تصفیه آب و فاضلاب

توسعه و کاربرد فن‌آوری‌های تصفیه بی‌هوازی به‌عنوان یک جایگزین مؤثر برای فرآیندهای هوازی معمولی برای حذف نیتروژن از فاضلاب مورد بحث قرار گرفته است. با فراوانی آهن و پتانسیل کاهش بالای آن، استفاده از مسیرهای واکنش مبتنی بر کاهش آهن در فرآیندهای مهندسی می تواند یک استراتژی موثر برای ارتقای بهره وری انرژی در تصفیه فاضلاب باشد. به طور خاص، احیای آهن همراه با اکسیداسیون آمونیوم (Feammox)، یک عملکرد متابولیک میکروبی جدید که اخیراً در شرایط بی‌هوازی/آنوکسیک از طریق دوز آهن رخ می‌دهد، می‌تواند برای حذف آلاینده نیتروژن استفاده شود. دوز آهن برای تصفیه فاضلاب همچنین می‌تواند سایر واکنش‌های میکروبی و شیمیایی را که بازیابی مواد مغذی را تسهیل می‌کنند و پایداری تصفیه فاضلاب را ارتقا می‌بخشد. هدف کلی این تحقیق، بررسی پتانسیل توسعه یک فناوری با دوز آهن کارآمد برای حذف نیتروژن از فاضلاب با استفاده از مسیر Feammox و کشف استفاده از آهن برای بازیابی مواد مغذی از تصفیه فاضلاب بود. اهداف اصلی تحقیق شامل (1) توسعه دستورالعمل های تصفیه زهکشی معدن زغال سنگ و دفع لجن برای تسهیل تولید مواد لجن موثر برای کاربرد آنها به عنوان منبع آهن برای تصفیه فاضلاب. (2) شناسایی شکاف های دانش عمده در استفاده از Feammox برای حذف نیتروژن از فاضلاب. (3) بررسی اثرات کربن آلی بر Feammox و فراوانی باکتری Feammox. (4) بررسی راندمان بازیابی فسفر (P) و نیتروژن (N) از هضم‌های لجن از طریق رسوب ویویانیت و فرآیند جداسازی غشایی. و (5) کمی کردن کارایی یک بیوراکتور جدید لجن جریان بالا با دوز آهن برای حذف مواد مغذی و بازیابی از هضم‌های بی‌هوازی. یک بررسی ادبیات گسترده برای توسعه دستورالعمل‌های مدیریت لجن و زهکشی معدن زغال سنگ (CMD) انجام شد که تولید لجن غنی از آهن را با ویژگی‌های بهینه برای کاربردهای مختلف تصفیه فاضلاب تسهیل می‌کند. بررسی ادبیات جامع نیز برای ارزیابی پتانسیل استفاده از Feammox در تصفیه فاضلاب انجام شد. این بررسی نشان داد که در مورد اثرات کربن آلی یا کاهنده‌های آهن هتروتروف (باکتری‌های کاهنده آهن، FeRB) بر رشد میکروارگانیسم‌های Feammox (کاهنده‌های آهن اتوتروف) دانش کافی وجود ندارد. دو بیورآکتور با دوز آهن برای تصفیه فاضلاب حاوی آمونیوم با و بدون کربن آلی در یک دوره 270 روزه برای تعیین کمیت بازده تبدیل‌های شیمیایی و مشخص کردن ترکیب میکروبی برای مقایسه استفاده شد. نتایج نشان داد حذف آمونیوم بالاتر (5±45?) از فاضلاب فاقد کربن آلی در مقایسه با راندمان حذف کمتر (4±19?) از فاضلاب با کربن آلی. افزایش فراوانی باکتری Feammox (باکتری Acidimicrobiaceae A6) به میزان 67 درصد در راکتور بدون غنی‌سازی کربن آلی در طول دوره عملیات مشاهده شد. در مقابل، فراوانی آنها به طور قابل توجهی کمتر (89?) در حضور کربن آلی بود. تجزیه و تحلیل توالی Illumina نشان داد که فراوانی نسبی خانواده Acidimicrobiaceae حاوی باکتری Feammox در راکتور بدون ورودی کربن آلی افزایش یافته است. فراوانی بالاتری از میکروارگانیسم‌های مرتبط با فعالیت نیترات زدایی نیز در این راکتور مشاهده شد که شواهد غیرمستقیم فعالیت شدید Feammox است. این نتایج نشان می‌دهد که در حضور کربن آلی قابل‌توجه، کاهنده‌های آهن هتروتروف می‌توانند از باکتری‌های Feammox اتوتروف برای آهن فریک رقابت کرده و از اکسیداسیون آمونیوم جلوگیری کنند. هدف تحقیق بعدی ما برای کشف فرصت بازیابی مواد مغذی (N و P) از مایع هضم لجن بی هوازی (هضم) با استفاده از آهن آهنی و جداسازی غشایی طراحی شد. این مطالعه شرایط بهینه (نسبت مولی Fe/P 2.1 و pH بارش 7.0) را برای بازیابی 100? فسفر از هضم از طریق بارش ویویانیت (فسفات آهن هیدراته) شناسایی کرد که می تواند به طور بالقوه به عنوان کود استفاده شود. با همکاری گروه دکتر Sanyal در مهندسی شیمی، هضم بدون P با غشاهای نانوفیلتراسیون اصلاح شده با پلی الکترولیت (NF) برای جداسازی NH4+-N و ترکیبات آلی به عنوان وسیله ای برای بازیابی نیتروژن مورد درمان قرار گرفت. غشاهای اصلاح‌شده سطحی 2 برابر بیشتر از NH4+-N / کربن آلی انتخاب‌پذیری نسبت به غشاهای تجاری NF نشان دادند. این روش بارش ویویانیت یکپارچه و جداسازی غشایی نتایج امیدوارکننده‌ای را برای بازیابی فسفر و آمونیوم در جریان‌های جداگانه محصولات نشان داد. این رویکرد مقرون به صرفه است زیرا نیازی به تنظیم PH پرهزینه ندارد و انرژی مورد نیاز و انتشار CO2 را در مقایسه با رویکردهای موجود کاهش می دهد. هدف تحقیق بعدی ما شامل طراحی و آزمایش یک راکتور بی هوازی لجن بالارونده (UASB) به عنوان یک فناوری جدید با دوز آهن برای بازیابی مواد مغذی (N و P) از هضم بود. 

تصفیه آب /لوله ها /مخازن