evaluation of nitrification process in saline wastewater treatment by hybrid reactor and its comparison with conventional activated sludge

[ ' i n t r o d u c t i o n s a l i n e w a s t e w a t e r s c o n t a i n m i n e r a l s a l t s w h i c h a r e o f t e n p r o d u c e d b y i n d u s t r i e s s u c h a s s e a f o o d p r o c e s s i n g ' , ' c a n n e r y ' , ' v e g e t a b l e s ' , ' a n d t a n n i n g . t h e y a r e i m p o r t e d i n t o t h e s e w a g e c o l l e c t i o n n e t w o r k . i n c o a s t a l c i t i e s ' , ' s a l i n e w a t e r c o n s u m p t i o n s e e m s i n d i f f e r e n t i n h o u s e h o l d p a r t s a n d h i g h l e v e l s o f g r o u n d w a t e r ' , ' l e a k s a l t w a t e r ' , ' p r e c i p i t a t i o n d u r i n g d i f f e r e n t s e a s o n s ' , ' a n d s e a l e v e l x a 0 a r e t h e o t h e r r e a s o n s o f t h e s a l i n i t y o f t h e w a s t e w a t e r . s a l i n e w a s t e w a t e r b i o l o g i c a l t r e a t m e n t d u e t o t h e h a r m f u l e f f e c t s o f s a l i n i t y o n m i c r o o r g a n i s m s i s d i f f i c u l t ' , ' b e c a u s e h i g h s a l i n i t y c a n c a u s e c e l l a c t i v i t y r e d u c t i o n . r e g a r d i n g t h i s m a t t e r ' , ' b i o l o g i c a l t r e a t m e n t i s w e l c o m e d m o s t i n c o m p a r i s o n w i t h c h e m i c a l o r p h y s i c a l t r e a t m e n t b e c a u s e t h e s e s y s t e m s a r e c o s t ' , ' e f f i c i e n t a n d c o m p a t i b l e w i t h e n v i r o n m e n t . i n a d d i t i o n ' , ' t h e y r e q u i r e l o w ' , ' w a s t e c h e m i c a l m a t e r i a l s a n d c a n p r o d u c e s l e s s s o l i d a n d r e q u i r e l e s s e n e r g y . i n t h e p r o c e s s o f b i o l o g i c a l t r e a t m e n t ' , ' r e m o v i n g a m m o n i a f r o m w a s t e w a t e r i s i m p o r t a n t b e c a u s e i f t h e p o l l u t a n t s e n t e r t h e w a t e r s o f t h e a c c e p t o r ' , ' i t w o u l d c r e a t e p r o b l e m s s u c h a s t o x i c t o a q u a t i c o r g a n i s m s ' , ' d e p l e t i o n o f d i s s o l v e d o x y g e n w a t e r ' , ' c r e a t i o n o f e u t r o p h i c a t i o n ' , ' a n d i n c r e a s e d u s e o f c h l o r i n e . o n e o f t h e i m p o r t a n t p r o c e s s e s o f a m m o n i a r e m o v a l i s n i t r i f i c a t i o n o r t h e c o n v e r s i o n o f a m m o n i a t o n i t r a t e . t h i s p r o c e s s c a n n o t b e c a r r i e d o u t e f f e c t i v e l y i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t b y c o n v e n t i o n a l a c t i v a t e d s l u d g e m e t h o d s . b e c a u s e t h e s a l t c o n c e n t r a t i o n a f f e c t s t h e o s m o t i c a n d i o n i c c o m p o s i t i o n a n d t h e s e t w o p h y s i c a l f a c t o r s p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e s u r v i v a l a n d r e p r o d u c t i o n o f m i c r o o r g a n i s m s . x a 0 o n t h e o t h e r h a n d ' , ' t h e c o n c e n t r a t i o n o f s a l t i n t h e c o n v e n t i o n a l p r o c e s s e s w o u l d i n c r e a s e t h e b u o y a n c y o r f l o a t a n d r e m o v i n g s l u d g e o u t o f t h e s e s y s t e m s i s p e r f o r m e d e a s i l y . t h e r e f o r e ' , ' t h e a g e o f p r o p e r s l u d g e f o r n i t r i f i c a t i o n c a n n o t b e s u p p l i e d . t o s o l v e t h e m e n t i o n e d p r o b l e m ' , ' t h e h y b r i d g r o w t h m e t h o d s e e m s p r o p e r w h i c h c a u s e s t h e s l u d g e t o r e m a i n i n t h e s y s t e m l o n g e r ' , ' a n d i t i s e x p e c t e d t h a t n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s w o r k s b e t t e r i n h y b r i d g r o w t h s y s t e m s . t h e r e f o r e ' , ' t h e p r e s e n t s t u d y i s d e s i g n e d a n d p e r f o r m e d b y t h e a i m t o d e t e r m i n e t h e e f f i c i e n c y o f h y b r i d g r o w t h s y s t e m i n n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s i n c o m p a r i s o n w i t h c o n v e n t i o n a l a c t i v a t e d s l u d g e s y s t e m s . x a 0 m a t e r i a l a n d m e t h o d s t o p e r f o r m t h i s e x p e r i m e n t a l s t u d y ' , ' a p i l o t i n e x p e r i m e n t a l s c a l e w a s c r e a t e d a n d u s e d . t h e f e a t u r e s o f t h e s t u d y a r e m e n t i o n e d i n t h e f o l l o w i n g . t h i s p i l o t c o n t a i n s a r a w s e w a g e t a n k o f 3 0 0 l i t e r s v o l u m e e q u i p p e d w i t h a s t i r r e r a n d t w o b i o l o g i c a l u n i t r e a c t o r s ( c o n v e n t i o n a l a n d h y b r i d a c t i v a t e d s l u d g e t r e a t m e n t s y s t e m s ) ' , ' e a c h w i t h 3 4 l i t e r s v o l u m e . i t a l s o h a s 2 u n i t s o f s e t t l i n g ' , ' e a c h 1 9 l i t e r s v o l u m e ' , ' a n d f l o w m e t e r s t o m e a s u r e a i r f l o w . i t a l s o c o n t a i n s 2 d o s i n g p u m p s f o r t h e i n j e c t i o n o f r a w s e w a g e a n d e q u i p p e d w i t h a c o m p r e s s e d a i r c o m p r e s s o r t o s u p p l y t h e a i r r e q u i r e d f o r r e a c t o r s . t o a c c o m p l i s h t h i s s t u d y ' , ' a r e a l d o m e s t i c s e w a g e ( w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t e n t r a n c e m a r t y r b e h e s h t i t o w n ) w a s u s e d . t h e v a r i a b l e s i n v o l v e d i n c l u d e t h e c o n c e n t r a t i o n o f a m m o n i a ' , ' n i t r a t e ' , ' d i s s o l v e d o x y g e n ' , ' s u s p e n d e d s o l i d i n c o n c e n t r a t i o n o f t h e l i q u i d ' , ' h y d r a u l i c r e t e n t i o n t i m e a n d t h e r a t e o f t h e i n c o m i n g a i r . t i t r a t i o n m e t h o d w a s u s e d t o m e a s u r e t h e c o n c e n t r a t i o n o f a m m o n i a ; s p e c t r o p h o t o m e t e r w a s u s e d t o m e a s u r e t h e n i t r a t e ' , ' d i s s o l v e d o x y g e n w i t h h e l p o f e l e c t r o d e a n d t o d e t e r m i n e m l s s u s i n g t h e g r a v i m e t r i c m e t h o d i n a c c o r d a n c e w i t h s