مقایسه عملکرد سیستم‌های بیولوژیکی حذف بو از تاسیسات فاضلاب شهری (مطالعه موردی)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار مهندسی عمران محیط زیست، گروه آب و محیط‌زیست، دانشکده مهندسی عمران - دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.

2 کاندیدای دریافت دکتری مهندسی محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران.

چکیده

زمینه و هدف: امروزه بیوفیلتراسیون برای حذف گاز سولفید هیدروژن (H2S) که یکی از اصلی ترین عوامل تولید بو در جریان هوای موجود در تاسیسات فاضلاب شهری می­باشد، بطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد.
روش بررسی: در این تحقیق با ساخت بیوفیلتری از جنس بستر کمپوست و تراشه­های چوب (به نسبت وزنی 5:1) در مقیاس پایلوت و همچنین صافی چکنده­ای با بستر مصنوعی و راه­اندازی آن در یک ایستگاه پمپاژ فاضلاب در شهر خرم­آباد، سعی شده که عملکرد سیستم بیوفیلتر و صافی چکنده در شرایط واقعی بررسی شود. مدت زمان راهبری پایلوت، 75 روز بوده که در طی این بازه زمانی غلظت ورودی و خروجی گاز H2S اندازه­گیری شد. سیستم­ها در دمای محیط، راهبری شده و سعی گردید هردو سیستم در شرایط مطلوبی بهره­برداری شوند.
یافته‌ها: با بررسی و مقایسه تمامی مشخصات عملکردی هردو سیستم (راندمان حذف، ظرفیت حذف، ...)، کارایی فرآیند بیوفیلتر برای حذف بو از تاسیسات فاضلاب شهری با تغییرات غلظت انتشار گاز سولفید هیدروژن در بازه 50-0 قسمت در میلیون در طول شبانه روز، مطلوبتر از سیستم صافی چکنده تعیین گردید.
بحث و نتیجه‌گیری: استفاده از سیستم بیوفیلتر برای حذف گاز سولفید هیدروژن از تاسیسات فاضلاب شهری توصیه می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره نوزدهم،ویژه نامه شماره 5 ، تابستان1396

 

مقایسه عملکرد سیستم‌های بیولوژیکیحذف بو از تاسیسات فاضلاب شهری

 (مطالعه موردی)

 

مسعود طاهریون[1]

مسلم صالحی زیری [2]*

moslemsalehi@stu.nit.ac.ir

تاریخ دریافت: 03/10/1392

تاریخ پذیرش:22/02/1393

 

چکیده

زمینه و هدف: امروزه بیوفیلتراسیون برای حذف گاز سولفید هیدروژن (H2S) که یکی از اصلی ترین عوامل تولید بو در جریان هوای موجود در تاسیسات فاضلاب شهری می­باشد، بطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد.

روش بررسی: در این تحقیق با ساخت بیوفیلتری از جنس بستر کمپوست و تراشه­های چوب (به نسبت وزنی 5:1) در مقیاس پایلوت و همچنین صافی چکنده­ای با بستر مصنوعی و راه­اندازی آن در یک ایستگاه پمپاژ فاضلاب در شهر خرم­آباد، سعی شده که عملکرد سیستم بیوفیلتر و صافی چکنده در شرایط واقعی بررسی شود. مدت زمان راهبری پایلوت، 75 روز بوده که در طی این بازه زمانی غلظت ورودی و خروجی گاز H2S اندازه­گیری شد. سیستم­ها در دمای محیط، راهبری شده و سعی گردید هردو سیستم در شرایط مطلوبی بهره­برداری شوند.

یافته‌ها: با بررسی و مقایسه تمامی مشخصات عملکردی هردو سیستم (راندمان حذف، ظرفیت حذف، ...)، کارایی فرآیند بیوفیلتر برای حذف بو از تاسیسات فاضلاب شهری با تغییرات غلظت انتشار گاز سولفید هیدروژن در بازه 50-0 قسمت در میلیون در طول شبانه روز، مطلوبتر از سیستم صافی چکنده تعیین گردید.

بحث و نتیجه‌گیری: استفاده از سیستم بیوفیلتر برای حذف گاز سولفید هیدروژن از تاسیسات فاضلاب شهری توصیه می­شود.

واژه­های کلیدی: بیوفیلتر، صافی چکنده، سولفید هیدروژن، کمپوست، میکروارگانیسم.

 

 

 

 

 

 

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 19, Special No.5, Summer 2017

 

 

 

 


Comparing the Performance of Biological Systems in Removal of Odor from Municipal Wastewater Facilities (Case Study)

 

Masoud Taheriyoun[3]

Moslem Salehiziri[4]*

moslemsalehi@stu.nit.ac.ir

 

Abstract

Background and Objective: Nowadays, biofiltration has become a widely used technology for the removal of hydrogen sulfide gas (H2S) which is one of the major odor-causing gases present in the air streams of municipal wastewater treatment facilities.

Method: In this study, a biofilter pilot plant consisting of composts and woodchip as a bed (with a weight ratio of 5:1 for compost: woodchip) and a biotrickling filter with synthesis bed was made to compare the performance of the systems under real condition. Time duration for the pilot operation was 75 days during which the input and output H2S gas concentrations were measured. The systems were operated at ambient temperature, and it was attempted to operate them under desired conditions.

