تصفیه فاضلاب به روش RBC

تصفیه فاضلاب به عنوان یک ضرورت زیست محیطی و صنعتی، همواره نیازمند بهره‌گیری از تکنولوژی‌های کارآمد و پایدار است. در میان روش های تصفیه آب و فاضلاب، روش‌های بیولوژیکی نقش محوری دارند. روش RBC (Rotating Biological Contactor) که به دیسک بیولوژیکی دوار نیز معروف است، یکی از روش‌های کارآمد، کم‌هزینه و پایدار در تصفیه فاضلاب‌های شهری و صنعتی به شمار می‌رود.

شرکت مهندسی فراب زیست فراز به‌عنوان تأمین‌کننده و سازنده انواع سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب صنعتی و خانگی، با تکیه بر دانش فنی، طراحی مهندسی و تجربه اجرایی، به بررسی مکانیزم، مزایا و محدودیت‌های تصفیه فاضلاب به روش RBC می‌پردازد که در طراحی و اجرای پکیج تصفیه فاضلاب در مقیاس‌های مختلف، از تصفیه فاضلاب خانگی تا کاربردهای نیمه‌صنعتی، جایگاه ویژه‌ای دارد.

معرفی روش RBC در تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب به روش RBC یک فرآیند بیولوژیکی هوازی است که در آن، میکروارگانیسم‌ها روی یک سری دیسک‌های دایره‌ای شکل که به صورت موازی روی یک شفت قرار گرفته‌اند و به آرامی درون مخزن فاضلاب می‌چرخند، رشد می‌کنند. این روش به عنوان نسل جدیدی از فیلترهای چکنده (Trickling Filters) شناخته می‌شود و به دلیل مکانیزم ساده و کارایی بالا در حذف BOD (تقاضای اکسیژن بیوشیمیایی) و نیتروژن، توجه متخصصان را جلب کرده است.

دیسک‌ها که معمولاً از جنس پلی‌اتیلن یا مواد مشابه با سطح مخصوص بالا ساخته می‌شوند، به طور معمول حدود ۴۰ درصد از سطح خود را در فاضلاب غوطه‌ور نگه می‌دارند. در طول چرخش، میکروارگانیسم‌های چسبیده (بیوفیلم) به تناوب در تماس با فاضلاب (برای جذب آلاینده‌ها) و اتمسفر (برای جذب اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون) قرار می‌گیرند. این عملکرد تناوبی، فرآیند هوازی مورد نیاز برای تجزیه بیولوژیکی مواد آلی را بدون نیاز به هوادهی عمیق و پرهزینه فراهم می‌سازد.

سیستم RBC به ویژه برای مناطقی که نیازمند تصفیه فاضلاب با حداقل نیاز به اپراتور متخصص و کمترین مصرف انرژی هستند، گزینه‌ای مطلوب است.

مراحل تصفیه فاضلاب به روش RBC

عملکرد یک واحد RBC شامل یک سری فرآیندهای فیزیکی و بیولوژیکی به هم پیوسته است که منجر به تجزیه آلاینده‌ها و تولید پساب تصفیه‌شده می‌شود.

ورود فاضلاب خام

قبل از ورود به واحد RBC، فاضلاب خام باید مراحل پیش‌تصفیه اولیه شامل آشغالگیری و ته نشینی را طی کند تا جامدات درشت، شن و روغن‌های شناور حذف شوند. این مرحله برای جلوگیری از آسیب فیزیکی به دیسک‌ها و همچنین جلوگیری از پوشش بیش از حد سطح بیوفیلم با مواد غیرقابل تجزیه ضروری است. پساب نیمه‌تصفیه‌شده وارد مخزن RBC می‌شود که به چندین مرحله تقسیم شده است. طراحی چند مرحله‌ای به میکروارگانیسم‌ها اجازه می‌دهد تا با غلظت‌های متفاوتی از آلاینده‌ها سازگار شوند و راندمان کلی را به حداکثر برسانند.

تشکیل لایه بیولوژیکی

پس از ورود فاضلاب به مخزن، میکروارگانیسم‌های هوازی و بی‌هوازی موجود در فاضلاب شروع به چسبیدن به سطح دیسک‌های دوار می‌کنند. با گذشت زمان، یک لایه نازک و فعال از بیوفیلم تشکیل می‌شود. ضخامت این لایه معمولاً بین ۱ تا ۴ میلی‌متر است. این بیوفیلم، قلب فرآیند تصفیه فاضلاب به روش RBC محسوب می‌شود. زمانی که دیسک‌ها از فاضلاب خارج می‌شوند، اکسیژن مورد نیاز خود را از هوا جذب می‌کنند و زمانی که غوطه‌ور می‌شوند، مواد آلی (سوبسترا) موجود در فاضلاب را جذب و مصرف می‌کنند.

