Consultant expert, Dr. Muhammad Taha ANAEROBIC REACTOR DEVELOPMENT FOR COMPLEX ORGANIC WASTEWATER
On Sale
$0.00
$6.99
Consultant expert, Dr. Muhammad Taha
ANAEROBIC REACTOR DEVELOPMENT
FOR COMPLEX ORGANIC WASTEWATER
A Thesis
The Faculty of Engineering
SCHOOL OF ENGINEERING
COCHIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
KOCHI-682 022
2010
Certificate
Certified that this thesis entitled “Anaerobic Reactor Development for Com-
plex Organic Wastewater”, submitted to the Cochin University of Science and
Technology, Kochi for the award of Ph.D Degree, under the Faculty of Engi-
neering is the record of bonafide research carried out by Ajit Haridas, under
my supervision and guidance. This work did not form part of any dissertation
submitted for the award of any degree, diploma, associateship, fellowship or
other similar title or recognition from this or any other institution.
Prof. (Dr.) Babu. T. Jose
Supervising Guide,
Kochi –22, Faculty of Engineering.
31-07-2010. Cochin University of Science and Technology
Declaration
I, hereby declare that the work presented in the thesis en-
titled “Anaerobic reactor development for complex organic wastewater”, be-
ing submitted to Cochin University of Science and Technology for award of
Ph.D degree under the Faculty of Engineering, is the outcome of original
work done by me under the supervision of Dr. Babu T. Jose, Emeritus Pro-
fessor, School of Engineering, Cochin University of Science and Technology,
Kochi. This work did not form part of any dissertation submitted for the
award of any degree, diploma, associateship, fellowship or other similar
title or recognition from this or any other institution.
Kochi -22, Ajit Haridas
31-07-2010.
Anaerobic reactor development for complex organic wastewater
Synopsis
Anaerobic treatment is applied extensively of removal of organic pollutants (COD)
from wastewater. It is more competitive than aerobic treatment in applications where
the quantity of COD to be removed is large. The major fraction of COD is converted to
useful methane gas, and only a small fraction becomes waste sludge. The COD loading
rate of anaerobic reactors is higher than that of aerobic reactors and hence small reac-
tors are sufficient for the treatment of same quantity of COD.
Chapter 2 surveys anaerobic technology and identifies directions for improving re-
actor technology.
High-rate anaerobic reactors have reduced the cost of anaerobic treatment plants.
High-rate reactors routinely achieve organic loading rates 8 to 10 kg COD/ m3 reactor /
d and hydraulic retention times of the order of a few hours. High-rate reactor designs
can be broadly classified as fixed film (eg. fixed film, fluidized bed) and suspended
growth reactors (eg. UASB, EGSB). The fixed film reactors provide an inert carrier media
for growth of anaerobic consortia as a biofilm. Biomass is retained as settleable flocs or
granules in suspended growth reactors. The UASB is the most common reactor in use.
The CSTR is a suspended growth reactor but is not a high-rate reactor since there is no
mechanism to separate and retain biomass.
High-rate reactors have been successfully applied for the treatment of a wide range
of industrial and domestic wastewater. However, wastewaters containing degradable
COD in mostly particulate form, is not treatable at high-rate in these reactors. Such ef-
fluents are termed ‘complex organic wastewater’ in this thesis. Examples of such
wastewaters include dairy effluent, slaughterhouse effluent and palm oil mill effluent.
Municipal sewage can also be considered as complex organic wastewater. The devel-
opment of a high-rate anaerobic reactor capable of treatment of complex wastewater
is necessary.
This thesis concerns the development of a new high-rate anaerobic reactor called
the ‘Buoyant Filter Bioreactor – BFBR’ for the high-rate treatment of complex organic
wastewater. Current high-rate anaerobic reactors are based on the principle of decoup-
ling biomass retention times from the hydraulic retention times. This works only when
the rate limiting step in the reactor is a microbial growth process – typically acetoclastic
methanogenesis. In the treatment of complex wastewater, the rate limiting step is exo-
cellular enzymatic hydrolysis. The central hypothesis in the development of the BFBR is
that high-rate treatment of complex wastewater requires the decoupling of particulate-
COD retention time from the hydraulic retention time. Particulate COD, if retained suf-
ficiently long in the reactor should undergo complete conversion. The BFBR is designed
to retain particulates with the reactor using a deep-bed filter system.
