بخشی از مقاله
تعیین ثوابت سینتیکی بیوراکتورهاي نوین رشد تلفیقی در تصفیه فاضلاب شهري
چکیده
در سالهاي اخیر استفاده از مدل هاي سینتیکی براي طراحی و بهرهبرداري از فرایندهاي بیولوژیکی مورد توجه قرار گرفته است. به طوري که براي بررسی کارایی سیستمهاي در حال بهرهبرداري، بهینه سازي شرایط بهرهبرداري و همچنین پیشبینی رفتار سیستم تصفیه از ثوابت سینتیکی استفاده میشود. از جمله این مدلها که براي سیستم هاي رشد تلفیقی کاربرد دارد؛ میتوان به مدل استوور-کینکانون اشاره کرد. در این تحقیق با اضافه کردن آکنههاي معلق به بیوراکتورهاي USBF و بهرهگیري از رشد معلق و چسبیده در این فناوري، ثوابت سینتیکی براي مدل استوور-کینکانون مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق از یک بیوراکتور به حجم 2250 لیتر شامل بخشهاي انوکسیک(400 لیتر)، هوادهی 1200) لیتر) و تانک تهنشینی 400) لیتر) استفاده شد. آکنه مورد استفاده از نوع کالدنس 2 با سطح ویژه 370 و درصد پرشدگی 30 درصد بود. فاضلاب خام ورودي به بیوراکتور از فاضلاب خام ورودي به تصفیه خانه جنوب اصفهان با غلظت 490±100 COD میلیگرم بر لیتر تأمین گردید. عملکرد سیستم در نرخهاي بارگذاري آلی(1 (OLR، 1/2، 1/5، 2 و kg COD⁄m .day) 3 ناشی از شوك هیدرولیکی و در غلظت زیست توده معلق((MLSS، 5106±78 میلی گرم بر لیتر و غلظت زیست توده چسبیده در گستره 2992±126 میلیگرم بر لیتر مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشهاي کنترل کیفی فاضلاب بر اساس روش هاي استاندارد انجام گردید. نتایج نشان داد که مدل اصلاح شده استوور-کینکانون همبستگی بالایی (R2=0/9977) با نتایج آزمایشگاهی دارد. ثوابت Umax و KB در مدل اصلاح شده استوور-کینکانون به ترتیب 58/1395 و (kg⁄m3 .day) 61/0174 به دست آمد. بنابراین با توجه به همبستگی بالاي مدل استوور-کینکانون اصلاح شده، میتوان از این مدل جهت طراحی و پیشبینی رفتار بیوراکتورهاي نوین USBF با رشد تلفیقی استفاده کرد.
کلمات کلیدي: رشد تلفیقی؛ تصفیه فاضلاب؛ مدل سینتیکی؛ فاضلاب شهري؛ مدل استوور - کینکانون
-1 مقدمه: اکثر فرایندهاي متعارف تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی در غلظتهاي زیست توده پایین مورد استفاده قرار میگیرند. عملکرد تصفیهخانههاي فاضلاب را میتوان به کمک بالا بردن غلظت زیست توده در سامانه زیستی بهبود بخشید.[1] بالا بردن غلظت زیست توده معلق در سیستم، افزایش حجم حوضچهها را در بر دارد و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نمیباشد. امروزه استفاده از آکنههاي ثابت و معلق، به دلیل بالا بودن سطح تماس و حجم کم آنها و در نتیجه افزایش راندمان تصفیه فاضلاب در حال گسترش است.[2] با اضافه کردن آکنه به سیستم میتوان غلظت زیست توده را در سیستم بالا برد و نرخ بارگذاري آلی را افزایش داد(). مطالعات انجام شده در این زمینه نشان میدهد که در حالت رشد تلفیقی، سامانه زودتر به حالت پایداري میرسد و راندمان مطلوبتري نسبت به فرایندهاي رشد معلق دارد3]،.[2 در این تحقیق یک بیوراکتور نوین رشد تلفیقی با اضافه کردن آکنههاي معلق اسفاده شده است. فرایندهاي تصفیه زیستی بر اساس پارامترهایی مانند نرخ بارگذاري آلی، زمان ماند هیدرولیکی، زمان ماند سلولی، نسبت غذا به میکروارگانیسم و ثوابت سینتیکی میتوانند طراحی گردند.[9] از جمله این مدلها که براي سیستمهاي رشد تلفیقی کاربرد دارد؛ میتوان به مدل حذف آلاینده مرتبه اول، گرا و استوور-کینکانون اشاره کرد.
