An experimental study to improve the performance of rotating biological contactors for wastewater treatment

الملخص

دراسة تجريبية لتحسين أداء الأقراص البيولوجية الدوارة لمعالجة مياه الصرف الصحي

الدكتور المهندس يوسف سمير ديب

المهندس محمد منذر محمد جمعه الأحمد

الملخص

إحدى عمليات معالجة مياه الصرف الصحي هي طريقة الأقراص البيولوجية الدوارة، والتي تعرف أيضًا باسم Rotating Biological Contactor  وباختصار  RBCتوفر كفاءة عالية لإزالة المواد العضوية بتكلفة منخفضة. بساطة العملية تجعلها جذابة للغاية، بالإضافة إلى ذلك، فإن تكلفة التأسيس مقبولة وتحتاج إلى مساحة أرض صغيرة للعمل، في هذه الدراسة تم تحديد العوامل المؤثرة على أداء المعالجة بالأقراص البيولوجية الدوارة. تم مناقشة أداء RBC، أكد العمل التجريبي أن زمن المكوث، المواد المستخدمة في تلبيس الأقراص وسرعة الدوران لها تأثير كبير على معدلات الإزالة والأداء، كانت سرعة الدوران المستخدمة rpm (3 , 5 ,7 )، كانت أفضل سرعة 5 rpm ووصلت كفاءة الإزالة لكلا من  COD  ، BOD₅  ، TSS  إلى %83.10 ، %88.83 ،% 88.49،على الترتيب. وتنوعت الوسائط المستخدمة في المعالجة: أقراص دون مادة تغليف، وأقراص مغلفة بصفائح البولي ايتلين ، وأقراص مغلفة بقماش الفرو، أظهرت مادة التغليف الفرو أعلى كفاءات إزالة، حيث وصلت كفاءة الإزالة لكلٍّ من COD  ، BOD₅   ،TSS  إلى %54.53 ، %57.10 ،%46.10  على الترتيب حيث أنها تتمتع بأعلى مساحة سطحية، مما سمح بنمو المزيد من الكائنات الحية الدقيقة، وبالتالي زيادة كفاءة إزالة كلاً من COD وBOD وTSS.

الكلمات المفتاحية: الأقراص البيولوجية الدوارة، COD، BOD5، TSS، سرعة الدوران، مادة التغليف للأقراص، زمن المكوث الهيدروليكي.

ورد البحث للمجلة بتاريخ  /   / 2024

وقبل للنشر بتاريخ  /   / 2024

* دكتور مهندس– قسم هندسة التصميم والإنتاج – كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية – جامعة تشرين – اللاذقية – سورية.

**مهندس - قسم هندسة الآلات الزراعية- كلية الهندسة الميكانيكية – جامعة حلب – حلب – سورية.

An experimental study to improve the performance of rotating biological contactors for wastewater treatment

** Doctor of Engineer - Department of Design and Production Engineering - Faculty of Mechanical and Electrical Engineering - Tishreen University - Lattakia - Syria.

**Muhammad munzer Muhammad jouma Al-Ahmad

Abstract

 One of the wastewater treatment processes is Rotating Biological Contactors. Which also known as RBC and provides acceptable organic removal efficiency at a low cost. The simplicity of operation makes it very attractive. In addition, the operation cost is always low and it does need a small land to operate. In this review factors affecting the RBC performance discussed. In addition to an experimental works to verify the effect of different factor affecting the RBC system performance and removal efficiency. The experimental work confirmed that the HRT, media material and speed of rotation have a great influence on the removal rates and performance. Rotation speed used was 3, 5 and 7 rpm, while the best speed was 5 rpm. Media materials varied between: discs without coating material, discs coated with low-density polyethylene sheets, and discs coated with furring fabric. discs coated with furring fabric showed the highest removal rates as it had the highest surface area, which allowed more microorganisms to grow, and thus, the removal efficiency of COD, BOD and TSS were increased.

Keywords: Rotating Biological Contactors, COD, BOD5, TSS, Rotation Speed, Tablet Coating Material, Hydraulic Retention Time.

 Received / /  2024

Accepted / /  2024

* Doctor of Engineer - Department of Design and Production Engineering - Faculty of Mechanical and Electrical Engineering - Tishreen University - Lattakia - Syria.

**Engineer - Department of Agricultural Machinery Engineering - Faculty of Mechanical Engineering - University of Aleppo - Aleppo - Syria.

1.    مقدمة

أدى التطور الذي شهدته معظم دول العالم، إضافة لزيادة عدد السكان وارتفاع مستوى المعيشة إلى ارتفاع ملحوظ في الطلب على المياه حيث بات النقص في موارد المياه العذبة مشكلة تشغل بال المختصين وصناع القرار كونها تؤثر على العجز المائي ولاسيما في توفير مياه صالحة لإعادة الاستخدام ،مما دعا الى البحث عن حلول أخرى ممكنة ، ورغم أن بعض الدول لا تعاني من هذه المشكلة بسبب تنوع مصادر المياه التقليدية فيها، ووجود هذه المياه بكميات تفي بالطلب إلا أن توزع المياه الصالحة للاستعمال على سطح الكرة الأرضية ليس متساوي، الأمر الذي أدى إلى التفكير في تنويع مصادر المياه واستغلال أكبر كمية ممكنة منها بشتى الطرق لتلافي الفجوة ما بين الكميات المتوفرة من المياه والطلب الفعلي عليها، وتعد إعادة استعمال مياه الصرف الصحي المعالجة من طرق استغلال المياه التي تلاقي قبولا ملحوظا في الآونة الأخيرة. ويساهم استعمال مياه الصرف الصحي المعالجة في الزراعة أو أي استعمالات أخرى إلى توفير في المياه العذبة والتوسع في المساحات الزراعية لإنتاج محاصيل متنوعة وبسعر أقل، والتقليل من تكاليف الحصول على المياه في الزراعة من مصادر تقليدية كالمياه الجوفية وغيرها، كما يؤدي أيضا إلى التقليل من التكاليف المتعلقة بإنتاج واستيراد واستعمال الأسمدة بسبب وجود العناصر الضرورية للنبات في تلك المياه.

