Mô hình hóa hiệu suất của hệ thống bể sinh học màng di động (MBBR) trong xử lý nước thải bệnh viện (HW): phân tích toàn diện về việc loại bỏ BOD và COD

R. Shokoohi1, G. Asgari2, M. Leili3, M. Khiadani4, M. Foroughi3, M. Sedighi Hemmat3
1Department of Environmental Health Engineering & Research Centre for Health Sciences, School of Public Health, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran
2Social Determinants of Health Research Center (SDHRC), Faculty of Public Health, Department of Environmental Health Engineering, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran
3Department of Environmental Health Engineering, School of Public Health, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran
4School of Engineering, Edith Cowan University, Joondalup, Australia

Tóm tắt

Hiệu suất của hệ thống bể sinh học màng di động (MBBR) cho nước thải bệnh viện thật sự đã được thử nghiệm, mô hình hóa và tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt phản ứng. Trước khi tiến hành các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, thiết kế thí nghiệm đã được đánh giá để giảm thiểu bất kỳ sai số dự đoán nào. Các phân tích thống kê đã chứng minh tính hợp lệ và đầy đủ của các mô hình để dự đoán việc loại bỏ BOD và COD của quy trình. Dự đoán của các mô hình (với giá trị mong muốn là 0.98) được phát hiện là rất ăn khớp với kết quả của các thí nghiệm xác nhận. Kết quả cho thấy rằng dưới các điều kiện vận hành thuận lợi của các biến được nghiên cứu (tỷ lệ chất liệu 70%, thời gian lưu nước 24 giờ, và MLSS 3000 mg/L), hiệu suất loại bỏ cho BOD và COD lần lượt là 97.8% và 95.6%. Hơn nữa, động học của quy trình sinh học cho thấy rằng việc loại bỏ chất hữu cơ cho nước thải được thử nghiệm tuân theo mô hình Stover–Kincannon đã được điều chỉnh với hệ số tương quan là 0.998. Tỷ lệ BOD/COD là 0.6 (phạm vi tối ưu cho xử lý sinh học thường lớn hơn 0.5) cho thấy hiệu suất chấp nhận được của bể đối với việc phân hủy tải hữu cơ. Một hiệu suất tổng thể cao của quy trình và việc đáp ứng các tiêu chuẩn liên quan khiến cho hệ thống này trở thành một lựa chọn phù hợp để xử lý nước thải bệnh viện.

Từ khóa

#Hệ thống bể sinh học màng di động #nước thải bệnh viện #loại bỏ BOD #loại bỏ COD #động học sinh học

