ارزيابي عملكرد بيوراكتور غشايي ناپيوسته در تصفيه فاضلاب مصنوعي : بهينه‌يابي زمان ماند هيدروليكي با هدف كنترل گرفتگي غشا و حذف پارابن‌ها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

با افزايش جمعيت و رشد صنايع، نياز به استفاده بهينه از منابع آبي و كاهش آلودگي‌هاي محيط‌زيستي بيش از پيش احساس مي‌شود. در اين راستا، توسعه و به‌كارگيري سيستم‌هاي مؤثر تصفيه فاضلاب از اهميت بالايي برخوردار است. سيستم بيوراكتور غشايي (MBR) به‌عنوان يكي از فناوري‌هاي پيشرفته تصفيه، به دليل مزايايي نظير كيفيت بالاي پساب، كاهش حجم لجن مازاد، و امكان بهره‌برداري در فضاهاي محدود، مورد توجه قرار گرفته است. با اين حال، مشكلاتي نظير گرفتگي غشا(fouling) ، افزايش مصرف انرژي و هزينه‌هاي نگهداري، از جمله چالش‌هاي اساسي اين فناوري هستند. از سوي ديگر، حضور آلاينده‌هاي نوظهور مانند تركيبات پارابن در فاضلاب، نگراني‌هاي جديدي در زمينه كارايي فرآيندهاي تصفيه به وجود آورده است. اين تركيبات به‌طور گسترده در شوينده‌ها و محصولات آرايشي‌ـ‌ بهداشتي به‌كار مي‌روند. در اين پژوهش، عملكرد يك پايلوت بيوراكتور غشايي ناپيوسته هوازي در مقياس آزمايشگاهي، در تصفيه فاضلاب مصنوعي حاوي تركيبات پارابن مورد ارزيابي قرار گرفت. فاضلاب مصنوعي حاصل از حل كردن 7 گرم پودر شير خشك در 7 ليتر آب تصفيه شده شهري با COD و BOD اوليه حدود 1000 و 550 ميلي‌گرم بر ليتر و كدورت حدود 340 NTU تهيه شد و سه تركيب پارابن با غلظت 200 ميكروگرم بر ليتر به آن افزوده گرديد. سامانه MBR شامل يك راكتور 12 ليتري با غشاي صفحه‌تخت از جنس پلي‌سولفون با مساحت 0456/0 مترمربع و اندازه قطر منافذ 14 نانومتر بود و با هوادهي مداوم و زمان ماند جامدات 30 روز، در سه زمان‌ماند هيدروليكي 24، 12 و 8 ساعت بهره‌برداري شد. پارامترهاي كيفي شامل COD، BOD₅، كدورت، آمونيوم، نيتريت، نيترات و فسفات، به‌همراه شاخص‌هاي گرفتگي (فشار تراغشايي، شار و نفوذپذيري غشا) اندازه‌گيري و تحليل شدند. نتايج نشان داد سامانه در هر سه زمان‌ماند، كارايي مناسبي در حذف بار آلي و كدورت دارد؛ به‌طوري‌كه با وجود ثابت بودن COD ورودي در حدود 1000 ميلي‌گرم بر ليتر، COD خروجي به‌ترتيب به حدود 5/14، 4/35 و 71 ميلي‌گرم بر ليتر كاهش يافت و راندمان حذف در بازه حدود 93 تا 99 درصد قرار گرفت. مقادير BOD خروجي نيز در محدوده 9/2 تا 25 ميلي‌گرم بر ليتر بود كه بيانگر حذف بالاي BOD در همه شرايط است. كدورت پساب خروجي در تمامي فازها به كمتر از حدود 4/0 NTU كاهش يافت و حذف كدورت عملاً در سطح بالاتر از 9/99 درصد تثبيت شد. حذف آمونيوم در بازه حدود 93 تا 99 درصد مشاهده شد و حذف فسفات بين حدود 14 تا 43 درصد متغير بود و با كاهش HRT روند كاهشي نشان داد. از منظر گرفتگي، كاهش زمان‌ماند هيدروليكي منجر به افزايش محسوس سرعت رشد فشار تراغشايي شد؛ به‌گونه‌اي كه نرخ متوسط افزايش TMP از حدود 4/0كيلوپاسكال بر روز در زمان‌ماند 24 ساعت به حدود 7/0 و 2/1 كيلوپاسكال بر روز در HRTهاي 12 و 8 ساعت رسيد و بيانگر تشديد گرفتگي در زمان‌ماندهاي كوتاه‌تر بود. در بخش آلاينده‌هاي نوظهور، در زمان‌ماند 8 ساعت غلظت خروجي متيل‌پارابن، اتيل‌پارابن و بوتيل‌پارابن به‌ترتيب 3/13، 3/19 و 5/4 ميكروگرم بر ليتر به‌دست آمد كه متناظر با راندمان حذف حدود 4/93، 4/90 و 8/97 درصد است. در زمان‌ماندهاي 12 و 24 ساعت براي هر سه تركيب، غلظت خروجي كمتر از حد تشخيص 5/4 ميكروگرم بر ليتر گزارش شد؛ بنابراين راندمان حذف در اين دو فاز حداقل بيش از 8/97 درصد برآورد شد. اين نتايج نشان مي‌دهد افزايش HRT علاوه بر بهبود نسبي كيفيت پساب و كاهش شدت گرفتگي، مي‌تواند حذف پارابن‌ها را نيز تقويت كرده و به دستيابي به پسابي پايدارتر از نظر آلاينده‌هاي متداول و نوظهور كمك كند. به‌منظور انتخاب زمان‌ماند هيدروليكي بهينه و پرهيز از قضاوت بر اساس يك شاخص منفرد، از روش تصميم‌گيري چندمعياره مجموع وزني ساده استفاده شد. در اين چارچوب، معيارهاي اصلي كيفيت پساب خروجي شامل COD، آمونيوم و فسفات، شدت گرفتگي غشا (افت نفوذپذيري)، شاخص‌هاي بهره‌برداري شامل حجم تراواي روزانه و انرژي ويژه مصرفي و نيز حذف آلاينده نوظهور (اتيل‌پارابن)، با مشورت متخصصان و كارشناسان و بر مبناي وزن‌دهي تعريف‌شده در فصل سوم انتخاب و در رتبه‌بندي فازهاي بهره‌برداري به‌كار گرفته شدند. نتايج اين تحليل نشان داد زمان‌ماند هيدروليكي 12 ساعت در ميان گزينه‌هاي بررسي‌شده، بهترين توازن را بين كيفيت پساب، شدت گرفتگي غشا و شاخص‌هاي بهره‌برداري فراهم مي‌كند.

237744

مهندسي محيط زيست

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان