Abstrait:Dans cette étude, les eaux usées des papeteries ont été traitées à l'aide du procédé SMBR (Submerged Membrane Bioreactor). En particulier, le processus de traitement d'oxydation à l'ozone est appliqué après SMBR pour éliminer l'agent de blanchiment fluorescent, qui est un polluant trace et non biodégradable. La concentration d'agent de blanchiment fluorescent a été mesurée indirectement par balayage UV et concentration de DCO. La concentration de DCO avant SMBR et oxydation par l'ozone était de 449,3 mg/L, et la concentration de l'eau traitée était de 100,3 mg/`. L'efficacité d'élimination de la DCO des eaux usées des papeteries par SMBR et le processus d'oxydation à l'ozone était d'environ 77,68 %. La quantité optimisée d'ozone requise pour l'élimination de l'agent de blanchiment fluorescent après SMBR était de 95 mg·O3/` calculée par les résultats du balayage UV. De plus, la quantité optimisée d'ozone requise pour éliminer la DCO a été calculée comme étant de 0,126 mg·COD/mg·O3.

Selon des études pertinentes, le cistanche est une herbe commune connue comme "l'herbe miracle qui prolonge la vie". Son composant principal est le cistanoside, qui a divers effets tels que la promotion de la fonction antioxydante, anti-inflammatoire et immunitaire. Le mécanisme entre le cistanche et le blanchiment de la peau réside dans l'effet antioxydant des glycosides du cistanche. La mélanine dans la peau humaine est produite par l'oxydation de la tyrosine catalysée par la tyrosinase, et la réaction d'oxydation nécessite la participation d'oxygène, de sorte que les radicaux sans oxygène dans le corps deviennent un facteur important affectant la production de mélanine. Cistanche contient du cistanoside, qui est un antioxydant et peut réduire la génération de radicaux libres dans le corps, inhibant ainsi la production de mélanine.

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1. Introduction

Dans l'aspect environnemental, si l'on considère la réalité que la nécessité d'acquérir des ressources en eau devient plus élevée en raison de l'expansion de l'utilisation des ressources en eau dans divers domaines, c'est un fait et il est nécessaire de réutiliser les eaux usées qui se produisent de manière stable dans l'aspect quantitatif. Selon l'ONU, près de la moitié de la population mondiale manquera de vivre dans des zones en manque d'eau en 2030 à cause du réchauffement climatique. Il est également prévu que les objectifs de développement et l'activité économique seront mis en œuvre en tant que facteurs de risque s'il n'y a pas d'investissement continu dans les installations d'eau [1].

De plus, la quantité moyenne de précipitations pendant 1 an en Corée du Sud est de 1341 mm, soit 880 m de plus que la moyenne mondiale, mais la quantité de précipitations pour 1 personne est d'environ 13 % de la moyenne mondiale en raison de la forte population [2], et la pluie ne se concentre que de juin à août, où l'intérêt a augmenté à l'échelle mondiale pour le développement technique de la réutilisation des ressources en eau remplaçables.

L'industrie de la teinture des fibres et l'industrie de la papeterie sont des industries consommatrices d'énergie et d'eau. Les pigments fluorescents et les agents de blanchiment fluorescents donnent au produit un aspect blanc et éliminent la décoloration, jouant le rôle d'augmenter la valeur du produit. Jusqu'à présent, les pigments et les agents de blanchiment ont été largement utilisés en étant appliqués sur divers consommables tels que le papier, les détergents, les produits d'hygiène, les textiles, le plastique et la peinture [3]. Il a été rapporté une influence sur les pigments fluorescents et l'agent de blanchiment fluorescent que la décomposition ne se fait pas bien et qu'il existe une possibilité de résidus. Cependant, la concentration d'une rivière ou d'un lac n'est pas si élevée là où elle a été évaluée comme n'ayant pas d'influence significative, mais il y a eu une augmentation de l'attention portée à l'exposition aux pigments fluorescents et aux agents de blanchiment fluorescents [4].

