کاربرد امواج مافوق صوت بر محلول سازی (هیدرولیز) و بهبود قابلیت تجزیه بیولوژیکی ترکیبات آلی فاضلاب صنایع لبنی، مطالعه موردی: صنایع لبنی پگاه تهران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران

2 کارشناس ارشد مهندسی عمران- محیط زیست، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران

3 کارشناس ارشد مهندسی عمران-محیط زیست، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران

چکیده

صنایع لبنی، مصرف کننده حجم بالایی از آب هستند که بخش اعظم آن به صورت فاضلاب دفع می‌گردد. غلظت مواد آلی در این فاضلاب نسبتاً زیاد است. برای نمونه، صنایع لبنی پگاه تهران به‌عنوان بزرگ‌ترین تولید کننده محصولات لبنی در ایران، به ازای فرآوری 1000 تن محصول لبنی، در حدود 3500 مترمکعب در روز فاضلاب ایجاد می‌کند که غلظت اکسیژن خواهی شیمیایی و بیوشیمیایی پنج روزه آن به‌ترتیب 3000 و 1000 میلی‌گرم در لیتر است. در این تحقیق اثر انتشار امواج مافوق صوت با فرکانس راهبری 20 کیلو هرتز در فاضلاب بر محلول‌سازی (هیدرولیز) اکسیژن خواهی شیمیایی فاضلاب تولید شده در کارخانه شیر پگاه تهران بررسی شد. نمونه‌برداری از فاضلاب مورد نظر به‌صورت مرکب با حجم ثابت در فواصل زمانی دو ساعته در ساعت 8 صبح تا 4 بعدازظهر و در یک روز کاری از خروجی حوض متعادل‌ساز انجام شد. آنالیز داده‌های آزمایشگاهی نشان داد که با انتشار امواج مافوق صوت در فاضلاب می‌توان بخشی از اکسیژن خواهی شیمیایی نامحلول را به‌صورت محلول تغییر داد. حداکثر این تغییر حدود 52 درصد بود که در توان 300 وات و زمان تماس480 ثانیه نمونه با امواج مافوق صوت به‌دست آمد. برای امواج مافوق صوت با توان 300 و 600 وات با افزایش زمان پخش در فاضلاب در محدوده 60 تا 480 ثانیه مقدار هیدرولیز مواد آلی فاضلاب همواره سیر صعودی داشت ولی در توان 900 وات این روند پیوسته نبود. به‌این ترتیب می‌توان گفت هنگامی که فقط هیدرولیز مواد آلی فاضلاب مورد نظر باشد بهتر است از امواج مافوق صوت با توان کمتر و زمان‌های انتشار بیشتر استفاده کرد. شایان ذکر است که با محلول شدن (هیدرولیز) مواد آلی، سرعت فرایند تصفیه بیولوژیکی آن در حد قابل ملاحظه‌ای بالا می‌رود. همچنین با این تغییر، دستیابی به سطح بالاتری از تصفیه مسیر می‌شود که در مجموع کاهش هزینه‌های تصفیه را در پی خواهد داشت.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Ultrasonic Wave Irradiation for Hydrolysis and Amortization of Ability of Biological Analysis of Organic Substances in Dairy Wastewater; Case Study: Tehran Pegah Dairy Complex

نویسندگان [English]

  • Nasser Mehrdadi 1
  • Ali Zahedi 2
  • Alireza Mohammadi Aghdam 3
  • Azadeh Aghajani Yasini 3
1 Assoc. Prof., Dept. of Environmental, Tehran University, Tehran
2 M.Sc. of Civil- Environmental Eng., Dept. of Environmental, Tehran University
3 M.Sc. of Civil Environmental Eng., Dept. of Environmental, Tehran University
چکیده [English]

