Removal of Organic Substances and Reactive Azo Dye by Anaerobic/Aerobic Biological Activated Carbon Sequencing Batch Reactor

การกำจัดสารอิรนทรีย์และสีรีแอคทีฟโครงสร้างอะโซโดยกระบวนการไร้อากาศ/ใช้อากาศถังเทชีววิทยาร่วมกับถ่านกัมมันต์

Name: Nittaya Pasukphun

Name: นิตยา ผาสุขพันธุ์

keyword: Decolorization

Abstract: The aim of this research is to investigate the capability of Anaerobic/Aerobic Biological Activated Carbon Sequencing Batch Reactor (A/A BAC-SBR) for organic substances and dye removal. The experiments were divided into 2 phases; phase I was designed in order to determine the main removal mechanisms in the system and phase II was reactor operation that studied effect of SBR operation parameters. Each of BAC system composition; granular activated carbon (GAC), microorganism (MC) and immobilized cell on GAC or biological activated carbon (BAC) was studied. The removal efficiency on various conditions; BAC composition type, BAC composition dosage, test solution and operating condition (anaerobic and/or aerobic batch operation or SBR operation) were also investigated. Furthermore, the data from this phase was used for determination of kinetic parameters by simple chemical equations and the appropriate condition for SBR operation in phase I and reactor operation in phase II. The preliminary results showed that the acclimatized microorganisms were more effectively remove dye than non acclimatized microorganisms by shorten the retention time with no lag phase. Besides, the result showed that anaerobic condition was important for dye removal and the appropriate anaerobic retention time was 35 h. On the other hand, GAC and the acclimatized microorganism dosages were decided to use at 3000 mg/L and 5000 mg/L, respectively due to dye removal efficiency and economic concern reasons. As for the study ofBAC system composition, the batch experiments were followed to SBR periods; Fill, React (anaerobic: aerobic), Settle, Draw and Idle. The results indicated GAC and MC played role in dye removal. It was found that desizing agent disturb dye adsorption capability by GAC but support MC decolorization by acting as co-substrate. Removal of organic substance and dyes was observed in all periods of SBR cycle batch test, it was found that organic substances and dyes were rapidly decreased in Fill period. The kinetic studies showed that dye biodegradation fitted to second order reaction which indicated that decolorization was depended on dye and co-substrate concentrations. As for reactor operation, the appropriate conditions from phase I were used. The A/A BAC-SBR was operated with 5000 mg/L and 3000 mg/L ofMC and GAC at the beginning, respectively. SBR cycle consisted of Fill 1.5 h, React 43 h (anaerobic: aerobic; 35 : 8), Settle 2.5 h, Draw 0.5 h and Idle 0.5 h for 48 h/cycle. A/A SBR and AlA BAC-SBR were set up to study the effect of SRT and initial dye concentration on COD and dye removal efficiency. The results showed that increasing SRT from 3 to 15 days could not lead to significant higher COD and dye removal. On the other hand, increasing initial dye concentration from 100 mg/L to 500 mg/L resulted in decreasing COD removal of A/A SBR and AlA BAC-SBR probably due to the accumulation of by-products from dye degradation. GAC replacement was performed at the end of anaerobic phase at every 7th cycle in order to reduce the intermediates from biodegradation before discharging. It was found that replacement could not raise dye removal but it clearly showed the possibility to decrease dye intermediates that probably toxic to microorganisms in SBR. GC-MS technique was used for identification dye intermediate compounds. Detectable peaks were appeared during anaerobic and aerobic phase. This showed that operation in same basin could not bring about completely remove dye intermediate under anaerobic/aerobic condition of this study. However, overall organic substance and dye removal in this research was in the range of discharge standards. Therefore, the advance treatment should be employed to minimize toxic accumulation in the system and effluent. In this research, GAC replacement shows the possibility to support decreasing toxic level in effluent of BAC system. After replacement of exhausted GAC (BAC) with virgin GAC in A/A BAC-SBR, the detectable peaks were significantly decreased. Therefore, A/A BAC system with GAC replacement shows trend to completely remove dye and its intermediates from textile wastewater and bring about decreasing toxic level in treatment system and receiving water.