Le traitement par MBR (bioréacteur à membrane) submergé peut acquérir une qualité d'eau exceptionnelle lorsqu'il s'agit d'une méthode de traitement ciblée dans le traitement des eaux usées parmi le processus de séparation par membrane. En particulier, le processus a appliqué la membrane au traitement biologique des eaux usées de la méthode MBR avec les points forts de la stabilité de la qualité de l'eau à appliquer aux eaux usées industrielles actuelles, aux petits égouts, à l'approvisionnement en eau traitée, à la manipulation des excréments, à la régénération par filtration, etc. Bioréacteurs à membrane ( MBR) offrent une alternative au traitement par le procédé classique des boues activées (CAS) [5]. La technologie des membranes de séparation pour le traitement des eaux domestiques est appliquée aux égouts et à certaines installations industrielles des unités villageoises par rapport à la technologie des pays avancés. Par conséquent, la technologie nationale peut être considérée comme l'étape initiale, et il est entendu qu'elle présente de grandes différences avec les pays avancés dans les domaines de la technologie de fonctionnement et de contrôle de la membrane de séparation.

Dans cette étude, le procédé d'oxydation avancé (AOP) est la technologie de traitement de l'eau pour éliminer les pollutions nocives qui ne peuvent pas être traitées avec la technologie existante en raison d'une faible biodégradation ou d'une stabilité chimique élevée [6], et il affiche un excellent effet dans le contrôle de la le moindre nombre de contaminants. Le MBR était plus efficace que les procédés activés conventionnels pour éliminer les produits pharmaceutiques courants et autres composés polaires. Si les composés ne peuvent pas être éliminés par MBR, des processus oxydatifs comme l'ozonation ont été proposés [7]. Par conséquent, cette étude a appliqué le système de bioréacteur à membrane submergée pour séparer la matière organique incluse dans les eaux usées, a acquis une eau effluente de haute qualité via le SMBR et a évalué la qualité de l'eau caractéristique du traitement SMBR de haute qualité. De plus, les caractéristiques de décomposition des pigments fluorescents et les caractéristiques de qualité de l'eau des eaux usées de papeterie ont été évaluées en introduisant le processus d'ozonation sur l'eau effluente, y compris l'agent de blanchiment fluorescent.

2. Contexte théorique

2.1. Processus de bioréacteur à membrane immergée

Le système de bioréacteur à membrane submergée est simple et il a la force de réduire les coûts d'énergie. L'efficacité du traitement est très excellente et les eaux usées peuvent être utilisées comme eau traitée [8].

Le procédé SMBR est utilisé en remplacement du décanteur final où une séparation solide/liquide complète est possible à l'étape finale, et il a la force de maintenir une concentration élevée pour les micro-organismes à l'intérieur du bioréacteur. En raison des atouts de la réutilisation de l'eau traitée, de l'élimination de la matière organique, de l'automatisation et de la minimisation, et de l'acquisition de la qualité de l'eau traitée, le processus suscite de l'intérêt. De plus, de nombreuses usines de commercialisation ont été composées dans l'approvisionnement en eau traitée, les installations de traitement des eaux usées et l'amélioration de la qualité de l'eau traitée. Habituellement, la pression normale de pénétration de la membrane est inférieure à 0.5 bar [9]. De plus, il est opéré dans la phase de respiration endogène biologique où il y a moins de boues excédentaires [10], et les coûts consommés pour la déshydratation peuvent être réduits.

2.2. Oxydation de l'ozone

L'ozone est un agent oxydant puissant avec un potentiel d'oxydation élevé (2,08 volts) [11], et il crée une réaction d'oxydation rapide avec des substances organiques et non organiques de diverses formes en raison de sa structure moléculaire unique. L'ozone est très instable dans l'eau et se décompose automatiquement en raison d'une réaction en chaîne cyclique pour passer par des produits intermédiaires tels que le radical hydroperoxyde, le radical superoxyde et le radical ozonide pour créer un radical OH avec une plus grande réactivité. La matière organique qui existe dans l'eau peut être décomposée par la voie de réaction indirecte qui répond aux radicaux OH et la voie de réaction directe qui peut éliminer directement les substances organiques. La substance organique forme l'ozonide en raison de la réaction directe et indirecte à décomposer avec l'aldéhyde et les substances organiques simples pour s'oxyder complètement en eau et en dioxyde de carbone [12].