Chapter 4 describes the development of BFBR. The BFBR has an upper chamber
and a lower chamber. Between the two chamber is a buoyant filter bed that filters the
reactor liquor. The filter media is made from expanded polystyrene beads. The feed
wastewater is pumped into the lower chamber which contains methanogenic sludge.
Gas produced accumulates in the lower chamber, while the liquor filters through the
buoyant filter bed into the upper chamber from where it
الخبير الاستشاري الدكتور محمد طه
تطوير المفاعلات الهوائية
لمياه الصرف الصحي المعقدة
أطروحة
كلية الهندسة
كلية الهندسة
جامعة كوتشين للعلوم والتكنولوجيا
كوتشى -682022
2010
شهادة
تم التصديق على أن هذه الرسالة بعنوان "تطوير المفاعلات اللاهوائية للكومبيوتر"
plex Organic Wastewater "، المقدمة إلى جامعة كوشين للعلوم و
تكنولوجيا كوشي لنيل درجة الدكتوراه من كلية الهندسة-
neering هو سجل البحث الجيد الذي أجراه أجيت هاريداس ، تحت
إشرافي وتوجيهي. لم يشكل هذا العمل جزءًا من أي أطروحة
المقدمة للحصول على أي درجة أو دبلوم أو زمالة أو زمالة أو
لقب أو اعتراف آخر مشابه من هذه المؤسسة أو أي مؤسسة أخرى.
الأستاذ (د.) بابو. تي جوزيه
دليل الإشراف ،
كوشي –22 ، كلية الهندسة.
31-07-2010. جامعة كوشين للعلوم والتكنولوجيا
إعلان
أعلن بموجب هذا أن العمل المقدم في الأطروحة -
بعنوان "تطوير المفاعل اللاهوائي لمياه الصرف الصحي العضوية المعقدة" ،
جي المقدمة إلى جامعة كوشين للعلوم والتكنولوجيا للحصول على جائزة
درجة الدكتوراة في كلية الهندسة هي نتيجة أصلية
العمل الذي أنجزته تحت إشراف الدكتور بابو ت. جوزيه ، الفخري المحترف-
أستاذ ، كلية الهندسة ، جامعة كوشين للعلوم والتكنولوجيا ،
كوشي. لم يشكل هذا العمل جزءًا من أي أطروحة مقدمة لـ
منح أي درجة أو دبلوم أو زمالة أو زمالة أو ما شابه ذلك
اللقب أو الاعتراف من هذه المؤسسة أو أي مؤسسة أخرى.
كوشي -22 ، أجيت هاريداس
31-07-2010.
تطوير المفاعل اللاهوائي لمياه الصرف العضوية المعقدة
ملخص
يتم تطبيق العلاج اللاهوائي على نطاق واسع لإزالة الملوثات العضوية (COD)
من مياه الصرف الصحي. إنه أكثر قدرة على المنافسة من العلاج الهوائي في التطبيقات حيث
كمية COD المراد إزالتها كبيرة. يتم تحويل الجزء الرئيسي من COD إلى
غاز الميثان النافع ، وجزء صغير فقط يصبح حمأة نفايات. تحميل COD
معدل المفاعلات اللاهوائية أعلى من معدل المفاعلات الهوائية ومن ثم المفاعلات الصغيرة-
تكفي الخواص لمعالجة نفس الكمية من COD.
الفصل 2 يستعرض التكنولوجيا اللاهوائية ويحدد الاتجاهات لتحسين إعادة
تكنولوجيا الممثل.
أدت المفاعلات اللاهوائية عالية المعدل إلى خفض تكلفة محطات المعالجة اللاهوائية.
