لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 13
اثر متغیرهای راهبری بر جمعیت میکروبی موجود در یک بیو راکتور هوازی-آنوکسیک با جریان رو به بالا در تصفیه فاضلاب صنعتی
چکیده :
عامل موثر در کارائی فرایند های بیولوژیکی تصفیه فاضلاب جمعیت میکروبی غالب در بیو رآکتور ها می باشد.
زمینه: هدف از این مطالعه شناسایی و تخمین جمعیت میکروبی غالب در بیوراکتور تلفیقی هوازی-انوکسیک در تصفیه فاضلاب صنعتی بود.
روش ها: تخریب مواد آلی در مقیاس آزمایشگاهی بیوراکتور هوازی/ انوکسیک با جریان رو به بالا با رژیم هوادهی متناوب ارزیابی شده است. مطالعه جمعیت میکروبی بر اساس محیط کشت و توده حیاتی در شرایط هوازی-انوکسیک انجام گردید. همزمان با شناساائی و شمارش باکتری های غالب تغییرات کربن بر مبنای COD و BOD نیز سنجیده شد.
یافته ها: فرآیند تصفیه هوازی-انوکسیک، 95-45% حذف BOD و 95-75% حذف CODرا نتیجه داد. باکتری های شناسایی شده به عنوان توده بیولوژیکی، توسط محیط کشت و تست های مختلف بیوشیمیایی بررسی شدند. توده حیاطی تشکیل شده به طور متوسط جمعیتی بالغ بر cfu/g 109را در برداشت که غالباً باکتری های اختیاری و باکتری های بی هوازی بودند. قسمت کوچکی از جمعیت شناخته شده، کمتر از 10% به عنوان گونه های هوازی مطلق شناسایی شد(نظیر نیتریفایرها).
بحث و نتیجه گیری: شرایط انوکسیک جمعیت میکروبی هوازی را تحت تاثیر قرار می دهد که بعد از خاموش شدن هوادهی ظاهر می شود. در مقابل باکتری های اختیاری و بی هوازی توانایی رشد در توده میکروبی موجود در داخل بیوراکتور را دارند. از مزیت های این بیوراکتور تلفیقی راندمان مطلوب توام با عدم مشکلات ناشی از تولید لجن می باشد.
کلید واژه ها: فاضلاب صنعتی، جمعیت میکروبی، بیوراکتور تلفیقی هوازی/انوکسیک
دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی کرمانشاهalialmasi@yahoo.com
*2- استاد یار دانشگاه آزاداسلامی، واحد قم، گروه میکروبیولوزی، gmail.com @ mreza.zolfaghary
3- دانشجوی کارشناسی ارشد میکروبیولوژی، دانشگاه آزاداسلامی، واحد قم، گروه میکروبیولوزی Bahman_zahra@yahoo.com
4- استاد یار دانشگاه رازی، مهندسی محیط زیست، گروهمهندسی شیمی، aliazinatiz@yahoo.com
مقدمه
تصفیه زیستی فاضلاب یکی از مهم ترین فرایندهای بیوتکنولوژکی است که در آن میکروارگانیسم ها نقش کلیدی در حذف آلاینده های آلی بازی می کنند. از سیستم لجن فعال جهت تصفیه فاضلاب از طریق فرایند اکسیداسیون زیستی حاصل از هوادهی به طور گسترده در کشورهای توسعه یافته مورد استفاده قرار می گیرد. تعیین و تخمین ساختار جامعه میکروبی از اهمیت زیادی برای بهبود عملکرد راکتور برخوردار است(4،3،2،1). جمعیت های میکروبی در یک سیستم لجن فعال توسط عواملی از جمله مشخصات زیستی فاضلاب خام و شرایط راهبری و فرایندی سیستم تحت تاثیر قرار می گیرد (5). تنوع در جمعیت های باکتریایی در یک بیو راکتور لجن فعال بستگی به تنوع ترکیبات آلی موجود در فاضلاب ورودی، ترکیبات حد واسط تولیدی در طی واکنش زیستی و شرایط فرایندی دارد که بعضا" بسیار متنوع و پویا می باشند. پیش از این، بر اساس ژن (S rRNA16( تعداد گونه های باکتریایی موجود دربیو راکتور لجن فعال 17 تا 268 گونه شناسایی و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته شده است. جوامع باکتریایی به طور مداوم حتی در یک بیو راکتور بسیار پایدار ساختار خود را تغییر می دهند (10،9،8،7،6)در حال حاضر، طیف گسترده ای از بیو راکتورها برای تبدیل مواد آلی به محصولات بی ضرر و حتی با ارزش وجود دارد. امروزه بسیاری از این تلاش ها در حذف آلاینده های خاص مانند نیتروژن و فسفر انجام می شود(11).