اکسیداسیون مواد آلی

وظیفه اصلی لایه بیولوژیکی، اکسیداسیون و تثبیت مواد آلی کربنی و ترکیبات نیتروژنی (نیترات‌زدایی) است. میکروارگانیسم‌های هوازی از اکسیژن جذب‌شده از هوا برای تبدیل مواد آلی پیچیده (BOD) به دی‌اکسید کربن و آب استفاده می‌کنند. سرعت چرخش دیسک‌ها نه تنها تأمین اکسیژن را تضمین می‌کند، بلکه موجب اختلاط آرام فاضلاب می‌شود. اگر شرایط به درستی تنظیم شود، این روش می‌تواند بخش قابل توجهی از BOD را حذف کند و به عنوان یک راه‌حل موثر برای تصفیه فاضلاب عمل نماید.

جدا شدن لجن مازاد

با رشد مستمر بیوفیلم، لایه‌های داخلی‌تر که به سطح دیسک نزدیک‌تر هستند، دچار کمبود اکسیژن و مواد غذایی می‌شوند. در نتیجه، سلول‌های قدیمی‌تر می‌میرند و قدرت چسبندگی لایه کاهش می‌یابد. به دلیل نیروی برشی ناشی از چرخش دیسک‌ها، این لایه مازاد یا لجن بیولوژیکی جدا شده و به صورت معلق به جریان فاضلاب اضافه می‌شود. این لجن جدا شده، که عموماً دارای خاصیت ته‌نشینی خوب است، به سمت زلال‌ساز ثانویه هدایت می‌شود.

خروج پساب تصفیه‌شده

فاضلاب حاوی لجن معلق جدا شده، از بخش نهایی واحد RBC خارج شده و به زلال‌ساز ثانویه منتقل می‌شود. در زلال‌ساز، لجن ته‌نشین می‌شود و پساب شفاف از بالای زلال‌ساز خارج می‌گردد. بسته به استانداردهای مورد نیاز برای تخلیه یا استفاده مجدد، ممکن است مراحل تصفیه تکمیلی مورد نیاز باشد. این مراحل تکمیلی می‌تواند شامل گندزدایی (با استفاده از دستگاه کلرزن یا UV)، و یا در صورت نیاز به کیفیت بسیار بالای پساب، عبور از واحدهای فیزیکی مانند فیلتر شنی تصفیه آب یا فیلتر کربنی باشد تا باقی‌مانده ذرات معلق و مواد شیمیایی حذف شوند.

مزایای تصفیه فاضلاب به روش RBC

روش RBC به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، مزایای متعددی را در مقایسه با سیستم‌های لجن فعال متداول ارائه می‌دهد که آن را به گزینه‌ای جذاب برای مهندسان و مدیران پروژه‌ها تبدیل می‌کند:

۱. مصرف انرژی پایین: مهم‌ترین مزیت RBC، مصرف انرژی بسیار کم است. برخلاف سیستم‌های لجن فعال که به انرژی بالایی برای هوادهی مکانیکی یا دمنده‌ها نیاز دارند، در RBC تنها انرژی مورد نیاز برای چرخش آرام دیسک‌ها و پمپاژ اولیه فاضلاب است.

۲. سادگی عملیاتی و نگهداری: سیستم‌های RBC ساختار نسبتاً ساده‌ای دارند و نیازمندی‌های اپراتوری کمتری نسبت به فرآیندهای پیچیده لجن فعال دارند. این امر بخصوص برای خرید پکیج تصفیه فاضلاب در مناطق دوردست یا کوچک اهمیت دارد.

۳. مقاومت در برابر شوک‌های هیدرولیکی و آلی: از آنجا که میکروارگانیسم‌ها به صورت لایه چسبیده ثابت هستند، زمان ماند سلولی (SRT) مستقل از زمان ماند هیدرولیکی (HRT) است. این جدایی، سیستم RBC را در برابر تغییرات ناگهانی در جریان فاضلاب (شوک هیدرولیکی) یا غلظت آلاینده‌ها (شوک آلی) مقاوم‌تر می‌سازد.

۴. تولید لجن کمتر و با خاصیت ته‌نشینی خوب: لجن تولید شده در RBC معمولاً متراکم‌تر است و خاصیت ته‌نشینی بهتری نسبت به لجن فعال دارد، که فرآیند دفع و مدیریت لجن را ساده‌تر می‌کند.

۵. فضای مورد نیاز کمتر: در مقایسه با سیستم‌های لجن فعال سنتی که نیازمند حوضچه‌های بزرگ هوادهی هستند، RBC به سطح کمتری از زمین برای دستیابی به ظرفیت تصفیه مشابه نیاز دارد.