تحقق المفاعلات عالية المعدل بشكل روتيني معدلات تحميل عضوي من 8 إلى 10 كجم COD / م 3 مفاعل /
د وأوقات الاحتفاظ الهيدروليكي من أجل بضع ساعات. تصميمات مفاعلات عالية السرعة
يمكن تصنيفها على نطاق واسع على أنها غشاء ثابت (على سبيل المثال ، فيلم ثابت ، طبقة مميعة) ومعلقة
مفاعلات النمو (مثل UASB ، EGSB). توفر المفاعلات ذات الأغشية الثابتة وسائط حاملة خاملة
لنمو اتحادات اللاهوائية كغشاء حيوي. يتم الاحتفاظ بالكتلة الحيوية على أنها كتل أو كتل قابلة للتصفية
حبيبات في مفاعلات النمو المعلقة. يعتبر UASB هو المفاعل الأكثر شيوعًا في الاستخدام.
CSTR عبارة عن مفاعل نمو معلق ولكنه ليس مفاعلًا عالي السرعة نظرًا لعدم وجوده
آلية لفصل الكتلة الحيوية والاحتفاظ بها.
تم تطبيق المفاعلات عالية السرعة بنجاح لمعالجة نطاق واسع
من مياه الصرف الصناعي والمنزلي. ومع ذلك ، تحتوي مياه الصرف الصحي على مواد قابلة للتحلل
لا يمكن معالجة COD في شكل جزيئات في الغالب بمعدلات عالية في هذه المفاعلات. مثل ef-
يُطلق على الطليعة اسم "مياه الصرف العضوية المعقدة" في هذه الأطروحة. أمثلة على ذلك
تشتمل مياه الصرف الصحي على مخلفات الألبان السائلة ومخلفات المسالخ والنفايات السائلة لمصانع زيت النخيل.
يمكن أيضًا اعتبار مياه الصرف الصحي البلدية على أنها مياه صرف عضوية معقدة. التطور-
تشغيل مفاعل لاهوائي عالي السرعة قادر على معالجة مياه الصرف الصحي المعقدة
مهم.
تتعلق هذه الأطروحة بتطوير مفاعل لاهوائي جديد عالي السرعة يسمى
"المفاعل الحيوي المرشح الطفو - BFBR" للمعالجة عالية المعدل للعضوية المعقدة
مياه الصرف الصحي. تعتمد المفاعلات اللاهوائية الحالية عالية المعدل على مبدأ decoup-
مرات الاحتفاظ بالكتلة الحيوية لينغ من أوقات الاحتفاظ الهيدروليكي. هذا يعمل فقط عندما
خطوة تحديد المعدل في المفاعل هي عملية نمو جرثومي - عادة أسيتو كلاستيك
توليد الميثان. في معالجة مياه الصرف الصحي المعقدة ، تكون خطوة تحديد المعدل خارجية-
التحلل الأنزيمي الخلوي. الفرضية المركزية في تطوير BFBR هي
تتطلب المعالجة عالية السرعة لمياه الصرف المعقدة فصل الجسيمات-
وقت احتجاز COD من وقت الاحتفاظ الهيدروليكي. COD الجسيمات ، إذا تم الاحتفاظ بها suf-
فترة طويلة بكفاءة في المفاعل يجب أن يخضع لعملية تحويل كاملة. تم تصميم BFBR
للاحتفاظ بالجسيمات مع المفاعل باستخدام نظام مرشح عميق.
يصف الفصل 4 تطور BFBR. يحتوي BFBR على غرفة علوية
وغرفة سفلية. بين الغرفتين يوجد سرير مرشح عائم يقوم بتصفية
سائل المفاعل. وسائط الترشيح مصنوعة من خرز البوليسترين الممتد. الاطعام
يتم ضخ المياه العادمة إلى الغرفة السفلية التي تحتوي على الحمأة الميثانية.
