بررسی عملکرد و ارزیابی اقتصادی فرایند تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال با هوادهی گسترده و مقایسه آن با تکنولوژی راکتور بیوفیلمی بستر متحرک (MBBR)

سلیمانی, میثم; ولاشجردی, محمد

doi:10.61882/jii.2.3.212

بررسی عملکرد و ارزیابی اقتصادی فرایند تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال با هوادهی گسترده و مقایسه آن با تکنولوژی راکتور بیوفیلمی بستر متحرک (MBBR)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

میثم سلیمانی ¹

محمد ولاشجردی ²

¹ گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، کد پستی 38156-83498، اراک، ایران

² گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، کد پستی 38156-83498، اراک، ایران

10.61882/jii.2.3.212

چکیده

در بین فرآیندهای تصفیه پساب‌های شهری و صنعتی، تکنولوژی راکتور بیوفیلمی بستر متحرک (MBBR) با قابلیت حذف موثر مواد آلی، مواد مغذی و برخی از ترکیبات مقاوم به حذف، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این مطالعه، عملکرد فنی و اقتصادی یکی از تصفیه خانه فاضلاب شهر تهران با دبی m3/d 2400 به روش لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS) و مقایسه آن با تکنولوژِی MBBR، توسط شبیه سازی فرایند با استفاده از نرم افزار CapdetWorks مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان داد که مشخصات جریان های خروجی از تصفیه خانه منطبق بر استاندارد FAO و سازمان محیط زیست ایران جهت رها سازی در طبیعت و یا آبیاری فضای سبز می باشد. همچنین محاسبات اقتصادی نشان داد که کل هزینه ساخت تصفیه خانه با استفاده از تکنولوژی MBBR حدود 14% کمتر از تکنولوژی EAAS می باشد، که این امر تواند به دلیل کاهش قابل ملاحظه حجم راکتور بیوفیلمی بستر متحرک (m3 649/21) در مقایسه با راکتور لجن فعال با هوادهی گسترده (4148/1 m3) باشد. همچنین نتایج نشان داد، هزینه های عملیاتی، نگهداری، و مواد شیمیایی مورد نیاز در روش MBBR در مقایسه با روش EAAS به ترتیب 9/2، 16/4 و 18/3 درصد کمتر، درحالیکه مقدار انرژی مصرفی تقریبا برابر می باشد. همچنین تاثیر کسر پرکننده (حامل بیوفیلم) بر روی هزینه کل ساخت پروژه در تکنولوژی MBBR مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش مقدار کسر پر کننده از 30% به 70% کل هزینه پروژه از 9/37 به 9/16 میلیون دلار کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

راکتور بیوفیلمی بستر متحرک

لجن فعال

تصفیه خانه فاضلاب شهری

هوادهی گسترده

شبیه سازی

عنوان مقاله English

Performance and economic evaluation of municipal wastewater treatment plant using extended aeration activated sludge technology and its comparison with moving bed biofilm reactor (MBBR) technology

نویسندگان English

Meysam Soleymani ¹

Mohammad Velashjerdi ²

¹ Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, 38156-8-8349, Iran

² Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran

چکیده English

Among the municipal and industrial wastewater treatment processes, the moving bed biofilm reactor (MBBR) technology has attracted much attention due to its ability to remove organic matter, nutrients, and some resistant compounds. In this study, technical performance and economic evaluation of a municipal wastewater treatment plant in Tehran, Iran, with the extended aeration activated sludge (EAAS) technology and its comparison with the MBBR technology were evaluated by process simulation using CapdetWorks software. The simulation results showed that the characteristics of the effluents from the wastewater treatment plant are in accordance with the FAO and Iranian Environmental Organization standards for green space irrigation. Also, economic analyses indicated that the total project cost of a wastewater treatment plant utilizing MBBR technology is approximately 14% less than that of EAAS technology, which could be due to the significant reduction in the volume of the moving bed biofilm reactor (649.2 m³) compared to the EAAS reactor (4148.1 m³). The results also indicated that the operating, maintenance, and chemical costs required in the MBBR method are 9.2, 16.4, and 18.3% lower, respectively, compared to the EAAS technology, whereas the amount of energy consumed in both technologies is almost the same. The effect of the media fill fraction (biofilm carrier) on the total project cost in the MBBR technology was also investigated. The results revealed that by increasing the media fill fraction from 30% to 70%, the total project cost decreases from $9.37 to $9.16 million, highlighting the significant role of the media fill fraction in the economic costs and performance of biofilm reactors.