Abstract: งานวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาความสามารถในการบำบัดสารอินทรีย์และสีย้อมของถังเทชีววิทยาร่วมกับ ถ่านกัมมันต์ในสภาวะไร้อากาศ/ใช้อากาศ (Anaerobic/Aerobic Biological Activated Carbon Sequencing Batch Reactor, A/A BAC-SBR) โดยการทดลองแบ่งออกเป็น 2 ช่วง ได้แก่ ช่วงที่ 1 ได้ ออกแบบทดลองเพื่อศึกษาความสามารถในการกำจัดสารอินทรีย์และสีย้อมด้วยองค์ประกอบหลัก ของถังเทชีววิทยาร่วมกับถ่านกัมมันต์ในการทดลองแบบกะ โดยองค์ประกอบหลักของระบบ A/A BAC-SBRได้แก่ ถ่านกัมมันต์ (GAC) จุลินทรีย์ (MC) และถ่านกัมมันต์ที่ถูกตรึงด้วยเซลล์จุลินทรีย์ (BAC) และช่วงที่ 2 คือการศึกษาในถังปฎิกิริยา โดยในช่วงที่1 ได้ศึกษาผลของประเภทของจุลินทรีย์ ปริมาณถ่านกัมมันต์และจุลินทรีย์ระเภทของสารละลายที่ถูกบำบัดและสภาวะใช้อากาศหรือไร้อากาศ หรือการเดินระบบถังเทต่อความสามารถในการบำบัดสีย้อม ผลการศึกษาในช่วงที่ 1 ถูกประเมิน ลักษณะทางจลนพลศาสตร์และใช้เพื่อกำหนดภาวะที่เหมาะสมในการศึกษาของการทดลองต่อไปของ ช่วงที่ 1 และการศึกษาในช่วงที่ 2 ได้แก่การเดินระบบถังเทร่วมกับถ่านกัมมันต์ในสภาวะไร้อากาศ/ ใช้อากาศ จากผลการศึกษาในขั้นต้นพบว่า จุลินทรีย์ที่มีการปรับสภาพให้คุ้นเคยกับน้ำเสียสังเคราะห์หรือสีย้อม แล้วมีประสิทธิภาพในการกำจัดสีได้ดีกว่าจุลินทรีย์ที่ไม่ผ่านการปรับสภาพ เนื่องจากจุลินทรีย์ที่ปรับ สภาพแล้วต้องการระยะเวลาทำปฎิกิริยาในการจำกัดที่สั้นกว่า และไม่ต้องการช่วงปรับตัวระยะแรก นอกจากนี้พบว่า สภาวะที่ไม่มีการเติมอากาศหรือไร้อากาศมีบทบาทต่อการกำจัดสีโดยมีช่วง ระยะเวลาบำบัดที่เหมาะสมคือ 35 ชั่วโมง ในขณะที่ใช้ปริมาณของถ่านกัมมันต์และจุลินทรีย์ที่ผ่าน การปรับสภาพแล้วที่3000และ5000 มิลลิกรัมต่อลิตร ตามลำดับซึ่งสาเหตุที่เลือกปริมาณดังกล่าวใน การทดลองเนื่องจากประสิทธิภาพการกำจัดอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้และความเหมาะสมทาง เศรษฐศาสตร์ ผลการศึกษาองค์ประกอบต่างๆในระบบ BAC พบว่าถ่านมันต์และจุลินทรีย์มีบทบาทในการกำจัดสี ย้อม และพบว่าสารลอกแป้ง (desizing agents) ทำให้การดูดซับสีโดยถ่านกัมมันต์ลดลงแต่ช่วย ส่งเสริมให้เกิดการบำบัดสีโดยจุลินทรีย์มากขึ้น เนื่องจากสารลดแป้งเป็นสารอาหารร่วมที่ส่งเสริม การกำจัดสี (co-substrata) ในขณะเดียวกันความสามารถในการบำบัดสารอินทรีย์และสีย้อมของ BAC ในระบบเป็นไปตามการทำงานร่วมกันของการย่อยสลายทางชีวภาพของจุลินทรีย์ที่ยึดเกาะบนถ่านกัม มันต์และการดูดซับของ BAC โดยการกำจัดสารอินทรีย์และสีย้อมในในระยะเวลาหนึ่งรอบทำงานของ ระบบเอสบีอาร์แบบการทดลองแบบกะพบว่า ความเข้มข้นของสารอินทรีย์และสีย้อมลดลงอย่างรวดเร็ว ในช่วงเติมน้ำเสีย (Fill) นอกจากนี้การศึกษาจลนพลศาสตร์ของการย่อยสลายสีย้อมสอดคล้องกับ ปฎิกิริยาอันดับที่สองซึ่งชี้ให้เห็นว่าการกำจัดสีย้อมขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสีย้อมและสารอาหาร ร่วม ในการศึกษาในระยะเวลาที่ 2 นั้นภาวะที่เหมาะสมที่ได้จากการทดลองในระยะที่ 1 ถูกนำมาใช้ใน A/A BAC-SBR ในช่วงเริ่มต้นการทำงานของระบบได้ใช้จุลินทรีย์ที่ปรับสภาพแล้วและถ่านกัมมันต์ที่ ปริมาณ 5000 และ 3000 มิลลิกรัมต่อลิตร ตามลำดับ ซึ่งรอบการทำงานของถังเทเท่ากับ 48 ชั่วโมง และประกอบไปด้วยช่วงเติมน้ำเสีย (Fill) 1.5 ชั่วโมง ช่วงทำปฎิกิริยา (React) ไร้อากาศ : ใช้อากาศ 35:8ชั่วโมงช่วงจมตัว (settle) ต่อ 2.5 ชั่วโมงช่วงระบายน้ำเสีย(Darw) 0.5ชั่วโมง และช่วงพักระบบ (Idle) 0.5 ชั่วโมง ซึ่งการศึกษาในรูปของการเดินระบบถังปฎิกิริยานี้ได้ดำเนินการศึกษาเปรียบเทียบ ประสิทธิภาพของ A/A SBR และ A/A BAC-SBR ที่ค่าอายุตะกอนจาก 3 วัน เป็น 15 วัน ไม่มีความ แตกต่างกันต่อการกำจัดสารอินทรีย์และสีย้อม ในขณะที่การเพิ่มความเข้มข้นของสีย้อมในน้ำเข้าจาก 100 เป็น 500 มิลลิกรัมต่อลิตร ส่งผลให้ประสิทธิภาพการกำจัดสารอินทรีย์ลดลง ค่าสารอินทรีย์ที่ สะสมในระบบนี้เป็นผลมาจากสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการย่อยสลายสีย้อมด้วยการแตกพันธะอะ โซ ดังนั้นเพื่อลดสารผลิตภัณฑ์ดังกล่าวจึงได้แทนที่ถ่านกัมมันต์ที่เสื่อมสภาพแล้วที่ช่วงสิ้นสุดสภาวะ แอนแอโรบิคในทุกๆ 7 รอบการทำงานโดยหลังการแทนที่ถ่านกัมมันต์ พบว่าไม่สามารถช่วยเพิ่มการ กำจัดสีแต่ สามารถแสดงถึงความเป็นไปได้ในการลดผลิตภัณฑ์ตัวกลางที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลายสี ย้อมในระบบ การใช้เทคนิควิเคราะห์ด้วยแก๊สโครมาโทรกราฟี-แมสสเปกโตรมิททรี (GC-MS) เพื่อ ตรวจหาสารผลิตภัณฑ์ของสีย้อมและพื้นที่ใต้กราฟที่ตรวจวัดได้ถูกใช้ประเมินการมีอยู่ของสาร ผลิตภัณฑ์ ซึ่งพบว่ากราฟแสดงผลทั้งในช่วงที่ไม่มีการเติมอากาศและมีการเติมอากาศ จากผล การศึกษาพบว่าการเดินระบบแบบถังเดียวภายใต้สภาวะไร้อากาศ/ใช้อากาศในช่วงที่ศึกษาไม่สามารถ กำจัดสีย้อมได้อย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตามพบว่า การกำจัดสารอินทรีย์ และสีย้อมของระบบที่ศึกษาให้ ค่าน้ำทิ้งอยู่ในเกณฑ์ของมาตรฐานน้ำทิ้ง ดังนั้น การบำบัดในขั้นสูงจึงเป็นจุดมุ่งหมายสำหรับงานวิจัย นี้เพื่อลดการสะสมของสารพิษในระบบและน้ำทิ้ง งานวิจัยนี้ได้ชี้ให้เห็นว่า การแทนที่ถ่านกัมมันต์ช่วยส่งเสริมการลดระดับความเป็นพิษในระบบบำบัด BAC หรือในน้ำทิ้ง กล่าวคือหลังจากที่ได้ทำการแทนที่ถ่านกัมมันต์ที่เสื่อมสภาพแล้วด้วยถ่านกัมมันต์ ที่ยังไม่ได้ใช้งานใน A/A BAC-SBR พื้นที่ใต้กราฟที่ตรวจสอบได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น ระบบ A/A BAC-SBR ที่มีการแทนที่ถ่านกัมมันต์แสดงแนวโน้มในความสามารถในการกำจัดสีย้อม สารผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายสีได้อย่างสมบูรณ์และนำไปสู่การลดลงของระดับความเป็นพิษ ในระบบบำบัดน้ำเสียและแหล่งน้ำรองรับ

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Soydoa Vinitnantharat

Role: Advisors

Created: 2010

Modified: 2011-07-20

Issued: 2011-07-19

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: EV600

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Environmental Technology

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	EV600.pdf	1.81 MB	57	2024-12-17 14:38:13
2	EV600ab.pdf	49.28 KB	25	2020-12-01 14:38:09

ใช้เวลา

0.040186 วินาที