مقایسه نیتریفیکاسیون جزئی و کامل در سیستم SBR با هدف استفاده در فرایندهای جریان جانبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای مهندسی عمران-محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 استاد دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

3 دانشیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

4 استاد بخش میکروبیولوژی، دانشکده بهداشت، دانشگاه اصفهان

چکیده

یکی از روشهای نوین مورد توجه محققان، استفاده از روشهای کم هزینه بیولوژیکی حذف آمونیاک تحت عنوان نیتریفیکاسیون جزئی است. در این تحقیق که هدف از انجام آن مقایسه دو فرایند نیتریفیکاسیون کامل و جزئی به‌منظور به‌کارگیری در فرایندهای جریان جانبی بود، میزان حذف آمونیاک در فاضلابهای با غلظت بالای آمونیاک تحت سیکل‌های مختلف در سیستم SBR در مقیاس پایلوت مورد بررسی قرار گرفت. غلظت آمونیاک در فاضلاب سنتزی حدود 900 میلی‌گرم در لیتر و حجم ثابت راکتور 3 لیتر و حجم قابل تعویض آن برای ایجاد زمان ‌ماند مناسب تا 6 لیتر متغیر بود که بر این اساس زمان ‌ماندهای 1/05 تا 1/55 روز در حالتهای مختلف به‌کار رفت. بر اساس نتایج حاصل از اندازه‌گیری آمونیاک، نیتریت و نیترات با دستگاه اسپکتروفتومتر، مشخص گردید که با کنترل دما، pH، اکسیژن محلول و زیرسیکل‌های بیشتر می‌توان به نیتریفیکاسیون جزئی دست یافت. بر اساس محاسبات انجام شده مشخص گردید که نرخ ویژه اکسیداسیون آمونیاک در نیتریفیکاسیون کامل در قیاس با جزئی در حدود 13 تا 16 درصد بیشتر است و این درحالی است که در این حالت، درصد تجمع نیتریت ازحدود 91 به 51 درصد در سه زیرسیکل و از حدود 81 به 30 درصد در یک زیرسیکل در قیاس با نوع جزئی کاهش یافته است. علاوه بر این، افزایش تعداد زیرسیکل‌های فرعی از یک به سه تأثیر قابل ملاحظه‌ای در افزایش نرخ ویژه اکسیداسیون آمونیاک از 29 تا 32 درصد به‌ترتیب در نیتریفیکاسیون جزئی و کامل داشت. این موضوع نشان داد که استفاده از روش مذکور می‌تواند علاوه بر حذف آمونیاک با غلظت بالا در فرایندهای جریان جانبی، باعث اکسیداسیون کمتر نیتریت در نیتریفیکاسیون جزئی نسبت به نوع کامل شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of Partial and Complete Nitrification in SBR System for Use in Side Stream Processes

نویسندگان [English]

  • Ali Dehnoei 1
  • Hossein Ganjidoust 2
  • Bita Ayati 3
  • Giti Emtiazi 4
1 Ph.D. Student of Civil and Env. Eng., Tarbiat Modares University, Tehran
2 Prof. of Civil and Env. Eng., Tarbiat Modares University, Tehran
3 Assoc. Prof. of Civil and Env. Eng., Tarbiat Modares University, Tehran
4 Prof. of Microbiology, Faculty of Public Health, Isfahan University, Isfahan
چکیده [English]

Use of low-cost biological methods for ammonia removal as partial nitrification has been attracted by many environmental engineering researchers in recent years.In this study the removal of ammonia in high concentration sewage based on both complete and partial nitrification with the different sub-cycles has been investigated in pilot-scale and the results were compared. Ammonia concentration in synthetic wastewater was about 900 mg-N/L and fixed and varible volume of reactor was 3 and 6 liter respectively to create a suitable hydraulic retention time of 1.05-1.55 days in the different cases. The results of ammonia, nitrite and nitrate measurements by spectrophotometer have shown that it is possible to achieve partial nitrification by controlling temperature, pH, and dissolved oxygen and having more sub-cycles. Ammonia specific oxidation rate was about 13 to 16 percent more in complete nitrification compared to partial nitrification and in this condition the percent of nitrite accumulation was reduced from 91 to 51 in 3 sub-cycles and from 81 to 30 in 1 sub-cycle. Furthermore, increase of sub-cycles number from 1 to 3 had significant effect on increasing ammonia specific oxidation rate from 29 to 32 percent in partial and full nitrification, respectively. Results of this study showed that this method will be used for high ammonia removal in side stream process in addition to low nitrite oxidation rate in partial nitrification as compared to complete nitrification

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nitrification
  • Side Stream Process
  • Sequencing Batch Reactor
1- Tchobanoglous, G., Franklin, L., Butron, H., and David Stensel, H. (2003). Wastewater engineering: Treatment and reuse, Metcalf and Eddy, Inc., McGraw-Hill, New York.

2- Chan, T. Y. (2003 ). “Ammonia removal in wastewater with anaerobic ammonium oxidation process.” M.Sc. Thesis, Concordia University, Canada.

3- EPA. (1993 ). Process design manual for nitrogen control, US EPA, Washington, D.C.

4- Teichgraber, B., and Stein, A. (1994 ). “Nitrogen elimination from sludge treatment reject water comparison of the steam stripping and denitrification processes.” Water Sci. Technol., 30, 41-51.

5- Peng, Y., and Zhu, G. (2006). “Biological nitrogen removal with nitrification and denitrification via nitrite pathway.” Appl. Microbiol Biotechnol., 73 (1), 15-26.

6- Paredes, D., Kuschk, P., Mbwette, T. S. A., Stange, F., Müller, R. A., and Köser, H. (2007). “New aspects of microbial nitrogen transformations in the context of wastewater treatment - A review.” Eng. Life Sci., 7,
13-25.

7- Hiatt, W. C. (2006). “Activated sludge modeling for elevated nitrogen conditions.” Ph.D. Thesis, Clemson University,United States.

8- Pambrun, V., Paul, E., and Sp´erandio, M. (2008). “Control and modeling of partial nitrification of effluents with  high ammonia concentrations in sequencing batch reactor.” Chemical Engineering and Processing, 47, 323-329.

9- Guo, X., Kim, J. H., Behera, S. K., and Park, H. S. (2008). “Influence of dissolved oxygen concentration and aeration time on nitrite accumulation in partial nitrification process.” Int. J. of Environ. Sci. Tech., 5,
527-534.

10- Szatkowska, B. (2007). “Performance and control of biofilm systems with partial nitrification and anammox for supernatant treatment.” Ph.D. Thesis, KTH University, Stockholm.

11- EPA.(2007). Wastewater technology fact sheet: Side stream nutrient removal, Office of Water, US EPA.

12- Kos, P. (1997). Method and system for improved biological nitrification of wastewater at low temperature, US patent No: 5811009.

13- Kos, P. (1998). “Short SRT (solids retention time) nitrification process/flowsheet.” Water Science and Technology, 38, 23-29.

14- Bailey, J., Walter, F., Murthy, S. N., Benson, L., Constantine, T., Daigger, G. T., Sadick, T. E., and Katehis, D. (2008). Method for nitrogen removal and treatment of digester reject water in wastewater using bioaugmentation, US patent No: 7404897B2.

15- Sinha, B., and Annachhatre, A. P. (2007). “Partial nitrification-operational parameters and microorganisms involved.” Rev. Environ. Sci Biotechnol, 6, 285-313.

16- So-Hyun, J., Dong-Jin, K., Ik-Keun, Y., Kyungmoon, P., and Gi-Cheol, C. (2000). “Partial nitrification in an upflow biological aerated filter by O2 limitation.” Biotechnology Letters, 22, 937-940.

17- Ciudad, G., Rubilar, O., Mun˜oz, P., Ruiz, G., Chamy, R., Vergara, C., and Jeison, D. (2005). “Partial nitrification of high ammonia concentration wastewater as a part of a shortcut biological nitrogen removal process.” Process Biochemistry, 40, 1715-1719.

18- Ciudad, G., Gonza´lez, R., Bornhardt, C., and Antileo, C. (2007). “Modes of operation and pH control as enhancement factors for partial nitrification with oxygen transport limitation.” Water Research, 41,
4621-4629.

19- Dosta, J., Galı´, A., Benabdallah El-Hadj, T., Mace´, S., and Mata-A´lvarez, J. (2007). “Operation and model description of a sequencing batch reactor treating reject water for biological nitrogen removal via nitrite.” Bioresource Technology, 98, 2065-2075.

20- Gali, A., Dosta, J., and Mata-Alvarez, J. (2007). “Optimisation of nitrification-denitrification Process in a SBR for the treatment of reject water via nitrite.” Environmental Technology, 28, 565 - 571.

21- Yoo, H., Ahn, K. H., Lee, H. J., Lee, K. H., Kwak, Y. J., and Song, K. G. (1999). “Nitrogen removal from synthetic wastewater by simultaneous nitrification and denitrification (SND) via nitrite in an intermittently aerated reactor.” Wat. Res., 33, 145-154.

22- Sinha, B., and Annachhatre, A. P. (2007). “Assessment of partial nitrification reactor performance through microbial population shift using quinone profile, FISH and SEM.” Bioresource Technology, 98, 3602-3610.

23- APHA. (2005). Standard methods for the examination of water and wastewater, 21st Ed., American Public Health Association, Washington, D.C.

24- HACH. (2008). Water analysis handbook, Loveland Co., United State.

25- Ghanavati, H., and Emtiazi, G. (2007). “Inhibitory effect of phenol on ammonia removal by nitrification of high ammonia and phenol contaminated coke wastewater from Isfahan steel company (ISCO).” J. of Water and Wastewater, 61, 43-52. (In Persian)

26- Van de graaf, A. A. (1997). “Biological anaerobic ammonium oxidation.” Ph.D. Thesis, Delft University Press, The Netherlands.

27- Morling, S. (2009). “SBR-Technology-use and potential applications for treatment of cold wastewater.” Ph.D. Thesis, KTH University, Stockholm.

28- Head, M. A., and Oleszkiewicz, J. A. (2005). “Bioaugmentation with Nitrifying bacteria acclimated to different temperatures.” J. of Environmental Engineering, 131, 1046-1051.

29- Bina, B., Movahedian, H., and Pourzamani, H.R. (2005).“Effect of influent COD/N ratio on nitrification rate in a bench-scale biological reactor.” J. of Water and Wastewater, 53, 30-37. (In Persian)

30- Weon, S. Y., Lee, S. I., and Koopman, B. (2004). “Effect of temperature and dissolved oxygen on biological nitrification at high ammonia concentrations. ” Environ. Technol., 25, 1211-1219.