بخشی از مقاله
چکیده:
فاضلاب لبنی گرم و غلیظ بوده که این پارامترها و همچنین غلظت COD به طور عمده این نوع فاضلاب را به یک فاضلاب ایدهآل براي تصفیه بیهوازي تبدیل میکند. و از آنجایی که بیوگاز توسط باکتريهایی که موجب تجزیه، پوسیدن و شکسته شدن مواد آلی در شرایط بیهوازي - عدم حضور اکسیژن - میگردند، تولید میشود لذا تصفیهي بیهوازي فاضلاب لبنی تولید بیوگاز را به همراه دارد که در این تحقیق، از راکتور بافل-دار بیهوازي - ABR - براي هضم فاضلاب و تولید بیوگاز استفاده شد. فاضلاب لبنی بعد از تهنشینی اولیه براي حذف بخشی از مواد معلق به عنوان ورودي استفاده شد. راهاندازي راکتور - حجم 100 لیتر و سه محفظه - با رقیقسازي COD ورودي تا 2000 میلیگرم بر لیتر در مدت زمان 5 هفته با استفاده از لجن بذردهی حاصل از راکتور UASB تصفیهخانه لبنی کاله انجام شد. عملکرد راکتور در زمان ماند هیدرولیکی یک روز و در دماي Cْ38 و بارگذاري آلی 6 kgCOD/m3 . d با تولید بیوگاز به میزان 151/556 cc/l.d و کاهش COD به میزان %67 و نرخ تولید بیوگاز 0/294 m3/kgCOD به عنوان عملکرد بهینه در نظر گرفته شد.
واژههاي کلیدي: بیوگاز، راکتور بافلدار بیهوازي - ABR - ، فرآیند بیهوازي،COD
-1 مقدمه
تهدید جهانی کمبود سوخت در آینده نزدیک و تغییر شرایط جوي به خاطر انتشار گازهاي گلخانهاي، چالشهاي جدي را بهمراه داشته است.از اینرو یافتن راههایی براي تغییر شرایط کنونی ضروري است.[1] وقتی همه منابع نفتی که امروز از آن بهره میبریم مصرف شود، انسان چگونه انرژي تولید خواهد کرد؟ هنوز هیچ پاسخ روشنی براي این سوأل وجود ندارد. اما صرفنظر از اینکه پاسخ چه باشد، این واضح است که انسان می-خواهد همیشه به ساختن منابع انرژي عظیم دست یازد. با کاهش مقادیر سوختهاي فسیلی امروز این حالتی بحرانی است که میطلبد روي تکنولوژيها و منابع انرژيهاي تجدیدپذیري چون بیوماس براي تأمین انرژي آتی متمرکز شویم.
امروزه، بطور عمده بخش اعظمی از انرژي با سوختن نفت مهیا میشود، تنها درصد قلیلی از منابع هستهاي فراهم میگردد. در این میان آنچه از منابع انرژي تجدیدپذیر بدست میآیدتقریباً قابل صرفنظر کردن است، اما این روند در آینده با افزایش قیمت نفت تغییر خواهد کرد .[4]جلوگیري از تخریب محیط زیست، نابودي خاك، عدم آلایندگی منابع زیرزمینی، ممانعت از شیوع بیماري، تأمین بهداشت عمومی و .. هدف اساسی تولید انواع سوختهاي زیستی، زیست توده - بیوماس - و گاز زیستی - بیوگاز - به شمار میروند.نکتهاي که بیوگاز را از سایر انرژيهاي تجدیدپذیر جدا میسازد، سادگی تولید، هزینه کم و کاربرد متنوع نتایج آن میباشد. از بیوگاز میتوان براي تأمین انرژي، تهیه کود و کنترل آلودگیهاي حاصل از فضولات انسانی و حیوانی و زبالههاي جامد استفاده کرد. از بیوگاز میتوان همانند سایر گازهاي قابل احتراق استفاده نمود .[3]
فاضلاب لبنی ترکیبی است از کربوهیدراتها که به آسانی تجزیه میشوند که عمدتا شامل لاکتوز میباشند و پروتئینها و چربیها که قابلیت تجزیهپذیري پایینی دارند 97/7 .[5] درصد COD کل از فاضلاب فرآوري پنیر مربوط به لاکتوز، لاکتات، پروتئین، و چربی میباشد. بنابراین فاضلاب لبنی را میتوان یک سوبستراي مرکب به حساب آورد .[6] بخش عمدهي حجم فاضلاب صنایع لبنی از شستشوي خطوط انتقال و تجهیزات بین خطوط تولید، تانکهاي حمل شیر، مخازن ذخیره و نیز شستشوي حاصل از اشکالات عملیاتی را شامل میشود. صنایع لبنی یکی از بزرگترین ایجادکنندگان فاضلاب صنعتی است که به ازاي یک تن شیر دریافتی، 2 تا 8 متر مکعب فاضلاب ایجاد میکند. از آنجایی که جریانهاي فاضلاب لبنی حاوي مقدار زیادي مواد آلی هستند ممکن است مشکلات جدي را در بار آلی سیستم فاضلاب شهري ایجاد نمایند .[8]
فاضلاب لبنی حاوي بار آلی بین 2000 تا10000 میلیگرم بر لیتر است و pH بین 5 تا11 میباشد، که با استفاده از روشهاي شیمی-فیزیکی و فرآیند بیولوژیکی فرآوري میشود. از آنجایی که هزینه فرآیند شیمیفیزیکی بالا بوده و از بین بردن COD محلول در این روش ضیف است، فرآیند بیولوژیکی معمولا۫◌ ترجیح داده میشود .[9] درمیان فرآیندهاي تصفیه بیولوژیک تصفیه بوسیلهي برکه، روش لجن فعال و تصفیه بیهوازي به طور مرسوم براي تصفیه فاضلاب لبنی بکار برده میشود. که در این میان نیاز به انرژي زیاد براي واحد تصفیه هوازي یک مانعبراي این فرآیند بشمار میآید .[8] بنابراین تصفیهي بیهوازي یک گزینه مناسب براي تصفیه این فاضلاب است. در این تحقیق از راکتور بافل-دار بیهوازي به دلیل مزایایی که این راکتور دارد براي تصفیه فاضلاب توأم با استحصال گاز در نظر گرفته شد.راکتور بافلدار بیهوازي را میتوان شامل تعدادي راکتور UASB دانست که به صورت سري به هم پیوستهاند.