هدف از این تحقیق معرفی یک فرایند رشد تلفیقی با طراحی ساده و راندمان بالا در حذف آلایندهها، به عنوان روشی نوین در تصفیه فاضلاب شهري میباشد. علاوه بر آن یکی دیگر از اهداف تحقیق، تعیین سینتیک این فرایند با استفاده از مدل استوور-کینکانون اصلاح شده میباشد.
-2مواد و روشها
در این تحقیق عملکرد یک بیوراکتور نوین رشد تلفیقی با اضافه کردن آکنههاي معلق به سامانه زیستی، در مقیاس پایلوت و به ظرفیت 2250 لیتر شامل بخشهاي انوکسیک(400 لیتر)،هوادهی 1200) لیتر) و تانک تهنشینی 400) لیتر) در تصفیهخانه فاضلاب شهري جنوب اصفهان مورد بررسی قرار گرفت. تانک تهنشینی در انتهاي دستگاه قرار داشت و در آن از صفحات لاملا استفاده شد. شکل 1 شماتیک پایلوت مورد استفاده در تحقیق را نشان میدهد.
شکل -1 شماتیک سامانه آزمایشگاهی مورد استفاده
آکنه مورد استفاده از نوع کالدنس 2 با سطح ویژه370 m2 /m3 و درصد پرشدگی 30 درصد بود. مشخصات آکنههاي مورد استفاده در جدول 1 آمده است. فاضلاب خام ورودي به بیوراکتور از فاضلاب خام ورودي به تصفیه خانه جنوب اصفهان با غلظت 490±100COD میلیگرم بر لیتر تأمین گردید.
جدول :1 مشخصات آکنه مورد استفاده
اکسیژن مورد نیاز در قسمت هوادهی توسط دیفیوزر حباب ریز (Jager-HD270-Germany) که در قسمت تحتانی بیوراکتور تعبیه شده بود، صورت گرفت. نمونهگیريها از قسمت ورودي و خروجی راکتور انجام میگرفت. آزمایشها در فصل بهار 1392 و براساس روشهاي استاندارد براي آزمایش هاي آب و فاضلاب[4] و در آزمایشگاه تصفیه خانه جنوب اصفهان انجام شد. در این تحقیق اکسیژن محلول در قسمت انوکسیک کمتر از 0/5 و در قسمت هوادهی بین 3/1-4/6 میلیگرم بر لیتر تنظیم گردید. پارامترهاي دما، اکسیژن محلول و pH به صورت روزانه و طی چند مرحله اندازهگیري می شد. به منظور اندازه گیري غلظت زیست توده چسبیده از روش وزن سنجی استفاده شد8]،.[5
عملکرد سیستم در نرخهاي بارگذاري آلی(1 (OLR، 1/2، 1/5، 2 و (kgCOD/m3.day) 3 ناشی از شوك هیدرولیکی و در غلظت زیست توده معلق((MLSS، 5000 میلیگرم بر لیتر و غلظت زیست توده چسبیده در گستره 2992±126 -میلیگرم بر لیتر مورد بررسی قرار گرفت.
-3نتایج و بحث
جدول 2 نتایج حاصل از عملکرد بیوراکتور نوین رشد تلفیقی در زمانهاي ماند هیدرولیکی مختلف را نشان میدهد.
جدول :2 نتایج به دست آمده در حالت پایداري در زمانهاي ماند هیدرولیکی مختلف
