ارتقای عملکردی فرآیندهای تغلیظ و آبگیری لجن مازاد بیولوژیکی و لجن هضم شدهی بیهوازی فاضلاب شهری با استفاده از نانومونت موریلونیت اصلاح شدهی اسیدی- حرارتی
فصلنامه علمی پژوهشی بهداشت در عرصه,
دوره 12 شماره 4 (1403),
7 تیر 2025
,
صفحه 51-63
https://doi.org/10.22037/jhf.v12i4.47279
چکیده
زمینه و اهداف: عملکرد بهینهی مراحل تغلیظ و آبگیری لجن حائز اهمیت میباشد. با توجه به آبگیریپذیری نامناسب لجن معمولا از مواد منعقدکنندهی سنتتیک برای بهبود کارآمدی این فرآیندها استفاده میشود. به دلیل محدودیتهای مالی و کیفی استفاده از این مواد، تلاش گستردهای برای جایگزینی آنها با مواد طبیعی صورت میگیرد. در این تحقیق، امکان سنجی استفاده از ماده نانومونت موریلونیت اصلاح شده به عنوان مادهی حالت دهندهی لجن انجام پذیرفت.
مواد و روشها: نمونههای لجن برداشت شده از تصفیهخانه فاضلاب جنوب تهران، با دوزهای مختلف حالت دهنده (400-50 میلیگرم بر گرم جامدات خشک) حالتدهی شدند. بر اساس پارامتر مقاومت ویژه فیلتراسیون، دوز بهینه به دست آمد. سپس آزمایشات تکمیلی بر ساختار مواد پلیمری برون سلولی لجن حالت دهی شده انجام پذیرفت. رعایت ملاحظات اخلاقی در تمام مراحل اجرای مطالعه در نظر گرفته شد.
یافتهها: در دوز بهینه نانومونت موریلونیت اصلاح شده (200 میلیگرم بر گرم جامدات خشک)، بیشترین درصد کاهش مقاومت ویژهی فیلتراسیون برای لجن مازاد بیولوژیکی برابر با62/82 درصد و لجن هضم شده برابر با 66/47 درصد حاصل گردید. در دوز بهینه، پتانسیل زتا و آب پیوندی به ترتیب به 93/75 و 80/38 درصد برای لجن مازاد بیولوژیکی و به ترتیب 89/74 و 77/93 درصد برای لجن هضم شده بیهوازی کاهش یافت.
نتیجهگیری: نتایج حاصل نشان میدهند نانومونت موریلونیت اصلاح شده با تغییرات در میزان کل کربن آلی، میزان پروتئین و پلی ساکارید در ساختار مواد پلیمری برون سلولی منجر به ارتقا عملکرد فرآیند تغلیظ و آبگیری در لجن فاضلاب شهری میشود.
- تغلیظ لجن، آبگیری لجن، نانومونت موریلونیت، مواد پلیمری برون سلولی
ارجاع به مقاله
مراجع
- Zhang X, Ye P, Wu Y. Enhanced technology for sewage sludge advanced dewatering from an engineering practice perspective: A review. Journal of Environmental Management 2022; 321:115938. Doi: 10. 1016/ j. jenvman.2022. 115938.
- Pan W, Zhang X, Deng R, Gu L, Tan X, Yan S, et al. TA and CTAB treatment synergistically enhance activated sludge dewatering by lowering proteins and boosting Zeta potential. Journal of Environmental Chemical Engineering 2024; 12(4):113102. Doi: 10. 1016/j.jece.2024.113102.
- Tan J, Huang Y, Chi B, Xiong Z, Zhou W, Yang Z, et al. Comparative study of iron and aluminium coagulants in conditioning sludge: sludge dewatering performance, physicochemical properties, and risk of heavy metal migration. Journal of Environmental Chemical Engineering 2024; 12(4):113168. Doi: 10. 1016/ j. jece. 2024. 113168.
- Bao P, Du C, Li Y, Jiang H, Zhou L, Yu G, et al. Application of skeleton builders to sludge dewatering and disposal: A critical review. Science of the Total Environment 2024; 906:167106. Doi: 10. 1016/j.scitotenv.2023.167106.
- Sultana M, Wulandari M, Adachi Y. Remarkable potential of Na-montmorillonite as a sustainable and eco-friendly material for flocculant studied in the standardized mixing flow. Bioresource Technology Reports 2023; 23:101567. Doi: 10. 1016/ j. biteb. 2023. 101567.
- Ayalew AA. A critical review on clay-based nanocomposite particles for application of wastewater treatment. Water Science and Technology 2022; 85(10):3002-22.
- Samara E, Matsi T, Zdragas A, Barbayiannis N. Use of clay minerals for sewage sludge stabilization and a preliminary assessment of the treated sludge’s fertilization capacity. Environmental Science and Pollution Research 2019; 26:35387-98.
- Masihi H, Gholikandi GB. Using acidic-modified bentonite for anaerobically digested sludge conditioning and dewatering. Chemosphere 2020; 241:125096. Doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.125096.
- Masihi H, Gholikandi GB. Using thermal-acidic-modified kaolin as a physical-chemical conditioner for waste activated sludge dewatering. Chemical Engineering Journal 2021; 412:128664. Doi: 10. 1016/ j. cej.2021.128664.
