anaerobic treatment by uasb reactor and aerobic biodegradability test of cutting oil sewage

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