نوع مقاله: مقاله مروری
نویسندگان
1 کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران *(مسوول مکاتبات).
2 استاد گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
3 کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
4 استادیار گروه شیمی، دانشکده ثامن الحجج (ع)، دانشگاه فنی وحرفهای، مشهد، ایران.
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و یکم، شماره هشت، آبان ماه 98
بررسی پارامترهای فیزیکوشیمیایی تأثیرگذار بر فرآیند SND در حذف ترکیبات نیتروژنی
سید محمدعلی مسعودی[1]
جواد سرگلزائی[2]
فاطمه ثابتی دهکردی[3]
ابوالفضل درودی[4]
تاریخ دریافت:25/12/94 |
تاریخ پذیرش:21/6/95 |
چکیده
زمینه و هدف : تصفیه پسابهای حاوی ترکیبات نیتروژنی، به دلیل مخاطرات محیط زیستی امری ضروری است. طی دهههای اخیر، فناوریهای جدید بیولوژیکی نظیر نیتریفیکاسیون-دنیتریفیکاسیون به طور همزمان (SND)، آناموکس و شارون توسعه یافتند که نسبت به فرآیندهای مرسوم، ارزانتر و مؤثرترند. هدف از این تحقیق، بررسی خواص فیزیکیوشیمیایی فرآیند SND است.
روش بررسی : در این تحقیق، با گردآوری مقالات دو دهه اخیر، پارامترهایتأثیرگذار بر فرآیند SND نظیر دما، pH، اکسیژن محلول، نسبت کربن به نیتروژن، اندازه فلاک و زمان ماند لجن (SRT) مورد بررسی قرار گرفتند.
یافتهها : فرآیند SND نیاز به منبع کربنی را کاهش میدهد. به منظور تعادلبیننیتریفیکاسیون ودنیتریفیکاسیون، غلظت اکسیژن محلول باید در حد مناسبی کنترل شود. راندمان فرآیند در pH نسبتاً بازی بیشتر بود. دمای مطلوب برای رشد باکتریهای SND، ℃30-20 بوده و راندمان فرآیند به طور خطی با SRT متناسب نبود.
بحث و نتیجه گیری : نتایج این تحقیق نشان داد که فرآیندهای جدید بیولوژیکی نظیر SND در حذف نیتروژن با کاهش نیاز به هوادهی و منابع کربنی امیدبخش توصیف شدند. با کنترل شرایط فیزیکیوشیمیایی فرآیند، میتوان به راندمان مطلوبی دست یافت.
واژههای کلیدی: نیتروژن، دما، اندازه فلاک، نیتریفیکاسیون، دنیتریفیکاسیون.
|
Studty of physico-chemical parameters affecting SND process on nitrogenous compounds removal
Seyed Mohammad Ali Masoudi[5]*
Javad Sargolzaei[6]
Fatemeh Sabeti Dehkordi[7]
Aboulfazl Darroudi[8]
Admission Date:September 11, 2016 |
|
Date Received: March 15, 2016 |
Abstract
Background and Objective: Treating wastewaters containing nitrogenous compounds is an essential issue due to environmental hazards. New biological technologies such as simultaneous nitrification-denitrification (SND), ANAMMOX and SHARON were developed in the last decades. Such techniques are economical and more effective compared to conventional methods. The aim of this work was to investigate physico-chemical properties of SND process.
Method: In this study, subsequent to constructing a comprehensive survey on papers published in the last two decades, the impacts of effective parameters such as temperature, pH, dissolved oxygen, organic carbon, floc size and sludge retention time (SRT) on SND process were investigated.
Findings: SND process reduces carbon source demand. Dissolved oxygen should be adjusted in a particular range to maintain an equilibrium between the nitrification and denitrification. The process efficiency was higher in the basic pH. The optimum temperature for the growth of SND bacteria were 20-30 ℃. There was no linear correlation between efficiency of process and SRT.
Discussion and Conclusion: The results of this research approved that new biological processes for nitrogen removal such as SND were promising owing to reducing the need for aeration and carbon source. By controlling the Physico-chemical conditions in process, good efficiencies can be achieved.
