عنوان پایان‌نامه
تصفیه پساب شهری توسط بیوراکتور غشایی (MBR)
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- فرآیندهای کاغذسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56722
- تاریخ دفاع
- ۲۶ تیر ۱۳۹۱
- دانشجو
- مریم رضایی
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا, محمد علی آرون
- چکیده
- هدف اصلی این تحقیق بررسی کارایی بیوراکتور غشایی در تصفیه پساب می‌باشد. با توجه به اهمیت آلاینده‌های نیتروژنی در پساب شهری در این تحقیق سعی شده به روشی جهت کاهش این آلاینده پرداخته شود. همچنین سعی می‌شود به بررسی شرایط مطلوب تر تصفیه جهت افزایش راندمان حذف و بهبود عملکرد بیوراکتور به خصوص کاهش گرفتگی غشا پرداخته شود. در پساب سنتزی برای حذف بهتر آلاینده‌ها معمولا نسبت 20=COD/N توصیه می‌شود و در پساب شهری واقعی معمولا این نسبت برابر با 8 است. بنابراین در این پژوهش کارایی سیستم در دو مقدار مختلف COD/N در مقادیر 8 و 20 بررسی شد و مشاهده شد در نسبت 20 COD/N = دنیتریفیکاسیون 48 درصد بیشتر از زمانی است که 8 COD/N = باشد، همچنین در COD/N بالا نیتریفیکاسیون بیش از 5 درصد بهبود می‌یابد. بنابراین افزایش COD محلول برای افزایش حذف نیتروژن از پساب شهری توصیه می‌شود. قلیاییت از دیگر پارامترهای مورد بررسی است، آزمایش‌ها در این تحقیق نشان دادند در پسابی که حاوی 356 میلی‌گرم بر لیتر قلیاییت بر حسب کربنات کلسیم باشد نسبت به پسابی که هیچ گونه قلیاییتی نداشته باشد، حذف آمونیوم 50 درصد بیشتر است. 356 میلی‌گرم قلیاییت بر حسب کربنات کلسیم قلیاییت مورد نیاز برای پسابی با 50 میلی‌گرم بر لیتر نیتروژن آمونیومی است. در بخش دیگری از این پژوهش به منظور بهبود راندمان حذف آلاینده ها در بیوراکتور غشایی و کاهش گرفتگی غشا از ذرات ریز جاذب درون لجن فعال استفاده شد. برای این منظور به بررسی جاذب‌های مختلف و مناسب در تصفیه پرداخته شد و انواع جاذب‌هایی که برای بهبود تصفیه پساب توسط محققین بررسی شده بودند از جمله کربن فعال، آلومینای فعال، سیلیکاژل، جاذب‌های رزین پلیمری، چیتوسان، خاکستر، زائدات آهن، منیزیم، زئولیت مطالعه شد، سپس به تناسب کارایی ذرات جاذب، رس زئولیت طبیعی از نوع کیلینوپتیلولیت انتخاب شد. در این پژوهش به بررسی خواص این رس پرداخته می‌شود. از مهم‌ترین برتری‌های این رس نسبت به سایر جاذب‌های نام برده، انتخاب پذیری بالای این رس نسبت به کاتیونها به خصوص آمونیوم، توانایی جذب نیترات و فسفات در حالت اصلاح شده با سورفکتانت، مساحت سطح بالای این رس، عدم تخریب محیط زیست، حلالیت کم، پایداری شیمیایی و اسیدی این رس و بازیابی توسط باکتریهای نیترات‌ساز است. در تحقیق پیش رو، دو بیوراکتور غشایی مشابه به موازات یکدیگر در شرایط یکسان کار میکنند. در بیوراکتور نمونه، از ذرات جاذب (تبادلگر یونی) استفاده شده تا عملکرد این سیستم هیبریدی با بیوراکتور غشایی شاهد مقایسه شود. مطابق نتایج محققین پیشین، مقدار 8 گرم بر لیتر که به عنوان مقدار بهینه برای حذف نیتروژن معرفی شده است انتخاب می‌شود. نتایج آزمایش‌ها نشان دادند استفاده از این ماده باعث حذف حدود 25 درصد بیشتر نیتروژن می‌شود. کیلینوپتیلولیت درون لجن فعال با آمونیوم محلول تبادل کاتیونی دارد و به همین دلیل حذف آمونیوم از پساب و نیتریفیکاسیون را 25 درصد افزایش می‌دهد. ذرات زئولیت اشباع شده با آمونیوم توسط باکتریهای نیترات‌ساز احیا می‌شوند و به این صورت تبادل کاتیونی ادامه می‌یابد. کیلینوپتیلولیت نیترات و فسفات محلول در پساب را جذب می‌کند. زئولیت علاوه بر حذف آلاینده‌ها بر روی لجن بسیار تاثیر گذار است، باعث افزایش تدریجی جمعیت میکروبی می‌شود، پلی‌ساکارید محلول را تا 50 درصد کاهش می‌دهد، خاصیت ته‌نشینی لجن را بیش از 65 درصد افزایش می‌دهد، به عنوان یک حامل باعث رشد باکتری‌ها روی سطح می‌شود، و در نهایت گرفتگی غشا در سیستمی‌که حاوی این ذرات باشد، نسبت به بیوراکتور شاهد که در شرایط عادی کار می‌کند، بیش از 67 درصد کاهش می‌یابد. با توجه به این پژوهش، این نتایج حاصل می‌شوند که برای تصفیه پساب شهری توسط بیوراکتور غشایی وجود قلیاییت کافی و نسبت COD/N بالا ضروری است. استفاده از ذرات زئولیت در سیستم تصفیه به عنوان یک فرایند تکمیلی هم در حذف بهتر آلاینده‌ها و افزایش کیفیت پساب خروجی موثر است، هم در بهبود خواص لجن فعال و کاهش گرفتگی غشا و کاهش هزینه‌های عملیاتی موثر است.
