طراحی پایلوت و مدلسازی فرآیند A2O جهت ضرایب سینتیکی رشد سلولی برای افزایش راندمان حذف مواد آلی و مغذی از فاضلاب شهر پردیس

محورهای موضوعی : ارزیابی خطرات آلاینده ها بر روی محیط زیست

مجتبی درزی درونکلا ¹ , امیرحسین محوی ^{2 *} , بهمن رماوندی ³ , سید عنایت هاشمی ⁴ , فاضل امیری ⁵

1 - گروه مهندسی محیط زیست، واحد بوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران
2 - گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکدۀ بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران
3 - گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکدۀ بهداشت و تغذیه، دانشگاه علوم پزشکی بوشهر، بوشهر، ایران
4 - گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکدۀ بهداشت و تغذیه، دانشگاه علوم پزشکی بوشهر، بوشهر، ایران
5 - گروه مهندسی محیط زیست، واحد بوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران

تاریخ دریافت : 1404/02/10 تاریخ پذیرش : 1404/02/23 تاریخ انتشار : 1404/05/28

کلید واژه: ضرایب سینتیکی, فرایندA2O, مواد آلی, نوترینت,

چکیده مقاله :

تصفیۀ فاضلاب به روش A₂O در واقع شیوۀ ارتقایافتۀ فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده است. در این روش برای حذف نیتروژن و فسفر دو واحد بی‌هوازی و آنوکسیک به آن اضافه می‌شود. برگشت لجن، از مخزن ته‌نشینی به واحد بی‌هوازی است. از واحد هوادهی، یک خط برگشت به آنوکسیک تانک وجود دارد. بدیهی است، بررسی تمام شرايط محيطي مؤثر، بر مصرف سوبسترا و سرعت رشد ميكروبي ممكن است ميسر نباشد. با این حال كنترل عواملي مانند pH و مواد مغذي براي فراهم كردن تصفيۀ مؤثر لازم است. سرعت مصرف سوبسترا  را در سيستم‌هاي بيولوژيكي مي‌توان بر مبناي رابطۀ مونود براي سوبستراهاي محلول مدل‌سازي نمود. طراحی پایلوت براساس میزان زمان ماند هیدرولیکی (HRT) مطابق با منابع موجود انجام شد. پس از راه­اندازی پایلوت مذکور با فاضلاب واقعی بهره‌برداری فرآیندهای بیولوژیکی صورت می­پذیرد تا شرایط پایدار (Steady State) در راکتورها ایجاد و حفظ گردد. در این پژوهش از فاضلاب خام، حوض هوادهی، پساب خروجی، ته­نشینی ثانویه و لجن فعال برگشتی جمعاً 500  نمونه برداشت شد و اقدام به اندازه­گیری پارامترهای کیفیCOD ،BOD₅ ، TSS و VSS (به عنوان متغیرهای وابسته) شد به این ترتیب که 100 نمونه از تانک هوادهی، 100 نمونه از لجن فعال برگشتی، 100 نمونه از فاضلاب خام ورودی، 100 نمونه از پساب خروجی، 100 نمونه از ته­نشینی ثانویه برای اندازه­گیری پارامترهای آلی و جامدات برداشته شد. در بررسی سينتيكي، Ks به ميزان g COD/m³ 9/27، µ_H به ميزان (1/day)4/4، b_H به ميزان 1/day 0085/0 و Y_H معادل gCOD X_H /gCOD SS42/0 تعيين گرديد. مطابق نتایج به‌دست آمده، ضرایب سینتیکی در مدل­های Lineweaver-Burk و Hanes مناسب بوده ولی در مدل Hofstee میزان K و K_d کم­تر از میزان بهینه برای بهره­برداری مناسب پایلوت به‌دست آمده است. همچنین ضریب بازدهی و میزان نرخ رشد پایین­تر از میزان بهینه است.

چکیده انگلیسی:

