حسن امینی راد
-
تصفیه انواع فاضلاب به دلیل کمبود منابع آب شیرین امری لازم و ضروری است. از میان روش های تصفیه فاضلاب، استفاده بایوراکتورهای غشایی به دلیل مزایایی ازجمله کیفیت بالاتر پساب خروجی، جای پای اکولوژیکی کمتر، تولید لجن مازاد کمتر و هزینه های راهبری پایین تر در حال افزایش روزافزون است. اما باوجود مزایای بسیار، مشکل گرفتگی غشاها از جمله مشکلاتی است که کاربرد این روش را با محدودیت مواجه کرده است. روش های متعددی جهت حذف و کاهش گرفتگی غشاها از جمله شستشوی فیزیکی و شیمیایی، انعقاد شیمیایی و غیره وجود دارد که هریک دارای معایبی ازجمله افزایش هزینه، تولید آلاینده ثانویه، افزایش تولید لجن مازاد، کاهش طول عمر و دوام غشا و غیره می باشد.
پیشینه:
در سال های اخیر استفاده از روش انعقاد الکتریکی به عنوان روشی جهت کاهش گرفتگی غشا در بایوراکتورهای غشایی (MBR) موردتوجه قرارگرفته است. الکتروبایوراکتورهای غشایی مستغرق سیستم نوینی است که با ترکیب سیستم MBR و میدان الکتریکی سبب کاهش گرفتگی غشا می شود.
روشدر تحقیق پیش رو با اعمال میدان الکتریکی با ولتاژ پایین (5/1 ولت بر سانتی متر) در راکتورMBR اثرات میدان الکتریکی بر سیستم مورد بررسی قرار گرفت.
یافته هانتایج آزمایش ها نشان داد اعمال میدان الکتریکی در این حالت سبب بهبود مشخصات پساب خروجی (کاهش غلظت COD، نیترات و فسفات) و کاهش غلظت EPS و پروتئین SMP می گردد. هم چنین اعمال میدان الکتریکی در راکتورهای MBR سبب کاهش گرفتگی و بهبود فلاکس خروجی از غشا می گردد.
کلید واژگان: بایوراکتور غشایی, میدان الکتریکی, گرفتگی بیولوژیکیRapid growth of population is leading to high water consumption and producing large amount of waste water which needs to be treated and being reutilized for reusing purposes. Among sewage treatment methods, the use of integrated activated sludge and membrane separation is increasing due to advantages such as higher quality effluents, lower ecological footprint, less sludge production, and lower operational costs. Despite the many benefits, the problem of membrane fouling due to deposition and adsorption of colloidal and soluble material on the surface of membrane has limited the use of this method. There are several methods for eliminating and mitigating membrane fouling, each with disadvantages such as increasing costs, producing secondary pollutants, increasing sludge production, reducing the membrane life and durability, etc. In recent years, the use of electrical coagulation as a method to reduce membrane fouling in the MBR system has been taken into account. Submerged Membrane Electro Bioreactors (SMEBR) is a new approach that reduces clogging of the membrane by combining the MBR system with the electric field. In the forthcoming research, the effects of electric field on the system were investigated by applying a low voltage electric field (1.5 volts per cm) in the MBR reactor. The results of the experiments showed that applying the electric field in this case improves the characteristics of the wastewater (reducing the concentration of COD, nitrate and phosphate) and reducing the concentration of external polymeric substance (EPS) and soluble material product (SMP) protein. Also, the application of an electric field in MBR reactors reduces fouling and improves the output flux more than the conventional membrane.
Keywords: Bioreactor, Foaling -
ریزجلبک ها به عنوان یک منبع پایدار برای تولید محصولات زیستی با ارزش مورد توجه هستند و کاربردهایی در صنایعی مانند افزودنی های غذایی، ترکیبات زیست فعال، داروسازی و آرایشی پیدا می کنند. با این حال، یکی از چالش های اصلی در استفاده از ریزجلبک ها برای این اهداف، برداشت کارآمد زیست توده می باشد که به عنوان یک گلوگاه اصلی در پردازش پایین دست عمل میکند. یکی از مکانیزم های جایگزین برای برداشت ریزجلبک از محیط کشت استفاده از روش منعقدکننده مغناطیسی است. در این مطالعه، فرآیند برداشت ریزجلبک بومی Chlorella sorokiniana pa.91 را با استفاده از Fe3O4/PACl در فرآیند لخته سازی مورد بررسی قرار داده شده است. در این تحقیق از نانوذرات Fe3O4سنتز شده به روش هم رسوبی برای برداشت ریزجلبک ها استفاده شد. با استفاده روش سطح پاسخ، برای بررسی راندمان حذف، بهینه سازی مهم ترین پارامترهای فرآیند برداشت انعقاد مغناطیسی شامل زمان، غلظت نانومواد و pH در محیط کشت حاصل از فاضلاب شهری بررسی شده است. تجزیه و تحلیل تجربی نشان داد که بالاترین راندمان برداشت تقریبا90 درصد، در شرایط 3/5 گرم در لیتر Fe3O4 غلظت ثابت 0/075 گرم در لیتر PACl ، زمان برداشت 40 دقیقه وpH 4 به دست آمده است از طرفی کمترین مقدار راندمان برداشت ریزجلبک در شرایطی که مقدار نانو ذره کامپوزیتی برابر با 0/5 گرم در لیتر، مدت زمان برداشت 27/5 دقیقه و pH6/5 برابر با 22 درصد گزارش شده است. در این میان، بازی ترین حالت از pH که برابر با 11.5 است راندمان حذف ریزجلبک 53% و در اسیدی ترین حالت برابر 75% می باشد و همانطور میزان بیشترین راندمان برداشت در pH خنثی با مدت زمان ته نشینی 53 دقیقه برابر با 80 % مشاهده شده است. مقدار ضریب تعیین برای این طرح (R2) 0/9823 به دست آمده، نشان دهنده رابطه قوی بین متغیرهای مستقل و مقادیر پاسخ است. علاوه بر این، حالت ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته راندمان لخته سازی ریزجلبک ها را بهبود می بخشد. از نتایج به دست آمده می توان استنباط کرد با افزایش زمان و غلظت نانو ذرات و کاهش pH راندمان برداشت ریزجلبک افزایشی خواهد بود.
کلید واژگان: برداشت, ریزجلبک, فاضلاب شهری, روش سطح پاسخ, نانو ذره کامپوزیتی Fe3O4, PAClMicroalgae have the potential to produce valuable substances for pharmaceutical purposes as well as serve as a food source, providing bioactive compounds and ingredients for cosmetics. However, harvesting microalgae is a crucial step in the mass production of various high-value products derived from microalgae. This process often becomes a major bottleneck in downstream processing. It is essential to find effective and cost-effective harvesting methods for industrial applications. Among several harvesting methods, magnetic flocculation offers the benefits of modest operation, energy savings, and quick separation. This study investigates the harvesting process of Chlorella sorokiniana pa.91 microalgae using a novel flocculation process involving nano-Fe3O4 coated with PACl. In this research, we have used the chemical co-precipitation method to prepare nanoparticles. Using the response surface method to optimize the most important parameters of the magnetic flocculation harvesting process to check the microalgae removal efficiency, three variables of time, concentration of nanomaterials, and pH in the culture medium obtained from municipal wastewater have been investigated. The results demonstrated that the highest harvesting efficiency, nearly 90%, was achieved under the conditions of 3.5 g/L Fe3O4, a constant concentration of 0.075 g/L PACl, a harvesting duration of 40 minutes, and a pH level of 4. On the other hand, the lowest microalgae harvesting efficiency was observed under specific conditions: a composite nanoparticle concentration of 0.5 g/L per liter, a harvesting time of 27.5 minutes, and a pH of 6.5 resulting in a mere 22% efficiency. The rate of microalgal removal increased from 53% in the most alkaline condition to 75% in the most acidic environment. The highest harvesting efficiency, reaching 80%, was achieved under neutral pH conditions with a settling time of 53 minutes. Furthermore, the investigated combined method investigated enhances the flocculation effectiveness of microalgae. Based on the findings, it can be inferred that the efficiency of microalgae harvesting rises with longer duration, higher nanoparticle concentrations, and lower pH levels
Keywords: Harvesting, microalgae, municipal wastewater, surface response method, Fe3O4, PACl composite nanoparticles -
پیشینه:
امروزه دفع و تصفیه لجن ناشی از تصفیه خانه های فاضلاب به دلیل عوامل زیست محیطی حایز اهمیت است. استفاده از راکتور بی هوازی جانبی در سیستم لجن فعال که با نام تجاری کانیبال(Cannibal) شناخته می شود، یکی از روش های به کار رفته برای کاهش نرخ تولید لجن در خط تصفیه فاضلاب می باشد. در این پژوهش با هدف طراحی یک سیستم ترکیبی مناسب از فرآیند کانیبال و پدیده ی تخریب حد نصاب احساس QQ(Quorum Quenching) و به دنبال آن تقویت مکانیسم شکار میکروبی به بهبود راندمان کاهش لجن مازاد پرداخته شده است.
