عملکرد سنگ پامیس به عنوان بستر ثابت بیوفیلم در راکتور بیوفیلمی هوازی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران- محیط زیست، دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشیار دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در این پژوهش قابلیت به کارگیری سنگ پامیس در فرآیند بیوفیلمی با بستر ثابت برای تصفیه فاضلاب سینتیک نسبتاً غلیظ کارخانه قند مورد بررسی گرفته است. سنگ پامیس نوعی بازالت است که در مناطقی از کشورمان به طور فراوان یافت شده و دارای قیمت بسیار مناسب در مقایسه با سایر آکنه‌های تجاری موجود در بازار می‌باشد. آزمایشها بر روی راکتور جریان رو به بالا با بستر ثابت سنگ پامیس و با حجم مؤثر 14/2 لیتر سیال انجام گرفت. پس از طی دوره  راه اندازی، با راهبری راکتور به مدت 222 روز در زمانهای ماند هیدرولیکی 12، 16 و24 ساعت و COD محلول ورودی 2250، 1500 و 750 میلی‌گرم در لیتر، راندمان حذف سوبسترات 89 تا 97 درصد در طی 9 حالت مختلف بارگذاری حاصل گردید. نتایج حاصل نشان می‌دهند که در بارگذاری‌های ارگانیک بین 750 تا mg.COD/m3.day 4500 با شرایط فوق الذکر، راندمان سیستم با استفاده از آکنه های پامیس راضی کننده و قابل توجه است. همچنین در ادامه، مدل‌های سینتیکی مرتبه اول گراو و استوور-کن کانن در چارچوب داده‌های تجربی به دست آمده مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مدل‌های گراو و استوور-کن کانن ضرایب همبستگی خوبی را ارائه می‌دهند. همچنین بر اساس این مدل‌های سینتیکی و پارامترهای حاصل شده از این پژوهش، روابطی برای طراحی بیوفیلترهای مشابه ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance of Pumice Stone as a Packing in Fixed-bed Aerobic Bioreactor

نویسندگان [English]

  • Mohamadali Sharbatmaleki 1
  • Seyed Mehdi Borghei 2
1 Graduate Student of Environmental Engineering, Dept. of Civil Engineering, Sharif University of Technology
2 Associated Prof., Dept. of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif University of Technology
چکیده [English]

In this research, the performance of pumice stone as a fixed bed support in the biological treatment of the synthetic wastewater of sugar beet factory was evaluated. Pumice is a volcanic rock having high porosity and specific surface. and in comparison with other supports, pumice has a very low price. The experiments were done on an up-flow biofilm reactor, the effective volume of which was 14.2 L, with pumice fixed bed supports. After the starting period, the reactor was operated in steady-state mode, which lasted 222 days, at hydraulic retention time of 12, 16 and 24 hours and influent COD concentration of 750, 1500 and 2250 mg/L. During the operation, the contamination removal efficiencies from 89 to 97 percent were achieved in 9 experimental runs. The results demonstrate that in organic loading rate from 750 to 4500 gr.COD/m3/day in the mentioned status the reactor's efficiency is satisfactory. In addition, some kinetic prevalent models were tested with the experimental data. Results show that according to the regression coefficients, Grau second order kinetic model and modified Stover-Kincannon model are appropriate for predicting similar reactors situations and designing new reactors, and the related equations were derived.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biofilm
  • Fixed bed
  • aerobic
  • Wastewater of Sugar Beet Factory
  • Pumice Stone
1- Schroeder, E. D. (1977). Water and wastewater treatment, McGraw Hill Inc., New York.

2- Qingwei, Liu, Mancl, K., M., and Tuovinen, O. H. (1998). “Effect of Incullation on the Biodegradation of Butterfat-Detergent Mixture in Fixed-Film Sand Columns.” J. Bioresource Technology. 64, 27-32.

3- Spigno, G., Zilli, M., and Nicolella, C. (2004). “Mathematical Modelling and Simulation of Phenol Degradation in Biofilters.” J. Biochemical Engineering 19, 267–275.

4- Booki, M., et al. (2004). “Perchlorate Removal in Sand and Plastic Media Bioreactors.” J. Water Research. 38, 47–60.

5- Bertin, L., et al. (2004). Performances and Microbial Features of a Granular Activated Carbon Packed-bed Biofilm Reactor Capable of an Efficient Anaerobic Digestion of Olive mill Wastewaters. FEMS Microbiology Ecology. 48, 413–423.

6- Osorio, F., and Hontoria, E. (2002). “Wastewater Treatment with a Double-Layer Submerged Biological Aerated Filter, Using Waste Materials as Biofilm Support.” J. Environmental Management. 65, 79-84.

7- Morsyleide, F. R. et al. (1998). “Biofilm Development and Ammonia Removal in the Nitrification of a Saline Wastewater.” J. Bioresource Tech. 65, 135-138.

8- Petruccioli, M., et al. (2000). “High-rate Aerobic Treatment of Winery Wastewater Using Bioreactors with Free and Immobilized Activated Sludge.” J. Bioscience and Bioengineering, 90, 381-386.

9- Kariminiaae-Hamedaani, H., et al. (2003). “Wastewater Treatment with Bacteria Immobilized on to a Ceramic Carrier in an Aerated System.” J. Bioscience and Bioengineering, 95, 128-132.

10- Hosseiny, S.H., and Borghei, S.M. (2002). “Modeling of Organic Removal in a Moving Bed Biofilm Reactor.” J. Scientia Iranica, 9, 53-58.

11- قربانی، م. (1378). پرلیت و پوکه‌‌های معدنی، انتشارات سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور.

12- Cavaleri, L., Miraglia, N., and Papia, M. (2003). “Pumice Concrete for Structural Wall Panels.”
J. Engineering Structures, 25,115–125.

13- Kocadagistan, B., et al. (2005). “Wastewater Treatment with Combined Upflow Anaerobic Fixed-bed and Suspended Aerobic Reactor Equipped with a Membrane Unit.” J. Process Biochem, 40, 177–182.

14- APHA-AWWA-WEF. (1995). Standard methods for the examination of water and wastewater, 19th Ed., American Public Health Assoc., Washington DC.

15- Büyükkamacý, N., and Filibeli, A. (2002). “Determination of Kinetic Constants of an Anaerobic Hybrid Reactor.” J. Process Biochem. 38,73–79.

16- Grau, P., Dohanyas, M., and Chudoba, J. (1975). “Kinetic of Multicomponent Substrate Removal by Activated Sludge.” J. Water Res; 9,637–642.

17- Kincannon, D. F., Stover, E. L. (1982). “Design Methodology for Fixed Film Reactor-RBC's and Biological Towers.” Civil Eng. for Practicing and Design Eng., 2, 107-124.

18- Yu, H., Wilson, F.,  and Tay, J. (1998). “Kinetic Analysis of an Anaerobic Filter Treating Soybean Wastewater.” J. Water Res, 32, 3341-3352.

19- Isik, M., and Sponza, D.T., (2004). “Substrate Removal Kinetics in an Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor Decolorising Simulated Textile Wastewater.” J. Process Biochem.

20- کاوسی، ا. (1383). بررسی استفاده از پوکه‌های معدنی به عنوان ساپورت بیوفیلم در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف.