فرآیند لجن فعال

    فرآیند لجن فعال يك فرآیند بيولوژيكي هوازي تصفية فاضلاب از نوع رشد معلق است. در این فرآیند باکتری­ها و دیگر میکروارگانیسم­ها در مجاورت آب و اکسیژن کافی، مواد آلاینده موجود در  فاضلاب را جذب و سپس تجزیه نموده و باعث تصفیه فاضلاب می­شوند. اين فرآیند از حدود 100 سال پيش بطور مؤثر و گسترده­اي براي تصفية انواع فاضلابهاي شهري و صنعتی بكارگرفته شده است. با اثبات كارايي بسيار خوب اين فرآیند مطالعات و بررسي­ها براي بهبود هرچه بيشتر اين فرآیند به انجام رسيد بطوريكه به تدريج انواع مختلفي از اين فرآیند طراحي و به اجرا درآمد.

تاریخچه

    سابقه فرآیند لجن فعال به اوایل دهه 1880 میلادی برمی­گردد که در آن دکتر  Dr. Angus Smithتحقیقاتی 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 می­توان بطور قابل ملاحظه­ای از فساد فاضلاب جلوگیری کرد.
    درخلال سالهای 1913-1912 میلادی Clark &Gageدر مرکز پژوهشی Lawrenceبه این نتیجه رسیدندکه با هوادهی فاضلاب می­توان توده میکروارگانیسم­ها در بطری کشت کرد و این  پدیده در تانک نیز تاحدودی 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 نتیجة این پژوهش­ها Arden & Lockett دریافتند که لجن بدست آمده طی هوادهی فاضلاب نقش بسیار مهمی را در تصفیه فاضلاب به عهده دارد. Arden & Lockettنام این فرآیند را ((لجن فعال)) گذاشتند چرا که این نام بیانگر تولید یک توده فعال از میکروارگانیسم­هایی بود که می­توانستند باعث تثبیت هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب شوند.

شرح فرآیند

    در فرآیند لجن فعال، بخش عمده­ای از مواد آلاینده فاضلاب را مواد آلی تشکیل می­دهند که باکتری­ها می­توانند با تغذیه و مصرف آن­ها باعث تصفیه فاضلاب شوند. بنابراین اصول تصفیه در این فرآیند بر مصرف مواد آلی توسط میکروارگانیسم­ها و به خصوص باکتری­ها استوار است. از این رو در این فرآیند برای پیشبرد روند تصفیه فاضلاب، ضروری­ است که تمامی شرایط برای رشد و تکثیر هرچه بهتر آنها فراهم گردد.
    باکتری­ها برای ادامه حیات و فعالیت خود دارای سه نیاز اساسی غذا، آب و اکسیژن هستند. غذای آنها در واقع همان موادآلی است که در فاضلاب وجود دارد و باکتری­ها با مصرف آنها باعث تصفیه فاضلاب می­شوند. آب نیز به وفور در دسترس آنها قرار دارد چراکه محیط زیست آنها محیط فاضلاب بوده که یک محیط کاملا آبی است. بنابراین با تأمین اکسیژن می­توان شرایط اساسی رشد باکتری­ها را فراهم کرد. به منظور تأمین اکسیژن مورد نیاز باکتری­ها نیز معمولاً هوا به درون فاضلاب به صورت عمقی یا سطحی تزریق می­شود.

هر فرآیند لجن فعال از سه بخش اصلی تشکیل شده است، عبارتند از:
1- یک رئاکتور که در آن میکروارگانیسم­های مؤثر در فرآیند تصفیه بصورت معلق نگهداری شده و به کمک هوادهی اکسیژن مورد نیاز آنها تأمین می­شود. به این رئاکتور معمولاً مخزن هوادهی نیز گفته می­شود.
2- یک واحد جداسازی جامدات (لجن) از آب که به آن معمولاً مخزن ته­نشینی یا زلال سازی می­گویند.
3- یک سیستم برگشت لجن از مخزن ته­نشینی به مخزن هوادهی

    بر این اساس در فرآیند لجن فعال فاضلاب ابتدا وارد مخزن هوادهی (واکنش) می­شود. در این مخزن فاضلاب در مجاورت و دسترس باکتری­ها قرار می­گیرد. باکتری­ها با استفاده از اکسیژن تزریق شده و انجام فعالیت­های بیولوژیکی خود، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و به داخل بدن خود جذب می­کنند. جذب مواد آلی به داخل باکتری سبب حذف مواد آلی از جریان فاضلاب وتصفیه آن می­گردد. باکتری­ها بخشی از این مواد غذایی را بصورت انرژی به مصرف خود رسانده و بخشی دیگر را برای تکثیر و تولید باکتری­های جدید مورد استفاده قرار می­دهند.