Findings: The results showed that concentration of H2S gas emitted from the pumping station during 24 hours was very variable and was in the range of 0 and 48 ppm. Evaluation of all performance parameters (removal efficiency, elimination rate, etc.) indicated that the performance of biofilter systems for the removal of odor emitted from municipal wastewater facilities, in range of 0-50 ppm of H2S, was more appropriate than that of biotrickling filter systems.

Conclusion: Therefore, the use of biofilter for H2S gas removal from the municipal wastewater facilities is recommended.

Keywords: Biofilter, Biotrickling filter, Sulfide Hydrogen, Compost, Microorganism.

 

 مقدمه

 

امروزه گسترش شبکه­های فاضلاب شهری در همه شهرها اعم از خطوط انتقال و یا ایستگاههای پمپاژ فاضلاب، امری اجتناب ناپذیر بوده که بعضاً به دلیل شرایط توپوگرافی منطقه، ایستگاههای پمپاژ فاضلاب، به منظور جبران افت هد، در مسیر انتقال فاضلاب در نظر گرفته می‌شود. نارضایتی ساکنین اطراف این ایستگاههای پمپاژ به دلیل انتشار بوی نامطبوع یکی از معضلات جانبی آنها می‌باشد. گاز سولفید هیدروژن بسیار بدبو بوده و خاصیت خورندگی دارد. این گاز از هوا سنگین­تر بوده و در نتیجه در فضاهایی که تهویه مناسبی وجود ندارد تجمع می‌یابد. در غلظتهای پائین باعث سوزش چشم و زخم شدن حلق و بینی گردیده و در غلظتهای بالاتر آثار وضعی بیشتری به همراه دارد که نهایتاً در غلظت ppm1000 منجر به مرگ انسان خواهد شد. بیشترین غلظت مجاز برای استنشاق این گاز ppm 10 بوده درحالی که آستانه بویایی آن تقریبا ppb 7/4 می‌باشد(1-3).

روشهای مختلفی برای حذف گاز H2S نظیر اسکرابرهای شیمیایی، جذب سطحی با کربن فعال و تصفیۀ بیولوژیکی وجود دارد. اسکرابرهای شیمیایی رایج­ترین فناوری در حذف H2S از تصفیه خانه­های فاضلاب می باشد(4). نیاز به مواد شیمیایی مانند NaOH و هزینه بالای  راهبری و نگهداری سیستم از معایب این روش محسوب می­شود (5). روش دیگر، استفاده از جاذب­های فیزیکی است. کربن فعال به عنوان جاذب گازها به طور گسترده­ای استفاده می­شود (6-8). در این روش به علت تجمع یافتن حجم زیادی از آلاینده، مواد بستر در اثر گرمای آزاد شده ناشی از واکنش­های رخ داده، قابلیت آتش سوزی دارند. از طرفی ظرفیت جذب کربن فعال می تواند به طور چشمگیری در اثر انسداد منافذ کاهش یابد(9-10). امروزه بدنبال ارائه فناوری­های کم هزینه­تر و کاربردی­تر، سیستم‌های تصفیۀ بیولوژیکی آلاینده­های گازی، در حال توسعه می‌باشند. در این روش، آلاینده موجود در جریان هوا یا مستقیماً بر روی بستر جذب شده، و یا بوسیله رطوبت موجود در بستر، جذب می‌شود و سپس با فعالیت بیولوژیکی بستر، تجزیه می‌گردد(11).

با وجود تحقیقات گسترده در زمینه سیستم­های حذف گاز سولفید هیدروژن، اغلب این تحقیقات در شرایط آزمایشگاهی انجام شده است که به صورت کنترل شده و مصنوعی گاز سولفید هیدروژن را تولید و به سیستم تزریق کرده­اند. اما مطالعات کمی در مقیاس پایلوت جهت بررسی عملکرد سیستم­های بیولوژیکی در شرایط ورودی واقعی و برای یک ایستگاه پمپاژ فاضلاب انجام شده است. مسلماً غلظت و نرخ تولید گاز سولفید هیدروژن در یک ایستگاه پمپاژ فاضلاب با شرایط کنترل شده آزمایشگاهی بسیار متفاوت بوده و در نتایج حاصله بسیار تاثیرگذار می‌باشد. لذا در این تحقیق با ساخت یک سیستم بیوفیلتر و یک سیستم صافی چکنده جهت تصفیه بوی منتشره در ایستگاه پمپاژ فاضلاب شهرک گلدشت شهر خرم­آباد، سعی بر آن شده که پارامترهای عملکردی سیستم­های بیولوژیکی حذف گاز سولفید هیدروژن در شرایط واقعی بررسی شود.

مطالعهموردی

این تحقیق در ایستگاه پمپاژ فاضلاب شهرک گلدشت شهر خرم­آباد واقع در استان لرستان انجام گرفت. این ایستگاه در میان منطقه مسکونی واقع شده و فاصله نزدیکترین منزل مسکونی تا اتاقک چاه فاضلاب حدود 11 متر می‌باشد. در بیشتر فصلهای سال خصوصاً فصل تابستان بوی نامطبوع ایجاد شده ناشی از انتشار گاز سولفید هیدروژن، منجر به نارضایتی‌های شدید مردمی شده است.

