فراب زیست فراز | انواع سیستم‌ها و تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب صنعتی
در سالهای اخیر با افزایش فزاینده واحدهای مسکونی، اداری، تجاری و… در شهرها، تصفیه فاضلاب به امر مهمی تبدیل شده است. این پارامتر به جبران کمبود منابع آب در کشورها بسیار کمک می کند زیرا آب برگشتی ناشی از پساب می تواند دوباره مورد استفاده قرار بگیرد. تصفیه فاضلاب از نظر بیولوژیکی به دو روش هوازی و بی هوازی انجام می گیرد. نوع میکروارگانیسم های فعال در فاضلاب مهمترین فاکتور در انتخاب یکی از این روش ها می باشد. تصفیه فاضلاب به روش هوازی یکی از پرکاربردترین فرآیندهای تصفیه است که در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار میگیرد.
در این مقاله، در مورد تصفیه فاضلاب هوازی صحبت و به معرفی و روشهای انجام آن می پردازیم.
فرآیند تصفیه فاضلاب هوازی چیست؟
تصفیه هوازی فاضلاب به فرآیندی بیولوژیک گفته میشود که باعث میشود باکتری ها و میکروارگانیسم های هوازی با مواد آلی واکنش برقرار نموده و آنها را اصطلاحا هضم کنند. از شناخته شده ترین روش ها در این زمینه می توان به تصفیه فاضلاب با لجن فعال اشاره کرد.
تصفیه هوازی فاضلاب یک فرآیند بیولوژیکی است که از اکسیژن برای تجزیه آلاینده‌های آلی و سایر آلودگی‌ها مانند نیتروژن و فسفر استفاده می‌کند. اکسیژن به طور مداوم با استفاده از یک دستگاه هوادهی مکانیکی مانند یک دمنده هوا یا کمپرسور، به فاضلاب یا فاضله مخلوط میشود. سپس میکروارگانیسم‌های هوازی از مواد آلی فاضلاب تغذیه کرده و آن را به دی اکسید کربن و زیست توده تبدیل میکنند که می‌توان آن را حذف کرد.
فرآیندهای هوازی به دلیل نیاز این ارگانیسم‌ها به اکسیژن، نیازمند تأمین اکسیژن برای زیست توده هستند. این کار با افزودن حوضچه‌های تصفیه فاضلاب (که با ایجاد سطح وسیع برای ورود هوا به فاضلاب عمل میکنند) و یا با ادغام نوعی دستگاه هوادهی مکانیکی برای تزریق اکسیژن به زیست توده انجام میشود.
سیستم تصفیه فاضلاب بیولوژیکی بسته به ترکیب شیمیایی فاضلاب نسبت به الزامات خروجی، ممکن است از چندین فرآیند مختلف و انواع متعددی از میکروارگانیسم‌ها تشکیل شود. همچنین به روشهای عملیاتی خاصی نیاز دارند که بسته به محیط مورد نیاز برای حفظ نرخ رشد بهینه زیست توده برای جمعیت‌های میکروبی خاص، متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، اغلب لازم است هوادهی را برای حفظ سطح اکسیژن محلول ثابت کنترل و تنظیم کرد تا باکتری‌های سیستم با سرعت مناسب برای برآورده کردن الزامات تخلیه تکثیر شوند.
علاوه بر اکسیژن محلول، سیستم‌های بیولوژیکی اغلب نیاز به تعادل جریان، بار، pH، دما و مواد مغذی دارند. تعادل ترکیبی از عوامل سیستم، جایی است که فرآیند تصفیه بیولوژیکی می‌تواند بسیار پیچیده شود. در زیر نمونه‌هایی از برخی از انواع رایج سیستم‌های تصفیه فاضلاب بیولوژیکی هوازی، همراه با توضیح مختصری در مورد نحوه عملکرد آنها در یک رژیم تصفیه فاضلاب صنعتی آورده شده است تا ایده ای در مورد انواع فناوری‌ها و سیستم‌هایی که ممکن است برای تأسیسات صنعتی شما مفید باشند، ارائه دهد.
تصفیه هوازی پساب برای چه مواردی استفاده میشود؟
تصفیه هوازی معمولاً برای تصفیه نهایی فاضلاب صنعتی پیش تصفیه شده توسط فرآیندهای بی هوازی استفاده میشود. این روش تضمین می‌کند که فاضلاب به طور کامل تجزیه شده و می‌تواند با رعایت مقررات زیست محیطی سختگیرانه، به طور ایمن تخلیه شود. فرآیندهای تصفیه هوازی برای طیف وسیعی از صنایع مانند غذا و نوشیدنی، شیمیایی و شهری مناسب هستند.
