550 درجه سانتی‌گراد 71
3-9-3-1 دستگاه‌ها 71
3-9-3-2 روش انجام آزمایش..... 71
3-9-4 آزمایش‌های مربوط به حذف مواد آلی فاضلاب... 72
3-9-4-1 آزمایش BOD5 72
3-9-4-2 آزمایش COD.. 72
3-9-4-3 اندازه‌گیری COD به روش تیتراسیون.. 73
3-9-4-4 اندازه‌گیری COD به روش اسپکتوفتومتری... 74
3-9-4-5 آزمایش اندازه‌گیری اکسیژن محلول.. 75
3-9-4-6 اندازه گیری نیتروژن آمونیاکی... 75
3-9-4-7 اندازه گیری نیتروژن نیترات... 75
3-9-4-8 اندازه‌گیری دمای فاضلاب... 76
3-9-4-9 اندازه گیری PH.. 76
فصل 4: نتایج و تفسیر آنها 77
4-1 مقدمه. 78
4-2 عملکرد توری‌ها جهت رشد الحاقی... 78
4-3 بررسی تاثیر بالا بردن زبری در سرعت جریان.. 79
4-3-1 زبری جریان در حالت اولیه(قبل از الحاق توری) 79
4-3-2 زبری لوله‌ها پس از الحاق توری... 80
4-4 تشکیل بایوفیلم بر روی پلاستیک مشبک..... 80
4-4-1 اندازه‌گیری ضخامت بایوفیلم تشکیل شده. 80
4-4-2 ساختار بایوفیلم تشکیل شده. 82
4-5 نرخ مصرف اکسیژن.. 83
4-6 حذف مواد آلی... 84
4-6-1تغییرات غلظت COD.. 84
4-6-1-1 آزمایش COD پس از گذشت یک هفته از زمان شروع.. 84
4-6-1-2 آزمایش COD پس از گذشت دو هفته از زمان شروع.. 85
4-6-1-3 آزمایش COD پس از گذشت سه هفته از زمان شروع.. 85
4-6-2 تغییرات غلظت BOD5 طی دوره بهره‌برداری از پایلوت... 87
4-6-2-1 تغییرات BOD5 در سرعت 15/0 و 25/0 متر بر ثانیه 87
4-6-3 آزمایش BOD5 و COD در سرعت 75/0 بر ثانیه.... 88
4-6-4 حذف‌‌‌ترکیبات نیتروژنی... 89
4-6-4-2 نیتروژن کل.. 91
4-6-4-3 غلظت N-NH3 و N-NO3 91
4-6-4-4 مواد معلق... 92
فصل 5 94
جمع‌بندی و پیشنهادها 94
فصل 5: 95
5-1 نتیجه‌گیری... 95
5-1-1 پیشنهادات... 96
مراجع 97
منبع:
[1] Boon, A.G. and Lister, A.R,”Formation of sulphide in rising main sewers and its prevention by injection of oxygen.”Prog. Water Tech., 7 (2), 289–300.1975.
[2] Raunkjaer K, Hvitved-Jacobsen T, Nielsen PH, “Transformation of organic matter in a gravity sewer.” Water.Env. Res, 67(2), 181-188. 1995.
[3] Chen, G.H. Leung, D.H.W. and Hung, J.C, “Removal of dissolved organic carbon in sanitary gravity sewer.”J. Environ. Eng, 127 1–7.2001.
[4] Nielsen, A.H., Vollertsen, J., Jensen, H.S., Wium-Andersen, T., Hvitved-Jacobsen, T; “Influence of pipe material and surfaces on sulfide related odor and corrosion in sewers,” Water Res. 42, 4206-4214. 2008.
[5] Ozer, A, and Kasirga, E, “Substrate removal in long sewer lines.”Wat.Sci.Tech, 31(7), 213-8. 1995.
[6] Raunkjaer, K. Hvitved-Jacobsen, T. and Nielsen, PH., “Transformation of organic matter in a gravity sewer.” Wat.Env. Res, 67(2), 181-188.1995.
[7]
[8] Hvitved-Jacobsen, T., Vollertsen, J., Nielsen, A.H., 2013; Sewer Processes: Microbial and Chemical Process Engineering of Sewer Networks. CRC Press, Boca Raton.
[9]Decentralized Systems Technology Fact Sheet Small Diameter Gravity Sewers, Office of Water Washington, D.C EPA 832-F-00-038 September 2000
[10] Gasperi, J; Gromaire, MC; Moilleron, R.; “Contributions of wastewater, runoff and sewer deposit erosion to wet weather pollutant loads in combined sewer systems.” water res 44. 5875-5886, 2010.
[11]Adem O.; and Ersin K.; substrate Removal in Long Sewer Lines.”WOl. Sci. Tech. Vol. 31. No.7, pp. 213-218, 1995.
[12]Yongsiri, C., Hvitved-Jacobsen, T., Vollertsen, J., Tanaka, N. Introducing the emission process of hydrogen sulfide to a sewer process model (WATS).” Water Sci. Tech. 47, 85-92. 2003.
