تعیین مدل سینتیکی مناسب راکتور بیوفیلمی بستر متحرک در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی‌(ره)، قزوین، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی عمران، پردیس دانشکده‏های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

کمبود آب یکی از مهم‏ترین چالش‏های پیش روی بشر در اکثر نقاط جهان است. با افزایش جمعیت جهان و گسترش سطح رفاه و بهداشت، به‌تبع میزان تقاضا برای آب افزایش می‏یابد. افزایش تقاضا برای این منبع محدود و ارزشمند باعث ایجاد استراتژی‏های جدید برای مدیریت آب شیرین می‏شود. از جمله این موارد، ابداع تکنیک‏های نوآورانه برای تصفیه فاضلاب است. یکی از روش‏های نوین تصفیه فاضلاب و همچنین ارتقا تصفیه‏خانه‏های موجود، استفاده از پکینگ مدیا در حوض هوادهی است، ازاین‌رو ایده استفاده از راکتورهای بیوفیلمی بستر متحرک به میان می‏آید. این پژوهش به بررسی عملکرد راکتور بیوفیلمی بستر متحرک در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی و تعیین مدل سینتیکی مناسب برای آن پرداخته است. این پژوهش از نوع پایلوت آزمایشگاهی است و به‌این منظور از یک راکتور به حجم 15 لیتر استفاده‏ شد، آزمایش‏ها با دو COD ورودی 500 و 1500 میلی‏گرم‏ بر ‏لیتر و سه درصد پرشدگی 30، 50 و 70 در سه زمان ماند 4، 8 و 12 ساعت انجام شد. با توجه به نتایج به‏دست‏آمده، زمان ماند 4 ساعت و سطح پرشدگی 50 درصد برای فاضلاب شهری و سطح پرشدگی 70 درصد برای فاضلاب صنعتی به‌عنوان موارد بهینه انتخاب شدند. همچنین بررسی مدل‏های سینتیکی موجود نشان داد که مدل مرتبه دوم گراو برای توضیح ضرایب سینتیکی حذف مواد آلی در راکتور مورد آزمایش مناسب‏ترین مدل است. به‌طور کلی می‏توان نتیجه گرفت که خروجی راکتور بیوفیلمی با بستر متحرک با زمان ماند و سطح پرشدگی‏های ذکر شده، مناسب تصفیه فاضلاب شهری و پساب‏های صنعتی و استفاده مجدد از آنها در بخش کشاورزی و آبیاری فضای سبز است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of an Appropriate Kinetic Model for Moving Bed Biofilm Reactors in Municipal and Industrial Wastewater Treatment

نویسندگان [English]

