هضم هوازی لجن حاصل از تصفیه فاضلاب

تثبیت لجن حاصل از فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب عبارت است از فراورش لجن با هدف حذف پتانسیل فساد پذیری آن و جلوگیری یا کاهش ایجاد بو و کاهش اورگانیسم های پاتوژن و آماده سازی آن برای استفاده و یا دفع در محیط می باشد. گرچه در بسیاری از تصفیه خانه های موجود در کشور تثبیت لجن صورت نگرفته و لجن به روشهای غیر بهداشتی دفع می گردد. تثبیت لجن علاوه بر موراد بهداشتی تاثیر بسیار زیادی بر حجم لجن دارد و حجم را کاهش می دهد.

هضم هوازی چیست؟

هضم هوازی، فرایندی است که در آن مواد جامد آلی لجن، تحت تأثیر اکسیژن تجزیه می‌شوند. اکسیژن به صورت حباب‌های ریز هوا به داخل راکتور تزریق می‌شود. میکروارگانیسم‌های موجود در لجن، مواد آلی را به دی اکسید کربن و آب، و ترکیبات آمونیاک و آمینو را به نیترات تبدیل می‌کنند.

هضم هوازی شباهت زیادی به فرآیند لجن فعال متعارف دارد، اما از تغذیه آب فاضلاب بهره‌برداری نمی‌کند و زمان نگهداری جامد طولانی‌تری را در بر می‌گیرد. با توجه به عدم ورود آب تغذیه‌ای به سیستم و در نتیجه نبود منبع جدید مواد آلی برای حفظ میکروارگانیسم‌ها، این موجودات زنده شروع به از بین رفتن می‌کنند و به عنوان منبع غذایی برای سایر باکتری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مرحله از فرایند، تنفس خودزا نامیده می‌شود و کاهش غلظت جامدات آلی لجن را به دنبال دارد.

هضم هوازی در مقایسه با هضم بی هوازی (AD) برای تصفیه خانه های فاضلاب با ظرفیت کمتر از 20،000 متر مکعب در روز، معمولاً هزینه سرمایه گذاری پایین تری دارد. علاوه بر این، هضم هوازی:

• ساختار ساده ای داشته و نیازی به پوشش مخزن ندارد.
• نسبت به AD بهره برداری و کنترل آسان تری دارد.
• تولید کننده بوی نامطبوع نمی باشد.
• قادر به پردازش لجن هایی با محتوای بالای مواد مغذی است.
• جریان های پساب با غلظت پایین مواد آلی محلول (BOD) و مواد مغذی تولید می کند.
• ترکیبات آمونیاکی را حذف می نماید.
• میزان حذف جامدات معلق فرار (VSS) مشابه با هضم بی هوازی، در حدود 40-50 درصد، را محقق می کند.

همانند هضم بی هوازی، این فرایند نیز یک محصول نهایی لجن نسبتاً پایدار تولید می کند و محتوای پاتوژن را کاهش می دهد.

معایب اصلی هضم هوازی، مصرف بالای انرژی است: این فرایند هوا مصرف می کند و دی اکسید کربن را به جای متان به عنوان محصول اصلی گازی تولید می کند. همچنین، لجن هضم شده به راحتی به صورت مکانیکی آبگیری نمی شود.

همانند هضم بی هوازی، هضم هوازی نیز می تواند به عنوان یک فرایند تک مخزنه یا چند مخزنه طراحی شود، که فرایند چند مخزنه با کاهش زمان ماند جامدات مورد نیاز، راندمان فرایند را افزایش می دهد. همچنین، مانند هضم هوازی، این فرایند می تواند در شرایط مزوفیلی (یعنی دمای محیط) و ترموفیلی (دمای بالا، معمولاً 55-70 درجه سانتیگراد) انجام شود.

شرایط ترموفیلیک، واکنش‌های بیوشیمیایی را تسریع نموده، زمان ماند در راکتور و در نتیجه اندازه مخزن را کاهش می‌دهند. این شرایط، اساس هضم هوازی ترموفیلیک خودگرم‌شونده (ATAD) را تشکیل می‌دهند.

