بررسی نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون هم زمان در تصفیه پساب بدون استفاده از منبع کربن خارجی در راکتور ناپیوسته متوالی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، گروه مهندسی محیط زیست

2 تهران، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی شیمی و نفت

3 اهواز، دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز، گروه مهندسی بهداشت محیط

چکیده

در این پژوهش، کارایی راکتور ناپیوسته متوالی (SBR) در حذف زیستی نیتروژن از پساب مصنوعی مورد بررسی قرار گرفت. هدف پژوهش، بررسی تأثیر یک روش مقرون به صرفه و جدید به منظور حذف ترکیب‌ های نیتروژن به ویژه نیترات بوده است. روش به کار گرفته شده شامل راهبرد افزودن منبع کربن داخلی، بیش از یک بار، به راکتور بوده و نتیجه‌ های به دست آمده تأثیر مستقیم و مثبت این راهکار بر تکمیل فرایند دنیتریفیکاسیون را نشان داد. این پژوهش با در نظر گرفتن زمان ماند سلولی (SRT) برابر 20 روز، نسبت کربن به نیتروژن(C/N) برابر 5/12 انجام شد. پس از برقراری شرایط پایدار، تأثیر سه بارگزاری آلی (OLR) برابر 67/0 ، 1 و d3kg COD/m 5/1 بر کارایی روش انتخاب شده، مورد بررسی قرار گرفت. افزون بر آن، تأثیر سه بارگزاری نیتروژن (NLR) برابر 054/0 ، 1/0 و d3kg N/m 15/0 نیز  بر نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون
هم زمان مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه‌ های به دست آمده نشان داد که در راکتور شاهد یعنی انجام عملیات با یک بار شدن راکتور در هر دوره، بازدهی حذف نیتروژن کل
(TN) برابر با % 25/86 بود. عملکرد راکتور مورد آزمایش در دوره اول و دوم پژوهش یعنی به ترتیب با یک و دو بار افزودن منبع کربن داخلی (افزون بر پر شدن اولیه) در هر سیکل نیز بررسی شد. در این پژوهش مشخص شد که با افزایش تعداد دفعه‌ های افزودن منبع کربن در هر سیکل، بازده ی حذف زیستی نیتروژن افزایش می ‌باید. بهترین عملکرد راکتور در دوره دوم و با دو بار افزودن منبع کربن داخلی به صورت آنوکسیک به دست آمد. در این شرایط با بارگزاری آلی برابر d3kg COD/m 67/0 و بارگزاری نیتروژن برابر d3kg N/m 054/0، بازدهی حذف نیتروژن کل برابر با % 91 بود. غلظت آمونیوم ، نیترات و نیتریت در پساب خروجی در این حالت به ترتیب برابر 72/0، 9/5 و  mg/L 23/0 بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

[1] کریمی، بهروز؛ بررسی استفاده از فرایند اکسایش پیشرفته در حذف ترکیب های نیتروژن دار از شیرابه کارخانه کمپوست اصفهان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3) 31: 33 تا 38 (1391).

[2]Alemzadeh I., Nazemi A., Physico-Chemical and Biological Treatment of Olive Mill Wastewater by Rrotating Biological Contactor (RBC) Reactors, Iran. J. Chem. Chem. Eng.(IJCCE), 25(4): 47-53 (2006).

[3] Guo W.Q., Yang S.S., Xiang W.S., Wang X.J., Ren N.Q., Minimization of Excess Sludge Production by In-Situ Activated Sludge Treatment Processes—A Comprehensive Review, Biotechnol. Adv., 31(8): 1386-1396 (2013).

[4] Lourenço N D., Franca R.D.G., Moreira M.A., Gil F.N., Viegas C.A., Pinheiro H.M., Comparing Aerobic Granular Sludge and Flocculent Sequencing Batch Reactor Technologies for Textile Wastewater Treatment, Biochem. Eng. J., 104: 57-63 (2015)

[5] Kulkarni P., Nitrophenol Removal by Simultaneous Nitrification Denitrification (SND) Using T. pantotropha in Sequencing Batch Reactors (SBR), Bioresour. Technol., 128: 273-280 (2013)

[6] Metcalf, Eddy, Inc., "Wastewater Engineering: Treatment and Reuse", 4th Ed., Mc Graw-Hill, Boston (2003).

[7] Moura I., Pauleta S.R., Moura J.J., Enzymatic Activity Mastered by Altering Metal Coordination Spheres, J. Biol. Inorg. Chem., 13(8): 1185-1195 (2008).

[8] U.S.E.P.A., "Wastewater Treatment Fact Sheet: External Carbon Sources for Nitrogen Removal", United States Environmental Protection Agency, Office of Wastewater Management, EPA 832-F-13-016 (2013).

