فرایندهای هوازی

اهداف كلي تصفيه بيولوژيكي فاضلاب شهري عبارتنداز: 1)تبديل (ماننداكسيداسيون) مواد قابل تجزيه بيولوژيكي كلوئيدي و محلول به محصولات نهايي قابل پذيرش 2)به دام انداختن مواد جامد كلوئيدي ومعلق غيرقابل تهنشيني به فلاك هاي بيولوژيكي و حذف آنها 3)تبديل يا حذف مواد مغذي مانند فسفر و نيتروژن 4) در بعضي موارد حذف تركيبات آلي خاص جزئي.در فاضلاب هاي صنعتي هدف ، حذف يا كاهش تركيبات آلي وغير آلي است.

حذف BOD  كربنه ذره اي ومحلول وتثبيت موادآلي موجود در فاضلاب با استفاده از انواع مختلف ميكرو ارگانيسم ها مخصوصاً باكتريها و به صورت هوازی یا بی هوازی انجام ميشود. در سیستم های تصفیه هوازی، باکتری های موجود در فاضلاب، برای رشد و تولید مثل از مواد آلی فاضلاب در حضور اکسیژن استفاده نموده و پس از اکسیداسیون مواد آلی، محصولات فرایند یعنی آب، دی اکسید کربن و یک توده از میکروارگانیسم ها را تولید می نمایند.

انواع فرایندهای هوازی

بسته به اینکه میکروارگانیسم های موثر در امر تصفیه فاضلاب در تانک تصفیه به صورت شناور و معلق قرار داشته باشند و یا به یک سطح متصل باشند، این فرایندها به نام رشد معلق و رشد چسبیده طبقه بندی می شوند. تفاوت عمده این فرایندها در نوع هوادهی و میزان بار آلی ورودی به سیستم جهت تصفیه می باشد.

فرایندهای رشد معلق

ميكرو ارگانيسم هايي مسئولت صفيه در فرآيندهاي رشد معلق با روش هاي اختلاط مناسب بصورت معلق در مايع نگهداري ميشوند. بسياري از فرآيند هاي رشد معلق مورد استفاده درتصفيه فاضلاب شهري وصنعتي با غلظت اكسيژن محلول زياد (هوازي) بهره برداري ميگردند . سیستم های هوازی رشد معلق شامل فرایندهای لجن فعال، برکه های تثبیت و لاگون های هوادهی می باشد. در تصفیه فاضلاب صنعتی، اغلب از فرایند لجن فعال استفاده می شود.

تصفيه بيولوژيكي به روش لجن فعال

تصفيه فاضلاب به­روش لجن فعال اولين بار در سال 1914 در شهر منچستر انگلستان توسط Lockett وAreden مورد استفاده قرار گرفت و به علت توليد توده‌هاي ميكروبي فعال كه به صورت هوازي قادر به تصفيه و تثبيت فاضلاب هستند، بدين صورت نام­گذاري شد.

عملاً تصفيه فاضلاب به كمك روش لجن فعال بدين صورت است كه پساب تصفيه پساب اوليه در تانك هوادهي كه در آن يك محيط كشت ميكروبي هوازي به روش تعليق وجود دارد وارد مي­شوند و فضولات آلي جهت سوخت و ساز ميكروارگانيسم­هامصرف شده و به لخته­اي بيولوژيكي، گازها و مواد ساده­تر تبديل مي­گردند. محيط هوازي با استفاده از هوادههاي مكانيكي يا دمنده­هاي هوا (به صورت حباب­هاي هوا) و اكسيژن خالص ايجاد مي‌شود كه علاوه بر هوادهي باعث اختلاط كامل محتويات درون تانك نيز مي­شوند. اين محلول مخلوط سپس در تانك­هاي ته‌نشيني وارد گشته و لخته­هاي بيولوژيكي توليدشده از طريق ثقلي تهنشين مي­شوند كه بخشي از اين سلول­هاي تهنشين شده (لجن فعال) براي رساندن غلظت ميكروارگانيسم­ها به حد مطلوب به تانك هوادهي برگشت داده مي­شوند و بخشي ديگر (لجن اضافي)دفع ميگردد.