2.3. Agents de blanchiment fluorescents

Les pigments fluorescents et les agents de blanchiment fluorescents utilisent des agents oxydants et réducteurs pour rendre blancs les textiles (fibre, papier, pâte à papier, etc.). Le traitement par agent de blanchiment fluorescent est exécuté parce que la petite partie de brun jaunâtre ne peut pas être complètement éliminée dans ce type d'eau de Javel [13,14]. L'agent de blanchiment fluorescent de la cellulose utilisé dans l'industrie des fibres et des papeteries utilise principalement des dérivés d'acide diaminostilbène disulfonique. La structure chimique est illustrée à la figure 1. Les agents de blanchiment fluorescents au stilbène sont utilisés comme dérivés bistriazinyles de 4,40 -diaminostilbène-2,20 -acide disulfonique, et les agents de blanchiment fluorescents solubles sont le stilbène. dérivés [15].

3. Expérimentez

3.1. Objet Eaux usées

Les eaux usées réelles utilisées dans cette étude étaient les principales eaux traitées chimiquement de la papeterie de la société M à Daegu, en République de Corée, et la composition est indiquée dans le tableau 1. La concentration moyenne a été calculée à partir de 19 jours de données mesurées (du 16 août au 15 septembre). Les déchets de papeterie de la société M utilisaient le dérivé d'acide diaminostilbène disulfonique utilisé dans l'industrie papetière pour le processus de composition. L'agent de blanchiment fluorescent du dérivé d'acide diaminostilbène disulfonique est inclus dans les déchets là où il a été inclus dans le bioréacteur SMBR pour le fonctionnement. Sur la base du nombre de fuites du bioréacteur SMBR, le facteur de fonctionnement optimal de l'oxydation de l'ozone a été calculé pour la haute qualité de l'eau effluente à travers le nombre de pénétration de la membrane à travers l'oxydation de l'ozone, y compris le petit nombre d'agent de blanchiment fluorescent à l'acide diaminostilbène disulfonique.

3.2. Dispositif expérimental

La composition du SMBR, comme le montre la figure 2, est composée d'un réservoir de perméat (0.1 m3 ), d'un réservoir aérobie à membrane immergée (0.55 m3 ) et d'un réservoir de rétrolavage ( 0.06 m3 ). La capacité de la cuve du réacteur SMBR est de 5 m3/jour d'une usine pilote. Pour acquérir la stabilité du fonctionnement du procédé, 12 min d'aspiration, 3 min d'arrêt et 15 s de contre-lavage des méthodes de fonctionnement consécutives ont été adoptées. Il a été installé sur le site de traitement des déchets papetiers de la société M.

Généralement, le fonctionnement du procédé SMBR peut produire une réutilisation de haute qualité même en moins de 4 jours de SRT (Sludge Retention Time) et 2 h de HRT (Hydraulic Retention Time) [16]. Le temps de rétention hydraulique était de 4,4 h et le SRT était de 6,6 jours pour la membrane aérobie immergée utilisée dans cette expérience. Le compteur SS et la vanne de vidange sont inclus dans le système PLC (panneau de commande), l'émission est conduite si la valeur MLSS était supérieure à 3 g/L automatiquement. La membrane de séparation utilisée dans cette recherche était la membrane à fibres immergées de la société E (type CF-C, Yongin, Corée), et la spécification du module de membrane est indiquée dans le tableau 2. Le dispositif d'oxydation de l'ozone (HIO-600, Yongin, Corée ) a été utilisé pour évaluer le processus de décomposition de l'agent de blanchiment fluorescent. La condition de fonctionnement est indiquée dans le tableau 3. De plus, pour la haute qualité de l'eau effluente, l'expérience d'oxydation à l'ozone a été traitée sur l'eau traitée au SMBR. Le réservoir du réacteur d'oxydation de l'ozone est dans la structure pour maximiser l'efficacité de contact de l'ozone et des eaux usées. Le réservoir de réacteur consécutif du réservoir de contact avec l'ozone, le réservoir du réacteur d'oxydation de l'ozone pour la stabilisation de l'ozone résiduel après contact et le réservoir de traitement ont été utilisés, et la structure du réservoir du réacteur est illustrée à la figure 3.