بیوفیلتر

برای ساخت پایلوت از یک ستون گالوانیزه به ارتفاع 160 و قطر 26 سانتیمتر (70 سانتیمتر ارتفاع بستر بیولوژیک) با یک لایه فوم داخلی، به منظور ایجاد عایق حرارت و رطوبت، که سطح درونی این ستون را پوشانده بود، استفاده شد. در انتهای ستون بیوفیلتر یک سیفون تعبیه گردید تا کار زهکشی بستر را انجام دهد و همچنین از بالای ستون یک آبپاش تعبیه شد تا بتوان به طور مستقیم رطوبت و مواد مغذی بستر را کنترل نمود. برای اینکار از یک شیر دستی استفاده شد. منبع تامین هوا یک پمپ وکیوم بود که از بالای ستون جریان هوا را از پایین به سمت بالای بستر می‌کشید ( شکل 1).

بستر مورد استفاده مخلوطی از کمپوست مواد زائد شهری و تراشه های چوب به نسبت وزنی 5:1 است. افزودن تراشه های چوب بمنظور افزایش تخلخل بستر، کاهش افت فشار، جلوگیری از فشردگی و کاناله شدن بستر می‌باشد. این بستر در دو مرحله مورد ارزیابی قرار گرفت. در ابتدا با تزریق مستقیم آب شرب، رطوبت بستر در بازه 60-40% کنترل شد و در مرحله دوم از فاضلاب ایستگاه پمپاژ با حدود BOD5برابر   mg/L135 برای اینکار استفاده گردید تا ضمن کنترل رطوبت، به عنوان منبعی برای تامین سوبستره و جمعیت باکتری های بستر باشد(23).

صافی چکنده

پایلوت صافی چکنده از لحاظ مشخصات فیزیکی دقیقاً مشابه ستون بیوفیلتر ساخته شد. برای فراهم آوردن بستر مناسبی بمنظور رشد میکروارگانیسم­ها از پوکه­های معدنی به قطر متوسط 5 سانتیمتر و وزن کل 9 کیلوگرم استفاده گردید. با توجه به ارتفاع 90 سانتیمتری بستر صافی چکنده و چگالی پوکه­های معدنی (kg/m3 440)، تخلخل بستر 56% تعیین شد.

مهمترین قسمت سیستم­های صافی چکنده، بخش گردشی فاضلاب بستر می­باشد. تامین جمعیت میکروبی و ایجاد شرایط مطلوب رشد و نمو آنها، کلیدی­ترین پارامتر در عملکرد مناسب سیستم صافی چکنده می­باشند. در این تحقیق برای تامین جمعیت میکروبی مطلوب، از فاضلاب تصفیه­خانه فاضلاب شهر خرم­آباد با BOD5 حدود mg/l 135 استفاد شد. باکتری­های موجود در فاضلاب پس از قرار گرفتن بر روی پوکه­های معدنی و تغذیه از گاز H2S، تکثیر شد و گونه­های مقاوم و مناسب برای تجزیه گاز سولفید هیدروژن، گونه غالب بستر صافی چکنده گردید. در این بخش، فاضلاب تزریق شده به بستر پس از تخلیه شدن از بالای بستر و عبور از میان آن، از طریق سیفون قرار داده شده در انتهای صافی چکنده، از سیستم خارج شده و در مخزن جمع­آوری می­گردید. در این مخزن در صورت نیاز، مواد مغذی و pH فاضلاب کنترل شده و مجدداً به بالای بستر، پمپاژ می­شد ( شکل 1).

روشهایآنالیز 

برای اندازه­گیری غلظت گاز سولفیدهیدروژن از دستگاه پرتابل  [5])5(BW Co. micro استفاده شد که قابلیت اندازه‌گیری گاز سولفید هیدروژن در بازه ppm 150- 0 را دارد. این دستگاه کالیبره بوده و بر اساس روش استاندارد (EPA 7783-06-4) غلظت 4 نوع گاز O2, CO, LEL[6], H2S را اندازه‌گیری می‌نماید. سهولت اندازه‌گیری و دقت بالای این دستگاه امکان نمونه برداری‌های بیشتری را فراهم نمود به گونه­ای که در طول کل پروژه که 75 روز به طول انجامید، حدود 375 قرائت صورت گرفت. نمونه برداری­ها از اول مرداد ماه 1391 آغاز شده و تا میانه مهرماه 91 ادامه پیدا کرد و نمونه‌برداری به صورت روزانه و در ساعات اوج انتشار بو انجام گردید. در هر سری نمونه‌برداری، غلظت گاز سولفید هیدروژن در ورودی بیوفیلتر و همچنین در 4 ارتفاع ستون بیوفیلتر با فواصل زمان ماند 15 ثانیه اندازه­گیری شد. برای اندازه گیری pH از دستگاه دیجیتالی  sens ion1 ساخت شرکت Hach آلمان استفاده گردید.

 

 

                  (الف)                                                         (ب)                                     (ج)

شکل 1-(الف) شماتیک سیستم بیوفیلتر، (ب)شماتیک سیستم صافی چکنده، (ج) پایلوت ساخته شده

Figure2- (a) Schematic of biofilter system (b) Schematic of Trickling filter system (c) constructed pilot

 


نتایج


عملکرد بیوفیلتر در زمان راه اندازی

کارایی سیستم بیوفیلتراسیون، بر اساس رابطه (1) برای تعیین راندمان حذف گاز سولفید هیدروژن (RE)مورد بررسی قرار گرفت (22).

