فرآیندهای تصفیه فاضلاب

فرآیند لجن فعال

      فرآیند لجن فعال (Activated Sludge) یک فرآیند بیولوژیکی هوازی تصفیه فاضلاب است. این فرآیند از حدود 100 سال پیش بطور موثر و گسترده ای برای تصفیه انواع فاضلابهای شهری و صنعتی بکار گرفته شده است. با اثبات کارایی بسیار خوب این فرایند مطالعات و بررسی ها برای بهبود هر چه بیشتر این فرایند به انجام رسید بطوریکه به تدریج انواع مختلفی از این فرایند طراحی و به اجرا درآمد.

 

تاریخچه

     سابقه فرایند لجن فعال به اوایل دهه 1880 میلادی برمی گردد که در آن دکتر Dr.Angus Smith تحقیقاتی را بر روی هوادهی فاضلاب در یک تانک و تأثیر آن بر تسریع اکسیداسیون مواد آلی انجام داد. در ادامه این امر تحقیقات مختلفی بر روی هوادهی فاضلاب انجام شد تا اینکه در سال 1910 میلادی Black & Phelps گزارش کردند که با تزریق هوا در مخزن فاضلاب می توان بطور قابل ملاحظه ای از فساد فاضلاب جلوگیری کرد.

     در خلال سالهای 1913-1912 میلادی Clark & Gage در مرکز پژوهشی Lawrence به این نتیجه رسیدند که با هوادهی فاضلاب می توان توده میکروارگانیسم ها در بطری کشت کرد و این پدیده در تانک نیز تا حدودی با تشکیل یک لایه یک اینچی مجزا روی سطح فاضلاب اتفاق افتاده که نقش قابل توجهی در تصفیه فاضلاب دارد. نتایج برجسته این پژوهش باعث شد که Dr.Fowler از دانشگاه منچستر انگلستان پیشنهاد تحقیقات مشابهی را در این خصوص بر روی سیستم فاضلاب شهر منچستر بدهد.

در سال 1914 و در نتیجه این پژوهش ها Arden & Lockett دریافتند که لجن بدست آمده طی هوادهی فاضلاب نقش بسیار مهمی را در تصفیه فاضلاب به عهده دارد. Arden & Lockett نام این فرایند را ((لجن فعال)) گذاشتند چرا که این نام بیانگر تولید یک توده فعال از میکروارگانیسم هایی بود که می توانستند باعث تثبیت هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب شوند.

 

شرح فرآیند

     در فرآیند لجن فعال، بخش عمده ای از مواد آلاینده فاضلاب را مواد آلی تشکیل می دهند که باکتری ها می توانند با تغذیه و مصرف آن ها باعث تصفیه فاضلاب شوند. بنابراین اصول تصفیه در این فرآیند بر مصرف مواد آلی توسط میکروارگانیسم ها و به خصوص باکتری ها استوار است. از این رو در این فرآیند برای پیشبرد روند تصفیه فاضلاب، ضروری است که تمامی شرایط برای رشد و تکثیر هر چه بهتر آنها فراهم گردد.

     باکتری ها برای ادامه حیات و فعالیت خود دارای سه نیاز اساسی غذا، آب و اکسیژن هستند. غذای آنها در واقع همان مواد آلی است که در فاضلاب وجود دارد و باکتری ها با مصرف آنها باعث تصفیه فاضلاب می شوند. آب نیز به وفور در دسترس آنها قرار دارد چرا که محیط زیست آنها محیط فاضلاب بوده که یک محیط کاملا آبی است. بنابراین با تأمین اکسیژن می توان شرایط اساسی رشد باکتری ها را فراهم کرد. به منظور تأمین اکسیژن مورد نیاز باکتری ها نیز معمولاً هوا به درون فاضلاب به صورت عمقی یا سطحی تزریق می شود.

     همانطور که در شکل مقابل نشان داده شده است در فرآیند لجن فعال فاضلاب ابتدا وارد یک مخزن هوادهی (واکنش) می شود. در این مخزن فاضلاب در مجاورت و دسترس باکتری ها قرار میگیرد. باکتری ها با استفاده از اکسیژن تزریق شده و انجام فعالیت های بیولوژیکی خود، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و به داخل بدن خود جذب می کنند. جذب مواد آلی به داخل باکتری سبب حذف مواد آلی از جریان فاضلاب و تصفیه آن می گردد. باکتری ها بخشی از این مواد غذایی را بصورت انرژی به مصرف خود رسانده و بخشی دیگر را برای تکثیر و تولید باکتری های جدید مورد استفاده قرار می دهند.

