دانلود مقاله بهینه سازی فعالیت میکروارگانیسمها در تصفیه فاضلاب

بهینه سازی فعالیت میکروارگانیسمها در تصفیه فاضلاب

نگاه کلی

فاضلاب یا پالایشگاه نفت دارای زیادی روغن و چربی به صورت ذرات معلق ، هیدروکربن‌های سبک و سنگین ، فنل و مواد آلی حل شده دیگر است که اگر بدون تصفیه در محیط تخلیه شود، خطر آلودگی محیط زیست را در پی خواهد داشت. برای تصفیه این فاضلابها ، ابتدا از یک بخش جدا کننده روغن و به دنبال آن ، از یک فرایند تصفیه بیولوژیکی برای حذف کامل مواد آلی باقیمانده ، استفاده می‌کنند که شامل دو بخش است:
مخزن هوادهی: که در این مخزن ، فاضلاب ورودی با هوا و توده‌ای از میکروارگانیسم‌های هوازی برای مدتی که می‌تواند از 4 تا بیش از 24 ساعت متغیر باشد، در تماس قرار می‌گیرد. عمل هوادهی برای تامین اکسیژن کافی مورد نیاز فعالیت توده میکروبی (لجن فعال) توسط هم‌زن دائم انجام می‌گیرد.

مخزن ته نشینی: که مایع و ذرات جامد لجن فعال را از هم جدا می‌کند.

عوامل بازدارنده

اصولا هر عاملی که حالت سمی برای میکروارگانیسم‌ها داشته باشد یا به هر دلیل عملکرد آنها را دچار توقف نماید، « عامل بازدارنده » نام دارد. مسمومیت باکتریها ممکن است بدلیل یکی از عوامل زیر باشد:
وجود مواد آلی نظیر فنل ، فورفورال ، هیدروکربنها ، H2S و مواد آروماتیک

حضور ترکیبات فلزات سنگین مثل یونهای سرب ، نیکل و کروم.

غلظت خیلی زیاد مواد معدنی محلول
بعضی از این مواد خاصیت تسریع کنندگی روی عملکرد لجن فعال دارند و بازدهی آن را بالا می‌برند. در نتیجه سرعت تصفیه فاضلاب ، افزایش یافته ، زمان ماند فاضلاب در حوضچه هوادهی کاهش می‌یابد.

مواد و روشها

ابتدا برای مطالعه اثر عامل بازدارنده فنل ، آزمایشها به ترتیب زیر صورت گرفت:
در شش ارلن ، هر کدام 100 میلی‌لیتر از لجن فعال گرفته شده از تصفیه‌خانه پالایشگاه و 150ml از فاضلاب ورودی به سیستم بیولوژیکی همان تصفیه‌خانه ، ریخته شد. به ارلن‌ها به‌ترتیب 0 ، 10 ، 20 ، 50 ، 100 ، 200 پی‌پی‌ام (ppm) فنل اضافه کردند و عمل هوادهی توسط همزدن در شٍیکر (shaker) با 270 دور در دقیقه به مدت 6.5 ساعت انجام شد و دمای آزمایشگاه در حدود 18 تا 20 درجه سانتی‌گراد بود. سپس فاضلاب به مدت 19 ساعت در حالت سکون باقی ماند و پس از ته‌نشینی میزان COD و کدورت طبق روشهای استاندارد تعیین گردید. مقدار COD فاضلاب همراه با غلظت مشخص فنل ، قبل و بعد از تصفیه ، اندازه‌گیری و با هم مقایسه گردید.

در قسمت دوم ، اثر گلیسیرین ، به‌عنوان یک ماده تسریع کننده ، مورد آزمایش قرار گرفت. در شش ارلن 100 میلی‌لیتر از لجن فعال و 150 میلی‌لیتر از فاضلاب ورودی به سیستم هوازی بیولوژیکی ریخته شد و به هر ارلن ، مقدار مشخص بین 0 تا 400 ppm گلیسیرین اضافه گردید و عمل هوازدهی توسط شِیکر در مدت زمان 48 ساعت ، در دمای 18 تا 20 درجه سانتی‌گراد انجام گرفت. سپس عمل ته‌نشینی به مدت 2 ساعت صورت گرفت و مقادیر COD بعد از تصفیه و کدورتها اندازه‌گیری شد. COD فاضلاب اولیه همراه مقادیر متفاوت گلیسیرین نیز قبلا اندازه‌گیری شده بود. بنابراین اعداد بدست آمده در مورد COD قبل از تصفیه ، با COD بعد از تصفیه مربوط به غلظت مشخص گلیسیرین با هم مورد ارزیابی قرار گرفتند.