روش های تصفیه هوازی فاضلاب
جهت تصفیه فاضلاب به روش هوازی، میکروارگانیسم های هوازی با تزریق اکسیژن به وسیله ی هواده ها وارد سیستم می شود، مواد آلی را تجزیه و در نتیجه فاضلاب را تصفیه می کند. مهمترین فرایندهای هوازی، فرایند لجن فعال متعارف، لجن فعال با هوادهی گسترده، IFAS، MBBR و لاگون های هوادهی هستند.
تصفیه فاضلاب هوازی خود دارای چند روش مختلف می باشد که هر روش با توجه به نوع فاضلاب، میزان فاضلاب ورودی، شرایط تصفیه خانه و ظرفیت آن انتخاب می شود. رایج ترین و متداول ترین این روش ها و شیوه ها عبارتند از:
- لجن فعال
- بیوراکتورهای غشایی
- فیلترهای چکنده بیولوژیکی
- فرایند لجن فعال با بستر ثابت IFAS
- فرایند لجن فعال با هوادهی گسترده EAAS
- فرایند بیوراکتور غشایی با بستر متحرک MBBR
در ادامه هر یک از این سیستم‌ها را به طور مفصل بررسی خواهیم کرد.
لجن فعال
تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال معمولاً در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری مورد استفاده قرار می‌گیرند. فاضلاب پس از مرحله تصفیه اولیه، وارد یک مخزن ته نشینی بزرگ میشود. میکروارگانیسم‌های هوازی به صورت آزاد در آب شناور هستند و مواد آلی ناخواسته موجود در فاضلاب را مصرف میکنند. این فرآیند منجر به تشکیل جامدات بیولوژیکی میشود که به صورت توده‌هایی شناخته می‌شوند. این فرآیند به عنوان “فلاکولاسیون” نامیده میشود. توده‌های جامد به ته مخزن ته نشین می‌شوند و می‌توان آنها را به راحتی حذف کرد. سطح جامدات معلق را می‌توان با بازیافت جامدات ته نشین شده از طریق سیستم کنترل کرد.
از معایب سیستم‌های لجن فعال می‌توان به نیاز به فضای زیاد و ایجاد حجم قابل توجهی از لجن اشاره کرد. با این حال، ساخت آنها ارزان است و هزینه‌های نگهداری آنها معمولاً نسبت به سایر گزینه‌ها پایین است.
بیوراکتورهای بستر ثابت (FBBRs)
بیوراکتورهای بستر ثابت از مجموعه‌ای از مخازن تشکیل شده‌اند که هر کدام شامل چندین محفظه هستند. این محفظه‌ها با مواد متخلخل، اغلب ساخته شده از پلاستیک، فوم یا سرامیک پر می‌شوند. هنگام عبور جریان فاضلاب از این بسترها، سطح بالای ایجاد شده در داخل محفظه‌ها تضمین می‌کند که یک بیوفیلم به راحتی تشکیل میشود. این نوع بیوراکتور بستر ثابت لجن کمتری تولید می‌کند و بنابراین هزینه‌های دفع و جابجایی زباله را کاهش می‌دهد.
بیوراکتورهای خوب اجازه می‌دهند تا فاضلاب بدون انسداد جریان یابد. فرآیندهای بیولوژیکی و سایر فرآیندها نیز می‌توانند به سیستم اضافه شوند، مانند فیلتراسیون تخصصی، نیتریفیکاسیون یا دنیتریفیکاسیون. همچنین می‌توان مخازن مختلف را با انواع مختلف مواد تنظیم کرد و برای هر نوع زباله خاص فرآیند، به صورت جداگانه پیکربندی کرد.
بیوراکتورهای بستر متحرک (MBBRs)
بیوراکتورهای بستر متحرک از مجموعه‌ای از مخازن هوادهی تشکیل شده‌اند که معمولاً حاوی حامل‌های بیوفیلم پلی اتیلن هستند که به گونه‌ای ساخته شده‌اند که آزادانه حرکت کنند. انواع مختلفی از حامل‌های بیوفیلم پلاستیکی در شکل‌ها و اندازه‌های مختلف در دسترس هستند، اما اکثر آنها به صورت استوانه یا مکعب شکل گرفته‌اند. یکی از مزایای اصلی بیوراکتورهای بستر متحرک این است که امکان تصفیه فاضلاب با BOD بالا را در یک منطقه کوچک‌تر نسبت به سایر گزینه‌های تصفیه فاضلاب فراهم میکنند.
در این نوع سیستم هیچ لجنی بازیافت نمی‌شود، زیرا تمایل دارد به صورت یک دوغاب ته نشین شود که به راحتی با استفاده از یک کامیون تخلیه خلا حذف میشود. به طور جایگزین، جامدات ته نشین شده می‌توانند برای حذف رطوبت پرس شوند و به یک زباله جامد برای دفع راحت‌تر تبدیل شوند.