      پس از فرآیند جذب و تجربه مواد در مخزن هوادهی مخلوط فاضلاب و میکروارگانیسم ها وارد مخزن ته نشینی ثانویه می شوند. در این مخزن برخی فعالیتهای بیولوژیکی سبب چسبیدن میکروارگانیسم ها و باکتری ها به یکدیگر و ایجاد لخته می شود. این لخته ها به سبب وزن مخصوص بیشتر از آب به سمت پایین حرکت کرده و به تدریج در کف مخزن ته نشین شده و لجن بیولوژیکی را تشکیل می دهند. در این مرحله این لجن که حاوی مقادیر بسیار زیادی از میکروارگانیسم ها و باکتری های موثر در تصفیه فاضلاب است، به مخزن هوادهی برای ادامه فرآیند برگشت داده می شود که به آن ((لجن فعال برگشتی)) گفته می شود. در واقع نام ((لجن فعال)) به سبب همین فعالیت دائم لجن (توده میکروارگانیسم و باکتریها) در این فرآیند می باشد. بخش دیگر لجن نیز که مازاد بر نیاز تصفیه است از سیستم دفع می گردد.

بر این اساس می توان گفت که هر فرآیند لجن فعال از سه جزء اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

1- مخزن هوادهی

2- مخزن ته نشینی ثانویه

3- سیستم برگشت لجن فعال

از نظر سیستم رشد میکروارگانیسم ها فرآیند لجن فعال از نوع رشد معلق می باشد چرا که لخته های ناشی از توده باکتری ها و میکروارگانیسم ها در فضای مخزن هوادهی معلق بوده و دائماً در حال حرکت هستند.

موارد کاربرد انواع فرآیند لجن فعال در تصفیه فاضلاب ها
ردیف نوع فرآیند لجن فعال

موارد کاربرد

علت کاربرد

1

متعارفی

(CPFAS)

- شهرها

- هزینه کمتر برای ساخت مخازن هوادهی به علت زمان ماند کمتر نسبت به هوادهی گسترده

- صرفه اقتصادی جهت تهیه و نصب تجهیزات پردازش و هضم لجن

- عدم نیاز به تهیه و تامین تجهیزات مربوط به اختلاط کامل مخزن هوادهی

- کاهش مصرف انرژی به سبب حذف شرایط اختلاط کامل از مخزن هوادهی

- شهرک ها و مجتمعهای بزرگ مسکونی با جمعیت بیش از 1000 نفر

- شهرک های صنعتی

- صنایع بزرگ غذایی و لبنی با ظرفیت بیش از 1000 متر مکعب در شبانه روز

2

هوادهی گسترده

(EAAS)

- پکیج های تصفیه فاضلاب بهداشتی در مجتمع های مسکونی، اقامتی، تفریحی

- راندمان بسیار بالا در تصفیه فاضلاب


- مقاومت بالا در برابر نوسانات در کیفیت و مقدار فاضلاب ورودی


- تولید لجن بسیار کمتر از نوع متعارفی


- حساسیت کمتر نسبت به کیفیت بهره برداری در مقایسه با فرآیند لجن فعال متعارفی


- تولید لجن تثبیت شده

- بیمارستان ها و مراکز درمانی

- تصفیه فاضلاب بهداشتی کارخانه ها و کارگاه های صنعتی

- تصفیه فاضلاب بهداشتی کمپ های کارگری در پروژه های ساختمانی و عمرانی

- ساختمان های اداری
- صنایع لبنی
- صنایع غذایی
- صنایع تولید کاغذ و مقوا
3

رئاکتور ناپیوسته متوالی

(SBR)

- پکیج های تصفیه فاضلاب بهداشتی با ظرفیت کمتر از 10 متر مکعب در شبانه روز

- هزینه کمتر نسبت به دیگر انواع لجن فعال

- کشتارگاه ها - تولید فاضلاب در مدت محدودی از شبانه روز
- بیمارستان ها و مراکز درمانی - جلوگیری از رشد میکروارگانیسم های موثر در حجیم شدن لجن و به خصوص باکتریهای رشته ای
4

تثبیت تماسی

(CSAS)

- بیمارستان و مراکز درمانی - جلوگیری از رشد میکروارگانیسم های موثر در حجیم شدن لجن و به خصوص باکتری های رشته ای
5

بیورئاکتور غشایی

(MBR)

- فاضلاب های بهداشتی - انسانی - راندمان بسیار بالا در جداسازی لجن از آب
- عدم نگرانی نسبت به خروج لجن از سیستم تصفیه
- بیمارستان ها و مراکز درمانی - راندمان تصفیه بالا حتی در صورت رشد میکروارگانیسم­های رشته­ ای
- نیاز به فضای کمتر
- مناطق کم آب
- صنایع آب بر
- امکان استفاده مجدد از پساب در خط به سبب راندمان بالای تصفیه
- تصفیه خانه های واقع در محدوده های شهری - نیاز به زمین و فضای کمتر

 

انواع فرآیند لجن فعال

     پس از اثبات کارایی بسیار خوب فرآیند لجن فعال در تصفیه انواع فاضلاب ها، اصلاحات و تغییرات مختلفی بر روی فرآیند انجام گرفته و انواع مختلفی از فرآیند لجن فعال بکار گرفته شد. در واقع تمامی این تغییرات برای سازگار کردن این فرآیند با نیازمندیهای مختلف از سیستم تصفیه بود بطوریکه امروزه از این فرآیند حتی برای تصفیه انواع فاضلابهای صنعتی که قابلیت تصفیه بیولوژیکی دارند، استفاده می شود.

