چکیده

تخلیه پساب فاضلاب شهري و صنعتی به آبهاي سطحی یا زیرزمینی براي محیط زیست بسـیار خطرنـاك مـیباشـد.

ترکیبات داراي نیتروژن در محیطهاي آبی اثراتی دارندعمدتاً( سمیت آمونیاك، آلودگی آبهاي زیرزمینی بـه نیتـرات و بیماريهاي ناشی از مصرف آبهاي آلوده بـه نیتـرات) کـه باعـث شـده محـدودیتهـایی در غلظـت ایـن ترکیبـات در پسابهاي ورودي به محیط آبهاي پذیرنده اعمال گردد . در این مقاله نتایج کاربرد روش ترکیبی A2O و MBR با هدف رساندن کیفیت پساب به میزان مطلوب ارائه شده اسـت. بـه منظـور انجـام تحقیقـات و مطالعـات آزمایشـگاهی پایلوتی که به ترتیب شامل مخازن بیهوازي، انوکسـیک و هـوادهی اسـت، جهـت شـبیهسـازي بـا شـرایط واقعـی در تصفیهخانه فاضلاب شهرك اکباتان تهران مستقر شده است و هدف اصلی آن بررسی اثر تغییرات زمان ماند بـر حـذف نیترات، آمونیاك، BOD، COD، TSS و تغییرات میزان برگشت مایع مخلوط بر حذف نیتـرات در فاضـلاب شـهري میباشد.جهت بررسی روند حذف مواد مغذي آزمایشات در یک دوره زمانیحدوداً ۳ ماهه در ۵ زمان ماند هیـدرولیکی

۴ (HRT) تا ۱۲ ساعت با درصد برگشت مایع مخلوط به میزان ۷۵ درصد انجام شده است. طی این آزمایشات زمـان ماند هوادهی بهینه در زمان ۸ ساعت حاصل شد که در این زمان، رانـدمان حـذف COD ٪۹۷/۲، BOD ٪۹۷/۱۷،

آمونیاك ٪۹۵/۸۸، نیترات ٪۹۰/۳۴ و TSS ٪۹۹/۳۵ بدست آمد. همچنین با تغییر در میزان درصـد برگشـت مـایع مخلوط در زمان ماند ۸ ساعت، میزان بهینه این مقدار براي حذف نیترات در حدود ۱۸۰ تا ۲۰۰ درصد حاصل شد.

کلمات کلیدي

آمونیاك، نیترات،COD، HRT، A2O، .MBR

مقدمه

فاضلاب تصفیه نشده حاوي ناخالصیها و میکروارگانیسمهاي بیماريزاي فراوانی است که در صورت دفع آن به منابع و آبهاي پذیرنده و محیطزیست بدون انجام تصفیه کافی بر روي آن باعث ایجاد مشکلات عدیـدهاي خواهـد شـد.

بنابراین با توجه به افزایش جمعیت در شهرها و پیامدهاي ناشی از آن از جمله افزایش جریـان هـاي فاضـلاب شـهري، واضحتر شدن مزایاي برنامههاي جاري کنترل آلایندهها و توجه به برقراري استانداردهاي سختگیرانهتـر بـراي نیتـروژن بخصوص در نواحی که داراي مشکلات کیفی آب می باشند، اهمیت بیشتري دارد.

امروزه باید در طراحی تصفیهخانههاي فاضلاب شهري به حـذف ایـن ترکیبـات از فاضـلاب نیـز توجـه شـود و سیستمهاي طرح شده جهت تصفیه فاضلاب شهري باید قادر به حذف ترکیبات ازته ، تا حد استاندارد باشند. توجه بـه ترکیبات ازته عمدتأ بخاطر سمیت آمونیاك براي موجودات آبزي می باشـد و نیـز مسـأله نیتـراتسـازي باعـث کـاربرد روشهاي گسترده حذف این ترکیبات بوده است . ضرورت حذف نیتروژن از فاضلابهاي شهري از نظر تاریخی، محدود به مواقعی بوده است که جهت اصلاح مشکلات محلی کیفیت آب ، بکارگیري روشهاي حذف نیتروژن لازم بوده است .

اما در آینده روند حذف نیتروژن را میتوان به علل زیر انتظار داشت:[۳]

 اولاً، در حال حاضر به منظور کاهش دسترسی این مواد مغذي براي گیاهان، حذف نیتروژن بطور گسـتردهاي مورد توجه قرار گرفته است.