يتراكم الغاز الناتج في الغرفة السفلية ، بينما يتم ترشيح المحلول عبر
سرير مرشح عائم في الغرفة العلوية من حيث
ANAEROBIC REACTOR DEVELOPMENT
FOR COMPLEX ORGANIC WASTEWATER
A Thesis
The Faculty of Engineering
SCHOOL OF ENGINEERING
COCHIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
KOCHI-682 022
2010
Certificate
Certified that this thesis entitled “Anaerobic Reactor Development for Com-
plex Organic Wastewater”, submitted to the Cochin University of Science and
Technology, Kochi for the award of Ph.D Degree, under the Faculty of Engi-
neering is the record of bonafide research carried out by Ajit Haridas, under
my supervision and guidance. This work did not form part of any dissertation
submitted for the award of any degree, diploma, associateship, fellowship or
other similar title or recognition from this or any other institution.
Prof. (Dr.) Babu. T. Jose
Supervising Guide,
Kochi –22, Faculty of Engineering.
31-07-2010. Cochin University of Science and Technology
Declaration
I, hereby declare that the work presented in the thesis en-
titled “Anaerobic reactor development for complex organic wastewater”, be-
ing submitted to Cochin University of Science and Technology for award of
Ph.D degree under the Faculty of Engineering, is the outcome of original
work done by me under the supervision of Dr. Babu T. Jose, Emeritus Pro-
fessor, School of Engineering, Cochin University of Science and Technology,
Kochi. This work did not form part of any dissertation submitted for the
award of any degree, diploma, associateship, fellowship or other similar
title or recognition from this or any other institution.
Kochi -22, Ajit Haridas
31-07-2010.
Anaerobic reactor development for complex organic wastewater
Synopsis
Anaerobic treatment is applied extensively of removal of organic pollutants (COD)
from wastewater. It is more competitive than aerobic treatment in applications where
the quantity of COD to be removed is large. The major fraction of COD is converted to
useful methane gas, and only a small fraction becomes waste sludge. The COD loading
rate of anaerobic reactors is higher than that of aerobic reactors and hence small reac-
tors are sufficient for the treatment of same quantity of COD.
Chapter 2 surveys anaerobic technology and identifies directions for improving re-
actor technology.
High-rate anaerobic reactors have reduced the cost of anaerobic treatment plants.
High-rate reactors routinely achieve organic loading rates 8 to 10 kg COD/ m3 reactor /
d and hydraulic retention times of the order of a few hours. High-rate reactor designs
can be broadly classified as fixed film (eg. fixed film, fluidized bed) and suspended
growth reactors (eg. UASB, EGSB). The fixed film reactors provide an inert carrier media
for growth of anaerobic consortia as a biofilm. Biomass is retained as settleable flocs or
granules in suspended growth reactors. The UASB is the most common reactor in use.
The CSTR is a suspended growth reactor but is not a high-rate reactor since there is no
mechanism to separate and retain biomass.
High-rate reactors have been successfully applied for the treatment of a wide range
of industrial and domestic wastewater. However, wastewaters containing degradable
COD in mostly particulate form, is not treatable at high-rate in these reactors. Such ef-
fluents are termed ‘complex organic wastewater’ in this thesis. Examples of such
wastewaters include dairy effluent, slaughterhouse effluent and palm oil mill effluent.
Municipal sewage can also be considered as complex organic wastewater. The devel-
opment of a high-rate anaerobic reactor capable of treatment of complex wastewater
is necessary.
This thesis concerns the development of a new high-rate anaerobic reactor called
the ‘Buoyant Filter Bioreactor – BFBR’ for the high-rate treatment of complex organic
wastewater. Current high-rate anaerobic reactors are based on the principle of decoup-
ling biomass retention times from the hydraulic retention times. This works only when
the rate limiting step in the reactor is a microbial growth process – typically acetoclastic
methanogenesis. In the treatment of complex wastewater, the rate limiting step is exo-
cellular enzymatic hydrolysis. The central hypothesis in the development of the BFBR is
that high-rate treatment of complex wastewater requires the decoupling of particulate-
COD retention time from the hydraulic retention time. Particulate COD, if retained suf-
ficiently long in the reactor should undergo complete conversion. The BFBR is designed
to retain particulates with the reactor using a deep-bed filter system.
