163

ئيدودر تصفيه فاضالبهاي حاوي فرمالد بيولوژيكي و بيوالكتروشيمياييروشمقايسه 3امير رضا طاليي 2محبوبه شعباني 1امين گلي : نويسندگان

عضو گروه مهندسي مكانيك موسسه آموزش عالي جامي، اصفهان . 1 عضو گروه مهندسي شيمي موسسه آموزش عالي جامي، اصفهان. 2گروه مهندسي عمران و محيط زيست موسسه آموزش عالي محيط زيست و مربي-دانشجوي دكتري عمران: نويسنده مسئول. 3

Email:atalaie@jami.ac.ir 03342636320:تلفن اصفهان جامي

طلوع بهداشت

فصلنامة علمي پژوهشي

دانشكده بهداشت يزد

سال دوازدهم )ويژه نامه بهداشت محيط(

139 2-چهارم : شماره 42: شماره مسلسل

27/08/1391: تاريخ وصول 14/10/1391: تاريخ پذيرش

چكيدهكه ده اخير و افزايش استانداردهاي زندگي باعث شده است سرشد سريع صنعت و تكنولوژي در چند :مقدمه

اگرچه تحقيقات .تصفيه فاضالب انجام پذيرداقتصادي و كارآمدترتحقيقات مختلفي جهت يافتن روشهاي بيولوژيكي و الكتروشيميايي در حذف آالينده هاي سمي صورت پذيرفته است، ليكن زيادي بر روي دو روش

هدف از اين مطالعه مقايسه مابين راندمان . تركيب اين دو روش تاكنون مورد بررسي دقيق قرار نگرفته استرشد تركيبي از روش الكتروشيميايي و راكتور(راكتور رشد چسبيده مستغرق و راكتور بيوالكتروشيميايي

.بود) چسبيده مستغرقراكتورهاي بيولوژيك و بيوالكتروشيميايي به صورت جداگانه براي تصفيه فاضالب آلوده به :روش بررسي

جهت بررسي تاثير عبور جريان الكتريكي بر روي . فرمالدوئيد براي مدتي طوالني مورد پايش قرار گرفتندد و راندمان سيستم بطور استفاده گرديهاي گرافيتي الكترود از ميكروارگانيسم ها و راندمان سيستم بيولوژيكي

.مداوم مورد پايش قرار گرفت

فرمالدوئيد % 88نتايج اين مطالعه نشان داد كه راكتور بيولوژيكي رشد چسبيده مستغرق، قادر به حذف : يافته ها. كاهش يافت% 85راندمان آن به ليكن با نصب الكترود ها و عبور جريان برق از آن . ورودي به سيستم بود

. غلظت ميكروارگانيسم ها در راكتور بيوالكتروشيميايي نيز در مقايسه با راكتور بيولوژيك به مراتب كمتر بودنتايج اين تحقيق نشان داد كه جريان الكتريكي عبوري از راكتور الكتروبيوشيميايي رابطه اي معكوس با راندمان

.حذف فرمالدوئيد داردنتايج اين مطالعه نشان داد كه راكتور بيوالكتروشيميايي و بيولوژيكي در ولتاژ هاي پايين توانايي :يجه گيرينت

تقريباً يكساني در حذف فرمالدوئيد از فاضالب دارند، با اين حال مقدار انرژي مورد نياز راكتور ولتاژهاي باال نيز توانايي اين راكتور در در. بيوالكتروشيميايي بيش از مقدار مورد نياز راكتور بيولوژيكي است

لذا در اين مطالعه نتيجه گيري شد كه با دانش كنوني روشهاي . حذف آالينده ها به شدت كاهش مي يابد .بيوالكتروشيميايي مقرون به صرفه نيستند

.يدوئفرمالد روش بيوالكتروشيميايي، ،روش الكتروشيميايي تصفيه فاضالب،: واژه هاي كليدي

164

ئيدودر تصفيه فاضالبهاي حاوي فرمالد بيولوژيكي و بيوالكتروشيمياييروش مقايسه

مقدمه

ئيد يك تركيب شيميايي آلي مي باشد كه كاربردهاي وفرمالد

منزل از سايل، وساخت مالمين، چسب براي گسترده اي در صنعت

به عنوان حالل در صنعت دارد و بعضاً نيز يچوبوسايل جمله

ئيد ماده اي بسيار سميوفرمالد. )1(استفاده مي گردد رنگ سازي

سرطان ريه و مجاري ،ايجاد بيماري هاي پوستي كه باعث بوده

ئيد پس از وفرمالد. )1-3(آسيب جدي به چشم مي گردد وتنفسي

شدهزير زميني سطحي و ورود به محيط در نهايت وارد آب هاي

مطالعات مختلفي در زمينه . )4(آنها مي شود نو باعث آلوده شد

ژيك فاضالبهاي حاوي فرمالدوئيد انجام پذيرفته كه تصفيه بيولو

- 11 (و بي هوازي )5 (تصفيه پذيري فرمالدوئيد را به روش هوازي

، با وجود مناسب بودن روش هاي بيولوژيكي .اثبات نموده اند )9

تالشهاي فراواني به منظور يافتن روشهايي مناسب تر صورت

قيقاتي به منظور كاربرد از جمله اين تالشها انجام تح. پذيرفته است

روشهاي الكتروشيميايي در تصفيه فاضالبهاي داراي آلودگي آلي

مي باشد كه نشان از قابل كاربرد بودن اين روشها در حذف

مكانيسم تجزيه مواد آلي در روش .)12( است آالينده هاي آلي

الكتروشيميايي، تغييرات شيميايي ناشي از انتقال الكترون ها بين

برخي . )13- 15 (بكار رفته مي باشد يلي و الكترودهاماده آ

محققان به بررسي روش هاي مختلف تصفيه الكتروشيميايي

و همكاران جعفرزادهپرداخته اند كه از آن جمله مي توان به كار

اشاره كرد كه در مطالعه خود به بررسي فرايند تصفيه

لوده در تجزيه پروپيلن گليكول در آب هاي آ الكتروشيميايي

دنه اشد آالينده مربوطه %90پرداخته اند و موفق به حذف

دست يابي بهبه موفق رباني و همكاران نيز در مطالعه خود). 12(

به هاي آلي موجود در فاضالبكاهش آلودگي بااليي در بازدهي

كمك تركيب روش الكتروشيميايي، انرژي خورشيدي و چرخه

دانشور و همكاران نيز ). 16(ندگرديد دهيتراتاسيونهيدراتاسيون و

به بررسي كاهش رنگ موجود در آب به كمك روش

سنتزيپرداختند و نهايتاً موفق به كاهش رنگ هاي الكتروشيميايي

محوي و .)17(د به آب شدن شده اضافه) 14و قرمز 11نارنجي (

ي همكاران نيز به بررسي حذف فسفر توسط روش الكتروشيمياي

فسفر موجود در فاضالب % 90پرداختند آنها موفق به حذف

آنها متوجه .ورودي به كمك الكترودي از جنس آلومينيوم شدند

شدند كه اين نوع الكترود به دليل توليد عوامل فولوكه كننده

از ساير الكترودهاي بكار ) كاتيون هاي سه ظرفيتي آلومينيوم(

.)14(هستند گرفته شده موثر تر

به (Hybrid systems)وجود اينكه امروزه سيستم هاي تركيبي با

مورد توجه محققين منظور يافتن روشهاي اقتصادي، موثر و ارزان تر

مختلف قرار گرفته است، تاكنون تالشي براي تركيب دو سيستم

لذا هدف از . الكتروشيميايي و بيولوژيكي صورت نپذيرفته است

ه اي مابين راكتور رشد چسبيده انجام اين مطالعه انجام مقايس

و روش بيوالكتروشيميايي در تصفيه ) راكتور بيولوژيك(مستغرق

الزم به ذكر است . فاضالب مصنوعي آلوده به فرمالدوئيد مي باشد

كه راكتور بيوالكتروشيميايي همان راكتور رشد چسبيده مستغرق

ز مجهز شده به الكترودهايي به منظور عبور جريان الكتريكي ا

همچنين در طول اين مقاله به منظور . محتويات راكتور مي باشد

ساده نويسي از اصطالح راكتوربيولوژيك به جاي راكتور رشد

165

فصلنامه علمي پژوهشي دانشكده بهداشت يزددر بخش اول اين مطالعه . چسبيده مستغرق استفاده شده است

راكتور رشد چسبيده مستغرق با فاضالب مصنوعي آلوده به

طول آزمايشات پايش فرمالدوئيد تغذيه شده و راندمان سيستم در

در بخش دوم از مطالعه با نصب الكترودهايي در راكتور رشد . شد

چسبيده مستغرق نسبت به عبور جريان الكتريكي از راكتور لجن

در اين مدت نيز راندمان سيستم مورد پايش قرار . فعال اقدام شد

كاربرد روش (در نهايت نتايج حاصله از بخش اول . گرفت

مورد ) كاربرد روش بيوالكتروشيميايي(خش دوم و ب) بيولوژيكي

.مقايسه و ارزيابي قرار گرفتند

روش بررسي

در اين مطالعه :مشخصات پايلوت مورد استفاده :تصفيه بيولوژيك

ليتر آن 10ليتراستفاده گرديد كه 13از راكتور بيولوژيك با حجم

كه هر يك داراي طول (با بستري از جنس لوله هاي خرطومي

طول، عرض و ارتفاع . پر شده بود) ريبي يك سانتيمتر بودندتق

سانتي 22سانتي متر 28و 22، 22راكتور به ترتيب برابر بودند با

نمايي از راكتور مذكور 1شكل . متر از ارتفاع آن حاوي بستر بود

به منظور تغذيه اين راكتور فاضالب از بخش زيرين آن . مي باشد

مودن تمام ارتفاع راكتور از باالي آن وارد شده و پس از طي ن

به منظور تامين اكسيژن مورد نياز از يك دستگاه . خارج مي گرديد

كوچك دمنده هوا استفاده شد كه هوا را با دبي سه ليتر در دقيقه از

دبي هواي دميده شده به راكتور در كل . زير راكتور به آن مي دميد

درجه 27الي 20(ي اتاق اين راكتور در دما. آزمايشات ثابت بود

.راهبري مي شد) سانتيگراد

نمايي از پايلوت راكتور رشد چسبيده مستغرق: 1شكل

ليتر بر دقيقه توسط يك پمپ 04/0ا دبي ثابت فاضالب ب

250پريستالتيك وارد راكتور مي گرديد كه زمان ماندي برابر با

.ايجاد مي كرد) ساعت 1/4(دقيقه

ايجاد بيوفيلم ها بر روي بستر، سازگار سازي و بارگزاري راكتور

در نخستين گام از انجام اين مطالعه بيوفيلم مورد نياز در بيولوژيكي

مورد نياز از جامعه ميكروبي بدين منظور . اطراف بستر تهيه گرديد

تصفيه خانه فاضالب جنوب اصفهان استفاده برگشتي لجن فعال

لجن برگشتي مورد نظر در پايلوت ريخته شده و هوادهي آن . شد

والسيون زير براي ايجاد بيوفيلمها محلول معدني با فرم. آغاز گرديد

ليتر بر دقيقه وارد راكتور مي ./. 4استفاده شد كه با دبي ثابت

گرم 6/5: فرموالسيون محلول معدني عبارت بود از. گرديد

10 و ميلي گرم پتاسيم دي هيدروژن فسفات/. 6 مونيوم سولفات،آ

محلول معدني نيز بر روي هفت PH .)3( ميلي گرم اوره

رشد در مرحله سازگار سازي به منظور. تنظيم گرديد

ميلي ليتر اتانول 20 و گرم گلوكز 50سريع ميكروارگانيسم ها از

ورودی هوا به منظور نياز تامين اکسيژن مورد ميکروارگانيسم ها

ورود الضفا

ب

خام

خروجی فاضالب تصفيه شده

بستر موجود در راکتور بيولوژيک

که حاوی اليه بيوفيلم است

166

ئيدودر تصفيه فاضالبهاي حاوي فرمالد بيولوژيكي و بيوالكتروشيمياييروش مقايسه

اين فرايند براي مدت . عنوان تنها منابع كربن استفاده گرديدبه

زمان دو هفته ادامه يافت تا بيوفيلم مورد نظر به خوبي بر روي

.ايجاد گرددبسترها

پس از تشكيل بيوفيلم مناسب مرحله سازگارسازي ميكروارگانيسم

فرمالدوئيد ماده اي سمي براي ميكروارگانيسم ها . ها آغاز گرديد

لذا از فرايند سازگار سازي براي ايجاد توانايي . محسوب مي گردد

در اين . مصرف فرمالدوئيد در ميكروارگانيسم ها استفاده شد

لول معدني با دبي مشابه با مرحله ايجاد بيوفيلم به مرحله نيز مح

راكتور وارد مي شد، ليكن تنها منبع كربن به فرمالدوئيد تغيير

ميلي ليتر بر ليتر از محلول 16/0در ابتداي شروع اين مرحله . يافت

روز 90در طي . فرمالدوئيد به محلول معدني اضافه گرديد% 37

محلول معدني افزايش يافت تا در مقدار فرمالدوئيد اضافه شده به

در اين . ميلي ليتر به ليتر رسيد 16/4پايان روز نودم اين مقدار به

.زمان مرحله سازگار سازي به پايان رسيد

براي بررسي توانايي راكتور رشد چسبيده مستغرق در حذف

فرمالدوئيد، اين سيستم تا رسيدن به شرايط پايدار با محلول معدني

برابر با CODكه % 37ميلي ليتر در ليتر فرمالدوئيد 16/4حاوي

در اين .ميلي گرم بر ليتر ايجاد مي نمود راهبري گرديد 1450

پساب خروجي از CODمطالعه شرايط پايدار به ثابت بودن

در طي اين مدت . راكتور در چهار روز متوالي اطالق مي گرديد

ر در حذف مقادير غلظت ميكروارگانيسم ها، راندمان راكتو

.پساب خروجي مورد بررسي قرار گرفت pHفرمالدوئيد و

تصفيه بيوالكتروشيميايي

مشخصات پايلوت مورد استفاده

در اين بخش از مطالعه، پايلوت راكتور بيولوژيكي با مشخصات

ذكر شده در بخشهاي قبل با كمك نصب الكترودهايي از جنس

. گرافيت در مابين بستر، به راكتور بيوالكتروشيميايي تبديل گرديد

گرافيت از جمله موادي است كه توانايي عبور جريان الكتريكي را

تروليز محلولهاي آبي به كمك آن در از خود داشته و در هنگام الك

.)18(واكنشهاي الكتروشيميايي شركت نمي كند

نمايي از پايلوت راكتور بيوالكتروشيميايي: 2شكل

+-

ورودی هوا به منظور تامين اکسيژن مورد نياز ميکروارگانيسم ها

ورود فاضالب خام

خروجی فاضالب تصفيه شده

مبدل الکتريکی

بستر موجود در راکتور

بيوالکتروشيميايی که حاوی اليه بيوفيلم است

167

فصلنامه علمي پژوهشي دانشكده بهداشت يزدمجموع سطح كل الكترودهاي گرافيتي استفاده شده در اين مطالعه