     لجن فعال متعارفی، هوادهی گسترده ، SBR، تثبیت تماسی، اکسیژن خالص، تغذیه مرحله ای و نهر اکسیداسیون همگی شکل های مختلفی از فرآیند لجن فعال هستند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص انواع فرآیندهای لجن فعال می توانید به لینک های زیر مراجعه فرمایید.

 

  1- فرآیند لجن فعال با اختلاط کامل (CMAS)

  2- فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS)

  3- فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

  4- فرآیند لجن فعال با تثبیت تماسی (CSAS)

  5- فرآیند رئاکتور ناپیوسته متوالی (SBR)

  6- فرآیند رئاکتور بیولوژیکی غشایی (MBR)

 

محدوده

فرآیندهای تصفیه فاضلاب

 

حذف مواد آلاینده از فاضلاب به کمک فرآِیندهای بسیار متنوعی به انجام می رسد که بر این اساس فرآیندهای تصفیه فاضلاب را به سه دسته اصلی 1- فرآیندهای فیزیکی 2- فرآیندهای شیمیایی و 3- فرآیندهای بیولوژیکی تقسیم بندی می نمایند.

 

فرآیندهای فیزیکی تصفیه فاضلاب

به روشهایی که در آن برای جداسازی و حذف مواد آلاینده از نیروها و مکانیزم های فیزیکی استفاده می شود، روشهای فیزیکی می گویند. برخی از روشها مانند آشغالگیری، دانه گیری، ته نشینی و فیلتراسیون از جمله روشهای فیزیکی تصفیه فاضلاب هستند. برای دریافت اطلاعات بیشتر درخصوص فرآیندهای فیزیکی به لینکهای زیرمراجعه فرمایید.

1- آشغالگیری

     1-1- درشت دانه (میله ای)

     2-1- ریزدانه

     3-1- میکرواسکرین

2- ته نشینی

3- شناورسازی

     1-3- API

     2-3- DAF

 

فرآیندهای شیمیایی تصفیه فاضلاب

در برخی از موارد جهت حذف مواد آلاینده در فاضلاب لازم است که از یک فرایند شیمیایی استفاده شود. از این رو به روشهایی که در آنها از فرایندهای شیمیایی جهت تصفیه بکار برده می شود، روشهای شیمیایی تصفیه فاضلاب می گویند. چنین روشهایی گاه بصورت مستقیم و گاه بصورت غیر مستقیم سبب جداسازی مواد آلاینده از فاضلاب می گردند. تنظیم pH، انعقاد و لخته سازی، ترسیب شیمیایی و اکسیداسیون نمونه هایی از روشهایی شیمیایی تصفیه فاضلاب می باشند. برای دریافت اطلاعات بیشتر درخصوص فرآیندهای فیزیکی به لینکهای زیرمراجعه فرمایید.

1- خنثی سازی

2- تنظیم pH

 

فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب

روشی را که در آن برای تصفیه فاضلاب از میکروارگانیسم ها و فرایندهای بیولوژیکی مرتبط با آنها استفاده شده باشد، روش بیولوژیکی تصفیه فاضلاب می گویند. میکروارگانیسم ها و به خصوص باکتریها هر یک در شرایط محیطی خاصی قادر به فعالیت و ادامه حیات می باشند. بطوریکه برخی از آنها در حضور اکسیژن و برخی دیگر در غیاب اکسیژن می توانند فعالیتهای حیاتی داشته باشند. بر همین اساس روشهای بیولوژیکی را از نظر حضور و یا عدم حضور اکسیژن در فرآیند به دو دسته کلی روشهای هوازی و بی هوازی تقسیم بندی می نمایند.

روشهایی چون لجن فعال، لجن فعال با هوادهی گسترده، RBC و صافی های چکنده از جمله روشهایی هوازی و روشهایی مانند UASB و ASBR از جمله روشهای بی هوازی بیولوژیکی تصفیه فاضلاب هستند. برای دریافت اطلاعات بیشتر درخصوص فرآیندهای بیولوژیکی به لینکهای زیرمراجعه فرمایید.