A₂O wastewater treatment is actually an upgrade of the activated sludge process with extensive aeration, where two anaerobic and anoxic units are added to remove nitrogen and phosphorus, and the sludge is returned from the settling tank to the anaerobic unit. There is also a return line from the aeration unit to the anoxic tank. Obviously, not all environmental conditions affecting substrate consumption and microbial growth rate may be possible, and controlling factors, such as pH and nutrients, is necessary to provide effective treatment. The rate of substrate consumption in biological systems can be modeled based on the Monod relationship for soluble substrates. Pilot design is based on hydraulic retention time (HRT) according to existing references. After launching the mentioned pilot with real wastewater, biological processes are used to create and maintain stable conditions in the reactors. In this study, raw wastewater, aeration pond, effluent, secondary sedimentation, and activated sludge were collected with 500 samples and the qualitative parameters of COD, BOD₅, TSS and VSS (as dependent variables) were measured. Hence, to measure organic parameters and solids, 100 samples were taken from each of these cases: the aeration tank, the returned activated sludge, the incoming raw sewage, the effluent sedimentation, and secondary sedimentation. In kinetic study, Ks was determined to be 27.9 g COD/m³, µH as 4.4 1/day, bH as 0.0085 1/day and YH as gCOD XH /(gCOD SS) as 0.42. Based on the findings, the synthetic coefficients in the Lineweaver-Burk and Hanes models are suitable, but in the Hofstee model, the amount of K and K_d is lower than the optimal amount for the proper exploitation of the pilot. The efficiency coefficient and the growth rate were also found to be lower than the optimal level.

منابع و مأخذ:

[1] Naghizadeh, A., Mahvi, A.H., Vaezi, F., Naddafi, K., 2008, Evaluation of hollow fiber membrane bioreactor efficiency for municipal wastewater treatment. Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering, 5(4), 257.
[2] Bina, B., Mohammadi, F., Amin, M.M., Pourzamani, H.R., Yavari, Z., 2018, Evaluation of the effects of AlkylPhenolic compounds on kinetic coefficients and biomass activity in MBBR by means of respirometric techniques. Chinese Journal of Chemical Engineering, 26, 822.
[3] Orhon, D., Cokgor, E.U., Insel, G., Karahan, O., Katipoglu, T., 2009, Validity of Monod kinetics at different sludge ages – Peptone biodegradation under aerobic conditions. Bioresource Technology, 100, 5678.
[4] Lee, E., Zhang, Q., 2016, Integrated co-limitation kinetic model for microalgae growth in anaerobically digested municipal sludge centrate. Algal Research,18, 15.
[5] Xu, F., Huang, Z., Miao, H., Ren, H., Zhao, M., Ruan, W., 2013, Identical full-scale biogas-lift reactors (BLRs) with anaerobic granular sludge and residual activated sludge for brewery wastewater treatment and kinetic modeling. Journal of Environmental Sciences, 25, 2031.
[6] Baeten, J.E., van Loosdrecht, M.C.M., Volcke, E.I.P., 2018, Modelling aerobic granular sludge reactors through apparent half-saturation coefficients. Water Research, 146, 134.
[7] Xu., J., Cheng, Z., Ren, C.,Yi, L., Wei, W., Jin, H., Gou, L., 2022, Supercritical water gasification of oil-containing wastewater with a homogeneous catalyst: Detailed reaction kinetic study. International Journal of Hydrogen Energy, 47, 25541.
[8] Alizad Oghyanous, F., Etemadi, H., Yegani, R., 2020, Foaming control and determination of biokinetic coefficients in membrane bioreactor system under various organic loading rate and sludge retention time. Biochemical Engineering Journal, 157, 107491.
[9] Karkare, M., Murthy, Z.V.P., 2012, Kinetic studies on agrochemicals wastewater treatment by aerobic activated sludge process at high MLSS and high speed agitation. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18, 1301.
[10] Lee, E., Cumberbatch, J., Wang, M., Zhang, Q., 2017, Kinetic parameter estimation model for anaerobic co-digestion of waste activated sludge and microalgae. Bioresource Technology, 228, 9.
[11] Paul, S.R., Das, R., Debnath, A., 2023, Sequential coagulation/flocculation and sonolytic oxidation using persulfate and hydrogen peroxide for real rubber processing industry wastewater treatment: Kinetic modelling and treatment cost analysis. Materials Today: Proceedings, 77, 247.
[12] Hu, Z., Wentzel, M.C., Ekama, G.A., 2003, Modelling biological nutrient removal activated sludge systems-a review. Water Research, 37, 3430.
[13] Rezvani Ghalhari, M., Schönberger, H., Askari Lasaki, B., Asghari, K., Ghordouei-Milan, E., Rezaei Rahimi, N., Yousefi, S., Vakili, B., Mahvi., A.H., 2021, Performance evaluation and siting index of the stabilization ponds based on environmental parameters: A case study in Iran. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 19, 1681.
[14] Jones, E.R., van Vliet, M.T.H., Qadir, M., Bierkens, M.F.P., 2021, Country-level and gridded estimates of wastewater production, collection, treatment and reuse. Earth System Science Data, 13, 237.
[15] Noshadi, M., Ahadi, A. 2017, Determination of kinetic coefficients on Shiraz municipal wastewater treatment plant by batch reactor. Journal of Civil and Environmental Engineering, 47(2), 63. (in Persian).