ري از سانتيمت 4اين الكترودها در فاصله . سانتيمتر مربع بود 9برابر با

در اين آزمايش از مبدل الكتريكي كه . يكديگر قرار گرفتند

ولت را دارا بود 20الي 1به ولتاژهاي 220توانايي تبديل ولتاژ

2نمايي از راكتور بيوالكتروشيميايي در شكل .استفاده گرديد

.نمايش داده شده است

بارگزاري راكتور بيوالكتروشيميايي

از آنجايي كه تمام مراحل توسعه بيوفيلم و سازگار سازي راكتور

قبالً انجام شده است در اين مرحله فقط اقدام به راهبري پايلوت در

COD 20الي 1ميلي گرم بر ليتر در ولتاژهاي مابين 1450ورودي

در اين مرحله نيز مقادير غلظت . ولت تا رسيدن به شرايط پايدار شد

pHها، راندمان راكتور در حذف فرمالدوئيد و ميكروارگانيسم

الزم به ذكر است كه تمام . پساب خروجي مورد پايش قرار گرفت

مراحل راهبري اين راكتور دقيقاً شبيه راكتور بيولوژيك بود تا

.امكان مقايسه نتايج اين دو با يكديگر فراهم گردد

اتآزمايشانجام روش هاي

روش تقطير باز و طبق به CODدر اين مطالعه آزمايش

به . )19(دستورالعمل كتاب روشهاي استاندارد انجام پذيرفت

براي . متر ديجيتال استفاده گرديدpHنيز از pHمنظور تعيين مقادير

اندازه گيري غلظت ميكروارگانيسم هاي موجود در راكتور نيز

تعداد ده عدد از بسترها از راكتور خارج شده و براي مدت زمان

سپس اين . درجه سانتيگراد خشك شدند 104عت در دماي سا 24

اين وزن به عنوان . ده عدد بستر خشك شده به دقت وزن گرديدند

سپس بسترها به خوبي شسته شده تا كليه . وزن اوليه ثبت گرديد

سپس بسترها مجدداً . بيوفيلم هاي چسبيده به بستر از آن جدا گردد

ساعت خشك 24دت زمان درجه سانتيگراد و به م 104در دماي

اين وزن نيز به عنوان وزن ثانويه ثبت . گرديدند و نهايتاً وزن شدند

اختالف وزن اوليه و وزن ثانويه برابر با وزن خشك بيوفيلم . گرديد

با توجه به . هاي موجود بر روي ده عدد از بستر محسوب گرديد

مشخص بودن تعداد كل بسترهاي موجود در راكتور امكان تخمين

. كل بيوفيلم هاي راكتور امكان پذير شد

يافته ها

راكتور بيولوژيك :توانايي راكتور بيولوژيك در حذف فرمالدوئيد

روز 20ميلي گرم بر ليتر براي مدت 1450ورودي برابر با CODبا

. مورد راهبري قرار گرفت تا در نهايت شرايط پايدار بدست آمد

همان . نمايش داده شده است 3نتايج اين بخش از مطالعه در شكل

طور كه از اين شكل مشخص است به دليل انجام فرايند

فراز و فرودهاي معمول در ) روز 90(سازگارسازي طوالني مدت

راندمان راكتور بيولوژيك مشاهده نشد و در زماني كمتر از شش

متوسط راندمان 3مطابق شكل . روز راكتور به حالت پايدار درآمد

درصد و متوسط راندمان كل آن برابر 88رايط پايدار راكتور در ش

نمايش داده شده 3كليه اين جزئيات در شكل . درصد بود 87با

.است

نتايج آزمايشات نشان داد كه غلظت ميكروارگانيسم هاي معلق

موجود در پساب خروجي راكتور بيولوژيكي در پايان روز يازدهم

.گرم در ليتر بود 01/0

168

ئيدودر تصفيه فاضالبهاي حاوي فرمالد بيولوژيكي و بيوالكتروشيمياييروش مقايسه

در طول آزمايش CODراندمان حذف : 3شكل

توانايي راكتور بيوالكترو شيميايي در حذف فرمالدوئيد پس از

اتمام راهبري راكتور بيولوژيك با نصب الكترودهاي مربوطه اين

اين ). 2شكل (راكتور به يك راكتور بيوالكتروشيميايي تبديل شد

در اين مطالعه . راكتور تا رسيدن به شرايط پايدار راهبري گرديد

پساب خروجي از راكتور در CODودن شرايط پايدار به ثابت ب

الزم به ذكر است كه شرايط . چهار روز متوالي اطالق مي گرديد

راهبري هر دو راكتور بيولوژيك و راكتور بيوالكتروشيميايي دقيقاً

