KFUPM ePrints

Treatment of refinery wastewater using crossflow membrane bioreactor (CF-MBR)

Muhitur Rahman, Muhammad (2004) Treatment of refinery wastewater using crossflow membrane bioreactor (CF-MBR). Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
3895Kb

Arabic Abstract

مع تطور تقنيات صناعة الأغشية النسيجية اكتسب استخدام الغشاء المعالج الحيوي اهتمام كبير في السنوات الأخيرة في مجال معالجة النفايات الصناعية. الغشاء المعالج الحيوي معترض الجريان هو أحد النماذج المعدلة لعملية تنشيط الحماءة. يشتمل المعالج الحيوي على غشاء وحوض تهوية يحتوي على خليط المواد العالقة (MLSS) مما يجعله أفضل من نظام المعالجة التقليدي، كما أن نظام التدفق وطريقة أداء هذا النظام العوامل التشغيلية المصاحبة لعملية المعالجة تعتبر مهمة لأغراض التصميم ومطابقة المواصفات. الهدف الرئيس من هذه الدراسة هو تتبع حركة وأداء المعالج الحيوي الغشائي المعترض للجريان عند استخدامه في معالجة مخلفات تكرير البترول في وجود نسب مختلفة لتركيز العوالق (5000 و 3000 ملجرام/لتر). لقد تم قياس الأداء بناءً على الكفاءة الهيدروليكية (تغير الدفق، زمن الحجز والضغط عبر الغشاء) بالإضافة لكفاءة إزالة الأكسجين الكيميائي المطلوب (COD). تم قياس عدد من المكونات العضوية (الأكسجين الحيوي المطلوب BOD، الكربون العضوي TOC، الزيوت والشحوم، الفينول والنشادر) والبكتريا الحيوية لتقييم جودة المياه المعالجة خلال فترة الدراسة. أيضاً تمت دراسة أثر زمن البقاء الهيدروليكي وطريقة نظافة الغشاء على أداء نظام المعالجة. وجدت نسبة إزالة عالية (93-94%) عند دراسة الحركة الأحياء في نظام المعالجة عند درجات تركيز عوالق 5000 ملجرام/لتر و 3000 ملجرام/لتر ولم يلاحظ أي تحسن عندي زيادة تركيز المواد العالقة من 3000 ملجرام/لتر إلى 5000 ملجرام/لتر. عند تركيز 5000 ملجرام/ليتر كانت معاملات الحركة: (Y = 0.276 mg/mg, kd = 0.07day-1, m = 0.653 day-1 ad Ks = 496.62 mg) بينما كان تركيز الأكسجين الكيميائي المطلوب 0.222 ملجرام/ملجرام 0.90 /يوم، 1.2/يوم و 659.45 ملجرام لتركيز 3000 ملجرام/لتر على التوالي. اظهر نظام المحاكاة الذي أجرى على أزمنة مختلفة لحجز المواد الصلبة أن هناك توافق كبير بين نتائج نموذج المحاكاة والنتائج المخبرية. يمكن استخدام نموذج المحاكاة لتمثيل استراتيجيات وعمليات تشغيل مختلفة. يتناسب معدل الدفق طرديا مع السرعة خلال الغشاء ويمكن تمثيل ذلك بالعلاقة J - kVn حيث وجد أن k و n تعتمد على تركيز المواد العالقة. عند دراسة أثر زمن الحجز الهيدروليكي على أداء نظام المعالجة وجد أن نسبة إزالة الأكسجين الكيميائي تصل إلى %95 عند نظام تشغيل مثالي بزمن حجز هيدروليكي 34 ساعة وزمن حجز المواد الصلبة 67 يوم وسرعة عبور الغشاء 2.21 متر/ثانية وتركيز مواد صلبة يساوي 5000 ملجرم/اللتر. وجد أن نفس نسبة الإزالة السابقة يمكن أن تحصل عند تركيز 3000 ملجرام/لتر عند زمن حجز هيدروليكي 33 ساعة وزمن حجز للمواد الصلبة 31 يوم وسرعة عبور الغشاء 2.25 متر/ثانية. كما وجد أن نسبة إزالة الأكسجين الكيميائي لا تعتمد على زمن الحجز الهيدروليكي. أظهرت صفيحة العد القياسية أن هناك نقصان بمقدار وحدة في نسبة البكتريا خلال فترة المعالجة وهي غير كافية. تم الأخذ في الاعتبار عند تنظيف الغشاء استخدام حامض مطهر مع ضخ خلفي للمياه وقد وجد أنه أنجح طرق التنظيف من حيث زمن التنظيف وكفاءته.

English Abstract

Membrane Bioreactors have gained a considerable attention in the recent years for treating industrial wastes with an extensive advancement in the membrane technology. A Crossflow Membrane Bioreactor (CF-MBR) is one of the modifications to the conventional activated sludge process. It is the combination of a membrane module and an aeration tank containing the Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS) that gives frequent benefits over the conventional wastewater treatment process. However, the biokinetics and performance of different operating parameters associated with this process are required to better design this type of treatment plant and to meet the effluent standards. The major objective of this study is to investigate the kinetics and the performance of crossflow membrane bioreactor for treating oily wastewater at two different MLSS concentrations (5000 and 3000 mg/l). The performance was measured based on the hydraulic efficiency (variation of flux, hydraulic retention time and transmembrane pressure) as well as the COD removal efficiency of the system. Several organic (BOD, TOC, oil & grease, phenol and ammonia) and microbial (heterotrophic plate count) parameters to evaluate the permeate water quality were measured throughout the study period. The effect of HRT on the system performance and the cleaning mechanism of the ceramic membrane were also investigated. During the biokinetic study period at concentrations of MLSS 5000 mg/l and 3000 mg/l, high removal efficiency (93-94%) was observed and the removal efficiency was not improved with increasing the MLSS concentration (from 3000 mg/l to 5000 mg/l). At MLSS 5000 mg/l, the kinetic coefficients were: Y = 0.276 mg/mg, Kd = 0.07 day⁻¹, μm = 0.653 day⁻¹ and Ks = 396.62 mg COD/l, which were 0.222 mg/mg, 0.09 day⁻¹, 1.20 day⁻¹ and 659.45 mg COD/l for MLSS concentration of 3000 mg/l, respectively. The simulation study in predicting the effluent COD at various SRTs, showed good agreement between model predictions and experimental data. The model can be used to simulate and investigate different operational strategies. Flux increased with the increasing crossflow velocity and thus can be expressed by the power law relationship (J = kVn). The constants k and n were found to be dependent on MLSS concentrations. In the study of effect of HRT on system performance, the maximum COD removal efficiency (95%) occurred at an optimal operating condition of HRT 34 hr, SRT 67 day and CFV of 2.21 m/s at MLSS 5000 mg/l. The same removal efficiency was occurred at MLSS 2000 mg/l in combination of operating parameters of HRT 33 hr, SRT 31 day and CFV of 2.25 m/s. COD Removal efficiency was found to be independent of HRT at different MLSS concentration in this study. The standard plate count showed one log reduction in permeate colony forming units during the experimental period which is not satisfactory. In removing the fouling of the membrane, combination of chemical washing with an acidic detergent followed by the backwash was regarded as the best solution for fouling control in sense of cleaning time and recovered flux.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:December 2004
Date Type:Completion
Subjects:Civil Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Creators:Muhitur Rahman, Muhammad
Committee Advisor:Al-Malack, Muhammad H.
Committee Members:Bukhari, Alaadin A. and Vohra, Muhammad S.
ID Code:10514
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:06
Last Modified:30 Apr 2011 15:37

Repository Staff Only: item control page