(1)

 

 که در آن، Cin و Cout به ترتیب غلظت­های ورودی و خروجی گاز سولفید هیدروژن بر حسب ppm می‌باشند. در نمودار 1، درصد راندمان حذف (RE) برای 75 روز دوره راهبری پایلوت برای زمان ماند 60 ثانیه (ضخامت بستر 70 سانتیمتر) و به همراه مقادیر غلظتهای ورودی و خروجی گاز سولفید هیدروژن نمایش داده شده است. دراین نمودار به دلیل نوسانات زیاد داده‌های روزانه و جهت تحلیل مناسبتر داده‌ها از میانگین متحرک هفت روزه استفاده شده است. همانطور که در نمودار 1 نشان داده شده، دوره بهره‌برداری در سه مرحله تقسیم‌بندی شده که شامل مرحله راه‌اندازی (دو هفته اول) ، دوره تزریق آب برای تنظیم رطوبت بهینه و تزریق فاضلاب جهت ارتقا راندمان بیولوژیکی می‌باشد.

مطابق نمودار 1، دورۀ 15 روزه اول، به عنوان دوره راه‌اندازی و سازگاری میکروارگانیسم­ها با محیط بوده و راندمان سیستم در سطح پائینی قرار دارد. با آغاز عملکرد بیولوژیکی سیستم مشاهده می‌شود که از هفته دوم عملکرد سیستم بهبود می‌یابد و در طی 5 روز، راندمان حذف به 100% می‌رسد. یکی از عواملی که می‌تواند در کاهش مدت زمان راه اندازی بستر موثر باشد، غلظت آلاینده ورودی است بطوری که هرچه غلظت آلاینده بیشتر باشد، زمان آغاز فعالیت تجزیه بیولوژیکی کاهش می‌یابد. میانگین عملکرد بیوفیلتر با احتساب دوره راه‌اندازی 89% و میانگین عملکرد در دوره فعالیت بیولوژیکی 98% بوده است. همچنین با بررسی نمودار تغییرات غلظت گاز ورودی به سیستم، روند کاهشی غلظت ورودی گاز سولفید هیدروژن از روز 40ام مشاهده می‌شود.

 

 

نمودار 1- تغییرات راندمان حذف و غلظت گاز ورودی و خروجی سیستم بیوفیلتر در طی دوره راهبری

Figure 1- Variation of removal efficiency and inlet and outlet gas concentration of biofilter system during operationperiod

 


عملکرد صافی چکنده در زمان راه اندازی

 

بر اساس داده­های بدست آمده از نمونه­گیری­های پایلوت و با استفاده از رابطه (1)، احتمال نحوه تغییرات راندمان حذف صافی چکنده ساخته شده، در نمودار 2 نشان داده شده است. با یک نگاه کلی بر این نمودار اینگونه برداشت می­شود که با افزایش غلظت ورودی آلاینده، میزان غلظت خروجی نیز به تناسب افزایش یافته است. میانگین راندمان سیستم در طول مدت راهبری 58% بوده، به گونه­ای که کمترین و بیشترین راندمان در طی این مدت به ترتیب 33% و 87% بوده است.

 

 

 

 

نمودار 2-تغییرات راندمان حذف غلظت، گاز ورودی، و غلظت گاز خروجی سیستم صافی چکنده در طی دوره راهبری

Figure 2- Variation of removal efficiency and inlet and outlet gas concentration of trickling filter during operationperiod

 


ظرفیت حذف بیوفیلتر

 

      ظرفیت حذف بستر، مطابق رابطه 2 ، برابر جرم ماده حذف شونده به ازای واحد حجم بستر و بار جرمی ورودی بر اساس رابطه 3 ، برابر با جرم آلاینده ورودی به واحد حجم بستر تعریف می‌شود (22).

(2)

 

(3)

 

در روابط بالا EC ظرفیت حذف، ML بار جرمی ورودی، ،Cin و Cout غلظت ورودی و خروجی بر حسب ppm، Qin حجم هوای گذرا از بستر بر حسب m3/h، و VB حجم بستر بر حسبm3 می‌باشد. غلظت گاز سولفید هیدروژن اندازه‌گیری شده در زمان نمونه‌برداری‌ها، بین 5 تا ppm 48 قرار داشت که برای زمان ماند 60 ثانیه، دبی هوای ورودی برابر 38 لیتر در دقیقه تنظیم گردید. در نمودار 3 تغییرات ظرفیت حذف سولفید هیدروژن در برابر تغییرات بار جرمی ورودی نشان داده شده است. مطابق این نمودار بیشترین ظرفیت حذف گاز سولفید هیدروژن با بستر کمپوست و تراشه های چوب برابر با g/m3.hr 88/2 بوده است. همچنین رابطه میزان بارگذاری با ظرفیت حذف بیوفیلتر برای تصفیه H2S بصورت خطی بوده که نشانگر همبستگی بالای بار جرمی ورودی با ظرفیت حذف بستر می‌باشد. ضریب همبستگی میان ظرفیت حذف و بار جرمی ورودی برابر 92/0 است. برخی نقاطی که زیر خط قرار گرفته‌اند مربوط به دوره راه‌اندازی بوده که سیستم راندمان پایینی داشته است.