1- فرآیند لجن فعال با اختلاط کامل (CMAS)

2- فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS)

3- فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

4- فرآیند لجن فعال با تثبیت تماسی (CSAS)

5- صحفات بیولوژیکی چرخان (RBC)

6- فرآیند رئاکتور ناپیوسته متوالی (SBR)

7- فرآیند رئاکتور بیولوژیکی غشایی (MBR)

8- IFAS

9- UASB

UASB

     اين روش UASB یکی از مهمترین روشهای بی هوازی بیولوژیکی در تصفیه انواع فاضلاب‌ها به خصوص فاضلاب‌های صنعتی  است. UASB مخفف Upflow Anaerobic Sludge Blanket و به معنای ((پتوی لجن بی هوازی رو به بالا)) است. این روش در سال 1979 توسط دکتر Gatze Lettinga در دانشگاه Wageningen هلند ابداع گردید. راندمان تصفیه این روش 95-85 درصد در پارامتر COD در دمای 40-30 درجه سانتیگراد می‌باشد.
     از رئاکتور UASB برای تصفیه انواع فاضلابهای بهداشتی و صنعتی به خصوص صنایع لبنی، خمیرمایه، نوشابه‌سازی، شکلات‌سازی، تولید آبمیوه‌های طبیعی، کاغذ و مقوا، تولید رب گوجه فرنگی، نشاسته و فرآوری شکر استفاده می‌شود.

     همانطور که در شکل مقابل نشان داده شده است، UASB شامل یک رئاکتور بی هوازی است که فاضلاب از قسمت پایین آن وارد شده و در حین حرکت رو به بالای خود با پتوی لجن (توده میکروارگانیسمها) تماس می یابد. این تماس سبب جذب مواد آلی فاضلاب توسط میکروارگانیسم ها و تجزیه آنها طی فرآیندهای بیولوژیکی می شود. به علت عدم وجود اکسیژن محلول در این رئاکتور کلیه فرآیندهای بیولوژیکی در آن از نوع بی‌هوازی خواهد بود. یکی از مهمترین نتایج انجام فرآیندهای بیولوژیکی بی‌هوازی تولید مقادیر زیادی از انواع گازها به خصوص متان می‌باشد.
     از این رو در هر رئاکتور UASB یک سیستم برای هدایت و جمع آوری این گازها وجود دارد. به علت آنکه این گازها در نتیجه فعالیتهای بیولوژیکی است به آنها بیوگاز نیز گفته می‌شود. در رئاکتورهای بزرگ به سبب آنکه حجم بیوگاز تولیدی قابل توجه است، گاهی از آنها به عنوان سوخت جهت تامین انرژی استفاده می‌شود. بطور کلی به ازای هر کیلو COD حذف شده در رئاکتور UASB حدود 35/0 مترمکعب گاز متان تولید می‌شود.
     همچنین صعود  دائم حباب‌های گاز در رئاکتور UASB باعث معلق نگه داشتن لایه لجن بیولوژیکی (پتوی لجن) و افزایش تماس موثر این لایه با مواد آلاینده فاضلاب می‌شود. بر این اساس هر رئاکتور UASB شامل اجزای زیر است:
1- سیستم توزیع فاضلاب ورودی
2- پتوی لجن بی‌هوازی که بصورت معلق در رئاکتور قرار گرفته است.
3- بافل‌های هدایت بیوگاز
4- محفظه‌های تجمع بیوگاز
5- سرریز خروجی
 
     رئاکتورUASB  مشابه دیگر رئاکتورهای بی هوازی نسبت به تغییرات دما و pH حساس است. بهترین دمای کارکرد رئاکتور UASB محدوده دمایی 40-30 درجه سانتیگراد است و هرچه دما کاهش یابد راندمان UASB نیز به شدت کم می‌شود. به عنوان مثال راندمان رئاکتور UASB در دمای 40 درجه سانتیگراد حدود 10 برابر راندمان آن در دمای 15 درجه سانتیگراد است. مقدار pH بهینه نیز در محدوده 7 قرار دارد.
     اما کلیدی ترین پارامتر کنترل این رئاکتور سرعت جریان روبه بالای فاضلاب است چراکه سرعت کم سبب ته نشین شدن توده بیولوژیکی و سرعت بیش از اندازه باعث خروج میکروارگانیسم‌ها از رئاکتور می شود. بسته به نوع فاضلاب سرعت بهینه جریان رو به بالا 1-6/0 متر بر ساعت می‌باشد.
در جدول زیر مهمترین پارامترهای طراحی یک رئاکتور UASB آمده است.