يكسان بود تا امكان مقايسه راندمان آنها با يكديگر فراهم باشد

زم به ذكر ال). شرايط راهبري در بخشهاي قبل بيان شده است(

شرايط پايدار پس از سه روز راهبري 4است كه مطابق شكل

پس از راهبري راكتور بيوالكتروشيميايي با . راكتور حاصل گرديد

COD ميلي گرم بر ليتر و پايش روزانه آن مشخص 1450ورودي

گرديد كه بالفاصله با وصل جريان الكتريكي راندمان راكتور به

اهراً ميكروارگانيسم ها توانايي ليكن ظ. شدت سقوط مي كند

لذا تنها پس از سه روز . سازگاري مناسبي با اين روش را دارند

همان طور كه در . راندمان سيستم به طور مطلوبي افزايش يافت

مشخص است، متوسط راندمان اين سيستم پس از رسيدن 4شكل

درصد مي 85، )بدون در نظر گرفتن سه روز اول(به شرايط پايدار

اگر چه . درصد است 81همچنين متوسط راندمان كل نيز . باشد

تعداد مقاالتي كه به بررسي تركيب دو روش الكتروشيميايي و

بيولوژيك پرداخته اند بسيار اندك است، ليكن در تحقيقات پيشين

محققين زيادي سعي در كاربرد روش الكتروشيميايي در تجزيه

عفرزاده و همكاران موفق به بطور مثال ج. تركيبات آلي نموده اند

كاربرد روش الكتروشيميايي در تجزيه فاضالب هاي آلوده به

آنها با كمك عبور جريان الكتريكي . )12(پروپيلن گليكول شدند

درصد پروپيلن گليكول موجود در 90ولتي موفق به حذف 50

همان طور كه در بخشهاي قبل ذكر شد در . فاضالب گرديدند

. ولتي استفاده گرديد 1نجام اين مطالعه از جريان نخستين گام از ا

كه يك پنجاهم ولتاژ استفاده شده توسط جعفرزاده و همكاران

درصد اختالف مابين راندمان نهايي حذف در 5مي باشد ليكن تنها

٠%١٠%٢٠%٣٠%۴٠%۵٠%۶٠%٧٠%٨٠%٩٠%١٠٠%

١ ٢ ٣ ۴ ۵ ۶ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١

ف حذ

ن ماندرا

COD

صددر

ب س حبر

زمان بر حسب روز

169

. مي باشد 5/7

يايي مي تواند

ا در طول اين

ر روزانه پايش

. ده شده است

pHودهايي در

. ده مي گردد

ب خروجي و

ج بدست آمده

وجي راكتور

.بود

الي 5/6نيسم ها

وش الكتروشيمي

لذ). 12( گردد

جي راكتور بطور

نمايش دا 4كل

ست فراز و فرو

شيميايي مشاهد

پساب pHرات

مطابق نتايج. گردد

در پساب خر

5/7الي 5مابين

ولت 1ژ برابر با

%%%%%%%%%

%

صدب در

حس بر

ذفن ح

دماران

وب ميكروارگان

كه استفاده از رو

پساب pHيد

pH پساب خروج

يش نيز در شك

مشخص اس 4كل

كتور بيوالكتروش

اري مابين تغيير

مشاهده نمي گر

د pHغييرات

طي آزمايشات م

يش ها و در ولتاژ

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100

1

)12( .pH مطلو

به ذكر است ك

به تغييرات شد

H از آزمايش

پاي نتايج اين. د

طور كه در شك

خروجي راك

انه رابطه معنادا

CODد حذف

طالعه تغيين م

كتروشيميايي در

آن در طول آزماي

2

(باشد

الزم ب

منجر

بخش

گرديد

همان

پساب

متاسفا

درصد

در اي

بيوالكت

p پساب خروجي

3 4

د دارد كه ناشي

در اين مطالعه

ي و بيولوژيكي

تايج اين مطالعه

د حتي منجر به

ز در طي زمان

شده و تركيبات

ت آب را تغيير

است با فرايند

محيط رشد

ن راكتور داشته

pHتروشيميايي و

5مان بر حسب روز

C

زد

همكاران وجود

.ا استانيسم ه

ش الكتروشيميايي

ت يافت ليكن نت

ريكي مي تواند

فرايند الكتروليز

حلول در آب ش

مي توانند كيفيت

ي كه ممكن

pH. باشد

مانياري بر راند

سط راكتور بيوالكت

6زم

CODدرصد حذف

انشكده بهداشت يز

لعه جعفرزاده و

وسط ميكروارگا

ركيب دو روش

فيه باالتري دست

