تصفیه بی هوازی فاضلاب

تصفیه بی هوازی فاضلاب به دلیل کارایی بالا و عدم تولید بو در تصفیه جریان‌های فاضلاب با غلظت‌های بالای آلاینده‌های آلی، شهرت خوبی دارد. اگر در حال بررسی فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی هستید، احتمالاً سؤالاتی مانند “تصفیه بی هوازی فاضلاب چیست؟” و “تصفیه پساب با روش بی هوازی چگونه کار می کند؟” را پرسیده اید.

این مقاله، مقدمه‌ای قابل فهم در مورد تصفیه بی هوازی ارائه می‌دهد و به روشن شدن نحوه عملکرد و دلایل استفاده از آن کمک می‌کند.

تصفیه بی هوازی فاضلاب چیست؟

تصفیه بی‌هوازی فاضلاب یک فرآیند بیولوژیکی است که در آن میکروارگانیسم‌ها آلودگی‌های آلی را در غیاب اکسیژن تجزیه می‌کنند. در یک چرخه تصفیه بی‌هوازی پایه، فاضلاب وارد یک ظرف بیوراکتور می‌شود. بیوراکتور حاوی یک ماده غلیظ و نیمه جامد به نام لجن است که از باکتری‌های بی‌هوازی و سایر میکروارگانیسم‌ها تشکیل شده است. این میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی مواد قابل تجزیه زیستی موجود در فاضلاب را هضم می‌کنند و در نتیجه فاضلابی با تقاضای اکسیژن بیولوژیکی (BOD)، تقاضای اکسیژن شیمیایی (COD) و/یا جامدات معلق کل (TSS) پایین‌تر و همچنین محصولات جانبی بیوگاز تولید می‌شود.

فرآیندهای هضم بی هوازی پساب یک روش اثبات شده و کارآمد از نظر انرژی برای تصفیه فاضلاب صنعتی است. در این روش از باکتری های بی هوازی (بیومس) برای تبدیل آلاینده های آلی یا COD (تقاضای شیمیایی اکسیژن) به بیوگاز در یک محیط بدون اکسیژن استفاده می شود. میکروارگانیسم های بی هوازی (ویژه شرایط بدون اکسیژن) به دلیل توانایی خود در تجزیه مواد آلی موجود در پساب های صنعتی انتخاب می شوند و آلاینده های آلی را به بیوگاز (متان + دی اکسید کربن) و مقدار کمی از لجن بیولوژیکی تبدیل می کنند. بیوگاز پر از انرژی سپس می تواند برای تغذیه دیگ بخار و/یا تولید همزمان گرما و برق (CHP) برای تولید برق و گرما استفاده شود.

در فرآیندهای تصفیه بی هوازی فاضلاب مواد آلی موجود در فاضلاب تجزیه می شود. حاصل این فرآیند ترکیبات ساده و پایدار نظیر گازهای متان، دی اکسید کربن، آمونیاک، هیدروژن سولفیت و آب می باشد. این فرآیندها توسط میکروارگانیسم های بیهوازی در شرایط بی اکسیژنی اتفاق انجام می گیرد. توصیه میشود پس از تصفیه بی هوازی، از تصفیه  فاضلاب هوازی برای دستیابی به کیفیت بالای آب تصفیه شده برای تخلیه به مسیر آبی استفاده کنید.

کاربردهای تصفیه فاضلاب به روش بی هوازی

تصفیه پساب با روش های بی‌هوازی برای تصفیه انواع مختلف جریان‌های فاضلاب صنعتی از صنایع کشاورزی، غذا و نوشیدنی، لبنیات، خمیر و کاغذ و نساجی، و همچنین لجن فاضلاب شهری و فاضلاب استفاده می‌شود.

فرآیندهای بی‌هوازی معمولاً برای جریان‌هایی با غلظت بالای مواد آلی (اندازه گیری شده به عنوان BOD، COD یا TSS بالا) قبل از تصفیه هوازی استفاده می‌شوند. تصفیه بی‌هوازی همچنین برای کاربردهای تخصصی مانند تصفیه پساب با مواد معدنی یا کلردار ارگانیک استفاده می‌شود و برای تصفیه فاضلاب گرم صنعتی مناسب است.