 

 

 

 

نمودار 3- تغییرات ظرفیت حذفسیستم بیوفیلتر در برابر بارگذاری جرمی

Figure 3- Variation of removal capacity of biofilter system vs. mass loading

 


ظرفیت حذف صافی چکنده

در نمودار 4 ظرفیت حذف سیستم صافی چکنده ارائه شده است. در این نمودار، با افزایش بار جرمی ورودی، ظرفیت جذب نیز افزایش یافته است. میانگین ظرفیت جذب سیستم g/m3.hr 82/0بوده و کمترین و بیشترین مقدار ظرفیت جذب نیز به ترتیب g/m3.hr 3/0 و g/m3.hr 68/1 بوده است.

 

 

 

نمودار4-تغییرات ظرفیت حذفسیستم صافی چکنده در برابر بارگذاری جرمی

Figure 4-Variation of removal capacity of tricking filter vs. mass loading

 


بررسی راندمان حذف در ارتفاع ستون بیوفلتر

 

با برداشت نمونه‌ی هوای خروجی از سه شیر میانی ستون بیوفیلتر( شکل 1)  و با جریان ثابت هوا برابر 38 لیتر در دقیقه، مقادیر راندمان حذف در سه زمان ماند 15، 30 و 45 ثانیه مورد بررسی قرارگرفت و نتایج در نمودار 5 بر مبنای میانگین متحرک هفت روزه نشان داده است. مطابق نمودار در زمان ماند 15 ثانیه، با آغاز دوره فعالیت بیولوژیکی بستر (پس از دوره راه‌اندازی) راندمان افزایش یافته و به حداکثر 99% می‌رسد. اما از روز 30 به بعد یک کاهش چشمگیر در راندمان این بخش اتفاق افتاده که تا روز 43 ادامه داشته است. اما با آغاز تزریق فاضلاب ایستگاه پمپاژ به بستر کمپوستی، روند کاهشی راندمان نیز متوقف شده و رو به فزونی نهاد. روند این کاهش و افزایش راندمان حذف برای زمان ماندهای 30 و 45 ثانیه، نیز تقریبا تکرار شده و مقادیر آن پس از دوره کاهش به ترتیب به 82% و 94% می‌رسد.

 

 

 

 

نمودار 5- تغییرات راندمان حذف سیستم بیوفیلتر برای زمان ماندهای مختلف، 15، 30، و 45 ثانیه

Figure 5- Variation of removal efficiency of biofilter system for detention times 15, 30 and 45 s

 


بررسی راندمان حذف در ارتفاع ستون صافی چکنده

به منظور ارزیابی عملکرد سیستم صافی چکنده در ارتفاع ستون، در 5 نقطه مختلف از ارتفاع ستون، به فواصل زمانی 15 ثانیه، نمونه گیری انجام گرفته و حدود تغییرات آن در نمودار 6 ارائه شده است. مطابق این نمودار با افزایش زمان ماند در ستون صافی چکنده، راندمان حذف نیز افزایش یافته است به نحوی که میانگین راندمان حذف در زمان ماندهای 15، 30 و 45 ثانیه به ترتیب برابر با 23%، 38% و 50% بوده است. در جدول 1 خلاصه­ای از نتایج بدست آمده از عملکرد سیستم­های بیوفیلتر و صافی چکنده ارائه شده است که می­تواند معیار مناسبی جهت مقایسه بین این دو سیستم باشد.

 

 

جدول 1-نتایج عملکرد سیستم­های بیوفلتر و صافی چکنده

Table 1- Performance results of biofilter and trickling filter systems

پارامتر

راندمان حذف در ارتفاع ستون (%)

ظرفیت حذف (g/m3.hr)

رانمان حذف (%)

 s45

 s30

 s15

بیشترین

میانگین

کمترین

بیشترین

میانگین

کمترین

بیوفیلتر

94

82

45

88/2

02/1

12/0

100

98

33

صافی چکنده

50

38

23

68/1

82/0

3/0

87

58

33

 

 

نمودار 6-تغییرات راندمان حذف سیستم صافی چکنده در طی زمان ماندهای مختلف، 15، 30، و 45 ثانیه

Figure 6- Variation of removal efficiency of trickling filter for detention times 15, 30 and 45 s

 

 

با توجه به نتایج ارائه شده در جدول 1 می­توان بیان کرد که برای تصفیه گاز سولفید هیدروژن ناشی از تاسیسات فاضلاب شهری سیستم بیوفیلتر دارای عملکرد بسیار مطلوب می­باشد. سیستم صافی چکنده بدلیل غلظت ورودی پایین گاز  H2S، به مرحله راه­اندازی کامل بیولوژیکی نرسید و لذا نمی­تواند به عنوان گزینه­ای مناسب برای تصفیه بو از تاسیسات فاضلاب شهری باشد. دورۀ راه­اندازی بیوفیلتر ساخته شده در حد 14 روز بوده است که در صورت پایین بودن غلظت گاز ورودی به سیستم، این زمان می‌تواند طولانی‌تر باشد. یکی از عوامل موثر در راندمان حذف گاز در این سیستم نگهداری بیوفیلتر در شرایط رطوبت و pH بهینه است. همچنینبرایبسترهای بیولوژیکی چنانچه تامین سوبستره آنها به دقت کنترل نشود، کاهش راندمان سیستم در زمان کوتاهی اتفاق خواهد افتاد. در پایلوت این تحقیق، با تزریق آب شرب جهت کنترل رطوبت بستر، بعد از حدود 30 روز از زمان راه اندازی، شاهد افت راندمان حذف بودیم، اما مجدداً با تزریق فاضلاب به بستر بیولوژیک، راندمان افزایش یافت.

