بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش راندمان حذف COD، BOD5، MLSS ،total nitrogen و ammonium از نمونه فاضلاب ساخته شده آزمایشگاهی با تلفیق دو روش تصفیه رشد معلق چسبیده - MBBR - و فیلتر غشائی اولترافیلتراسیون - UF MBR - بررسی شد. فاضلاب دارای COD و total nitrogen و phosphorus به ترتیب 1500-1000، 75-50 و 15-10 میلی گرم بر لیتر می باشد. رشد معلق چسبیده در مرحله اول در رآکتور بی هوازی و در مرحله دوم در دو رآکتور هوازی که به صورت سری قرار گرفته اند انجام شد و در مرحله سوم یک مدول اولترافیلتراسیون از جنس hollow fiber تعبیه شد. درصد حذف COD، MLSS ،total nitrogen و ammonium از فاضلاب در زمان ماند 7ساعت به ترتیب %95 ، %99 ، 80 و %80 منتج شد. این روش در مقایسه با هر کدام از روش های MBBR و MBR به صورت مجزا راندمان حذف بیشتری دارد..
.1 مقدمه
همزمان با رشد جمعیت، پیشرفت علم و توسعه تکنولوژی در کشور های پیشرفته،مصرف آب در بخش های صنعت،کشاورزی و شهری نیز افزایش یافته است. توسعه بخش صنعت در هر کشوری نیاز به مصرف آب داشته که در نتیجه تولید فاضلاب صنعتی از پیامدهای آن می باشد. از طرفی فاضلاب های صنعتی، به دلیل داشتن آلودگی های منحصر به فرد، شرایط تخلیه مستقیم به محیط های آبی از جمله رودخانه ها و دریاچه ها را ندارند؛ از این رو انجام تصفیه فاضلاب صنعتی امری ضروری است.
تصفیه بیولوژیکی به عنوان روشی مقرون به صرفه و با بازدهی بالا از روش های مرسوم می باشد. در سال 1988 میلادی شرکت کالدنس3 در نروژ با ساخت رآکتور بیوفیلم در بستر متحرک - - MBBR موفق به تصفیه بیولوژیکی فاضلاب شهری و ارضای استانداردهای زیست محیطی نروژ شد.[1]اودگارد و همکاران نشان دادند با استفاده از روش MBBR، فرایند نیترات سازی4 به خوبی قادر به شکل گرفتن است و حذف آمونیاک در شرایط مختلف آزمایشگاهی با راندمان مناسبی انجام میگیرد
در تحقیق دیگری تراپانی و همکاران با مقایسه همزمان MBBR و لجن فعال - - AS نشان دادند در شرایط مشابه برای هردو روش، فرایند حذف آمونیاک در رآکتور MBBR با راندمان بالاتری صورت میگیرد.[4] سایر مزایای روش MBBR فضای اشغال شده کمتر نسبت به روش AS، عدم نیاز به شستشوهای متمادی تجهیزات، افزایش زمان بازگشت ذرات - - SRT جهت رشد میکرواورگانیسم هایی که زمان رشد طولانی دارند و قابلیت ریکاوری و تطبیق با شرایط شوک و ورود ناگهانی فاضلاب با میزان مواد آلی بالا.
در نتایجی که در تحقیق فنگ و همکارن بدست آمد، حذف اکسیژن خواهی شیمیایی - - COD به میزان 80 در یک رآکتور MBBR که 40 فضای رآکتور را حامل های بیوفیلمی1 تشکیل می دادند گزارش شد.
فاضلاب تصفیه شده توسط سیستم MBBR جهت جداسازی ذرات معلق نیاز به ته نشینی و یا فیلتراسیون دارد که یکی از راه های پیشنهادشده استفاده از فیلتر های غشائی اولترافیلتراسیون - - UF میباشد. استفاده از فیلتر های غشائی در تصفیه فاضلاب به صورت غوطه ور در یک رآکتور بیولوژیکی را MBR می نامند. در این سیستم یک مدول فیلتراسیون غشائی با قطر منافذ میکرونی به صورت غوطه ور در سیال مورد نظر قرار داده شده و با ایجاد جریان مکش، سیال عبوری از غشاء فیلتر میشود و ذرات دارای ابعاد بزرگتر از منافذ غشاء درون منافذ متوقف میشوند.
سیستمMBR قابلیت جداسازی ذرات معلق بسیار ریز در ابعاد میکرونی و همینطور انجام تصفیه بیولوژیکی را نیز دارد.[3] ترکیب دو سیستم MBBR و MBR توسط محققان متعددی صورت گرفته شده و گزارشات آنها در برخی موارد مشابه و در برخی دیگر متفاوت است نام این سیستم در ادبیات تصفیه به MB-MBRو یا BF-MBR ثبت شده است. لیو و همکاران با استفاده از همین روش موفق به افزایش راندمان حذف COD، آمونیاک، نیتروژن کل و فسفر کل به ترتیب 4 ،4.2 ، 13.7 و 1.7 نسبت به روش MBR شدند.