روشبر این اساس این پروژه در دو فاز آزمایشگاهی طراحی شد و راکتورهای مربوطه با فاضلاب مصنوعی راهبری شدند. در فاز اول از فرآیند کانیبال در قالب یک راکتور آزمایشگاهی استفاده شد و در فاز دوم با تعبیه کردن یک راکتور هوادهی مجزا و اضافه کردن باکتری Rhodococcus sp. BH4، باکتری خاموش کننده ی حدنصاب احساس (Quorum Sensing) که در یک ساختار پلیمری آلژینات قرار گرفتند و به عنوان دانه های QQ معرفی می شوند فرآیند کانیبال اصلاح شده طراحی شد.
یافته ها:
نتایج نشان داد که حضور دانه های QQ منجر به افزایش چشم گیر جمعیت یوکاریوت های شکارچی، پرتوزوآها، شده است. همچنین ضریب بازدهی (Yobs) در راکتور کانیبال شاهد و کانیبال اصلاح شده به ترتیب برابر 389/0 و 092/0 بدست آمد که کاهش چشم گیر 77 درصدی را به همراه داشته است. احداث تانک پیش تصفیه QQ باعث تقویت مکانیسم شکار میکروبی در سیستم کانیبال و افزایش چشمگیر راندمان این سیستم شده و لجن مازاد بیولوژیکی به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.
کلید واژگان: لجن مازاد, فرآیند کانیبال, شکار میکروبی, تخریب حد نصاب احساسThe removal and treatment of sludge from municipal wastewater treatment plants is important due to environmental factors, so there is a significant incentive to discover and develop strategic plans to reduce excess sludge production in sewage treatment processes. Activated sludge system is used as the main biological process for municipal and industrial wastewater treatment and an excess sludge production rate in this process is between 15-100 liters per kilogram of removed BOD5. One of The usages an anaerobic reactor in the activated sludge system known as the Cannibal process that is one of the conventional methods used to reduce the sludge production rate at the sewage treatment line, which has low operating costs and relative simplicity to process design. The system's overall reducing efficiency is generally up to 50%. The purpose of this process is less production of sludge and also improvement of wastewater quality. In order to achieve reduction in excess sludge production, different mechanisms are considered which include microbial predation, uncoupling metabolism, endogenous metabolism and lysis-cryptic growth. The microbial predation mechanism is one of the important mechanisms in the cannibal process that is a suitable choice for reduction of excess sludge because of its low strategic cost and environmental compatibility. The objective of this research is the applicability of Quorum quenching (QQ) phenomenon in a conventional Cannibal process for enhancing the microbial predation mechanism to improve the efficiency of reducing sludge and other effective sludge parameters. Quorum sensing system is a new method of managing social behavior of microbial Population. The decomposition of Acyl Homosserine Lactones (AHL) is the most usable and practical way for creating disturbance in Quorum sensing system. For increasing the free bacteria population, Quorum quenching agent is used in the aerobic tank. These enhance microbial predation and show decrease in Extracellular Polymeric Substances (EPS). So far many bacteria with QQ feature are reported in biological wastewater treatment reactors. The basis of this project was designed in two laboratory phases and the reactors were operated with synthetic wastewater. In the first phase, the cannibal process was used in the form of a laboratory reactor, and in the second phase, by installing a separate aeration reactor and adding the Rhodococcus sp.BH4 bacteria, a quorum quenching bacteria, in a polymeric structure of alginate and introduced as QQ beads. The modified Cannibal process was designed. Microbial predation mechanism is one the methods that increase population of eukaryotic predators by changing the microbial structure of activated sludge system; by this method, efficiency of reduction of excess sludge production is increased. The results showed that the presence of QQ grains led to an increase in the number of eukaryotic species. The yield coefficient (Yobs) in the modified Cannibal and the control Cannibal was 0.389 and 0.092, respectively, with a significant decrease of 77%. Also, the results of EPS, which indicates the proper functioning of this system, has been analyzed and investigated. The applied QQ primary treatment enhances the Microbial predation mechanism in Cannibal system, significantly improve the efficiency of this system, and biological excess sludge notably is decreased.
Keywords: excess sludge, Canibal Process, Microbial predation, Quorum Quenching -
کشت ریزجلبک به دلیل توده زیستی بالا، تولید چربی، حذف کربن، کشت در اراضی غیرقابل استفاده و طیف گسترده ای از محصولات نهایی مورد توجه قرار گرفته است و تحقیق در خصوص افزایش بهره وری و کاهش هزینه ها، تجاری سازی موجب تسهیل کشت این موجودات می شود. امروزه به دلیل هزینه بالای سنتز محیط کشت در مقیاس صنعتی از فاضلاب به عنوان محیط کشت ارزان و قابل دسترس استفاده شده و همچنین تصفیه فاضلاب و تولید بیودیزل از مزیت های دیگر این سیستم است. هدف این پژوهش بهینه سازی رشد و کیفیت زیست توده ریز جلبک بومی کلرلاسوروکینیانا با استفاده از نانو ماده آمینوکلی منیزیم در محیط کشت فاضلاب شهر ساری بود. در این تحقیق تجربی با بهره گیری از روش پاسخ سطح - طراحی مرکزی [1] (RSM-CCD) تاثیر سه فاکتور دما، شدت نور و غلظت نانو ماده بر وزن خشک زیست توده، نرخ رشد مخصوص، مقادیر کلروفیل و کارتنویید در محیط کشت فاضلاب در 12 ساعت روشنایی و 12 ساعت خاموشی موردبررسی قرار گرفت. آناالیز نتایج نشان از افزایش وزن خشک زیست توده، نرخ رشد مخصوص، کلروفیل و کارتنویید به ترتیب معادل 13/47، 26/30، 33/81 و 47/36 درصد در شرایط بهینه دمای 20 درجه سانتی گراد، شدت تابش 2000 لوکس و مقدار 05/0 گرم در لیتر نانو ماده آمینوکلی منیزیم نسبت به نمونه شاهد حاصل شد. همچنین به منظور قابلیت اجرایی بودن پژوهش حاضر شرایط آزمایش در فاضلاب واقعی انجام شد.
کلید واژگان: کلرلاسوروکینیانا, فاضلاب شهری, نانوماده آمینوکلی منیزیم, RSM-CCDDue to considerable carbon removal, high on-site biomass, and lipid production compared to traditional agriculture, and a wide range of final products, recent research has focused on the facile commercialization of Microalgae by increasing productivity and cost-effectiveness. Nowadays, wastewater is used as an inexpensive and easy-accessible culture medium rather than expensive culture medium synthesis on large scale, therefore, simultaneous wastewater treatment and production of biodiesel from microalgae can be considered sustainable, cost-effective, and environmentally friendly approach. In this regard, the present study is aimed to optimize the growth and biomass quality of Chlorella sorokiniana pa.91 microalgae from Sari wastewater culture medium using Magnesium Aminoclay nanomaterial (MgAC). In this study by application of the surface response method - central design, the effect of temperature, light intensity, and nanomaterial concentration was investigated on the parameters including the dry weight of biomass on the seventh day, specific growth rate, chlorophyll, and carotenoids in wastewater after 12 h exposure to visible light. Under 37 μmol photons, m-2 s-1 radiation intensity, and in the presence of 0.05 g/L of magnesium aminoclay NM at 20 °C, the optimal condition including biomass dry weight, specific growth rate, chlorophyll, and carotenoids increased by 47.13, 30.26, 81.33 and 36.47% respectively compared to the control sample. Also, to make the present study feasible, the test conditions were performed in real wastewater.
Keywords: Chlorella Sorokiniana pa.91, waste water, MgAC, RSM-CCD -
افزایش سرسام آور جمعیت جهان طی چند دهه گذشته و روند توسعه ناپایدار جوامع شهری باعث تجاوزات آشکار به زمین ها و اکوسیستم های ارزشمند حاشیه شهرها شده است. تالابها مهمترین این اکوسیستم ها هستند که طی صدههای اخیر با توسعه نامتوازن شهرها به کلی بلعید شده و نابود یا تخریب شدهاند. تغییر دیدگاه در فرایند توسعه شهرها از شکل ها و الگوهای نامطلوب سازهای به سوی توسعهی دوست دار محیط زیست، باعث شکل گیری مفهوم جدیدی تحت عنوان شهرهای اکولوژیک شده است. در این شهرها سعی میشود تا ارزش های ذاتی محیط زیست در تصمیمات مدیریت شهری و برنامه ریزیهای توسعه منعکس شده و بروز یابد. به این ترتیب، با ایجاد تعامل سازنده میان محیط زیست، اقتصاد، سیاست و فاکتورهای فرهنگی-اجتماعی، شهرها در هماهنگی با طبیعت به شکوفایی رسیده و توسعه خواهد یافت. توجه به نقش تالاب در بهبود فضاهای شهری، به دلیل واهمه همیشگی انسان از تاثیرات ناآشنای این محیط ها بر امنیت و سلامت انسان با تاخیری تاریخی همراه بوده است. تنها در سال های اخیر و آن هم از منظر محیط زیستی، کنوانسیون جهانی حفاظت از تالابها معروف به کنوانسیون رامسر ایده شهرهای تالابی را جهت حفاظت از تالابهای داخل و پیرامون شهرها پیشنهاد کرده است. در این تحقیق با تشریح مفهوم شهرهای تالابی، بهداشت آب که مهمترین چالش در بهره برداری مستقیم از تالابها است، با بررسی یک نمونه موردی در شهر بابل مورد بررسی و آزمون قرار میگیرد.