بیوراکتورهای غشایی (MBRs)
بیوراکتورهای غشایی یک گزینه پیشرفته تصفیه فاضلاب هستند که بهترین جنبه‌های لجن فعال و فیلتراسیون غشایی را برای جداسازی جامدات معلق و بازیافت آنها ترکیب میکنند. بیوراکتورهای غشایی می‌توانند با سطوح بسیار بالاتری از جامدات معلق کار کنند و می‌توانند پساب با کیفیت بسیار بالاتری نسبت به فرآیندهای لجن فعال سنتی تولید کنند. سیستم‌های MBR برای در نظر گرفتن هم شیمی آب و هم استانداردهای رضایت پساب طراحی شده‌اند که باید قبل از تخلیه به سیستم فاضلاب حاصل شوند.
اکثر بیوراکتورهای غشایی شامل مخازن تصفیه برای هضم هوازی و بی‌هوازی، یک مخزن با غشای تخصصی، یک سیستم تمیزکاری در محل و یک غشای ویژه برای فیلتراسیون یا اولترافیلتراسیون هستند. نکته منفی این نوع سیستم تصفیه فاضلاب، شامل بسیاری از اجزای مختلف و فرآیندهای تمیزکاری، این است که می‌تواند گران باشد برای ساخت، بهره‌برداری و نگهداری.
فیلترهای چکنده بیولوژیکی
فیلترهای چکنده بیولوژیکی برای ایجاد یک بیوفیلم طراحی شده‌اند که با عبور هوا یا آب از روی آن روی یک محیط خاص تشکیل میشود. بیوفیلم معمولاً از باکتری‌های هوازی و بی‌هوازی تشکیل شده است و برای کمک به تجزیه ذرات آلی موجود در هوا یا آبی که از روی آن عبور میکنند استفاده میشود. فیلترهای چکنده می‌توانند از فوم، شن، شن یا سرامیک ساخته شوند. این سبک فیلتر در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب رایج است، اما همچنین یک گزینه خوب برای هر فرآیند صنعتی یا مکانی است که کنترل بوها یک عامل مهم است.
هوادهی گسترده EAAS
در روش هوادهی گسترده EAAS، حذف مواد آلی و ذرات معلق بسیار با سرعت انجام می شود و راندمان و بازدهی فرآیند بالا می رود. در این روش تصفیه ابتدا ذرات جامد بزرگ توسط آشغالگیرها حذف می شوند و سپس به وسیله هواده عمقی یا دیوفیوزر، هوا به داخل فاضلاب تزریق می گردد. باکتری های هوازی که در این روش مورد استفاده قرار می گیرند، باید حدودا 20 تا 30 روز سن داشته باشند. از روش هوادهی گسترده EAAS بیشتر در تصفیه خانه های کوچک استفاده می شود. این روش یکی از فرآیندهای پرکاربرد در ساخت پکیج تصفیه فاضلاب انسانی محسوب میشود.
لجن فعال اختلاط کامل CMAS
در روش لجن فعال اختلاط کامل یا CMAS قبل از هوادهی و تزریق هوا به داخل فاضلاب، ذرات معلق و جامد ته نشین می شوند تا تجهیزات هوادهی فشار کمتری را متحمل شوند. در این روش برای هوادهی از همزن هایی بزرگ و پرقدرت استفاده می شود، به همین دلیل هوادهی بهتر و سریع تر انجام می گیرد.
لجن فعال متداول با جریان پیستونی CPF
روش لجن فعال متداول با جریان پیستونی یا CPF، یکی از رایج ترین و پراستفاده ترین روش های تصفیه می باشد که طی آن از جریان پیستونی استفاده می شود. در این روش بیشتر لجن های ته نشین شده کف استخر ته نشینی که چیزی حدود 25 تا 50 درصد می باشد، وارد حوضچه هوادهی می شود. در روش لجن فعال متداول با جریان پیستونی CPF برای فاضلاب ورودی به حوضچه، هوادهی بیشتری انجام می شود. برای هوادهی و تامین هوای مورد نیاز برای تغذیه باکتری ها نیز از هواده سطحی استفاده می گردد.
تثبیت تماسی CSAS
روش تثبیت تماسی CSAS، به طور کلی دارای 2 مخزن می باشد که عبارتند از: مخزن تماس و مخزن تثبیت. در این روش فاضلاب ها و پساب ها حدودا 1 ساعت در مخزن تماس قرار می گیرند و طی این 1 ساعت مواد آلی موجود در آنها با باکتری های هوازی واکنش برقرار می کنند و باکتری ها از مواد آلی موجود تغذیه می نمایند. بعد از گذشت 1 ساعت، مواد آلی و ذرات معلق باقی مانده وارد مخزن تثبیت می شوند. روش تثبیت تماسی CSAS برای بیمارستان ها و مراکز درمانی بسیار مناسب است و مورد استفاده قرار می گیرد.