Key words: Nitrogen, Temperature, Floc Size, Nitrification, Denitrification
مقدمه
نیتروژن که از عناصر بسیار مهم تشکیل دهنده پروتئینها است، یکی از ترکیبات موجود در فاضلاب میباشد که به صورت آلی و غیرآلی مطرح میگردد. مهمترین ترکیبات نیتروژندار که سبب آلودگی آبهای پذیرنده میشوند، ترکیباتی با بارهای مثبت و منفی شامل یونهای آمونیوم ()، نیتریت () و نیترات () میباشند (1). آمونیاک آزاد () و آمونیاک یونیزه شده ()، دو شکل از نیتروژن آمونیاکی میباشند که در آب وجود دارند و عمدتاً از تجزیه بیولوژیکی مواد آلی حاوی نیتروژن که در پسابهای صنعتی، فاضلاب شهری و زهکشی زمینهای کشاورزی وجود دارد، ناشی میشوند(2). در میان ترکیبات مختلف نیتروژنی، نیترات پایدارترین حالت نیتروژن در آب و فاضلاب است (1).
استفاده گسترده از کودهای شیمیایی، آفتکشها و حشرهکشها در مزارع کشاورزی باعث ورود مواد نیتروژندار به آبهای زیر زمینی میشود. همچنین فاضلاب کشاورزی و دامداریها که حاوی فضولات حیوانی و مواد دفعی گیاهی میباشند، دارای مواد نیتروژندار هستند که یا آلودگی آبهای سطحی را به دنبال خواهند داشت و یا از طریق خاک، آلودگی آبهای زیرزمینی را سبب میشوند. باید بدانیم که خاک قادر به حفظ و نگهداری نیترات و نیتریت نمیباشد و بدین طریق این مواد به آبهای زیر زمینی راه مییابند (4-3).
دفع کنترل نشده فاضلابهای حاوی نیتروژن، میتواند آسیبهای جدی را به محیط وارد کند. یکی از این آسیبها ایجاد پدیده اوتریفیکاسیون[9] در آبهای پذیرنده است. همچنین از آنجاییکه آمونیاک به سرعت در آب حل میشود و سمی مهلک برای آبزیان به شمار میآید، میتواند یکی از بدترین عوامل آلایندهای باشد که زندگی آبزیان را به مخاطره میاندازد (5). آمونیاک در مقادیر کم باعث تغییرات فیزیولوژیکی و مرفولوژیکی، و در مقادیر بالا باعث تلفات آبزیان میشود؛ در انسان سرطان معده و روده را موجب میشود (6). در این مقاله، سه فناوری جدید بیولوژیکی حذف نیتروژن و برخی پارامترهای تأثیرگذار بر آنها توصیف میشود.
سیستمهای مرسوم نیتریفیکاسیون-دنیتریفیکاسیون
این فناوری، کاربردیترین و پیشرفته ترین فناوری حذف نیتروژن در سراسر جهان است. در این فرآیند، نیتروژن آمونیومی طی مرحله اول (نیتریفیکاسیون) از طریق نیتریت به نیترات تبدیل میشود.
(1) |
|
(2) |
در مرحله دوم (دنیتریفیکاسیون) که نیترات توسط تعداد زیادی باکتری هتروتروف به نیتروژن () تبدیل میشود، مواد موجود در فاضلاب به عنوان دهندگان الکترون استفاده میشوند. این مراحل عبارتند از کاهش نیترات به نیتریت، منوکسید نیتروژن، دی اکسید نیتروژن و نهایتاً نیز به گاز نیتروژن کاهش مییابد.
