تصفيه فاضلاب و توليد بيوديزل با استفاده از ريزجلبك حاصل از فاضلاب شهري در مقياس نيمه پايلوت: مطالعه موردي فاضلاب مشهد

Wastewater Treatment and Biodiesel Production Using Microalgae Cultivated in Municipal Wastewater in Semi-Pilot Scale: Mashhad City Wastewater Case Study

روش لجن فعال در تصفيه پساب روشي پرهزينه است و مشكل­ هايي همچون توليد لجن زياد، مصرف انرژي بالا، كدورت زياد در خروجي، و تطبيق نداشتن با شرايط متغير پساب را دارد. استفاده از پساب شهري براي توليد ريزجلبك و تبديل آن به فراورده ­هاي همچون بيوديزل همزمان با تصفيه پساب به كمك ريزجلبك ديدگاه نويني است كه در صنعت تصفيه پساب وارد شده است اما هنوز به دليل نبود اطلاعات كافي در مقياس بزرگ جنبه عملي پيدا نكرده است و فعاليت هاي انجام شده به طور عمده مطالعاتي هستند. به طور ويژه در زمينه تصفيه همزمان پساب و توليد بيوديزل از ريزجلبك به دست آمده در حالت نيمه­صنعتي، هيچ مطالعه ­اي گزارش نشده است. در اين مطالعه، براي اولين بار فرايند همزمان تصفيه پساب شهري و توليد ريزجلبك و تبديل آن به بيوديزل در مقياس نيمه صنعتي به حجم 500 ليتر مورد بررسي قرار گرفت. هدف از اين بررسي از يك سو ارزيابي پتانسيل روش تصفيه مبتني بر جلبك براي اصلاح پارامترهاي پساب شامل مقدار نيتروژن، فسفات و COD و از سوي ديگر ارزيابي پتانسيل پساب مورد استفاده براي توليد ريزجلبك در مقياس نيمه صنعتي با استفاده از راكتور زيستي نور استخر روباز و تبديل آن به بيوديزل بود. نتيجه ­ها نشان داد كه در طي يك فرايند يك هفته اي ميزان زيست توده توليد شده از كشت ريزجلبك در پساب حدود 1/25 گرم بر ليتر بود كه ميزان ليپيد ريزجلبك حدود 25% بود. جداكردن ريزجلبك با استفاده از روش انعقاد 83% راندمان داشت. ريزجلبك خشك شده در طي واكنش ترانس استريفيكاسيون اسيدي مستقيم با درصد تبديل 76% به بيوديزل تبديل شد كه داراي پروفيل اسيد چرب مناسب شامل اسيدهاي پالمتيك، اولئيك، و لينولئيك به ميزان 49/5 % كل مقدار ليپيد بود. نتيجه تصفيه همزمان پساب نيز نشان داد كه COD حدود 50% ، نيتروژن كل حدود 25%، و ميزان فسفات حدود 50% كاهش داشت.

The conventional activated sludge technique in wastewater treatment is an expensive process and suffers from problems such as large amounts of sludge, high energy consumption, high turbidity in the effluent, and not effectively respond to variations in the composition of wastewater. The use of municipal wastewater for microalgae production and its conversion to value-added products such as biodiesel in conjunction with wastewater treatment is a new approach in the wastewater treatment industry. But due to the lack of sufficient information, it has not been extended to a commercial level and most reported activities are at the research level. Specifically, in simultaneous wastewater treatment and microalgae production in a semi-pilot scale very few publications exist. In this study, for the first time, simultaneous wastewater treatment and microalgae production was conducted in a semi-pilot 500 l open pond raceway. The objectives of this study were, on one hand, evaluation of the potential of algae-based treatment for removal of nutrients and COD and, on the other hand, evaluation of the potential of wastewater to produce microalgae in a semi-pilot scale in an open pond raceway. The results indicated that in week-long cultivation, biomass concentration of the broth reached 1.25 g/L with the lipid content of 25%. Harvesting of microalgae using chemical flocculation resulted in 83% recovery of algal solid content. The dried microalgae, during direct acidic transesterification with 76% yield, produced biodiesel with proper fatty acid profile mainly based on Palmitic, Oleic, and Linoleic acids that accounted for 49.5% of total lipid content. The simultaneous wastewater treatment results indicated COD removal of approximately 50% along with total nitrogen removal of 25%, and phosphate removal of 50% was achieved. This study indicated that microalgae production using wastewater is a promising approach to the development of green technology to produce value-added products.