بررسی کارایی فرآیند پیشرفته زیستی هوازی به روش بیوراکتور بستر متحرک(MBBR) در تصفیه فاضلاب صنایع توليد مواد شوینده
محورهای موضوعی : تکنولوژی آب و فاضلاب
سعید پورکریم
1
(1- کارشناس مسئول سامانه‌های گندزدایی و سنجش لحظه‌ای، شرکت آب و فاضلاب استان گیلان )
فریبا استوار
2
(عضو هیات علمی پژوهشکده محیط زیست جهاددانشگاهی، گیلان، ایران )
کامران تقوی
3
(3- استادیار، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی گیلان)
کلید واژه: دترجنت, لاینر الکیل بنزن سولفونات, اکسیداسیون شبه فنتون, MBBR, فاضلاب شوینده,
چکیده مقاله :
در این مطالعه، فرآیند بیولوژیکی هوازی به روش بیوراکتور بستر محترک (MBBR) جهت تصفیه فاضلاب صنایع شوینده مورد بررسی قرار گرفت. میانگین COD و LAS در فاضلاب خام به ترتیب mg/L 10231 و mg/L 210 بود. در این مطالعه، سه غلظت مختلف LAS ( mg/L 210، 500 و 1000 ) به منظور تعیین کارایی کل سیستم در حذف COD و LAS استفاده شد. نسبت BOD5/COD پس از پیش تصفیه از 2/0 در فاضلاب خام به 45/0 افزایش یافت. در سیستم MBBR در راکتور 1 با 36 ساعت زمان ماند هیدرولیکی (HRT) بالاترین راندمان حذف به ترتیب برابر 41/93 % و 95 % برای COD و LAS بدست آمد. در راکتور 2 نیز با شرایط مشابه با HRT برابر 36 ساعت، بالاترین راندمان حذف برای COD و LAS به ترتیب برابر 20/94 % و 99/99 % حاصل شد. با تغییرات مقدار هوای تزریقی از L/min 30 به L/min 50 و سپس L/min 70، راندمان حذف در مقدار تزریق هوا به L/min 50 افزایش یافت. بررسی‌های سرعت بارگذاری بار آلی (OUR) نیز کاهش مقدار ویژه مصرف اکسیژن از حدود mg O2/gr MLSS .hr 11 در ابتدای دوره بهره برداری به حدود mg O2/gr MLSS .hr2 در انتهای دوره را نشان داد. این مطالعه نشان داد که با فرآیند MBBR می تواند استانداردهای خروجی محیط زیست برای صنایع شوینده را تامین کرده و به عنوان روشی کارآمد در تصفیه پساب صنایع شوینده بکار رود.
Abstract In this study, the aerobic biological process was investigated by the moving bed bioreactor (MBBR) method for wastewater treatment of detergent industries. The mean of COD and LAS in raw wastewater were 10231 mg/L and 210 mg/L, respectively. In this study, three different concentrations of LAS (210, 500, and 1000 mg/L) were used to determine the efficiency of the whole system in removing COD and LAS. The BOD5/COD ratio increased from 0.2 in raw wastewater to 0.45 after pretreatment. In the MBBR system in reactor 1 with 36 hours of hydraulic rate time (HRT), the highest removal efficiencies of 93.41% and 95% were obtained for COD and LAS, respectively. In Reactor 2 with similar conditions to HRT of 36 hours, the highest removal efficiencies for COD and LAS were 94.20% and 99.99%, respectively. By changing the amount of injected air from 30 L/min to 50 L/min and then 70 L/min, the removal efficiency in the amount of air injected about 50 L/min was increased. Organic charge loading (OUR) studies also showed a reduction in specific oxygen consumption from about 11 mg O2/gr MLSS.hr at the beginning of the operation period to about 2 mg O2/gr MLSS.hr at the end of the period. This study showed that the MBBR process, can meet the environmental output standards for the treatment of detergent industry wastewater and be used as an efficient method in detergent industry wastewater treatment.
Aboulhassan, M., Souabi, S., Yaacoubi, A., & Baudu, M. (2006). Removal of surfactant from industrial wastewaters by coagulation flocculation process. International Journal of Environmental Science & Technology, 3(4), 327-332.
Ali Baradar Khoshfetrat, Hossein Nikakhtari, Mohammad Sadeghifar, & Mohammad Shaker Khatibi. (2011). Influence of organic loading and aeration rates on performance of a lab-scale upflow aerated submerged fixed-film bioreactor. Process Safety and Environmental Protection, 89, 193–197.
