1-2-1-   بیوراکتور غشایی MBR 3
1-2-2-   رآکتورهای بیولوژیکی با بستر متحرک MBBR 4
1-2-3-   سیستم رآکتورهای منفرد متوالی SBR 4
1-2-4-   سیستم UASB 5
1-2-5-   سیستم USBF 5
1-2-6-   سیستم بیولاک 6
1-2-7-   فرایند صافی چکنده 7
بر منابع 8
2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………. ………………………………….. 8
2-2- معرفی و بررسی سیستم 9
2-2-1-   انواع بیوراکتورهای غشایی از لحاظ چیدمان مدول غشایی 11
2-2-2-   انواع سیستم‌های MBR از لحاظ فرایند کلی 13
2-2-3-   پارامترهای مهم در سیستم غشایی MBR 15
2-2-4-   مزایای سیستم بیوراکتور غشایی    MBR 16
2-2-5-   معایب سیستم MBR 17
2-3- معرفی غشا و بررسی انواع غشاها 18
2-3-1-   تقسیم بندی غشاها بر اساس دامنه جداسازی 18
2-3-2-   انواع غشاء از حیث شکل 20
2-3-2-1-  غشاهای مسطح (Flat) 20
2-3-2-2-  غشاهای لوله ای (Tubular) 20
2-3-2-3-  اسپیرال (Spiral-wound) 21
2-3-2-4-  مقایسه و ویژگی انواع غشاء ها 22
2-3-3-   انواع غشا از لحاظ جنس 23
2-3-4-   انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون 23
2-3-5-   انتخاب غشا 24
2-3-6-   گرفتگی غشا 24
2-3-6-1-  مکانیزم‌های گرفتگی 25
2-3-6-2-  راهكارهای کاهش گرفتگی غشا: 27
2-4- نمونه ای از تحقیقات انجام گرفته در دنیا (MBR) 27
2-5- جمع بندی 35
فصل 3-    مواد و روش های مورد استفاده در تحقیق 36
3-1- مقدمه       36
3-2- هدف تحقیق 37
3-3- پایلوت بیوراکتور غشایی (MBR) 37
3-3-1-   مخزن بیوراکتور 38
3-3-1-1-  مدول غشایی .. 39
3-3-1-2-  پمپ مکش    41
3-3-1-3-  فشارسنج    41
3-3-1-4-  پمپ بکواش………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………… 42
3-3-1-5-  سیستم هوا دهی .. 43
3-3-2-   مخزن یا حوضچه آنوکسیک 44
3-3-3-   مخزن یا حوضچه بی هوازی 45
3-3-4-   مخزن تغذیه پایلوت 46
3-4- محل استقرار پایلوت 47
3-5- راه اندازی و بهره برداری از پایلوت 48
3-6- آزمایشات انجام شده 49
3-6-1-   اندازه گیری BOD 49
3-6-2-   اندازه گیری COD 50
50
3-6-4-   اندازه‌گیری PH 50
3-6-5-   اندازه‌گیری MLSS و MLVSS 51
فصل 4- تئوری مدل سازی با شبکه عصبی 52
4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………. ………………………………….. 52
4-2- ایده شبکه های عصبی مصنوعی 53
4-3- نحوه عملکرد شبکه های عصبی مصنوعی 55
4-4- شبكه عصبی مصنوعی 58
4-4-1-   شبكه‎های تک لایه 58
4-4-2-   شبكه‎های چند لایه 59
4-5- توابع تحریک شبكه‎های عصبی 61
4-5-1-   تابع تحریک پله‌‌ای 61
4-5-2-   تابع تحریک خطی 61
4-5-3-   توابع تحریک سیگموید 61
4-6- بایاس……………………………………………………………………………………………………. ………………………………….. 62
4-7- آموزش شبكه عصبی 63
4-8- مدهای عملكردی شبكه عصبی 63
4-9- شبكه عصبی تابع بنیادی شعاعی (RBF) 64
4-9-1-   نكات قابل توجه در خصوص شبكه‎ تابع بنیادی شعاعی 65
4-9-1-1-  نرمال سازی بردارهای ورودی 67
4-9-2-   آموزش شبكه RBF 68
فصل 5-    تحلیل و تفسیر نتایج 69
5-1- نتایج آزمایشات 69
5-2- نتایج فاضلاب شهری 70
5-2-1-   نتایج آزمایشات BOD 70
5-2-2-   نتایج آزمایشات COD 73
76
5-2-4-   نتایج آزمایشات TP 78
5-2-5-   نتایج آزمایشات TSS 79