t a n d a r d p r o c e d u r e s f o r t e s t i n g o f w a t e r a n d s a n i t a t i o n . i n o r d e r t o f i x t h e r a t e o f t h e f l o w o f a i r i n t h e r e a c t o r ' , ' t w o f l o w m e t e r s w e r e u s e d . f o r f i x i n g t h e g r o w t h c o n d i t i o n s o f t h e h y b r i d ' , ' 4 5 p e r c e n t o f o n e o f t h e r e a c t o r s w a s c o v e r e d w i t h m e d i a p o l y e t h y l e n e . t h e o p e r a t i o n o f t h e r e a c t o r s w a s c o n t i n u o u s . a t t h e b e g i n n i n g o f t h e p i l o t b i o m a s s o f t h e r e a c t o r s s l u d g e r e t u r n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t b y o n e ' , ' t h i r d t h e s i z e o f e a c h r e a c t o r w a s c a t e r e d a n d a d d e d t o t h e r e a c t o r . t h e n ' , ' r a w w a s t e w a t e r i s i n s e r t e d a n d w h e n t h e p i l o t r e a c h e d a s t a b l e c o n d i t i o n ' , ' t h e i n v o l v e d v a r i a b l e s w e r e e v a l u a t e d . i n o r d e r t o a d j u s t t h e l e v e l o f t d s i n t h e a m o u n t s l i s t e d ' , ' p u r e s o d i u m c h l o r i d e w a s u s e d . t o d e t e r m i n e t h e e f f i c i e n c y o f t h e s t u d i e d r e a c t o r s i n t h e n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s ' , ' t h r e e a m m o n i a l e v e l s ( 1 7 ' , ' 3 0 a n d 4 5 m g p e r l i t e r ) a n d t h r e e a i r i n t a k e r a t e ( 0 . 7 3 ' , ' 0 . 8 3 a n d 0 . 9 1 ) a s w e l l a s t h r e e h y d r a u l i c r e t e n t i o n t i m e ( 5 ' , 4 , ' 3 h o u r s ) w e r e c o n s i d e r e d . t h e r e a s o n f o r c h o o s i n g t h r e e m e n t i o n e d a i r r a t e s i s t o s u p p l y t h e d i s s o l v e d o x y g e n a t a c o n c e n t r a t i o n o f 3 t o 4 m i l l i g r a m s p e r l i t e r a s a n o p t i m a l c o n c e n t r a t i o n f o r t h e h y b r i d g r o w t h . t h e s p s s s o f t w a r e w a s u s e d t o a n a l y z e d a t a a n d e x c e l s o f t w a r e w a s d e p l o y e d t o d r a w g r a p h s . x a 0 r e s u l t s a n d d i s c u s s i o n t h e r e s u l t s r e l a t e d t o r e v i e w o f n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s f o r h y b r i d o r c o n v e n t i o n a l r e a c t o r s s h o w t h a t i n o r d e r t o r e a c h p r o p e r m l s s s c o n c e n t r a t i o n i n r e a c t o r s i n c o n v e n t i o n a l p r o c e s s o f s l u d g e r e t u r n t o 5 0 % o f i n p u t r a t e ' , ' i t w a s n o t n e c e s s a r y t o r e t u r n s l u d g e i n h y b r i d r e a c t o r a n d t h e p r o p e r c o n c e n t r a t i o n o f m l s s s . r e s u l t s o f t h e p r e s e n t s t u d y i n d i c a t e t h a t w h e n a h y b r i d s y s t e m i s d e p l o y e d f o r s a l i n e w a s t e w a t e r t r e a t m e n t c o m p a r e d t o c o n v e n t i o n a l a c t i v a t e s l u d g e s y s t e m s ' , ' l e s s a i r i s r e q u i r e d t o m a i n t a i n a d e q u a t e d i s s o l v e d o x y g e n c o n c e n t r a t i o n i n t h e r e a c t o r . a s i t i s s h o w n i n r e s u l t s ( t a b l e 1 ) ' , ' w i t h f i x e d r a t e o f i n p u t a i r t o t w o r e a c t o r s ' , ' d i s s o l v e d o x y g e n c o n c e n t r a t i o n i n h y b r i d r e a c t o r s i s h i g h e r t h a n c o n v e n t i o n a l r e a c t o r s ' , ' i n a v e r a g e 6 . 