Dans le cas de l'Advanced Oxidation Process (AOP), 3 mg/L d'ozone ont conduit à l'acquisition de 2 logs de l'efficacité totale d'élimination des bacilles du côlon [17]. En adoptant le traitement à l'ozone pour la haute qualité de la réutilisation des eaux usées, il est jugé qu'il améliore la qualité de l'eau réutilisée et élimine également l'agent de blanchiment fluorescent.

Le générateur d'ozone utilisé dans l'expérience d'oxydation de l'ozone utilise les dérivés doubles pour créer de l'ozone à haute concentration d'un état de haute pureté pour appliquer le générateur d'ozone pendant 2 `/min de débit d'oxygène et une concentration d'ozone de 166 g·O3/m3. La quantité d'ozone utilisée dans l'expérience était de 20,0 g·O3/h. La figure 3 montre le réacteur d'oxydation d'ozone consécutif utilisé dans l'expérience. L'eau brute après l'écoulement du SMBR a subi un processus d'oxydation intense (totalement 130 `) à travers l'eau traitée du SMBR et le contact avec l'ozone en étant transféré dans le réservoir de contact avec l'ozone (10 `). Ensuite, il a été déplacé vers le dispositif d'oxydation de l'ozone (60 `) pour traiter l'ozone résiduel dans les eaux usées où l'ozone non réactif du gaz est rejeté dans l'air après stabilisation du processeur d'ozone. L'eau traitée après la réaction d'oxydation de l'ozone a été déplacée vers le réservoir de traitement à l'ozone (60 `) et le processus de circulation a été répété pour contrôler la concentration d'ozone.

3.3. Éléments mesurés et analyse

Dans cette étude, la DCO a été analysée selon les méthodes nationales standard de l'eau en République de Corée (Méthode Num. : ES 04315, 1a) [18]. De plus, COT (analyseur COT, Multi N/C 3100, Analytikjena, Reinach, Suisse), turbidité (turbidimètre, 2100N, Hach, Loveland, CO, États-Unis), MLSS (mètre MLSS, Cosmos-25/B-LineII , Zullig, Rheinech, Suisse), les balayages UV254 et UV280 (spectrophotomètre UV/Vis, Cary 8454, Agilent, Santa Clara, CA, USA) ont été analysés pour évaluer la qualité de l'eau de traitement SMBR et le traitement à l'ozone. La méthode d'analyse détaillée (TOC : 5310B, Turbidité : 2130B, MLSS : 2540, UV : 5910) de la qualité de l'eau a suivi les méthodes standard [19].

4. Résultat et considération

4.1. Modification du flux de pénétration vers le bioréacteur SMBR sur les eaux usées de la papeterie

Le changement de l'efflux de pénétration a été passé en revue sur le module de membrane dans le réacteur SMBR, et il est illustré à la figure 4. Le temps de nettoyage a été réglé, et le compagnon de pénétration a été réglé à 1,5 `/min. Ici, la pression différentielle initiale a commencé à -0.032 bar, et une augmentation de la pression différentielle s'est produite en raison de la pollution de la membrane en fonction de l'opération. Si la pression différentielle était inférieure à -0.070 bar, une aération supplémentaire et un cycle de lavage à contre-courant ont été augmentés pour maintenir -0,032 bar de pression différentielle.

La pression différentielle initiale était de −0.032 bar lors du réglage du boursier à 1,5 `/min au début de la recherche, mais il y avait un changement d'environ 2 à 8 % dans le cas du boursier jusqu'à 5 jours après la membrane contamination a été signalée. Ici, le changement d'efflux a été réduit de 5 à 8,5 %. Cela signifie que divers matériaux subsidiaires sont utilisés dans le processus d'amélioration de la qualité du produit dans le processus de fabrication du papier. En particulier, les substances inductrices de DBO et de DCO sont utilisées avec un démarrage mucoïde ou C-stein dans le processus de revêtement et des substances de haut poids moléculaire telles que l'alun dans la ligne. Ces substances sont mises en œuvre en tant que facteurs qui influencent l'efflux de membrane lors de l'utilisation du SMBR. Parallèlement à l'influence sur les performances de pénétration de la membrane avec un changement sérieux de la couche inférieure de la surface de la membrane du polymère utilisé dans le procédé comme cause de contamination de la membrane [20], la vitesse de prolifération des micro-organismes augmente en raison de l'augmentation du MLSS dans la cuve du réacteur SMBR où elle a le même résultat que l'étude qui fait état de l'augmentation des microorganismes pourrait devenir le facteur de contamination membranaire [21]. Par conséquent, lors de l'application de SMBR dans les eaux usées de papeterie, il est nécessaire de contrôler le cycle de lavage à contre-courant pour éviter la contamination de la membrane, et pas seulement pour satisfaire à la norme générale sur les eaux usées.

