26791

هضم بي هوازي فاضلاب پتروشيمي حاوي استايرن

ارشد

مهندسي عمران- مهندسي محيط زيست

1397

1401/01/31

دكتر مريم حسني زنوزي

مهندسي عمران

حامل¬هاي زيستي نقش حياتي در راكتورهاي بيوفيلم بستر متحرك بي¬هوازي (AnMBBR) دارند. باكتري‌ها و كهن¬باكتري‌هايي كه در طي فرآيندهاي بي‌هوازي فعال هستند، با اتصال به حامل‌هاي زيستي، بيوفيلم مي‌سازند. علاوه¬بر اين، حامل¬هاي زيستي مختلف به¬شدت پويايي جمعيت ميكروبي غالب را در هر سيستم القاء مي¬كنند. با توجه به تاثير مثبت حامل¬هاي زيستي بر عملكرد فرايندهاي بي¬هوازي، هدف از انجام اين مطالعه، تصفيه فاضلاب مصنوعي پتروشيمي با تاكيد بر حذف استايرن به¬عنوان تركيب آلي فرار در فرايند بي¬هوازي رشد چسبيده مي¬باشد. حامل¬هاي زيستي مورد استفاده در اين پژوهش حامل¬هاي پلي¬اتيلن (كالدنس k3) (30 درصد ارتفاع راكتور)، كربن فعال دانه‌اي (GAC) (10 گرم بر ليتر)، cuttlebone (10 گرم بر ليتر) و سنگ¬پا (10 گرم بر ليتر) هستند. اين پژوهش در سه سيكل تحت غلظت مختلف استايرن (0، 50 و 100 ميلي¬گرم در ليتر استايرن) در پنج راكتور در شرايط مزوفيل (35 درجه¬سانتي¬گراد) و ناپيوسته انجام گرديد. اتانول به¬عنوان كمك¬سوبسترا و كمك¬حلال به فرايند تصفيه بي¬هوازي اضافه شد. در¬طول آزمايش، حذف استايرن، حذف نياز اكسيژن شيميايي (COD) و توليد بيوگاز به صورت دوره‌اي مورد بررسي قرار گرفت و عملكرد حامل¬هاي زيستي هاي مختلف با راكتور كنترل مقايسه شد. نتايج نشان داد كه توليد بيوگاز در راكتور كنترل، در غلظت¬هاي مختلف استايرن بين 26/174 تا 34/358 ميلي¬ليتر بر گرم COD بود، كه افزودن حامل‌هاي زيستي پلي¬اتيلن، كربن¬فعال گرانوله، cuttlebone و سنگ¬پا توليد بيوگاز را به¬ترتيب 25-40%، 108-148%، 99-104% و 87-111% در غلظت¬هاي مختلف استايرن نسبت به راكتور كنترل افزايش دادند. در هر سه سيكل¬ و در همه راكتورها درصد فراريت استايرن از فاز مايع به فاز گازي زير 2 درصد بود و بيشترين مقدار فراريت مربوط به سيكل سوم بود. افزودن حامل‌هاي زيستي باعث كاهش 17/31-19/67% فراريت استايرن از فاز مايع به فاز گاز شد، و كمترين مقدار فراريت استايرن در هر سه سيكل متعلق به راكتور R3 كه در آن از كربن فعال استفاده شده بود، بود. علاوه بر اين، زمان تاخير توليد بيوگاز در راكتورهايي كه از حامل‌هاي زيستي استفاده شد نسبت به راكتور كنترل كاهش يافت. حذف استايرن و حذف COD در راكتور كنترل در هر سه سيكل به ترتيب بين 27/72-24/79% و 28/82-63/85% در راكتور كنترل بود، در حالي كه با افزودن حامل‌هاي زيستي به ترتيب به 80/76-37/91% و 26/86-60/95% رسيدند. درمجموع بهترين عملكرد براي حذف استايرن، حذف COD و توليد بيوگاز در همه راكتورها در غلظت 50 ميلي¬گرم برليتر استايرن بدست آمد. غلظت قلياييت در طول فرآيند به طور متوسط از 1950 به 2370 mgCaCO3/L افزايش يافت كه نشان-دهنده خاصيت بافري فرآيند است. علاوه¬بر اين، اسيدهاي چرب¬فرار (VFA) در طول فرآيند كاهش يافت كه نشان دهنده مصرف و تبديل آن به بيوگاز است. بعلاوه، pH به طور قابل توجهي افزايش يافت. تصاوير SEM حضور جمعيت متنوعي از باكتري¬ها از جمله كوكسي¬ها و باكتري¬هاي ميله¬اي شكل را نشان مي¬دهد. با اين¬حال، در راكتورهايي كه از حامل¬هاي زيستي استفاده شد، گونه¬هاي غالب باكتري¬هاي ميله-اي شكل بودند. تجزيه و تحليل EDX وجود عناصر مختلف در لجن ميكروبي از جمله كربن، اكسيژن، منيزيم، سيليكون، آلومينيوم و روي را در كشت مخلوط نشان مي¬دهد. اين عناصر در مواد پليمري خارج سلولي (EPS) ترشح شده توسط ميكروارگانيزم¬ها وجود دارند. با اين¬وجود، تعداد كمي از فلزات قابل مشاهده در طيف EDX نيز ممكن است از محيط نمك معدني (محيط هاي مصنوعي) كه براي حمايت از فعاليت و رشد ميكروبي استفاده مي¬شود، منشاء بگيرند.