 ثانیاً، در مناطقی که توجه به عدم وجود ترکیبات نیتروژنه در آب هاي آشامیدنی زیرزمینی وجود دارد، حذف نیتروژن در مقیاس وسیعی مورد ملاحظه قرار گرفته است.

با توجه به وضعیت تصفیهخانههاي فاضلاب شهري در ایران و عدم کارایی سیستمهـاي معمـول لجـن فعـال در حذف ترکیبات نیتروژن و نیز به دلیل عدم بهرهبرداري صحیح تصفیهخانهها از یک سو، و از سوي دیگر به دلیل افزایش بیرویه رشد جمعیت و هم چنین رشد روز افزون بخشهاي صنعتی ، تصفیهخانههاي موجود پاسخگوي نیازهاي امـروز نبوده اکثراًو با دبی ورودي به مراتب بیش از دبی طراحی اولیه، فرایند تصفیه را بـه خـوبی انجـام نـداده و پارامترهـاي کیفی پساب دفعی آنان از مقادیر استاندارد بالاتر میباشد.

سابقه تحقیقات پیرامون حذف نیتروژن در جهان به سال ۱۸۹۱ باز میگـردد کـه وینوگرادسـکی۱ شـروع بـه آزمونهایی براي نیترات سازي نمود. لیکن آغاز استفاده از روشهاي حذف نیتروژن در سـال ۱۹۶۰ در آمریکـا مطـرح شد و به سرعت گسترش یافت.[۴] در سال ۱۹۶۶، کالپ و سـلکتا۲ در ارتبـاط بـا حـذف مـواد نیتروژنـی از فــاضلاب گزارشهایی را ارائه نمودند.[۵] در سال ۱۹۶۹ اداره مهندسی بهداشت آمریکا مطالعاتی را در زمینه پروسههاي مختلف حذف مواد نیتروژنی از محیطهاي فاضلابی انجام داد. اولین سیستم حذف نیتروژن در سال ۱۹۶۹ در جنـوب دریاچـه تاهو۳ در کالیفرنیا ایجاد گردید که در بدو شروع با مشکلاتی مواجه گشت.[۶]

۱- Winogradsky 2 – Culp G. L & Sleschta .A 3 -Ta-hoe

سال ۱۹۷۰ مک کارتی۴ فرایند بیولوژیکی را به عنوان یک روش در حذف مواد ازتـه مـورد بررسـی قـرار داد و

جنبه هاي تئوري و کاربردي آن را بیان نمود. وي همچنین دریافت که سیستمهاي معمول لجن فعال قادرند درصـدي از مواد نیتروژنه (حدود (%۴۰ را حذف نمایند.[۷] در سال ۱۹۷۰ دسته اي از باکتري هاي خودپرور که قادر به بدست

آوردن انرژي از اکسایش آمونیاك به نیترات هستند توسط پینتر۵ شناسایی شد. او نقش میکروارگانیسمها را در فرایند بیولوژیکی نیتراتسازي مورد بررسی قرار داد و تائید کرد که شرایط محیطـی از جملـه درجـه حـرارت و قلیائیـت و …

فاکتورهاي موثر بر این فرایند میباشند.[۳]
در سال ۱۹۷۱ مالباگر۶ پروسه نیتراتسازي-نیتراتزدایی(نیتریفکاسیون – دنیتریفیکاسـیون(۷ را در سیسـتم-
هاي لجن فعال مورد بررسی قرار داد.[۸] گاديها۸ نقش دو گروه از میکروارگانیسمها را در فرایند نیتـراتسـازي مـورد

بررسی قرار دادند.[۹] ناژل۹ در سال ۱۹۷۴ فاکتورهاي موثر بر نیتراتسازي را مورد تجزیه و تحلیل قـرار داد. آژانـس حفاظت از محیط زیست آمریکا (EPA) در سال ۱۹۷۵ گزارشی را منتشر کرده اسـت کـه در آن روشهـاي مختلـف

کنترل مواد نیتروژنی آمده است.[۱۰]

شارما و آلرت۱۰ در سال ۱۹۷۷ فهرستی از مواد سمی موثر بر سیستم حـذف نیتـروژن را ارائـه دادنـد.[۱۱] در