کلید واژگان: شهرهای تالابی, توسعه شهری, کیفیت آب, بابلThe staggering growth of the world's population over the past few decades and the unsustainable development of urban communities have led to blatant encroachments on valuable land and suburban ecosystems. Wetlands are the most important of these ecosystems, which in recent centuries have been completely swallowed up and destroyed by the unbalanced development of cities. The change of perspective in the process of urban development from undesirable forms and patterns of structures to environmentally friendly development has led to the formation of a new concept called ecological cities. In these cities, efforts are made to reflect and update the intrinsic values of the environment in urban management decisions and development planning. In this way, by creating a constructive interaction between the environment, economy, politics and socio-cultural factors, cities will flourish and develop in harmony with nature. Attention to the role of wetlands in the improvement of urban spaces, due to the constant fear of humans from the unfamiliar effects of these environments on human safety and health has been associated with historical delays. Only in recent years, and from an environmental point of view, the World Wetlands Conservation Convention, known as the Ramsar Convention, has proposed the idea of wetland cities to protect wetlands in and around cities. In this study, by explaining the concept of wetland cities, water hygiene, which is the most important challenge in the direct operation of wetlands, is examined and tested by examining a case study in the city of Babel.
Keywords: Wetlands, urban development, water quality, Babylon -
تالاب ها به دلیل مشخصات اکولوژیکی خاص خود و زمان ماند بالای آب، می توانند تا حد زیادی به تصفیه طبیعی و کاهش آلودگی آب های سطحی کمک نمایند، از این رو تالاب ها را کلیه های زمین می دانند. در این پژوهش به منظور بررسی تاثیر تالاب در تصفیه طبیعی آلودگیهای ورودی نسبت به مدلسازی اکولوژیکی یکی از بزرگترین تالابهای شهری کشور، تالاب گل نیلوفر بابل، توسط مدل سه بعدی MIKE3 و ماژول آزمایشگاه اکولوژیک (ECOlab) اقدام شده است. برای این منظور با استفاده از داده های برداشت میدانی، اطلاعات ایستگاه های هواشناسی و مشخصات کمی و کیفی جریان ورودی، مدل کامپیوتری تالاب ساخته و سناریوهای جریان در شرایطی واقعی مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده از مدلسازی تالاب در فصل بهار، مشاهده شد تالاب در طول این مدت تا حد خوبی به تصفیه آب ورودی کمک نموده و توانسته است تا میزان مشخصی از شدت آلودگی آن بکاهد به نحوی که BOD ورودی به تالاب (mg/l 5/5) با توجه به زمان ماند 18 تا 24 روزه در حوضچه های اول و دوم تالاب در نهایت در انتهای فصل، در خروجی به میزان 7/4 و 3 mg/l دست یافت که به طور مطلوبی نزدیک به اندازه گیریهای میدانی است.
کلید واژگان: تالاب, تصفیه طبیعی, غلظت اکسیژن بیولوژیکی, هیدرودینامیک جریانAmong surface water resources, wetlands have special importance in providing habitat for various plant and animal species due to their ecological roles. Wetlands are swampy areas, reservoirs, and natural and man-made ponds that have static or flowing water, fresh or saline, permanent or temporary. One of the most important but little known traits of wetlands is to improve surface water quality. These systems can provide effective treatment for a variety of contaminants in the water, hence they are known as "natural water purifiers". Removal of pollutants occurs by the effect of simultaneous operation of physical, chemical, and biological processes including deposition, filtration, chemical reduction, adsorption, biodegradation, photo-oxidation, consumption by animals and plants, etc. The mechanisms and interdependencies between the ecological components of the wetland are complex and many of them are not yet fully understood.
With the development of technology and the use of computers in engineering processes, the use of computer models to simulate ecological processes in natural ecosystems has become very common during the last years. Therefore, making an appropriate hydrodynamic model of the water body with the ability to simulate the affecting processes for the fate and transmission of the pollutant, has become a technical necessity.
So far, several field studies and computer simulations have been reported to evaluate the efficiency of the wetlands to improve water quality under the predicted load of pollution entering the wetlands. The experience of using mathematical models for the simulation of the wetlands has shown the high ability of these models for the simulation of the complex ecological processes. So the computer models have seriously been considered as a modern tool for the management of wetlands and improving its purification efficiency.
In the current study, the experiences of Babol city in the province of Mazandaran for the planning of a city wetland i.e. GoleNilofar wetland, to the common space is reported. The hydraulic retention times in wetland different basins are about 20 to 60 days. The inflow to the wetland is not changing along the seasons and was measured about 0.153 m3/s in spring, 0.157 m3/s in summer, 0.273 in fall and 0.217 m3/s in winter
In this study, the computer model of the GoleNilofar wetland is developed using Hydrodynamic and ECOLab modules of the MIKE3 software. The FM hydrodynamic model is a basic numerical model for the flow simulation in MIKE3 that can be used in all water bodies i.e. the wetlands, rivers, bays, coastal waters, and open oceans. This model can simulate the flow unsteady three-dimensional features in the conditions of density changes in the environment. The model can simulate the impacts of external forces including meteorological and tidal parameters. The EcoLab module of MIKE software was developed as a modeling tool to investigate the effects of natural aeration, sunlight photooxidation, and sedimentation together with the plants and bacterial uptakes on the fate of organic matter and purification capability of the different water bodies. In the simulations, only BOD (Biochemical Oxygen Demand) time variations and spatial changes in the wetland were investigated. The amount of oxygen needed by microorganisms for the oxidation of degradable materials within 5 days is called BOD5 i.e. 5-day biological oxygen demand. Biological oxygen demand is one of the most important indicators of water pollution. Water contamination is caused by external material in a suspended or dissolved form that changes the physical, chemical, and biological properties of water.
The BOD of the inflow was measured by sampling the incoming current in different seasons along 1398 (2019-2020). The BOD together with the discharge flow rate, temperature, and density of the water are modeling inputs that are required for the simulation. Here in this paper, the results of the wetland ecological simulations have been reported for the season of the spring. This season is selected as it is the beginning of a growing season in the wetland. To better investigate the distribution of pollutants and the changes in the flow properties, the water body of the wetland is assumed to be stationary and the concentration of BOD is considered equal to zero at the beginning of the simulation. So the inflow to the wetland (to the pond 1) was measured 0.153 m3/s and the BOD of incoming water was measured 5.5 mg/l, both of which did not change significantly during the spring. The time interval of 3 hours and the number of steps of 735, equivalent to one whole season is introduced to the model. Finally, the simulation results at the end of spring were compared with the observed values from the field sampling at the beginning of summer.
As a result of hydrodynamic modeling when the wind speed is at its maximum during the season, i.e. 9 m/s, the flow velocity in the wetland is also at its maximum. For wind speeds of 9 m/s, the velocity of the surface flow was above 0.37 m/s, which due to the closed boundaries of the environment, lead to deep current and material conduction to water depth. Ecological modeling exhibited that due to the chemical and biological processes, as well as the long retention time of the pollution in the wetland, distancing from the entrance, the BOD decreases clearly. According to the discharge flow rate and volume of each pond, the retention time in the first pond is about 18 days, in the second pond 24 days, and the third pond 73 days. The results also showed that the amount of BOD entering the wetland (5.5 mg/l) at the end of spring and early summer reaches 4.7 mg/l at output 1 and about 3 mg/l at output 2. The field measurements of BOD at the beginning of summer in both outlets showed the values of 4 and 3.4 mg/l, respectively. Comparison of the modeling results with our field observation at the end of this season exhibited that the model can predict the BOD concentration with 80% accuracy without adjusting the coefficients and only using the values reported for similar conditions in previous studies.
In this work, an ecological model has developed using the ECOLab module of MIKE3 for the Gole-Niloufar wetland which is an urban wetland in the city of Babol, north of Iran. The cpability of the wetland to improve the quality of incoming water has been discussed. This waterbody is a valuable natural resource in the region in terms of entertainment and recreation and has been used to supply water to rice farms downstream. In the developed model, the wetland is simulated during the spring for 93 days with 735 of 3-hour time steps in which the actual data of the inflow and BOD have been utilized. The BOD parameter was selected as an indicator of contamination to the organic matters and the process of transfer, diffusion, and decomposition were investigated by hydrodynamics modeling of the flow and the simulation of the BOD degradation in the wetland. The calculated values were compared with the field measurements at the end of the season and the accuracy of the model was investigated. A comparative study of the results with the field data exhibited that the model can predict the degradation of BOD concentration in the ponds. The results of this study showed that due to the high retention time, low flow rate, and the natural rehabilitation and purification, this wetland can reduce pollution to a desirable level. It has also been observed that the water quality of the wetland depends on the physical, chemical, and biological processes of wetland beside the properties of the incoming water. So improving the wetland performances from this perspective can ensure the safe use of water downstream.Keywords: wetland, biological oxygen demand, Hydrodynamic of flow, natural treatment -
زمینه و هدف
کاهش حجم لجن تولیدی تصفیه بیولوژیکی به روش لجن فعال، از اهمیت بالایی برخوردار است. واحد آبگیری، وظیفه جداسازی آب مازاد از لجن را به عهده دارد. مطالعه حاضر با هدف بررسی اثر سیستم انتشار امواج اولتراسونیک بر مواد منعقد کننده در فرآیند آبگیری و افزایش جامدات کیک لجن انجام شد.