4.2. Modification de la contamination organique du bioréacteur SMBR sur les eaux usées de la papeterie

La figure 5 montre le résultat de l'expérience du changement de concentration MLSS lorsque le HRT était de 4,4 h. La concentration de MLSS dans le réacteur SMBR a maintenu une moyenne de 3026 mg/`. Pour maintenir constamment la concentration en MLSS, le programme PLC contrôlé pour décharger le MLSS concentré 2 fois par jour a été utilisé. Pour cette raison, le MLSS dans le réacteur a été maintenu constamment à 3026 mg/`, mais l'augmentation des micro-organismes du bioréacteur SMBR et le contrôle de la quantité d'extraction en fonction de la concentration étaient le facteur clé de la gestion stable du MLSS pour acquérir une qualité d'eau traitée stable.

La turbidité de l'effluent et de l'effluent a été analysée pendant la période de fonctionnement du réacteur de rang SMBR. La figure 6 montre l'évolution de la turbidité en fonction du fonctionnement du SMBR. La plage de valeurs de turbidité de l'effluent était de 225.0–567.0, où la turbidité moyenne a été analysée à 327 NTU (unité de turbidité néphélométrique). La turbidité de l'eau de pénétration du bioréacteur SMBR était de 0.4–2.1 NTU pour la valeur minimale/maximale, soit une moyenne de 1.1 NTU. Il est apparu que la moyenne était inférieure à 3 NTU lors de l'exploitation de la cuve du réacteur SMBR dès le début de l'exploitation. Le taux moyen d'élimination de la turbidité était supérieur à 99 %. Cela signifie que la grande séparation a été efficace grâce au réacteur à membrane fibreuse immergée.

La figure 7 est le résultat de l'expérience qui montre le changement de concentration de DCO de l'effluent SMBR en fonction du changement de HRT dans le procédé SMBR. La valeur minimale/maximale de l'influence du SMBR était de 314 à 598 mg et la concentration moyenne de DCO a été analysée comme étant de 449,3 mg/`. La concentration de DCO sur la qualité de l'eau ayant subi un biotraitement dans le bioréacteur SMBR était d'au moins 12 à 52 mg/`, et la DCO moyenne était de 100,3 mg/`. La qualité de l'eau de l'effluent était trop élevée pendant 2 jours (du 31 août au 1er septembre). À cette époque, l'entreprise utilisait beaucoup d'amidon pour l'avancement du papier. Lorsque la modification de la qualité de l'eau était grave, des bulles se produisaient là où il y avait des difficultés à faire fonctionner et à gérer le réacteur. De plus, les bulles produites ont influencé la qualité de l'eau traitée et la valeur DCO de l'effluent était supérieure à celle de l'effluent sans bulles. Cependant, les micro-organismes provenant du traitement des eaux usées de la société M ont été utilisés pour l'expérience où l'efficacité d'élimination de la DCO a été maintenue à 60,5 % (7 septembre) - 89,0 % (28 août).