پارامترهای طراحی رئاکتور UASB

نوع رئاکتور

محدوده COD

mg/lit

دمای بهینه

(سانتیگراد)

بارگذاری حجمی
Kg COD

--------------
m3.d

سرعت رو به بالا

m/hr

ارتفاع رئاکتور

m

پیوسته

Continues

18000 - 1000 35 - 30 24 - 2 1.5 - 0.6 10 - 3


     مهمترین مزایای کاربرد رئاکتور UASB عبارتند از:
1- در فضای کم با راندمان بالا کار می‌کند چون بارگذاری حجمی آن حدود 10 برابر روش هوازی است.
2- رئاکتور UASB مولد انرژی قابل مصرف بصورت 75 درصد متان است که از آن می‌توان برای گرم کردن فاضلاب یا تولید انرژی استفاده کرد.
3- رئاکتور UASB در تصفیه فاضلابهای با آلودگی بالا و در محدوده COD معادل 18000 – 1000 میلیگرم در لیتر بکار می‌رود.
4- 95 درصد COD تبدیل به گاز قابل مصرف و 5 درصد آن تبدیل به سلولهای جدید خواهد شد. این مسئله باعث کاهش قابل ملاحظه در میزان لجن تولیدی شده بطوریکه لجن حاصل از رئاکتور UASB حدود 10 درصد لجن حاصل از فرآیندهای هوازی است.
5- کمی لجن تولیدی نیاز به مواد غذایی از جمله ازت و فسفر را کاهش می‌دهد. نسبت C-N-P در رئاکتور UASB تقریباً 1-5-500 است.
6- لجن تولیدی UASB از نوع تثبیت شده و پایدار بوده و دفع آن تولید بو و جلب حشرات را نمی‌کند.
7- لجن تولیدی UASB ازن نوع گرانول بوده که قابلیت ته¬نشینی بسیار خوبی داشته بطوریکه سرعت ته‌نشینی آنها 80-20 متر در ساعت است.
8- باکتریهای بی‌هوازی مؤثر در UASB را برای مدت طولانی می‌توان برای ماه‌ها ذخیره کرد.
9- رئاکتور UASB ماننددیگر فرآیندهای بی‌هوازی نیاز به تزریق اکسیژن ندارد و این مسئله انرژی مورد نیاز جهت انجام تصفیه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

     در مقابل مهمترين معایب و محدودیت‌های اين فرآیند عبارتند از:
-    حساسيت زياد نسبت به تغييرات دما و pH
-    دورة راه‌اندازي طولاني‌تر نسبت به فرآیندهاي هوازي
-    نیاز به تخصص بیشتر جهت بهره‌برداری نسبت به فرآیندهای هوازی
-    ایجاد شرایط خورنده در نتیجه انجام واکنش‌ها و تولید بیوگاز در رئاکتور UASB

فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

     فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (Extended Aeration Activated Sludge) نوع اصلاح شده ای از فرآیند لجن فعال است. در اين فرآیند مخزن ته­ نشینی اولیه حذف شده و با افزايش زمان ماند هیدرولیکی (HRT) و سن لجن(SRT)و كاستن از مقدار بارگذاري آلي سيستم، مقدار لجن توليدي به صورت قابل ملاحظه­ اي كاهش مي­ يابد. اين تغيير باعث مي­ شود كه حجم مخزن هوادهي حدود 2 تا 4 برابر بيشتر از فرآیند لجن فعال متعارفي باشد كه بدين سبب مقاومت سيستم نسبت به تغييرات كيفي و كمي فاضلاب ورودي افزایش مي­ يابد. همچنین زمان ماند بالا در این فرآیند باعث می­ شود که حجم لجن تولیدی به مقدار قابل ملاحظه­ ای از فرآیند لجن فعال متعارفی کمتر باشد.

     در شکل رو به رو فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده نشان داده شده است.

     از آنجا که در این فرآیند مخزن ته­ نشینی اولیه حذف می­ شود، به منظور جلوگیری از ورود ذرات معلق درشت و آشغال­ها به واحدهای بعدی لازم است که قبل از مخزن هوادهی از آشغالگیر و دانه گیر استفاده شود. البته در برخی موارد که ساخت دانه­ گیر به دلیل ظرفیت پایین سیستم تصفیه توجیه اقتصادی ندارد ممکن است تنها از یک آشغالگیر استفاده شود.

     چون از فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS) بیشتر برای جوامع کوچک استفاده می­ شود و از طرفی در این موارد نوسانات حجم فاضلاب ورودی نسبتاً زیاد است، لذا مخزن ته­ نشینی ثانویه با بارگذاری کمتری طراحی می­ گردد. به عبارت دیگر مخزن ته­ نشینی ثانویه در این فرآیند مقداری بزرگتر از دیگر فرآیندهای لجن فعال است.

مزایای فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده نسبت به لجن فعال متعارفی عبارتند از:

      1- امکان دستیابی راندمان بسیار بالا در تصفیه فاضلاب

      2- به علت بالا بودن سن لجن و نسبت F/M  پایین، لجن بسیار کمتری تولید می­شود.

      3- چون در این فرآیند حجم مخزن هوادهی بزرگتر می­ شود، تغییرات و نوسانات کیفیت فاضلاب ورودی تأثیر کمتری بر روی سیستم داشته و مقاومت سیستم نسبت به این تغییرات بیشتر خواهد بود.