بور جريان الكتر

ف .ف نيز گردد

جزيه نمكهاي مح

اين تركيبات. د

ترين پارامترهايي

مي pHمايد

ي تواند اثر بسي

فرمالدوئيد توس ف

7 8

pH

مه علمي پژوهشي د

مطالعه و در مطال

ذف آالينده تو

ر مي رفت با تر

به راندمان تصف

ص نمود كه عب

ش راندمان حذف

منجر به تج واند

في را توليد نمايد

يكي از مهمت.

وليز تغيير نم

وارگانيسم ها مي

راندمان حذف :4

9

فصلنام

اين مط

از حذ

انتظار

بتوان

مشخص

كاهش

مي تو

مختلف

.دهند

الكترو

ميكرو

شكل

0

1

2

3

4

5

6

7

8

pH

تور راك

ي ازروج

ب خپسا

170

ئيدودر تصفيه فاضالبهاي حاوي فرمالد بيولوژيكي و بيوالكتروشيمياييروش مقايسه

نتايج آزمايشات نشان داد كه غلظت ميكروارگانيسم هاي معلق كه

مي تواند ناشي از جدا شدن اليه بيوفيلم ها از سطح بستر باشد در

برابر ) يشانتهاي آزما(راكتور بيوالكتروشيميايي در پايان روز نهم

. گرم در ليتر بود 04/0با

همان طور كه مشخص است غلظت ميكروارگانيسم هاي معلق در

گرم بر ليتر و در راكتور بيوالكتروشيميايي 01/0راكتوربيولوژيك

از طرفي افزايش غلظت ميكروارگانيسم هاي . گرم بر ليتر بود 04/0

بيولوژيكي نشان معلق در راكتور بيوالكتروشيميايي نسبت به راكتور

از افزايش مرگ و مير ميكروارگانيسم ها و نتيجتاً كاهش غلظت

.ميكروارگانيسم هاي فعال راكتور بيوالكتروشيميايي است

توانايي راكتور بيوالكتروشيميايي در حذف فرمالدوئيد 5در شكل

مطابق . از فاضالب در ولتاژهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت

زمينه راكتورهاي الكتروشيميايي مي بايست با مطالعات گذشته در

ليكن . )12،19(افزايش ولتاژ راندمان سيستم نيز افزايش مي يافت

مشخص است افزايش ولتاژ نه تنها باعث 5همان طور كه در شكل

افزايش راندمان نشده است بلكه كاهش چشم گيري نيز در راندمان

لتاژ و راندمان در اين نمودار نشان مي هد و. ايجاد نموده است

معادله لگاريتمي . اينگونه راكتورها رابطه اي عكس يكديگر دارند

زير كه از طريق برازش لگاريتمي مابين اين پارامتر ها بدست آمده

است رابطه مابين راندمان حذف فرمالدوئيد و ولتاژ را در يك

.راكتور الكتروبيوشيميايي نمايش مي دهد

بر حسب (از محيط CODبرابر با راندمان حذف yدر معادله فوق

و نهايتاً ) بر حسب ولت(برابر با ولتاژ عبوري از راكتور x، )درصد

a وb ضريب هاي ثابت مي باشند كه به ترتيب برابر هستند با

الزم به ذكر است كه منفي ظاهر شده در اين . 05/93و 98/9

مقدار راندمان در برابر افزايش ولتاژ معادله به دليل كاهشي بودن

.است

مشخص است حداقل راندمان نيز در اين 5همان طور كه در شكل

اين آزمايش در مورد باالترين ولتاژ بوده كه در% 61مطالعه برابر

.به دست آمده است) ولت 20(مطالعه

تغييرات راندمان راكتور بيوالكتروشيميايي در ولتاژهاي : 5شكل

مختلف

نتيجه گيريبحث و

راكتور (در اين مطالعه توانايي يك راكتور رشد چسبيده مستغرق

با همان راكتور، كه مجهز به الكترودهايي براي تجزيه ) بيولوژيك

الكتروشيميايي شده است در حذف فاضالب آلوده به فرمالدوئيد

با توجه به نتايج اين مطالعه متوسط راندمان راكتور . مقايسه گرديد

يوالكتروشيميايي در شرايط پايدار به ترتيب بيولوژيك و راكتور ب

y = ‐9.98ln(x) + 93.05R² = 0.951

6065707580859095

100

1 6 11 16

ف حذ

مانراند

COD

صد

ب درحس

بر

ولتاژ مورد استفاده بر حسب ولت

171

فصلنامه علمي پژوهشي دانشكده بهداشت يزدهمان طور كه از نتايج ارائه شده در اين %. 85و % 88برابر بود با

مطالعه مشخص است اگرچه عبور جريان الكتريسيته از راكتور

بيولوژيكي مي تواند بخشي از فرمالدوئيد موجود در فاضالب

ان الكتريسيتهورودي به راكتور را تجزيه نمايد، ليكن عبور جري

مي تواند تاثيرات منفي مستقيم و غير مستقيمي بر روي

گواه اين تاثير منفي كاهش . ميكروارگانيسم هاي فعال داشته باشد

. سريع راندمان راكتور بيولوژيكي پس از نصب الكترودها مي باشد

هر چند كه ميكروارگانيسم ها پس از مدت زمان كوتاهي مجدداً

توانايي قبلي خود را بازيافتند ليكن در ولتاژهاي در ولتاژهاي پايين

نويسندگان اين مقاله بر . باالراندمان سيستم بطور كامل افت نمود

اين عقيده اند كه تاثير مستقيم مي تواند ناشي از عبور جريان برق از

سلول ميكروارگانيسم ها بوده كه قادر به تجزيه برخي از تركيبات

. ميكروارگانيسم است) DNAمچون ه(آلي حياتي درون سلول

تاثيرات غير مستقيم نيز مي تواند به صورت تاثير منفي تركيبات

توليد شده ناشي از تجزيه الكتروشيميايي نمكهاي معدني در

برخي از اين تركيبات مي توانند تاثيرات . فاضالب تعريف شود

مرگ باري براي ميكروارگانيسم ها داشته و يا مانعي براي رشد و

بطور مثال درصورت وجود كلريد . ثل مناسب آنها باشدتوليد م

تبديل شده كه (Cl2)سديم در آب اين تركيب مي تواند به كلر

پس از انحالل در آب و يونيزه شدن منجر به مرگ ميكروارگانيسم

متاسفانه منابع چنداني در اين اين زمينه يافت . )19(ها مي گردد

يم و غير مستقيم عبور جريان نمي گردد كه به بررسي تاثيرات مستق

لذا اين بخش مي . الكتريسيته از راكتور بيولوژيكي پرداخته باشد

نتايج اين . تواند در آينده مورد توجه محققين مختلف قرار گيرد

مطالعه مشخص نمود كه تركيب ساده دو روش الكتروشيميايي و

بلكه بيولوژيكي نه تنها قادر به افزايش راندمان تصفيه نمي گردد،

تركيب اين دو روش با دانش امروزي منجر به افزايش انرژي مورد

نياز تصفيه شده كه افزايش هزينه تصفيه فاضالب را نيز به همراه

. دارد

تقدير و تشكر

اين مقاله بر مبناي پايان نامه كارشناسي در گروه مهندسي عمران و

. محيط زيست موسسه آموزش عالي جامي انجام شده است

يسندگان اين مقاله بدين وسيله مراتب تقدير و تشكر خود را از نو

كمك هاي مالي و معنوي معاونت پژوهشي موسسه آموزش عالي

جامي و گروه مهندسي عمران و محيط زيست اين موسسه ابراز مي

.دارندReferences 1-Squire RA,Cameron LL.An analysis if potential carcinogenic risk from formaldehyde Reul Toxicol.Pharmacol. 1984;4(2):107-29.

2-Smidt S, Bauer H, Pogodina O, puxbaum H. Concentrations of ethene and formaldehyde at a vally and a

mountain top site in the austrain alps. Atmos. Environ.2005; 39, 4087-91.

3- Zhogjun xu, qin N , jinggang w, Hua Ton. 2010. Formaldehyde biofilteration as affected by spider plant.

Bioresource technology2010; 101, 6930-6934.

172

ئيدودر تصفيه فاضالبهاي حاوي فرمالد بيولوژيكي و بيوالكتروشيمياييروش مقايسه 4- Wolverton BC, wolverton JD. 1993. Plant and soil microorganisms: removal of formaldehyde, xylesne, and

ammonia from the indoor environment. J. miss. Acad. Sci1993; 38; 11-15.

5- Azachi M,Henis Y,Oren A, Gurevich P, Sarig S.Transformation of formaldehyde by a Halomonas sp Can. J.