- Li G, Zhong H, Yang Y, Zhu L, Liu X, Wang H. Effect of modified kaolin conditioning sludge on organic matter properties. Biochemical Engineering Journal 2022; 188:108701. Doi: 10.1016/j.bej.2022.108701.
-Yaghmaeiyan N, Mirzaei M, Delghavi R. Montmorillonite clay: Introduction and evaluation of its applications in different organic syntheses as catalyst: A review. Results in Chemistry 2022; 4:100549.
- Biglari Quchan Atigh Z, Sardari P, Moghiseh E, Asgari Lajayer B, Hursthouse AS. Purified montmorillonite as a nano-adsorbent of potentially toxic elements from environment: an overview. Nanotechnology for Environmental Engineering 2021; 6:1-21.
- Fang Z, Suhua H, Xu L, Jian F, Qi L, Zhiwei W, et al. Adsorption kinetics and thermodynamics of rare earth on Montmorillonite modified by sulfuric acid. Colloids and Surfaces a: Physicochemical and Engineering Aspects 2021; 627:127063. Doi: 10. 1016 /j. colsurfa. 2021. 127063.
- Peng G, Lu Y, You W, Yin Z, Li Y, Gao Y. Analysis of five bisphenol compounds in sewage sludge by dispersive solid-phase extraction with magnetic montmorillonite. Microchemical Journal 2020; 157:105040. Doi: 10.1016/j.microc.2020.105040.
- Miao Y, Zhao Y, Zhang L, Chen L, Gao R, Jiang X, et al. Dewatering behavior and regulation mechanism of montmorillonite nanosheet in aqueous solution. Journal of Colloid and Interface Science 2023; 652:1620-30.
- Wang C, Myshkin VF, Bespala EV, Poberezhnikov AD, Baraban AP, Shukshina DD, et al. Structure and properties of montmorillonite containing Ca2+, Sr2+, and Ba2+ cations simultaneously. Journal of Molecular Liquids 2023; 382:121994. Doi: 10.1016/j.molliq.2023.121994.
- Wu B, Su L, Dai X, Chai X. Development of montmorillonite-supported nano CaO2 for enhanced dewatering of waste-activated sludge by synergistic effects of filtration aid and peroxidation. Chemical Engineering Journal 2017; 307:418-26.
- Huang P, Ye L. Enhanced dewatering of waste sludge with polyacrylamide/montmorillonite composite and its conditioning mechanism. Journal of Macromolecular Science, Part B 2014; 53(9):1465-76.
- Rice EW, Bridgewater L, Association APH. Standard methods for the examination of water and wastewater: American public health association Washington, DC; 2012.
- Kausar A, Ahmad I, Aldaghri O, Ibnaouf KH, Eisa M. Nanoclay-reinforced nanocomposite nanofibers—Fundamentals and state-of-the-art developments. Minerals 2023; 13(6):817. Doi:10.3390/min13060817.
- Mena-Duran C, Kou MS, Lopez T, Azamar-Barrios J, Aguilar D, Domínguez M, et al. Nitrate removal using natural clays modified by acid thermoactivation. Applied Surface Science 2007; 253(13):5762-66.
- Dai Y, Huang S, Liang J, Zhang S, Sun S, Tang B, et al. Role of organic compounds from different EPS fractions and their effect on sludge dewaterability by combining anaerobically mesophilic digestion pre-treatment and Fenton’s reagent/lime. Chemical Engineering Journal 2017; 321:123-38.
- Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry 1976; 72(1-2):248-54.
- DuBois M, Gilles KA, Hamilton JK, Rebers Pt, Smith F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Analytical Chemistry 1956; 28(3):350-56.
- Xiao K, Chen Y, Jiang X, Yang Q, Seow WY, Zhu W, et al. Variations in physical, chemical and biological properties in relation to sludge dewaterability under Fe (II)–Oxone conditioning. Water Research 2017; 109:13-23.
- Zhu Y, Li H, Yang P, Li D, Wang Z, Qi Y, et al. Aluminum speciation in polymerized aluminum chloride: Roles and chloride ion migration in sludge dewatering. Journal of Environmental Chemical Engineering 2024; 12(1):111749. Doi: 10.1016/j.jece.2023.111749.
- Zhang J, Yue Q, Xia C, Yang K, Zhao P, Gao B, et al. The study of Na2SiO3 as conditioner used to deep dewater the urban sewage dewatered sludge by filter press. Separation and Purification Technology 2017; 174:331-37.
- Aktas TS, Takeda F, Maruo C, Fujibayashi M, Nishimura O. Comparison of four kinds of coagulants for the removal of picophytoplankton. Desalination and Water Treatment 2013; 51(16-18):3547-57.
- Hatamifar A, Gholikandi GB. Synergistic effect of innovative bentonite and poly aluminum chloride (PAC) combination for excess and digested sludge thickening and dewatering. Desalination and Water Treatment 2024; 317:100131. Doi: 10.1016/j.dwt.2024.100131.
- Sun X, Lv G, Peng Y, Wu S, Chen Z, Chen L, et al. Ultrahigh pressure filtration dewatering of municipal sludge conditioned by steel slag in combination with Fe2+/sodium persulfate. Journal of Environmental Chemical Engineering 2024; 12(2):112050. Doi: 10.1016/j.jece.2024.112050.
- چکیده مشاهده شده: 121 بار