Tài liệu tham khảo

Accinelli C, Saccà ML, Mencarelli M, Vicari A (2012) Application of bioplastic moving bed biofilm carriers for the removal of synthetic pollutants from wastewater. Bioresour Technol 120:180–186. doi:10.1016/j.biortech.2012.06.056 Ahmadi E, Gholami M, Farzadkia M, Nabizadeh R, Azari A (2015) Study of moving bed biofilm reactor in diethyl phthalate and diallyl phthalate removal from synthetic wastewater. Bioresour Technol 183:129–135. doi:10.1016/j.biortech.2015.01.122 Amin MM, Khiadani MH, Fatehizadeh A, Taheri E (2014) Validation of linear and non-linear kinetic modeling of saline wastewater treatment by sequencing batch reactor with adapted and non-adapted consortiums. Desalination 344:228–235 Baker MD, Simkins S, Spokas LA, Veneman PLM, Xing BS (2014) Comparison of phosphorus sorption by light-weight aggregates produced in the United States. Pedosphere 24:808–816 Behbahani M, Moghaddam MA, Arami M (2011) Techno-economical evaluation of fluoride removal by electrocoagulation process: optimization through response surface methodology. Desalination 271:209–218 Calderón K, Martín-Pascual J, Poyatos JM, Rodelas B, González-Martínez A, González-López J (2012) Comparative analysis of the bacterial diversity in a lab-scale moving bed biofilm reactor (MBBR) applied to treat urban wastewater under different operational conditions. Bioresour Technol 121:119–126. doi:10.1016/j.biortech.2012.06.078 Casas ME et al (2015) Biodegradation of pharmaceuticals in hospital wastewater by a hybrid biofilm and activated sludge system (Hybas). Sci Total Environ 530:383–392 Cruz-Morató C et al (2014) Hospital wastewater treatment by fungal bioreactor: removal efficiency for pharmaceuticals and endocrine disruptor compounds. Sci Total Environ 493:365–376 De Gryze S, Langhans I, Vandebroek M (2007) Using the correct intervals for prediction: A tutorial on tolerance intervals for ordinary least-squares regression. Chemom Intell Lab Syst 87:147–154 Delnavaz M, Ayati B, Ganjidoust H (2009) Treatment of wastewater containing aniline using a moving bed biofilm reactor (MBBR). J Water Wastewater 68:9–18 Design-expert software (2011). In: Trial Version 8.0.7.1 User’s Guide Dordio A, Carvalho AJP (2013) Constructed wetlands with light expanded clay aggregates for agricultural wastewater treatment. Sci Total Environ 463:454–461 Eaton AD, Franson MAH, American Public Health A, American Water Works A, Water Environment F (2005) Standard methods for the examination of water & wastewater. American Public Health Association, Washington Faridnasr M, Ghanbari B, Sassani A (2016) Optimization of the Moving-bed Biofilm Sequencing Batch Reactor (MBSBR) to control aeration time by kinetic computational modeling: simulated sugar-industry wastewater treatment. Bioresour Technol. doi:10.1016/j.biortech.2016.02.047 Ferrai M, Guglielmi G, Andreottola G (2010) Modelling respirometric tests for the assessment of kinetic and stoichiometric parameters on MBBR biofilm for municipal wastewater treatment. Environ Model Softw 25:626–632 Hosseiny S, Borghei S (2002) Modelling of organic removal in a moving bed biofilm reactor (MBBR). Sci Iran 9:53–58 Jf S, Xx L, Wei L, Ma F, Sc Z, Sc S (2016) Performance and microbial communities of Mn(II)-based autotrophic denitrification in a Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Bioresour Technol 211:743–750. doi:10.1016/j.biortech.2016.03.101 Jin R-C, Xing B-S, Ni W-M (2013) Optimization of partial nitritation in a continuous flow internal loop airlift reactor. Bioresour Technol 147:516–524. doi:10.1016/j.biortech.2013.08.077 Lee J, Ahn W-Y, Lee C-H (2001) Comparison of the filtration characteristics between attached and suspended growth microorganisms in submerged membrane bioreactor. Water Res 35:2435–2445. doi:10.1016/S0043-1354(00)00524-8 Lee Y, Kovalova L, McArdell CS, von Gunten U (2014) Prediction of micropollutant elimination during ozonation of a hospital wastewater effluent. Water Res 64:134–148 Martín-Pascual J, López-López C, Cerdá A, González-López J, Hontoria E, Poyatos J (2012) Comparative kinetic study of carrier type in a moving bed system applied to organic matter removal in urban wastewater treatment. Water Air Soil Pollut 223:1699–1712 Metcalf E (2003) Wastewater engineering: treatment and reuse. McGraw-Hill, New York Mohammad Yari N, Balador A (2008) Performance of MBBR in the treatment of combined municipal and industrial wastewater a case study: Mashhad sewage treatment plant of Parkandabad. Water Wastewater 19:38–46 Moussavi G, Leili M, Nadafi K (2016) Investigation of furfural biodegradation in a continuous inflow cyclic biological reactor. Water Sci Technol 73:292–301 Ødegaard H (2006) Innovations in wastewater treatment: the moving bed biofilm process. Water Sci Technol 53:17–33 Organization WH (2006) Guidelines for the safe use of wastewater, excreta and greywater: policy and regulatory aspects, vol 1. World Health Organization, Geneva Prasertkulsak S, Chiemchaisri C, Chiemchaisri W, Itonaga T, Yamamoto K (2016) Removals of pharmaceutical compounds from hospital wastewater in membrane bioreactor operated under short hydraulic retention time. Chemosphere 150:624–631 Sahariah BP, Chakraborty S (2011) Kinetic analysis of phenol, thiocyanate and ammonia-nitrogen removals in an anaerobic–anoxic–aerobic moving bed bioreactor system. J Hazard Mater 190:260–267. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.03.038 Samarghandi MR, Khiadani M, Foroughi M, Nasab HZ (2016) Defluoridation of water using activated alumina in presence of natural organic matter via response surface methodology. Environ Sci Pollut Res 23:887–897 Shore JL, M’Coy WS, Gunsch CK, Deshusses MA (2012) Application of a moving bed biofilm reactor for tertiary ammonia treatment in high temperature industrial wastewater. Bioresour Technol 112:51–60. doi:10.1016/j.biortech.2012.02.045 Vera Candioti L, De Zan MM, Cámara MS, Goicoechea HC (2014) Experimental design and multiple response optimization. Using the desirability function in analytical methods development. Talanta 124:123–138. doi:10.1016/j.talanta.2014.01.034 Verlicchi P, Al Aukidy M, Zambello E (2015) What have we learned from worldwide experiences on the management and treatment of hospital effluent?—An overview and a discussion on perspectives. Sci Total Environ 514:467–491 Wang S, Chandrasekhara Rao N, Qiu R, Moletta R (2009) Performance and kinetic evaluation of anaerobic moving bed biofilm reactor for treating milk permeate from dairy industry. Bioresour Technol 100:5641–5647. doi:10.1016/j.biortech.2009.06.028 Wen X, Ding H, Huang X, Liu R (2004) Treatment of hospital wastewater using a submerged membrane bioreactor. Process Biochem 39:1427–1431 Zhang S et al (2014) Impacts of temperature and nitrifying community on nitrification kinetics in a moving-bed biofilm reactor treating polluted raw water. Chem Eng J 236:242–250 Zinatizadeh AAL, Ghaytooli E (2015) Simultaneous nitrogen and carbon removal from wastewater at different operating conditions in a moving bed biofilm reactor (MBBR): process modeling and optimization. J Taiwan Inst Chem Eng 53:98–111. doi:10.1016/j.jtice.2015.02.034