نتیجه گیری

در این مطالعه عملکرد سیستم بیوفیلتر و صافی چکنده در مقیاس پایلوت برای تصفیه بوی منتشره از ایستگاه پمپاژ فاضلاب شهرک گلدشت شهر خرم­آباد مورد ارزیابی قرار گرفتند. در سیستم بیوفیلتر، در آغاز دورۀ راه­اندازی و پیش از شروع فعالیت بیولوژیکی، گاز سولفید هیدروژن توسط عملیات جذب سطحی تصفیه می­شد. اما با تکمیل شدن ظرفیت جذب سطحی بستر، راندمان حذف در طی مدت 7 روز کاهش ­یافت. سپس با آغاز فعالیت بیولوژیکی بستر، گاز سولفید هیدروژن به عنوان یک منبع غذایی برای میکروارگانیسم­ها به مصرف می­رسید و در نتیجه راندمان سیستم بطور متوسط به 98% رسید. با گذشت زمان به دلیل تولید یون سولفات و اسیدی شدن محیط در اثر تجزیه بیولوژیکی سولفید هیدروژن، در زمان ماند 15 ثانیه شاهد کاهش راندمان حذف بودیم. با تزریق فاضلاب شهری به سیستم بیوفیلتر، روند کاهش pH بستر متوقف شده و شرایط متابولیسم میکروارگانیسم­های موجود در بستر بهبود یافته و در نتیجه شاهد رشد مجدد راندمان حذف گاز سولفید هیدروژن بودیم. در سیستم صافی چکنده، روند راندمان حذف سیستم در تمام مدت راهبری آن، متناسب با غلظت ورودی گاز سولفید هیدروژن، کاهش و یا افزایش داشته است. این به معنای عدم وجود تصفیۀ بیولوژیکی در بستر بوده و می­توان اینگونه بیان کرد که سیستم صافی چکنده همانند یک شویندۀ گازی عمل کرده و لذا متوسط راندمان حذف آن بیش از 58 درصد نبوده است. اصلی­ترین عامل این اتفاق پایین بودن غلظت گاز سولفید هیدروژن ورودی می­باشد که حتی در ساعاتی از روز به مرز صفر می­رسید.

نتایج حاصل از دستاوردهای تحقیق حاضر با سایر تحقیقات انجام شده، در جدول 2 خلاصه شده است. مطابق این جدول، اغلب تحقیقات انجام شده در شرایط آزمایشگاهی برای سیستم بیوفیلتر دارای متوسط نرخ حذف بالای 98 درصد بوده اما برای تحقیقات در شرایط واقعی نرخ عملکردی حدود 90% بود است. در حالیکه راندمان سیستم بیوفیلتر در تحقیق حاضر (متوسط 98 %) بیان کنندۀ عملکرد مطلوب این سیستم جهت حذف گاز سولفید هیدروژن از تاسیسات فاضلاب شهری می­باشد.

در سیستم­های صافی چکنده، همواره راندمان سیستم برای تصفیۀ گاز سولفید هیدروژن در غلظت­های زیاد، بیشتر از 95 درصد بوده است در مقایسه با سیستم صافی چکنده در این تحقیق (متوسط  58 درصد) مقادیر بیشتری بوده است. لذا می­توان نتیجه­گیری کرد برای کنترل  گاز سولفید هیدروژن در تاسیسات فاضلاب شهری مطالعه حاضر ، سیستم بیوفیلتر از عملکرد مطلوبتری برخوردار است.


 

جدول 2- مطالعات انجام شده در رابطه با ارزیابی عملکرد سیستم­های بیوفیلتر و صافی چکنده جهت حذف گاز H2S

Table 2- Literatures related to the performance assessment of biofilter and trickling filter systems for H2S gas removal

نویسنده و سال

سیستم

منبع بو

جنس بستر

زمان ماند

(s)

غلظت ورودی (ppm)

(%)راندمان حذف

ظرفیت حذف (g m−3 h−1)

pH

Omri et al. (2013)   (16)

بیوفیلتر

تصفیه‌خانه فاضلاب

خاک نباتی

60

854-131

89-99

11-58

8/7-4

Lin et al.  (2013) (15)

بیوفیلتر

مرکز دفن

مواد مصنوعی

-

60-50

90

41/0-21/2

-

Xie et al. (2008) (14)

بیوفیلتر

آزمایشگاه

زائدات کاه

120

17-3

98

78/2

-

Morgan  & Noyola (2006)  (13)

بیوفیلتر

آزمایشگاه

کمپوست

48

100

90-100

74/4

48/7

Elias et al. (2002)    (12)

بیوفیلتر

آزمایشگاه

لجن گرانوله

60

-

65-100

9/27

4/8-8/6

Solcia et al.و (2014)  (18)

صافی چکنده

آزمایشگاه

پلی اورتان

9-57

20-157

89-98

22

6/8-9/6

Liu et al. (17) (2013)

صافی چکنده

آزمایشگاه

-

20

100

95

60-170

5/7-5/3

Montebello et al. (21) (2010)

صافی چکنده

آزمایشگاه

-

180

8000-1000

80-100

201

5/6-6

Jiang et al. (2009) (22)

صافی چکنده

آزمایشگاه

کربن مصرف شده

20-4

100-20

95

36

15/6

Goncalves & Govind (2008)  (19)

صافی چکنده

آزمایشگاه

مواد مصنوعی

60-20

150-130

80-98

75-7/88

9-7

 

 

منابع

 

1-      Premkumar, R., Krishnamohan, N., 2013. Biological Elimination of Volatile Hydrogen Sulphide Compounds In Biofilters. International Journal of Chemical Technology Research, Vol. 5, pp. 56-64.

