توصيفگر ها :
سيستم تصفيه SBR , تصفيه فاضلاب شهري , روش پويايي سيستم , مدلسازي , bCOD , MLSS
چكيده فارسي :
امروزه براي مديريت مسائل محيط زيستي غالبا از ابزارهاي كامپيوتري به ويژه مدلسازي رياضي بهره گرفته مي¬شود.مدل هاي رياضي پويا معمولا براي توصيف پديده¬هاي متغير زماني ضروري هستند. در فرآيندهاي تصفيه فاضلاب شهري ، نياز به در نظر گرفتن رفتار ديناميكي به دليل نغييرات زماني زيادي كه در تركيب غلظت و سرعت جريان فاضلاب رخ مي¬دهد بيشتر از فرآيندهاي صنعتي وجود دارد.علاوه بر اين مدلسازي به دليل اين كه ابزار مفيدي براي پيش بيني عملكرد فرآيندهاست، كمك زيادي به طراحي و بهره¬برداري بهينه از سيستم مي¬كند. يكي از متداولترين روش¬هاي تصفيه فاضلاب سيستم لجن فعال سيستم SBR (راكتور ناپيوسته متوالي) است كه در بسياري از تصفيهخانهها به كار گرفته شده است. براي مدلسازي اين سيستم روش¬هاي مختلفي وجود دارد.مدلسازي به روش پويايي¬هاي سيستم معمولا براي توصيف پديده¬هاي متغير زماني به كار مي¬روند و ابزار مفيدي براي پيش¬بيني عملكرد فرآيند¬هاي گذرا هستند.
در اين مطالعه حذف آلودگي¬هاي آلي در سيستم تصفيه SBR به كمك روش پويايي سيستم و با استفاده از نرم افزار STELLA مدل¬سازي شده است. براي انجام اين پژوهش ازداده¬ها و اطلاعات موجود در سيستم SBR واقع درتصفيه¬خانه فاضلاب شهر يزد به عنوان مطالعه موردي براي شبيه¬سازي آلودگي¬هاي آلي استفاده شده است. براي مدلسازي تركيبات آلي بخش قابل تجزيه نياز اكسيژن¬خواهي شيميايي(bCOD) به عنوان پارامتر كيفي نشان مواد آلي در نظر گرفته شده است. فرآيند در نظر گرفته شده در حذف bCOD شامل تجزيه ميكروبي و فرآيندهاي توليد MLVSS شامل رشد بيومس ، توليد پسماند سلولي و همچنين جامدات آلي غير قابل تجزيه(nbvss) و فرآيندهاي در نظر گرفته شده بوده است. همچنين در توليد MLSS فرآيند ورود مواد جامد غير فعال غير آلي(XITSS) نيز اضافه مي¬شود. در مطالعه موردي براي واسنجي و صحت سنجي مدل¬هاي ساخته شده از مجموع 17 داده ماهانه، تعداد 12 داده براي دوره¬ي واسنجي و از 5 داده براي صحت سنجي استفاده شده است. در ادامه و با محاسبه ضرايب Nash-Sutcliffe و RMSE مشخص شد براي مدل¬هاي bCOD ، MLSS و MLVSS نتايج حاصل از مدل تطبيق خوبي با داده¬هاي واقعي دارند و مدل توانايي خوبي براي پيش¬بيني غلظت¬هاي bCOD ، MLSS و MLVSS در سيستم SBR مورد مطالعه دارد. براي ارزيابي عملكرد مدل و پيش¬بيني رفتار راكتور تحت شرايط مختلف، چهار سناريو با غلظت¬هاي مختلف bCOD و همچنين مقادير دبي¬هاي مختلف ورودي در نظرگرفته شد. درصد تغييرات ميانگين غلظت bCOD خروجي نسبت به حالت اوليه در سناريوهاي با كاهش دبي5 /0 برابر و 75/0 برابر به ترتيب %30 و %54 ودر سناريو با افزايش دبي 5/1 برابر و 2 برابر به ترتيب 207% و %300 به دست آمد. در حالي¬كه براي سناريوبا كاهش غلظت سوبستره ورودي5 /0 و 75/0 برابر، درصد تغييرات غلظت سوبستره به ترتيب% 45 و %70 و در سناريو با افزايش غلظت 5/1 و 2 برابر، به ترتيب %160و %209 شد. درواقع نتايج به دست آمده نشان داد جهت پيش¬بيني و شبيه¬سازي غلظت¬هاي bCOD خروجي، چهار سناريو با مقادير دبي¬هاي مختلف ورودي، تاثيرگذاري به مراتب بيشتري بر غلظت¬هاي bCOD خروجي، نسبت به چهار سناريو با غلظت¬هاي مختلف bCOD ورودي داشت. لذا كاهش يا افزايش مقادير دبي¬هاي ورودي نسبت به غلظت¬هاي bCOD ورودي، تغييرات بيشتر غلظت¬هاي bCOD خروجي را در پي داشت.
چكيده انگليسي :
Today, computer tools, especially mathematical modeling, are often used to manage environmental issues. Dynamic mathematical models are usually necessary to describe time-varying phenomena. In urban wastewater treatment processes, there is a need to consider dynamic behavior due to the large time changes that occur in the concentration composition and flow rate of wastewater more than in industrial processes.
In addition, because modeling is a useful tool for predicting the performance of processes, it helps a lot in the design and optimal operation of the system. One of the most common wastewater treatment methods is the activated sludge system (SBR) system, which has been used in many treatment plants. There are various methods for modeling this system. System dynamics modeling is usually used to describe time-varying phenomena and is a useful tool for predicting the performance of transient processes.
In this study, the removal of organic pollutants in the SBR treatment system has been modeled using the system dynamics method and using STELLA software. To carry out this research, the data and information available in the SBR system located in the wastewater treatment plant of Yazd city have been used as a case study for the simulation of organic pollution. For the modeling of organic compounds, the degradable part of chemical oxygen demand (bCOD) is considered as a qualitative parameter of organic matter. The considered process in bCOD removal includes microbial decomposition and MLVSS production processes, including biomass growth, cellular waste production, as well as non-biodegradable organic solids (nbvss) and considered processes. Also, in the production of MLSS, the process of introducing inactive inorganic solids (XITSS) is also added. In the case study for calibration and validation of the models made from a total of 17 monthly data, 12 data were used for the calibration period and 5 data were used for validation. Further, by calculating the Nash-Sutcliffe and RMSE coefficients, it was found that for the bCOD, MLSS and MLVSS models, the results obtained from the model are in good agreement with the real data and the model has a good ability to predict the concentrations of bCOD, MLSS and MLVSS in the studing SBR system.
To evaluate the performance of the model and predict the behavior of the reactor under different conditions, four scenarios with different concentrations of bCOD and also different input flow rates were considered. The percentage of changes in the average output bCOD concentration compared to the initial state in the scenarios with a decrease in flow rate of 0.5 and 0.75 times 30% and 54%, respectively, and in the scenario with a flow rate increase of 1.5 times and 2 times, 207% and 300%, respectively, was achieved. While for the scenario with decreasing the input substrate concentration by 0.5 and 0.75 times, the percentage of substrate concentration changes was 45% and 70%, respectively, and in the scenario with increasing the concentration by 1.5 and 2 times, it was 160% and 209%, respectively. In fact, the obtained results showed that in order to predict and simulate the output bCOD concentrations, four scenarios with different input flow rates had a far greater impact on the output bCOD concentrations than four scenarios with different input bCOD concentrations. Therefore, the decrease or increase of the input flow rates compared to the input bCOD concentrations, resulted in more changes in the output bCOD concentrations.