بررسی عوامل مؤثر بر بازده حذف مواد آلی در راکتور بافلدار بی هوازی مجهز به سامانه الکترولیز

محورهای موضوعی : آلودگی محیط زیست (آب و فاضلاب)

گاگیک بدلیانس قلی کندی ¹ , بهنام اینانلو بکلر ² , مریم عموعموها ³

1 - دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران، *(نویسنده مسئول)پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، تهران، ایران
2 - کارشناس ارشد مهندسی محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
3 - دکترای مهندسی محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1396/08/07 تاریخ پذیرش : 1396/10/11 تاریخ انتشار : 1399/04/01

کلید واژه: عوامل مؤثر, تصفیه فاضلاب, راکتور بافل‌دار بی‌هوازی, بازده حذف COD, فرآیند الکترولیز,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: در پی نتایج تحقیقات پیشین حاصل از به‌کارگیری فرآیند الکترولیز جهت افزایش کارآمدی راکتور بافل دار بی هوازی، تحقیق حاضر با هدف بررسی عملکرد این راکتور (EABR) برای تصفیه فاضلاب در زمان‌ماندهای هیدرولیکی، چگالی جریان های الکتریکی و بارگذاری های آلی مختلف صورت گرفته است. روش بررسی: یک پایلوت نیمه‌صنعتی از راکتور بافل دار بی هوازی با حجم کلی L 72 به سامانه الکترولیز با الکترودهایی از جنس آهن مجهز گردید. در این راستا بازده حذف COD و مدت‌زمان لازم برای سازگاری باکتری ها با شرایط جدید به‌عنوان فاکتورهای معرف عملکرد راکتور بررسی شدند. یافته ها: با کاهش زمان‌ماند هیدرولیکی، از 45 به 38 و 29 ساعت، بازده حذف COD از 6/77 به ترتیب به 9/74 و 2/72 درصد رسید. با کاهش چگالی جریان الکتریکی از 3 به 2، 1 و 5/0 میلی‌آمپر بر سانتی متر مربع، بازده حذف COD از 6/77 به ترتیب به 5/73، 2/71 و 0/70 درصد تنزل یافت. همچنین با افزایش بار آلی ورودی از 700 به 2400 میلی گرم بر لیتر، بازده حذف COD از 6/77 به 2/90 درصد رسید. بحث و نتیجه گیری: در بین عوامل موردبررسی، تغییرات زمان‌ماند هیدرولیکی، کم ترین تأثیر را بر بازده حذف COD داشت. با توجه به بررسی های انجام‌شده، مدت زمان لازم برای رسیدن راکتور به شرایط پایدار در بارهای آلی 700، 1000، 1500، 2000 و 2400 میلی گرم بر لیتر به ترتیب 3، 5، 5، 6 و 8 روز می باشد که کوتاه تر از مدت‌زمان لازم برای پایداری راکتور ABR است. درنتیجه ادغام راکتور ABR با فرآیند الکترولیز راه‌حل مناسبی به منظور ارتقای عملکردی آن می باشد.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: Following the results of the electrolysis process application to upgrade the anaerobic baffled reactor for treating wastewater, the present study was conducted to evaluate the EABR performance efficiency, considering hydraulic retention time (HRT), current density and organic loading.   Methods: In this study, a semi-industrial pilot of ABR with total volume of 72 L was studied before and after integration with an electrolysis system. The performance of the reactor was evaluated in terms of COD removal and bacterial adaption time. Findings: The findings revealed that a HRT reduction from 45 to 38 and 29 hours results in a decrease of COD removal efficiency from 77.6 to 74.9 and 72.2 % respectively. Also, a current density reduction from 3 to 2, 1, and 0.5 Mill ampere/cm2 results in a decreasing COD removal efficiency from 77.6 to 73.5, 71.2, and 70 % respectively. Moreover, an increasing organic loading from 700 to 2400 mg/L enhanced the COD removal efficiency from 77.6 to 90.2 %. Result and Discussion: The results showed that by increasing organic loading from 700 to 1000, 1500, 2000, and 2400 mg/L the necessary HRT for achieving operation stability increases from 3 to 8 days, which is less than in conventional ABR. Therefore, employing electrolysis process is a sustainable method for improving ABR performance efficiency. 

منابع و مأخذ:

1. Metcalf & Eddy, Tchobanoglous, G., Stensel, H.D., Tsuchihashi, R., Burton, F.L. 2014. Wastewater engineering treatment and reuse. 5^th edition. New York: McGraw-Hill Education.


2. Lansing, S., Maile-Moskowitz, A., Eaton, A., 2017. Waste treatment and energy production from small-scale wastewater digesters. Bioresource Technology, Vol. 245, pp. 801-809.


3. Bodkhe, S.Y., 2009. A modified anaerobic baffled reactor for municipal wastewater treatment. Journal of Environmental Management, Vol. 90, pp. 2488-2493.


4. Myint, M., Nirmalakhandan, N., Speece, R.E., 2007. Anaerobic fermentation of cattle manure: modeling of hydrolysis and acidogenesis. Water Research, Vol. 41, pp. 323-332.


