تصفیه فاضلاب و تولید بیودیزل با استفاده از ریزجلبک حاصل از فاضلاب شهری در مقیاس نیمه پایلوت: مطالعه موردی فاضلاب مشهد

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 دفتر تحقیقات و بهره وری، شرکت آب و فاضلاب مشهد، مشهد، ایران

چکیده

روش لجن فعال در تصفیه پساب روشی پرهزینه است و مشکل­ هایی همچون تولید لجن زیاد، مصرف انرژی بالا، کدورت زیاد در خروجی، و تطبیق نداشتن با شرایط متغیر پساب را دارد. استفاده از پساب شهری برای تولید ریزجلبک و تبدیل آن به فراورده ­های همچون بیودیزل همزمان با تصفیه پساب به کمک ریزجلبک دیدگاه نوینی است که در صنعت تصفیه پساب وارد شده است اما هنوز به دلیل نبود اطلاعات کافی در مقیاس بزرگ جنبه عملی پیدا نکرده است و فعالیت های انجام شده به طور عمده مطالعاتی هستند. به طور ویژه در زمینه تصفیه همزمان پساب و تولید بیودیزل از ریزجلبک به دست آمده در حالت نیمه­صنعتی، هیچ مطالعه ­ای گزارش نشده است. در این مطالعه، برای اولین بار فرایند همزمان تصفیه پساب شهری و تولید ریزجلبک و تبدیل آن به بیودیزل در مقیاس نیمه صنعتی
به حجم 500 لیتر مورد بررسی قرار گرفت. هدف از این بررسی از یک سو ارزیابی پتانسیل روش تصفیه مبتنی بر جلبک برای اصلاح پارامترهای پساب شامل مقدار نیتروژن، فسفات و COD و از سوی دیگر ارزیابی پتانسیل پساب مورد استفاده برای تولید ریزجلبک در مقیاس نیمه صنعتی با استفاده از راکتور زیستی نور استخر روباز و تبدیل آن به بیودیزل بود. نتیجه ­ها نشان داد که در طی یک فرایند یک هفته ای میزان زیست توده تولید شده از کشت ریزجلبک در پساب حدود 25/1 گرم بر لیتر بود که میزان لیپید ریزجلبک حدود 25% بود. جداکردن ریزجلبک با استفاده از روش انعقاد 83% راندمان داشت. ریزجلبک خشک شده در طی واکنش ترانس استریفیکاسیون اسیدی مستقیم با درصد تبدیل 76% به بیودیزل تبدیل شد که دارای پروفیل اسید چرب مناسب شامل اسیدهای پالمتیک، اولئیک، و لینولئیک به میزان 5/49 % کل مقدار لیپید بود. نتیجه تصفیه همزمان پساب نیز نشان داد که COD حدود 50% ، نیتروژن کل حدود 25%، و میزان فسفات حدود 50% کاهش داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] حاج سردار, مهدی, برقعی, سید مهدی, حسنی, امیرحسام, تکدستان, افشین; بررسی نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون هم زمان در تصفیه پساب بدون استفاده از منبع کربن خارجی در راکتور ناپیوسته متوالی, نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران, (2) 35, 97-83 (1395).

[2] نجفی، بهمن؛ مدل سازی سینتیک شیمیایی تولید سوخت بیودیزل از روغن پسماند رستوران، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)30: 25-33 (1390).

[3] Rodolfi L., Zittelli G.C., Bassi N., Padovani G., Biondi N., Bonin I.G., Tredicil M.R., Microalgae for oil: Strain selection, induction of lipid synthesis and outdoor mass cultivation in a low-cost photobioreactor, J. Biotechnology and Bioengineering, 102:100–112 (2009).

[4] Green F.B., Bernstone L.S., Lundquist T.J., Oswald W.J., Advanced Integrated wastewater pond systems for nitrogen removal, Water Science & Technology, 33(7): 207-217 (1996).

[5] Oswald W.J., My sixty years in applied algalogy, J. Applied Phycology, 15(2): 99-106 (2003).

[6] Oswald W. J., Advanced Integrated Wastewater Pond Systems, ASCE Convention EE Div/ASCE, San Francisco, CA, Nov. 5-8 (1990).

[7] Chisti Y., Biofuel from microalgae, Biotechnology Advances, 25(3): 294-306 (2007).

[8] Park J.B., Craggs R.J., Algal production in wastewater treatment high rate algal ponds for potential biofuel use, Water SciTechnol, 63(10): 2403-10 (2011).

