31529

ارتقا فرآيند MBBR به IFAS با هدف كاهش و حذف لجن مازاد بيولوژيكي

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي عمران- مهندسي محيط‌ زيست

1399

1403/7/8

سيدمصطفي سيادت موسوي - مجيد حسين زاده

/

دانشكده مهندسي عمران

لجن مازاد بيولوژيكي يكي از محدوديت‌هاي فرآيند لجن فعال است. در اين پژوهش ارتقاء فرآيند MBBR به فرآيند IFAS براي كاهش توليد لجن اضافي بررسي شده است. براي اين منظور دو سناريو دنبال گرديد: نخست اصلاح سيستم MBBR با افزايش سن لجن (SRT) از 5 به 15 روز و دوم، ارتقاء فرآيند MBBR به فرآيند IFAS با اعمال نرخ‌هاي متفاوت لجن فعال برگشتي (RAS) به ميزان 50، 100 و 150 درصد و با زمان‌هاي ماند هيدروليكي 6، 12، 14 و 20 ساعت. نتايج نشان داد كه سناريوي اول توليد لجن را از 750 به 150 گرم در روز كاهش داده، در حالي كه سناريوي دوم توليد لجن را حذف كرد. در سناريوي دوم، بهره‌برداري از سيستم به عنوان يك فرآيند IFAS با SRT كامل، به دليل تجزيه لجن، منجر به حذف لجن گرديد. همچنين سناريوي دوم نشان داد كه غلظت آلاينده‌هاي خروجي سيستم به مقادير پايين 3، 12، 8 و 45 ميلي‌گرم در ليتر به ترتيب براي BOD، COD، TSS و NO3 رسيده است. بهره‌برداري راكتور بيولوژيكي در SRT بالا ممكن است توليد لجن را حذف كند، اما به دليل توليد NH3 حاصل از تجزيه لجن، منجر به غلظت بالاتر NO3 در خروجي مي‌شود. بر اساس نتايج حاصله، حذف لجن در يك سيستم لجن فعال با كنترل دقيق فرآيند و اعمال RAS بدون نياز به تصفيه اضافي امكان‌پذير است. در بخش ديگر پژوهش، كاهش لجن و مدل‌سازي و بهينه‌سازي فرآيند در سيستم MBBR كه به فرآيند IFAS ارتقا يافته است، با استفاده از مدل شبيه‌سازي GPS-X8 بررسي گرديد و تحليل حساسيت غلظت اكسيژن محلول (DO)، RAS، درصد پرشدگي راكتور از مديا و ضخامت بيوفيلم بر توليد لجن شبيه‌سازي شد. نتايج نشان داد كه با افزايش غلظت DO از 7/2 به 5 ميلي‌گرم در ليتر، 89 درصد لجن كاهش مي‌يابد. افزايش نسبت RAS از 50 به 200 درصد، توليد لجن را از 1000 به 90 گرم در ليتر كاهش داد (91 درصد كاهش). علاوه بر اين، مشاهده شد كه با افزايش درصد پرشدگي راكتور توسط مديا از 45 به 55 درصد، مقدار لجن از 910 به 400 گرم در ليتر كاهش يافت. علاوه بر اين، با افزايش ضخامت بيوفيلم از 1 به 5 ميلي‌متر، كاهش لجن از 1000 به 400 گرم در ليتر حاصل شد. در نهايت، فرآيند با حداقل توليد لجن 400 گرم در روز بهينه گرديد و با عملكرد مطلوب، غلظت‌هاي خروجي TSS، BOD، COD، NO3 و NH4 به ترتيب 14، 5، 10، 21 و 0 حاصل شد. اين پژوهش ثابت مي‌كند كه كاهش لجن مازاد بيولوژيكي با ارتقا سيستم MBBR به فرآيند IFAS امكان‌پذير است؛ هر چند كه تحليل حساسيت پارامترهاي عملياتي مختلف براي اندازه‌گيري كاهش لجن ضروري است. همچنين شبيه‌سازي سيستم تصفيه بيولوژيكي كه از بهترين و قابل اعتمادترين روش‌هاي تصفيه از نظر زيست محيطي، فني و اقتصادي است، به طور چشمگيري در شناخت شرايط تاثيرگذار و عوامل موثر براي كاهش لجن مفيد بوده و نتايج بخش عملي تحقيق را تقويت و تأييد مي‌نمايد. اين نتايج مي‌تواند در اجرا پروژه‌ها به صورت ويژه مورد توجه مهندسين محيط زيست و بهداشت محيط براي رهايي از مشكلات ناشي از توليد لجن مازاد قرار گيرد.