Chapter 4 describes the development of BFBR. The BFBR has an upper chamber
and a lower chamber. Between the two chamber is a buoyant filter bed that filters the
reactor liquor. The filter media is made from expanded polystyrene beads. The feed
wastewater is pumped into the lower chamber which contains methanogenic sludge.
Gas produced accumulates in the lower chamber, while the liquor filters through the
buoyant filter bed into the upper chamber from where it
الخبير الاستشاري الدكتور محمد طه
تطوير المفاعلات الهوائية
لمياه الصرف الصحي المعقدة
أطروحة
كلية الهندسة
كلية الهندسة
جامعة كوتشين للعلوم والتكنولوجيا
كوتشى -682022
2010
شهادة
تم التصديق على أن هذه الرسالة بعنوان "تطوير المفاعلات اللاهوائية للكومبيوتر"
plex Organic Wastewater "، المقدمة إلى جامعة كوشين للعلوم و
تكنولوجيا كوشي لنيل درجة الدكتوراه من كلية الهندسة-
neering هو سجل البحث الجيد الذي أجراه أجيت هاريداس ، تحت
إشرافي وتوجيهي. لم يشكل هذا العمل جزءًا من أي أطروحة
المقدمة للحصول على أي درجة أو دبلوم أو زمالة أو زمالة أو
لقب أو اعتراف آخر مشابه من هذه المؤسسة أو أي مؤسسة أخرى.
الأستاذ (د.) بابو. تي جوزيه
دليل الإشراف ،
كوشي –22 ، كلية الهندسة.
31-07-2010. جامعة كوشين للعلوم والتكنولوجيا
إعلان
أعلن بموجب هذا أن العمل المقدم في الأطروحة -
بعنوان "تطوير المفاعل اللاهوائي لمياه الصرف الصحي العضوية المعقدة" ،
جي المقدمة إلى جامعة كوشين للعلوم والتكنولوجيا للحصول على جائزة
درجة الدكتوراة في كلية الهندسة هي نتيجة أصلية
العمل الذي أنجزته تحت إشراف الدكتور بابو ت. جوزيه ، الفخري المحترف-
أستاذ ، كلية الهندسة ، جامعة كوشين للعلوم والتكنولوجيا ،
كوشي. لم يشكل هذا العمل جزءًا من أي أطروحة مقدمة لـ
منح أي درجة أو دبلوم أو زمالة أو زمالة أو ما شابه ذلك
اللقب أو الاعتراف من هذه المؤسسة أو أي مؤسسة أخرى.
كوشي -22 ، أجيت هاريداس
31-07-2010.
تطوير المفاعل اللاهوائي لمياه الصرف العضوية المعقدة
ملخص
يتم تطبيق العلاج اللاهوائي على نطاق واسع لإزالة الملوثات العضوية (COD)
من مياه الصرف الصحي. إنه أكثر قدرة على المنافسة من العلاج الهوائي في التطبيقات حيث
كمية COD المراد إزالتها كبيرة. يتم تحويل الجزء الرئيسي من COD إلى
غاز الميثان النافع ، وجزء صغير فقط يصبح حمأة نفايات. تحميل COD
معدل المفاعلات اللاهوائية أعلى من معدل المفاعلات الهوائية ومن ثم المفاعلات الصغيرة-
تكفي الخواص لمعالجة نفس الكمية من COD.
الفصل 2 يستعرض التكنولوجيا اللاهوائية ويحدد الاتجاهات لتحسين إعادة
تكنولوجيا الممثل.
أدت المفاعلات اللاهوائية عالية المعدل إلى خفض تكلفة محطات المعالجة اللاهوائية.