4.3. Expérience d'oxydation de l'ozone sur l'effluent du bioréacteur MBR

La méthode d'analyse UV254 Scan est utilisée comme méthode d'analyse pour juger des conditions de présence ou non d'une grande quantité de substance chimique aromatique dans l'eau brute. Dans cette étude, la société M a utilisé le dérivé d'acide diaminostilbène disulfonique pour la fabrication du papier [22], et il a été contenu dans la qualité de l'eau de l'effluent après le biotraitement, où l'expérience a été menée sur la base de l'effluent du bioréacteur MBR. Le pigment fluorescent d'acide diaminostilbène disulfonique est souvent utilisé dans l'industrie papetière et l'industrie des colorants est une substance chimique aromatique oxydée à partir du p-nitrotoluène et est un agent de blanchiment fluorescent. La longueur d'onde d'absorption maximale avant oxydation du dérivé d'acide diaminostilbène disulfonique a montré un pic maximal de 280 nm. Cela rapportait 280–330 nm ou 355 nm pour la gamme du dérivé d'acide diaminostilbène disulfonique [23]. Le balayage complet UV a montré le plus grand pic à 280 nm. Il révèle que le pigment fluorescent dans les eaux usées de papeterie contient un colorant fluorescent aromatique et divers produits chimiques organiques à 280 nm. La réduction de la longueur d'onde maximale a été identifiée après 10 minutes à partir du point de départ initial de l'oxydation de l'ozone. On peut considérer que la caractéristique du pigment blanchissant fluorescent est perdue lorsque 99 % du chromophore est éliminé. Après 20 min à 280 nm, il n'y a plus eu de changement dans l'absorbance UV. Par conséquent, l'achèvement de la décomposition de l'agent de blanchiment fluorescent dans l'effluent qui a traversé le bioréacteur SMBR a pris 20 min. La dose d'ozone est linéairement proportionnelle au temps de génération d'ozone. Dans cette étude, la vitesse de production d'ozone est de 20,0 g·O3/h, comme mentionné à la section 3.2. La dose d'ozone optimisée de 95 mg·O3/L a été calculée sur 6,67 g·O3 pendant 20 min pour un volume de 70 L d'eau brute.

L'expérience a été réalisée sur l'oxydation de l'ozone basée sur l'eau rejetée qui a passé le biotraitement SMBR. La concentration de DCO a été mesurée et les résultats sont présentés à la figure 8. La quantité utilisée d'agent de blanchiment fluorescent dans le processus de composition du processus de fabrication du papier de la société M a été calculée comme étant d'environ 7 mg/` lors du calcul de la quantité par blanchiment fluorescent. l'utilisation de l'agent et l'utilisation totale de la concentration de DCO. La quantité totale d'autres polluants dans l'effluent a montré une DCO initiale de 61,5 mg/` mesurée toutes les 10 min. L'expérience d'oxydation à l'ozone a été exécutée pendant un total de 60 min. Au cours des 10 premières minutes d'oxydation à l'ozone, la destruction de l'acide aminé du chromophore s'est produite comme le montre la figure 9. Dans ce processus en série, le processus continu d'oxydo-réduction a été jugé être exécuté de manière intensive. Après 20 min de réaction, la vitesse d'oxydation a relativement ralenti (Figure 9b). Après l'achèvement de la réaction, la DCO était de 14 mg/'. Sur la base de ce résultat et à la suite de l'expérimentation de l'oxydation de l'ozone sur l'eau biotraitée du MBR, l'apport d'ozone nécessaire lors du raccordement au traitement biologique des eaux usées de la papeterie était de 6,67 g·O3. Ici, le changement des composés intermédiaires qui induisent la DCO a été évalué par le changement des concentrations de COD et de COT et a entraîné la réaction d'élimination de la sulfone et de l'aminé de la fibre ou du papier et de l'agent de blanchiment fluorescent dans les 10 minutes suivant l'oxydation à l'ozone. temps de réaction dans l'expérience d'oxydation du dérivé d'acide diaminostilbène disulfonique. Après une réaction rapide avec l'ozone, la création d'aldéhyde et de méthyle a commencé [24-26]. À partir du point de 20 min, la séparation complète de l'acide diaminostilbène sulfonique a été poursuivie et à partir du point de 30 min, environ 81,5 % du taux d'élimination de l'agent de blanchiment fluorescent a été indirectement calculé comme résultat UV (à l'absorbance de 280 nm), comme illustré à la figure 9b. Sur cette base, 1 mg d'ozone est nécessaire pour éliminer 0,126 mg de DCO de l'effluent (de l'effluent rejeté après traitement SMBR).

5. Conclusions

Les références

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