مواد و روش هااین مطالعه تجربی به صورت ناپیوسته و در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد. در طی 2 فصل، تعداد 12 نمونه با فاصله زمانی 15 روزه از تصفیه خانه برداشت گردید. متغیرهای تحقیقات شامل: چگالی اولتراسوند (0/375، 0/75، 1، 1/3 و 2/5) بر حسب وات بر میلی لیتر، زمان (1، 5، 10، 15 و 30) بر حسب دقیقه و انرژی ورودی ویژه (208، 1041، 2083، 3124 و 6249) بر حسب کیلوژول بر کیلوگرم جامدات معلق بود. تاثیر امواج اولتراسونیک با استفاده از دستگاه سنجش اندازه ذرات بر روی مواد منعقد کننده مورد مطالعه قرار گرفت.
یافته هامیزان بهینه جامدات کیک لجن و زمان مکش موئینه برابر 26/4% و 86 ثانیه برای شرایط راهبری زمان و انرژی ورودی ویژه برابر 5 دقیقه و 1041 کیلوژول بر کیلوگرم جامدات معلق به دست آمد. میزان d10، d50، d90 و متوسط اندازه ذرات با اعمال امواج اولتراسونیک به ترتیب برابر 6/3، 44/2، 24/4 و 28/84 میکرومتر بود.
نتیجه گیریامواج اولتراسوند موجب ایجاد خلل و فرج در ساختار فیزیکی پلیمرها شده و با افزایش بار سطحی کاتیونی، موجب افزایش میزان جذب ذرات و بزرگ تر شدن لخته ها و سبب افزایش میزان جامدات کیک لجن و در نتیجه افزایش آبگیری می گردد.
کلید واژگان: امواج اولتراسونیک, آبگیری, جامدات کیک لجن, لجن مازاد, منعقدکنندهBackground and purposeReducing the amount of sludge produced by the biological treatment of active sludge is of great importance. The main task of dewatering unit is to separate water from excess sludge. The aim of this study is to determine the effect of ultrasonic waves on coagulants in improving the sludge dewatering process and increasing solid content of sludge cake.
Materials and methodsThis is an experimental study performed in batch laboratory scale. During the two seasons, 12 samples were taken at 15 days’ intervals. Variables include ultrasound density (0.375, 0.75, 1, 1.3 and 2.5) in watts per ml, Time (1, 5, 10, 15 and 30) in minute, and specific energy input (208, 1041, 2083, 3124 and 6249) in kilojoule on kilo total suspended solids. The effects of ultrasonic waves on coagulants were investigated by using Particle Size Analizer (PSA).
ResultsThe optimum amount of solid content of sludge and capillary suction time (CST) was equal to 26.4 percent and 86 seconds in sonification time of 5 minutes and specific energy input of 1041 kj/kg TS. By applying ultrasonic waves, d10, d50, d90 and average particle size amount were equal to 6.3, 44.2, 24.4 and 28.84 micrometers respectively.
ConclusionUltrasound waves create pores in the physical structure of the polymers and the increase of cationic surface charge increases the adsorption of particles and made larger flocs and can increase the solid content of sludge and improve sludge dewatering process.
Keywords: Coagulant, Dewatering, Excess sludge, Solid content of sludge, Ultrasonic Waves -
شیرابه ی تولید شده در لندفیل بدلیل ساختار پیچیده و آلودگی بالا نیازمند روش های تصفیه ی فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی پیشرفته ای می باشد.یکی از روش های تصفیه ی شیرابه که اخیرا بسیار مورد توجه قرار گرفته است ، تصفیه ی شیرابه توسط گرانولهای هوازی در راکتور SBAR می باشد.در این آزمایش ساخت گرانولها و تصفیه ی شیرابه در دو فاز مجزا انجام شده است: ساخت گرانول در راکتور SBAR به مدت 28 روز با افزایش بارگذاری تا 6000 میلی گرم در لیتر و تصفیه شیرابه در همین راکتور به مدت 24 روز تا بارگذاری 6000 میلی گرم در لیتر انجام شده است.باتوجه به تغییر فاضلاب ورودی و جایگزینی شیرابه بجای فاضلاب مصنوعی ، در برخی گرانول ها فروپاشی اتفاق افتاده است.نتایج نشان می دهد بعد از خو گرفتن گرانولها به شیرابه ورودی به راکتور ، افزایش فعالیت باکتریایی منجر به بهبود راندمان تصفیه شیرابه در سیستم شده و راندمان حذف COD در راکتور به 90% رسیده است.کلید واژگان: گرانول های هوازی, فاضلاب مصنوعی, تصفیه ی شیرابه, حذف CODLeachate generated in the landfill due to the complex structure and high pollution requires developed physical and chemical and biological treatment methods. Aerobic granular sludge is one of the newest technology of immobilized microbes that has the potential to improve the biological wastewater treatment technology. One of the leachate treatment method which have been highly regarded recently is the leachate treatment by aerobic granules in the SBAR reactor. This study has been done for the purpose of treatment of leachate with aerobic granular. In order to optimize the formation of the granules and use it in the leachate treatment of this experiment, the construction of granules and leachate treatment has been done in two distinct phases: granules production has been done in the SBAR reactor for 28 days with increase loading to 6000 mg per liter and leachate treatment has been done in the same reactor in 24 days to loading 6000 mg per liter. The reactor used in this test is made of Plexiglas and has the dimensions 75 *20*20 cm3 and the volume of 28 liter. To link the upper and lower part of the reactor as well as effective mixing in the reactor an airlift PVC pipe has been used with the height of 50 and diameter of 20 cm. Some holes with the diameter of 2 cm has been created at the bottom of the airlift pipe and aeration is in the middle of airlift pipe and the bottom of reactor to led to rotation confusion and the oxygen transfer well done. For granules cultivation the synthetic wastewater containing glucose has been used as the carbon source, the ammonium chloride as the nitrogen source, the potassium dihydrogen phosphate as the phosphorus source as well as the micronutrients such as magnesium sulfate, ferrous sulfate, calcium chloride, potassium dihydrogen phosphate. At first the granules are made with synthetic wastewater in 6-hour cycles containing 30 minutes feeding, 270 minutes aeration, 30 minutes settling, 30 minutes wastewater discharge. In this experiment, the temperature has been controlled in the range of 20-23 C and DO in the range of 6-8 ppm and PH in the range of 7.5-8.3. In the next stage, the feasibility of using these granules in the leachate treatment has been tested. The results of the MLSS, SVI, VELOCITY, DIAMETER, COD REMOVAL tests show that the granules produced from synthetic glucose wastewater will be able to purify leachate. Synthetic sewages loading in the 6-hour cycles and the organic loading increases have been done till the formation of granules in 28 days. After each cycle, the parameters mentioned above were examined and the sludge morphology. With the entering of synthetic sewage to the reactor, at first the suspended solids increased and the granule's seeds production reduced. With the consolidation of granules and its sustainability, the leachate is injected to the reactor and is replaced by the artificial sewage. With the arrival of leachate to the reactor, the granules start to disintegrate and thus lead to an increase in the suspended solids of the system. Due to the change of the raw sewage and replacement of leachate instead of synthetic sewage, in some granules collapse happened. The results show that when granules are accustomed to the leachate entering the reactor, increase of bacterial activity lead to the improvement of efficiency of leachate treatment in the system and the efficiency of COD removal reached 90%.Keywords: aerobic granules, synthetic wastewater, leachate treatment, COD removal
-
مقدمهامروزه آبگیری لجن، یکی از مشکل ترین فرایندها در تصفیه خانه های فاضلاب و مساله مهمی جهت افزایش میزان تصفیه و کاهش آلودگی محیط زیست می باشد. هدف از انجام تحقیق حاضر، تعیین اثر سیستم انتشار امواج اولتراسونیک جهت بهبود آبگیری لجن، افزایش میزان جامدات در کیک لجن و تعیین محدوده بهینه شاخص های راهبری در استفاده از روش اولتراسونیک بود.روش هااین مطالعه به روش تجربی- آزمایشگاهی و به صورت ناپیوسته انجام شد و در آن تاثیر متغیرهایی مانند چگالی اولتراسوند (بر حسب وات بر میلی لیتر)، زمان (بر حسب دقیقه) و میزان لجن قرار گرفته در معرض سونیفیکاسیون (بر حسب درصد)، بر میزان جامدات کیک و آبگیری لجن مورد بررسی قرار گرفت. میزان جامدات در نمونه های لجن قبل از آبگیری، 9/0 ± 3/20 درصد به دست آمد. داده ها در نرم افزار SPSS تجزیه و تحلیل گردید.یافته هامیزان بهینه زمان سونیفیکاسیون، 5 دقیقه و چگالی اولتراسوند 1 وات بر میلی لیتر مشخص شد. همچنین، میزان لجن قرار گرفته در معرض سونیفیکاسیون، 15 درصد و فرکانس حاصل شده، 20 کیلوهرتز بود. میزان جامدات کیک لجن در این شرایط، 4/26 درصد به دست آمد که معادل 30 درصد بهبود در آبگیری لجن بود.نتیجه گیریامواج اولتراسونیک و میکرو و نانوحباب های کاویتاسیون، قابلیت افزایش میزان جامدات کیک لجن را دارند و می توانند سبب بهبود فرایند آبگیری و افزایش راندمان تصفیه لجن شوند.کلید واژگان: لجن مازاد, آبگیری, جامدات کیک لجن, امواج اولتراسونیکBackgroundNowadays, sludge dewatering is one of the most difficult treatment processes in wastewater treatment plants. This subject is an important challenge in decrease of environmental pollutants. The purpose of this study was effect of ultrasonic waves on improve sludge dewatering, increasing solid content of sludge and determine the optimum operating parameters of the ultrasonic method.MethodsAn experimental study was carried out as a batch mode. In this research effect of some variables include ultrasound density (watts per ml), Time (minutes) and amount of sonificated sludge (percentage) on the solid content of sludge and sludge dewatering was measured. The solid content of sludge samples in prior to dewatering was 20.3 ± 0.9 percent. Sstatistical analyses were performed using SPSS version 18.