5 7 . t h i s i s s u e i n f u l l ' , ' s c a l e t r e a t m e n t p l a n t s c a n l e a d t o a l o t o f s a v i n g s i n c o s t o f a i r ' , ' s u p p l y ' , ' s i n c e a m a i n p a r t o f t h e t o t a l c o s t o f a m u n i c i p a l w a s t e w a t e r t r e a t m e n t i s s p e n t o n a i r ' , ' s u p p l y o f r e a c t o r s . x a 0 t a b l e 1 : t h e r e s u l t s o f n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s i n c o n v e n t i o n a l a n d h y b r i d r e a c t o r s i n f l u e n t r e a c t o r n o . 1 : c o n v e n t i o n a l r e a c t o r n o . 2 : h y b r i d g r o w t h n h 4 + ( m g / l ) q a i r ( l / m i n ) h r t ( h ) d o ( m g / l ) n h 4 + ( m g / l ) n o 3 ' , ' ( m g / l ) m l s s ( m g / l ) d o ( m g / l ) n h 4 + ( m g / l ) n o 3 ' , ' ( m g / l ) m l s s ( m g / l ) 1 7 0 . 7 3 3 0 . 3 5 1 6 . 4 5 0 . 2 5 3 9 7 5 2 . 2 5 0 . 8 7 3 1 . 4 5 3 5 5 0 3 0 0 . 8 3 3 0 . 4 7 2 7 . 3 0 . 1 8 3 1 2 0 3 . 1 2 0 . 9 3 5 7 . 6 4 3 4 2 0 4 5 0 . 9 1 3 0 . 5 2 4 4 . 2 0 . 1 5 3 3 5 0 4 . 4 5 1 . 5 1 8 4 . 1 2 3 1 8 0 1 7 0 . 7 3 4 0 . 5 1 1 5 . 8 1 . 4 5 3 1 5 0 2 . 9 6 0 . 2 2 3 3 . 7 7 4 0 4 0 3 0 0 . 8 3 4 0 . 5 0 2 6 0 . 3 0 3 5 5 0 3 . 2 6 1 . 4 6 1 . 4 1 4 0 7 0 4 5 0 . 9 1 4 0 . 6 0 4 3 0 . 1 7 3 0 0 0 4 . 8 1 1 . 2 5 9 2 . 5 4 1 5 0 1 7 0 . 7 3 5 0 . 6 7 1 5 1 . 8 7 3 4 5 0 3 . 1 3 0 . 7 5 3 6 . 2 4 8 5 7 3 0 0 . 8 3 5 0 . 5 8 2 4 . 7 3 0 . 3 5 3 0 8 4 3 . 5 2 0 . 1 5 6 4 . 1 5 4 5 0 2 4 5 0 . 9 1 5 0 . 7 5 4 1 . 2 4 0 . 2 3 8 1 8 4 . 9 7 0 . 9 5 9 5 . 7 4 4 2 3 0 x a 0 a n o t h e r s i g n i f i c a n t p o i n t i n h y b r i d r e a c t o r s i s t h a t a l t h o u g h s l u d g e d o e s n o t r e v e r s e ' , ' m l s s c o n c e n t r a t i o n i s m a i n t a i n e d i n a n a v e r a g e o f 4 0 0 0 m g i n p e r l i t e r . w h i l e t h e m l s s a m o u n t i n c o n v e n t i o n a l r e a c t o r i s s u p p l i e d b y t h e r e v e r s e o f 5 0 p e r c e n t o f s l u d g e . t h i s i s s u e i s v e r y s i g n i f i c a n t e c o n o m i c a l l y b e c a u s e f o r r e v e r s i n g s l u d g e t o c o n v e n t i o n a l t r e a t m e n t h o u s e s r e q u i r e s a l o t o f m o n e y f o r p u m p i n g s l u d g e a n d f o r i t s r e v e r s e w h i c h i n h y b r i d s y s t e m s c a n b e s a v e d . m o r e o v e r ' , ' i n o r d e r t o p e r f o r m n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s c o m p l e t e l y i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t s y s t e m s ' , ' t h e p r o p e r a g e o f s l u d g e s h o u l d b e s u p p l i e d w h i c h i t w a s o b t a i n e d i n a s y s t e m w i t h h y b r i d g r o w t h . i n a c o n v e n t i o n a l s y s t e m ' , ' d u e t o h i g h