با وجود راندمان بالای سیستم های MBR یکی از معایب آنها مشکل گرفتگی فیلتر های غشائی است که موجب کاهش کیفیت و کاهش دبی خروجی سیستم میشود؛ روش تصفیه MB-MBR ،به دلیل رشد میکروبی چسبیده به حامل های بیوفیلمی، دارای MLSS کمتری نسبت به سایر سیستم ها بوده و در نتیجه به روش تضمین شده ای در راستای کاهش گرفتگی فیلتر های غشائی تبدیل شده است و از طرف دیگر مدت زمان کارکرد فیلتر را طولانی تر می کند.
.2 طراحی پایلوت و روش ها :
در این تحقیق با طراحی سه مرحله تصفیه شامل -1تصفیه بیولوژیکی بی هوازی -2تصفیه بیولوژیکی هوازی -3فیلتر غشائی مستغرق به بررسی راندمان حذف مواد آلی از فاضلاب مصنوعی ساخته شده در آزمایشگاه پرداخته شد. رشد میکروبی چسبنده به حامل های بیوفیلمی ابتدا با لجن برگشتی تصفیه خانه اکباتان تغذیه و به مدت سه ماه بر روی حامل ها نشانده شد. رآکتورهای هر دو مرحله هوازی و بی هوازی دارای پکینگ پلاستیکی - K2 - هستنداین پکینگ ها در شکل 1 قبل و بعد از ایجاد رشد چسبنده2 میکروبی نمایش داده شده اند.
شکل 1 پکینگ های حامل بیوفیلمی نوع K2
فاضلاب مصنوعی حاوی ترکیبات گلوکز،KH2PO4 و کود اوره دارای COD،آمونیاک و فسفات به ترتیب 1500-1000، 50-75 و 15-10 میلی گرم بر لیتر در یک مخزن 40 لیتری تهیه شد. این فاضلاب به ترتیب زیر مراحل تصفیه را طی میکند:
مرحله اول تصفیه شامل یک رآکتورMBBR با حجم 11 لیتر که % 60 این حجم را پکینگ های K2 اشغال کرده اند و به طور مداوم در حالت کاملا مخلوط نگهداری میشوند.بارگذاری آلی در این رآکتور توسط جریانی از پایین به بالا3 و زمان ماند هیدرولیکی 9-7 ساعت اتخاذ شد و دمای این رآکتور توسط گرماده برقی در 30 درجه سانتیگراد و PH آن در محدوده 7 نگهداری شد. سرریز مرحله اول وارد رآکتور مرحله دوم میشود، در مرحله دوم دو رآکتور هوازی کاملا مخلوط و به حجم های 12.5 لیتر که % 70 حجم هر رآکتور با پکینگ های K2 اشغال شده است. سرریز مرحله دوم وارد تانک ته نشینی شده و لجن ته نشین شده در تانک ته نشینی هر یک ساعت به مدت 3 دقیقه و با دبی 0.5 لیتر در ساعت توسط پمپ پریستالتیک به رآکتور بی هوازی بازگشت داده میشود. و در نهایت مرحله آخر تصفیه یک
دهمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف 30 و 31 فروردین 139رآکتور MBR که یک استوانه به ارتفاع 24 سانتیمتر و قطر 12 سانتیمتر است و از کف این استوانه هوادهی ممتد انجام میشود در این استوانه یک فیلتر غشائی UF فیبری1 با مساحت موثر 0.2m2 و سایز منافذ 100 nm ساخت شرکت تایوان است. پمپ پریستالتیک مکش را با نرخ 5 litr.m-2.h-1 از فیلتر مکش میکند.مدت زمان عملیات فیلتر به صورت 6 دقیقه مکش و 15 ثانیه شستشوی معکوس2 به صورت اتوماتیک انجام میشود.شکل 2 به صورت شماتیک نشان داده شده است.این طراحی بر اساس مقایسه با پژوهش[8] صورت گرفت.
شکل 2 شماتیک پایلوت طراحی شده
عملیات تصفیه پایلوت طراحی شده به مدت دو هفته مورد بررسی قرار گرفته شد تا به حالت پایا رسید و پارامتر های آلاینده هر 2 روز یک بار اندازه گیری شدیک گیج فشار سنج در مسیر جریان میان فیلتر و پمپ کار گذاشته شد تا فشار جریان عبوری از غشاء - 3 - TMP به طور مداوم نمایش داده شود. زمانی که فشار TMP به 40 کیلوپاسکال رسید فیلتر از عملیات خارج شد - فشار عبوری بحرانی 10 کیلوپاسکال - و با شستشوی فیزیکی و کاهش گرفتگی همراه شد و دوباره در مسیر عملیاتی کار گزارده شد. اندازه گیری COD و MLSS طبق روش استاندارد متد[9]و اندازه گیری آمونیاک، نیترات و فسفات طبق روش های نسلر و معرف های4 دستگاه طیف سنج [10] hach 2800 انجام شد و نتایج در نمودارهای 1 تا 3 ارائه شده. اکسیژن محلول در رآکتور های هوازی و سیلندر MBR در حدود 7.5 میلی گرم در لیتر نگه داری شد و اکسیژن محلول در رآکتور بی هوازی در حدود 1 میلی گرم در لیتر.