2.    أهمية البحث وأهدافه

تأتي أهمية البحث في سوريا من خلال معطيات الواقع الحالي والتي تتمثل في نقص مصادر المياه، مما دفع بالمزارعين إلى استخدام مياه الصرف الصحي في ري المزروعات بشكل مباشر، والتي تتم عادة في ضواحي المدن، وبالتالي أصبحت مياه الصرف الصحي تشكل مشكلة كبيرة، لذلك كان لابد من البحث عن وسيلة لمعالجة مياه الصرف الصحي لتحقيق كفاءة عالية لإزالة الملوثات وتحسين جودة مياه الصرف الصحي مع تقليل الأضرار الناتجة عنها من تلوث التربة والذي ينعكس سلباً على النباتات والحيوانات وصحة الأنسان والحصول على مياه ذات جودة عالية وتحقيقها للمواصفة السورية لري المزروعات.

تم في هذا البحث دراسة لمعالجة مياه الصرف الصحي بطريقة الأقراص البيولوجية الدوارة   RBC   وتحديد تأثير بعض المؤشرات التشغيلية على كفاءة المعالجة لمياه الصرف الصحي، إن الهدف المعالجة بطريقة الأقراص البيولوجية الدوارة هو إنقاص الحمل العضوي لمياه الصرف الصحي بشكل اقتصادي للاستفادة منها لأغراض الري، كما إن الحمأة الناتجة يمكن استخدامها في تحسين خواص التربة.

وتكمن أهمية المعالجة الهوائية بالأقراص البيولوجية الدوارة RBC:

1. زيادة كفاءة المعالجة وتخفيض أزمنة المكوث الهيدروليكي للمعالجة.
2. تخفيض الكلفة والتأسيسية للمعالجة كونها تحتاج إلى مساحات صغيرة.

يهدف البحث إلى دراسة فعالية المعالجة بالأقراص البيولوجية الدوارة         RBC لمياه الصرف الصحي وذلك ضمن حوض مصنوع محلياً حيث يحتوي على عدد من الأقراص البلاستيكية المصنعة محلياً ومحور حامل للأقراص ومحرك وعلبة سرعة ومنظم للتحكم بعدد الدورات حيث تمت دراسة كفاءة إزالة الـ COD، BOD₅، المواد الصلبة العالقة TSS، خلال أزمنة المكوث الهيدروليكية مختلفة. وبدراسة العوامل التالية

1. دراسة تأثير السطح النوعي للأقراص على كفاءة المعالجة.
2. دراسة تأثير سرعة دوران الأقراص على كفاءة المعالجة.
3. دراسة تأثير زمن المكوث على كفاءة المعالجة.

3.    الدراسات المرجعية

قام  [1]  في 2008 بتصنيع حوض مخبري للأقراص البيولوجية الدوارة RBC ثلاثي المراحل من   ألواح أكريليك بسمك ، حيث تتكون كل مرحلة من 16 قرصًا ، بقطر  و تباعد الأقراص ، كانت مساحة السطح الإجمالية للأقراص ،ونسبة الغمر للأقراص ، و كان حجم المفاعل  ، عند سرعة دوران للأقراص 4 rpm،بلغت كفاءة الإزالة للـ COD %80 و% 83  عند أزمنة احتجاز h16 و24h  على التوالي ، وتم إزالة  من إجمالي  عند زيادة زمن احتجاز لمياه الصرف HRT إلى   ،  كما تم تحقيق كفاءة إزالة للـ COD بنسبة 96%، مع زيادة مساحة سطح الأقراص حيث سمحت بنمو المزيد من الكائنات الحية الدقيقة، [1].

أجرى [2] في عام 2011 تصميم نظام معالجة بالأقراص البيولوجية الدوارة لمعالجة مياه الصرف الرمادية مؤلف من مرحلة واحدة من الأقراص على مستوى مخبري، يتألف النظام من محرك كهربائي وعلبة سرعة لتخفيض عدد دورات المحرك الكهربائي  كما في الشكل1 .

الشكل1: نموذج الأقراص البيولوجية الدوارة للباحث [2]

تم تشغيل النظام على معدل دورات  وكانت نسبة غمر الأقراص البيولوجية في الحوض ، تم أخذ عينات من المياه المعالجة على أزمنة مكوث مختلفة وذلك لقياس كلاً من:pH  ، TDS، BOD₅،COD،TSS، وكانت كفاءة إزالة كلاً من BOD  وللـ  COD  عند زمن احتجاز 1.5h ولوحظت تغيرات طفيفة في كفاءة إزالة المواد الصلبة المعلقة TSS واعتبر الباحث أن الأقراص البيولوجية الدوارة أكثر تقانات المعالجة فعالية في تخفيض كلاً من  COD و [2] BOD.

درس [3] عام 2012  معالجة مياه الصرف الرمادية باستخدام RBC  كل مرحلة مؤلفة  من 4 أقراص عمودية على محور الدوران، كل مرحلة أبعادها    mm ، ، كان حجم الحوض 30