- Abstract
- The most important purpose of this thesis is the performance of Membrane Bio Reactor (MBR) in wastewater treatment with respect to nitrogen pollutant in municipal wastewater. It has been tried to increase removing nitrogen pollutants and improve MBR performance, specially to decrease membrane fouling. COD/N ratio in synthetic wastewater usually is considered 20, but in real municipal wastewater the ratio is 8. So in this research both COD/N ratio 20 and 8 have been experimented and compared. The experiments show that when COD/N=20, denitrification takes place 48 percent more than when COD/N=8. In addition in high COD/N ratio nitrification will improve 5 percent. So high soluble COD is recommended for more nitrogen removal in case of high nitrogen pollutant. Alkalinity is another factor which has been examined. Experiments concern ammonium removal in wastewater containing 356 mg/l alkalinity (CaCo3) will occurs 50 percent better than wastewater with no alkalinity (This amount of alkalinity is symmetric with 50 mg/l nitrogen in wastewater). In case of improving MBR performance in nutrient removal and decreasing membrane fouling, fine particle adsorbents have been discussed. For this purpose different kind of adsorbents in wastewater treatment have been studied such as Activated carbon, Activated alumina, Silica gel, Polymeric resin adsorbents, Chitosan, Ash, Iron particles, Magnesium and Zeolite. Natural Zeolite, Clinoptilolite type, due to its performance in sludge has been selected. Clinoptilolite has been examined in this thesis. This clay has many advantages that make it more useful than other adsorbents, as evidence of this: selective capability to ammonium cations, nitrate and phosphate adsorption by surfactant modified clinoptilolite, high surface area, non environmental destructive, low solubility, chemical stability and recovery using nitrifying bacteria. In this research there are two similar parallel membrane bioreactor which work in same conditions. In sample MBR there are cation exchangers and its performance (Hybrid Membrane Bio Reactor) is compared with control MBR (with no additive). In sample MBR, 8 gram clinoptilolite per liter of sludge has been chosen which is optimized amount according to previous work. The results show that clinoptilolite cause 25 percent more nitrogen removal. Due to cation exchange of zeolite with soluble ammonium, ammonium removal and nitrification increase about 25 percent. Ammonium saturated zeolite particles recover using nitrifying bacteria and in this way cation exchanging continues. Moreover clinoptilolite adsorbs soluble nitrate and phosphate in wastewater. In addition zeolite affects sludge, and causes increasing microbial growth. Zeolite decreases soluble polysaccharide of sludge 50 percent. This event increases Sludge Volume Index (SVI) 65 percent. Zeolite acts as a career and bacteria grow on its surface. So due to these results sample MBR fouling decreases more than 67 percent in comparison to control MBR. In conclusion, adequate alkalinity and high ratio of COD/N are necessary in wastewater treatment. Moreover zeolite particles not only affect on removal efficiency and improving effluent quality, but also result in lower fouling on membrane and deduction of operating costs.