مزایای فرآیند تصفیه هوازی فاضلاب چیست؟
تصفیه هوازی فاضلاب یک فرآیند پایدار، ساده و کارآمد است که پساب ثانویه با کیفیت بالا تولید می کند. لجن حاصل بدون بو است و می تواند به عنوان کود کشاورزی عالی استفاده شود.
سیستم های تصفیه هوازی در ترکیب با تصفیه بی هوازی، حذف کامل آلاینده ها و مواد مغذی را تضمین می کنند. این بدان معناست که پساب شما می تواند بدون نقض مقررات سختگیرانه زیست محیطی، به طور ایمن تخلیه شود.
هوادهی فاضلاب در تصفیه هوازی
همانطور که از نام این نوع از تصفیه فاضلاب بر میآید، برای انجام صحیح عمل تصفیه نیاز به تزریق هوا به داخل پساب می باشد. برای انجام این کار باید از تجهیزات مشخصی مانند هواده سطحی شناور، هواده سطحی ثابت و هواده عمقی یا دیفیوزر استفاده نمود. استفاده از این تجهیزات در سیستم تصفیه باعث میشود مقدار زیادی هوا به پساب تزریق شود. این کار باعث میشود شرایط برای واکنش بیولوژیکی مواد آلی و باکتری ها فراهم شود. با انجام این فرآیند، باکتری ها رشد و تکثیر پیدا میکنند و مانند توده گسترده به هم متصل شده و در فاضلاب معلق خواهند شد.
در ساختار طراحی شده برای تصفیه هوازی فاضلاب، چند مرحله مهم در نظر گرفته میشود که هر یک وظایف خاصی را بر عهده دارند. برای مثال فاضلاب پیش از ورود به بخش تصفیه بیولوژیکی، به کمک آشغالگیر دستی و آشغالگیر مکانیکی ذرات جامد بزرگ و معلق پاکسازی میشود. انجام این کار باعث میشود از آسیب وارد شدن به تجهیزات گام های بعدی جلوگیری شود و تصفیه راحت تر و با سرعت بالاتری انجام شود.
در تصفیه پساب هوازی بخش هوادهی آن اساسی ترین و مهمترین قسمت آن است. هوادهی می تواند به دو طریق صورت گیرد: به حرکت درآوردن فاضلاب و تزریق هوا. تزریق هوا ممکن است به وسیله دیفیوزر هوادهی که در کف مخزن تعبیه شده به صورت عمقی یا مکانیکی انجام شود. برای اطلاعات کامل در این باره به مقاله سیستم های هوادهی فاضلاب مراجعه کنید.
برای تامین اکسیژن در روش به حرکت درآوردن آب از 4 روش زیر استفاده می شود:
- هوادهی به صورت سطحی
- هوادهی سینی یا بشقابی
- هوادهی فواره ای یا نازلی
- هوادهی پیله ای
اهمیت اکسیژن در فرآیند تصفیه هوازی
سیستم های تصفیه هضم هوازی برای عملکرد مؤثر خود به اکسیژن نیاز دارند، بنابراین باید روشی برای رساندن اکسیژن به زیست توده وجود داشته باشد. تزریق اکسیژن معمولاً با استفاده از حوضچه تثبیت فاضلاب یا لاگون های بزرگ تصفیه فاضلاب که سطح مایع با هوا تماس پیدا می کند یا با استفاده از دستگاه مکانیکی برای پمپ کردن هوا یا اکسیژن مستقیماً به فاضلاب انجام می شود.
ممکن است بسته به نوع پساب، مراحل مختلفی برای فرآیند هضم هوازی وجود داشته باشد که همگی از انواع مختلف میکروارگانیسم ها استفاده می کنند. از آنجایی که رشد زیست توده باید در سطوح مناسبی برای میکروب های موجود حفظ شود، اغلب نیاز به نظارت مداوم بر سطوح اکسیژن و تنظیم آن برای حفظ تکثیر باکتری ها با سرعت مناسب برای تصفیه فاضلاب و اطمینان از رعایت استانداردهای تخلیه مناسب وجود دارد.
اپراتورهای سیستم های تصفیه هوازی همچنین باید سیستم های خود را از نظر دما، pH، جریان، مواد مغذی و بار کلی متعادل کنند. حفظ تعادل کامل همه این پارامترهای مختلف اغلب کار آسانی نیست و نیازمند پرسنل ماهر برای کنترل همه چیز است.