2-      shareefden, Z. M., Ahmed, W., Aidan, A., 2011. Kinetics and Modeling of H2S Removal in Novel Biofilter. Chemical Engineering and Science, Vol. 1, pp.72-76.

3-      shareefden, Z. M., 2009. Development of a Biofilter Media For Removal of Hydrogen Sulfide. Global NEST Journal, Vol. 11, pp.  218-222.

4-      Gabriel, D., Deshusses, M. A., 2003. Performance of a full–scale biotrickling filter treating H2S at a gas contact time of 1.6 to 2.2 seconds. Environ. Prog. Vol. 22, pp. 111–118.

5-      Mannucci, A., Munz, G., Mori, G., Lubello C., 2012. Biomass accumulation modeling in a highly loaded biotrickling filter for hydrogen silphide removal. Chemosphere journal Vol. 88, pp. 712- 717.

6-      Bansal, R. C., Donnet, J. B., Stoeckli, F., 1988. Active carbon. (Marcel Dekker).

7-      Cheremisinoff, P. N., Ellerbusch, F., 1980. Carbon adsorption handbook. (US: Ann Arbor).

8-      Puri, B. R., Walker, Jr. PJ., 1970. Chemistry and physics of carbon. (M. Dekker).

9-      Bandosz, T. J., 1999. Effect of pore structure and surface chemistry of virgin activated carbons on removal of hydrogen sulfide. Carbon, Vol. 37(3), pp.  483–91.

10-  Gergova, K., Petrov, N., Eser, S., 1994. Adsorption properties and microstructure of activated carbons produced from agricultural by-products by steam pyrolysis. Carbon, Vol.32(4), PP. 693–702.

11-  Stanley, W. B. M., Muller, C. O., 2002. Choosing an Odor Control Technology_ Effectiveness and Cost Considerations. Proc., of Odors and Toxic Air Emissions-WEF Albuquerque, NM.

12-  Elias, A., Barona, A., Arreguy, A., Rios, J., Aranguiz, I., Penas, J., 2002. Evaluation of a Packing Material for the Biodegradation of H2O and Product Analysis. Process Biochemistry, Vol.  37, pp. 813-820.

13-  Morgan, J. M., Noyola, A., 2006. Hydrogen sulfide removal by compost biofilteration: Effect of mixing the filter media on operation factors.  Bioresource Technology, Vol.  97, Pp. 1546-1553.

14-  Xie, B., Liang, S. B., Tang, Y., Mi, W. X., Xu, Y., 2009. Petrochemical wastewater odor treatment by biofilteration. Bioresource Technology, Vol, 100. pp. 2204-2209.

15-  Li, L., Han, Y., Yan, X, Liu, J., 2013. H2S removal and bacterial structure along a full-scall biofilter bed packed with polyurethane foam in a landfill site. Bioresource Technology, Vol. 147, pp. 52-58.

16-  Omri, I., Aouidi, F., Bouallagui, H., Godom, J. J., Hamdi, M., 2013. Performance study of biofilter developed to treat H2S from wastewater odour. Saudi Juornal of Biological Sciences, Vol. 20, pp. 169-176.

17-  Liu, Ch., Liu, J., Li, J., He, H., Peng, Sh., Li, Ch., Chen, Y., 2013. Removal of H2S by co-immobilized bacteria and fungi biocatalysts in a bio-trickling filter. Process Safety and Environmental Protection, Vol. 91, pp. 145-152.

18-  Solcia, R. B., Ramirez, M., Fernandez, M., Cantero, D., Bevilaqua, D., 2014.  Hydrogen sulphide removal from air by biotrichling filter using open-pore polyurethane foam as a carrier. Biocjemical Engineering Journal, Vol. 84, pp. 1-8.

19-  J. J. Goncalves, R. Govind., 2008. H2S Abatement in a biotrickling filter using iron (III) foam media. Chemosphere, Vol, 73. pp. 1478–1483.

20-  Jiang, X., Yan, R., Tay, J. H., 2009.  Simultaneous autotrophic biodegradation of H2S and NH3 in biotrickling filter. Chemosphere, Vol. 75, pp. 1350-1355.

21-  Montebello, A. M., Baeza, M., Lafuente, J., Gabriel, D., 2010.  Monitoring and performance of a desulphurizing biotrickling filter with an integrated continous gas/liquid flow analyser. Chemical Engineering Journal, Vol. 165, pp. 500-507.

22-  Devinny J.S., Deshusses M.A., Webster T.S., 1998. Biofiltration for Air Pollution Control. (Lewis Publishers Inc).

23-  Ramirez, M., Fernandez, M., Granada, C., Borgne, S. L., Gomez, J. M., Cantero, D., 2011. Biofilteration of reduced sulphur compounds and community analysis of sulphur-oxidizing bacteria. Bioresource Technology, Vol. 102, pp. 4047-4053.


 


 



1- استادیار مهندسی عمران محیط زیست، گروه آب و محیط‌زیست، دانشکده مهندسی عمران - دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.