[9] Ruiz-Marin A., Mendoza-Espinosa L.G., Stephenson T., Growth and nutrient removal in free and immobilized green algae in batch and semi-continuous cultures treating real wastewater, Bioresource Technol. 101: 58–64 (2010).

[10] Mata T.M., Martins A.A., Caetano N. S., Microalgae for biodiesel production and other applications: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14: 217-232 (2010). 

[11] Kong Q.X., Li L., Martinez B., Chen P., Ruan R., Culture of microalgae Chlamydomonas reinhardtii in wastewater for biomass feedstock production, Appl. Biochem. Biotechnol. 160: 9–18 (2010).            

[12] Orpez R., Martinez M.E., Hodaifa G., El Yousfi F., Jbari N., Sanchez S., Growth of the microalga Botryococcus braunii in secondarily treated sewage, Desalination 246: 625–630 (2009).

[13] Chinnasamy S., Bhatnagar A., Hunt R.W., Das K.C., Microalgae cultivation in a wastewater dominated by carpet mill effluents for biofuel applications, Bioresource Technol. 101:3097–3105 (2010).

[14] Roberts G.W., Fortier M.-O.P., Sturn B.S.M., Stagg-Williams S.M., Promising pathway for algal biofuels through wastewater cultivation and hydrothermal conversion, Energy & Fuels, 27(2): 857-867 (2013).

[15] Schenk P.M., Thomas-Hall S.R., Stephens E., Marx U.C., Mussgnug J.H., Posten C.,Kruse O., Hankamer B., Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production, BioEnergy Research, 1(1): 24-30 (2008).

[16] Mobin S., Alam F., Biofuel production from algae utilizing wastewater, 19th Australian Fluid Mechanics Conference, Melborne, Australia, 8-11 December (2014).

[17] Bligh E.G., Dyer W.J., A rapid method of total lipid extraction and purification, Canadian journal of biochemistry and physiology, 37:911-917(1959).

 [18] Breuer G., Evers W.A., de Vree J. H., Kleinegris D. M., Martens D. E., Wijffels R.H., Lamers P. P., Analysis of fatty acid content and composition in microalgaeJoVE (Journal of Visualized Experiments), 80:e50628 (2013).

 [19] “4500-N NITROGEN (2017)”, Standard Methods For the Examination of Water and Wastewater, DOI: 10.2105/SMWW.2882.086

[20] گلزاری، ابوعلی؛ عبدلی، محمد علی؛ خدادادی، عباسعلی؛ کرباسی، عبدالرضا؛ ایمانیان، سجاد؛ بررسی فرآیندهای انعقاد الکتریکی و شیمیایی برای جداسازی میکروجلبک های آب شور، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)35: 39-52 (1395).

[21] Zhu S., Qin L., Feng P., Shang C., Wang Z., Yuan Z., Treatment of low C/N ratio wastewater and biomass production using co-culture of Chlorella vulgaris and activated sludge in a batch photobiorector, Bioresource Technology, In Press (Available online 17 October 2018).

[22] Drira N., Piras A., Rosa A., Porcedda S., Dhaouadi H., Microalgae from domestic wastewater facility's high rate algal pond: lipids extraction, characterization and biodiesel production, Bioresource Technology, 206, 239-244 (2016).

[23] Bhatnagar A., Bhatnagar M., Chinnasamy S., Das K., Chlorella minutissima – a promising fuel alga for cultivation in municipal wastewaters. Appl. Biochem. Biotechnol. 161, 523–536 (2010).

[25] Guldhe A., Singh P., Renuka N., Bux F., Biodiesel synthesis from wastewater grown microalgal feedstock using enzymatic conversion: A greener approach, Fuel, 237, 112-1118 (2019).

[26] Woertz I., Feffer A., Lundquist T., Nelson Y., Algae grown on dairy and municipal wastewater for simultaneous nutrient removal and lipid production for biofuel feedstock, J. Environmental Engineering, 135: 1115-1122 (2009).

[27] Park J.B.K., Craggs R.J., Shilton A.N., Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production, Bioresource Technol., 102, 35-42 (2011).

[29] De Francisci D., Su Y., Lital A., Angelidaki I., Evaluation of microalgae production coupled with wastewater treatment, Environ Technol, 39, 581-592 (2018).

[30] Alvarez-Diaz P.D., Ruiz J., Arbib Z., Barragan J., Garrido-Perez M.C., Perales J.A., Freshwater microalgae for simultaneous wastewater nutrient removal and lipid production, Algal Research, 24, 477-485 (2017)