در سری سوم آزمایشها ، اثر یک عامل تسریع کننده ، یعنی مالتوز ، روی عملکرد سیستم لجن فعال ارزیابی شد. آزمایش مطابق روش انجام شده برای گلیسیرین و فنل انجام شد. غلظتهای متفاوت از مالتوز بین 0 تا 400 ppm بکار رفت. شرایط شامل دمای 18 تا 20 درجه سانتی‌گراد و زمان هوادهی 48 ساعت و دور شِیکر 225 دور و زمان ته‌نشینی 2 ساعت بود، در انتها مقادیر COD و کدورت بعد از تصفیه اندازه‌گیری شد و با مقادیر COD فاضلاب اولیه همراه با غلظت مشخص مالتوز مقایسه گردید.

نتایج و بحث

با افزایش غلظت فنل از 0 تا 100 ppm ، مقدار حذف COD افزایش می‌یابد. این افزایش از 40% به 59% است، ولی از این غلظت به بعد ، میزان حذف COD کاهش می‌یابد، بطوری‌که در 200ppm به 46% می‌رسد. این مطلب نشان می‌دهد که با افزایش غلظت فنل تا 100ppm یا به عبارتی افزایش COD اولیه درصد حذف توسط میکروارگانیسم‌ها بالا می‌رود، اما در غلظتهای بالاتر بدلیل تاثیر سمیّت فنل روی فعالیت توده میکروبی ، درصد حذف COD کاهش می‌یابد. این نتایج ، نشانگر این است که فاضلابهای آلوده به فنل تا غلظت 100ppm در زمانهای کوتاه ماند ، تغییر زیادی روی روند تصفیه بیولوژیکی ایجاد نمی‌کنند، ولی از این غلظت بیشتر درصد حذف COD کم می‌شود.
با افزایش غلظت فنل از 20ppm ، کدورت فاضلاب تصفیه شده به‌شدت افزایش می‌یابد. علت این امر این است که افزایش غلظت فنل باعث جلوگیری از عمل انعقاد و لخته‌سازی ذرات معلق و میکروارگانیسم‌ها شده است و ذرات معلق همراه با فاضلاب تصفیه شده خارج می‌شوند و کدورت را افزایش می‌دهند. اثر کدورت از غلظت 50ppm به بالا تقریبا ثابت می‌ماند.
با افزایش غلظت 100 تا 200 ppm گلیسرین ، COD فاضلاب تصفیه شده حدود 12% افزایش می‌یابد، اما درصد حذف COD نیز به شدت افزایش می‌یابد، بطوریکه درصد حذف COD از 57% در غلظت صفر به 79% در غلظت 200ppm می‌رسد که نشانگر افزایش راندمان حذف COD با افزایش مقدار بار آلودگی است.
کدورت فاضلاب خروجی از غلظت 0 تا 400 ppmگلیسرین ، پیوسته در حال کاهش است، بطوری که در غلظت 200ppm به حدود 0.32NTU می‌رسد که در مقایسه با غلظت صفر که دارای 0.75NTU می‌باشد، حدود 50% کاهش نشان می‌دهد. جالب آنکه در همین زمان کدورت آب لوله کشی (آب چاه) 0.6NTV و کدورت آب مقطر 0.2NTU بدست آمده که نشان می‌دهد کدورت آب فاضلاب تصفیه شده ، کمتر از ذرات معلق آب چاه می‌باشد. بنابراین اضافه کردن گلیسرین به فاضلاب باعث حذف مواد جامد معلق گردیده است.
با افزایش غلظت مالتوز درصد حذف COD تا غلظت 200ppm پیوسته افزایش می‌یابد. با وجودیکه بدلیل افزوده شدن مالتوز به فاضلاب اولیه ، COD فاضلاب بالا می‌رود، لیکن COD فاضلاب تصفیه شده تا غلظت 200ppm یک مقدار ثابت است و درصد حذف COD از 48.7% به 74% در 200ppm افزایش می‌یابد.
بیشترین کاهش کدورت در غلظت 20ppm اتفاق می‌افتد، اما بطور کلی تا غلظت 200ppm کدورت نسبت به مقدار کدورت در غلظت عنصر کاهش چشمگیری دارد. بنابراین می‌توان با توجه به درصد حذف COD در غلظتهای متفاوت حدود 0 تا 100 ppm و به ویژه 20ppm را «غلظت بهینه» برای اضافه کردن مالتوز به فاضلاب اولیه دانست.

بهینه سازی میکروارگانیسم‌ها در تصفیه بیولوژیکی فاضلابهای صنعتی

نگاه کلی

فاضلاب پالایشگاه نفت دارای مقدار زیادی روغن و چربی به‌صورت ذرات معلق ، هیدروکربنهای سبک و سنگین ، فنل و مواد آلی حل شده دیگر است که اگر بدون تصفیه به محیط تخلیه شود، خطر آلودگی محیط زیست را در پی خواهد داشت. برای تصفیه این فاضلابها ابتدا از یک بخش جدا کننده روغن و چربی و به دنبال آن ، یک فرایند تصفیه بیولوژیکی برای حذف کامل مواد آلی باقیمانده استفاده می‌کنند که شامل دو بخش زیر است.