اين سيستم داراي مدل­هاي مختلف بوده كه جهت تصفيه فاضلاب جوامع کوچک و صنایع، در اکثر موارد از مدل هوادهي گسترده استفاده می شود. در اين سيستم كه مشابه با سيستم جريان پيستوني مي­باشد، عمل تصفيه بيولوژيكي در فاز تنفس خود تخريبي انجام مي­پذيرد و لجن توليدي حاصله از فرآيند هوادهي ممتد، اغلب نيازي به هضم بيشتر نداشته و مي­تواند مستقيماًروي بسترهاو يا لاگون­هاآب­گيري شود. در اين سيستم زمان ماند بين 36-18 ساعت و F/M كمتر از 25/0 بوده به­طوري­كه در F/Mهاي پايينتر از 15/0 لجن كاملاً تثبيت گرديده است.

شکل زیر دو نوع متفاوت از هوادهی را در فرایندهای رشد معلق نشان می دهد.

فرایندهای رشد چسبیده

در فرآيندهاي رشد ثابت یا چسبیده، ميكرو ارگانيسمهاي مسئول تجزيه مواد آلي يا مواد مغذي به مواد بستر ثابت ميچسبد. مواد آلي ومغذي با عبور از جرم سلولي ثابت كه به عنوان بيوفيلم نيز شناخته شده است، حذف ميشود. معمول ترین فرایندهای رشد ثابت در تصفیه فاضلاب صنعتی در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد.

فرآيند(MBBR) (Moving Bed Biofilm Reactor)

وقتي که جمعيت‌هاي مختلفي از ميکرارگانيسم‌ها بر روي سطوح مختلف رشد مي‌کنند، بيوفيلم تشکيل مي‌گردد. اين ميکرارگانيسم‌ها نسبت به ساير ميکروارگانيسم‌ها مقاومت بالايي در براي شرايط مختلف تصفيه فاضلاب دارا مي‌باشند. از طرف ديگر راندمان تصفيه در اين واحدها بصورت گسترده‌اي بالاتر از فرايندهاي متداول نظير لجن فعال مي‌باشد. در اين فرايندها برگشت لجن از حوض ته‌نشيني وجود نداشته و لجن بصورت دوره‌اي از اين حوض دفع مي‌گردد. اکسيژن­رساني و تأمين غذاي مناسب سبب تشکيل بيوفيلم بر روي مدياي داخل حوض هوادهي مي‌گردد. اين مدياها که اغلب داراي سطح ويژه بسيار بالايي هستند داراي ابعاد کوچکي بوده و وزن مخصوص آنها نزديک به آب مي‌باشد.

شكل شماره‌ي (1): طرح شماتيك فرايند MBBR

در اين فرايند جريان فاضلاب ورودي شامل مخلوطي از فاضلاب خام و جريان برگشتي مي‌باشد كه از كف راكتور و از طريق يك سيستم زهكش وارد مي‌گردد. ورود جريان از کف راکتور سبب غوطه‌ور شدن و حرکت مديا مي‌گردد. مدياي مورد استفاده در اين فرايند متنوع است و انواع و اقسام مختلفي از مدياهاي غوطه‌ور توسط کارخانه‌هاي داخلي و خارجي عرضه شده است. مدياهاي مورد استفاده ممکن است از گرانول‌هاي کربن فعال، ذرات سيليس و مواد پليمري تشکيل شده باشند. مدياي غوطه‌ور با قطر كوچك سطح ويژه بزرگي را براي رشد بيوفيلم ايجاد مي‌كند. چنانچه قطر مديا افزايش بيابد چگالي آنها كاهش مي‌يابد (در صورتي‌كه بيوفيلم بر روي مديا رشد كند) و در نتيجه سرعت ته‌نشيني آنها کاهش مي‌يابد. کاهش وزن مخصوص سبب تحرک بيشتر مديا و در نتيجه برخورد بيشتر با مدياهاي ديگر مي‌گردد. اين عمل سبب جدا شدن و کنده شدن بيوفيلم از روي مديا مي‌گردد؛ بنابراين جرم بيومس در راكتور زيستي با حذف منظم بيوفيلم از روي مديا کنترل مي‌گردد. در اين فرايند برگشت لجن وجود ندارد و تنها ممکن است قسمتي از جريان خروجي به منظور حفظ شرايط يکنواخت و انبساط مناسب مديا به داخل راکتور برگشت داده شود. سيستم‌هاي MBBR مزاياي گسترده‌تري را نسبت به فرايندهاي متداول لجن فعال (سيستم‌هاي داراي رشد معلق) دارا هستند. اين سيستم‌ها علاوه بر مقاومت بالا در برابر شوک‌هاي بارگذاري آلي و هيدروليکي انعطاف‌پذيري و قدرت تصفيه بيشتري را دارا مي‌باشند. مزاياي ذکر شده در فوق با تعبيه مدياهاي مناسب در درون حوضچه هوادهي لجن فعال حاصل مي‌گردد. با قرار گرفتن مديا در داخل حوضچه هوادهي لجن فعال زيست توده بيشتري تشکيل مي‌گردد (بدون آنکه سبب افزايش بارگذاري جامدات به حوضچه ته‌نشيني گردد). در اين حالت بدون نياز به افزايش بخش سازه‌اي و تنها با افزايش مديا و تغيير ميزان هوادهي ميزان بارگذاري آلي و هيدروليکي به واحدهاي لجن فعال افزايش مي‌يابد. در واقع در اين سيستم‌ها زيست توده متصل به مديا سبب افزايش راندمان عملکرد تصفيه فاضلاب مي‌گردد. از طرفي با افزايش زيست توده مقاومت فرايند در برابر شوک‌هاي بارگذاري آلي و هيدروليکي افزايش مي‌يابد. فرايند MBBR از دو بخش عمده زيست توده معلق و چسبيده تشکيل شده است. زيست توده معلق با برگشت لجن از حوض ته‌نشيني ثانويه به حوض هوادهي، و زيست توده چسبيده بر رشد ميکروارگانيسم‌ها بر روي مديا تشکيل مي‌شوند. اهداف موردنظر در افزايش زيست توده چسبيده به محيط رشد معلق لجن فعال عبارتند از:

