المعالجة البیولوجیة لمیاه الصرف للأسماک باستخدام مرشح حیوی خرزى معدل ومهوى

نوع المستند : Original Article

المؤلف

مدرس - قسم الهندسة الزراعیة - کلیة الزراعة- جامعة القاهرة، مصر.

المستخلص

المعالجة البیولوجیة هى طریقة تستخدم بشکل طبیعی الکائنات الحیة (النباتات والحیوانات) فی تحلیل الملوثات وذلک عن طریق تکسیرها للمواد الخطرة وتحویلها إلى مواد أقل سمیة أو غیر سامة. هدف العمل البحثی على الحصول على میاه معالجة بطریقة مناسبة لإعادة استخدامها فی ری المزارع، خصوصا مزارع الخضار او تستخدم فی زراعة الأسطح بحیث تعمل على تخفیف العبء على میاه النیل، وتساهم فی سد جزء من فجوة الفقر المائی فی مصر. أجری هذا العمل التجریبی فی  حوض زجاجى مقاوم لارتفاع ضغط ماء ومزود بنوعین من المرشحات الحیویة مرشح (A) ذو عنصر ترشیح  إسفنجى ، ومرشح خرزى (C) کریستال ذو حبیبات بلاستیکیة خرزیة. اظهر التحلیل الکیمیائی لعینات المیاه الأولیة ان ملوحة المیاه کانت  1.23 میللیموز/ سم وذات درجة حموضة 7.4  بعد 11 یوما  من بدایة التجربة ازداد ترکیز الأمونیا لعینات المیاه الغیر معاملة تدریجیا من 5.59 الى 183.75 ملجم/ لتر ثم انخفض إلى 2.63 ملجم / لتر ببدأ عملیة الترشیح البیولوجیة واستقر ترکیز الامونیا للمیاه الغیر معاملة  تحت مستوى 25 ملجم / لتر حتى نهایة التجربة.  أیضا، انخفضت ترکیزات الأمونیا إلى 2.63 ملجم / لتر للمرشح (A) و إلى 1.31 للمرشح (C) وکان ذلک راجعا الى عملیة الغسیل العکسیة للمرشحات والتى ادت الى السیطرة على ظاهرة الانسداد والناجمة عن زیادة  الکتلة الحیویة للمرشحات. بعد 14 یوما من بدایة التجربة ارتفع ترکیز النترات للماء الغیر معامل تدریجیا من صفر الى 26.69 ملجم/لتر ثم انخفض إلى ملجم/لتر 1.75، ثم ارتفعت تدریجیا مرة أخرى إلى مستوى 45.5 ملجم/ لتر بعد 27 یوما وکان ذلک بسبب زیادة معدل التحمیل مما أدى إلى زیادة التنافس المکانى وقلة الأکسجین والتى اثرت على  قدرة المرشحات الحیویة لاستکمال عملیة النیترة. زادت ترکیزات النترات فی فلتر (A) و (C) تدریجیا من 0.88 الى 21.88 ملجم/ لتر لمرشح (A) و من 0.44 الى 43.75 ملجم/لتر للمرشح (C) على التوالی، وذلک بعد 11 یوما من بدایة التجربة والتى اعتبرت کفترات تأقلم للتجمعات المیکروبیة. تراوحت کفاءة إزالة الأمونیا من 4.02 الى 63,99٪ للمرشح (A) ومن 11.9الى 78.24٪ للمرشح (C)، بینما تأرجحت سعة ازالة الأمونیا بین 2.28 و 67.98 جم/لتر . ساعة للمرشح (A) وبین 6.84 و 113.32 جم/لتر . ساعة للمرشح (C) على التوالی.
اظهر المرشح الحیوى الخرزى المهوى (C) تفوقا فی ترکیز النترات، وارتفاع کفاءة إزالة الأمونیا وسعة ازالة الامونیا وذلک بسبب التعدیلات التحسینیة التى اجریت علیه والتى ادت الى رفع مستوى الأکسجین المتاح وکذلک الحد من مشاکل انسداد عنصر الترشیح بزیادة الکتلة الحیویة. کما ان غیاب کفاءة إزالة النترات وسعة ازالتها  فی معظم الاحیان دل ذلک على مقدرة المرشح  الحیوى الخرزى المهوى (C) على الاحتفاظ بالنترات فی میاه الصرف الصحی الأسماک الامر الذى یرفع من القیمة التسمیدیة لهذه المیاه عند اعادة استخدامها.