5-2-6-   نتایج آزمایشات PH 80
5-3- نتایج فاضلاب صنعتی 81
5-3-1-   نتایج آزمایشات BOD 81
5-3-2-   نتایج آزمایشات COD 84
87
5-3-4-   نتایج آزمایشات TP 89
5-3-5-   نتایج آزمایشات TSS 90
5-4- نتایج اختلاط فاضلاب شهری و صنعتی 91
5-4-1-   نتایج آزمایشات BOD 91
5-4-2-   نتایج آزمایشات COD 95
97
5-4-4-   نتایج آزمایشات TP 100
5-4-5-   نتایج آزمایشات TSS 101
5-5- نتایج مدل سازی برای فاضلاب مختلط 102
5-5-1-   مدل سازی BOD خروجی 103
5-5-2-   مدل سازی COD خروجی 107
خروجی 111
5-5-4-   مدل سازی TP خروجی 115
فصل 6-    نتیجه گیری و پیشنهادات 120
6-1- نتیجه گیری 120
6-2- پیشنهادات 122
فهرست مراجع 123
پیوست   127
فهرست جدول‌ها
عنوان                                            صفحه
جدول( ‏2‑1) مزایا و معایب چیدمان مدول غشایی در حالت غوطه‌ور و خارج از بیوراکتور 13
جدول( ‏2‑2) مقایسه اشکال مختلف غشاهای مورد استفاده در MBR از جنبه های گوناگون 22
جدول( ‏2‑3) مزایا و معایب هر یک از اشکال غشاهای مورد استفاده در MBR 22
جدول( ‏3‑1) مشخصات غشاء هالو فایبر مورد استفاده در پایلوت 40
جدول( ‏3‑2) ویژگی‌های فاضلاب ورودی تصفیه خانه فاضلاب شهرک اکباتان (مقادیر بحرانی) 49
جدول( ‏5‑1) مشخصات متغییر های ورودی و خروجی در شبکه عصبی مصنوعی 102
جدول( ‏5‑2) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 105
جدول( ‏5‑3) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 106
جدول( ‏5‑4) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 106
جدول( ‏5‑5) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 107
جدول( ‏5‑6) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 109
جدول( ‏5‑7) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 110
جدول( ‏5‑8) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 110
جدول( ‏5‑9) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 111
جدول( ‏5‑10) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 113
جدول( ‏5‑11) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 114
جدول( ‏5‑12) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 114
جدول( ‏5‑13) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 115
جدول( ‏5‑14) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت جداگانه 117
جدول( ‏5‑15) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه دو تایی 118
جدول( ‏5‑16) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه سه تایی 118
جدول( ‏5‑17) مشخصات مربوط به مدل حاصل از متغییر های ورودی به صورت گروه چهار تایی 119
 
فهرست شكل‌‌ها
عنوان                                            صفحه
شکل( ‏2‑1) طرح شماتیک دو بعدی از یک سیستم بیوراکتور غشایی 9
شکل( ‏2‑2) نحوه تجزیه بیولوژیکی و جداسازی فیزیکی در سیستم بیوراکتور غشایی 11
شکل( ‏2‑3) بیوراکتور غشایی در دو حالت غوطه‌ور و خارج از بیوراکتور 12
شکل( ‏2‑4) انواع بیوراکتورهای غشایی از حیث فرایند كلی 14
شکل( ‏2‑5) تقسیم بندی انواع غشاء ها بر اساس دامنه جداسازی 18
شکل( ‏2‑6) غشا مسطح مورد استفاده در بیوراکتورهای غشایی 20
شکل( ‏2‑7) غشا هالو فایبر یا رشته ای مورد استفاده در بیوراکتورهای غشایی 21
شکل( ‏2‑8) غشای اسپیرال 22
شکل( ‏2‑9) انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون 24
شکل( ‏2‑10) شكل شماتیک انواع مکانیزم‌های گرفتگی 25
شکل( ‏3‑1) مخزن بیوراکتور غشایی به همراه متعلقات مربوط به آن 38
شکل( ‏3‑2) غشاء هالو فایبر و متعلقات آن در مخزن بیوراکتور غشایی 39
شکل( ‏3‑3) غشاء هالو فایبر و لوله های متصل به آن 41
شکل( ‏3‑4) پمپ مکش مورد استفاده در پایلوت 41
شکل( ‏3‑5) فشار سنج 42
شکل( ‏3‑6) پمپ بکواش 42
شکل( ‏3‑7) غشاء هالو فایبر و لوله های متصل به آن 43
شکل( ‏3‑8) آرایش هواده ها در بیوراکتور 44
شکل( ‏3‑9) حوضچه آنوکسیک مورد استفاده در پایلوت 45
شکل( ‏3‑10) حوضچه بی هوازی مورد استفاده در پایلوت 46
شکل( ‏3‑11) پمپ تغذیه و مخزن تغذیه پایلوت 47
شکل( ‏3‑12) پایلوت بیوراکتور غشایی واقع در تصفیه خانه اکباتان تهران 48
شکل( ‏3‑13) دستگاه اسپکتروفوتومتر جهت اندازه گیری میزان نمونه ها 50
شکل( ‏3‑14) دستگاه PH متر 51
شکل( ‏4‑1) شمایی از نواحی اصلی یک نرون بیولوژیكی 56
شکل( ‏4‑2) شمایی از ساختار یک نرون مصنوعی 56
شکل( ‏4‑3) شمایی از ساختار یک شبكه تک لایه 59
شکل( ‏4‑4) شمایی از ساختار یک شبكه دو لایه 60
شکل( ‏4‑5) منحنی نمایش تابع تحریک نرون های RBF 65
شکل( ‏4‑6) مسطح پاسخ یک نرون RBF با دو ورودی 66
شکل( ‏4‑7) ساختار یک شبكه RBF 68
شکل( ‏5‑1) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 70
شکل( ‏5‑2) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 71
بر حسب BOD 72
بر حسب BOD 73
شکل( ‏5‑5) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 74
بر حسب COD 75
بر حسب COD 75
ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 76
ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 77
شکل( ‏5‑10) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 78
شکل( ‏5‑11) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 79
شکل( ‏5‑12) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 80
شکل( ‏5‑13) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 81
شکل( ‏5‑14) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 82
بر حسب BOD 83
بر حسب BOD 84
شکل( ‏5‑17) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 85
بر حسب COD 86
بر حسب COD 86
ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 87
ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 88
شکل( ‏5‑22) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 89
شکل( ‏5‑23) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 90
شکل( ‏5‑24) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 91
شکل( ‏5‑25) تغییرات غلظت BOD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 92
شکل( ‏5‑26) تغییرات غلظت MLSS و MLVSS و درصد MLVSS/MLSS نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 93
بر حسب BOD 94
بر حسب BOD 94
شکل( ‏5‑29) تغییرات غلظت COD ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 95
بر حسب COD 96
بر حسب COD 97
ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 98
ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 99
شکل( ‏5‑34) تغییرات غلظت PH ورودی و خروجی نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 100
شکل( ‏5‑35) تغییرات غلظت TP ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 101
شکل( ‏5‑36) تغییرات غلظت TSS ورودی و خروجی و درصد حذف نسبت به زمان ماند هیدرولیکی 102
شکل( ‏5‑37)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 103
شکل( ‏5‑38)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 104
شکل( ‏5‑39)مدل مربوط به غلظت BOD خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 104
شکل( ‏5‑40)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 107
شکل( ‏5‑41)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 108
شکل( ‏5‑42)مدل مربوط به غلظت COD خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 108
خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 111
خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 112
خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 112
شکل( ‏5‑46)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های تست و مشخصات آن 115
شکل( ‏5‑47)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های آموزش و مشخصات آن 116
شکل( ‏5‑48)مدل مربوط به غلظت TP خروجی برای داده های کل و مشخصات آن 116
 

