الفهرس 
IntroductionOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 113 |  |  |
| | | from | 113 | | |
Abstract
ABSTRACT
Name: Ahmed Abdelalim Mustafa Dahaba
Title: Reduction of Sulfate from Industrial Wastewater via Chemical and Biological Technique.
Unpublished MSc. Thesis, Department of Chemistry, Faculty of Women for Arts, Science and Education, Ain shams University.
This study introduces an application of chemical treatment and biological treatment for industrial wastewater (IWW), which is contaminated with sulfate ions. Thus, lab scale chemical treatment system and anaerobic bioreactor were fabricated for determining the optimum operational conditions for remarkable removal of sulfate ions and other impurities from IWW. Chemical treatment of Sulfate involves advanced calcium-aluminum precipitation (ACAP) method that greatly enhanced the precipitation of sulfate ions as a mixture of gypsum CaSO4.2H2O and ettringite Ca6Al2(SO4)3(OH)12.26H2O via addition of lime (CaO) and aluminum in the form of sodium aluminates (NaAlO2). The optimum operational conditions for ACAP method were: the pH range from pH 11.0 " ~ " 12.5, the molar ratios of Ca(OH)2 to NaAlO2 to Sulfate, SO42− (Ca : Al : SO42-) were 6 : 1 : 3, retention time of 30 min., and at normal temperature of 25oC. Consequently, XRD, SEM and EDAX analyses identified the chemical formula of precipitate as ettringite Ca6Al2(SO4)3(OH)12.26H2O. Ettringite was dissolved in acidic solution and gypsum precipitated and aluminium recovered. Experimental results indicated that the ACAP method reduced the sulfate with higher removal efficiency, more than 98%. In addition, the method can effectively remove the heavy metals like Cr, Ni, Cd, Pb, Fe, Mn and Zn, with noticeable removal efficiencies more than 99%. On the other hand, Biological treatment of sulfate has been carried out by using up-flow anaerobic sludge blanket, UASB Bioreactor. SRB can consume sulfate during respiration and reduce sulfate into sulfide and H2S(g) liberates. The produced sulfide helped the heavy metals to be precipitated as metal sulfide. Within one year and along 345 days of operational time, and at pH 6.2, when HRT was decreased from 24 h to 18 h and increase in the SLR up to 1.3 g SO42- L-1 d-1, the sulfate reduction efficiency improved from (53±11) up to (87±7) %, and an effective removal of heavy elements reached 99%. However, when HRT was decreased to 12.0 h and SLR increased up to 3.6 g SO42- L-1 d-1, the sulfate reduction efficiency decreased to (66±3¬¬) %. When temperature increased from 25 oC to 35oC, the sulfate reduction efficiency increased from 68 to 83 %.When COD/SO42-ratio increased from 2.0 to 5.0, the sulfate reduction slightly decreased from (74 ± 10) to (68 ± 6) %, When COD/SO42-ratio increased from 5.0 to 10.0, the sulfate reduction decreased from (68 ± 6) to (66 ± 3) %. The full-operational conditions of the UASB reactor were set at temperature, HRT, SLR, and COD/SO42- ratio of 35 oC, 18 h, 1.3 g SO42- L-1 d-1, and 2.0, respectively, and Fe2+ is essential.
Key Words: Sulfate removal, Chemical treatment, Biological treatment, Industrial wastewater, Sulfate reducing bacteria, UASB bioreactor.
تقدم هذه الدراسة تطبيقًاَ للمعالجة الكيميائية والمعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصناعي (IWW)، والتي تحتوي على نسبة عالية من الكبريتات. ولذلك تم اعداد نظام مصغر للمعالجة الكيميائية ومفاعل حيوي لاهوائي للوصول الى ظروف التشغيل المناسبة لإزالة أيونات الكبريتات والشوائب الأخرى من مياه الصرف الصناعي.
أولاَ: الطريقة الكيميائية:
تتضمن ترسيب أيونات الكبريتات بطريقة الترسيب المتقدمة باستخدام مركبات الكالسيوم والألومنيوم (ACAP) التي تتم فيها إضافة الجير (CaO) وألومينات الصوديوم (NaAlO2) الى مياه الصرف الملوثة بالكبريتات لإنتاج خليط من الجبس CaSO4.2H2O وEttringite Ca6Al2(SO4)3(OH)12.26H2O.
تم دراسة تأثير العوامل المؤثرة على التفاعل مثل: الرقم الأيدروجيني pH، وكمية أكسيد الكالسيوم وكمية ألومينات الصوديوم المضافة، ووقت اتمام التفاعل وذلك لتقليل التكلفة التشغيلية وزيادة كفاءة المعالجة. ونتيجة لذلك أجريت تحاليل على المادة المترسبة مثل تحاليل XRD، SEM، EDAX لتحديد التركيب الكيميائي للرواسب وأظهرت النتائج ترسب الجبس وEttringite.
الظروف التشغيلية المثلى للمعالجة الكيميائية هي:
(1) الأس الهيدروجيني لحدوث تفاعل ترسيب وازالة عالية للكبريتات عند الرقم الأيدروجيني من 11.0 الى 12.5.
(2) والنسبة المولالية للكالسيوم : الألومنيوم : الكبريتات هي 6: 1: 3 بالترتيب.