Microbiol., 1995;41:548–53.

6- Yamazaki T, Tsugawa W, Sode K. Biodegradation of formaldehyde by a formaldehyde-resistant bacterium

isolated from seawater, Appl. Biochem. Biotechnol., 2001;91–93: 213–217.

7- Hidalgo A , Lopategi A , Prieto M . Formaldehyde removal in synthetic and industrial wastewater by

Rhodococcus erythropolis UPV-1, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2002;58: 260–263.

8- Qu M, Bhattacharya SK. Toxicity and biodegradation of formaldehyde in anaerobic methanogenic culture,

Biotechnol. Bioeng., 1997;55 (5):727–36

9- Lu Z , Hegemann W.Anaerobic toxicity and biodegradation of formaldehyde in batch cultures, Water. Res.,

1998;32 (1):209–15

10-Khataee AR, Rasoulifard MH, Pourhassan M. Biodegradation of dye solution containing Malachite Green:

Optimization of effective parameters using Taguchi method, Journal of Hazardous Materials, 2007;143(1-2):

214-19.

11-Omil F,Méndez D,Vidal G,Méndez R,Lema JM . Biodegradation of formaldehyde under anaerobic

conditions, Enzyme Microbiol. Technol1999; 24:255–62.

12-Jafarzadeh N, Talaei A, Talaei M, Jorfi S. Evaluation of electrochemical treatment in degradation of

wastewater contaminated by propylene glycol, j health & environ. 2010.

13-Zon L,Lixia L, Huaihe S, Gayle M. Using mesoporous carbon electrodes for brackish water desalination.

Water research 2008;42: 2340-48

14-Mahvi AH, Ebrahimi, jafarinoori, Vaezi. ebrahimzade., Evaluation of electrolysis method in phosphorus

removal from wastewaters journal of kordestan university medical scince 2006; 12: 45-36.

15-Rahmani. A., Samarghandi. M. R., Evaluation of electerochemical in COD removal from wastewater

water&wastewater journal 2007 ;64(18):9-12.

16-Rabani D. simultaneous applications of electrochemical process, solar energy and hydration- dyhydration

cycle in advanced wastewater treatment, [PHD thesis],Tehran tarbiyatmodares university; 2004.

173

فصلنامه علمي پژوهشي دانشكده بهداشت يزد17-Daneshvar N, Ashasisorkhbim H,Tizpar A. Ddecolorization of oranj 11 by electrocoagulation method.

separation and purification tech 2003; 31: 153-62.

18-Talaie MR,Karamolahi E,Talaie AR,Bagheri M.The Experimental Investigation of Electrochemical Method

for Chloride Removal, 13th Environmental Health seminar:2010 Kerman,Iran

19-APHA. Standard methods for the Examination of water&wastewater. 21 ed, Washington DC,USA. 2005.

174

ئيدودر تصفيه فاضالبهاي حاوي فرمالد بيولوژيكي و بيوالكتروشيمياييروش مقايسه Comparison of Biological and Bio-electrochemical Methods to Treat Wastewater Contaminated

with Formaldehyde

Goli A(BS)1 , Shabani M(BS)2 , Talaie AR(Ph.D)3 1.BS of Jami Institute of Technology, Department of Mechanical, Iran. 2.BS of Jami Institute of Technology, Department of chemical, Iran. 3.Ph.D Student of Civil Engineering, Institute of Environmental and Water Resources

Abstract Introduction:Among the pollutants in waste gases, volatile organic carbons (VOCs) are very harmful for human, animals and plants. Formaldehyde is a member of VOCs family and is very toxic, mutagen and carcinogen. For removing formaldehyde, Some biological methods for treating waste gases such as bio-trickling filter reactor (BTFR) have been developed by scientists. The aim of this study was to evaluate BTFR usability for formaldehyde vapor removal. Methods: In this study, bio-film was developed on polyethylene tubes as supporting material in BTFR. Formaldehyde removing efficiency was evaluated during three different hydraulic retention time (HRT) using a digital formaldehyde meter. Results: The results showed that BTFR can reduce 99% of formaldehyde in hydraulic retention time equal to 126 seconds. To have the best efficiency, the optimum pH was also 5 to 8. The efficiency will decrease if bio-trickling filter is conducted on the pH less than 5. Also microbiological investigation showed that Salmonella and Serratia strains are predominant throughout the bio-trickling filter. Based on the results, an empirical model was developed to design full scale bio-trickling filter. Conclusion: The results demonstrated that bio-trickling filter is an applicable and economic way to treat air stream contaminated by formaldehyde. Based on the importance of air pollution in the world, the results of this experiment can be used to reduce air pollution. Keywords: Bio-filter, Formaldehyde, Biodegradation, Microorganisms, Organic loading rat