فصل 1-               کلیات

1-1-    مقدمه

امروزه به دلیل افزایش جمعیت و حجم زیاد فاضلاب نیاز به سیستم‌های جدید برای تصفیه فاضلاب احساس می‌شود. سیستم‌های جدید مزایایی دارند که از جمله آن‌ ها می‌توان به کیفیت بهتر آب خروجی اشاره کرد، دیگر اینکه سیستم‌های جدید فضای کمتری را اشغال می‌کنند، ابعاد تصفیه خانه کوچک شده و حتی به نصف سیستم‌های قدیمی می‌رسند، همچنین لجن تولیدی نیز کاهش می‌یابد. یکی از مزایای مهم سیستم‌های جدید کاهش ابعاد راکتور تا 40 تا 60 درصد می‌باشد.]1[ در این فصل به چند مورد از سیستم‌های جدید اشاره می‌شود.
عمده تصفیه خانه های موجود در ایران به روش لجن فعال، تصفیه را انجام می‌دهند.]2[ از آنجا که مخازن ته نشینی ثانویه یکی از اجزای اصلی این روش به شمار می‌روند، توجه به مشکلات بهره برداری آن‌ ها بسیار مهم می‌باشد. مخازن ته نشینی ثانویه نقش حذف جامدات بیولوژیکی تولید شده در راکتور هوادهی، زلال سازی پساب و تغلیظ اولیه لجن را به عهده دارند. لیکن این مخازن با محدودیت‌های فراوانی مواجه هستند که کارایی و سودمندی آن‌ ها را کاهش می‌دهد.]3[ در تحقیق صورت گرفته سعی بر آن شد تا کارایی روش بیوراکتورهای غشایی در مقیاس پایلوت در تصفیه اختلاط فاضلاب‌های شهری و صنعتی مورد بررسی قرار گیرد که در این راستا از فاضلاب تصفیه خانه اکباتان استفاده گردید.
در فصل اول این تحقیق به شرح مختصری درباره کلیات تصفیه فاضلاب، انواع روش‌های تصفیه و فرایندهای بیولوژیکی پرداخته شده است.
در فصل دوم شرح تفصیلی فرایند MBR[1] انواع غشا و مزایا و معایب MBR و تاریخچه ای از مطالعات انجام شده به روش MBR، پرداخته شده است.
در فصل سوم روش تحقیق، چگونگی ساخت و بهره برداری از پایلوت، مهیا نمودن شرایط لازم و مواد و وسایل مورد استفاده در تحقیق ارائه گردیده است.
در فصل چهارم مفاهیم مربوط به مدل سازی با شبکه عصبی مصنوعی ارائه شده است.
فصل پنجم به ارائه نتایج حاصل از انجام آزمایشات به تجزیه و تحلیل و تفسیر نتایج اختصاص یافته است.