2*- )مسوول مکاتبات): کاندیدای دریافت دکتری مهندسی محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران.

1- Assistant Professor, Environmental Engineering, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.

2- PhD Candidate, Environmental Engineering, Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.* (Corresponding Author)

[5]-BW Technologies Co. GasAlert Micro 5

[6]- Lower Explosive Limit gases

1-      Premkumar, R., Krishnamohan, N., 2013. Biological Elimination of Volatile Hydrogen Sulphide Compounds In Biofilters. International Journal of Chemical Technology Research, Vol. 5, pp. 56-64.

2-      shareefden, Z. M., Ahmed, W., Aidan, A., 2011. Kinetics and Modeling of H2S Removal in Novel Biofilter. Chemical Engineering and Science, Vol. 1, pp.72-76.

3-      shareefden, Z. M., 2009. Development of a Biofilter Media For Removal of Hydrogen Sulfide. Global NEST Journal, Vol. 11, pp.  218-222.

4-      Gabriel, D., Deshusses, M. A., 2003. Performance of a full–scale biotrickling filter treating H2S at a gas contact time of 1.6 to 2.2 seconds. Environ. Prog. Vol. 22, pp. 111–118.

5-      Mannucci, A., Munz, G., Mori, G., Lubello C., 2012. Biomass accumulation modeling in a highly loaded biotrickling filter for hydrogen silphide removal. Chemosphere journal Vol. 88, pp. 712- 717.

6-      Bansal, R. C., Donnet, J. B., Stoeckli, F., 1988. Active carbon. (Marcel Dekker).

7-      Cheremisinoff, P. N., Ellerbusch, F., 1980. Carbon adsorption handbook. (US: Ann Arbor).

8-      Puri, B. R., Walker, Jr. PJ., 1970. Chemistry and physics of carbon. (M. Dekker).

9-      Bandosz, T. J., 1999. Effect of pore structure and surface chemistry of virgin activated carbons on removal of hydrogen sulfide. Carbon, Vol. 37(3), pp.  483–91.

10-  Gergova, K., Petrov, N., Eser, S., 1994. Adsorption properties and microstructure of activated carbons produced from agricultural by-products by steam pyrolysis. Carbon, Vol.32(4), PP. 693–702.

11-  Stanley, W. B. M., Muller, C. O., 2002. Choosing an Odor Control Technology_ Effectiveness and Cost Considerations. Proc., of Odors and Toxic Air Emissions-WEF Albuquerque, NM.

12-  Elias, A., Barona, A., Arreguy, A., Rios, J., Aranguiz, I., Penas, J., 2002. Evaluation of a Packing Material for the Biodegradation of H2O and Product Analysis. Process Biochemistry, Vol.  37, pp. 813-820.

13-  Morgan, J. M., Noyola, A., 2006. Hydrogen sulfide removal by compost biofilteration: Effect of mixing the filter media on operation factors.  Bioresource Technology, Vol.  97, Pp. 1546-1553.

14-  Xie, B., Liang, S. B., Tang, Y., Mi, W. X., Xu, Y., 2009. Petrochemical wastewater odor treatment by biofilteration. Bioresource Technology, Vol, 100. pp. 2204-2209.

15-  Li, L., Han, Y., Yan, X, Liu, J., 2013. H2S removal and bacterial structure along a full-scall biofilter bed packed with polyurethane foam in a landfill site. Bioresource Technology, Vol. 147, pp. 52-58.

16-  Omri, I., Aouidi, F., Bouallagui, H., Godom, J. J., Hamdi, M., 2013. Performance study of biofilter developed to treat H2S from wastewater odour. Saudi Juornal of Biological Sciences, Vol. 20, pp. 169-176.

17-  Liu, Ch., Liu, J., Li, J., He, H., Peng, Sh., Li, Ch., Chen, Y., 2013. Removal of H2S by co-immobilized bacteria and fungi biocatalysts in a bio-trickling filter. Process Safety and Environmental Protection, Vol. 91, pp. 145-152.

18-  Solcia, R. B., Ramirez, M., Fernandez, M., Cantero, D., Bevilaqua, D., 2014.  Hydrogen sulphide removal from air by biotrichling filter using open-pore polyurethane foam as a carrier. Biocjemical Engineering Journal, Vol. 84, pp. 1-8.

19-  J. J. Goncalves, R. Govind., 2008. H2S Abatement in a biotrickling filter using iron (III) foam media. Chemosphere, Vol, 73. pp. 1478–1483.

20-  Jiang, X., Yan, R., Tay, J. H., 2009.  Simultaneous autotrophic biodegradation of H2S and NH3 in biotrickling filter. Chemosphere, Vol. 75, pp. 1350-1355.

21-  Montebello, A. M., Baeza, M., Lafuente, J., Gabriel, D., 2010.  Monitoring and performance of a desulphurizing biotrickling filter with an integrated continous gas/liquid flow analyser. Chemical Engineering Journal, Vol. 165, pp. 500-507.

22-  Devinny J.S., Deshusses M.A., Webster T.S., 1998. Biofiltration for Air Pollution Control. (Lewis Publishers Inc).

23-  Ramirez, M., Fernandez, M., Granada, C., Borgne, S. L., Gomez, J. M., Cantero, D., 2011. Biofilteration of reduced sulphur compounds and community analysis of sulphur-oxidizing bacteria. Bioresource Technology, Vol. 102, pp. 4047-4053.