(3) |
|
(4) |
سرعت کلی و گسترش فرآیند دنیتریفیکاسیون عمدتاً به مشخصههایی چون قابلیت تجزیه بیولوژیکی الکترون دهندههای مورد استفاده و نسبت نیتروژن به کربن آلی در بیوراکتورها بستگی دارد. به این دلایل، فرآیند دنیتریفیکاسیون میتواند به راحتی توسط اضافه کردن منابع کربنی-مانند متانول و اسید استیک-یا منابع کربن موجود در فاضلاب با نسبت کربن به نیتروژن (COD/N) بالا افزایش یابد. با این حال، افزودن این منابع کربنی گران قیمت، هزینه تصفیه پساب را افزایش میدهد. به طور کلی، این فناوری مقدار قابل توجه از منابع را مصرف میکنند: 57/4 کیلوگرم اکسیژن و 4-2 کیلوگرم COD برای هر کیلوگرم نیتروژن آمونیومی مورد نیاز است. این بدان معناست که برای نیتریفیکاسیون به هوادهی و برای دنیتریفیکاسیون یک منبع کربن آلی خارجی نیاز است. از آنجا که هر دو مرحله باید در راکتورهای مختلف انجام گیرد منجر به هزینه بالای ساخت، بهره برداری و نگهداری میشود (7).
طی دهههای اخیر، چندین فرآیند زیستی حذف نیتروژن توسعه یافتند که برای تصفیه فاضلابهایی با غلظت زیاد ترکیبات نیتروژنی، گزینههای قابل اجرایی بودند. از جمله این فرآیندها میتوان به سه فرآیند نیتریفیکاسیون-دنیتریفیکاسیون به طور همزمان[10]، آناموکس[11] و شارون[12] اشاره داشت. این فرآیندها گام مهمی را در پیشبرد سهم بیوتکنولوژی در تصفیه آلودگیهای نیتروژنی ارایه دادند.
فرآیندنوین حذف نیتروژن
نیتریفیکاسیون-دنیتریفیکاسیون به طور همزمان
به طور مرسوم، حذف نیتروژن در مراحل مجزا و متوالی بیهوازی/هوازی رخ میدهد. SND به عنوان یک روش مهم شناخته شده است که با کنترل میزان اکسیژن میتوان دو فرآیند نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون را در یک راکتور انجام داد (9-8). در مقایسه با حذف نیتروژن به روش مرسوم، SND چندین مزیت دارد که عبارتند از : (1) نیاز به دو مخزن جداگانه نیست، لذا نیاز به فضا کاهش مییابد (2). به علت کاهش هوادهی، انرژی کمتری مصرف میشود (3). 22 تا 40 درصد منبع کربن و 30 درصد تولید لجن کاهش مییابد (4). به دلیل مصرف قلیاییت طی مرحله نیتریفیکاسیون و تولید آن در مرحله دنیتریفیکاسیون، نیاز به قلیاییت کمتر میشود (11-10). در ادامه چند پارامتر مهم در انجام بهینه فرآیند SND معرفی میشود.
غلظت اکسیژن محلول
با توجه به گرادیان اکسیژن ایجاد شده در میان زیست توده، فرآیند SND داخل بیوفیلمهای میکروبی و فلاکها رخ میدهد. در واقع توزیع نابرابر غلظت اکسیژن در زیست توده، اجازه تکثیر باکتریهای نیترات زا و نیتراتزدا را فراهم میکند و بر اساس مکانیسم فیزیکی، SND ناشی از محدودیت نفوذ و گرادیان اکسیژن است (شکل1) (13-12). غلظت بالای اکسیژن محلول سرعت نیتریفیکاسیون را افزایش داده و فرآیند دنیتریفیکاسیون را باز میدارد که این سبب تجمع نیتریت و نیترات در راکتور میشود. از سوی دیگر، در غلظتهای پاییناکسیژن محلول، فرآیند نیتریفیکاسیون کاهش یافته و فرآیند دنیتریفیکاسیون افزایش مییابد. بنابراین، میزان اکسیژن محلول یک عامل مهم برای رخداد فرآیند SNDمیباشد؛ که به منظور تعادل بین نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون باید در یک مقدار مناسب حفظ شود (13).