Aloui, F., Kchaou, S., & Sayadi, S. (2009). Physicochemical treatments of anionic surfactants wastewater: effect on aerobic biodegradability. Journal of Hazardous Materials, 164(1), 353-359.
Antonio Albuquerque, Jacek Makiniab, & Krishna Pagilla. (2012). Impact of aeration conditions on the removal of low concentrations of nitrogen in a tertiary partially aerated biological filter. Ecological Engineering, 44 44– 52.
Aygun, A., Nas, B., & Berktay, A. (2008). Influence of high organic loading rates on COD removal and sludge production in moving bed biofilm reactor. Environmental Engineering Science, 25(9), 1311-1316.
Ayguna, A., & Yilmazb, T. (2010). Improvement of coagulation-flocculation process for treatment of detergent wastewaters using coagulant aids. International Journal, 1(2), 97-101.
Ayguna, A., & Yilmazb, T. (2010). Improvement of Coagulation-Flocculation Process for Treatment of Detergent Wastewaters Using Coagulant Aids. International Journal of Chemical and Environmental Engineering, 1(2), 97-101.
Bandala, E. R., Pelaez, M. A., Salgado, M. J., & Torres, L. (2008). Degradation of sodium dodecyl sulphate in water using solar driven Fenton-like advanced oxidation processes. Journal of hazardous materials, 151(2), 578-584.
Barwal, A., & Chaudhary, R. (2014). To study the performance of biocarriers in moving bed biofilm reactor (MBBR) technology and kinetics of biofilm for retrofitting the existing aerobic treatment systems: a review. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 13(3), 285-299.
Carosia, M. F., Okada, D. Y., Sakamoto, I. K., Silva, E. L., & Varesche, M. B. A. (2014). Microbial characterization and degradation of linear alkylbenzene sulfonate in an anaerobic reactor treating wastewater containing soap powder. Bioresource technology, 167, 316-323.
Chowdhury, N., Nakhla, G., Zhu, J., & Islam, M. (2010). Pilot-scale experience with biological nutrient removal and biomass yield reduction in a liquid-solid circulating fluidized bed bioreactor. Water Environment Research, 82(9), 772-781.
de Oliveira, L. L., Costa, R. B., Okada, D. Y., Vich, D. V., Duarte, I. C. S., Silva, E. L., & Varesche, M. B. A. (2010). Anaerobic degradation of linear alkylbenzene sulfonate (LAS) in fluidized bed reactor by microbial consortia in different support materials. Bioresource technology, 101(14), 5112-5122.
Delforno, T., Moura, A., Okada, D., & Varesche, M. (2014). Effect of biomass adaptation to the degradation of anionic surfactants in laundry wastewater using EGSB reactors. Bioresource technology, 154, 114-121.
Dhouib, A., Hdiji, N., Hassaïri, I., & Sayadi, S. (2005). Large scale application of membrane bioreactor technology for the treatment and reuse of an anionic surfactant wastewater. Process Biochemistry, 40(8), 2715-2720.
Dong, Z., Lub, M., Huangc, W., & Xud, X. (2011). Treatment of oilfield wastewater in moving bed biofilm reactors using a novel suspended ceramic biocarrier. Journal of Hazardous Materials, 196, 123– 130.
Duarte, I., Oliveira, L., Saavedra, N., Fantinatti-Garboggini, F., Menezes, C., Oliveira, V., & Varesche, M. (2010). Treatment of linear alkylbenzene sulfonate in a horizontal anaerobic immobilized biomass reactor. Bioresource technology, 101(2), 606-612.
Federation, W. E., & Association, A. P. H. (2005). Standard methods for the examination of water and wastewater. American Public Health Association (APHA): Washington, DC, USA.
Gaca, J., Kowalska, M., & Mróz, M. (2005). The effect of chloride ions on alkylbenzenesulfonate degradation in the Fenton reagent. Polish Journal of Environmental Studies, 14(1), 23-27.
George Tchobanoglous, Franklin L. Burton, & H. David Stensel. (2004). Wastewater Engineering: Treatment and Reuse McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 4th Edition.
Ginestet, P., & Camacho, P. (2007). Technical evaluation of sludge production and reduction. Comparative evaluation of sludge reduction routes, 1-15.
Goode C. (2010). Understanding biosolids dynamics in a moving bed biofilm reactor. University of Toronto, Canada, Ph.D. Thesis.
H Nikakhtari, & G.A Hill. (2005). Modelling oxygen transfer and aerobic growth in shake flasks and well-mixed bioreactors. Canadian Journal of Chemical Engineering, 83, 493–499.