Findings: The experiments determined that the optimum operating parameters are sonification time of 5 minutes, ultrasound density of 1 W/ml, amount of sonificated sludge equal to 15% and a frequency of 20 kHz, which is the amount of solid content of sludge equal to 26.4 percent that is equal to 30 percent increase in dewatering of sludge.ConclusionBased on the results of this research, ultrasound waves and micro and nano-bubbles of cavitation could increase the solid content of sludge and improve sludge dewatering process and sludge treatment efficiency.Keywords: Excess sludge, Dewatering, Solid content of sludge, Ultrasonic waves -
تصفیه لجن تصفیه خانه های فاضلاب یکی از مشکل ترین فرآیندهای تصفیه و چالشی اساسی برای متخصصین و مسئولان می باشد. مهمترین شاخص وجود عوامل بیماری زا در لجن و فاضلاب کلیفرم ها می باشند. امواج اولتراسوند در فرکانس های 20 تا 200 کیلو هرتز و سطوح بالای انرژی یکی از روش های جدید جهت گندزدایی در تاسیسات فاضلابی هستند. هدف از انجام این تحقیق، تعیین اثر سیستم انتشار امواج اولتراسونیک با طول موج پایین جهت حذف کلیفرم کل و Escherichia coli از لجن و تعیین محدوده بهینه پارامترهای راهبری در استفاده از روش اولتراسونیک می باشد. این تحقیق یک مطالعه توصیفی تحلیلی است که به صورت ناپیوسته و در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد. بر این اساس طی دو فصل تابستان و پائیز سال 1394، تعداد 12 نمونه با فاصله زمانی 15 روزه از لجن تصفیه خانه فاضلاب جنوب تهران برداشت و تاثیر چگالی اولتراسوند (375/0، 75/0، 1، 3/1 و 5/2) بر حسب وات بر میلی لیتر و زمان (1، 5، 10، 15 و 30) بر حسب دقیقه بر میزان کلیفرم کل و Escherichia coli لجن بررسی شد. دستگاه اولتراسونیک مورد استفاده در این تحقیق، از گونه پروبی با بیشینه توان خروجی 750 وات و با فرکانس ثابت راهبری 20 کیلوهرتز بود. کلیه آزمایش های میکروبی به روش MPN در چند مرحله احتمالی، تائیدی و تکمیلی به روش 15 لوله ای انجام گردید و واحد به صورت MPN در 100 میلی لیتر گزارش گردید. این آزمایش ها در محل آزمایشگاه نانو و آب و فاضلاب دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران و بر اساس آزمایش شماره 9221 کتاب روش های استاندارد برای آزمایشات آب و فاضلاب انجام گرفت. امواج اولتراسونیک با تخریب دیواره های سلولی عوامل بیماری زا، ویروس ها و میکروب ها و از هم پاشیدن این عوامل بیماری زا موجب گندزدایی جریان لجن می گردند. از سوی دیگر دمای بالای ایجاد شده در اثر پدیده کاویتاسیون نیز می تواند به صورت موضعی موجب از بین رفتن عوامل بیماری زا گردد. به نظر می رسد که نیروی هیدرودینامیکی بالا و دمای بالای موضعی ایجاد شده مهمترین مکانیسم های تاثیرگذار در فرآیند گندزدایی لجن بر اثر اعمال امواج اولتراسونیک می باشند. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش زمان و افزایش چگالی اولتراسوند، میزان حذف کلیفرم کل و Escherichia coli افزایش می یابد. همچنین، زمان سونیفیکاسیون بهینه برابر 30 دقیقه و چگالی اولتراسوند بهینه برابر با 5/2 وات بر میلی لیتر در فرکانس 20 کیلوهرتز، بدست آمد. میزان حذف کلیفرم کل و Escherichia coli در این شرایط بیش از 99 درصد و معادل log 2 بوده است.
کلید واژگان: کلیفرم کل, لجن, Escherichia coli, امواج اولتراسونیکIntroductionSludge treatment in wastewater treatment plants is one of the most difficult challenges for professionals and officials (Heidari et al., 2014). The most important indicator of the presence of pathogens in the sludge and wastewater is the presence of coliforms (Tchobanoglous et al., 2003; Metcalf & Eddy, 2003). Ultrasound waves at frequencies of 20 to 200 kHz with high levels of energy is one of the new methods for disinfection of water and wastewater treatment plants (Foladori et al., 2010; Show et al., 2007; Pilli et al., 2011). The purpose of this study is to determine the effect of ultrasonic waves with a low wavelength to improve removal rate of total coliform and Escherichia coli in sludge and determine the optimum operating parameters of the ultrasonic method.
Materials And MethodsThis study is a cross-sectional study that was conducted in a laboratory-scale batch. Accordingly, during two seasons, 12 samples were taken at an interval of 15 days. In this research, variables include ultrasound density (0.375, 0.75, 1, 1.3 and 2.5) in watts on ml and time (1, 5, 10, 15 and 30) in minutes. In this research the influence of these variables on the total coliform and E coli of sludge is measured. The ultrasonic device used in this study was a probe with a maximum output power of 750 watts and frequency of 20 kHz. All bacteriological tests were conducted using the MPN method in a few steps of possibility, confirmation and completion and they were performed using 15 tube methods with units of MPN per 100 ml. All the experiments have done in the Nano, Water and Wastewater laboratory of the Department of the Environment at the University of Tehran. All the experiments were performed on the basis of standard methods for water and wastewater experiments with No. 9221 (APHA, 2005).
Results And DiscussionWith ultrasonic waves and through the destruction of the cell walls of pathogens, viruses and microbes and the disintegration of pathogens result in the disinfection of sludge. The high temperatures caused by cavitation can also be locally led for the elimination of pathogens. It seems that the hydrodynamic force and local high temperature zones caused by the cavitation phenomenon are the most important mechanisms influencing sludge disinfection process through applying ultrasonic waves. The results of this study showed that removal of total coliform and E. coli increased with an increase in the time and ultrasound density. The experiments determined that the optimum operating parameters are a sonification time of 30 minutes, ultrasound density of 2.5 W/ml in a frequency of 20 kHz. The removal rate of total coliform and Escherichia coli under these circumstances was more than 99 percent which is equal to the removal of 2 logs.
ConclusionBased on the results of this research, ultrasound waves can remove coliform and disinfect the sludge and can increase the treatment rate.
