بررسي عملكرد و مدل‌سازي فرايند بيوفيلمي با بستر متحرك به‌منظور حذف تركيبات مغذي از فاضلاب

Performance and Modeling of Moving Bed Biofilm Process for Nutrient Removal from Wastewater

در اين تحقيق، كارايي فرايند بيوفيلمي با بستر متحرك به‌منظور تصفيه بيولوژيكي فاضلابهاي حاوي مواد مغذي بررسي شد. فرايند مذكور به‌صورت چهار راكتور جداگانه بي‌هوازي، آنوكسيك و هوازي ساخته شد كه به‌صورت سري راهبري شدند. از بيوراكتورها به‌صورت پيوسته و در بارگذاري‌هاي مختلف ازت و فسفر و زمان‌هاي ماند هيدروليكي مختلف بهره برداري شد. در ادامه براي مدل‌سازي بيولوژيكي فرايند از سه مدل حذف آلاينده مرتبه اول، مدل گراو و مدل استوور-كين‌كانن استفاده شد. بر اساس نتايج حاصله و در شرايط بهينه راهبري در راكتور هوازي، نيتريفيكاسيون تقريباً كاملي با متوسط راندمان حذف كل نيتروژن كلدال برابر با 72/99 درصد به وقوع پيوست. متوسط ميزان نيتريفيكاسيون ويژه در اين راكتور معادل با g NOx-N/kg VSS.h 92/1 بود. در طول مطالعه مشخص شد كه ميزان حذف فسفر در راكتور هوازي، از لحاظ آماري ارتباط معني‌داري با ميزان آزاد سازي فسفر در راكتور بي‌هوازي دارد. به‌طور كلي نتايج نشان داد كه در شرايط بهينه، متوسط راندمان حذف نيتروژن كل و فسفر به‌ترتيب معادل با 9/80 و 8/95 درصد است. در نهايت و با توجه به تحليل سينتيكي حذف ازت و فسفر، مدل استوور-كين‌كانن به‌عنوان مدل مناسب براي مدل‌سازي فرايند بيوفيلمي با بستر متحرك انتخاب شد.

In this study, experiments have been conducted to evaluate the removal of nutrients from synthetic wastewater using a moving bed biofilm process. For this purpose, the process was applied in series with anaerobic, anoxic, and aerobic units in four separate reactors. Moving bed biofilm reactors were operated continuously at different loading rates of nitrogen and phosphorus and different hydraulic retention times. In addition, for kinetic analysis,first-order substrate removal, Grau, and Stover-Kincannon models were tested with the experimental data. Based on the results obtained, a close to complete nitrification with an average Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) removal efficiency of 99.72% was obtained in the aerobic reactor under optimum conditions. In this reactor, the average specific nitrification rate was 1.92 g NOx-N/kg VSS.h. During the study, statistically significant correlation was observed between the aerobic phosphorus removal rate and the anaerobic phosphorus release rate. Under optimum conditions, the average total nitrogen and phosphorus removal efficiencies were 80.9% and 95.8%, respectively. Finally, based on the kinetic analysis and with regard to nitrogen and phosphorus removals, the Stover-Kincannon model was selected as suitable for analyzing the experimental data and modelling of the moving bed biofilm process.