• ·افزايش زيست توده فعال در حوض هوادهي
• · افزايش زمان ماند سلولي (سن لجن)
• · افزايش بازده و بار گذاري آلي به سيستم تصفيه

                                    شکل شماره‌ي (2): بيوفيلم موجود بر روي مديا       شکل شماره‌ي (3): مديا همراه با بيوفيلم

 - انتخاب نوع مديا

معمول‌ترين ماده‌اي که امروزه براي ساخت مدياهاي پلاستيکي استفاده مي‌شود ترکيبات پلي‌اتيلن با دانستيه بالا (HDPE) يا پلي‌پروپلين با دانستيه بالا (HDPP) مي‌باشند. وزن مخصوص آنها 96/0 – 94/0 است. بدين ترتيب به راحتي مي‌توانند در حوض هوادهي غوطه‌ور بمانند. شکل هندسي و ابعاد مديا مستقيماً بر سطح ويژه و هزينه توليد مديا تأثير دارد. هزينه ساخت هر واحد حجم مديا با کاهش ابعاد آن افزايش مي‌يابد ولي در اين حالت سطح ويژه افزايش مي‌يابد. همان‌طور که توضيح داده شد در فرايند MBBR بيوفيلم در يک «محيط محافظت شده» در مدياهاي پلاستيکي طراحي شده، رشد مي‌کند. هدف اصلي از طراحي مديا، افزايش سطح داخلي به منظور افزايش رشد بيوفيلم در محيط حفاظت شده است. طراحي دقيق مدياها براي تضمين موفقيت‌آميز انتقال کافي ماده غذايي و اکسيژن به ميکروارگانيسم‌هاي درون بيوفيلم بسيار مهم است.

شکل شماره‌ي (4): انواع مدياهاي Kaldnes

 فرآيند ممبران بيوراكتور (Membrane Bioreactor)

مقدمه

فرآيند MBR يك سيستم تصفيه فاضلاب يكپارچه است كه از تركيب فرآيند تصفيه بيولوژيكي (لجن فعال) با يك سيستم ممبراني مستغرق تشكيل شده است. اين فرآيند با ادغام واحدهاي ته‌نشيني (زلال‌سازي)، هوادهي و فيلتراسيون در يك راكتور، جايگزين فرآيندهاي تصفيه متعارف (لجن فعال متعارف) شده و يك سيستم ساده و مؤثر را تشكيل مي‌دهد كه هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري اوليه و هزينه‌هاي بهره‌برداري سيستم را كاهش مي‌دهد. در اين فرآيند با جايگزيني واحد ته‌نشيني ثقلي با سيستم جداكننده ممبراني، منافع زيادي از قبيل افزايش پايداري در بهره‌برداري، كاهش توليد لجن مازاد و كيفيت بسيار بالاتر پساب خروجي به دست مي‌آيد. بنابراين اين سيستم، فرآيند مناسبي است كه مي‌تواند در محدوده وسيعي براي سيستم‌هاي استفاده مجدد از پساب تصفيه شده در تصفيه فاضلاب‌هاي شهري و صنعتي بكار گرفته شود.

