21511

21511

تعيين الگوي فرايند نيتريفيكاسيون/ دي نيتريفيكاسيون تحت تأثير سن لجن و نسبت C/N در راكتور بيوفيلمي

كارشناسي ارشد

محيط زيست

1398/6/27

دكتر مريم حسني زنوزي

عمران

در تصفيه‌خانه‌هاي فاضلاب، نسبت COD/N يكي از متغير هاي ورودي و ‌كنترل آن هزينه بر است و در مقابل سن لجن متغير طراحي و قابل انتخاب است، ازاين‌رو در برخورد با نسبت هاي COD/N مختلف مي توان با كنترل سن لجن به راندمان حذف نيتروژن مطلوب تر دست‌يافت. در اين پژوهش تأثير نسبت COD/N و سن لجن بر نيتريفيكاسيون و دينيتريفيكاسيون هم‌زمان با استفاده از راكتورهاي ناپيوسته متوالي با بستر متحرك (MBSBR) مورد مطالعه قرار گرفت. بدين منظور سه راكتور در دو فاز مورد بهره برداري قرار گرفتند. در هر فاز سن لجن هاي 5، 10 و 15 روز موردبررسي قرار گرفت. تنها تفاوت دو فاز در تغذيه سيستم ها بود كه در فاز يك، با نسبت 10 =COD/N و در فاز دو با نسبت 20 =COD/N تغذيه انجام گرفت. نتايج به‌دست‌آمده نشان دهنده حذف بسيار مطلوب COD در فاز 1 در هر سه راكتور بود؛ اما با افزايش دو برابري نسبت COD/N در فاز 2، COD خروجي به ويژه براي سن لجن هاي 5 و 10 روز افزايش يافت. در هر دو فاز افزايش سن لجن تأثير مشخصي بر جرم بيوفيلم نداشت، اما با افزايش نسبت COD/N در فاز دو، جرم بيوفيلم ها در هر سه راكتور افزايش چشمگيري پيدا كرد. در فاز 1 افزايش سن لجن تا محدوده 10 روز سبب افزايش نيتريفيكاسيون و افزايش بيشتر سن لجن به 15 روز سبب كاهش نيتريفيكاسيون شد، اما در فاز 2 با افزايش سن لجن 5 به 10 و سپس به تا 15 روز نيتريفيكاسيون افزايش يافت. در فاز دو با افزايش نسبت COD/N نيتريفيكاسيون در هر سه راكتور كاهش چشمگيري داشت چراكه افزايش مقدار COD سبب افزايش جمعيت باكتري هاي هتروتروف هوازي شده و رقابت اين باكتري ها با باكتري هاي اتوتروف بر سر مصرف اكسيژن محلول موجود سبب كاهش شديد نيتريفيكاسيون گرديد. در هر دو فاز افزايش سن لجن سبب افزايش دي نيتريفيكاسيون شد، اما اين افزايش در فاز 2 مشهودتر بود. همچنين با افزايش نسبت COD/N در فاز 2، باوجود افزايش جرم بيوفيلم و نيز باقي ماندن بخشي از COD تا انتهاي سيكل، دي نيتريفيكاسيون در هر 3 راكتور كاهش يافت. درمجموع مي توان گفت جهت استفاده از سيستمي مشابه با سيستم مورداستفاده در اين پژوهش (سيستم MBSBR) در تصفيه فاضلاب هاي با نسبت COD/N حدود 10 (فاضلاب شهري)، استفاده از سن لجن حدود 10 روز و در تصفيه فاضلاب هاي با نسبت COD/N حدود 20، استفاده از سن لجن هاي بيش از 15 روز توصيه مي شود.

1398/10/11

Determination of Nitrification /Denitrification Pattern in Biofilm Reactor Under the Effect of SRT and C/N Ratio

9/21/2020 12:00:00 AM

In wastewater treatment plants (WTP), the COD/N ratio depends on wastewater characteristics and its control is costly. For this reason, COD/N is usually considered as one of the input variables for design of WTPs. Conversely, sludge age is a design variable and can be selected depend upon the treatment aims. Therefore, when encountering different COD/N ratios, choosing appropriate sludge ageS can help to achieve higher nitrogen removal efficiencies. In this study, the effect of COD/N ratio and sludge age on simultaneous nitrification and denitrification in a moving bed sequential batch reactor (MBSBR) was studied. For this purpose, three reactors were operated in two phases under the sludge ages of 5, 10 and 15 days. The applied COD/N ratios for phases 1 and 2 were 10 and 20, respectively. The reactors had a working volume of 12.9 L. About 40% of each reactor was filled with Kaldnes-3 media. According to the obtained results, high COD removal efficiencies were obtaind for all reactors under the COD/N of 10, while, with increasing the COD/N ratio to 20 in phase 2, the effluent COD increased, particularly for the sludge ages of 5 and 10 days. In both phases, increasing the sludge age had no significant effect on biofilm mass, but with increasing the COD/N ratio in phase 2, biofilm mass increased significantly in all three reactors. In Phase 1, as the sludge age increased from 5 to 10 days, the nitrification increased as well. However, higher sludge age of 15 days leaded to decrease of nitrification. In Phase 2, increasing of the sludge age from 5 to 15 days steadily increased the nitrification. In phase 2, with the two fold increasing of COD/N ratio, the nitrification decreased significantly in all reactors. Increasing the COD content multiplied the population of aerobic heterotrophic bacteria. Competition and dominance of such a high population of heterotrophs over nitrifier bacteria for consumption of the dissolved oxygen significantly reduced the nitrification in phase 2. In both phases, increasing the sludge age improved the denitrification, but this increase was much more obvious in phase 2. In addition, with increasing the COD/N in phase 2, the denitrification decreased significantly in all 3 reactors. This was despite more favorable conditions for denitrification in this phase, i.e. increasing the biofilm mass and its anoxic sites as well as remaining part of COD until the end of the cycle. Actually, the main reason for reduction of the denitrification in phase 2 was the lower nitrate availability for denitrifier bacteria as a result of the weaker nitrification in this phase. In other words, under the higher COD/N ratio, nitrification (nitrate concentration) became the controlling factor of the denitrification and considerably affected the total nitrogen removal efficiency. Overall, it can be said that when using a MBSBR system for treatment of wastewater with COD/N ratio of about 10 (common COD/N ratio for municipal wastewaters), applying sludge ages of about 10 days will result in higher nitrogen removal efficiencies, while for the COD/N ratio of about 20 days, sludge ages over 15 days are recommended.

راكتور ناپيوسته متوالي با بستر متحرك , نيتريفيكاسيون و دي ‏نيتريفيكاسيون هم‌زمان , سن لجن , نسبت COD/N

Moving bed sequential batch reactor (MBSBR) , Simultaneous nitrification and denitrification , Sludge retention time (SRT) , COD/N ratio