تحقق المفاعلات عالية المعدل بشكل روتيني معدلات تحميل عضوي من 8 إلى 10 كجم COD / م 3 مفاعل /
د وأوقات الاحتفاظ الهيدروليكي من أجل بضع ساعات. تصميمات مفاعلات عالية السرعة
يمكن تصنيفها على نطاق واسع على أنها غشاء ثابت (على سبيل المثال ، فيلم ثابت ، طبقة مميعة) ومعلقة
مفاعلات النمو (مثل UASB ، EGSB). توفر المفاعلات ذات الأغشية الثابتة وسائط حاملة خاملة
لنمو اتحادات اللاهوائية كغشاء حيوي. يتم الاحتفاظ بالكتلة الحيوية على أنها كتل أو كتل قابلة للتصفية
حبيبات في مفاعلات النمو المعلقة. يعتبر UASB هو المفاعل الأكثر شيوعًا في الاستخدام.
CSTR عبارة عن مفاعل نمو معلق ولكنه ليس مفاعلًا عالي السرعة نظرًا لعدم وجوده
آلية لفصل الكتلة الحيوية والاحتفاظ بها.
تم تطبيق المفاعلات عالية السرعة بنجاح لمعالجة نطاق واسع
من مياه الصرف الصناعي والمنزلي. ومع ذلك ، تحتوي مياه الصرف الصحي على مواد قابلة للتحلل
لا يمكن معالجة COD في شكل جزيئات في الغالب بمعدلات عالية في هذه المفاعلات. مثل ef-
يُطلق على الطليعة اسم "مياه الصرف العضوية المعقدة" في هذه الأطروحة. أمثلة على ذلك
تشتمل مياه الصرف الصحي على مخلفات الألبان السائلة ومخلفات المسالخ والنفايات السائلة لمصانع زيت النخيل.
يمكن أيضًا اعتبار مياه الصرف الصحي البلدية على أنها مياه صرف عضوية معقدة. التطور-
تشغيل مفاعل لاهوائي عالي السرعة قادر على معالجة مياه الصرف الصحي المعقدة
مهم.
تتعلق هذه الأطروحة بتطوير مفاعل لاهوائي جديد عالي السرعة يسمى
"المفاعل الحيوي المرشح الطفو - BFBR" للمعالجة عالية المعدل للعضوية المعقدة
مياه الصرف الصحي. تعتمد المفاعلات اللاهوائية الحالية عالية المعدل على مبدأ decoup-
مرات الاحتفاظ بالكتلة الحيوية لينغ من أوقات الاحتفاظ الهيدروليكي. هذا يعمل فقط عندما
خطوة تحديد المعدل في المفاعل هي عملية نمو جرثومي - عادة أسيتو كلاستيك
توليد الميثان. في معالجة مياه الصرف الصحي المعقدة ، تكون خطوة تحديد المعدل خارجية-
التحلل الأنزيمي الخلوي. الفرضية المركزية في تطوير BFBR هي
تتطلب المعالجة عالية السرعة لمياه الصرف المعقدة فصل الجسيمات-
وقت احتجاز COD من وقت الاحتفاظ الهيدروليكي. COD الجسيمات ، إذا تم الاحتفاظ بها suf-
فترة طويلة بكفاءة في المفاعل يجب أن يخضع لعملية تحويل كاملة. تم تصميم BFBR
للاحتفاظ بالجسيمات مع المفاعل باستخدام نظام مرشح عميق.
يصف الفصل 4 تطور BFBR. يحتوي BFBR على غرفة علوية
وغرفة سفلية. بين الغرفتين يوجد سرير مرشح عائم يقوم بتصفية
سائل المفاعل. وسائط الترشيح مصنوعة من خرز البوليسترين الممتد. الاطعام
يتم ضخ المياه العادمة إلى الغرفة السفلية التي تحتوي على الحمأة الميثانية.
يتراكم الغاز الناتج في الغرفة السفلية ، بينما يتم ترشيح المحلول عبر
سرير مرشح عائم في الغرفة العلوية من حيث