توده زیستی لجن فعال حاوی گونه های متنوعی از باکتری ها، قارچ ها، تک یاخته، روتیفر و لارو نماتد می باشد. تصفیه زیستی فاضلاب های صنعتی با استفاده از لجن فعال به علت نسبت پایین BOD/COD و وجود آلاینده های سمی در بعضی موارد با مشکل مواجه است. ازجمله دلایلی که برای این مشکلات در انواع فاضلاب های صنعتی وجود دارد می توان به حضور آلاینده های سمی با غلظت های متفاوت ،جمعیت کم باکتری های سازگار با توجه به غلظت سوبسترا (نسبت نامناسب F/M)، شرایط فیزیکی نامناسب، درصد کم سلول های زنده و تولید متابولیت های سمی اشاره نمود(12،13،22،21،20،19،18،17،16،15،14).
طیف وسیعی از مو
جودات هتروتروف که عبارتند ازAchromobacter ، Acinetobacter، Agrobacterium،Alcaligens ، Bacillus وFlavobacterium .Pseudomon aerogynosa، از رایج ترین دنیتروفایرهای شناسایی شده در لجن فعال می باشند. این باکتری ها هوازی، بی هوازی و اختیاری با توانایی استفاده از اکسیژن آزاد و اکسیژن نیتریت یا نیترات هستند. اگر چه اکسیژن محلول می تواند مانع از کاهش نیترات شود. باکتری های Autotrophic (به عنوان مثال ، Nitrosomonas europea) می توانند از نیتریت برای اکسید کردن آمونیاک با تولید گاز نیتروژن (هنگامی که اکسیژن وجود ندارد) استفاده نمایند. فرآیندهای حذف زیستی عمدتا" شامل منطقه هوازی می باشد در پدیده نیتریفیکاسیون در شرایط فقدان اکسیژن نیترات تشکیل شده احیا می شود و ازت مولکولی آزاد می گردد(23). باکتریهای هتروتروف باعث تجزیه مواد آلی در حضوراکسیژن و تولید مواد معدنی و دی اکسید کربن می شوند. نیتریفیکاسیون حذف آمونیوم توسط گروه خاصی از باکتری به نام نیتریفایر می باشد که در این فرایند، Nitrosomonas هیدرواکسید آمونیوم را به نیتریت تبدیل می کند و Nitrobacters نیتریت را به نیترات اکسید می نماید)24).
تجزیه و تحلیل آماری با گرایش چند متغیره نشان داد که ارتباط بین پویایی جوامع میکروبی در بیورآکتور هوازی-بی هوازی، به عوامل زیست محیطی بستگی دارد (25). در مقایسه با میکروارگانیسم های هتروتروف، نیتریفایرها نیاز به اکسیژن بیشتری برای رشد خود دارند، بطوریکه روند نیتریفیکاسیون حدود40٪ از کل اکسیژن رادربرمی گیرد. سرعت روند نیتریفیکاسیون کندتر از فرایند زیستی انجام شده توسط باکتریهای هتروتروف است. علاوه بر باکتریهای هتروتروف و دیگر میکروارگانیسم ها نیز نیاز به مصرف اکسیژن دارند. ترکیب دو سیستم آنوکسیک و هوازی به طور موثر می تواند باعث حذف کربن آلی و نیتروژن از فاضلاب شود(26). در این فرایند، عملکرد باکتریهای هتروتروف هوازی بالاتر از باکتری های هوازی نیترات ساز می باشد.