b u o y a n c y a n d d e n s i t y i n s a l i n e w a s t e w a t e r ' , ' a d e q u a t e s e d i m e n t a t i o n o f s l u d g e d o e s n o t o c c u r . t h e r e f o r e ' , ' i n a d d i t i o n t o t h e p r o b l e m s r e l a t e d t o i n c r e a s e d t u r b i d i t y e f f l u e n t o u t p u t ' , ' a d e q u a t e s l u d g e s u p p l y i s a l s o a p r o b l e m . . w h i l e i n h y b r i d s y s t e m s d u e t o r a r e e s c a p e o f s u s p e n d e d m a t e r i a l s ' , ' s u p p l y i n g a g e o f s l u d g e i s e a s i l y f e a s i b l e ' , ' a s t h i s w a s p r o v e d i n t h i s s t u d y b y t h e r e s u l t s . a c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f t h e p r e s e n t s t u d y ' , ' n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s w o r k s b e t t e r w i t h h y b r i d s y s t e m r a t h e r t h a n c o n v e n t i o n a l s y s t e m . i t i s b e c a u s e o f d i s s o l v e d o x y g e n c o n c e n t r a t i o n a n d p r o p e r a g e o f s l u d g e . a c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s ' , ' d o c o n c e n t r a t i o n i n h y b r i d s y s t e m s i s s e v e r a l t i m e s h i g h e r t h a n c o n v e n t i o n a l s y s t e m . t h e r e f o r e ' , ' a m m o n i a r e m o v a l a n d i t s t r a n s f o r m a t i o n n i t r a t e o c c u r r e d s u c c e s s f u l l y i n h y b r i d s y s t e m s . t h e r e a s o n i s t h e p r e v e n t i o n o f p r e s e n t m e d i a i n t h e s y s t e m i n c o n t r a s t t o o x y g e n e x i t o u t o f r e a c t o r w h i c h l e a d s t o b e t t e r m a s s t r a n s f e r a n d m a i n t a i n s d o c o n c e n t r a t i o n i n a h i g h e r l e v e l . x a 0 c o n c l u s i o n r e s u l t s o f t h e p r e s e n t s t u d y h a v e i n d i c a t e d t h a t n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s i n h y b r i d g r o w t h s y s t e m c a n p e r f o r m b e t t e r t h a n c o n v e n t i o n a l g r o w t h o f a c t i v a t e d s l u d g e . m o r e o v e r ' , ' d i s s o l v e d o x y g e n c o n c e n t r a t i o n r e m a i n i n g i n h y b r i d r e a c t o r i n a f i x e d r a t e o f i n p u t a i r i s h i g h e r t h a n c o n v e n t i o n a l g r o w t h . t h i s m a t t e r c a n b e v e r y e c o n o m i c a l i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t h o u s e s . i n m a n y s o u t h e r n c i t i e s ' , ' d u e t o d i f f e r e n t r e a s o n s l i k e s a l i n e w a t e r p e n e t r a t i o n i n t o t h e n e t w o r k o r s a l i n e w a t e r u s a g e i n r e s i d e n t i a l u n i t s ' , ' s e w a g e w i l l h a v e h i g h d i s s o l v e d s o l i d s ' , ' a n d n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s i n t h e s e t r e a t m e n t h o u s e s f a c e s m a n y p r o b l e m s . t h e r e f o r e ' , ' u s e o f h y b r i d g r o w t h s y s t e m i s s u g g e s t e d i n t h e c i t i e s f o r b e t t e r p e r f o r m a n c e s . 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