نحوه عملکرد فرآیند تصفیه بی‌هوازی پساب

تصفیه بی‌هوازی فاضلاب نوعی روش تصفیه بیولوژیکی است که در آن از میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی برای تجزیه و حذف آلاینده‌های آلی از فاضلاب استفاده می‌شود. اگرچه سیستم‌های تصفیه بی‌هوازی ممکن است شکل‌های مختلفی داشته باشند، اما معمولاً شامل نوعی زیست‌واکنشگر یا مخزن نگهداری هستند که قادر به حفظ محیط بدون اکسیژن مورد نیاز برای پشتیبانی از فرایند هضم بی‌هوازی هستند.

فرایند تصفیه پساب بی‌هوازی شامل دو مرحله اسیدی شدن و تولید متان است که هر دو فرایند در تعادل دینامیکی رخ می‌دهند. در مرحله اولیه اسیدی شدن، میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی ترکیبات آلی پیچیده را به اسیدهای آلی فرار زنجیره کوتاه ساده‌تر تجزیه می‌کنند. مرحله دوم، که به عنوان مرحله تولید متان شناخته می‌شود، شامل دو مرحله است: استون‌زایی، جایی که میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی اسیدهای آلی را برای تشکیل استات، گاز هیدروژن و دی اکسید کربن سنتز می‌کنند؛ و متان‌زایی، جایی که میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی سپس بر روی این مولکول‌های تازه تشکیل شده عمل می‌کنند تا گاز متان و دی اکسید کربن تولید کنند. این محصولات جانبی می‌توانند برای استفاده به عنوان سوخت بازیابی شوند، در حالی که فاضلاب می‌تواند برای تصفیه بیشتر و/یا تخلیه هدایت شود.

مراحل تصفیه فاضلاب بی هوازی

در تصفیه بی هوازی 3 مرحله واکنش اصلی وجود دارد که باعث تجزیه کامل ماده آلی می گردد. این مراحل عبارتند از:

1. هیدرولیز (Hydrolysis): در اولین مرحله، مواد آلی پیچیده مانند پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها و چربی‌ها به مولکول‌های ساده‌تر شکسته می‌شوند. این فرآیند به کمک آنزیم‌های میکروبی انجام شده و برای تکمیل آن معمولاً به چند روز زمان نیاز است.
2. اسیدوژنز (Acidogenesis): در این مرحله، مولکول‌های ساده حاصل از هیدرولیز به اسیدهای چرب فرار (VFA)، الکل و سایر ترکیبات آلی تبدیل می‌شوند. باکتری‌های اسیدوژن این فرآیند را انجام داده و محیط را اسیدی می‌کنند.
3. متانوژنز (Methanogenesis): در آخرین مرحله، باکتری‌های متانوژن، اسیدهای چرب فرار و سایر ترکیبات آلی را به گاز متان (CH4) و دی‌اکسید کربن (CO2) تبدیل می‌کنند. گاز متان تولید شده در این مرحله می‌تواند به عنوان سوخت استفاده شود و به این ترتیب، علاوه بر تصفیه فاضلاب، انرژی نیز تولید می‌شود.

در مرحله اسید سازی تبدیل مواد آلی به مواد اسیدی توسط باکتری های اختیاری و بی هوازی با رشد سریع انجام می شود در حالی که مرحله متان سازی که تبدیل کننده اسید به متان و CO2 می باشد توسط باکتریهای بی هوازی انجام شده کند تر از مرحله اول پیش می رود. این دو گروه باکتری دارای شرایط رشد بهینه متفاوتی هستند.

روش های تصفیه فاضلاب به روش بی هوازی

بسته به نیازهای خاص کاربردی و الزامات تاسیسات، سیستم‌های هضم بی‌هوازی می‌توانند به عنوان واحدهای تک مرحله‌ای یا چند مرحله‌ای طراحی شوند، به این معنی که می‌توان آن‌ها را با یک مخزن اسیدی‌سازی جداگانه و یک واحد زیست‌ واکنشگر پیکربندی کرد.

انواع رایج روشهای تصفیه بی‌هوازی فاضلاب عبارتند از:

لاگون‌های بی‌هوازی

لاگون‌های بی‌هوازی حوضچه‌های بزرگ ساخته دست بشر هستند که معمولاً بین 1 تا 2 هکتار وسعت و تا 20 فوت عمق دارند. از این حوضچه‌ها به طور گسترده برای تصفیه پساب‌های کشاورزی حاصل از تولید گوشت، همچنین تصفیه جریان‌های دیگر پساب‌های صنعتی و به عنوان مرحله اولیه تصفیه پساب‌های شهری استفاده می‌شود.