سال ۱۹۷۸ کالپ۱۱ و همکارانش روي اثرات درجه حرارت بر فرایند نیتراتسازي و دیگر فاکتورهـاي مـوثر بـر آن کـار کردند.[۱۲] در سال ۱۹۸۱ مک کارتی، پري۱۲ ، پارکین و جین۱۳ تحقیقاتی را بر حذف نیتروژن مواد آلـی محلـول از فاضلاب و رابطه آن با اکسیژن محلول Do و مواد معلق حوض هوادهی ۱۴(MLSS) انجام دادند، نتایج حاصل از اولین

تحقیقات نشان داد که با کنترل زمان هوادهی و میزان هواي تزریقی میتوان نیتروژن آلـی محلـول را بـه مقـدار قابـل ملاحظهاي کاهش داد و چنانچه این عمل در هنگامی که MLSS بالاست صـورت گیـرد مقـدار کـاهش یافتـه بیشـتر خواهد بود.[۱۳]

استنستروم و سانگ۱۵ در سال ۱۹۹۱ به طور تجربی نشان دادند که DO بر نیترات سازي توسط انداره لختـه لجن فعال و چگالی و مقدار کل اکسیژن مخلوط مایع محتوي مواد معلق موثر است.[۱۴] واگنر۱۶ و همکارانش در سال

۱۹۹۵ نشان دادند که نیتروزوموناس درسیستمهاي لجن فعال شرکت دارند.[۱۵]

۴ -Mc Carty 5 -Painter 6 -Mulbarger M.C

۷- Nitrification & Denitrification 8 -Gaudy E.T& A. F 9 -Nagel 10 – Sharma & Ahlret 11 – Calp et.al 12 Perry L

۱۳ -Parkin and Gene F 14 -Mixed Liquor Suspended Dolid 15 – Stenstrom & Song 16 – Wagner.et. al

در ایران نیز تحقیقات محدودي پیرامون کاربرد بیوراکتور غشایی در تصفیه فاضلاب صورت گرفتـه اسـت. زهـرا

باریکبین کار مطالعاتی با موضوع ” بررسی سیستمهاي جداسـازي غشـایی و کـاربرد غشـا در بیوراکتـور غشـایی” در خصوص شرح عملکرد کلی سیستم MBR ارائه داده است..[۱] حمید کنعانی آفند کار مطالعاتی بـا موضـوع “تصـفیه آب بـه روش ” MBR در خصـوص شـرح عملکـرد سیسـتم MBR در تصـفیه فاضـلاب نفـت پالایشـگاه ارائـه داده اسـت..[۱] منـوچهر وثـوقی نیـز کـارایی بیوراکتـور غشـایی MBR را در تصـفیه هیـدروکربنهاي نفتـی در مقیـاس آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار داده است..[۱] امیر حسین سالمی طی آزمایشات خود، تصفیه فاضـلاب هـاي شـهري و صنعتی با روش MBR با هدف بازیافت پساب بررسی کرده است..[۱]

مواد و روشها

با توجه به محل استقرار پایلوت در تصفیهخانه فاضلاب شهرك اکباتان، آنالیز فاضلاب ورودي به تصفیه خانه در یک دوره ۴ ماهه قبل از طراحی پایلوت مورد بررسی قرارگرفته است. با توجه به نتایج آزمایشات آنالیز فاضـلاب ورودي مقادیر حداکثر دادههاي فاضلاب خام ورودي به عنوان مقادیر بحرانی بـراي پارامترهـاي طراحـی انتخـاب شـده اسـت.

حداکثر مقادیر دادههاي فاضلاب ورودي در جدول شماره ۱ آمده است.

جدول :۱ ویژگیهاي فاضلاب ورودي تصفیهخانه فاضلاب شهرك اکباتان (مقادیر بحرانی)

درجه حرارت ۱ ۲۵/۱۴

۲ pH 7/95
اکسیژن محلول ۰

اکسیژن مورد نیاز واکنش بیوشیمیایی BOD5 145

اکسیژن مورد نیاز شیمیایی COD 288

آمونیاك ۲۲/۸

نیترات ۰/۹۲

ازت آلی ۱۶/۸

ازت کجدال ۳۹/۶

مواد جامد کل ۷۸۰

مواد محلول کل ۶۳۰

مواد معلق کل ۱۵۰

فسفات کل ۱۶/۱۵

۱و:۲ مقادیر درجه حرارت و pH ، مقدار میانگین در دوره آمارگیري میباشد.