In dairy industries large amount of water is utilized and major parts disposed as wastewater. The concentration of organic substance in this wastewater is relatively high. For example in Tehran Pegah Dairy Complex (TPDC) as the biggest Iranian  a dairy producer, around 3500 cube meter of wastewater generated for processing of 1000 tons milk, per day. The concentration of chemical oxygen demand (COD) and 5-days biological wastewater demand (BOD5) is about 3000, 1000 mg/L respectively. In this paper the effects of applying ultrasonic wave irradiation on hydrolysis of chemical oxygen demand in TPDC with 20 kHz operational frequency was investigated. The Samples were taken during one working day from 8 a.m. to 4 p.m. Samples were taken every two hour using composite sampling with constant volume from the outlet of equalization tank. Analysis of experimental data showed that it is possible to transfer some part of insoluble COD and BOD5 to soluble form by applying ultrasonic wave. The maximum of this conversion was about 52% which observed at 480s contact time and output power 300 W. For 300 and 600 W output power with extending contact time in the range of 60 to 480s, hydrolysis of organic matter showed ascending trend, but at 900w output powers find out different behavior. Therefore, when hydrolysis of organic matter consider, it is recommended to use low output power and long contact time. And it is important to considering that by this conversion, achievement the high level of treatment become more feasible and a reduction in the cost of treatment obtained consequently.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrasonic Wave
  • Hydrolysis of Organic Substances in Wastewater
  • Dairy Wastewaters
  • Hydrolysis of Chemical Oxygen Demand
  • Tehran Pegah Dairy Complex
1- Gokmen, E., Piskin, F., and Erdirencelebi, D. (2009). “Anaerobic treatment of strong character dairy wastewaters in sequential UASBRs: Adaptation period COD removal and pH/HCO3ˉ/VFA Balance.” Progress in, International Symposium on Environmental Sience and Technology, Shanghai, vol.2, part B,
10-13
3- <http://www.irandairy.ir> (June 2009).
4- Wang, L. K., Yung, T., and Hung, H. H. (2006). Waste treatment in the food processing industry, CRC Press, Taylor and Francis Group, UAS.
5- Gonze, E., Pillot, S., Valette, E., Gonthier, Y., and Bernis, A. (2003). “Ultrasonic treatment of an aerobic activated sludge in a batch reactor.” Chemical Engineering and Processing, 42, 965-975.
6- Laborde, J.L., Bouyer, C., Caltagirone, J.P., and Ge´rard, A. (1998a). “Acoustic bubble cavitation at low frequencies.” Ultrasonics, 36, 589-594.
7- Petrier, B., and  Francony, A. (1997). “Incidence of wave-frequency on the reaction rates during  ultrasonic wastewater treatment.” Water Science Technology, 35 (4), 175-180.
8- Young, F.R. (1989). Cavitation, McGraw-Hill Book Co.,Maidenhead,UK.
9- Reports on Sanitary Engineering. (2000). Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization, GFEU-Verlag Pub., Tu Hamburg, Germany.
10- Chio, H.B., Hwang, K.Y., and Shin, E.B. (1997). “Effect on anaerobic digestion of sewage sludge pretreatment.” J. Water Sci. Technol, 35 (10), 207-211.
11- Muller, J. (2001). “Disintegration as a key-step in sewage sludge treatment.” Water Sci. Technol, 41 (8),
123-130.
12- Tiehm, A., Nickel, K., Zellhorn, M., and Neis, U. (2001). “Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization.” J. Water Res., 35 (8), 2003-2009.
13- Tiehm, A., Nickel, K., and Neis, U. (1997). “The use of ultrasound to accelerate the anaerobic digestion of sewage sludge.” Water Sci. Technol., 36(11), 121-128.
14- Chu, C.P., Lee, D.J., You, C.S., and Tay, J.H. (2002). “Weak ultrasonic pre-treatment on anaerobic digestion of flocculated activated biosolids.” Water Res., 36, 2681-2688.
15- Sakai, Y., Fukase, T., Yasui, H., and Shibata, M. (1997). “An activated sludge process without excess sludge production.” Water Sci. Technol., 36 (11), 163-170.
16- S. Deleris, J.M. (2000). “Rouston, Effect of ozonation on activated sludge solubilization and mineralization.” Ozone Sci. Eng., 22, 473-486.
17- Saby, S., Djafer, M., and Chen, G.H. (2002). “Feasibility of using a chlorination step to reduce excess sludge in activated sludge process.” Water Res., 36, 656-666.
18- Lendormi, T., Prevot, C., Doppenberg, F., Serandio, M., and De Bellefontaine, H. (2001). “Wet oxidation of domestic sludge and process integration: The mineralis process.” Water Sci. Technol., 44 (10), 163-169.
19- Chiu, Y.C., Chang, C.N., Lin, J.G., and Huang, S.J. (1997). “Alkaline and ultrasonic pre-treatment of sludge before anaerobic digestion.” Water Sci. Technol., 36 (11),155-162.
20- Tanaka, S., and Kamiyama, K. (2002). “Thermochemical pretreatment in the anaerobic digestion of waste activated sludge.” Water Sci. Technol., 46 (10), 173-179.
21- Camacho, P., Deleris, S., Geaugey, V., Ginestet, P., and Paul, E. (2002). “A comparative study between mechanical,thermal and oxidative disintegration techniques of waste activated sludge.” Water Sci. Technol., 46 (10), 79-87.
22- Zahedi, A. (2008). “Application of ultrasonic wave irradiation for aerobic digestion waste-activated sludge.” M.Sc. Thesis of EnvironmentalEng.,TehranUniversity,Tehran,Iran. (In Persian)
23-Williams, A.R. (1983). Ultrasond: Biological effect and potential hazards, Academic Press (CORP), UAS.
24- Piyasena, P., Mohareb, E., and McKellar, R.C. (2003). “Inactivation of microbes using ultrasound: A review.” Int. J. of Food Microbial, 87 (3), 207-216.