(3) وقت اتمام التفاعل: 30 دقيقة.
(4) درجة الحرارة العادية 25oم.
أشارت النتائج التجريبية إلى أن الطريقة الكيميائية ACAP تقلل من تركيز الكبريتات بكفاءة إزالة أكثر من 98٪، بالإضافة إلى ذلك يمكن للطريقة الكيميائية إزالة أيونات المعادن الثقيلة مثل الكروم، النيكل، الكادميوم، الرصاص، الحديد، المنجنيز، والخارصين بكفاءة عالية، حيث تصل كفاءة الإزالة الى 99٪. أشارت النتائج إلى أن طريقة ACAP مناسبة بشكل فعال لإزالة الكبريتات بالكامل بتركيزات مرتفعة تصل إلى 6 جرام/لتر لإزالة أيونات الكبريتات مع إزالة فعالة للعناصر الثقيلة. ويمكن استرجاع الالومنيوم بإضافة الراسب الى محلول حامضي من حمض الهيدروكلوريك حيت يتحولEttringite الى جبس مترسب ويذوب الألومنيوم ويمكن استرجاعه.
ثانياَ: الطريقة البيولوجية:
تم إجراء المعالجة البيولوجية للكبريتات عن طريق استخدام بكتيريا اختزال الكبريتات SRB التي تستخدم الكبريتات في التنفس اللاهوائي، وباستخدام مفاعل حيوي UASB. تستهلك البكتريا أيونات الكبريتات أثناء التنفس وتختزل الكبريتات إلى كبريتيد ويخرج غاز كبريتيد الهيدروجينH2S (g) ، حيث يساعد الكبريتيد الناتج في ازالة المعادن الثقيلة التي تترسب على هيئة كبريتيد المعدن.
تم اضافة الحمأة اللاهوائية الى المفاعل الحيوي UASB، والتي تم تجميعها من وحدة المعالجة اللاهوائية للصرف الصناعي الخارج من مصنع قصب السكر والمولاس والذي تم تشغيلها منذ أكثر من 10 سنوات. تم زيادة أعداد البكتريا في المفاعل الحيوي وفقًا لطريقة (APHA، 2017/ 9240-D-5a) سمح للحمأة التي تم تجميعها بالنمو والتغذية بمغذيات بكتريا اختزال الكبريتات SRB لمدة ثلاثة أشهر لزيادة عدد بكتريا SRB، وإيقاف اي تفاعل آخر لأي كائن حي آخر، ثم غسلها عدة مرات بالماء المقطر لإزالة الكبريتات المتبقية، وتم استخدام هذه الحمأة لمعالجة الصرف الصناعي IWW لتقليل أيونات الكبريتات.
تم دراسة العوامل المؤثرة على بكتيريا ازالة الكبريتات في UASB مثل درجة الحموضة، وقت التشغيل الهيدروليكية HRT، نسبة COD / SO42-، معدل اضافة الكبريتات SLR للوصول إلى الظروف التشغيلية المثلى.
في غضون سنة وعلى مدار 345 يومًا من وقت التشغيل، تم تقييم ازالة الكبريتات من خلال دراسة تأثير انخفاض وقت التشغيل الهيدروليكية من 24 إلى 12 ساعة، وزيادة درجة الحرارة من 25 مئوية الى 35 مئوية، ونسبة COD / SO42- التي زادت من 2.0 - 10.0 باستخدام قصب السكر - فيناس كمصدر للكربون عند pH 6.2.
بينت النتائج ان عندما انخفض وقت التشغيل الهيدروليكية من 24.0 إلى 18.0 ساعة مع زيادة في معدل اضافة الكبريتاتSLR حتى 1.3 غرام SO42- لتر-1 يوم-1، فقد زادت من كفاءة ازالة الكبريتات من (53±11) إلى (87±7)٪، ووصلت إزالة للعناصر الثقيلة بكفاءة ازالة 99٪. وبالرغم من ذلك، انخفضت كفاءة اختزال الكبريتات إلى أقل من (66±3) ٪ عندما انخفض وقت التشغيل الهيدروليكية إلى 12.0 ساعة وزاد SLR إلى 3.6 غرام SO42- لتر-1 يوم-1، على التوالي. عندما ارتفعت درجة الحرارة من 25 درجة مئوية إلى 35 درجة مئوية، زادت كفاءة اختزال الكبريتات من 68 إلى 83 ٪، وعندما زادت نسبة COD/SO42- من 2.0 إلى 5.0، انخفض اختزال الكبريتات بشكل طفيف من (74±10) إلى (68±6)٪ ، وعندما زادت نسبة COD/SO42- من 5.0 إلى 10.0 ، انخفض اختزال الكبريتات من (68±6) إلى (66±3) ٪. تم الوصول الى ظروف التشغيل المناسبة لمفاعل UASB عند درجة حرارة، HRT، SLR، ونسبة COD/ SO42- 35 درجة مئوية، 18 ساعة، 1.3 غرام SO42- لتر-1 يوم-1، 2.0 على التوالي ووجود الحديد ضروري.
الكلمات المفتاحية: إزالة الكبريتات، المعالجة الكيميائية، المعالجة البيولوجية، مياه الصرف الصناعي، بكتيريا اختزال الكبريتات، مفاعل حيوي UASB