شوره‌سازي و شوره‌زدايي هم‌زمان در راكتور ناپيوسته متوالي هوازي با بستر متحرك تحت تأثير COD/N

Simultaneous Nitrification and Denitrification in Aerobic Moving-Bed Sequencing Batch Reactor under the Effect of COD/N

تركيبات نيتروژني نظير آمونيوم و نيترات، از جمله متداول‌ترين آلاينده‌هاي موجود در فاضلاب‌ها و منابع آب هستند. حذف اين تركيبات از محيط‌هاي آبي، به‌منظور كاهش اثرات سوء محيط‌زيستي و بهداشتي آنها اهميت به‌سزايي دارد. يكي از روش‌هاي بيولوژيكي حذف نيتروژن كه به‌دليل راهبري ساده و كم هزينه، امروزه مورد توجه قرار گرفته است، فرايند شوره‌سازي و شوره‌زدايي هم‌زمان (SND) است كه به‌واسطه رشد چسبيده باكتريايي، امكان‌پذير مي‌شود. نسبت COD/N يكي از پارامترهاي اثرگذار بر فرايند SND است كه مي‌تواند با اثرگذاري بر جرم بيوفيلم و جمعيت باكتريايي، عملكرد فرايند را تحت تأثير قرار دهد. ازاين‌رو هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسي تأثير نسبت COD/N بر شوره‌سازي و شوره‌زدايي هم‌زمان در راكتور ناپيوسته متوالي هوازي با بستر متحرك (MBSBR) است. به اين منظور يك راكتور MBSBR هوازي در دو فاز بهره‌برداري شد. نسبت COD/N در فازهاي 1 و 2 به‌ترتيب برابر با 10 و 20 در نظر گرفته شد. طبق نتايج به‌دست‌آمده، افزايش دو برابري COD/N در خوراك ورودي به سيستم، موجب افزايش جرم بيوفيلم از 15 بهmg/media 25 و نيز افزايش قابل توجه COD خروجي از سيستم از 22 به 192 ميلي‌گرم در ليتر، به‌ترتيب براي فازهاي 1 و 2 شد، اما تأثير قابل توجهي بر غلظت جامدات معلق نداشت. غلظت آمونيوم در جريان خروجي از سيستم در فاز 2 در حدود mg N/L 30 بود كه به ميزان 33 درصد نسبت به فاز 1 (mg N/L10) افزايش نشان داد. اين مسئله نشان‌دهنده كاهش نرخ شوره‌سازي در فاز 2 بود كه دليل آن، افزايش جمعيت باكتري‌هاي هتروتروف و محدود شدن رشد اتوتروف‌ها در اثر وفور و افزايش قابل توجه غلظت ماده آلي در فاز 2 نسبت به فاز 1 تشخيص داده شد. همچنين در فاز 2، علي‌رغم افزايش جرم بيوفيلم و باقي ماندن بخشي از ماده آلي تا انتهاي سيكل (عواملي كه شرايط را براي شوره‌زدايي مطلوب‌تر مي‌نمايد)، شوره‌زدايي نيز با كاهش مواجه شد و از حدود 39 درصد در فاز 1 به 12 درصد در فاز 2 رسيد. دليل كاهش شوره‌زدايي در فاز 2، عدم انجام مناسب شوره‌سازي و كم بودن غلظت نيترات در اين فاز بود. در نتيجه مي‌توان گفت با افزايش COD/N، غلظت نيترات و يا به‌عبارت ديگر فرايند شوره‌سازي، به عامل كنترل‌كننده فرايند شوره‌زدايي تبديل شده است. به‌طوركلي، در فاز 1 فرايند شوره‌سازي و شوره‌زدايي هم‌زمان به شكل مطلوب‌تري انجام شد و بازدهي حذف نيتروژن نسبت به فاز 2، بيش از سه برابر بود.

Nitrogen compounds such as ammonium and nitrate are among the most common pollutants in wastewater and water resources. Removal of these substances is essential for reducing their adverse environmental and health effects. One of the biological methods for eliminating nitrogen is the simultaneous nitrification and denitrification process (SND) which, due to simplicity and cost effectiveness has attracted much interest. The SND can be performed by using bacterial attachment growth. The COD/N ratio is one of the effective parameters on the SND process. It can influence the process performance by changing the biofilm mass and the bacterial population. For this reason, the purpose of this study was to investigate the effect of COD/N ratio on simultaneous nitrification and denitrification in aerobic moving-bed sequencing batch reactor (MBSBR). For this purpose, an aerobic MBSBR reactor was operated in two phases. The selected values for COD/N in phases 1 and 2 were 10 and 20, respectively. According to the results, doubling of COD/N significantly increased the biofilm mass from 15 mg/media to 25 mg/media and increased the effluent COD from 22 mg/L to 192 mg/L as well, for phases 1 and 2, respectively. However, it had trivial effect on the concentration of suspended solids. The ammonium concentration in effluent of phase 2 was around 30 mg N/L which was about 33% more than that of phase 1 (10 mg N/L). This indicates a decrease in the rate of ammonium oxidation in phase 2 which most probably was attributed to increase of the population of heterotrophic bacteria and inhibition of the growth of autotrophs as a result of the higher abundance of organic matter in this phase compared with phase 1. In phase 2, in spite of increasing biofilm mass and part of the organic matter remaining until the end of the cycle (the factors that make the conditions more desirable for denitrification), denitrification decreased and from about 39% in phase 1 reached 12 % in this phase. The reason for this observation was the lack of proper nitrification and low concentration of nitrate in phase 2. Therefore, it can be said that by increasing COD/N ratio, the nitrate concentration, or in the other words the nitrification process, has become the controlling factor of the denitrification process. In general, in phase 1 (COD/N of 10) simultaneous nitrification and denitrification took place much better so that more than three-fold nitrogen removal efficiency was achieved compared with phase 2 (COD/N of 20).