H. Izanloo, A. Mesdaghinia, R. Nabizadeh, S. Nasseri, K. Naddafi, A.H. Mahvi, & S.H. Nazmara. (2006). Effect of organic loading on the performance of aerated submerged fixed-film reactor (ASFFR) for crude-oil containing wastewater treatment. Iranian Journal of Environmental Health Science Engineering, 3, 85–90.
H. Nikakhtari, & G.A. Hill. (2006). Closure effects on oxygen transfer and aerobic growth in shake flasks. Biotechnology and Bioengineering, 95, 15–21.
Hye Ok Park, Sanghwa Oh, Rabindra Bade, & Shin, W. S. (2010). Application of A2O moving-bed biofilm reactors for textile dyeing wastewater treatment. Korean Journal of Chemical Engineering, 27(3), 893-899.
Jadwiga Kaleta, & Elektorowicz., M. (2013). The removal of anionic surfactants from water in coagulation process. Environmental Technology, 34(8), 999–1005.
Jangkorn, S., Kuhakaew, S., Theantanoo, S., Klinla-Or, H., & Sriwiriyarat, T. (2011a). Evaluation of reusing alum sludge for the coagulation of industrial wastewater containing mixed anionic surfactants. Journal of Environmental Sciences, 23(4), 587-594.
Jangkorn, S., Kuhakaew, S., Theantanoo, S., Klinla-or, H., & Sriwiriyarat, T. (2011b). Evaluation of reusing alum sludge for the coagulation of industrial wastewater containing mixed anionic surfactants. Journal of Environmental Sciences, 23(4), 587–594.
KARCI, A., ALATON, İ. A., & BEKBÖLET, M. (2013). ADVANCED OXIDATION OF A NONIONIC SURFACTANT: EXAMINATION OF THE DEGRADATION PRODUCTS–ACUTE TOXICITY RELATIONSHIP. Sigma, 31, 508-516.
Kim Y.M, Park D, Lee D.S, & Park J.M. (2008). Inhibitory effects of toxic compounds on nitrification process for cokes wastewater treatment. Journal of Hazardous Materials, 152, 915–921.
Koupaie, E. H., Moghaddam, M. A., & Hashemi, S. (2011). Post-treatment of anaerobically degraded azo dye Acid Red 18 using aerobic moving bed biofilm process: Enhanced removal of aromatic amines. Journal of hazardous materials, 195, 147-154.
Lauchnor E.G, Radniecki T.S, & Semprini L. (2011). Inhibition and gene expression of Nitrosomona europaeabiofilms exposed to phenol and toluene Biotechnology and Bioengineering, 108, 750–757.
Lazarova V, & Manem J. (1995). Biofilm characterization and activity analysis in water and wastewater treatment. Water Research, 29 2227–2245.
Mahvi A.H, Maleki A, & Roshani B. (2004). Removal of Anionic Surfactants in Detergent Wastewater by Chemical Coagualation. Pakistan Journal of Biological Sciences, 7(12), 2222-2226.
Mahvi, A. H., Maleki, A., & Roshani, B. (2004). Removal of Anionic Surfactants in Detergent Wastewater by Chemical Coagulation. Pakistan Journal of Biological Sciences, 7(12), 2222-2226.
Merrettig-Bruns, U., & Jelen, E. (2009). Anaerobic biodegradation of detergent surfactants. Materials, 2(1), 181-206.
Mollaei, J., Mortazavi, S. B., & Jafari, A. J. (2015). Applying moving bed biofilm reactor for removing linear alkylbenzene sulfonate using synthetic media. Iranian Journal of Health, Safety and Environment, 2(1), 204-210.
Ødegaard, H. (1999). The moving bed biofilm reactor. Water Environmental Engineering and Reuse of Water, 250-305.
Okada, D. Y., Delforno, T. P., Etchebehere, C., & Varesche, M. B. (2014). Evaluation of the microbial community of upflow anaerobic sludge blanket reactors used for the removal and degradation of linear alkylbenzene sulfonate by pyrosequencing. International Biodeterioration & Biodegradation, 96, 63-70.
Panizza, M., Barbucci, A., Delucchi, M., Carpanese, M., Giuliano, A., Cataldo-Hernández, M., & Cerisola, G. (2013). Electro-Fenton degradation of anionic surfactants. Separation and Purification Technology, 118, 394-398.
Papadopoulos A, Savvides C, Loizidis M, Haralambous K.J, & Loizidou M. (1997). An assessment ofthe quality and treatment of detergent wastewater. Water Science and Technology, 36(2-3), 377-381.
