کاربرد اولترافیلتر، اشعه فرابنفش و ازن در تصفیه ثالثه پساب تصفیه‌خانه فاضلاب شمال اصفهان در مقیاس پایلوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکترا، گروه مهندسی محیط‌زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استاد، گروه مهندسی محیط‌زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

4 استاد، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، پژوهشکده پیشگیری اولیه از بیماری‌های غیرواگیردار، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

5 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مدیریت منابع آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، واحد اردستان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

6 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه بیوشیمی، دانشکده علوم زیستی، واحد فلاورجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، بررسی و مقایسه عملکرد روش‌های گندزدایی فاضلاب به‌روش اولترافیلتراسیون، اشعه فرابنفش و ازن‌زنی، به‌منظور تصفیه ثالثه و ارتقای کیفیت پساب ثانویه تصفیه‌خانه فاضلاب شمال اصفهان بود. به این منظور، پساب فیلتر شده توسط یک واحد پیش‌تصفیه از نوع میکرواسکرین به واحدهای پایلوت گندزدایی وارد شد. در این پژوهش، فلاکس عبوری از اولترافیلتر (70/17 تا L/m2.hr50)، دوز پرتودهی (mW.s/cm23700)، دوز ازن تزریقی (10 تا mg/L40) و زمان تماس با ازن (1 تا min 15) متغیر بودند و پارامترهای TSS، کدورت، COD و کلیفرم مدفوعی و کل، قبل و بعد از هر واحد اندازه‌گیری شدند. نتایج نشان داد که TSS در خروجی اولترافیلتر کمتر از حد تشخیص است و در حداکثر دوز پرتودهی UV و در بیشترین غلظت و زمان تماس با ازن، به‌ترتیب 27/61 و 36/89 درصد حذف می‌شود. علی‌رغم ناتوانی UV در حذف کدورت و COD، درصد حذف آنها در اولترافیلتر به‌ترتیب 76 و 39 درصد و حداکثر درصد کاهش آنها توسط ازن، به‌ترتیب 52/80 و 74/40 درصد بود. همچنین کلیفرم مدفوعی و کل در اولترافیلتر به‌ترتیب 28/5 و 08/5 لگاریتم، در حداکثر دوز پرتودهی UV به‌ترتیب 82/3 و 79/3 لگاریتم و در بیشترین غلظت و زمان تماس با ازن به‌ترتیب 11/4 و 55/3 لگاریتم کاهش یافت. نتایج نشان داد که کیفیت ورودی و سطوح بارگذاری در اولترافیلتر، تأثیر به‌سزایی در کیفیت پساب خروجی ندارد. همچنین در لامپ‌های فشار متوسط، زمان تماس با اشعه فرابنفش نسبت به پارامتر شدت متوسط پرتودهی، تأثیر بیشتری در حذف کلیفرم‌ها داشت. در روش ازن‌زنی نیز پارامتر COD پساب ورودی، نقش اساسی در کاهش پارامتر کدورت و COD داشت. بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش، ترکیب میکرواسکرین و اولترافیلتر، فرایندی مؤثر برای کاهش پارامترهای فیزیکی و کلیفرم‌ها در پساب ثانویه بود، به‌گونه‌ای که استاندارد آژانس حفاظت محیط‌زیست ایالات متحده، به‌منظور استفاده در بسیاری از کاربری‌ها را تأمین می‌کند (mg/L5TSS£، NTU2£ کدورت و MPN/100mL14£ کلیفرم مدفوعی)، اما صرفاً لامپ فشار متوسط 300 وات با زمان تماس 40 ثانیه (mW.s/cm23700) و ازن با دوز تزریق mg/L 40 در زمان تماس 15 دقیقه، می‌توانند کلیفرم مدفوعی را به دستورالعمل آژانس برای استفاده در برخی کاربری‌ها شامل کاربری شهری با دسترسی محدود و آبیاری محصولات کشاورزی فرآوری شده یا غیرغذایی برسانند (MPN/100mL 200£کلیفرم مدفوعی).