فرآیند لجن فعال

    پس از فرآیند جذب و تجزیه مواد در مخزن هوادهی ((مخلوط فاضلاب و میکروارگانیسم­ها)) وارد مخزن ته­ نشینی ثانویه می­شوند. در این مخزن برخی فعالیتهای بیولوژیکی سبب چسبیدن میکروارگانیسم­ها و باکتری­ها به یکدیگر و ایجاد لخته می­شود. 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 توده لجن بیولوژیکی را تشکیل می­دهند. بخش عمده­ ای از راندمان تصفیه فرآیند لجن فعال، به راندمان جداسازی لجن از آب در مخزن ته­ نشینی بستگی دارد. عدم جداسازی مناسب باعث می­شود که بخشی از لجن از سیستم خارج شده و بار آلودگی پساب خروجی را افزایش دهد.
    پس از مرحله ته ­نشینی،بخشی از لجن که حاوی مقادیر بسیارزیادی از میکروارگانیسم­ها و باکتری­های مؤثر در تصفیه فاضلاب است، به مخزن هوادهی برای ادامه فرآیند برگشت داده می­شود که به آن ((لجن فعال برگشتی)) گفته می­شود. بخش دیگر لجن نیز که مازاد بر نیاز تصفیه است از سیستم دفع می­گردد.
    از نظر سیستم رشد میکروارگانیسم­ها فرآیند لجن فعال از نوع رشد معلق می­باشد چراکه لخته­ های ناشی از توده باکتری­ها و میکروارگانیسم­ها در فضای مخزن هوادهی معلق بوده و دائماً در حال حرکت و شناوری هستند.
    به منظورکاهش بار وارده بر فرآیند لجن فعال در اغلب موارد از یک واحد پیش تصفیه که شامل یک واحد ته ­نشینی اولیه است، استفاده می­شود. در این واحد بخش عمده­ ای از مواد معلق قابل ته­ نشینی از فاضلاب جدا می­شوند. از آنجا که فرآیند لجن فعال اساساً برای حذف آلاینده­ های محلول مناسب می­باشد، لذا حذف مواد معلق قابل ته­ نشینی درواحد ته ­نشینی اولیه می­تواند کمک قابل توجهی به افزایش راندمان کند.
    برای امکان طراحی یک سیستم لجن فعال علاوه بر حجم فاضلاب باید مقدار پارامترهای COD، sCOD، BOD5، TSS، VSS و pH مشخص باشد.

انواع فرآیند لجن فعال

    پس از اثبات کارایی بسیار خوب فرآیند لجن فعال در تصفیه انواع فاضلاب­ها، اصلاحات و تغییرات مختلفی بر روی فرآیند انجام گرفته و انواع مختلفی از فرآیند لجن فعال بکارگرفته شد. در واقع تمامي اين تغييرات براي سازگار كردن اين فرآیند با نيازمنديهاي مختلف از سيستم تصفيه بود بطوريكه امروزه از اين فرآیند حتي براي تصفية انواع فاضلابهاي صنعتي كه قابليت تصفية بيولوژيكي دارند، استفاده مي­شود.
    فرآیند لجن فعال را از نظر رژیم جریان در مخزن هوادهی نیز به دو دسته اختلاط کامل و قالبی تقسیم بندی می­نمایند. در رژیم اختلاط کامل به سبب اختلاط انجام شده در مخزن هوادهی، غلظت میکروارگانیسم­ها و غذای در دسترس آنها در تمام بخش­های مخزن هوادهی یکسان است. در مقابل در رژیم قالبی به علت عدم انجام اختلاط، هر میکروارگانیسم در ابتدای مخزن هوادهی با مقدار مشخصی از غذا روبرو شده و همپای آن در طول مخزن هوادهی حرکت می­نماید. در نتیجه در ابتدای مخزن هوادهی میکروارگانیسم­ها و غذای آنها در مجاورت یکدیگر قرارداشته و با حرکت به سمت خروجی، میکروارگانیسم­ها این غذا را جذب خود می­نمایند.
    براین اساس فرآیندهای لجن فعال اختلاط کامل، لجن فعال متعارفی با جریان قالبی، هوادهي گسترده، SBR، تثبيت تماسي، اكسيژن خالص، تغذية مرحله­ اي و نهراكسيداسيون همگي شکل­های مختلفی از فرآیند لجن فعال هستند.