[13] Ganigue, R., Gutierrez, O., Rootsey, R., Yuan, Z., Chemical dosing for sulfide control in Australia: an industry survey.” Water Res. 45, 6564-6574. 2011.
[14] Nielsen, P.H., Hvitved-Jacobsen, T., “Effect of sulfate and organic matter on the hydrogen sulfide formation in biofilms offilled sanitary sewers.” J. Water Pollut. Control Fed., 627-634. 1988.
[15] Ganigue, R., Gutierrez, O., Rootsey, R., Yuan, Z., “Chemical dosing for sulfide control in Australia: an industry survey.” Water Res. 45, 6564-6574. 2011.
[16] Kyoohong, P; Hongsik, Lee; Shaun, Phelan. “Mitigation strategies of hydrogen sulphide emission in sewernetworkseA review.” International Biodet & Biodeg, 1-11, 2014.
[17] US EPA, “Hydrogen Sulphide Corrosion in Wastewater Collection and Treatment System.” US Environmental Protection Agency, Washington. 1991.
[18] Zhang, L., De Schryver, P., De Gusseme, B., De Muynck, W., Boon, N., Verstraete, W., “Chemical and biological technologies for hydrogen sulfide emission control in sewer systems: a review.” Water Res. 42, 1-12. 2008.
[19] Guangming Jiang, Keshab Raj Sharma, Albert Guisasol Jurg Keller, Zhiguo Yuan. “Sulfur transformation in rising main sewers receiving nitrate dosage.” water res 43, 4430–4440. 2009.
[20] Yanchen Liu.Chen Wu Xiaohong Zhou. David Z. Zhu. Hanchang Shi. “Sulfide elimination by intermittent nitrate dosing in 2 sewer sediments.” environmental sci, 2014.
[21] Guangming J, Oriol G, Zhiguo Y. “The strong biocidal effect of free nitrous acid on anaerobic sewer biofilms.” water res. 45, 3735-3743, 2011.
[22] Robert T. Bachmann Adrian J. Saulb Robert G.J. Edyvean. “Investigating and modelling the development of septic sewage in filled sewers under static conditions: A lab-scale feasibility study.” Sci of the Total Env.388, 194–205, 2007.
[23] Jacco L. Huisman, Thomas Gasser, Claudio Gienal, Matthias K. uhni, Peter Krebs Willi Gujer. “Quantification of oxygen fluxes in a long gravity sewer.” Water Res, 38, 1237–1247, 2004.
[24] Williams J.B, Clarkson C, Mant C. “Fat, oil and grease deposits in sewers: Characterisation of deposits and formation mechanisms.” water res.46, 6319-6328, 2012.
[25] Ahmet Baban, Ilhan Talinli. “Modeling of organic matter removal and nitrification in sewer systems — an approach to wastewater treatment.” Desalination, 246, 640–647, 2009.
[26] Boon AG, Skellett CF, Newcombe S,Jones JG, Forster CF., “The Use of oxygen to treat sewage in a rising main.” Wat. Pollut Control, 98, 112, 1977.
[27] Nielsen PH, Raunkjaer K, Norsker NH, Jensen N, Hvitved-Jacobsen. “Transformation of wastewater in sewer systems, a review.”Wat.Sci.Tech, 25(6), 17-31, 1992.
[28] Yasunori Tanji, Rie Sakai, Kazuhiko Miyanaga, Hajime Unno. “Estimation of the self-purification capacity of biofilm formed in domestic sewer pipes.” Biochem Engineering, 31, 96–101. 2006.
[29] M.C. Almedia, D. Bulter, J.S. Matos. “In-sewer biodegradation study at the Coasta do Estroil interceptor system.” Urban Water 2 327-334.2000.
[30] M. GREEN, G. SHELEE and A. “Using the sewerage system main conduits for biological treatment.” Water Res.Vol. 19. No.8, pp. 1023-1028. 1985.
[31] Bulbul Ahmed. Sewer Collection System Bioaugmentation Reduces Energy. “Use in Wastewater Treatment Plants.” In-Pipe Tech, Inc.2005.
[32] RaunkjaerK, Hvitved-JacobsenT, NielsenPH. “Transformation of organic matter in a gravity sewer.”Wat.Env. Res, 67(2):181-188. 1995.
[33] Feng Jiang, Derek Hoi-wai Leung, Shiyu Li, Guang-Hao Chen, Satoshi Okabe,Mark.M. an Loosdrecht. “A biofilm model for prediction of pollutant transformation in sewers.” water res 43, 3187–3198. 2009.
[34] P.S. CalabròG. Mannin, G. Viviani. “Sewer as a biological reactor: mathematical modelling asaid for sewer design issues.” 11th International Conference on Urban Drainage, Edinburgh, Scotland, UK, 2000.