Qiyuan Gu, Tichang Sun, Gen Wu, Mingyue Li, & Wei Qiu. (2014). Influence of carrier filling ratio on the performance of moving bed biofilm reactor in treating coking wastewater. Bioresource Technology, 166 72–78.
S.J. Khan, & C. Visvanathan. (2008). Influence of mechanical mixing intensity on a biofilm structure and permeability in a membrane bioreactor. Desalination, 231 253–267
Wang, X.-J., Song, Y., & Mai, J.-S. (2008). Combined Fenton oxidation and aerobic biological processes for treating a surfactant wastewater containing abundant sulfate. Journal of hazardous materials, 160(2), 344-348.
Weiss, J. S., Alvarez, M., Tang, C.-C., Horvath, R. W., & Stahl, J. F. (2005). Evaluation of moving bed biofilm reactor technology for enhancing nitrogen removal in a stabilization pond treatment plant. Proceedings of the Water Environment Federation, 2005(14), 2085-2102.
Yousef Rahimi, Ali Torabian, Naser Mehrdadi, Mehran Habibi-Rezaie, Hamid Pezeshkc, & Gholam-Reza Nabi-Bidhendi. (2011). Optimizing aeration rates for minimizing membrane fouling and its effect on sludge characteristics in a moving bed membrane bioreactor. Journal of Hazardous Materials, 186, 1097–1102.
Zhang, S., Wang, Y., He, W., Wu, M., Xing, M., Yang, J., . . . Yin, D. (2013). Responses of biofilm characteristics to variations in temperature and NH 4+-N loading in a moving-bed biofilm reactor treating micro-polluted raw water. Bioresource technology, 131, 365-373.
پژوهش و فناوری محیط زیست،1400 6(9)، 89-103
| |||
بررسی کارایی فرآیند پیشرفته زیستی هوازی به روش بیوراکتور بستر متحرک (MBBR) در تصفیه فاضلاب صنایع توليد مواد شوینده |
سعید پورکریم1 1، فریبا استوار2، کامران تقوی3
|
1- سرپرست اداره تصفیه خانه فاضلاب رشت، شرکت آب و فاضلاب استان گیلان 2- عضو هیات علمی پژوهشکده محیط زیست جهاددانشگاهی، گیلان، ایران 3- استادیار، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی گیلان |
چکیده |
در این مطالعه، فرآیند بیولوژیکی هوازی به روش بیوراکتور بستر متحرک (MBBR) جهت تصفیه فاضلاب صنایع شوینده مورد بررسی قرار گرفت. میانگین COD و LAS در فاضلاب خام به ترتیب mg/L 10231 و mg/L 210 بود. در این مطالعه، سه غلظت مختلف LAS ( mg/L 210، 500 و 1000 ) به منظور تعیین کارایی کل سیستم در حذف COD و LAS استفاده شد. نسبت BOD5/COD در فاضلاب خام، پس از پیش تصفیه به روش انعقاد و لخته سازی از 2/0 به 45/0 افزایش یافت. در سیستم MBBR در راکتور 1 با 36 ساعت زمان ماند هیدرولیکی (HRT) بالاترین راندمان حذف به ترتیب برابر 41/93 % و 95 % برای COD و LAS بدست آمد. در راکتور 2 نیز با شرایط مشابه با HRT برابر 36 ساعت، بالاترین راندمان حذف برای COD و LAS به ترتیب برابر 20/94 % و 99/99 % حاصل شد. با تغییرات مقدار هوای تزریقی از L/min 30 به L/min 50 و سپس L/min 70، راندمان حذف در مقدار تزریق هوا به L/min 50 افزایش یافت. بررسی سرعت‌های بارگذاری بار آلی (OUR) نیز کاهش مقدار ویژه مصرف اکسیژن از حدود mg O2/gr MLSS .hr 11 در ابتدای دوره بهره‌برداری به حدود mg O2/gr MLSS .hr2 در انتهای دوره را نشان داد. این مطالعه نشان داد که فرآیند MBBR می‌تواند استانداردهای خروجی محیط زیست برای صنایع شوینده را تأمین کرده و به عنوان روشی کارآمد در تصفیه فاضلاب صنایع شوینده بکار رود. |
كليد واژه‌ها: دترجنت، لاینر الکیل بنزن سولفونات، اکسیداسیون شبه فنتون، MBBR، فاضلاب شوینده |
[1] پست الکترونیکی نویسنده مسئول: saeedpoorkareem@yahoo.com
Journal of Environmental Research and Technology, 6(9)2021. 89-103
|
Investigation of the advanced aerobic process efficiency by the Moving bed bioreactor (MBBR) method for detergent production industries wastewater treatment Saeed pourkarim11*, Fariba Ostovar2, Kamran Taghavi3
1- The superintendent of Rasht wastewater treatment plant office, Guilan Province Water and Wastewater Company 2- Faculty member of Environmental Research Institute,The Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Guilan, Iran 3- Assistant Professor, Department of Environmental Health Engineering, Faculty of Health, Guilan University of Medical Sciences |
Abstract In this study, the aerobic biological process was investigated by the moving bed bioreactor (MBBR) method for detergent industries wastewater treatment. The mean of COD and LAS were 10231 mg/L and 210 mg/L in raw wastewater, respectively. In this study, three different concentrations of LAS (210, 500, and 1000 mg/L) were used to determine the whole system's efficiency in removing COD and LAS. The BOD5/COD ratio increased from 0.2 in raw wastewater to 0.45 after pretreatment using coagulation and flocculation methods. In the MBBR system in reactor 1 with 36 hours of hydraulic rate time (HRT), the highest removal efficiencies of 93.41% and 95% were obtained for COD and LAS, respectively. In Reactor 2 with similar conditions, with HRT equal to 36 hours, the highest removal efficiencies of 94.20% and 99.99% for COD and LAS were obtained, respectively. By changing the amount of injected air from 30 L/min to 50 L/min and then 70 L/min, the removal efficiency increased in the amount of air injected about 50 L/min. Organic charge loading (OUR) studies also showed a reduction in specific oxygen consumption from about 11 mg O2/gr MLSS.hr at the beginning of the operation period to about 2 mg O2/gr MLSS.hr at the end of the period. This study showed that the MBBR process can meet the environmental output standards and be used as an efficient method in detergent industry wastewater treatment. |
Keywords: Detergent, Alkyl benzene sulfonate liner, Fenton-like oxidation, MBBR, Detergent wastewater |
|
[1] * Corresponding author E-mail address: saeedpoorkareem@yahoo.com
مقدمه
سورفاکتانت‌ها یکی از بزرگترین ترکیبات مورد استفاده در فرمولاسیون و ساختار مواد شوینده می‌باشند که به‌طور گسترده در دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرند (Duarte et al., 2010). سورفاکتانت‌ها به 4 دسته آنیونی، کاتیونی، غیریونی و آمفوتریک تقسیم می‌شوند (Aloui, Kchaou, & Sayadi, 2009; Delforno, Moura, Okada, & Varesche, 2014; Okada, Delforno, Etchebehere, & Varesche, 2014). سورفاکتانت‌های آنیونی و غیریونی دو گروه بزرگ سورفاکتانت‌های سینتتیک را تشکیل می‌دهند (Duarte et al., 2010). صنایع تولید مواد شوینده، جزء بزرگترین منابع آلاینده و منبع ورود این ترکیبات به منابع آب‌های پذیرنده و آب‌های سطحی می‌باشند (Bandala, Pelaez, Salgado, & Torres, 2008). ورود این نوع از فاضلاب‌ها به منابع آبی می‌تواند باعث بروز تاثیرات شدید بر روی حیات آبزیان گردد de Oliveira et al., 2010)) . سورفاکتانت‌های آنیونی قابلیت تجزیه‌پذیری بیولوژیکی پایینی داشته و معمولاً میزان جذب سلولی پایین‌تری نسبت به سایر ترکیبات آلی دارند(Jangkorn, Kuhakaew, Theantanoo, Klinla-Or, & Sriwiriyarat, 2011a; Wang, Song, & Mai, 2008). دلیل مقاومت این ترکیبات به تجزیه‌پذیری بیولوژیکی، وجود زنجیره‌های سه و یا چهار کربنه در ساختار این ترکیبات می‌باشد(Aboulhassan, Souabi, Yaacoubi, & Baudu, 2006). این زنجیره‌های سه و یا چهار کربنه از تاثیر آنزیم‌های باکتریایی بر روی نقاط حساس این ترکیبات جلوگیری می‌کند(Gaca, Kowalska, & Mróz, 2005). علاوه‌براین، این ترکیبات در غلظت‌های بین mg/L 50–20، عامل محدود کننده برای رشد میکروارگانیسمها به حساب می‌آیند و می‌توانند تاثیرات شدیدی بر روی غشای سلولی و خاصیت نفوذ پذیری غشاء در جذب ترکیبات آلی ایجاد کنند(Aloui et al., 2009; Wang et al., 2008). تاکنون روشهای متعددی جهت تصفیه پساب شوینده بکار رفته است که از این میان می‌توان به روش‌هایی مانند انعقاد و لخته‌سازی (A Ayguna & T Yilmazb, 2010) جذب (Aloui et al., 2009) اکسیداسیون شیمیایی (Panizza et al., 2013) اکسیداسیون الکتروشیمیایی (KARCI, ALATON, & BEKBÖLET, 2013) فرآیند غشایی (Dhouib, Hdiji, Hassaïri, & Sayadi, 2005) فرآیندهای بیولوژیکی بی‌هوازی (Duarte et al., 2010; Merrettig-Bruns & Jelen, 2009) و ... و روشهای مبتنی بر آنزیم که از روشهای جدید بکار رفته در حذف دترجنت‌های LAS می‌باشد (Gholami-Borujeni, Nejatzadeh, & Jamalan, 2018; Hellmuth & Dreja, 2016). اشاره نمود.