      4- به دلیل مقاومت بیشتر در برابر تغییرات ناگهانی در کیفیت و مقدار فاضلاب ورودی برای استفاده از جوامع و ظرفیتهای کوچک به خصوص پکیج­های تصفیه بسیار مناسب است.

      5- در این فرآیند عملیات هضم لجن نیز به انجام رسیده و مانند فرآیند لجن فعال متعارفی نیازی به تأسیسات اضافی برای هضم جداگانه لجن وجود ندارد.

      6- طراحی و بهره­ برداری از آن نسبتاً ساده است.

در مقابل مهمترین محدودیت­ ها و معایب فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده عبارتند از:

      1- انرژی مصرفی برای هوادهی بالاتر از فرآیندهای اختلاط کامل و متعارفی است.

      2- حجم مخزن هوادهی نسبت به فرآیندهای لجن فعال متعارفی و اختلاط کامل بیشتر بوده و این مسئله باعث افزایش هزینه اجرای سیستم تصفیه می­شود.

      3- استفاده از این فرآیند برای تصفیه­ خانه­ های با ظرفیت بالا اقتصادی نیست.

      4- به سبب نسبت کم F/M در مخزن هوادهی امکان حجیم شدن لجن در این فرآیند وجود دارد.

استفاده از فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS) برای تصفیه فاضلاب در شرایط زیر می­تواند بهترین کارایی را در استفاده از این فرآیند به دنبال داشته باشد. این شرایط عبارتند از:

      1- نسبت BOD5 به COD فاضلاب بیشتر از 0/5 باشد.

      2- مقدار COD فاضلاب کمتر از 1000 میلیگرم در لیتر باشد.

      3- حجم فاضلاب روزانه 500- 10 مترمکعب در شبانه روز باشد.

      4- تهیه و نصب تجهیزات هضم و پردازش لجن در برابر افزایش ماند هوادهی مقرون به صرفه نباشد.

جدول1 : موارد کاربرد فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

ردیف موارد کاربرد

علت کاربرد

1 - پکیج های تصفیه فاضلاب بهداشتی در مجتمع های مسکونی، اقامتی، تفریحی

- راندمان بسیار بالا در تصفیه فاضلاب


- مقاومت بالا در برابر نوسانات در کیفیت و مقدار فاضلاب ورودی


- تولید لجن بسیار کمتر از نوع متعارفی


- حساسیت کمتر نسبت به کیفیت بهره برداری در مقایسه با فرآیند لجن فعال متعارفی


- تولید لجن تثبیت شده

2 - بیمارستان ها و مراکز درمانی
3 - تصفیه فاضلاب بهداشتی کارخانه ها و کارگاه های صنعتی
4 - تصفیه فاضلاب بهداشتی کمپ های کارگری در پروژه های ساختمانی و عمرانی
5 - ساختمان های اداری
6 - صنایع لبنی
7 - صنایع غذایی
8

- صنایع تولید کاغذ و مقوا

      5- امکان بروز نوسان در دبی و کیفیت فاضلاب ورودی وجود داشته باشد.

      6- چنانچه در نظر باشد که لجن مازاد سیستم بصورت کاملا تثبیت شده بوده و نیاز به تجهیزات هضم و پردازش لجن وجود نداشته باشد.

     با توجه به شرایط گفته شده از فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS) برای تصفیه انواع فاضلاب های بهداشتی با ظرفیت کمتر از 500 مترمکعب در شبانه روز استفاده می­ شود. به ویژه این فرآیند بهترین گزینه برای استفاده در پکیج­ های­ پرتابل تصفیه فاضلاب­ های بهداشتی است.

برخی از مزایای استفاده از این فرآیند در پکیج­ های پرتابل تصفیه فاضلاب بهداشتی عبارتند از:

     1- راندمان بسیار بالا در تصفیه فاضلاب (بیش از 90 درصد)

     2- مقاومت بسیار خوب این فرآیند در برابر نوسانات در کیفیت و دبی فاضلاب ورودی

     3- تولید لجن مازاد بسیار کم نسبت به سایر فرآیندهای هوازی

     4- حساسیت کمتر نسبت به بهره­ برداری و در نتیجه سهولت بیشتر در بهره­ برداری از سیستم

     5- عدم تولید بوهای نامطبوع در زمان بهره برداری

     6- عدم نیاز به تجهیزات خاص و انحصاری

جدول2 : پارامترهای طراحی فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

نوع رئاکتور

سن لجن(روز)

SRT (day)

F/M

Kg BOD
--------------
Kg MLVSS.d

بارگذاری حجمی
Kg BOD

--------------
m3.d

MLSS

mg
------
lit

زمان ماند هیدرولیکی
HRT (hr)
اختلاط کامل یا قالبی 20-40 0.04-0.1 0.1-0.3 2000-4000 20-30

در جدول 1 موارد کاربرد فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)به همراه علت کاربرد آن آمده است.