Keywords: Total coliform, Sludge, Escherichia coli, Ultrasonic waves -
زمینه و هدفتصفیه و آبگیری لجن تصفیه خانه های فاضلاب یکی از مشکل ترین فرآیندهای تصفیه و چالشی اساسی برای متخصصین و مسئولان می باشد. هدف از انجام این تحقیق تعیین اثر سیستم انتشار امواج اولتراسونیک با طول موج پایین و سطح بالای انرژی جهت بهبود خاصیت آبگیری لجن و تعیین محدوده بهینه پارامترهای راهبری در استفاده از روش اولتراسونیک بود.روش کارمتغیرهای تحقیق شامل چگالی اولتراسوند (375/0، 75/0، 1، 3/1 و 5/2) بر حسب وات بر میلی لیتر، زمان (1، 5، 10، 15 و 30) بر حسب دقیقه و میزان لجن قرار گرفته در معرض سونیفیکاسیون (10، 15، 20، 50 و 100) بر حسب درصد بود. در این مطالعه، تاثیر این متغیرها بر میزان زمان مکش موئینه (CST) و قابلیت آبگیری لجن سنجیده شد.یافته هانتایج این تحقیق میزان بهینه زمان سونیفیکاسیون را برابر 5 دقیقه و چگالی اولتراسوند را برابر 1 وات بر میلی لیتر نشان داد. همچنین میزان لجن قرار گرفته در معرض سونیفیکاسیون 15 درصد و فرکانس بدست آمده 20 کیلوهرتز بود. میزان CST در این شرایط برابر 86 ثانیه بدست آمد.نتیجه گیریبا توجه به نتایج بدست آمده از این تحقیق، امواج اولتراسوند قابلیت بهبود فرآیند آبگیری لجن را داشته و می توانند سبب افزایش میزان تصفیه گردند.کلید واژگان: قابلیت آبگیری, لجن مازاد, امواج اولتراسونیک, زمان مکش موئینهJournal of Health, Volume:7 Issue: 5, 2016, PP 611 -620Background and ObjectivesSludge treatment and dewatering processes in wastewater treatment plants are one of the most important challenges for professionals and officials. The purpose of this study was to determine the effect of low wavelength and high energy ultrasonic waves to improve sludge dewatering properties and the optimum operating parameters of the ultrasonic method.MethodsIn this research variables include ultrasound density (0.375, 0.75, 1, 1.3 and 2.5w/m), time (1, 5, 10, 15 and 30 min), and amount of sonificated sludge (10, 15, 20, 50 and 100%). In this research effect of the variables on capillary suction time (CST) and sludge dewatering capacity were studied.ResultsThe experiments determined that the optimum operating parameters as; sonification time=5 minutes, ultrasound density=1 W/ml, and amount of sonificated sludge equal to 15% at frequency of 20 kHz. Under these conditions CST was measured as 86 seconds.ConclusionBased on the results of this research, ultrasound waves could improve sludge dewatering process and can increase the treatment rate.Keywords: Dewaterability, Waste Sludge, Ultrasonic Waves, Capillary Suction Time
-
تعیین انرژی الکتریکی مصرفی در فرایند های مختلف تصفیه خانه شهرک صنعتی نصیرآباد با رویکرد مقدارحذف CODدر این تحقیق تصفیه خانه شهرک صنعتی نصیر آباد از لحاظ مصرف انرژی مورد ارزیابی قرار گرفت، این تصفیه خانه با ترکیب سیستم بیهوازی UABRو هوازیIFAS فعالیت می کند،قبض برق مصرفی در ماه های مختلف سال های 1391و 1392مورد بررسی قرار گرفت و متوسط انرژی الکتریکی مصرفی روزانه به ازای یک متر مکعب فاضلاب ورودی در این سال ها محاسبه شدکه به ترتیب 9.42 و 9.73 بوده است، از طرفی تجهیزات الکترومکانیکی تصفیه خانه ارزیابی شد و انرژی الکتریکی روزانه موثر یعنی انرژی که در عمل تصفیه بهره برداری می شد Kwh 5.6 بدست آمد، میزان انرژی غیر موثر در سال های 1391 و 1392 به ازای یک متر مکعب فاضلاب ورودی 3.82 و 4.13 بوده است، در نهایت این نتیجه حاصل شد که مدیریت مصرف انرژی در تصفیه خانه نصیرآباد به درستی صورت نمی گیرد، با توجه به اهمیت بحث انرژی و افزایش قیمت ها و کاهش منابع تولید انرژی باید اقدامات مدیریتی موثری جهت کاهش مصرف انرژی در تصفیه خانه های فاضلاب صورت پذیرد همچنین متخصصان و طراحان تصفیه خانه های آب و فاضلاب باید در طرح های پیشنهادی خود برای اجرای تصفیه خانه ها به انرژی بر بودن فرایند ها همراه با کارایی مناسب بیشتر توجه نمایند.کلید واژگان: فاضلاب صنعتی, مصرف انرژی الکتریکی, CODIntroductionIn the wastewater treatment industry, the general attentionis mostly paidto the effluent quality standards. Regardless of energy consumption, the treatment plants have been designed based on experience rather than the latest scientific findings.The treatment plants are considered as a part of energy equipment which largely consumed electrical energy.Thus, electricity is the great part of the costs of plant utilization so that 25% -40% of the total costs of the wastewater treatment process is related to energy supplies. Therefore, energy is regarded as an important factor in treatment plant costs.This has caused designers to adopt new methods to reduce energy consumption. The study in 2010 indicated that 50 60% of energyconsumed by treatment plants is related to the aeration process. Nowadays, due to the rapid population growth along with recent advances in technology and industry, the amount of pollution has been increased. In addition, environmental standards for effluent quality and its recycling process for different utilization have become much stricter. What was mentioned above increases energy consumption. Hence,energy efficiency, effectiveness of the plan and the utilized equipment and technologies, energy recovery processes and effective cost management has been recently considered more seriously. Additionally, enhancement ofenergy efficiency, which means a further reduction in energy consumption, greenhouse gases production and operation costs of wastewater treatment plants,has become more important.The principal concern of the wastewater industry has always been measures to meet water quality standards in order to keep public trust.Thus,wastewater treatment plants (WWTPs) are usually designed to meet certain effluent requirements, without major energy consideration. Wastewater treatment plants are generally very energy-intensive and expensive to operate. WWTPs are hardly designed forenergy efficiency in mind. Their design and operation areoften based on intuition and experience, rather than on optimal trajectories or set points. The amount of energy consumed by treatment plants is counted as a major factor todetermineoptimum performance. Moreover, due to the fact that the treatment plant system of industrial zones is energy consuming. Theenergy subsidies have been cut and water and electricity tariffs have been raised, thus, energy management has become far more important. Todesign treatment plant equipment, it is necessary to adopt approaches which lead to reduce energy consumption and improve efficiency. Knowledge ofthe real operating efficiency of WWPTs is the starting point for any energy saving initiative.
A study was conducted in 2012 in Sweden on WWTPs energy consumption in which aeration was controlled to reduce energy consumption in a treatment plant to employ activated sludge which affected the amount of dissolved oxygen, the efficiency of the aeration process, and equally the results from treatment process. The amount of energy consumed by treatment plants depends on air flow rate and consequently the rate of oxygen consumption. The rate of oxygen consumption in the activated sludge system is changed by changing the concentration of ammonium or ammonia in the effluent. Therefore,reduction inthe amount of ammonium in the effluent, have reduced air flow rate and consequently the rate of oxygen and the amount of electricity consumption. A study in 2011 in Spain performed on the factors affecting the plant energy consumption. The results indicated that the average amount of energy consumed by WWTPs depends on the input quality parameters, treatment technology, effluent quality and the size of the plant. Furthermore, the amount of energy consumed by smaller plants per unit area is higher compared withthe larger plants.
In an article in 2012, the amount of energy consumption was studied in each physical unit. This study found that there is a strong relationship between biological activity and demand for electricity. In 2013, a study conducted to optimize pumps performance and aeration process in treatment plants. The results suggested that the pumping stations and the aeration in activated sludge process are the most energy consuming parts in treatment plants which consume 22% and 42% of electrical energy, respectively. Thus, in order to reduce energy consumption, the pumps performance should be improved and aeration processes should be optimized.
In the present study, the wastewater treatment plant (WWTP) of industrial zone of Nasirabad was studied which works with a combination of Up flow Anaerobic Baffled Reactor (UABR) system and Integrated Fixed Activated Sludge (IFAS).
Material andMethodsThe aim of this paper is to calculate the electrical energy in different processes for industrial wastewater treatment plants and also to estimate effective electrical energy to remove1 Kg COD. To this end, Nasir Abad industrial wastewater treatment plant was investigated on the basis of energy.The treatment process includes up flow Anaerobic Baffled Reactor(UABR) coupled with Intergraded Fixed/Film Activated Sludge(IFAS) reactors. The present study was conducted using statistical methods and data collectionthrough observation and field study of wastewater treatment plant of industrial town of Nasirabad. Data wereanalyzed through drawing tables and charts in Excel along with making engineering judgment.