1401/04/15

Anaerobic Digestion of Petrochemical Wastewater Containing Styrene

4/20/2023 12:00:00 AM

Biocarriers are vital in anaerobic moving bed biofilm reactors (AnMBBR). Bacteria and archaea are active in anaerobic processes and make biofilms by attaching to biocarriers. In addition, different biocarriers strongly induce the dynamics of the dominant microbial population in each system. Due to the positive impact of biocarriers on the performance of anaerobic processes, the purpose of this study was the anaerobic treatment of synthetic petrochemical wastewater with emphasis on the removal of styrene as a volatile organic compound in the anaerobic moving bed biofilm reactors. Biocarriers used in this study are polyethylene (k3) (30% of reactor height), granular activated carbon (GAC) (10 g/l), cuttlebone (10 g/l), and pumice (10 g/l). This study was performed in three cycles under different concentrations of styrene (20, 50, and 100 mg/l styrene) in five reactors under mesophilic (35 ° C) and batch conditions. Ethanol was added to the anaerobic process as a co-substrate and co-solvent. During the experiment, styrene removal, chemical oxygen demand (COD) removal, and biogas production were periodically investigated, and the performance of different biocarriers was compared with a control reactor. The results showed that the production of biogas in the control reactor in different concentrations of styrene was between 174.26 to 358.34 ml/gCOD. The addition of biocarriers of polyethylene, granular activated carbon, cuttlebone, and pumice increased biogas production by 25-40%, 108-148%, 99-104%, and 87-111%, compared to the control reactor, respectively. In all three cycles and in all reactors, the percentage of styrene volatility from liquid to gas phase was less than 2% and the highest amount of volatility was related to the third cycle. Also, the addition of biocarriers reduced the volatility of styrene from liquid to the gas phase by 31.17-67.19%. In addition, the lag phase of biogas production in reactors using biocarriers was reduced compared to the control reactor. Styrene removal and COD removal in the control reactor in all three cycles were between 72.27-79.24% and 82.28-85.63%, respectively, while by adding biocarriers to other reactors, it reached 76.80-91.37% and 86.26-95.6%, respectively. Overall, the best performance for styrene removal, COD removal, and biogas production was achieved in all reactors at a concentration of 50 mg/l styrene. The alkalinity concentration increased during the process on average from 1950 to 2370 mgCaCO3/L, which indicates the buffering property of the process. In addition, volatile fatty acids (VFAs) were reduced, indicating their conversion to biogas. In addition, the pH increased significantly. SEM images showed the presence of a diverse population of bacteria, including cocci and rod-shaped bacteria. However, the predominant species in reactors that used biocarriers were rod-shaped bacteria. EDX analysis shows various elements in microbial sludge, including carbon, oxygen, magnesium, silicon, aluminum, and zinc, in the mixed culture. These elements are present in extracellular polymeric substances (EPS) secreted by microorganisms. Nevertheless, few metals visible in EDX spectra might also originate from the mineral salt medium (synthetic media) used to support microbial activity and growth.

هضم بي هوازي , استايرن , استايرن , تشكيل بيوفيلم , تجزيه زيستي , بيوگاز

Anaerobic digestion , Styrene , Biocarriers , Biofilm formation , Biodegradation , Biogas

Milad Zarghami Qaretapeh

Dr. Maryam Hasani Zonoozi