بهترین فرایند تصفیه زیستی مواد کربن دار و نیتروژن دار در فاضلاب متشکل از حداقل دو راکتور جداگانه تحت شرایط هوازی و آنوکسیک است. علاوه بر این، از آنجا که باکتری های اتوتروفیک بسیار آهسته رشد می کنند و نرخ نیتریفیکاسیون مربوطه آهسته است زمان ماند میکروبی و زمان ماند هیدرولیکی (HRT) در این روند باید به اندازه کافی طولانی باشد(27). افزایش حذف بیولوژیکی فسفات در یک الگوی هوازی-بی هوازی تصفیه ی فاضلاب انجام می شود. طی مرحله بی هوازی ، فسفات در میکروارگانیسم های جمع کننده فسفات (PAOs) تجمع و با زنجیره کوتاه اسیدهای آلی در فاضلاب polyhydroxyalkanoates (PHB) داخل سلولی را تشکیل می دهد که هیدرولیز پلی فسفات داخل سلولی را فراهم می کند و انرژی مورد نیاز برای جداسازی اسید آلی تامین می شود. در طی مرحله هوازی، PHB صرف تولید انرژی برای رشد باکتریهای PAOs می شود. مقدار فسفات حذف شده از فاضلاب در طی مرحله هوازی بیشتر از مفدار اولیه آزاد شده طی مرحله بی هوازی می باشد. فسفات در سلول های باکتریایی انباشته شده و در نهایت از سیستم به همراه لجن مازاد حذف می شود(28،29،30).
سیستم مورد مطالعه بدین منظور اهمیت دارد علاوه بر کاهش هزینه های مصروفه مزایای نسبتاً خوبی در بر دارد. با توجه به هزینه بالای هوادهی و مشکلات لجن تولیدی، سیستم تلفیقی هوازی-آنوکسیک، انرژی لازم برای هوادهی ممتد به نصف تقلیل می دهد و به تبع آن مشکل لجن تولیدی نیز حدوداً به نصف تقلیل پیدا می کند. انتظار می رود کارائی سیستمنیز در حذف آلاینده های مختلف، مقبولیت لازم را داشته باشد. در اصل پژوهش لازم برای رد یا تایید این فرضیه انجام می شود.
مواد و روش ها
در این مطالعه، فرآیند حذف همزمان آلایتده هادر قالب عناصر کربن آلی، نیتروژن وفسفرازفاضلاب شهرک صنعتی فراماندربیورآکتورتلفیقی هوازی-انوکسیک با جریان رو به بالا(UAASB) طراحی شده است. شماتیک بیورآکتور هوازی/انوکسیک با جریان رو به بالا و کنترل زمانی (UAASB) در شکل (1) نشان داده شده است. ستون شیشه ای بیورآکتور دارای قطر داخلی 5/6 سانتی متر و ارتفاع 122 سانتی متر با حجم مفید 6/2 لیتر می باشد. هوای داخل رآکتور توسط یک دمنده، یک دیفیوزر و حباب ساز هوای کوچک (سنگ هوا) در انتهای ستون تامین می شود و سرعت جریان هوا و زمان هوادهی به ترتیب توسط یک جریان سنج و یک تایمر که به دمنده متصل است کنترل می شوند. رآکتور با لجن فعال گرفته شده از تانک هوادهی تصفیه خانه شهرک صنعتی فرامان بذرپاشی و راه اندازی شد. فاضلاب جمع آوری شده صنعتی از پایین وارد رآکتور می شود و هوا ده ها به صورت متناوب خاموش و روشن می شوند و شرایط هوادهی-انوکسیک را برای میکرو ارگانیسم ها در چهار تناوب زمانی 40،45،50و60دقیقه بر ساعت، فراهم می کند. غلظت جامدات معلق در رآکتور( MLSS) حدود 6 گرم بر لیتر ثابت نگه داشته شد. غلظت اکسیژن محلول در حدود 7 میلی گرم در لیتر اندازه گیری شد. رآکتور UAASB در دمای اتاق (حدود 20 درجه سانتی گراد)راهبری شد. در این مطالعه ، دو متغیر موثر زمان ماند هیدرولیکی در 5 سطح(12،18،24،30 و 36 روز) و4 زمان هوادهی مورد بررسی قرارگرفت. محدوده مورد مطالعه برای زمان ماند هیدرولیکی بین 12 تا 36 ساعت و برای زمان هوادهی بین 40 تا 60 دقیقه بر ساعت در نظرگرفته شد. آزمایشات با استفاده از نرم افزار Design Expert طراحی شده است.
در این بیورآکتور در شرایط مختلف راهبری، جمعیت گونه های مختلف میکروبی غالب بر مبنای روش محیط کشت اختصاصی و تست های بیو شیمیائی طبق کتاب روش های استاندارد آزمایشات آب و فاضلاب انجام شد(31).
شکل (1) شماتیک بیورآکتور هوادهی/انوکسیک با جریان رو به بالا ((UAASB
تحقیق درباره اثر متغیرهای راهبری بر جمعیت میکروبی موجود در یک بیو راکتور هوازی آنوکسیک با جریان رو به بالا در تصفیه فاضلاب صنعتی