فرآیند بیوراکتور بستر متحرک (MBBR) با راندمان بالا و میزان مصرف پایین انرژی، یکی از روشهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب می‌باشد که در آن مدیاهای معلق در یک شرایط شناور بوسیله هوادهی و جریان پیشرفته در یک تانک هوادهی قرار دارند(Weiss, Alvarez, Tang, Horvath, & Stahl, 2005). فرآیند کالدنس (MBBR) یک راکتور اختلاط کامل با بهره‌برداری پیوسته است که در آن، بیومس بر روی مدیاهای کوچک که در داخل راکتور در حرکت هستند؛ رشد می‌کنند (Zhang et al., 2013). مزایای استفاده از فرآیند MBBR عبارتند از: بالا بودن سن لجن، عدم نیاز به برگشت لجن و مشکلات کمتر مربوط به بالکینگ لجن(Barwal & Chaudhary, 2014). برخلاف روشهای معمول لجن فعال، در این نوع فرآیند، امکان بارگذاری آلی بیشتر وجود دارد که این مهم به دلیل ایجاد مساحت سطح بالاتر و وجود مدیا در داخل راکتور می‌باشد که علاوه بر بارگذاری بیشتر بار آلی، سبب کوچک کردن حجم حوض هوادهی نیز می‌شود(Aygun, Nas, & Berktay, 2008). درصد پرشدگی و مساحت سطح ویژه مدیای رشد، دو پارامتر مهم طراحی در فرآیند MBBR می‌باشند (Aygun et al., 2008; Ødegaard, 1999)و معمولاً توصیه می‌شود که این مقدار بین 70– 50% باشد. نرخ مصرف اکسیژن1 (OUR) یکی دیگر از پارامترهای مهم است که فرآیند لجن فعال را کنترل کرده و اندازه‌گیری اکسیژن محلول، که مقدار مصرف اکسیژن بوسیله میکروارگانیسمها و با واحد میلی‌گرم در لیتر در ساعت می‌باشد، بیان می‌گردد. با دانستن مقدار OUR، این نکته را می‌توان دریافت که چگونه جمعیت فعال میکروارگانیسم‌های موجود در تانک هوادهی، اکسیژن فراهم شده را مصرف کرده و مواد آلی ورودی به سیستم را تجزیه می‌کنند.
هدف اصلی این مطالعه، بررسی کارایی فرایند MBBR در حذف COD و LAS با تغییرات زمان ماند هیدرولیکی و تغییرات مقدار هوای تزریقی در یک مقدار بارگذاری تقریبی COD برابر gr COD / m2 . d 1/0 و مقادیر مختلف LAS تزریقی به سیستم می‌باشد.
مواد و روش‌ها
· روش آنالیز فاضلاب خام و روش آزمون
در این مطالعه، کارایی روش بیولوژیکی بیوراکتور بستر سیال هوازی2 (MBBR) جهت تصفیه فاضلاب صنایع شوینده استفاده شد. فاضلاب مورد‌نیاز در این بررسی، از شرکت تولیدی محصولات شوینده "ایوان" تهیه گردید. پس از نمونه‌برداری از خروجی کارخانه شوینده، فاضلاب گرفته شده در دمای 4 درجه سانتی‌گراد به آزمایشگاه آب و فاضلاب منتقل شد و تمامی پارامترهای فیزیکی و شیمیایی فاضلاب آنالیز گردید.