پساب معمولاً از طریق لوله‌ها به کف لاگون هدایت می‌شود، جایی که ته نشین شده و یک لایه مایع بالایی و یک لایه لجن نیمه جامد تشکیل می‌دهد. لایه مایع مانع رسیدن اکسیژن به لایه لجن می‌شود و این امکان را فراهم می‌کند که فرآیند هضم بی‌هوازی مواد آلی موجود در پساب را تجزیه کند. به طور متوسط، این فرآیند می‌تواند در مدت چند هفته تا شش ماه برای کاهش سطح BOD/COD به محدوده هدف انجام شود.

باکتری‌های بی‌هوازی شرایط محیطی خاصی را ترجیح می‌دهند، مانند دمای بالای آب (85-95 درجه فارنهایت) و pH تقریباً خنثی، بنابراین حفظ شرایط بهینه باعث افزایش سرعت فعالیت میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی و در نتیجه کوتاه‌تر شدن زمان ماند پساب در لاگون می‌شود. سرعت تنفس بی‌هوازی نیز می‌تواند توسط تعدادی از عوامل محدود شود، از جمله نوسانات در غلظت BOD/COD و وجود موادی مانند سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم.

رآکتورهای بی هوازی لجن پتویی

واکنشگرها یا همان رآکتورهای لجن “پتویی” نوعی سیستم تصفیه فاضلاب بیهوازی هستند که در آن فاضلاب از یک لایه شناور از ذرات لجن معلق عبور می کند. میکروارگانیسم های بی هوازی موجود در لجن، ترکیبات آلی فاضلاب را هضم کرده و تکثیر می یابند. این میکروارگانیسم ها به تدریج به گرانول های بزرگتری تبدیل می شوند که به کف بستر ته نشین می شوند و می توانند برای چرخه های تصفیه بعدی بازیابی شوند. پساب تصفیه شده از بالای واکنشگر خارج می شود. گازهای زیستی تولید شده در این فرآیند از طریق تجهیزات جمع آوری گاز جمع آوری می شوند.

این رآکتورها در چندین نوع مختلف وجود دارند، از جمله:

• رآکتورهای لجن جریان رو به بالا (UASB): در این نوع واکنشگر، فاضلاب از پایین به داخل رآکتور پمپ می شود و به صورت جریان رو به بالا از میان لایه لجن عبور می کند. این جریان باعث شناور شدن لایه لجن می شود.
• بسترهای لجن گرانول توسعه یافته (EGSB): این نوع رآکتورها مشابه UASB هستند، با این تفاوت که فاضلاب از طریق سیستم بازگردش می شود تا تماس بیشتری با لجن داشته باشد. EGSB ها معمولاً بلندتر از UASB هستند و جریان ورودی فاضلاب با سرعت بالاتری حفظ می شود. به همین دلیل، EGSB ها قادر به تصفیه فاضلاب هایی با بارهای آلی بالاتر نسبت به UASB هستند.
• رآکتورهای بی هوازی با دیواره های جداکننده (ABR): این واکنشگرها با محفظه های نیمه محصور ساخته می شوند که توسط دیواره های جداکننده متناوب تقسیم شده اند. این دیواره ها جریان فاضلاب را قطع کرده و تماس بیشتری بین فاضلاب و لایه لجن ایجاد می کنند.

راکتورهای فیلتر بی هوازی

راکتورهای فیلتر بی هوازی از یک مخزن راکتور مجهز به یک محیط فیلتر ثابت تشکیل شده‌اند. میکروارگانیسم‌های بی هوازی اجازه دارند تا خود را بر روی محیط فیلتر مستقر کنند و چیزی را که به عنوان یک بیوفیلم شناخته می‌شود، تشکیل دهند. محیط‌های فیلتر از یک سیستم به سیستم دیگر متفاوت است و شامل مواد رایج مانند فیلم‌ها و ذرات پلاستیکی، شن، سنگ پومیس، آجرها و سایر مواد می‌شود. محیط‌های فیلتر جدید باید با میکروارگانیسم‌های بی هوازی تلقیح شوند و ممکن است چندین ماه طول بکشد تا بیوفیلم تا حدی که برای تصفیه با ظرفیت کامل آماده باشد، مستقر شود.

در طول چرخه‌های تصفیه، جریان فاضلاب از محیط فیلتر عبور می‌کند که از این طریق جمع آوری ذرات از جریان و همچنین فراهم کردن سطح کافی برای قرار گرفتن میکروارگانیسم های بی هوازی در بیوفیلم در معرض مواد آلی موجود انجام میشود. عملکرد راکتور فیلتر باید به دقت در طول زمان کنترل شود، زیرا محیط فیلتر در نهایت با تجمع بیش از حد بیوفیلم و ذرات مسدود خواهد شد و نیاز به اقدامات نگهداری مانند شستشوی معکوس و تمیز کردن برای حفظ عملکرد بهینه دارد.