In order to study electrical energy consumption in treatment plant of the industrial zone of Nasirabad, theelectricity bills for different months of 2012 and2013are checked.Theaverage daily electrical energy consumptions per 1cubic meter of wastewater ascalculated during these years were 9.42Kwh and9.73 KWh, respectively. Energy consumption varies at different times of day. Thus, electrical energy falls in three categories namely Peak Load, Medium Load, and Low Load periods. According to the table,thePeak Load was set up by the Electricity Distribution Company of Mazandaran province, Iran. Thus,12 hours out of 24 hours a day is considered to be the Medium Load, 6 hours is considered to be the Low Load, and the remaining 6 hours is considered to be the Peak Load period. However, the beginning and ending time of the each group varies from season to season. The electrical energy consumption relatedto each group (Peak Load, Medium Load, and Low Load periods) is multiplied by the correspondingtimes and the sum is considered as the electrical energy consumption relating to the period.Results And DiscussionThe electromechanical equipment of plant in each unit was examined separately and the energy consumption for each unit was evaluated. The units consist of Pumping station, Grit and grease removal tank, equalization tank, Aeration tank, sand filter, disinfectant system, sludge storage, and filter press. The electrical energy obtained from electrical bills includes the energy consumed by the treatment plant equipment, control room, laboratory, and electrical lighting. In this study, the energy used in the treatment plant units wasconsidered as effective energy and the one used in the sections outside of the units was considered as ineffective energy. For exactspecification ofthe energy consumed by the units (the effective energy) and ineffective energy, the electro mechanic equipment should be examined. Therefore, the field study on the treatment plant of the industrial town of Nasirabad was conducted and different treatment processes were examined. The inflow discharge entered into the treatment plant was approximately 620 m3/day. In order to measure the amount of electrical energy used to remove one kilogram COD, the input and output COD were achieved in mg/lit. The entire procedure of the sampling and testing wasperformed according to the instructions and guidelines provided in the standard methods for examination of water and wastewater. Giventhe fact that the average inflow discharge was in m3/day, the removed COD was defined in Kg/day and the effective energy was in Kwh/ m3, the amount of energy per 1 kilogram COD is in Kw. In this WWTP, about %32 of total electrical energy were used for aeration purposes and about %43 in sludge treatment equipment and %25 in primary treatment, disinfectant system and etc. The influent wasmeasured 620 cubic meter for day and the pump efficiency was assumed %80.The effective daily electrical energy as the energy used in the treatment process was 5.6 Kwh. The non-effective electrical energy that used in other process in Nasirabadindustrial wastewater treatment plant for the years of 2012 and 2013 were calculated 3.82Kwhand4.13kWh. In addition, the amount of electrical energy per 1 kilogram of the removed chemical oxygen demand (COD) was obtained.The use of energy for removing 1 kg COD for the years of 2012 and 2013were equal to 2.68Kwh and 2.5 Kwh.ConclusionBased onthe obtained results, it can be concluded that energy consumption is not effectively managed in the treatment plant of Nasirabadand that efficientuse ofelectrical energy,make it possible to preserve electrical energy sources as a national asset and also for considerableeconomization. Moreover, the effective aeration optimization of the pumps and blowers performance in the aeration basin is an important tool to minimize energy consumption in WWPTs. This is a tool to control the aeration system for aeration is a costly process and closely linked to energy consumption. Therefore, theefforts to reduce the overall energy use in WWTPs have largely concentrated on improvement of pumping and optimization aeration.The sludge management and reduction should be considered more seriously. The electrical energy consumed in pumps and blowers has a direct relationship with the rate of aeration in the basins and the level of pressure drop. More appropriateoptimization of aeration units, effectivemanagement ofthem and use ofthe methods such as employing ultrasonic waves and sending them to the wastewater treatment system, which can change the chemical structure and the size of the particulate organic matters, will increase the rate of biological treatment process and consequently the wastewater treatment.Furthermore, the rate of aeration and electrical energy consumption will be reduced. Additionally, by using these waves, a huge amount of excess sludge will be reduced and, therefore, less electrical energy will be consumed for sludge equipment. Moreover, if treatment plants designed in a way that the produced electrical energy and sludge treatment in anaerobic sector can be utilized to generate electrical energy, the treatment plants remarkably gain sufficient independence from energy sources. Thus, it can be possible to save more electrical energy. With regard to the importance of energy and its related issues, rising prices and reduction of energy supplies, the effective managerial approaches should be adopted to reduce energy consumption in wastewater treatment plants. Furthermore, experts and designers of wastewater treatment plants should more seriously consider the amount of energy wasted in the processes as well as enhance energy efficiency. Furthermore, improving energy independence in WWTPs can be effective for energy saving. It is concluded that according to usage of energy in plants equipment and increase inenergy prices, management of energy consumption should be considered more seriously.Keywords: Industrial wastewater Treatment, electrical energy consumption, COD -
در این پژوهش تاثیر واکنش های بیولوژیکی در حذف مواد آلی فاضلاب موجود در شبکه های جمع آوری نوین بررسی شد. برای این منظور شبکه های جمع آوری فاضلاب از جنس PVC تحت جریان ثقلی در مقیاس آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. از چسباندن توری پلاستیکی به عنوان واسطه به سطوح داخلی لوله، برای رشد و الحاق میکروارگانیسم ها، استفاده شد. جهت افزایش غلظت میکروبی و همچنین سرعت بخشیدن به تشکیل بایوفیلم، از لجن فعال تصفیه خانه شهرک یثرب استفاده گردید. فاضلاب مصنوعی با آلودگی مشابه با فاضلاب خانگی در این مطالعه استفاده گردید. در این مطالعه تجربی پارامترهایی مانند BOD، COD، TN، NH3-N ، NO3-N ، TSS، مقادیرDO و ضخامت بیوفیلم در شرایط آزمایشگاهی اندازه گیری شد.
نتایج نشان می دهد بایوفیلم ایجاد شده بر روی سطح یکنواخت نبود و ضخامت آن بین 7/4-3 میلی متر و چگالی سطحی بایوفیلم بین 1/33-3/22 گرم بایومس بر متر مربع بدست آمد. نرخ مصرف اکسیژن تقریبا به 21/0 میلی گرم بر لیتر بر دقیقه بود. غلظت مواد معلق با کاهش 82 درصدی از 105 به 19 میلی گرم بر لیتر رسید. بیشترین راندمان حذف مواد آلی در شبکه، در بار گذاری های مختلف بهره برداری برای BOD ، COD به ترتیب به 59 و54 درصد رسید. با افزایش بار آلی 70% به شبکه فاضلاب، میزان راندمان حذف COD فقط 9% کاهش یافت . در هر دو حالت بارگذاری آلی شبکه، با توجه به غلظت بالایCOD پساب خروجی، شرایط رشد باکتری های نیترات ساز ویا فرآیند نیتریفیکاسیون شکل نگرفت و تغییرات غلظت ترکیبات نیتروژنی ناچیز بود.کلید واژگان: واکنش های بیولوژیکی, شبکه جمع آوری, فاضلاب, بایوفیلمThe composition of wastwwater in sewer lines are changing due to their nature. Wastewater contains large amount of organic materials, therfore it is suseptible to biological disintegritaion. Normally the conditions of sewers dicctate and promote the type of growth of bacteria being either aerobic or anaerobic. Previous studies have shown that large number of concrete sewer lines were found to beeffected by anaerobic bacteria activites. In this experimental investigation the aerobic biological transformation of organic matter in small diameter gravity slope wastewater collection system is evaluated. In this study a sewer network reactor at pilot scale was designed and built. The reactor consists of 15 meters length of PVC with 0.1 m diameter, two storage tanks and re circulating pump. The whole system was set up on a platform with adjustable slope. To ease the Formation of attached growth of micro organism a plastic net was attached on the inner surface of PVC pipe, thus a rough surface for attachment of microorganisms was formed. Due to the variation of hydraulic mean diameter, contact area with flowing wastewater was ranged from 1.88 to 3.77 m2 (half or full). Synthetic wastewater with characteristic municipal wastewater was used. A settled activated sludge fromYasreb wastewater treatment plant in Qaemshahr city was used to start and accelerate the biofilm growth in the reactor. In order to study bio-film attachment rate two P.V.C square plates in dimensions of 10*10 cm were placed perpendicular on the direction flow of wastewater. The reactor was conducted under aerobic conditions in a hydraulic retention time of 7 hours under constant temperature changed about 20 ±3 C. In this study parameter such as BOD, COD, TN and NH3-N and NO3-N were measured on daily basis. The thickness of biofilm increased and formed as irregular with thickness of 3-4.7 mm. Biofilm characteristics analysis showed that density and surface density were respectively 55 mg Ts/cm-3 and between 22.3 and 33.1 m-2. The concentration of suspended biomass was varied from10-15 mgl-1 at optimum COD removal. Oxygen consumption rate was estimated from decreasing rate of soluble oxygen concentration which reached to 0.21 mg l-1 min-1 after 3 weeks of operation. The highest reduction in COD and biological oxygen demand (BOD) concentration were 59% and 54% respectively . By increasing the chemichal oxygen demand (COD) loading by 70 %, removal rate of COD reduced by only 9%. Due to high COD concentration of wastewater effuluent, the nitrification process was limited. In order to nitrify the waste water, a longer hydraulic retention time(HRT) or higher recirculation is required. From the results and analysis it can seen be seen that proposed innovative method is applicable in many fields such as mountainous area, area with water stress ratio, water scarce area and ... which normally an application of conventional wastewater treatment either are costly or impractical.
And also with regard to publicized incentives for using waste water reclaimation as a source of water for agricultral irrigation, thus with more precision in desigin and operation, an effluent of these new configuration of PVC pipes can be used in agri-industryKeywords: reaction, collection networks, wastewater, microorganism, Biofilm -
زمینه و هدفوجود مواد مغذی در فاضلابهای بیمارستانی مشکلات زیست محیطی فراوانی را به دنبال دارد. به همین علت حذف آنها از فاضلاب ضروری است. از جدیدترین تکنولوژی های بکار گرفته شده جهت حذف این مواد بیوراکتورهای غشایی است. این تحقیق با هدف بررسی راندمان فرایند MBR در حذف مواد مغذی از فاضلاب بیمارستان بابل کلینیک انجام گرفت.روش کاردر این تحقیق که به روش توصیفی- مقطعی انجام گردید از یک دستگاه پایلوت MBR در محل تصفیه خانه فاضلاب بیمارستان استفاده گردید. تعداد 30 نمونه از ورودی، خروجی دستگاه پایلوت و خروجی از سیستم تصفیه خانه فاضلاب موجود بیمارستان در مدت 62 روز برداشت گردید. نمونه ها پس از برداشت و انتقال به آزمایشگاه با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر مورد آزمایش قرار گرفتند. تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از نرم افزار 18 SPSS انجام شده و به صورت انحراف معیار و میانگین گزارش شدند.یافته هانیتروژن آمونیاکی6/82 درصد، نیتریت و نیترات1/82 درصد و اورتو فسفات 2/60 درصد کاهش یافت. در حالی که در طی این مدت در تصفیه خانه موجود بیمارستان نیتروژن آمونیاکی 6/38 درصد، نیتریت 4/35 درصد، نیترات1/35 درصد و اورتو فسفات 4/5 درصد کاهش یافته بود.نتیجه گیرینتایج این مطالعه نشان داد که استفاده از روش MBR در تصفیه فاضلاب بیمارستانی تاثیر بسیار بالایی در کاهش مواد مغذی داشته و استانداردهای ورود این گونه پسابها به آبهای پذیرنده تامین می گردد.