در راکتور ABRفاضلاب پس از ورود، از بالا و پایین بافلهاي عمودي عبور کرده و سپس خارج میشود.طراحی منحصر به فرد بافلها در راکتور ABR ،موجب کاهش تخلیه بیوماس شده ودر نتیجه غلظت بالاي بیوماسحفظ خواهد شد. از مزایاي دیگر ABR این است که در برابر شوكهاي بار آلی و هیدرولیکی مقاوم بوده و به سرعت به شرایط اولیه برمیگردد. همچنین به تجهیزات خاصی براي جداسازي گاز و لجن نیاز نیست.[10] بخاطر ساختار محفظهبندي شدهي راکتورABR ، میتوان ABR را نوعی راکتور دو مرحله-اي به شمار آورد که فازهاي استوژنیک و متانوژنیک را جدا مینماید .[11] که جداسازي فازها سبب افزایش حفاظت در برابر مواد سمی و مقاومت بیشتر در برابر تغییرات پارامترهاي محیطی نظیر pH، دما و بارگذاري آلی میشود، زیرا مواد سمی و یا تغییرات ناگهانی در شرایط محیطی در محفظه اول متعادل شده و در نتیجه باکتريهاي حساس متانزا میتوانند در محفظه-هاي بعدي رشد نمایند .[1] راکتور ABR طراحی سادهاي داشته تقریباًو میتواند براي همه انواع فاضلابهاي آلی محلول از فاضلاب رقیق تا فاضلاب سنگین بکار برده شود .[11]
-2 مواد و روشها
راکتور از ورقههاي استیل ضد زنگ با طول 90سانتیمتر، عرض 27 سانتیمتر و عمق 56سانتیمتر - ارتفاع موثر - 41/15 cm ساخته شد.حجم مفید راکتور در طراحی 100 لیتر در نظر گرفته شد. با تعبیه بافلهاي عمودي، راکتور به سه محفظه تقسیم شد، هر محفظه شامل ناحیه پایینرو و بالارو است که از طریق نصب بافلهاي بیشتر ایجاد شده است - شکل . - 1 عرض قسمت بالارو در طراحی دو برابر قسمت پایینرو در نظر گرفته شد. قسمت انتهایی بافلهاي پایینرو به منظور هدایت جریان به شکل مساوي در قسمت بالارو، با زاویه 45 درجه به صورت شیبدار ساخته شدهاند. این امر اختلاط موثر و تماس مؤثري بین فاضلاب و لجن بیهوازي در قسمت بالارو ایجاد می کند .[12]
به منظور امکان اندازه گیري گاز هر محفظه به شکل جداگانه، اتاقکها کاملا از هم مجزا بوده و انتقال جریان فاضلاب از محفظهاي به محفظهي دیگر از طریق حفرههایی که بر روي بافل جداکنندهي محفظهها تعبیه شده بود امکانپذیر گشت، محل حفرهها به گونهاي در نظر گرفته شد که ارتفاع مایع داخل راکتور همواره بالاتر از آن قرار بگیرد تا احتمال نفوذ گاز به محفظهي بعدي وجود نداشته باشد. در هر محفظه راکتور یک شیر براي نمونهبرداري از فاضلاب تعبیه شد. گاز نیز بعد از تشکیل در قسمت مایع بلافاصله توسط گازگیرهاي قیفی شکل که کل سطح مایع را پوشش میدادند جمعآوري میشد. این گازگیرهاي قیفی شکل که براي هر محفظه به طور جداگانه تعبیه شده
