چکیده

مدل ASM1 یکی از پرکاربردترین مدلهاي لجن فعال میباشد که مورد اقبال محققین واقع شده است. ایـن مدل در سال ۱۹۸۷ توسط گروه IAWQ ارئه شد و نخستین مدل رسمی لجن فعال میباشد. در این تحقیق

جهت بررسی تطابق نتایج مدل با واقعیت از دادههاي تصفیهخانه فاضلاب جنـوب اصـفهان اسـتفاده شـد. ایـن تصفیهخانه جمعیتی حدود ۱٫۰۰۰٫۰۰۰ نفر را تحت پوشش قرار میدهد و از روش لجن فعال متعـارف بـراي

تصفیهفاضلاب شهري در آن استفاده میگردد. مولفههاي مدل ASM1 مانند پارامترهـاي سوبسـتراي سـریع تجزیه پذیر (Ss) و کند تجزیه پذیر (Xs)، غلظت COD کل، نیتروژن کل، مـواد معلـق، نیتـروژن نیتراتـی و

نیتروژن کلدال طی ۶۸ روز در تصفیهخانه اندازهگیري شد و وارد مـدل گردیـد. بـراي مدلسـازي از نـرم افـزار STOAT که در آن مدل ASM1 پیاده سازي شده اسـت اسـتفاده شـد. در کالیبراسـیون مـدل از ضـرایب

سینتیکی و استوکیومتري مدل IAWQ در دماي ۲۰ درجه سانتیگراد استفاده شد و نتایج مـدل بـا واقعیـت تطبیق قابل قبولی پیدا کرد.

کلمات کلیدي

مدلسازي، لجن فعال، ASM1، نرم افزار مدلسازي STOAT، تصفیه خانه فاضلاب جنوب اصفهان

۱

.۱ مقدمه

پروسه لجن فعال یکی از روش هاي تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است که به طور گسترده در تصفیه فاضلابهاي بهداشتی و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. تانک هوادهی و تانک ته نشینی نهایی دو جزء اصلی این پروسه به حساب می-

آیند .[۱] متغیر بودن دبی، بارگذاري جرمی و سایر مشخصات فاضلاب ورودي به تصفیهخانهها نسبت به زمان، پروسه لجن فعال را پیچیده میکند.[۲] پیچیدگی پروسههاي تصفیه فاضلاب در دهه گذشته به دلیل نیاز به حذف ترکیبات نیتروژندار و فسفردار علاوه بر مواد آلی کربنه، به صورت چشمگیري افزایش داشته است. مدلسازي ریاضیاتی ابزاري قدرتمند براي طراحی، بهبود بهرهبرداري، پیش بینی رفتار سیستم در آینده و کنترل فرایند میباشد .[۳-۴]

تلاشهاي بسیاري براي توسعه مدل لجن فعال از اوایل دهه ۱۹۷۰ انجام شد. سرانجام گروه IAWQ نخستین مدل رسمی لجن فعال را در سال ۱۹۸۷ ارائه کرد. امروزه مدلهاي لجن فعال ASM1، ASM2 و ASM3 به عنوان ابزاري

مناسب جهت مدلسازي پروسههاي اکسیداسیون کربن، نیتریفیکاسیون، دنیتریفیکاسیون و حذف بیولوژیکی فسفر در دسترس است .[۵] از بین مدلهاي ذکر شده، مدل ASM1 در بین محققان با اقبال بیشتري مواجه شده است .[۶] مدل ASM1

یک مدل بین المللی پذیرفته شده براي مدلسازي سیستم هاي لجن فعال در تصفیه فاضلاب شهري است. ASM1 شامل ۸

پروسه اساسی لجن فعال است که این پروسهها عبارتند از : [۴]

 رشد هوازي باکتريهاي هتروتروف

 رشد انوکسیک باکتريهاي هتروتروف
 رشد هوازي باکتريهاي اوتوتروف

 مرگ و واپاشی باکتريهاي هتروتروف
 مرگ و واپاشی باکتريهاي اوتوتروف

 هیدرولیز مواد آلی ذرهاي
 هیدرولیز نیتروژن آلی ذرهاي
 آمونیفیکیشن نیتروژن آي محلول

همچنین این مدل شامل ۱۳ مولفه است که در ادامه آورده شدهاند :[۴]

SI.Concentration of inert soluble organic material .mg COD/L

SS.Concentration of readily biodegradable soluble substrate. mg COD/L

XI.Concentration of particulate inert organic matter. mg/L

XS.Concentration of slowly biodegradable particulate substrate. mg COD/L

XB,A.Concentration of active autotrophic particulate mass. mg COD/L

XB,H.Concentration of active heterotrophic particulate mass. mg COD/L

XP.Concentration of non-biodegradable particulate product arising from biomass

decay. mg COD/L

۲

SO .Concentration of soluble oxygen. mg/L 
SND .Concentration of soluble biodegradable organic material. mg N/L 
SNH .Concentration of soluble ammonium nitrogen. mg N/L 
SNO .Concentration of soluble nitrate and nitrite nitrogen. mg N/L 
XND .Concentration of particulate biodegradable organic nitrogen. mg COD/L 
SALK .Alkalinity is typically reported as mg/L as CaCO3 
عملیات شفاف سازي، تغلیظ و نگهداري لجن فعالیتهایی است که در تانک ته نشینی انجام میشود. در صورتی که هر کدام از عملیات ذکر شده با مشکل مواجه شود، پروسه لجن فعال معیارهاي خروجی لازم را تأمین نخواهد کرد .[۷-۸]

بنابراین میبایست هر یک از پروسههاي شفاف سازي و تغلیظ در تانک ته نشینی مدل شود. میزان جامداتی که در هر یک از این پروسهها در تانک ته نشینی در نظر گرفته میشود، تأثیر زیادي در غلظت جامدات معلق پساب خروجی دارد.