شکل 1- نمایی از پروفایل غلظت اکسیژن در یک توده زیستی (13)
Figure 1. Schematic of oxygen concentration profile in the bio-sludge (13)
در فرآیند SNDشاید به دلیل اینکه میتواند به طور کامل به عنوان پذیرنده الکترون مصرف شود، مصرف اکسیژن به مقدار زیادی کاهش یافته و در نتیجه غلظت کم اکسیژن محلول (mg/l 1-1/0) برای واکنش SND مناسب است (15-14). وان مانک و همکاران مشاهده کردند که فرآیند SND در غلظت اکسیژن محلول کمتر از mg/l 5/0 اتفاق میافتد (12). اهمیت حفظ غلظت کم اکسیژن محلول توسط Pochana و Keller تأیید شده بود. آنها در تحقیق خود نشان دادند که آمونیوم، نیتریت، نیترات و ماده آلی طی 4 ساعت و تحت شرایط اکسیژن محلول mg/l8/0-3/0 حذف شدند. این نشان میدهد که برخی نیتریفایرهای هتروتروف، تحت شرایط اکسیژن کم که بر واکنش SND تأثیر میگذارد توانایی نیتراتزدایی را دارند (13).
Liu و همکاران گزارش دادند که وقتی غلظت اکسیژن محلول از mg/l 1 بیشتر باشد، دنیتریفیکاسیون به طور چشمگیری کاهش مییابد و بازدارندگی اکسیژن محلول روی دنیتریفیکاسیون در فرآیند دنیتریفیکاسیون ناقص قابل ملاحظهتر است (16). راندمان بهینه حذف نیتروژن با استفاده از بیوراکتور غشایی در محدوده mg/l 35/0-15/0 بدست آمد (17). Paetkau و Cicek با استفاده از بیوراکتور غشایی و فرآیند SND توانستند به راندمان 80 درصدی حذف نیتروژن کل دست یابند. همچنین نشان دادند که هوادهی تناوبی با متوسط اکسیژن محلول کم، موجب توسعه فلاکهای بزرگتر و تسهیل فرآیند SND میشود (18). با کنترل اکسیژن محلول در منطقه هوازی راکتور بستر شناور (mg/l 5/1-1) میتوان به SND دست یافت، زیرا با مصرف اکسیژن توسط میکروارگانیسمها روی سطح بیرونی و به تعویق افتادن انتقال اکسیژن، محیطی بیهوازی داخل بیوفیلم شکل میگیرد که منجر به رشد باکتریهای دنیتریفایر میشود (19). متوسط غلظت اکسیژن محلول بهینه برای رخداد فرآیند SNDدر سامانه حوضچه اکسیداسیون mg/l 25/0 بود که طی آن راندمان حذف نیتروژن کل، سرعت و راندمان SNDبه ترتیب 9/74 درصد، 09/5 و 79 درصد شد (20). با توجه به نتایج میتوان گفت غلظت اکسیژن محلول پارامتر بسیار مهمی در رخداد فرآیند SND است.
دما
یکی از پارامترهای محیطی مهم فرآیند تصفیه زیستی فاضلاب، دما است که نه تنها بر فعالیت متابولیک جمعیت میکروبی اثر میگذارد، بلکه اثرات عمیقی روی فاکتورهایی مانند سرعتهای انتقال گاز و خواص تهنشینی لجن بیولوژیک دارد. سرعت واکنشهای زیستی با بالا رفتن دما افزایش مییابد تا اینکه به یک دمای بهینه برسد، بالاتر از دمای بهینه پروتئینهای آنزیمی تغییر ماهیت داده و سرعتها کاهش مییابد (22-21).
Liu و همکاران در تصفیه فاضلاب خانگی نشان دادند وقتی دما به زیر ℃11 کاهش یابد، راندمان نیتریفیکاسیون حتی با وجود اکسیژن محلول کافی برای نیتریفیکاسیون، به طور حساسی کاهش یافته و دماهای نسبتاً بالا (بیشتر از ℃12) میتواند رخداد فرآیند SND را بهبود بخشد (16). Sheng-Bing He و همکاران به منظور بررسی اثر برخی پارامترهای زیست محیطی مؤثر بر فرآیند SND در بیوراکتور غشایی، دمای مایع مخلوط[13] را در ℃1±20 ثابت نگه داشتند (23). در راکتور ناپیوسته متوالی حذف کامل بدون هیچ تجمعی از محصولات جانبی () با کنترل مناسب منبع کربن تحت دمای ℃2±25 به دست آمد (14). به طور کلی دمای مناسب برای رخداد فرآیند SNDمحدوده ℃30-20 است (24).