5. Christy, P.M., Gopinath, L.R., Divya, D., 2014. A review on anaerobic decomposition and enhancement of biogas production through enzymes and microorganisms. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 34, pp. 167-173.


6. Gerardi, M.H. 2003. The microbiology of anaerobic digesters. New Jersey: John Wiley & Sons.


7. Krishna, G.G., Kumar, P., Kumar, P., 2009. Treatment of low-strength soluble wastewater using an anaerobic baffled reactor (ABR). Journal of Environmental Management, Vol. 90, pp. 166-176.


8. Liu, R., Tian, Q., Chen, J., 2010. The developments of anaerobic baffled reactor for wastewater treatment: a review. African Journal of Biotechnology, Vol. 9, pp. 1535-1542.


9. Barber, W.P., Stuckey, D.C., 1999. The use of the anaerobic baffled reactor (ABR) for wastewater treatment: a review. Water Research, Vol. 33, pp. 1559-1578.


10. Hutnan, M., Drtil, M., Mrafkova, L., 2000. Anaerobic biodegradation of sugar beet pulp. Biodegradation, Vol. 11, pp. 203-211.


11. Gholikandi, G.B., Jamshidi, S., Hazrati, H., 2014. Optimization of anaerobic baffled reactor (ABR) using artificial neural network in municipal wastewater treatment. Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), Vol. 13, pp. 95-104.


12. Ji, G.D., Sun, T.H., Ni, J.R., Tong, J.J., 2009. Anaerobic baffled reactor (ABR) for treating heavy oil produced water with high concentrations of salt and poor nutrient. Bioresource Technology, Vol. 100, pp. 1108-1114.


13. Huajun, F.E.N.G., Lifang, H., Dan, S., Chengran, F.A.N.G., Yonghua, H.E., Dongsheng, S.H.E.N., 2008. Effects of operational factors on soluble microbial products in a carrier anaerobic baffled reactor treating dilute wastewater. Journal of Environmental Sciences, Vol. 20, pp. 690-695.


14. Liu, X.L., Ren, N.Q., Wan, C.L., 2007. Hydrodynamic characteristics of a four-compartment periodic anaerobic baffled reactor. Journal of Environmental Sciences, Vol. 19, pp. 1159-1165.


15. Gerardi, M.H. 2006. Wastewater bacteria. New Jersey: John Wiley & Sons.


16. Bitton, G. 2005. Wastewater microbiology. New Jersey: John Wiley & Sons.


17. Oxtoby, D.W., Gillis, H.P., Butler, L.J. 2015. Principles of modern chemistry. Boston: Cengage Learning.


18. Chen, Y., Cheng, J.J., Creamer, K.S., 2008. Inhibition of anaerobic digestion process: a review. Bioresource Technology, Vol. 99, pp. 4044-4064.


19. Sallis, P.J., Uyanik, S., 2003. Granule development in a split-feed anaerobic baffled reactor. Bioresource Technology, Vol. 89, pp. 255-265.


20. Stamatelatou, K., Skiadas, I.V., Lyberatos, G., 2004. On the behavior of the periodic anaerobic baffled reactor (PABR) during the transition from carbohydrate to protein-based feedings. Bioresource Technology, Vol. 92, pp. 321-326.


21. Hu, S., Yang, F., Liu, S., Yu, L., 2009. The development of a novel hybrid aerating membrane-anaerobic baffled reactor for the simultaneous nitrogen and organic carbon removal from wastewater. Water Research, Vol. 43, pp. 381-388.


22. Yu, Y., Lu, X., Wu, Y., 2014. Performance of an anaerobic baffled filter reactor in the treatment of algae-laden water and the contribution of granular sludge. Water, Vol. 6, pp. 122-138.


23. Pirsaheb, M., Mohamadi, S., Rahmatabadi, S., Hossini, H., Motteran, F., 2017. Simultaneous wastewater treatment and biogas production using integrated anaerobic baffled reactor granular activated carbon from baker’s yeast wastewater. Environmental Technology, Vol. 38, pp. 1-12.


24. Badalians Gholikandi, G., Jamshidi, Sh., Valipour, A., 2012. Upgrading anaerobic reactors employing electrolysis process. Environmental Studies, Vol. 38 (4), pp. 9-16 (persian).


25. Aqaneghad, M., Moussavi, G., 2016. Electrochemically enhancement of the anaerobic baffled reactor performance as an appropriate technology for treatment of municipal wastewater in developing countries. Sustainable Environment Research, Vol. 26, pp. 203-208.


26. Mahmoud, A., Olivier, J., Vaxelaire, J., Hoadley, A.F., 2010. Electrical field: A historical review of its application and contributions in wastewater sludge dewatering. Water Research, Vol. 44, pp. 2381-2407.


27. A.P.H.A., A.W.W.A., Water Environmental Federation. 2012. Standard methods for the examination of water and wastewater. 22^th edition. USA: American Water Works Association.