بهينه سازي حذف نيتروژن از فاضلاب مصنوعي از طريق حذف مرحله نيترات زايي از يك راكتور بيوفيلمي بستر ثابت

Optimization of Nitrogen Removal from Synthetic Wastewater by Eliminating Nitrification Step of a Fixed-Film Bed Reactor

زمینه و هدف: به منظور بهینه سازی حذف نیتروژن از فاضلاب و كاهش مشكلات مربوط به ورود مواد مغذی به منابع پذیرنده مانند یك دریاچه، شرایط افزایش بازدهی حذف نیتروژن از راه نیترات ‌زایی جزئی (Partial Nitrification) به عنوان یكی از روش‌های نوین حذف نیتروژن بررسی گردید. روش بررسی: افزایش بازدهی نیترات زایی و نیترات زدایی هم زمان (SND) به كمك نیترات زایی جزئی از راه نیتریت زایی – نیتریت زدایی (Nitritation/Denitritation) در راكتور بیوفیلمی بستر ثابت بررسی شد. در این روش ابتدا آمونیوم توسط باكتری‌های اكسید كننده آمونیاك (AOB) به نیتریت تبدیل شد ولی فعالیت باكتری‌های اكسید كننده نیتریت (NOB) به دلیل كمبود اكسیژن محلول (DO) مورد نیاز آنها، محدود شد. به عنوان شاخص تعیین كننده پیشرفت فرایند، از پایش مقدار پتانسیل اكسایش-كاهش (ORP) و بررسی نقاط عطف نمودار آن نسبت به زمان استفاده شد. یافته‌ها: یافته‌ها نشان داد كه در پریود دوم با اكسیژن محلول ثابت برابر با 0/5mg/L، درصد انباشتگی نیتریت (NAR) بالاتر از پریود اول با كاهش مرحله‌ای اكسیژن محلول از 1 تا 0/5mg/L بود. با این وجود بازده نیترات زایی و نیترات زدایی هم زمان نسبت به پریود اول كاهش یافت. در پریود سوم با افزایش نسبت كربن به نیتروژن (C/N) به 12/5، درصد انباشتگی نیتریت به بالاترین مقدار خود یعنی % 71/4 رسید. همچنین بازده نیترات زایی و نیترات زدایی هم زمان به % 96/7 رسانده شد و در بررسی بلند مدت روش پیشنهادی، این بازده دست كم برابر با %90 ثبت گردید. نتیجه‌گیری: نسبت كربن به نیتروژن مناسب، به همراه حداقل نگاه داشتن اكسیژن محلول، بازدهی حذف نیتروژن بالاتری نسبت به كاهش مرحله به مرحله اكسیژن محلول در طول واكنش هوازی داشت. بدون در نظر گرفتن مرحله آنوكسیك و با استفاده از یك راكتور بیوفیلمی بستر ثابت در غلظت اكسیژن محلول ثابت برابر با 0/5mg/L، بالاترین بازدهی نیترات زایی و نیترات زدایی هم زمان و بالاترین درصد انباشتگی نیتریت به دست آمد.

Background and Objectives: In order to optimize wastewater nitrogen removal and to reduce the problems of entering nutrients in final receptors, for example, a lake, partial nitrification, as a novel nitrogen removal method, was studied. Materials and Methods: The efficiency of simultaneous nitrification and denitrification (SND) in partial nitrification through nitrification/denitrification in fixed-film reactor was surveyed. In this process, ammonium was converted to nitrite by ammonium oxidizing bacteria (AOB) but the activity of nitrite oxidizing bacteria (NOB) was limited at low dissolved oxygen (DO) level. The inflection points of oxidation-reduction potential (ORP) profile were used as the indicators of process optimization. Results: This research showed that in period 2 at fixed DO level of 0.5 mg/L, nitrite accumulation rate (NAR) was higher than period 1 in which DO was declined from 1 to 0.5 mg/L. In contrast to period 1, SND efficiency was reduced in period 2. In period 3, by increment of the carbon to nitrogen ratio (C/N) to 12.5, NAR increased to 71.4 % and SND efficiency increased to 96.7%. In the long term analysis of proposed method, SND efficiency was, at least, 90%.    Conclusion: Proper C/N ratio and minimum DO level resulted in higher nitrogen removal efficiencies than the operation in which DO was decreased during aerobic phase. By using a fixed-film reactor and without considering an anoxic step, at DO level of 0.5 mg/L, maximum SND efficiency and maximum NAR would be achieved.