نسبت کربن به نیتروژن(C/N)
فرآیند SNDنسبت به فرآیندهای مرسوم حذف بیولوژیکی نیتروژن، به کربن کمتری نیاز دارد. از آنجا که نیتریفیکاسیون اتوتروف نسبت به متابولیسم هتروتروف آهستهتر است، SND به سوبسترای آلی نیاز دارد تا توان از دست رفته را برای فرآیندهای نیتریفیکاسیون هتروتروف و دنیتریفیکاسیون فراهم آورد (16). Chiu و همکاران مشاهده کردند که بالاترین سرعت نیتریفیکاسیون در نسبت C/N برابر با 7/19 که منبع کربن بیش از حد بود، دست یافتنی است. نسبت کم C/N کمبود سریع کربن را در پی خواهد داشت و موجب نامتعادل شدن فرآیند میشود. همچنین نسبت بهینه C/N برابر با 1/11 بود که اجازه میداد بین سرعتهای نیتریفیکاسیونو دنیتریفیکاسیون تعادل برقرار شود و در نتیجه حذف بهینهای از نیتروژن و کربن آلی به دست آید (14). ارتباط تنوع جامع میکروبی و جمعیت نیتریفایرها با نسبت C/N، با راندمان SND 3/83 درصد در راکتور بیوفیلمی ذرات معلق[14] مثبت ارزیابی شد (25).
تأثیر افزایش نسبت C/N بر فرآیندهای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون در بیوراکتور غشایی در تحقیق Meng و همکاران مشاهده شد. وقتی نسبت COD/Nدر 04/10 کنترل شده بود، فرآیند SND تقریباً کامل رخ داد. با افزایش نسبت COD/N به 11/15، راندمان حذف نیتروژن به کمتر از 50 درصد تنزل یافت (26). نتیجه مشابهای در بیوفیلم هوازی غشایی حاصل شد که در آن بالاترین راندمان حذف COD و نیتروژن کل (به ترتیب 80 و 70 درصد) در محدوده نسبت C/N 3 و 25/5 به دست آمد و راندمان این سامانه برای فاضلابهای با نسبت C/N بالا چندان مناسب نبود (27).
نسبت نامناسب C/N میتواند بر عملکرد باکتریهای هوازی و بیهوازی تأثیرگذار باشد که این منجر به راندمان پایین حذف نیتروژن میشود (28). Her و Huang در بررسی خود، تأثیر نوع و مقدار منابع کربنی اضافی یا ناکافی را بر سرعت احیای بیوشیمیایی نیتریت و نیترات و نتیجتاً بر راندمان فرآیند دنیتریفیکاسیون نشان دادند. بیشینه نسبت C/N قابل قبول برای دنیتریفیکاسیون به ساختار شیمیایی، وزن مولکولی و به عبارت دیگر نوع منبع کربنی وابسته است (29). نسبت بهینه C/N برای حذف مواد آلی و ترکیبات نیتروژنی در دماهای مختلف متفاوت است. بنابراین توجه به این نکته ضروری است که نسبت مناسب C/N با توجه به نوع فرآیند و سایر مشخصات فاضلاب انتخاب شود.