الكلمات الرئيسية


Abumaizar, R.J. and Kocher, W. (1998). Biofiltration of BTEX contaminated air streams using compost-activated carbon filter media. Journal of Hazardous Materials.60 (2): 111-126.
Adam, S. ; Kumar, P.S.; Santhanam, P.; , Kumar,  S. D. and  Prabhavathi, P. (2015). Bioremediation of Tannery Wastewater Using Immobilized Marine Microalga Tetraselmis sp.: Experimental Studies and Pseudo-Second Order Kinetics. Journal of Marine Biology & Oceanography, 4:1.
Bartali, E. and Wheaton, F. (1999). Handbook of Agricultural Engineering. Volume II. Animal Production & Aquaculutral Engineering. The American Society of Agricultural Engineers.  2950 Niles Roads, St. Joseph, Michigan  49085-9659.  USA. http: //asea. org/.  
Boltz, J.P.; Johnson, B.R.; Daigger, G.T. and Sandino, J. (2009b). Modeling integrated fixed-film activated sludge and moving-bed biofilm reactor systems I: Mathematical treatment and model development. Water Environ. Res., 81: 555-575.
Boltz, J.P.; Morgenroth, E. and Sen, D. (2009a). Mathematical modelling of biofilms and biofilm reactors for engineering design. Water Sci. Technol., 62: 1821-1836.
Breisha, G. B. (2010). Bio-removal of nitrogen from waste water-A review. Nature and Science. 8 (12): 210–228.
Clifford, E.; Nielsen, M.; Sorensen, K. and Rodgers, M. (2010). Nitrogen dynamics and removal in a horizontal flow biofilm reactor for wastewater treatment. Water Res., 44: 3819-3828.
Crab, R.; Avnimelech, Y.; Defoirdt, T.; Bossier, P. and Verstraete, W. (2007). Nitrogen removal techniques in aquaculture for sustainable production. Aquaculture 270, 1–14.
Delatolla, R.; Berk, D. and Tufenkji, N. (2008). Rapid and reliable quantification of biofilm weight and nitrogen content of biofilm attached to polystyrene beads. Water Res., 42: 3082-3088.
Devinny, J. S.; Deshusses, M. A.  and Webster, T.S. (1998). Biofiltration For Air Pollution Control. Lewis Publishers. CRC Press, 2000 Corporate Blvd., N. W., Boca Raton, Florida, USA. 
Eding, E.H.; Kamstra, A.; Verreth, J.A.J.; Huisman, E.A. and Klapwijk, A. (2006). Design and operation of nitrifying trickling filters in recirculating aquaculture: a review. Aquacultural Engineering 34, 234–260.
Freeman, K.S.(2012). Remediating Soil Lead with Fishbones. Environmental Health Perspectives. 120(1): a20–a21.
Gullicks,  H. ; H. Hasan; D. Das; C. Moretti and Y. Hung. (2011). Review, Biofilm Fixed Film Systems. Water Journal.
Jennings, P.A.; Snoeyink, V.L. and Chian, E.S.K. (1976). Theoretical model for a submerged biological filter. Biotechnology and Bioengineering, 18:1236-1240.
Mangunwardoyo, W. ; Sudjarwo, T. and  Patria1, M. P. (2013).  Bioremediation of effluent wastewater treatment plant bojongsoang bandung indonesia using consorsium aquatic plants and animals. IJRRAS 14 (1) : 150 -160.
Okuno, K., and Hirai, M. (2000). Microbial removal of nitrogen monoxide (NO) under aerobic conditions. Biotechnology Letters.22(1): 77-79.
Park, H.D.; Lee, S.Y. and Hwang, S. (2009). Redundancy analysis demonstration of the relevance of the temperature to ammonia oxidizing bacterial community composition in a full scale nitrifying bioreactor treating saline waste water. J. Microbiol. Biotechnol.,19: 346-350.
Seedorf, J., and Hartung, J. (1999). Reduction efficiencies of a biofilter and a bioscrubber for bioaerosols from two different piggeries. Berliner Und Munchener Tierarztliche Wochenschrift. 112(12): 444-447.
Selvi B. A, and Artuz, R. J. (2000). Biofiltration of air.
http://www.rensselaer.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/MISC/biofiltration.html.
Skladany, G. J.; Deshusses, M. A.; Devinny, J. S.; Togna, A. P. and Webster, T. S. (1998). Biological systems: Biofilters. In: Odor and VOC Control Handbook. McGraw Hill Handbooks. McGraw Hill, 11West 19th Street, New York, USA.
Swanson, W. J. and Loehr, R. C. (1997). Biofiltration: fundamentals, design and operations principles and applications. Journal Of Environmental Engineering. 123 (6): 538-546, Jun. 1997.
Tal, Y.; Watts, J.E.M.; Schreier, S.B.; Sowers, K.R., and Schreier, H.J.  (2003). Characterization of the microbial community and nitrogen transformation process associated with moving bed bioreactors in a closed recirculated mariculture system. Aquaculture 215, 187–202.
ter Haseborg, E.; Zamora, T.M.; Fröhlich, J. and Frimmel, F.H. (2010). Nitrifying microorganisms in fixed-bed biofilm reactors fed with different nitrite and ammonia concentrations. Bioresour. Technol., 101: 1701-1706.
van den Akker, B.; Holmes, M.; Cromar, N. and Fallowfield, H. (2008). Application of high rate nitrifying trickling filters for potable water treatment. Water Res., 42: 4514-4524.
van den Akker, B.; Holmes, M.; Cromar, N. and Fallowfield, H. (2010a).The impact of organic carbon on the performance of a high rate nitrifying trickling filter designed to pre-treat potable water. Water Sci. Technol., 61: 1875-1883. Water 2011, 3
van den Akker, B.; Holmes, M.; Short, M.D.; Cromarm, N.J. and Fallowfield, H.J. (2010b). Application of high rate nitrifying trickling filters to remove low concentrations of ammonia from reclaimed municipal wastewater. Water Sci. Technol., 65: 2425-2432.
Van Rijn, J. (1996). The potential of integrated biological treatment systems in recirculating fish culture—a review. Aquaculture 139, 181–201.
Van Rijn, J.; Tal, Y. and Schreier, H.J. (2006). Denitrification in recirculating systems: theory and applications. Aquacultural Engineering 34, 364–376.
Wichern, M.; Lubken, M. and Horn, H. (2008). Optimizing sequencing batch reactor (SBR) reactor operation for treatment of dairy wastewater with aerobic granular sludge. Water Sci. Technol., 58: 1199-1206.
Xue,  H. J.K. (2007). Chemical fixation of metals in soil using bone char and assessment of the soil genotoxicity; 28(2):232-237.
You, J.; Das, A.; Dolan, E.M. and Hu, Z. (2009). Ammonia oxidizing archaea involved in nitrogen removal. Water Res., 43, 1801-1809.