Date of Award

2005

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Environmental Science

First Advisor

Dr. Farid BenYahia

Abstract

Removal of ammonia from wastewater is one of the problematic issues in wastewater treatment because nitrifies are very slow growing and can be washed out from activated sludge processes. There is a need to use higher advanced techniques to retain biomass. Among these techniques is cell immobilization in appropriate reactor environments. Cell immobilization technology can be approached by various methods, including cell entrapment or biofilms. However, these immobilization techniques are often accompanied by challenges in terms of biomass activity preservation and recovery following the immobilization treatment, reduction of nutrients mass transfer rates, adequate performance under shock situations and preservation of structural and mechanical integrity of the support material.

Our literature review revealed that important issues like, the effect of support matrix composition on nitrification performance was not addressed adequately, and the effect of pH shock and load shock to immobilized systems were not quantitatively investigated. Hence, it was decided to make these issues prime objectives of this investigation. In addition, the effect of initial ammonia concentration on nitrification performance was studied.

In this investigation, immobilization of Nitrosamines cells was carried out using various methods that include entrapment in support matrices and surface biofilms, in order to evaluate the potential of this technology in large-scale wastewater treatment applications. Support material considered for entrapment in this work included alginate gels and Polyvinyl alcohol (PVA). Materials considered for biofilm growth included available natural and synthetic particles.

The results from the biofilm growth experiments suggested that the particles considered in this work were not suitable for Nitrosamines cells. On the other hand, the results of entrapment experiments suggested that out of the three PVA compositions considered in this work (10%, 15% and 20%), the 10% PYA gave the best overall results. This was ascertained by nitrite liberation rates and SEM imagery. In addition, the initial ammonia concentration of 100 ppm that is used in bacterial reactivation gave the best overall nitrification results.

This investigation has clearly shown the positive potential of immobilized Nitrosamines cell for nitrification in wastewater treatment applications. In addition to biomass retention, which is a prime objective of immobilization, additional benefits were attained. These included a resistance to pH and load shock and the ability to sustain nitrification even at high ammonia concentrations.

Comments

‎تتواجد الأمونيا بصورة كبيرة في مياه الصرف سواء الصرف الصحي أو الصناعي، و للأمونيا آثار في غاية الضرر على صحة الإنسان و الحيوان و الأسماك و كذلك البيئة المحيطة. وتعتبر عملية إزالة الأمونيا من مياه الصرف من أكثر العمليات صعوبة في مجال معالجة مياه الصرف. ويرجع هذا إلى النمو البطيء للبكتريا المحللة للأمونيا، الأمر الذي يؤدي إلى ضياع وفقد هذه البكتيريا من داخل عمليات المعالجة البيولوجية بالحماة المنشطة وبالخلايا الحرة. ومن هنا تبرز الحاجة إلي إستخدام وسائل أكثر تطوراً لتثبيت وحبس هذه الكائنات البكتيرية الهامة داخل بيئة التفاعل.

إن تقنية تثبيت الخلايا البكتيرية تعتبر من أكثر الوسائل تطوراً في مجال العمليات البيولوجية الهندسية. ويمكن تطبيق هذه التقنية عبر عدة طرق من ضمنها التثبيت داخل اللدائن أو الحث علي تكوين رقائق بكتيرية على الأسطح الصلبة. مع الأخذ في الإعتبار أن هذه الوسائل عادةً ما تكون مصحوبة ببعض التحديات و المصاعب مثل الحفاظ على حيوية ونشاط البكتيريا بعد عملية التثبيت، و إنخفاض معدل انتقال المتفاعلات و النواتج، ومدي الأداء الجيد في ظروف الصدمات غير المتوقعة في بيئة التفاعل مثل إخفاض الأس اللهيدروجيني او إزدياد العبء المفاجىء. وكذلك الحفاظ على القدرات الميكانيكية اللازمة داخل بيئة المعالجة.

إن البحث المرجعي الذي قمنا به افادنا بأن نقاطاً هامة لم يتم التطرق إليها في البحوث المنشورة في هذا المجال مثل تأثير نسبة تركيب اللدائن على عملية المعالجة و ايضاً حجم الحماية التي توفرها هذه اللدائن للبكتيريا عند تعرضها للتغيرات المفاجئة داخل بينة التفاعل. و لهذا فقد جعل من هذه النقاط اهداف رئيسية لهذه الدراسة.

في هذه الدراسة، ثم تثبيت النيتروسومونس (البكتيريا المحللة للأمونيا) بواسطة الطريقتين السابق ذكرهما لتقييم ادائهما كحل حيوي و ذو جدوى عالية لعمليات المعالجة البيولوجية لمياه الصرف. وقد تم التركيز على تقنية التثبيت داخل اللدائن المحضرة معملياً من مادة البولي فينيل الكحول.

و قد أفادت نتائج الدراسة إلى أنه من بين النسب المختارة لتكوين اللدائن، فإن نسبة ال 10% قد اعطت افضل النتائج في عملية نزع الأمونيا وكذلك افضل حماية للبكتيريا من التغيرات المفاجئة داخل بيئة التفاعل. كذلك، فإن بيئة التنشيط المثالية كانت التي تحتوي على تركيز ۱۰۰ جزء في المليون من الأمونيا.

إن نتائج هذه الدراسة قد اثبتت جدوى إستخدام تقنية تثبيت البكتيريا داخل اللدائن في عمليات المعالجة البيولوجية لمياه الصرف و بالأخص عمليات إزالة الأمونيا لما لهذه التقنية من فوائد عديدة منها الحفاظ على نسبة كبيرة من البكتيريا داخل بيئة التفاعل وكذلك الحماية العالية من التغيرات المفاجئة. و تعتبر هذه النتائج ذات جدوى إقتصادية عالية نظراً لتحسينها من كفاءة عمليات إزالة الأمونيا في المعالجة البيولوجية والتكلفة المنخفضة لتطبيقها الميداني مقارنةً بوسائل إزالة الامونيا الأخرى.

Download
COinS