از آنجا که واکنش‌های تجزیه هوازی بیوشیمیایی در شرایط ترموفیلیک گرمازا هستند، فرآیند ATAD می‌تواند بدون نیاز به منبع حرارت خارجی پایدار باشد، مشروط بر اینکه:

• لجن ورودی تا غلظت مواد جامد ۲.۵-۵ درصد غلظت مواد جامد فرار غلیظ شود، و
• مخزن به اندازه کافی عایق‌بندی شود تا اتلاف گرما را تا حد ممکن کاهش دهد.

با این حال، در دمای عملیاتی بالای مورد استفاده، برخی از معایب هضم هوازی کلاسیک از بین می‌روند. به طور خاص، برای ATAD:

• هیچ نیتریفایری برای تجزیه زیستی هر گونه گونه آمین یا آمونیاکی که ممکن است در لجن ورودی وجود داشته باشد، وجود ندارد و این امر به مشکل بوی مرتبط با این فرآیند کمک می‌کند، و
• حلالیت اکسیژن کاهش می‌یابد، به طوری که یا انرژی بیشتری برای هوادهی لجن در حال هضم با هوا مورد نیاز است یا یک منبع اکسیژن با خلوص بالا برای حفظ بیوشیمی فرآیند ضروری است.

هضم هوازی استاندارد همچنین می‌تواند با فرآیند CAS ترکیب شود تا حجم‌های زائد لجن را کاهش دهد و اساس فرآیند هوادهی گسترده را تشکیل می‌دهد. در هوادهی گسترده، زمان ماند جامدات معمولاً ۲۰-۴۰ روز است، در مقایسه با ۵-۱۵ روز برای فرآیند CAS، تا اجازه داده شود تا تجزیه بیشتر محتویات آلی و بیولوژیکی جامدات راکتور انجام شود. استفاده از تجزیه هوازی جامدات آلی نیز اساس کمپوست‌سازی را تشکیل می‌دهد.

استفاده از فرآیند هضم هوازی برای تثبیت لجن فاضلاب

به طور کلی روشهای تثبیت لجن شامل موارد زیر میشود:

1. هضم هوازی
2. هضم هوازی ترموفیلیک
3. هضم بی هوازی
4. تثبیت قلیایی
5. کمپوست کردن
6. خشک کردن حرارتی

هضم هوازی گسترده ترین فرآیند مورد استفاده برای تثبیت لجن می باشد. در واقع هضم هوازی لجن یک فرآیند اکسیداسیون و تجزیه بخش آلی لجن با استفاده از میکرواورگانیسم ها در داخل مخازن در حضور اکسیژن می باشد. هضم هوازی یک فرآیند بیولوژیکی رشد معلق می باشد و تقریبا مشابه فرآیند لجن فعال می باشد. این فرآیند یک محصول پایدار تولید می کند جرم و حجم آن و اورگانیسم های پاتوژن آن نسبت به لجن تثبیت نشده کمتر است.

در واقع هضم هوازی لجن مازاد می تواند به عنوان ادامه کار فرآیند لجن فعال در نظر گرفته شود. وقتی ماده غذایی محلول کاملا بوسیله جمعیت میکروبی اکسید شود، میکرواورگانیسم ها برای به دست آوردن انرژی شروع به مصرف پروتوپلاسم خود می نمایند. این پدیده ی کسب انرژی از بافت سلولی که فاز خود تخریبی نامیده می شود اصلی ترین واکنش در هضم هوازی می باشد. بافت سلولی به طور هوازی به دی اکسید کربن، آب و آمونیاک اکسید می شود. با ادامه کار فرآیند هضم آمونیاک به نیترات اکسید می شود. در واقع تنها حدود 65 تا 80 درصد از بافت سلول می تواند اکسید شود و باقیمانده آن اجزای بی اثر و ترکیبات غیر قابل تجزیه بیولوژکی است.