عوامل موثر در تصفیه فاضلاب بی هوازی

عوامل زیادی هستند که در تصفیه فاضلاب با روشهای بی هوازی نقش دارند و در گرفتن نتیجه بهتر، موثر هستند. این عوامل باید به طور مرتب چک شوند تا در فرآیند تصفیه پساب اخلال ایجاد نشود و تصفیه به خوبی انجام شود. این عوامل و موارد عبارتند از:

• دما: بالا و پایین شدن دما باعث می شود در فعالیت باکتری ها و میکروارگانیسم ها اخلال پیش بیاید. دمای مناسب برای رشد میکروارگانیسم ها 35 درجه سانتیگراد می باشد. در دمای بالاتر و پایین تر میکروارگانیسم ها دچار مشکل می شوند و سرعت انجام فرآیند تصفیه کاهش می یابد.
• PH فاضلاب: PH فاضلاب نقش مهمی در تصفیه فاضلاب و نتیجه نهایی دارد. باکتری ها و  میکروارگانیسم ها به تغییر PH بسیار حساس هستند و این تغییرات می تواند باعث از بین رفتن باکتری های تولید کننده متان شود.
• مواد مورد نیاز برای انجام فرآیند تصفیه: مواد مغذی وجود دارند که برای انجام تصفیه و نتیجه بهتر مفید و موثر هستند و بهتر است وجود داشته باشند. این مواد عبارتند از مولیبیدیم، تنگستن، نیکل و سلنیوم
• وجود مواد سمی و مهارکننده: یک سری مواد وجود دارند مانند سولفیدها، اسیدهای فرار، فلزات سنگین، آمونیاک و نیتروژن که مانع انجام فرآیند تصفیه فاضلاب می شوند و باعث ایجاد اختلال در انجام تصفیه می گردند.

تفاوت تصفیه با روشهای بی هوازی با هوازی

تصفیه فاضلاب بی هوازی تفاوت های زیادی با روش تصفیه فاضلاب هوازی دارد. این روش همچنین دارای مزیت هایی نسبت به روش هوازی می باشد. اصلی ترین و مهم ترین تفاوت های این دو روش (تصفیه هوازی و تصفیه بی هوازی) به شرح زیر است:

• در تصفیه فاضلاب بی هوازی گاز متان تولید می شود و حرارت و انرژی هدر نمی رود اما در تصفیه فاضلاب هوازی گاز متان تولید نمی شود و حرارت و انرژی هدر می رود.
• نگهداری و تعمیر پکیج تصفیه فاضلاب بی هوازی نسبت به تصفیه فاضلاب هوازی بسیار کمتر و مقرون به صرفه تر است.
• در تصفیه فاضلاب با روش بی هوازی نسبت به روش هوازی، لجن خیلی کمتری تولید می شود.
• پکیج تصفیه فاضلاب بی هوازی نسبت به هوازی در برابر تغییر دمای محیط بسیار منعطف تر است و مشکلی برایش پیش نمی آید.
• تصفیه فاضلاب بی هوازی انرژی خیلی کمی مصرف می کند اما روش هوازی به انرژی زیادی نیاز دارد.

مزایای فرآیندهای بی هوازی تصفیه فاضلاب

• فرآیند های بی هوازی نسبت به فرآیندهای هوازی لجن کمتری تولید می کنند و قابلیت آبگیری از این لجن ها نیز بیشتر می باشد.
• عدم نیاز به مصرف انرژی
• قابلیت پذیرش بالای بار آلی و در نتیجه کوچک شدن سطح مخزن
• مقاومت بسیار بالا در برابر شوک های بار سمی
• مساحت سطح کوچک راکتور
• مصرف کمتر مواد شیمیایی
• کاهش هزینه های مدیریت لجن

شرکت مهندسی فراب زیست فراز فعال در زمینه طراحی و اجرای انواع فرآیندهای تصفیه بی هوازی فاضلاب های صنعتی و بهداشتی و ساخت انواع پکیج تصفیه فاضلاب بی هوازی برای صنایع گوناگون میتواند شما را یاری نماید. لطفا در صورت نیاز به اطلاعات و جزئیات بیشتر در مورد محاسبه حجم، طراحی و ساخت پکیج تصفیه فاضلاب با کارشناسان ما تماس حاصل کنید.