در جدول 2 مهمترین پارامترهای طراحی فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)آمده است.

     به علت آنکه در این فرآیند مقدار F/M کمتر از 0/1 است، لذا این فرآیند مستعد برخورد با مشکل رشد میکروارگانیسم­ های رشته­ ای و پدیده حجیم شدن لجن است. چون سن لجن در این فرآیند بالاست، بنابراین فرآیند نیتریفیکاسیون تا حد زیادی کامل می­ شود. البته درصد پیشرفت نیتریفیکاسیون در این فرآیند به دمای محیط بستگی دارد و با افزایش دما افزایش می­ یابد.

     زمان ماند هیدرولیکی (HRT) و زمان ماند لجن (SRT) در این فرآیند به­ اندازه­ ای است که باکتریها و میکروارگانیسم­ ها نه تنها فرصت کافی برای جذب مواد را دارند بلکه بخش عمده­ ای از عملیات هضم نیز در مخزن هوادهی به انجام می­ رسد. همین مسئله باعث می­ شود که حجم لجن تولید شده طی این فرآیند به نسبت سایر انواع لجن فعال بسیار کمتر باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص انواع فرآیندهای لجن فعال می توانید به لینک های زیر مراجعه فرمایید.

 

1- فرآیند لجن فعال با اختلاط کامل (CMAS)

2- فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS)

3- فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

4- فرآیند لجن فعال با تثبیت تماسی (CSAS)

5- فرآیند رئاکتور ناپیوسته متوالی (SBR)

6- فرآیند رئاکتور بیولوژیکی غشایی (MBR)

 

محدوده

فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS)

      از میان تمام انواع فرآیندهای لجن فعال، فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی بیشترین کاربرد را در تصفیه انواع فاضلاب­ ها و به خصوص فاضلاب­ ها شهری داردو به همین سبب گاهی به اختصار به آن لجن فعال متعارفی می­ گویند.

     در این فرآیند همانند فرآیند اختلاط کامل (CMAS)، قبل از مخزن هوادهی از یک واحد ته­ نشینی اولیه استفاده می­ شود. به علاوه در مخزن هوادهی دیوارهایی تعبیه می­ گردد که به کمک آنها مخزن هوادهی بصورت یک کانال با عرض کم وطول زیاد درمی­ آید. همین مسئله سبب می­ شود که رژیم جریان در مخزن هوادهی از اختلاط کامل به قالبی (نهرگونه) تبدیل شود. در شکل مقابل فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی نشان داده شده است.

     جریان قالبی در مخزن هوادهی باعث می­ شود که دیگر نیازی به تأسیسات لازم جهت اختلاط کامل مخزن هوادهی وجود نداشته و مصرف انرژی و هزینه تأمین تجهیزات کاهش یابد. به علاوه به تجربه ثابت شده است که در شرایط مشابه راندمان تصفیه فاضلاب نیز در جریان قالبی (نهرگونه) اندکی افزایش می­ یابد.

     طی این فرآیند فاضلاب از ابتدای این کانال وارد شده و پس از گذر از کل طول کانال وارد مخزن ته­ نشینی ثانویه می­ شود. از همین رو نیاز به اکسیژن در ابتدای کانال به علت وجود غلظت بالای مواد آلاینده، زیاد بوده و به تدریج با جذب این مواد در طی مسیر کانال نیاز به اکسیژن نیز کاهش می­ یابد. بنابراین سیستم هوادهی باید به گونه­ ای باشد که امکان تغییر و تنظیم لازم در مقدار هوادهی در نقاط مختلف مخزن هوادهی وجود داشته باشد.

     در عمل به سبب آنکه سیستم هوادهی باعث ایجاد اختلاط نسبی می­ شود، جریان قالبی ایده ­آل وجود ندارد. در واقع رژیم جریان در فرآیند لجن فعال متعارفی ترکیبی از اختلاط کامل و قالبی است.

عمده­ ترین ویژگی­ ها و مزایای فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی(CPFAS) عبارتند از:

    1- استفاده از آن در تصفیه انواع فاضلاب­ ها بسیار معمول است.

    2- فرآیند پایه بسیاری از انواع فرآیندهای لجن فعال است.

    3- قابلیت تبدیل به بسیاری از انواع فرآیندهای لجن فعال از جمله تغذیه مرحله­ ای، طراحی سلکتور و فرآیندهای آنوکسیک/هوازی را دارد.

اصلی­ ترین محدودیت­ ها و معایب این فرآیند نیز عبارتند از:

    1- طراحی آن در شرایط هوادهی جریان قالبی پیچیده ­تر و مشکل­ تر از فرآیند اختلاط کامل است.

    2- تنظیم مقدار اکسیژن تزریقی با مقدار اکسیژن مورد نیاز به سادگی امکان­پذیر نیست.