فرآيند لجن فعال بدون استفاده از مخزن ته‌نشيني (با استفاده از ممبران به روش MBR)

فرآيند MBR يك فرآيند لجن فعال رشد معلق است كه با يك سيستم ممبراني (معمولاَ از نوع ممبران‌هاي رشته‌اي توخالي (Hollow fiber) يا نوع لوله‌اي (Tubular)) ادغام شده است. در اين فرآيند، سيستم ممبراني نقش واحد ته‌نشيني (زلال‌سازي) در جداسازي جامدات معلق در سيستم لجن فعال متعارف را بر عهده دارد. اين موضوع در شكل شماره‌ي (5) به خوبي نشان داده شده است.

شكل شماره‌ي (5): مقايسه فرآيند لجن فعال متعارف با فرآيند لجن فعال ممبراني مستغرق (MBR)

در فرآيند MBR معمولا ممبران‌ها بصورت مستغرق در واحد هوادهي قرار داشته و بصورت مستقيم با فاضلاب و مايع مخلوط (Mixed liquor) در تماس مي‌باشند. در اين فرآيند با استفاده از پمپ مكش، با صرف انرژي كمي، خلاء بوجود مي‌آيد كه استخراج پساب تصفيه شده از درون ممبران‌ها به بيرون را به دنبال دارد. علاوه بر اين در اين فرايند، مقداري هوا نيز از كف واحد هوادهي به اين واحد وارد مي‌شود تا سطح خارجي رشته‌هاي ممبراني را تميز نموده و جامدات پذيرش نشده توسط ممبران‌ها را از سطح ممبران‌ها كنار زده و جابه‌جا نمايد. لجن مازاد در اين فرآيند نيز معمولاً بصورت مستقيم از واحد هوادهي به خارج پمپ مي‌شود.

فوائد بكارگيري فرآيند لجن فعال ممبراني يا MBR

الف – اشغال فضاي كم

در اين فرآيند معمولا ممبران‌ها بصورت مستقيم و مستغرق در يك مخزن هوادهي قرار گرفته و در نتيجه مقادير بالاي غلظت مايع مخلوط يا MLSS به ميزان متوسط 8000 تا 12000 ميلي‌گرم در ليتر در حين بكارگيري و بهره‌برداري از اين سيستم در مخزن هوادهي حاصل مي‌شود. به اين ترتيب و با توجه به حذف واحدهاي ته‌نشيني، ضدعفوني و فيلتراسيون از سيستم متعارف تصفيه، فضاي موردنياز جهت اشغال توسط فرآيند لجن فعال ممبراني يا MBR به مراتب كوچكتر (حدود 4 برابر كمتر از فرآيند لجن فعال متعارف) از فضاي اشغال شده سيستم‌هاي لجن فعال متعارف مي‌باشد.

ب– امكان تغيير آسان فرآيندهاي لجن فعال متعارف به لجن فعال ممبراني

واحدهاي تصفيه موجود به راحتي با استغراق ممبران‌ها در واحدهاي هوادهي مي‌توانند به سيستم لجن فعال ممبراني با راندمان بسيار بالاتر تغيير پيدا نمايند.

ج- مدولار و به آساني قابل توسعه

سيستم مدولار ممبراني با افزودن مدول‌هاي ديگري از ممبران‌ها به آساني براي رسيدن به
ظرفيت‌هاي بالاتر قابل توسعه است.

د- كاهش توليد لجن مازاد

در اين فرآيند بدليل زمان ماندگاري بالاي لجن، توليد لجن مازاد تا 70 درصد كاهش پيدا مي‌كند.

ه- كنترل كارآمد گرفتگي‌ها

هواي تميزكننده كه از كف مدول‌هاي ممبراني به واحد هوادهي وارد مي‌شود و شستشوي معكوس و اتوماتيك ممبران‌ها، سيستم كارآمدي را بوجود آورده و از گرفتگي آنها جلوگيري مي‌كند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشنان ما تماس بگیرید