امروزه به منظور طراحی، کنترل، پیش بینی رفتار سیستم و آموزش اپراتورها، مدلسازي و شبیه سازي کامپیوتري به صورت فزاینده مورد استفاده قرار میگیرد. نرم افزارهاي مدلسازي GPS-X، EFOR، AQUASIM،STOAT، SSSP و

WEST در بین بستههاي نرمافزاري مدلسازي تصفیهخانههاي فاضلاب در بازار موجود میباشد .[۹]

مدلسازيهاي زیادي با استفاده از نتایج پایلوتی و آزمایشگاهی انجام شده است اما مدلسازي با مشخصات فاضلاب یک تصفیهخانه با مقیاس واقعی کمتر صورت گرفته است. Siegrist و Tschui دو تصفیه خانه بزرگ سوئیس را با استفاده از

ASM1 مدل کردند Ozer .[10] و همکاران از نتایج چهار تصفیهخانه براي بررسی مدل ASM2 استفاده کردند .[۱۱] Carucci و همکاران مدلسازي تصفیه خانه فاضلاب رم را براي بررسی حذف نیتروژن انجام دادند .[۱۲] مدلسازي دو تصفیه خانه بزرگ هلند با استفاده از نرم افزار GPS-X توسط Makinia و همکاران انجام شد Nuhoglu .[13] و همکاران

تصفیه خانه فاضلاب ارزینکان ترکیه را با ASM1 مدل کردند .[۱۴]

در این مطالعه در قسمت نخست مشخصات فاضلاب ورودي و خروجی از سیستم لجن فعال متعارف تصفیه خانه فاضلاب جنوب اصفهان در طی مدت ۶۸ روز اندازه گیري شد و به عنوان ورودي مدل ASM1 استفاده گردید. در قسمت دوم مدلسازي ریاضیاتی تصفیهخانه فاضلاب جنوب اصفهان در نرم افزار مدلسازي STOAT انجام شدنهایتاً. مقادیر خروجی اندازهگیري شده با مقادیر پیش بینی شده توسط مدل مقایسه گردید.

توصیف تصفیهخانه جنوب اصفهان

تصفیه خانه فاضلاب جنوب اصفهان در قسمت جنوب شرقی اصفهان و در کنار رودخانه زاینده رود قرار دارد تقریباًو در ارتفاع ۱۵۶۳ متري از سطح دریا واقع شده است. فاز اول این تصفیه خانه در سال ۱۳۴۶ به روش صافی چکنده با ظرفیت ۹۰۰۰۰ نفر آغاز به کار کرد. فاز دوم و سوم تصفیه خانه به ترتیب در سالهاي ۱۳۶۲ و ۱۳۶۶ به روش لجن فعال متعارف و با ظرفیت هر کدام ۴۰۰۰۰۰ نفر مورد بهره برداري قرار گرفت. دبی فاضلاب ورودي به تصفیه خانه حدود ۱۳۰۰۰۰ متر

مکعب در روز میباشد. فاضلاب ورودي پس از عبور از واحدهاي آشغالگیري و دانهگیري وارد چهار واحد تانک ته نشینی اولیه به حجم هر کدام ۲۵۰۰ متر مکعب و به قطر ۳۵ متر میگردد. پس از آن، فاضلاب جهت تصفیه بیولوژیکی و حذف مواد آلی

۳

محلول و کلوئیدي وارد دو تانک هوادهی در هر فاز میشود. حجم کلی تانکهاي هوادهی ۳۲۴۰۰ متر مکعب میباشد. سپس

فاضلاب خروجی به چهار واحد تانک ته نشینی ثانویه با قطر ۶۰ متر وارد میگردد. حجم هر کدام از تانکهاي تهنشینی ثانویه

۸۱۰۵ متر مکعب میباشد. پساب خروجی پس از ورود به حوضچههاي تماس کلرزنی، جهت مصارف کشاورزي به رودخانه زاینده هدایت میشود. در شکل ۱ تصویر تصفیهخانه فاضلاب جنوب اصفهان قابل مشاهده است.

شکل .۱ تصویر تصفیهخانه فاضلاب جنوب اصفهان

.۲ مواد و روشھا

نمونههاي مورد نظر، از فاضلاب ورودي، تانک هوادهی و پساب خروجی تصفیهخانه جنوب اصفهان، در طی ۶۸ روز

گرفته شد و مقادیر پارامترهاي فیزیکی و شیمیایی مورد نظر توسط روشهاي اندازهگیري ذکر شده در کتاب روشهاي استاندارد (APHA, 2005) مورد سنجش قرار گرفت. پارامترهاي TSS، VSS، BOD، sBOD، COD، sCOD هر روز و پارامترهاي MLSS، NH4-N، NO3-N و TN سه بار در هفته مورد آنالیز قرار گرفتند. قابل ذکر است که پارامترهاي TN و NO3-N با استفاده از Commercial test kits اندازهگیري شدند. براي تعیین sCOD، sBOD، MLSS از فیلترهاي Whatman GF/C glass-fibre استفاده شد.

مشخصات فاضلاب

پس از انجام آزمایشات بر روي فاضلاب تصفیه خانه جنوب اصفهان، نتایج آزمایشات مورد تجزیه و تحلیل آماري قرار گرفت که به طور خلاصه در جداول ۱ و ۲ آورده شده است.