Background and ObjectivesPresence of nutrients in hospital wastewater causes a wide range of environmental problems and that their removal from wastewater is necessary. The newest technology for nutrient removal from wastewater is membrane biological reactors (MBR). This study aimed to evaluate the efficiency of nutrient removal from hospital wastewater by MBR process in Babol Clinic Hospital.MethodsThis descriptive cross-sectional study was carried out using a pilot-scale MBR at the wastewater treatment site of the hospital. 30 samples were obtained from influent and effluent of pilot-scale and wastewater treatment plants in 62 days. Samples were taken into the laboratory and spectrophotometer was used to analyze samples. Data were analyzed by SPSS Ver. 18 software and reported as mean ± SD.ResultsIn Pilot-scale plant، NH3_N، NO2_N، NO3_N، and PO4-P decreased by 82. 6، 82. 1، 82. 1، and 60. 2%، respectively. While at the same time respective reduction values for NH3_N، NO2_N، NO3_N، and PO4-P in hospital wastewater treatment plant were 38. 6، 35. 4، 35. 1، and 5. 4%.ConclusionThe results of the study showed that MBR is an effective method to remove nutrients from hospital wastewater and it meet the standards set for the release of effluent to water bodies. -
-
کاغذهای باطله چاپ شده با توجه به ابعاد جوهر و نوع چاپ، می توانند فرایندهای شستشو، شناورسازی، تمیزسازی، پالایش و گریز از مرکز را طی نموده و خمیر جوهرزدایی شده، متناسب با صنایع مرتبط با خمیر کاغذ، حاصل شود. ذره های جوهر با ابعاد 100 تا 400 میکرون، در صنایع محدود جوهرزدایی در داخل کشور، باعث بروز مشکلاتی در خمیر کاغذ شده است. به این سبب در این تحقیق تجربی، روش شناورسازی در جهت حذف جوهر از کاغذهای باطله (چاپ لیزری و زیراکس) با دیدگاه صنعتی - زیست محیطی، بررسی شد. از نتیجه های بررسی تغییرهای کمی مواد شیمیایی بر میزان COD پساب خروجی فرایند، حدود بهینه درصد مواد شیمیایی بر مبنای وزن خشک کاغذ، با در نظر گرفتن حصول حدود 80 درصد حذف جوهر و COD پساب کمتر از 1200 میلی گرم بر لیتر به طور هم زمان در یک مرحله فرایند شناورسازی، مشخص شد. فاکتورهای مهمی از قبیل درصد خشکی خمیر کاغذ، دبی هوای ورودی، زمان هوادهی، زمان اختلاط مواد شیمیایی با خمیر کاغذ، ابعاد ذره های جوهر، ابعاد حباب هوا و ابعاد ستون بر بازده حذف جوهر تاثیر گذار بوده که میزان اثر بخشی هر یک از پارامترها در سیکل های مجزا در شرایط یکسان آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به بررسی فرایند شناورسازی در ابعاد متفاوت پایلوت و نیز سلول شناورسازی صنعتی، این نتیجه حاصل شد که سیستم توزیع هوا و ابعاد حباب های هوا، نقش ارزنده ایی در افزایش بازده و بهینه کردن فرایند، دارد. نتیجه های به دست آمده از تحقیق نشان داد که در شرایط بهینه پایلوت می توان به درصد حذف جوهر تا حدود 95 نیز دست یافت. در نهایت با توجه به تعریف ثابت های سینتیکی مدل تجربی مطرح شده در فرایند شناورسازی، کنترل موردهای فنی، در صورتی که به ترتیب منجر به افزایش و کاهش ثابت های K1 و K2 شوند، سبب افزایش بازده جوهرزدایی می شود.
کلید واژگان: بازیافت, کاغذ باطله, جوهرزدایی, شناورسازی, مدل سینیتیکی, ابعاد حباب, ابعاد جوهر, بار آلودگی شیمیایی, زمان شناورسازی -
صنایع داروسازی یکی از مهم ترین صنایع محسوب می شود و پساب صنعتی حاصل از آن نیز از آلاینده های مهم زیست محیطی است. برای تصفیه این فاضلاب ها عموما از سیستم های ترکیبی بی هوازی و هوازی استفاده می شود.
در این تحقیق تجربی، فرآیند تصفیه بیولوژیکی و شیمیایی پساب خام کارخانه آنتی بیوتیک سازی ایران و رساندن آن به مقدار مجاز برای تخلیه به رودخانه در اشل آزمایشگاهی مورد بررسی، تجزیه و تحلیل قرار گرفته و راه حل اجرائی اصلاح آن ارائه شده است. در روش بیولوژیکی از یک پایلوت آزمایشگاهی پیوسته لجن فعال استفاده شد. برای این منظور یک راکتور به حجم کاری 40 لیتر طراحی و راه اندازی شد که با برقرار کردن و کنترل شرایط بهینه نتایج مطلوبی به دست آمد. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد که سیستم پیوسته لجن فعال در mg/l3100 MLSS= و 5/8-7 pH= وmg/l 6-4DO= و دمای محیط قادر به حذف بیش از 95% مواد آلی موجود در پساب کارخانه آنتی بیوتیک سازی در زمان ماند شش روز است. در روش شیمیایی عملکرد آهک و آلوم به عنوان پیش تصفیه (Pretreatment) و تصفیه مکمل ((post treatment مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که تاثیر این دو منعقد کننده به طور تقریبی مشابه است.
در این تحقیق ثابت های بیوسینتیکی K، Ks، Kd، با استفاده از سیستم لجن فعال نیز برآورد شده است و مقادیر آنها به ترتیب عبارتند از: day-1 1/4، mg/l 500، day-1015/0کلید واژگان: فاضلاب آنتی بیوتیک سازی, انعقاد شیمیایی, لجن فعال, پارامترهای طراحی, ثابت های بیوسینتیکیPharmaceutical industries with regard to their products, produce wastewaters with different characteristics which are treated using aerobic and anaerobic combination system. Antibiotics wastewaters due to the inhibitory effects of certain substance on acidogenics and methanogenic anaerobic bacteria cannot be well treated by conventional methods. In this study, a Plexy glass reactor with working volume of 40 liters equipped with aeration unit was designed and operated under Continuous activated sludge. The results of analysis showed that under special cycle of operation, the proposed system is able to remove 95% of influent COD.The effect of chemical pretreatment showed that 3 gr/lit lime or alum is able to remove 40% of organics materials in the wastewater.The effect of chemical post treatment showed that 0.5 gr/lit lime and 0.5 g/l alum is able to remove 68% of organics materials in the effluent wastewater.In this work biokinetic parameters like Ks, K and Kd which will be useful to design a activated sludge reactor are evaluated. -
رشد جمعیت تمرکز صنایع بزرگ و توسعه کشاورزی در منطقه مرکزی ایران و از جمله حوزه زاینده رود، باعث افزایش تقاضای آبی در منطقه شده است. این در حالی است که این منطقه با محدودیت شدید آب رو به رو می باشد. این مطلب توجه جدی تر به مدیریت آب و بهره برداری بهینه از سیستم های آبی موجود را ضروری ساخته است. این مقاله با استفاده از مدل بهینه سازی خطی و نرم افزار GAMS، بهره برداری بهینه از مخزن سد زاینده رود را در سه مقطع زمانی شرایط فعلی، میانی و توسعه مورد بررسی قرار می دهد...
-
محاسبه میزان نفوذ خرج های گود در اهداف گوناگونبا توجه به کاربرد روزافزون خرجهای گود در جنگ افزارها و پیشرفت تحقیقات کارشناسان نظامی در زمینه بالابردن کارایی این گونه از خرجها، لازمست مهندسین عمران و نیز کارشناسان سازه های مقاوم در برابر سلاحها با این مساله بیشتر آشنا گردند.
در این نوشتار سعی گردیده تا ضمن شناسایی خرجهای گود و نحوه اثر آنها بر اهداف گوناگون، روش محاسبه میزان نفوذ آنها بر مبنای دستورالعملهای متعارف بررسی گردیده و با ارائه پیشنهاد اصلاحی در این زمینه در طراحی زره های حافظتی مساله نفوذ خرجهای گود بیش از پیش مد نظر قرار گیرد.کلید واژگان: خرج گود, جریان همگرا, جت مذاب, نفوذ, هدف
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.