چکیده
در این تحقیق، تصفیه پذیری پساب سنتزی حاوی کلرید آمونیوم (به عنوان منبع نیتروژنی) و سدیم استات و گلوکز (به عنوان منابع کربنی) بوسیله راکتور ناپیوسته متوالی بررسی شد. کود گاوی پس از تطابق پذیری به عنوان لجن زیستی و روش نیتریفیکاسیون- دنیتریفیکاسیون بطور همزمان (SND) به عنوان یک روش نوین بیولوژیکی برای حذف منابع کربنی و نیتروژنی انتخاب شدند. اثر زمان ماند سلولی (A)، سرعت هوادهی (B) و نوع منبع کربنی (C) روی عملکرد راکتور مورد بررسی قرار گرفت. همچنین راندمان حذف اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)، نیتروژن آمونیومی ( ) و نیتروژن کل (TN) از طریق آزمایشات نظارت شدند. برای طراحی آزمایشات، آنالیز و بهینهسازی از نرم افزار Design Expert و روش سطح پاسخ (RSM) استفاده شد. بر اساس نتایج، راندمان حذف نیتروژن آمونیومی و نیتروژن کل با استفاده از منبع کربنی سدیم استات بیشتر از گلوکز بوده و بالاترین راندمان حذف COD تحت بیشترین سرعت هوادهی و زمان ماند سلولی برابر با ۲۰ روز بدست آمد. تحت شرایط بهینه پیشنهادی نرم افزار یعنی زمان ماند سلولی ۱۹/۶ روز، سرعت هوادهی ۰/۷ lit/min و با منبع کربنی سدیم استات، راندمان حذف COD، و TN به ترتیب ۷۳/۶، ۸۸/۶ و ۸۱/۷ درصد بدست آمدند. ترکیب تناوبی مراحل هوازی و بیهوازی و ورود مرحلهای پساب به راکتور یک روش مؤثر در بهبود عملکرد راکتور بود.

کلمات کلیدی: نیتریفیکاسیون-دنیتریفیکاسیون بطور همزمان، راکتور ناپیوسته متوالی، پساب، لجن زیستی، روش سطح پاسخ

×

۱

مقدمه
حذف ترکیبات نیتروژنی از پساب به دلایل مهمی مانند اتروفیکاسیون۱ یا انفجار جلبکی که در آبهای سطحی به وقوع میپیوندد امری ضروری و مهم است. فرآیندهای بیولوژیکی جهت حذف مواد آلی و مغذی، هزینه کمتری را نسبت به روشهای فیزیکی-شیمیایی در بر دارند .(Dapena et al., 2004) یک روش جدید بیولوژیکی برای حذف ترکیبات نیتروژنی، نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون بطور همزمان (SND) نامیده میشود که در یک زمان و مکان با شرایط ثابت انجام میشود ( Fuerhacker et al. .(2000; Holman, Wareham 2005 نظر به اینکه نیتریفیکاسیون اتوتروفیک بطور کلی از متابولیسم هتروتروفیک آهستهتر است، SND به یک سوبسترای آلی تجزیه پذیر جهت فراهم کردن کاهش قدرت برای فرآیندهای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون هتروتروفیک نیاز دارد .(Liu et al. 2010)

بر اساس مکانیسم فیزیکی، SND بعنوان نتیجهای از گرادیان غلظت اکسیژن محلول درون تودههای لجن فعال یا بیوفیلم ناشی از محدودیتهای نفوذ بیان میشود، در واقع توزیع نابرابر غلظت اکسیژن محلول (DO) در داخل بیومس، اجازه تکثیر باکتریهای نیتراتزا و نیتراتزدا را فراهم میکند. نیتریفایرها در نواحی هوازی با غلظت اکسیژن محلول بالاتر وجود دارند در حالی که، دنیتریفایرها در نواحی آنوکسیک با غلظت اکسیژن محلول کمتر، میتوانند زنده بمانند. از نقطه نظر میکروبیولوژی، SND بعنوان نتیجه اکسیداسیون آمونیوم توسط نیتریفایرهای هتروتروف و کاهش نیترات یا نیتریت توسط دنیتریفایرهای هوازی در نظر گرفته میشود .(Kim et al. 2005; Zeng et al. 2003) فرایند SND مزایای قابل توجهی نسبت به فرآیندهای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون متعارف دارد. سیستم SND، عملیات پشت سر هم دو مخزن جداگانه را حذف کرده و در نتیجه به مکان کوچکتر و شیوههای عملیاتی سادهتری نیاز دارد .(Yang, Yang 2011) راندمان مطلوب حذف نیتروژن را میتوان در نسبت های کمتر C/N بعنوان سوبستراهای کربنی که برای دنیتریفیکاسیون در سیستم SND در دسترس هستند، بدست آورد. فرایند SND در مقایسه با سیستمهای متعارف ۲۲-۴۰ درصد منبع کربن کمتری را مصرف میکند و تولید لجن تا ۳۰ درصد کم میشود ( Seifi, .(Fazaelipoor 2012; Chiu et al. 2007 برخی از تحقیقات رخداد SND را به اندازه توده لجن فعال که بهطور نرمال -۱۰۰ µm 80 است، نسبت دادند. رخداد SND در سایز بزرگی از توده (بزرگتر از (۱۲۵ µm بخاطر محدودیت نفوذ اکسیژن محتملتر است ولی در توده کوچکتر از ۲۰ µm، رخداد SND صریح و شفاف نیست .(Wilen, Balmer 1999) راندمان حذف نیتروژن آمونیومی در راکتور ناپیوسته متوالی (SBR) و راکتور ناپیوسته متوالی با هوادهی تناوبی (IASBR) در تحقیق مینپان و همکاران بررسی شد. راندمان SND در IASBR و SBR به ترتیب ۹۰/۴ و ۷۹/۳ درصد بود .(Min pan et al. 2013)

در این تحقیق، به منظور حذف نیتروژن آمونیومی و مواد آلی شامل سدیم استات و گلوکز، از لجن کود گاوی برای انجام فرآیند نوین بیولوژیکی نیتریفیکاسیون-دنیتریفیکاسیون بطور همزمان (SND) در راکتور ناپیوسته متوالی استفاده شد. بهینهسازی پارامترهای عملیاتی شامل زمان ماند سلولی، سرعت هوادهی و نوع منبع کربنی برای حذف همزمان COD، و TN توسط نرم افزار Design Expert 7.0.0 trial انجام شد و در نهایت، نتایج حاصل از آزمایشات برای توسعه یک مدل ریاضی برای هر یک از پاسخها مورد آنالیز قرار گرفت.

×

۱ Eutrophication

۲

مواد و روشها
شرایط راکتور
یک راکتور ناپیوسته متوالی به حجم کل ۱۶ لیتر از جنس شیشه به ضخامت ۵ میلیمتر ساخته شد (شکل.(۱ در مرحله هوازی، با استفاده از پمپ هوای آکواریوم و سنگ هوادهی واقع در کف راکتور و مطابق با طراحی آزمایش هوادهی تأمین میشد. در مرحله بیهوازی از همزنی با سرعت چرخش ۵۰ rpm استفاده شد و pH پساب ورودی در محدوده ۷/۵-۷/۸ قرار داشت. به کمک هیتر الکتریکی (Roxin,HT-1900) دمای راکتور در ۲۸ درجه سانتیگراد ثابت نگه داشته شد.