مجله آب و فاضلاب

مجله آب و فاضلاب

استفاده از روش بیوراکتور غشایی برای حذف آلاینده‌ها از پساب تصفیه‌خانه فاضلاب صنعتی

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
علی حاج رسولیها 1
مجید حسین زاده 2
1 دانش‌آموخته کارشناسی مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
10.22093/wwj.2026.566014.3535
چکیده
با توجه به تشدید کم‌آبی و افزایش تقاضای آب، استفاده مجدد از پساب‌های صنعتی تصفیه‌ شده می‌تواند به‌عنوان یک منبع پایدار آب موردتوجه قرار گیرد. هدف این پژوهش ارزیابی عملکرد یک بیوراکتور غشایی در مقیاس آزمایشگاهی برای ارتقای کیفیت پساب خروجی تصفیه‌خانه فاضلاب صنعتی شهرک صنعتی شکوهیه به‌منظور استفاده مجدد بود. تمرکز پژوهش بر تحلیل هم‌زمان حذف جامدات معلق، کاهش بار آلی و بررسی محدودیت فرایند در کاهش املاح محلول بود تا قابلیت استفاده مجدد پساب از منظر کیفیت نهایی مصرف ارزیابی شود. راکتور پلکسی‌گلاس با حجم مفید ۳۲ لیتر به‌صورت مداوم به مدت ۳۵ روز بهره‌برداری شد و دبی خوراک ۴ لیتر بر ساعت تنظیم شد (HRT≈8 ساعت) .جداسازی جامدات با غشای اولترافیلتراسیون تخت با حد برش ۱۵۰ کیلو دالتون انجام شد. در طول بهره‌برداری، نمونه‌برداری از ورودی و خروجی انجام شد و پارامترهایCOD ، TSS و TDS بر اساس روش‌های استاندارد اندازه‌گیری شدند. نتایج نشان داد میانگین COD از ۳۲۱ به ۶۸ میلی‌گرم در لیتر کاهش یافت (۷۹ درصد حذف) و میانگین TSS از ۹۹ به ۲ میلی‌گرم در لیتر رسید (۹۸ درصد حذف). همچنین TDS از ۱۱۳۴ به ۹۶۰ میلی‌گرم در لیتر کاهش یافت (حدود ۱۵ درصد کاهش) که با محدودیت ذاتی غشای اولترافیلتراسیون در حذف املاح محلول سازگار است؛ بنابراین، در کاربردهایی که کاهش بیشتر املاح ضروری باشد، استفاده از فرایندهای تکمیلی مانند نانوفیلتراسیون یا اسمز معکوس پیشنهاد می‌شود. به‌طورکلی، MBR موردبررسی توانایی بالایی در حذف جامدات معلق و کاهش بار آلی داشته و می‌تواند برای برخی کاربردهای استفاده مجدد، با توجه به الزامات کیفی مقصد، گزینه‌ای اطمینان‌بخش باشد. پایش ۳۵ روزه، روند عملکرد سامانه را در شرایط پساب واقعی نشان داد و نتایج می‌تواند مبنایی برای طراحی و ارزیابی آزمایش‌های بلندمدت‌تر در مقیاس پایلوت در ادامه باشد.
کلیدواژه‌ها
بیوراکتور غشایی
اولترافیلتراسیون
پساب صنعتی
استفاده مجدد
گرفتگی غشاء

عنوان مقاله English

Application of Membrane Bioreactor Method for Removal of Pollutants from Industrial Wastewater Treatment Plant Effluent

نویسندگان English

Ali Hajrasouliha 1
Majid Hosseinzadeh 2
1 B.Sc. Graduate in Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Given the intensification of water scarcity and increasing water demand, the reuse of treated industrial wastewater can be considered as a sustainable water resource. The aim of this study was to evaluate the performance of a lab-scale membrane bioreactor for improving the quality of the effluent from the industrial wastewater treatment plant of Shokouhieh Industrial Town for reuse purposes. The study focused on the simultaneous analysis of suspended solids removal, organic load reduction, and the limitation of the process in reducing dissolved salts, in order to evaluate the reuse potential of the effluent from the perspective of final end-use water quality. A plexiglass reactor with an effective volume of 32 L was operated continuously for 35 days, and the influent flow rate was set at 4 L/h (HRT≈8 h). Solids separation was carried out using a flat-sheet ultrafiltration membrane with a molecular weight cut-off of 150 kDa. During the operation period, influent and effluent samples were collected, and COD, TSS and TDS were measured according to standard methods. The results showed that the average COD decreased from 321 to 68 mg/L, corresponding to 79% removal, and the average TSS decreased from 99 to 2 mg/L, corresponding to 98% removal. In addition, TDS decreased from 1134 to 960 mg/L, corresponding to an approximately 15% reduction, which is consistent with the inherent limitation of UF membranes in removing dissolved salts. Therefore, in applications where further reduction of dissolved salts is required, complementary processes such as nanofiltration or reverse osmosis are recommended. Overall, the studied MBR showed a high capability for suspended solids removal and organic load reduction and, considering the quality requirements of the intended end use, can be regarded as a reliable option for some reuse applications. The 35-day monitoring period demonstrated the performance trend of the system under real wastewater conditions, and the results can provide a basis for the design and evaluation of longer-term pilot-scale experiments in future studies.