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Ultrafiltration, UV Radiation and Ozonation as Tertiary Treatment for Effluent of Isfahan North Wastewater Treatment Plant in Pilot Scale

نویسندگان [English]

  • Mohammad Jamalinezhad 1
  • Amirhesam Hasani 2
  • Seyd Mehdii Borghei 3
  • Mohammad Mehdi Amin 4
  • Somayeh Kheiri 5
  • Fayazeh Sarjoughian Jouzdani 6
1 PhD. Graduated, Dept. of Environmental Engineering, Faculty of Natural Science and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Prof., Dept. of Environmental Engineering, Faculty of Natural Science and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Prof., Dept. of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
4 Prof., Dept. of Environmental Health Engineering, School of Health, and Environment Research Center, Research Institute for Primordial Prevention of Non-Communicable Diseases, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
5 MSc. Graduated, Dept. of Water Resources, Faculty of Agricultural and Natural Resources, Ardestan Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
6 MSc. Graduated, Dept. of Biology, Faculty of Biochemistry, Falavarjan Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
چکیده [English]

The aim of this study is the pilot performance evaluation and comparison of wastewater disinfection methods consisted of ultrafiltration, ultraviolet radiation and ozonation, to tertiary treatment and effluent quality improvement in Isfahan north wastewater treatment plant. Therefore, the filtered effluent by a pretreatment unit from microscreen type entered the disinfection pilots. In this study, the membrane flux of ultrafilter (17.5-70 L/hr.m2), UV dose (400-3700 mW.s/cm2), ozone dose (10-40 mg/L) and contact time (1-15 min) with ozone were variable and TSS, Turbidity, COD, fecal and total coliform, before and after  units were measured. The results showed that the total suspended solids were below the detection limits in UF effluent and it reduced at the maximum dose of UV radiation and at the highest concentration and contact time with ozone by 61.27% and 89.36%, respectively. Though the turbidity and chemical oxygen demand were not reduced by UV, their removal percentage in UF was 76 and 39%, respectively, and their maximum removal by ozone was 80.52% and 40.74%, respectively. Also, the fecal and total coliform was reduced in UF 5.28 and 5.08 log, respectively, and at the maximum UV radiation was 3.82 and 3.79 log;  at the highest concentration and contact time with ozone it was 4.11 and 3.55 log, respectively. The results showed that influent quality and the loading in UF do not have a significant effect on their effluent quality. Also, the contact time to UV radiation compared to the average intensity of MP lamp radiation has a greater effect on the removal of coliforms. In ozonation, the influent COD had a major role in reduction of turbidity and COD. According to the results, the combination of microscreen and UF is an effective process for reducing the physical parameters and coliforms in the secondary effluent. It can provide the US Environmental Protection Agency standards for many uses (TSS≤5 mg/L, Turbidity≤2 NTU, Fecal coliform≤14 MPN/100mL). However, only a 300W MP UV lamp with a contact time of 40 s and (3700 mW.s/cm2) an ozone dose of 40 mg/L at a contact time of 15 min can meet the fecal coliform to the EPA standards for some uses including restricted urban uses, agricultural irrigation for processed or non-food crops (Fecal coliform≤200 MPN/100mL).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrafiltration
  • UV Radiation
  • Ozonation
  • Tertiary Treatment
  • Disinfection
  • Microscreen
Absi, F., Gamache, F., Gehr, R., Liechti, P. & Nicell, J. 1993. Pilot plant investigation of ozone disinfection of physico-chemically treated municipal wastewater. Ozone in Water and Wastewater Treatment. Proceedings of the 11th Ozone Congress, San Francisco, California, Citeseer, S733-S741.
Al-Bastaki, N. M. 2004. Performance of advanced methods for treatment of wastewater: UV/TiO2, RO and UF. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 43, 935-940.
Alfonso-Muniozguren, P., Bohari, M. H., Sicilia, A., Avignone-Rossa, C., Bussemaker, M., Saroj, D., et al. 2020. Tertiary treatment of real abattoir wastewater using combined acoustic cavitation and ozonation. Ultrasonics Sonochemistry, 64, 104986.
Amin, M., Hashemi, H., Bina, B., Movahhedian Attar, H., Farrokhzadeh, H. & Ghasemian, M. 2010. Pilot-scale studies of combined clarification, filtration, and ultraviolet radiation systems for disinfection of secondary municipal wastewater effluent. Desalination, 260, 70-78.
Arévalo, J., Garralón, G., Plaza, F., Moreno, B., Pérez, J. & Gómez, M. Á. 2009. Wastewater reuse after treatment by tertiary ultrafiltration and a membrane bioreactor (MBR): a comparative study. Desalination, 243, 32-41.