جهت بررسی کارایی فرآیند بیولوژیکی، مقادیر متفاوت LAS به صورت سنتزی به فاضلاب اضافه گردید. برای این منظور، نمک جامد لاینر آلکیل بنزن سولفانات (LAS) (CAS No. 25155-30-0) و سایر مواد شیمیایی مورد نیاز از شرکت زیگما تهیه و خریداری شدند. مقادیر سورفاکتانت آنیونی در نمونه‌ها با استفاده از اسپکتروفتومتر UV–Vis (Jenway 7315, UK) و توسط روش مواد فعال سطحی متیلن بلو3 (MBAS) در طول موج nm 652، آنالیز COD نمونه‌ها به روش دی‌کرومات پتاسیم و رفلاکس بسته4 (St.M. 5220 B)، آزمون تعیین چرب و روغن به روش استخراج آبی- آلی و وزن‌سنجی (St.M. 5220) و سایر آزمون‌های تعیین نیتروژن و فسفر در نمونه فاضلاب براساس روش استاندارد ذکر شده در کتاب روشهای استاندارد آزمایشات آب و فاضلاب تعیین گردید (Federation & Association, 2005). غلظت اکسیژن باقیمانده، pH و EC نیز توسط دستگاه پرتابل مولتی پارامتر (Aqualytic AL15) اندازه‌گیری شد.
· طراحی بیوراکتور بستر متحرک
در این پژوهش از دو راکتور با ارتفاع cm 30 و طول و عرض cm 15 و حجم تقریبی 5/6 لیتر استفاده شد. لجن مورد نیاز در این مطالعه، از خط برگشت سیستم هوازی لجن فعال اختلاط کامل شرکت تولیدی محصولات بهداشتی گیلارانکو تهیه گردید. مقدار 2 لیتر لجن با غلظت MLSS حدود mg/L 4500 به راکتورها اضافه شد و به مدت 15 روز در شرایط آزمایشگاهی غذادهی انجام شد تا راکتور با شرایط سازگار گردد. همزمان بسترهای رشد نیز وارد راکتورها شد تا به تدریج، لایه اولیه میکروارگانیسمها بر روی آنها تشکیل گردد. مقادیر pH، DO، EC و دما به صورت روزانه در سیستم پایش شد. غلظت MLSS به روش وزن سنجی و با استفاده از فیلتر µm 45/0 و قلیائیت با استفاده از روش تیتراسیون اندازه‌گیری شدند (Federation & Association, 2005). برای بررسی ضخامت بیوفیلم بر روی مدیا پس از خشک کردن آن از میکروسکوپ اسکن الکترونی5 (SEM) مدل (Hitachi S2700 Japan) استفاده شد و وزن بیوفیلم تشکیل شده بر روی مدیا نیز پس از خشک کردن آن به روش وزن سنجی اندازه‌گیری شد. درصد پرشدگی راکتورها در این مطالعه 50 درصد در نظر گرفته شد. ویژگی‌های بستر رشد مورد استفاده در مطالعه در جدول 1 نشان داده شده است. بعد از گذشت 15 روز، فاضلاب خام با COD و LAS تقریبی 50 ± 400 و 2 ± 20 به ترتیب به راکتورها تزریق گردید. این کار به مدت 30 روز انجام شد تا دوره تطابق جمعیت میکروارگانیسمها با شرایط و فاضلاب جدید و تشکیل یک لایه مناسب بر روی بستر طی شود (شکل 1). مقدار pH فاضلاب تزریقی به راکتورها بر روی 5/7-7 تنظیم شد. برای فراهم کردن شرایط مناسب رشد از نظر مواد مغذی برای میکروارگانیسمها، نسبت COD/N/P بر روی 1/5/100 تنظیم و مواد مغذی به همراه فاضلاب به راکتورها تزریق شد. همچنین، غلظت مواد مغذی (KH2PO4, NH4Cl ,NaHCO3) برای تامین فسفات، نیتروژن و قلیائیت، به ترتیب غلظت‌های mg/L 197، mg/L 910 و mg/L 130 بود (Koupaie, Moghaddam, & Hashemi, 2011; Mollaei, Mortazavi, & Jafari, 2015).