کلیدواژه‌ها English

Membrane Bioreactor
Ultrafiltration
Industrial Wastewater
Reuse
Membrane Fouling
Alotaibi, M., Refaat, A., Munshi, F., El-Said, M. A. and El-Shafai, S. A., 2024. Influence of organic loading rates on the treatment performance of membrane bioreactors treating saline industrial wastewater. Water, 16(18), 2629. https://doi.org/10.3390/w16182629.
APHA, AWWA and WEF., 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (21st ed.). American Public Health Association. 1288 pages. [Link]
Aziz, M., Kasongo, G., 2021. The removal of selected inorganics from municipal membrane bioreactor wastewater using UF/NF/RO membranes for water reuse application: a pilot-scale study. Membranes, 11(2), 117. https://doi.org/10.3390/membranes11020117.
Besha, A. T., Gebreyohannes, A. Y., Tufa, R. A., Bekele, D. N., Curcio, E. and Giorno, L., 2017. Removal of emerging micropollutants by activated sludge process and membrane bioreactors and the effects of micropollutants on membrane fouling: a review. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5(3), 2395-2414. https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.04.027.
Bolzonella, D., Fatone, F., Di Fabio, S. and Cecchi, F., 2010. Application of membrane bioreactor technology for wastewater treatment and reuse in the Mediterranean region: focusing on removal efficiency of non-conventional pollutants. Journal of Environmental Management, 91(12), 2424–2431. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.07.024.
Brown, J. A., 2012. The early history of wastewater treatment and disinfection. In Impacts of Global Climate Change: Proceedings of the 2012 World Water and Environmental Resources Congress. American Society of Civil Engineers (ASCE). NY, USA. https://doi.org/10.1061/40792(173)288.
Comerton, A. M., Andrews, R. C. and Bagley, D. M., 2005. Evaluation of an MBR-RO system to produce high quality reuse water: microbial control, DBP formation and nitrate. Water Research, 39(16), 3982–3990. https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.07.014.
Fadaei Tehrani, M. R. and Jamshidipour, P., 2024. Optimization of phosphate removal from industrial wastewater in a sequencing batch reactor and extended aeration unit. Journal of Water and Wastewater, 35(2), 53-71. (In Persian). https://doi.org/10.22093/wwj.2024.446732.3405.
Falahati Marvast, H. and Karimi Jashni, A., 2023. Water recovery from greywater of Shiraz University dormitory complex using a membrane bioreactor (MBR). Journal of Water and Wastewater, 34(2), 78-90. (In Persian). https://doi.org/10.22093/wwj.2023.367741.3298.
Hai, F. I., Yamamoto, K. and Lee, C. H., 2018. Membrane Biological Reactors: Theory, Modeling, Design, Management and Applications to Wastewater Reuse. Second Edition. IWA Publishing, London, UK. [Link]
He, C., Liu, Z., Wu, J., Pan, X., Fang, Z., Li, J. et al., 2021. Future global urban water scarcity and potential solutions. Nature Communications, 12, 4667. https://doi.org/10.1038/s41467-021-25026-3.
Hoinkis, J., Deowan, S. A., Panten, V., Figoli, A., Huang, R. R. and Drioli, E., 2012. Membrane bioreactor (MBR) technology for industrial water reuse. Procedia Engineering, 33, 234–241. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.1199.
Hosseinzadeh, M., Bidehendi, N., Torabian, A., Alimoradi, S. and Nayeb, M., 2016. A pilot study on the performance of a membrane bioreactor in advanced treatment of industrial wastewater for reverse osmosis pretreatment. Mohit Shenasi, 42(2), 387-396. (In Persian). https://doi.org/10.22059/jes.2016.58740.
Iorhemen, O. T., Hamza, R. A. and Tay, J. H., 2016. Membrane bioreactor (MBR) technology for wastewater treatment and reclamation: membrane fouling. Membranes, 6(2), 33. https://doi.org/10.3390/membranes6020033.
Kim, J., Wu, B., Jeong, S., Jeong, S. and Kim, M., 2024. Recent advances of membrane-based hybrid membrane bioreactors for wastewater reclamation. Frontiers in Membrane Science and Technology, 3, 1361433. https://doi.org/10.3389/frmst.2024.1361433.
Lin, H. J., Xie, K., Mahendran, B., Bagley, D. M., Leung, K. T., Liss, S. N. et al., 2009. Sludge properties and their effects on membrane fouling in submerged anaerobic membrane bioreactors (SAnMBRs). Water Research, 43(15), 3827–3837. https://doi.org/10.1016/j.watres.2009.05.025.
Niu, C., Li, B. and Wang, Z., 2023. Using artificial intelligence-based algorithms to identify critical fouling factors and predict fouling behavior in anaerobic membrane bioreactors. Journal of Membrane Science, 687, 122076. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.122076.
Rahman, T. U., Roy, H., Islam, M. R., Tahmid, M., Fariha, A., Mazumder, A. et al., 2023. The advancement in membrane bioreactor (MBR) technology toward sustainable industrial wastewater management. Membranes, 13(2), 181. https://doi.org/10.3390/membranes13020181.
Raper, E., Stephenson, T., Anderson, D. R., Fisher, R. and Soares, A., 2018. Industrial wastewater treatment through bioaugmentation. Process Safety and Environmental Protection, 118, 178–187. https://doi.org/10.1016/j.psep.2018.06.035.
Tchobanoglous, G., Burton, F. L. and Stensel, H. D. and  Metcalf & Eddy, Inc., 2003. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse (4th ed.). McGraw-Hill Education, New York, NY. 1819 pages. [Link]
Xie, Y., Zhu, T., Xu, C., Han, J. and Jiang, J., 2010. Research progress in influence factors on membrane fouling in membrane bioreactor. Chemical Engineering (CHINA), 38, 26-31. (In Chinese). [Link]
Zhang, K., Choi, H., Dionysiou, D. D., Sorial, G. A. and Oerther, D. B., 2006. Identifying pioneer bacterial species responsible for biofouling membrane bioreactors. Environmental Microbiology, 8(3), 433–440. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2005.00909.x.
مجله آب و فاضلاب

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 آبان 1404