[35] Pierre Servias M, Josette Garnier, Suoolt “organic matter and bacteria to aquatic ecosystems through wastewater effulent.” Wat. Res.Vol. 33, No. 16, pp. 3521-3531, 1999.
[36] Xia he, Francis L. de los Reyes, Michael L. Ducoste J. “Mechanisms of Fat, Oil and Grease (FOG) depositformation in sewer lines.” water res, 47, 4451-4459, 2013.
[37] Mahbuba Iasmin, Lisa O. Dean, Simon E. Lappi, Joel J. Ducoste. “Factors that influence properties of FOG deposits and their formation in sewer collection systems.” water res, 49, 92-102, 2014.
[38] Kamma Raunkjer, per halkjer and thorkild Hvited-Jacobsen, “Acetate removal in sewer biofilms under aerobic.” War. Res. Vol. 31, No. 11, pp. 2727 2736, 1997.
[39] Ralf Kaegi, Andreas Voegelin, Christoph Ort, Elisabeth Mueller. “Fate and transformation of silver nanoparticles in urban wastewater systems.” water res, 47, 3866-3877, 2013.
[40]
[41] Jacco L. Huisman, Thomas Gasser, Claudio Gienal, Matthias K. uhni, Peter Krebs, Willi Gujer. “Quantification of oxygen fluxes in a long gravity sewer.” Water Res 38, 1237–1247. 2004.
[42] Mokhtar Shaharuddin Suhaimi Abdul-Talib, “Nitrate and nitrite uptake rate in biofilm phase of municipal wastewater.” Faculty of Civil Eng.2002.
[43] Edalat. F. “Evaluation of the Denitrification Process in the Sewer Pipeline, Dalby-Lund, Sweden.” Water and Env Eng Dep of Chem Eng. 2008.
[44] S. Abdul-Talib, T. Hvitved-Jacobsen, J. Vollertsen and Z. Ujang. “Half saturation constants for nitrate and nitrite by in-sewer anoxic transformations of wastewater organic matter.”Water Sci and Tech. vol 46 no 9 pp 185-192, 2002.
[45] Vasileios L. Mathioudakis, Alexander Aivasidis. “Heterotrophic denitrification kinetics in a pressurized sewer biofilm reactor.” Desalination 248, 696–704. 2009.
[46] Michael D. Short, Alexander Daikeler, Gregory M. Kirsten Mann. “Municipal gravity sewers: An unrecognised source of nitrous oxide.” Sci of the Total Env 468–469 211–218, 2014.
[47] Ignatius Wahyu Marjaka, Kazuhiko Miyanaga, Katsutoshi Hori, Yasunori Tanji, Hajime Unno. “Augmentation of self-purification capacity of sewer pipe by immobilizing microbes on the pipe surface.” Biochem Eng 15, 69–75. 2003.
[48] Y. S. Cao and G. J. Alaerts. “Aerobic biodegradation and microbial population of a synthetic wastewater in a channel with suspended and attached.” Wal. Sci Tech. Vol. 31. No.7. pp. 181-189. 1995.
[49] Bjerre, H.L., Hvitved-lacobsen, T. Teichgraber, B. “Experimental procedures characterizing transfonnations of wastewater organic matter in the Emscher River.” Gennany. Wat.Sci. &Tech. 31(7).201-212. 1995.
[50] Bjerre, H.L., Hvitved-Jacobsen, T. Teichgraber, B. andSchlegel, S. “Modelling of aerobic wastewater transformations under sewer conditionsin the Emsche rriver.” Gennany, Env.Res. 1997.
[51] C. Fronteau, W. Bauwens and P.A. Vanrolleghem. “Integrated modeling: comparision of state variables, processes and parameters in sewer and wastewater treatment.” Dep of Applied Mathematics, (BIOMATH).2007.
[52] T.Hvitved-Jacobsen, .Vollertsenand P. H.Nielsen. “A processes and model concept for microbial wastewater transformation in gravity.” Wat Sci.Tech.Vol. 37. No.I, pp.233-241. 1998.
[53] Feng Jiang , Derek Hoi-wai Leung, Shiyu Li, Guang-Hao Chen, Satoshi Okabe, Mark C.M. van Loosdrecht. “A biofilm model for prediction of pollutant transformation in sewers.” water res 43, 3187–3198. 2009
[54] Guang-Hao Chen M. and Derek Ho-wai Leung. “Utilization of oxygen in a sanitary gravity.” Wat. Res.Vol. 34, No. 15, pp. 3813-3821, 2000
[55] T.Y. Pai, H.G. Leu, C.F. Chiang. “Simulating transformation of nitrogen components in sewer system when oxygen and flow velocity changed.” International Journal of Applied Sci and Eng. 6, 1, 1-9. 2008.
[56] T.Y. Pai, G.S. Shyu. L. Chen. “Modelling transportation and transformation of nitrogen compounds at different influent concentrations in sewer pipe.”Applied Mathematical Modelling 37, 1553–1563. 2013.
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Env Fed, 1999.