1403/08/26

UPGRADING MBBR TO IFAS PROCESS TO MINIMIZE AND ELIMINATE THE AMOUNT OF EXCESS SLUDGE PRODUCED IN THE BIOLOGICAL SYSTEM

9/29/2025 12:00:00 AM

Excess sludge production is one of the limitations of the biologically activated sludge process. Therefore, the study aims to upgrade the MBBR process to an integrated fixed film-activated sludge (IFAS) process to reduce excess sludge production. The methodology of the research was through two axes; the first is Two scenarios were followed to eliminate sludge production in the biological activated sludge process: first, modifying the moving bed biofilm reactor (MBBR) system by increasing the sludge retention time (SRT) from 5 to 15 days; and second, upgrading the MBBR process to the integrated fixed-film activated sludge (IFAS) process by applying return activated sludge (RAS) of 50, 100 and 150% with operating hydraulic retention time (HRT) of 6, 12, 14 and 20 h. The results revealed that the first scenario reduced sludge production from 750 to 150 g/day, whereas the second eliminated sludge generation. In the second scenario, operating the system as an IFAS process with complete SRT has eliminated sludge due to sludge decay and cell lysis. Part 3 of the second scenario showed that the system achieved low effluent pollutant concentrations of 3, 12, 8, and 45 mg/L for BOD, COD, TSS, and NO3, respectively. Operating at complete SRT may eliminate sludge production but also result in higher NO3 effluent concentration due to the production of NH3 from sludge decay and cell lysis. To conclude, sludge elimination in an activated sludge system is possible by carefully controlling the process and applying RAS without additional treatment. The second axis investigated sludge reduction and process optimization modeling in the MBBR system treating sewage upgraded to the IFAS process using GPS-X8 simulation. The sensitivity analysis of DO concentration, RAS, media portion, and biofilm thickness on sludge generation was simulated. The results showed that 89% sludge reduction was observed by the increment of DO concentration from 2.7 to 5 mg/L. Likewise, an increase in the RAS ratio from 50 to 200% decreased the sludge production from 1000 to 90 g/L, resulting in a 91% reduction. In addition, it was observed that sludge was highly eliminated from 910 to 400 g/L, as the media volume increased from 45 to 55%. Furthermore, a sludge reduction from 1000 to 400 g/L was achieved when the biofilm thickness increased from 1 to 5 mm, respectively. Lastly, the process was optimized with minimum sludge production of 400 g/day, and preferable system performance attributed to TSS, BOD, COD, NO3, and NH4 effluent concentrations of 14, 5, 10, 21, and 0., respectively. This concludes that sludge reduction can be achieved by operating the MBBR system as an IFAS process, and sensitivity analysis of different operational parameters is essential to measure sludge reduction. It was concluded that biological treatment is one of the best and most reliable methods from environmental, technical, and economic standpoints. In addition, the simulation has dramatically helped in knowing the influencing conditions and sensitive factors that contribute to reducing sludge, where the theoretical part is a supportive work to strengthen the results of the practical part where those interested in it can the field of sanitation, especially those who tend to reduce sludge production.

راكتور زيستي بستر متحرك , كاهش لجن , زمان ماند هيدروليكي

Activated sludge process , sludge reduction , solid retention time

DUAA KHUDAIR

Dr. Siyadat