زمان ماند لجن[15]
در راکتور بیولوژیکی، غلظت زیست توده تابع زمان ماند لجن است و غلظتهای متفاوت زیست توده از تغییرات زمان ماند لجنی نتیجه میشود که برای شرایط انتقال جرم بین اکسیژن محلول، ترکیبات نیتروژنی و کسری از زیست توده مسوول برای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون مهم است (15). زمان ماند طولانی میتواند نیتریفیکاسیون را به عنوان نتیجهای از افزایش و بهبود زیست توده و حفظ و ماند بهتر میکروارگانیسمهای بارشد آهسته، تقویت کند. در یک بیوراکتور غشایی برای تصفیه فاضلاب شهری، بیشترین حذف نیتروژن کل و حذف نیتروژن توسط SND، با SRT 40 روز، دمای ℃1±16 و غلظت اکسیژن محلول mg/l 5/1-5/0 به دست آمد و با کاهش SRT به 20 روز، راندمان کاهش یافت (30). Holakoo و همکاران (30) نشان دادند که با کاهش SRT، اندازه فلاکها کاهش یافته و این موجب محدود شدن دنیتریفیکاسیون میشود زیرا کسر حجمی ناحیه بیهوازی فلاکها کاهش یافته است.SRT طولانی یک اقدام معمول برای پایدار نگه داشتن عملکرد تصفیه بیولوژیکی فاضلابها در دماهای پایین است، زیرا افزایش سن لجن میتواند اثرات نامطلوب دماهای پایین (کمتر از 15) را کاهش دهد و فرآیند نیتریفیکاسیون را پایا سازد (31). زمان ماند طولانی تحت شرایط دمایی بالا فروپاشی فلاک را تسریع میبخشد. بنابراین طولانی کردن SRT در یک محدوده مناسب میتواند اثرات دمای پایین را تقلیل دهد. تغییر در خواص مایع مخلوط مانند ویسکوزیته، مقدار و ترکیبات میکروبی تولید شده و خواص سلول میتواند منجر به کاهش توانایی بیولوژیکی در SRT طولانی گردد (32).
Kargi و Uygur (33) مشاهده کردند که با افزایش SRT از 15 به 25 روز، راندمان حذف در راکتور ناپیوسته متوالی از 83% به 68% کاهش یافت، زیرا با افزایش غلظت توده لجن در زمان ماند لجن بالا، جمعیت سلولهای پیر مسوول نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون نسبت به سلولهای جوان بیشتر بوده که از توانایی کمتری در عملکرد سامانه برخوردار بودند. Chiu و همکاران (14) با زمان ماند لجن 20 روز و نسبت کربن به نیتروژن برابر با 1/11 در راکتور ناپیوسته متوالی بر پایه فرآیند SND به حذف کاملی از مواد آلی و نیتروژن آمونیومی دست یافتند.
برخی از پارامترهای فرآیند مانند وضعیت رشد میکروارگانیسمها، کیفیت پساب خروجی، اکسیژن مورد نیاز و مقدار اتلاف لجن به وسیله SRT کنترل میشود (34) با این حال، راندمان تصفیه به طور خطی با SRT متناسب نیست، زیرا شرایط زندگیمیکروارگانیسمهاوتجمعمیکروارگانیسمهای مرده/غیرفعال در وضعیت کمبود سوبسترا تغییر میکند (35).
اندازه فلاک
برای بررسی تفسیر فیزیکیSND میتوان اثر اندازه فلاک را بر راندمان SND مورد بررسی قرار داد. فلاک بزرگتر میتواند منطقه بیهوازی بزرگتری را داخل فلاک به وجود آورد که منجر به دنیتریفیکاسیون در این ناحیه میشود. برخی تحقیقات رخداد SND را به اندازه فلاک لجن فعال که به طور نرمال mµ 100-80 است، نسبت دادند (13 و 36). رخداد SND در اندازه بزرگی از فلاک (mµ 125<) به دلیل محدودیت نفوذ اکسیژن محتملتر است ولی در توده لجن فعال کوچکتر از mµ 20 رخداد SND صریح و شفاف نیست (37). Sadalgekar و همکاران گزارش دادند که 87 درصد فلاکهای لجن فعال کوچکتر از mµ75 هستند (38).
pH
میکروارگانیسمها به مقادیر pH فاضلاب بسیار حساس و آسیب پذیرند.pH اغلب به عنوان شاخص درجه پیشرفت نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون در نظر گرفته میشود. برای به دست آوردن فرآیند SND مطلوب، pH باید در محدوده مناسبی کنترل شود. SNDمیتواند تحت مقدار pH خنثی و با نیازمندی کمتر به قلیاییت انجام شود، زیرا قلیاییت طی نیتریفیکاسیون مصرف و در دنیتریفیکاسیون تولید میشود (11).