۶. مناسب برای تصفیه فاضلاب خانگی: به دلیل طراحی ماژولار و مقیاس‌پذیری بالا، RBC یکی از بهترین گزینه‌ها برای تصفیه فاضلاب خانگی در شهرک‌های کوچک، مجتمع‌های مسکونی و خدمات عمومی است.

معایب و محدودیت‌های سیستم RBC

هرچند RBC دارای مزایای قابل توجهی است، اما محدودیت‌هایی نیز دارد که باید در مرحله طراحی مورد توجه قرار گیرند:

۱. حساسیت به دما: کارایی بیولوژیکی RBC به شدت به دمای محیط وابسته است. در آب و هوای سرد، کاهش فعالیت میکروارگانیسم‌ها منجر به افت راندمان تصفیه می‌شود. به همین دلیل، در مناطق سردسیر، معمولاً نیاز به پوشش یا عایق‌بندی کامل واحدها برای حفظ دمای بهینه فرآیند وجود دارد.

۲. احتمال بروز پدیده Nuisance Growth: در برخی شرایط، ممکن است رشد بیش از حد میکروارگانیسم‌های رشته‌ای (Filamentous Organisms) یا جلبک‌ها (به خصوص اگر دیسک‌ها پوشش نداشته باشند)، باعث افزایش وزن بیوفیلم شود. این افزایش وزن می‌تواند بار مکانیکی روی شفت و یاتاقان‌ها را افزایش داده و منجر به مشکلات نگهداری شود.

۳. هزینه‌های اولیه بالاتر: هزینه اولیه ساخت و نصب خود تجهیزات دیسک‌ها و شفت‌های دوار ممکن است در مقایسه با ساخت حوضچه‌های هوادهی ساده در سیستم‌های لجن فعال، کمی بالاتر باشد.

۴. مشکلات نگهداری مکانیکی: با وجود سادگی عملیاتی، سیستم‌های RBC دارای قطعات متحرک مکانیکی (شفت، یاتاقان‌ها و موتور) هستند که نیازمند بازرسی و نگهداری دوره‌ای برای جلوگیری از خرابی و فرسودگی هستند.

مقایسه روش RBC با سایر روش‌های تصفیه فاضلاب

برای متخصصان حوزه محیط زیست و مهندسی شیمی، انتخاب روش بهینه برای تصفیه فاضلاب مستلزم مقایسه دقیق با سایر فناوری‌ها است. عمده مقایسه RBC با فرآیند لجن فعال متداول انجام می‌شود:

در مقایسه با فیلترهای چکنده (که آن‌ها نیز از روش رشد چسبیده استفاده می‌کنند)، RBC فضای کمتری اشغال می‌کند و امکان کنترل بهتری بر توزیع هوا و فاضلاب را فراهم می‌آورد. همچنین، RBC در پکیج تصفیه فاضلاب مقیاس کوچک و متوسط، کارایی بسیار بالایی در حذف ترکیبات نیتروژن دارد که اغلب در روش‌های رشد معلق با پیچیدگی بیشتری همراه است.

استفاده از سیستم‌های تکمیلی مانند فیلتر کربنی تصفیه آب برای حذف مواد آلی محلول باقی‌مانده یا بو در پساب، می‌تواند کیفیت خروجی هر دو سیستم را ارتقاء دهد، اما RBC به طور ذاتی به دلیل مکانیزم بیولوژیکی قوی‌تر، ممکن است نیاز کمتری به این مراحل تکمیلی داشته باشد.

جمع بندی

تصفیه فاضلاب به روش RBC یک فناوری اثبات‌شده، کم‌مصرف و موثر برای مدیریت آلاینده‌های آلی و مغذی در فاضلاب است. این روش به ویژه در شرایطی که محدودیت‌های فضایی، بودجه‌های عملیاتی کم و نیاز به تصفیه فاضلاب خانگی یا جوامع کوچک وجود دارد، یک انتخاب عالی محسوب می‌شود. متخصصان و مهندسان ما در شرکت فراب زیست فراز با در نظر گرفتن ویژگی‌های خاص پروژه، می‌توانند بهینه‌ترین طراحی RBC را اجرا کنند که نه تنها استانداردهای سختگیرانه محیط زیست را برآورده سازد، بلکه از نظر اقتصادی و انرژی نیز کاملاً بهینه باشد. تصمیم‌گیری نهایی در مورد انتخاب روش‌های تصفیه آب و فاضلاب باید بر اساس تحلیل کامل مشخصات فاضلاب، میزان جریان، دمای محیط و الزامات تخلیه پساب صورت پذیرد تا بالاترین راندمان ممکن تضمین شود.