مخزن هوا دهی

در این مخزن ، فاضلاب ورودی با هوا و توده‌ای از میکروارگانیسم‌های هوازی برای مدتی که می‌تواند از 4 تا بش از 24 ساعت متغیر باشد، در تماس قرار می‌گیرند. عمل هوادهی برای تامین اکسیژن کافی ، مورد نیاز فعالیت توده میکروبی ( لجن فعال ) توسط همزن دائم انجام می‌گیرد.

مخزن ته نشینی

مخزن ته نشینی مایع و ذرات جامد ، لجن فعال را از هم جدا می‌کند.

عوامل بازدارنده

اصولا هر عاملی که حالت سمی برای میکرو ارگانیسم‌ها داشته باشد یا به هر دلیلی عملکرد آنها را دچار توقف نماید، عامل بازدارنده نام دارد. مسمومیت باکتریها ممکن است به دلیل یکی از عوامل زیر باشد:
وجود مواد آلی نظیر فنل ، فورفورال ، هیدروکربنها ، H2S و مواد آروماتیک.

حضور ترکیبات فلزات سنگین مثل Cr+3 ، Ni+2 و یا pb+2

غلظت خیلی زیاد مواد معدنی محلول.

بعضی از این مواد خاصیت تسریع کنندگی روی عملکرد لجن فعال داشته و بازدهی آن را بالا می‌برند. در نتیجه سرعت تصفیه فاضلاب افزایش یافته ، زمان ماندن فاضلاب در حوضچه هوادهی کاهش می‌یابد.

مواد و روشها

ابتدا برای مطالعه اثر عامل بازدارنده فنل ، آزمایشها به ترتیب زیر صورت گرفت:
در شش ارلن ، هر کدام 100 میلی لیتر از لجن فعال گرفته شده از تصفیه خانه پالایشگاه و 150 میلی‌لیتر فاضلاب ورودی به سیستم بیولوژیکی همان تصفیه خانه ریخته ، به ارلن‌ها به ترتیب 200 , 100 , 50 , 20 , 10 , 0 پی‌پی‌ام (ppm) فنل اضافه می‌کنند و عمل هوا دهی توسط همزدن در شِیکِر با 270 دور در دقیقه به مدت 6.5 ساعت انجام می‌شود و دمای آزمایشگاه در حدود 18-20 درجه سانتی‌گراد است. سپس فاضلاب به مدت 19 ساعت در حالت سکون باقی می‌ماند و پس از ته نشینی میزان CoD فاضلاب همراه با غلظت مشخص فنل ، قبل و بعد از تصفیه اندازه گیری و با هم مقایسه می‌گردد.
 

در قسمت دوم ، اثر گلیسیرین به‌عنوان یک ماده تسریع کننده مورد آزمایش قرار می‌گیرد. در شش ارلن 100 میلی‌لیتری از لجن فعال و 150 میلی‌لیتر از فاضلاب ورودی به سیستم هوازی بیولوژیکی ریخته شده ، به هر ارلن مقدار مشخص بین 0 الی 400PPM گلیسیرین اضافه می‌گردد و عمل هوادهی توسط شِیکِر درمدت زمان 48 ساعت در دمای 18-20سانتی گراد انجام می‌گیرد. پس عمل ته نشینی به مدت 2 ساعت صورت می‌گیرد و مقادیر CoD بعد از تصفیه و کدورتها اندازه گیری می‌شود. CoD فاضلاب اولیه همراه مقادیر متفاوت گلیسیرین نیز قبلا اندازه گیری می‌شود. بنابراین اعداد بدست آمده در مورد CoD قبل از تصفیه با CoD بعد از تصفیه مربوط به غلظت مشخص گلیسیرین باهم مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.
در سری سوم آزمایشها ، اثر یک عامل تسریع کننده یعنی مالتوز روی عملکرد سیستم لجن فعال ارزیابی می‌گردد. آزمایش مطابق روش انجام شده برای گلیسیرین و فنل انجام می‌گردد. غلظتهای متفاوت از مالتوز بین 0 الی 400 PPM بکار می‌رود. شرایطی شامل دمای 18-20 درجه سانتی گراد و زمان هوادهی 48 ساعت و دور شیکر 225 دور و زمان ته نشینی دو ساعت در انتها مقادیر CoD و کدورت بعد از تصفیه اندازه گیری شده با مقادیر CoD فاضلاب اولیه همراه با غلظت مشخص مالتوز مقایسه می‌گردد.