کلیدواژه‌ها English

Moving Bed Biofilm reactor

Activated Sludge

municipal wastewater

Extended aerated

Simulation

[1] Sikosana ML, Sikhwivhilu K, Moutloali R, Madyira DM. Municipal wastewater treatment technologies: A review. Procedia Manufacturing. 2019;35:1018-24.
[2] Rajesh Banu J, Kaliappan S. Treatment of tannery wastewater using hybrid upflow anaerobic sludge blanket reactor. Journal of Environmental Engineering and Science. 2007;6:415-21.
[3] di Biase A, Kowalski MS, Devlin TR, Oleszkiewicz JA. Moving bed biofilm reactor technology in municipal wastewater treatment: a review. Journal of environmental management. 2019;247:849-66.
[4] Cao C-Y, Zhao Y-H. The comparison of MBBR and ASP for treatment on petrochemical wastewater. Petroleum science and technology. 2012;30:1461-7.
[5] Leyva-Díaz J, Calderón K, Rodríguez F, González-López J, Hontoria E, Poyatos J. Comparative kinetic study between moving bed biofilm reactor-membrane bioreactor and membrane bioreactor systems and their influence on organic matter and nutrients removal. Biochemical Engineering Journal. 2013;77:28-40.
[6] Chattopadhyay I, Usman TM, Varjani S. Exploring the role of microbial biofilm for industrial effluents treatment. Bioengineered. 2022;13:6420-40.
[7] Saidulu D, Majumder A, Gupta AK. A systematic review of moving bed biofilm reactor, membrane bioreactor, and moving bed membrane bioreactor for wastewater treatment: Comparison of research trends, removal mechanisms, and performance. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021;9:106112.
[8] Bering S, Mazur J, Tarnowski K, Janus M, Mozia S, Morawski AW. The application of moving bed bio-reactor (MBBR) in commercial laundry wastewater treatment. Science of the Total Environment. 2018;627:1638-43.
[9] Bhattacharya R, Mazumder D. Simultaneous nitrification and denitrification in moving bed bioreactor and other biological systems. Bioprocess and Biosystems Engineering. 2021;44:635-52.
[10] Hvala N, Vrečko D, Burica O, Strazžar M, Levstek M. Simulation study supporting wastewater treatment plant upgrading. Water science and technology. 2002;46:325-32.
[11] Wondim TT, Dzwairo RB, Aklog D, Janka E, Samarakoon G. Enhancing Textile Wastewater Treatment Performance: Optimization and Troubleshooting (Decision Support) via GPS-X Model. Processes. 2023;11:2995.
[12] Jafarinejad S. Simulation for the performance and economic evaluation of conventional activated sludge process replacing by sequencing batch reactor technology in a petroleum refinery wastewater treatment plant. ChemEngineering. 2019;3:45.
[13] Abbasi N, Ahmadi M, Naseri M. Quality and cost analysis of a wastewater treatment plant using GPS-X and CapdetWorks simulation programs. Journal of environmental management. 2021;284:111993.
[14] Mohagheghian A, Nabizadeh R, Mesdghinia A, Rastkari N, Mahvi AH, Alimohammadi M, et al. Distribution of estrogenic steroids in municipal wastewater treatment plants in Tehran, Iran. Journal of Environmental Health Science and Engineering. 2014;12:1-7.
[15] Aquastat F. Global Information System on Water and Agriculture. URL: http://www.fao org/nr/water/aquastat/data/query/index html. 2010.
[16] Biswas A, Mailapalli DR, Raghuwanshi NS. Treated municipal wastewater to fulfil crop water footprints and irrigation demand–a review. Water Supply. 2021;21:1398-409.
[17] Dezotti M, Lippel G, Bassin JP, Bassin JP, Dezotti M. Moving bed biofilm reactor (MBBR). Advanced biological processes for wastewater treatment: Emerging, consolidated technologies and introduction to molecular techniques. 2018:37-74.
[18] Salvetti R, Azzellino A, Canziani R, Bonomo L. Effects of temperature on tertiary nitrification in moving-bed biofilm reactors. Water Research. 2006;40:2981-93.
[19] Sokół W. Treatment of refinery wastewater in a three-phase fluidised bed bioreactor with a low density biomass support. Biochemical engineering journal. 2003;15:1-10.
[20] Bakar SNHA, Hasan HA, Mohammad AW, Abdullah SRS, Ngteni R, Yusof KMM. Performance of a laboratory-scale moving bed biofilm reactor (MBBR) and its microbial diversity in palm oil mill effluent (POME) treatment. Process Safety and Environmental Protection. 2020;142:325-35.