حذف بهینه نیتروژن کل در محدوده بررسی 7/9-8/4، در تحقیق Sheng-Bing He و همکاران در بیوراکتور غشایی حدود 2/7 به دست آمد و راندمان حذف نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن کل به ترتیب حدود 99 و 91 درصد بود. با افزایش pH به 7/9، راندمان حذف به ترتیب به 75 و 60 درصد کاهش یافت (23). رانگ و همکاران در محدوده pH 5/8-5/6 به حذف رضایت بخشی از نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن کل دست یافتند و فقط در 9pH در عملکرد راکتور هیبریدی افت پدید آمد (39). مسعودی و همکاران (40) تحت pH 8/7-5/7 با بذر باکتری حاصل از شیرابه کود گاوی و با سدیم استات به عنوان منبع کربنی به راندمان بالایی در حذف نیتروژن آمونیومی و نیتروژن کل دست یافتند. در تحقیقات مشابه دیگری، با کنترل pH در محدوده 8-7، بررسیها بر روی فرآیند SND انجام شد (13 و 42-41).
نتیجهگیری
با توجه به مطالب ارایه شده، فرآیند جدید بیولوژیکی حذف نیتروژن (SND) نسبت به فرآیند مرسوم از مزایای مهمی برخوردار است. فرآیند مرسوم جهت انجام نیتریفیکاسیون کامل به غلظت بالایی از اکسیژن نیاز دارد، در حالیکه فناوریهای جدید در شرایط بیهوازی یا اکسیژن محدود انجام پذیرند. لذا مصرف انرژی کاهش یافته و اقتصادیترند. در فناوریهای جدید نیاز به منابع کربنی به طور قابل ملاحظهای کاهش یافته و میزان لجن تولیدی هم به دلیل سرعت رشد سلولی پایین، کمتر است. با شناسایی و بهینهسازی پارامترهای تأثیرگذار بر فرآیندهای حذف نیتروژن میتوان به راندمان بالایی در حذف ترکیبات نیتروژنی از فاضلاب دست یافت. مقایسهای از فرآیندهای حذف نیتروژن در جدول 1 آورده شده است.
جدول 1- مقایسه انواع روشهای حذف ترکیبات نیتروژنی (24)
Table 1. A comparison of diverse methods of nitrogenous compounds removal (24)
سیستم |
مرسوم |
SND |
آناموکس |
شارون |
تعداد راکتور |
2 |
1 |
1 |
1 |
شرایط عملیاتی |
هوازی، بیهوازی |
هوازی |
بیهوازی |
هوازی |
خوراک |
فاضلاب |
فاضلاب |
فاضلاب + نیتریت |
فاضلاب |
نیازمند به COD |
بله |
خیر |
خیر |
خیر |
مواد خروجی |
نیتریت،نیترات، نیتروژن |
نیتروژن |
نیترات، نیتروژن |
نیتریت، نیتروژن |
نیازمندی به اکسیژن |
زیاد |
کم |
بدون نیاز |
کم |
تولید لجن |
زیاد |
کم |
کم |
کم |
باکتری |
نیتریفایرها + انواع هتروتروفها |
نیتریفایرهای هتروتروف + دنیتریفایر هوازی |
پلانکتومایستها |
اکسیدکنندههای هوازی آمونیوم |
دمای بهینه (℃) |
35-12 |
30-20 |
40-30 |
بالای 25 |
Reference
[1]- کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران *(مسوول مکاتبات).
[2]- استاد گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
[3]- کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
1- Master of Science, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.*(Corresponding Author).
2- Professor, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
3- Master of Science, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
4- Assistant Professor, Department of Chemistry, Samen-Alhojaj Faculty of Mashhad, Technical and Vocational University, Iran.
[13]- Mixed Liquid
[14]- Suspended Carrier Biofilm Reactor