جدول 1 : مشخصات مدیای مورد استفاده
پارامتر | مقدار |
نوع مدیا | HDPE |
شکل مدیا | استوانه‌ای با یک مقطع عرضی در وسط |
قطر بیرونی | mm 10 |
ارتفاع | mm 7 |
سطح موثر | mm2 857 |
مساحت سطح ویژه | m2/m3 517 |
وزن مخصوص | gr/cm3 96/0 |
شکل 1: شماتیک فرآیند مورد استفاده در مطالعه
· اندازه‌گیری ضخامت بیوفیلم
به منظور اندازه‌گیری ضخامت بیوفیلم تشکیل شده بر روی مدیا، در ابتدا، از داخل راکتور تعداد 15 عدد مدیا به صورت تصادفی برداشته شده و پس از تمیزکاری جهت تصویر برداری آماده شد. پس از این مرحله به منظور بدست آوردن ضخامت بیوفیلم تشکیل شده بر روی مدیای AnoxKaldnes K1 از تصاویر استریومیکروسکوپی از نمای بالا و تصاویر مقطعی از سطوح داخلی و سیلندرهای داخلی مدیا استفاده شد (Siciliano & De Rosa, 2016; Suping, Ying, & Xiaodong, 2004). تصاویر با استفاده از استریو میکروسکوپ Stemi 305 به دست آمد و تصاویر بدست آمده با استفاده از نرم افزار فیجی تحلیل گردید (Schindelin et al., 2012). ضخامت بیوفیلم گزارش شده در این مطالعه، متوسط ارتفاع رشد بیوفیلم در سطح حامل ها بود. میانگین ارتفاع بیوفیلم تشکیل شده بر روی مدیا با اندازه‌گیری نمای بالایی از سطحی که توسط بیوفیلم اشغال شده بود، محاسبه شد. ضخامت بیوفیلم برای حداقل یک سمت از فضاهای خالی حامل K1 تصویربرداری و تجزیه و تحلیل شد. میانگین همه اندازه‌گیری‌ها (450 n ∼) به عنوان میانگین کلی ضخامت بیوفیلم در هر مدیا با انحراف بر اساس مقایسه بین ضخامت‌های متوسط اندازه‌گیری شده برای مدیاها گزارش شده است (Arabgol, Vanrolleghem, Piculell, & Delatolla, 2020; Guiet, Burri, & Seitz, 2019; Liu, Quan, & Li, 2017).
یافته‌های پژوهش
· آنالیز فاضلاب خام
جهت تعیین و اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکی و شیمیایی فاضلاب شوینده، آنالیز اولیه در آزمایشگاه آب و فاضلاب انجام گرفت. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی فاضلاب خروجی از کارخانه در جدول 2 نشان داده شده است. براساس نمونه‌برداری‌های انجام شده، متوسط COD و LAS فاضلاب خروجی به ترتیب mg/L 10231 و mg/L 210 بود.
جدول 2 : ویژگی‌های فاضلاب خروجی
پارامتر | واحد | مقدار |
COD | mg/L | 150 ± 10231 |
BOD5 | mg/L | 50 ± 2100 |
TSS | mg/L | 5 ± 108 |
LAS | mg/L | 10 ± 210 |
O&G | mg/L | 5 ± 195 |
pH | ------- | 3/0 ± 3/7 |
TP | mg/L | 1 ± 26 |
TN | mg/L | 7/0 ± 13 |
· تصفیه شیمیایی
به‌منظور پیش تصفیه فاضلاب قبل از استفاده در فرآیند بیولوژیکی، از روش انعقاد شیمیایی استفاده شد. بدین منظور از منعقد کننده کلرور فریک با غلظت mg/L 2500 و کمک منعقد کننده آهک (Ca(OH)2) با غلظت mg/L 3500 و مقدار غلظتی پلی‌‌الکترولیت آنیونی mg/L 2 استفاده شد. فرآیند انعقاد و لخته سازی با استفاده از دستگاه جارتست و در دور 120 دور در دقیقه و به مدت 1 دقیقه به عنوان فرآیند اختلاط سریع و سرعت 30 دور در دقیقه به مدت 30 دقیقه به عنوان فرآیند اختلاط آرام انجام شد. پس از انجام این فرآیند، به نمونه پیش تصفیه شده به مدت 2 ساعت جهت ته نشینی زمان داده شد تا برای سیستم بیولوژیکی آماده شود.
· بررسی پارامترهای تاثیرگذار بر تصفیه بیولوژیکی فاضلاب شوینده
- تغییرات رشد بیوفیلم بر روی مدیا
به منظور تطابق میکروارگانیسمها با فاضلاب جدید و رشد میکروارگانیسم‌های هتروترفیک، بارگذاری آلی راکتور با COD برابرg COD/m2day 4/0 و LAS با غلظت mg/L 20 انجام شد. با بررسی تصاویر SEM در شکل 2، توزیع میکروارگانیسمها بر روی مدیا در دوره بهره‌برداری سیستم، مورد بررسی قرار گرفت.