Asano, T., Burton, F. & Leverenz, H. 2007. Water Reuse:Issues, Technologies, and Applications, McGraw-Hill Education. New York, USA.
Bataller Venta, M. O., Véliz Lorenzo, E., Fernández García, L. A., Fernández Torres, I., Hernández Castro, C. D. & Espinosa Lloréns, M. D. C. 2014. Effect of ozone on secondary effluent treatment for reuse in agriculture. International Journal of Environmental Engineering, 6, 100-118.
Bray, R. T., Jankowska, K., Kulbat, E., Łuczkiewicz, A. & Sokołowska, A. 2021. Ultrafiltration process in disinfection and advanced treatment of tertiary treated wastewater. Membranes, 11, 221.
Bustos, Y., Vaca, M., López, R., Bandala, E., Torres, L. & Rojas-Valencia, N. 2014. Disinfection of primary municipal wastewater effluents using continuous UV and ozone treatment. Journal of Water Resource and Protection, 6(1), 41982.
Collivignarelli, M. C., Abbà, A., Benigna, I., Sorlini, S. & Torretta, V. 2017. Overview of the main disinfection processes for wastewater and drinking water treatment plants. Sustainability, 10, 86.
Dialynas, E. & Diamadopoulos, E. 2008. Integration of immersed membrane ultrafiltration with coagulation and activated carbon adsorption for advanced treatment of municipal wastewater. Desalination, 230, 113-127.
Falsanisi, D., Liberti, L. & Notarnicola, M. 2010. Ultrafiltration (UF) pilot plant for municipal wastewater reuse in agriculture: impact of the operation mode on process performance. Water, 2, 872-885.
Gadani, V., Irwin, R. & Mandra, V. 1996. Ultrafiltration as a tertiary treatment: joint research program on membranes. Desalination, 106, 47-53.
Gehr, R., Wagner, M., Veerasubramanian, P. & Payment, P. 2003. Disinfection efficiency of peracetic acid, UV and ozone after enhanced primary treatment of municipal wastewater. Water Research, 37, 4573-4586.
Gibson, J., Drake, J. & Karney, B. 2017. UV disinfection of wastewater and combined sewer overflows. In: Shamim, I. A. Ultraviolet Light in Human Health, Diseases and Environment, Springer Cham Pub., 267-275.
Gómez, M., De La Rua, A., Garralón, G., Plaza, F., Hontoria, E. & Gómez, M. 2006. Urban wastewater disinfection by filtration technologies. Desalination, 190, 16-28.
Gómez, M., Plaza, F., Garralón, G., Pérez, J. & Gómez, M. A. 2007. A comparative study of tertiary wastewater treatment by physico-chemical-UV process and macrofiltration–ultrafiltration technologies. Desalination, 202, 369-376.
Hosseinian, M. 2002. Reusing Treated Wastewater, Olume Rouz Publications, Iran. (In Persian)
Illueca-Muñoz, J., Mendoza-Roca, J., Iborra-Clar, A., Bes-Piá, A., Fajardo-Montañana, V., Martínez-Francisco, F., et al. 2008. Study of different alternatives of tertiary treatments for wastewater reclamation to optimize the water quality for irrigation reuse. Desalination, 222, 222-229.
Kamani, H., Vaezi, F., Nabizadeh, R., Mesdaghinia, A. & Alimohammadi, M. 2006. Application of medium pressure UV lamp for wastewater disinfection of milk production industry. Journal of Applied Sciences, 6, 731-73.
Koivunen, J., Siitonen, A. & Heinonen-Tanski, H. 2003. Elimination of enteric bacteria in biological–chemical wastewater treatment and tertiary filtration units. Water Research, 37, 690-698.
Lazarova, V., Liechti, P. A., Savoye, P. & Hausler, R. 2013. Ozone disinfection: main parameters for process design in wastewater treatment and reuse. Journal of Water Reuse and Desalination, 3, 337-345.
Liberti, L., Notarnicola, M. & Lopez, A. 2000. Advanced treatment for municipal wastewater reuse in agriculture. III-Ozone Disinfection. Ozone: Science and Engineering, 22, 151-166.
Ljunggren, M. 2006. Micro screening in wastewater treatment-an overview. Vatten, 62, 171-177.
Martínez, S. B., Pérez-Parra, J. & Suay, R. 2011. Use of ozone in wastewater treatment to produce water suitable for irrigation. Water Resources Management, 25, 2109-2124.
Metcalf, L., Eddy, H. P. & Tchobanoglous, G. 2014. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, and Reuse, McGraw-Hill, New York, USA.
Petala, M., Tsiridis, V., Samaras, P., Zouboulis, A. & Sakellaropoulos, G. 2006. Wastewater reclamation by advanced treatment of secondary effluents. Desalination, 195, 109-118.
Rice, E. W., Baird, R. B., Eaton, A. D. & Clesceri, L. S. 2012. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, American Public Health Association Washington, DC, USA.
Sadrnourmohamadi, M. & Gorczyca, B. 2015. Effects of ozone as a stand-alone and coagulation-aid treatment on the reduction of trihalomethanes precursors from high DOC and hardness water. Water Research, 73, 171-180.
Xu, P., Janex, M. L., Savoye, P., Cockx, A. & Lazarova, V. 2002. Wastewater disinfection by ozone: main parameters for process design. Water Research, 36, 1043-1055.