  • Zahra Kolivand 1
  • Shahrokh Ghazimoradi 2
  • Fouad Kilanehei 3
  • Sayed Taghi Omid Naenie 4
1 Msc Student, Dept. of Civil Eng., Faculty of Eng., Imam Khomeini International University, Ghazvin, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Civil Eng., Faculty of Eng., Imam Khomeini International University, Ghazvin, Iran
3 Assist. Prof, Dept. of Civil Eng., Faculty of Eng., Imam Khomeini International University, Ghazvin, Iran
4 Assist. Prof, Dept. of Civil Eng., Faculty of Eng., University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Human being encounters the lack of water as a main challenge in most parts of the world. As the world’s population soars and welfare levels rise, the demand for water increases. Increasing demand for this limited and valuable resource is creating new strategies for freshwater management; among these are innovative techniques for wastewater treatment. One of the new methods of wastewater treatment as well as upgrading existing treatment plants is the use of packing media within the aeration tank, i.e., a Moving Bed Biofilm Reactor. In this way, a bench-scale reactor possessing a volume of 15 liters has been used and the experiments with influent COD of 500 and 1500 mg/l, media filling percentages of 30%, 50%, and 70% and hydraulic retention times of 4, 8, and 12 hours have been carried out. The observed data show that the optimum bulk density and hydraulic retention time for municipal wastewater are 50% and 4 hours and for industrial wastewater is 70% and 4 hours, respectively. Also, the kinetic study of reactor performance indicates that Grau second order model, at an acceptable level, conforms to Moving Bed Biofilm Reactor observed data. MBBR experimental results including hydraulic residence time and filling percentage data mentioned above can be utilized as reliable data in municipal and industrial wastewater treatment and afterwards reuse of treated water for irrigation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wastewater Treatment
  • Moving Bed Biofilm Reactors
  • Kinetic Model
  • Bulk Density
  • hydraulic retention time
Acharya, B. K., Pathak, H., Mohana, S., Shouche, Y., Singh, V. & Madamwar, D. 2011. Kinetic modelling and microbial community assessment of anaerobic biphasic fixed film bioreactor treating distillery spent wash. Water Research, 45(14), 4248-4259.
Arceivala, S. J. 1986. Wastewater treatment for pollution control, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited.
Borghei, S. & Hosseini, S. H. 2004. The treatment of phenolic wastewater using a moving bed biofilm reactor. Process Biochemistry, 39(10), 1177-1181.
Delnavaz, M., Ayati, B. & Ganjidoust, H. 2008. Biodegradation of aromatic amine compounds using moving bed biofilm reactors. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 5(4), 243-250.
Delnavz, M. 2007. Tteatment of wastewater containing aromatic amine compounds using moving bed biofilm reactor. MSc. Thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran. (In Persian)
Fathinejad, A. 2017. Wastewater treatment by integrated MBBR-MBR and BF-MBR methods to increase performance and decrease membrane fouling. Master thesis, Sharif University, Tehran, Iran (In Persian).
Grau, P., Dohanyos, M. & Chudoba, J. 1975. Kinetics of multicomponent substrate removal by activated sludge. Water Research, 9(7), 637-642.
Işik, M. & Sponza, D. T. 2005. Substrate removal kinetics in an upflow anaerobic sludge blanket reactor decolorising simulated textile wastewater. Process Biochemistry, 40(3-4), 1189-1198.
Izanloo, H. 2007. Determination of the performance pattern of submerged aeration attached growth in oily wastewater treatment, PhD Thesis, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran (In Persian).
Kamanmalek, S. 2017. Biodegradability studies of Atrazine in bioreactor receiving low-level COD wastewater. Master Thesis, Sharif University, Tehran, Iran (In Persian).
Keshtkar, A., Meyysammi, B., Abolhamed, G., Ghforian, H. & Asadi, M. K. 2003. Mathematical modeling of non-ideal mixing continuous flow reactors for anaerobic digestion of cattle manure. Bioresource Technology, 87(1), 113-124.
Kopec, L., Kopec, A. & Drewnowski, J. 2019. The application of monod equation to denitrification kinetics description in the MBBR. International Journal of Environmental Science and Technology, 16(3), 1479-1486.
Labelle, M. A., Juteau, P., Jolicoeur, M., Rihard, V., Parent, S. & Comeau, Y. 2005. Seawater denitrification in a closed mesocosm by a submerged moving bed biofilm reactor. Water Research, 39(14), 3409-3417.
Lin, W. 2018. Application of ozone MBBR process in refinery wastewater treatment. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 108, No. 4, p. 042124). IOP Publishing.
Masmoudi Jabri, K., Nolde, E., Ciroth, A. & Bousselmi, L. 2019. Life cycle assessment of a decentralized greywater treatment alternative for non-potable reuse application. International Journal of Environmental Science and Technology, 17, 433-444.
Metcalf and Eddy, Inc Tchobanoglous, J. Burton, F. and Stensel, H. D. 2003. Wastewater engineering; treatment, disposal, reuse. McGrow Hill Higher Education, New York.
Plattes, M., Fiorelli, D., Gille, S., Girad, C., Henry, E., Minette, F. & Schosseler, P. M. 2007. Modelling and dynamic simulation of a moving bed bioreactor using respirometry for the estimation of kinetic parameters. Biochemical Engineering Journal, 33(3), 253-259.
Rusten, B., Eikebrokk, B. & Ulgenes, Y. 2006. Design and operations of the kaldnes moving bed biofilm reactors. Aquacultural Engineering, 34(3), 322-331.
UNESCO. 2016. United Nations World Water Assessment Programme, Programme Office for Global Water Assessment, Division of Water Sciences, UNESCO.