    3- راه بری و بهره ­برداری از این فرآیند نسبت به فرآیند اختلاط کامل مشکل­ تر است.

 استفاده از فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی(CPFAS) برای تصفیه فاضلاب در شرایط زیر می­ تواند بهترین کارایی را در استفاده از این فرآیند به دنبال داشته باشد. این شرایط عبارتند از:

   1- نسبت BOD5 به COD فاضلاب بیشتر از 0/5 باشد.

   2- مقدار COD فاضلاب کمتر از 1000 میلیگرم در لیتر باشد.

   3- امکان تنظیم سیستم هوادهی برای هوادهی متغییر در مخزن هوادهی وجود داشته باشد.

جدول4-1 : موارد کاربرد فرآیند لجن فعال متعارفی CPFAS

ردیف موارد کاربرد

علت کاربرد

1 - شهرها

- هزینه کمتر برای ساخت مخازن هوادهی به علت زمان ماند کمتر نسبت به هوادهی گسترده

- صرفه اقتصادی جهت تهیه و نصب تجهیزات پردازش و هضم لجن

- عدم نیاز به تهیه و تامین تجهیزات مربوط به اختلاط کامل مخزن هوادهی

- کاهش مصرف انرژی به سبب حذف شرایط اختلاط کامل از مخزن هوادهی

2 - شهرک ها و مجتمع های بزرگ مسکونی با جمعیت بیش از 1000 نفر
3 - شهرک های صنعتی
4 - صنایع بزرگ غذایی و لبنی با ظرفیت بیش از 1000 مترمکعب در شبانه روز

   4- حجم فاضلاب روزانه به اندازه­ ای زیاد باشد که تهیه تجهیزات هضم و پردازش لجن مقرون به صرفه باشد.

   5- مقدار مواد معلق قابل ته­ نشینی در فاضلاب حداقل 20 درصد از کل بارآلودگی را تشکیل دهد.

     با توجه به شرایط گفته شده از فرآیند لجن فعال متعارفی (CPFAS) بیشتر در تصفیه فاضلاب بهداشتی شهرها و جوامع انسانی بزرگ استفاده می­ شود. چراکه در این فرآیند دیگر نیازی به تهیه و تأمین تأسیسات مربوط به اختلاط کامل مخزن هوادهی وجود نداشته و متعاقب آن مصرف انرژی نیز کاهش خواهد یافت. همچنین در زمانی که ظرفیت تصفیه­ خانه به اندازه کافی بالا باشد، پردازش و هضم لجن تولیدی توسط یک واحد هضم و پردازش لجن مجزا مقرون به صرفه خواهد بود درحالی که در تصفیه­ خانه ­های کوچک تأمین تأسیسات هضم لجن به نسبت حجم فاضلاب بسیار گران خواهد بود.

در جدول 1 موارد کاربرد فرآیند CPFAS به همراه علت کاربرد آن آمده است.

جدول2 : پارامترهای طراحی فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (ُCPFAS)

نوع رئاکتور

سن لجن(روز)

SRT (day)

F/M

Kg BOD
--------------
Kg MLVSS.d

بارگذاری حجمی
Kg BOD

--------------
m3.d

MLSS

mg
------
lit

زمان ماند هیدرولیکی
HRT (hr)

قالبی

3-15 0.2-0.4 0.3-0.7 1000-3000 4-8

در جدول 2 مهمترین پارامترهای طراحی فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS) آمده است.

     به علت آنکه در این فرآیند مقدار F/M بیش از 0/1 است، لذا معمولاً این فرآیند با مشکل رشد میکروارگانیسم­ های رشته­ ای و پدیده حجیم شدن لجن مواجه نمی­ شود. چون سن لجن در این فرآیند کم است، بنابراین فرآیند نیتریفیکاسیون بصورت ناقص رخ می­ دهد. البته درصد پیشرفت نیتریفیکاسیون در این فرآیند به دمای محیط بستگی دارد.

     زمان ماند هیدرولیکی (HRT) در این فرآیند به­ اندازه­ ای است که باکتریها و میکروارگانیسم­ ها تنها فرصت کافی برای جذب مواد را داشته باشند. از این رو در فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS)درمخزن هوادهی شرایط به گونه ­ای است که فرصت کافی برای هضم لجن وجود نداشته وحجم لجن تولیدی نسبت به فرآیندهایی نظیر هواهی گسترده بالا می­ باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص انواع فرآیندهای لجن فعال می توانید به لینک های زیر مراجعه فرمایید.

 

1- فرآیند لجن فعال با اختلاط کامل (CMAS)

2- فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS)

3- فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

4- فرآیند لجن فعال با تثبیت تماسی (CSAS)

5- فرآیند رئاکتور ناپیوسته متوالی (SBR)

6- فرآیند رئاکتور بیولوژیکی غشایی (MBR)

 

محدوده