Page Header

Home > Vol 33, No 3 (2023) > Saikaew

Dynamic Mathematical Modeling of Static Granular Bed Reactor-Granular Activated Carbon (RSGBR-GAC) with Recirculation Flow for Domestic Wastewater Treatment

Wuthikorn Saikaew, Rattapol Suksomboon, Laongdaw Poosumrong

Abstract


การวิจัยในครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาแบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ปลั๊กการไหลแบบหมุนเวียน (Recirculation Plug-Flow Reactor; RPFR) และแบบจำลองพลวัตเครื่องถังกวนผสมหมุนเวียน (Recirculation Completely-mixed Stirred Tank Reactor; RCSTR) ของระบบบำบัดน้ำเสียแบบถ่านกัมมันต์เม็ดคงที่การไหลหมุนเวียน (Recirculation Static Granular Activated Carbon Bed Reactor; RSGBR-GAC) มีทิศทางการไหลตั้งฉากกับถังปฏิกรณ์ทรงกระบอกตามแนวนอน มีความกว้างของชั้นกรองประมาณ 0.10 เมตร มีความลึกของชั้นกรองประมาณ เท่ากับ 0.09 เมตร และความของท่อเท่ากับ 1.80 เมตร บรรจุถ่านกัมมันต์แบบเม็ด 12.6 กิโลกรัม จากการศึกษาที่อัตราส่วนความกว้าง : ความลึก (<1 : 4) พบว่า ค่าความเหมาะสมอัตราส่วนการหมุนเวียน (QR/Qin = R) เท่ากับ 936 ใช้ปริมาตรของถังปฏิกรณ์ (Volume; V) เท่ากับ 0.014 เมตร3 เวลาหมุนเวียน (Hydraulic Recirculation Time; HReT) ที่ 1 ชั่วโมง มีประสิทธิภาพสูงสุดกำจัดค่า BOD และ NH3 (Removal BOD and NH3 Efficiency) ได้ถึง 87.40 ± 2.42% และ 62.76 ± 2.69% ในการบำบัดน้ำเสียชุมชน และจากแบบจำลองความถูกต้องและความแม่นยำพบว่า เกิดปฏิกิริยาอันดับ 2 ของแบบจำลองพลวัตเครื่องถังกวนผสมหมุนเวียน (Recirculation Completely-mixed Stirred Tank Rreactor; RCSTR) มีค่าสัมประสิทธิ์ของการย่อยสลายเชิงปริมาตรฺ kBOD2ndRCSTR และ kNH32ndRCSTR เท่ากับ 2.044 1/วัน และ 7.63 1/วัน

The objective of this study was to develop the dynamic modeling of Recirculation Plug-Flow Reactor (RPFR), and Recirculation Completely-mixed Stirred Tank Reactor (RCSTR) of a wastewater treatment system that uses Recirculation Static Granular Activated Carbon Bed Reactor (RSGBR-GAC). The flow direction is perpendicular to the horizontal-cylindrical reactor. The width of the filter layer is about 0.10 m., the depth of the filter layer is approximately 0.09 m., and length of the pipe is 1.80 m. It contains 12.6 kg of granular activated carbon. Accordingly, the study of the width : depth ratio (<1 : 4) found that the optimum recirculation ratio (QR/Qin = R) equal to 936 with the Volume (V) equals 0.014 m3. The Hydraulic Recirculation Time (HReT) at 1 h yielded the highest efficiency to remove BOD and NH3. The BOD and NH3 removal efficiency reached 87.40 ± 2.42% and 62.76 ± 2.69% in domestic wastewater. The accuracy and precision model revealed that the second-order reaction occurred in Recirculation Completely-mixed Stirred Tank Reactor (RCSTR) with Volumetric rate coefficients to kBOD2ndRCSTR and kNH32ndRCSTR were 2.044 1/day and 7.63 1/day.


Keywords



[1] R. Suksomboon and C. Junsiri, “The performance of moving fluidized bed bioreactor-granular activated carbon, MFBBR- GAC,” Prawarun Agriculture Journal, vol. 15, no 1, pp. 238–247, 2018 (in Thai).

[2] R. Suksomboon, C. Junsiri, W. Saikaew, and S. Kanyakam, “Mathematical modeling of moving fluidized bed bioreactor - granular activated carbon, MFBBR- GAC domestic wastewater treatment for agricultural use,” Prawarun Agriculture Journal, vol. 16, pp. 259– 269, 2019 (in Thai).

[3] R. Suksomboon, C. Junsiri, S. Tangjitjaroenkit, M. Moselhy, and P. Padungthon, “Mathematical models of a fluidized bed bioreactor using granular activated carbon (FBBR-GAC) for wastewater treatment,” Engineering and Applied Science Research, vol. 46, no 3, pp. 183–191, 2019.

[4] R. Saravanane and D. V. S. Murthy, “Application of anaerobic fluidized bed reactors in wastewater treatment,” A review, vol. 11, no. 2, pp. 97–117, 2000.

[5] D. Mowla and M. Ahmadi. “Theoretical and experimental investigation of biodegradation of hydrocarbon polluted water in a three phase fluidized-bed bioreactor with pvc biofilm support,” Biochemical Engineering Journal, vol. 36, no. 2, pp. 147–156, 2007.

[6] J. H. Oh, “Performance evaluation of the pilotscale static granular bed reactor (SGBR) for industrial wastewater treatment and biofilter treating septic tank effluent using recycled rubber particles,” Doctoral dissertation, Iowa State University, USA, 2012.

[7] P. Yu and Y. Luo, “Noval water treatment process-combined cationic ionexchange bed and degasifier in a three-phase fluidized bed,” Desalination, vol. 151, no. 2, pp. 145–152, 2002.

[8] N. Fernandez, S. Montalvo, L. Guerrero, E. Sanchez, I. Cortes and L. Travieso. “Anaerobic fluidized bed reactor application to tropical fruit wine effluent,” Water Science and Technology, vol. 56, no. 2, pp. 33–38, 2007.

[9] R. Sowmeyan and G. Swaminathan. “Evaluation of inverse anaerobic fluidized bed reactor for treating high strength organic wastewater,” Bioresource Technology, vol. 99, no. 9, pp. 3877–3880, 2008.

[10] S. R. Qasim, E. M. Motley, and G. Zhu. Water Works Engineering: Planning, Design and Operation. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000.

[11] W. Xing, H. Ngo, W. Guo, and N. Yang, “Enhancement of the performance of anaerobic fluidized bed bioreactors (AFBBRs) by a new starch-based flocculant,” Separation and Purification Technology, vol, 72, no. 2, pp. 140– 146, 2010.

[12] A. Zafarzadeh, B. Bina, M. Nikaeen, H. Movahedian-Attar, and M. Hajian-nejad, “Performance of moving bed biofilm reactors forbiological nitrogen compounds removal from wastewater nitrification-denitrification process,” Journal of Environmental Health Science and Engineering, vol. 7, no. 4, pp. 353–364, 2010.

[13] R. H. Kadlec and S. D. Wallace. Treatment Wetlands. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, 2009.

[14] K. Haribabu and V. Sivasubramanian. “Treatment of wastewater in fluidized bed bioreactor using low density biosupport,” Energy Procedia, vol. 50, pp. 214–221, 2014.

[15] APHA, AWWA, and WEF. Standard methods for the examination of water and wastewater. American Public Health Association, 1999.

Full Text: PDF

DOI: 10.14416/j.kmutnb.2023.06.001

ISSN: 2985-2145