[9] Guo J., Yang Q., Peng Y., Yang A., WANG H., Biological Nitrogen Removal with Real-Time Control Using Step-Feed SBR Technology, Enzyme Microb. Technol, 40(6): 1564-1569 (2007). 

[10] Guo J., Peng Y., Yang Q., Wang S., Chen Y., Zhao C., Theoretical Analysis and Enhanced Nitrogen Removal Performance of Step-Feed SBR, Water Sci. Technol., 58(4): 795-802 (2008).

[11] اشرفی، الهام؛ برقعی، سید مهدی؛ جداسازی توده­های میکروبی در راکتورهای زیست فیلمی بستر متحرک به­وسیله صافی­های دست­ساز، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)32: 105 تا 117 (1392).

[13] Arabi R., Bemanian, S., Taherzadeh M.J., Rapid Biodegradation of Methyl tert-Butyl Ether (MBTE) by Pure Bacterial Cultures, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 26(1): 1-7 (2007).

[13] APHA., "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater", 20th Edition, American Public Health Association, American Water Environment Federation, Washington D.C (1998).

[14] سازمان حفاظت از محیط زیست؛ "استانداردهای خروجی فاضلاب به استناد ماده 5 آیین نامه جلوگیری از آلودگی آب"، ص. 3 (1373).

[15] Irizar I., Zambrano J., Carlsson B., Morrás M., Aymerich,E., Robust Tuning of Bending-Points Detection Algorithms in Batch-Operated Processes: Application to Autothermal Thermophilic Aerobic Digesters, Environ. Model. Softw., 71: 148-158 (2015).

[16] Brown A.M., A Spreadsheet Template Compatible with Microsoft Excel and iWork Numbers that Returns the Simultaneous Confidence Intervals for All Pairwise Differences between Multiple Sample Means, Comput. Methods Programs Biomed., 98(1): 76-82 (2010).

[17] Scaglione D., Tornotti G., Teli A., Lorenzoni L., Ficara E., Canziani R., Malpei F., Nitrification Denitrification via Nitrite in A Pilot-Scale SBR Treating the Liquid Fraction of Co-Digested Piggery/Poultry Manure and Agro-Wastes, Chem. Eng. J., 228: 935-943 (2013).

[18] Miao L., Wang K., Wang S., Zhu R., Li B., Peng Y., Weng D., Advanced Nitrogen Removal from Landfill Leachate Using Real-Time Controlled Three-Stage Sequence Batch Reactor (SBR) System, Bioresour. Technol., 159: 258-265 (2014).

[19] Ge S., Peng Y., Wang S., Guo J., Ma B., Zhang L., Cao X., Enhanced Nutrient Removal in
A Modified Step Feed Process Treating Municipal Wastewater with Different Inflow Distribution Ratios and Nutrient Ratios
, Bioresour. Technol., 101(23): 9012-9019 (2010).

[20] Ma B., Wang S., Zhu G., Ge S., Wang J., Ren N., Peng Y., Denitrification and Phosphorus Uptake by DPAOs Using Nitrite as an Electron Acceptor by Step-Feed Strategies, Front. Environ. Sci. En., 7(2): 267-272 (2013).

[21] Villaverde S., Garcia Encina P.A., Lacalle M.L., Fdez.Polamco F., New Operational Technology for Total Nitrogen Removal from Industrial Wastewater Highly Loaded with Nitrogen, Water Sci. Technol., 41(12): 85-93 (2000).

[22] Zhu R., Wang S., Li J., Wang K., Miao L., Ma B., Peng Y., Biological Nitrogen Removal from Landfill Leachate Using Anaerobic–Aerobic Process: Denitritation Via Organics in Raw Leachate and Intracellular Storage Polymers of Microorganisms. Bioresour. Technol., 128: 401-408 (2013).

[23] Sun H., Yang Q., Peng Y., Shi X., Wang S., Zhang S., Advanced Landfill Leachate Treatment Using a Two-Stage UASB-SBR System at Low Temperature, J. Environ. Sci., 22(4): 481-485 (2010).

[24] Puig S., Vives M.T., Corominas L., Balaguer M.D., Colprim J., Wastewater Nitrogen Removal in SBRs, Applying A Step-Feed Strategy: From Lab-Scale to Pilot Plant Operation, Water sci. and technol., 50(10): 89-96 (2004). 

[25] Choi E., Park H., Rhu D., Phosphorus Removal from SBR with Controlled Denitrification for Weak Sewage, Water Sci. Technol., 43(3): 159-165 (2001). 

[26] Zhang H., Jiang J., Li M., Yan F., Gong C., Wang Q., Biological Nitrate Removal Using a Food Waste-Derived Carbon Source in Synthetic Wastewater and Real Sewage, J. Environ. Manage., 166: 407-413 (2016).