فرآیند IDEA در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی

در سیستمهای تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی از فرآیندهای مختلفی استفاده میشود. یکی از مشهورترین این فرآیندها، لجن فعال است که اصلاحات گوناگونی داشته و در بیشتر نقاط دنیا به کار گرفته میشود. یکی از اصلاحات نوین لجن فعال فرآیند IDEA (Intermittent Decanted Extended Aeration ) می باشد. این فرآیند در واقع نوع پیشرفتهای از فرآیند SBR است که مهمترین مزیت آن پیوستگی جریان در سیستم میباشد.

استفاده از این روش از لحاظ اقتصادی نسبت به سیستمهای مشابه لجن فعال و حتی فرآیند SBR هزینه بسیار کمتری را دارد. از طرفی راهبری سیستم بسیار ساده تر از سیستمهای مشابه خود میباشد. از مزایای مهم دیگر این سیستم حذف ازت و فسفر میباشد. در کنار بالا بودن راندمان حذف مواد آلی کربنه این سیستم راندمان خوبی را در حذف ازت و فسفر دارا است.

فرآیند تصفیه فاضلاب (IDEA) هوا‌دهی گسترده متناوب با تخلیه دوره‌ای چیست؟

“هوا‌دهی گسترده متناوب با تخلیه دوره‌ای” (IDEA) به فرآیندی در تصفیه فاضلاب اشاره دارد که در آن یک مخزن واحد، چرخه‌هایی از هوا‌دهی، ته‌نشینی و تخلیه را طی می‌کند. در واقع، این فرآیند، کارکردهای یک مخزن هوا‌دهی و یک واحد ته‌نشینی ثانویه را در یک واحد ترکیب می‌کند و با حذف نیاز به مخازن جداگانه و سیستم‌های پمپاژ مرتبط، صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌ها ایجاد می‌کند. این روش، نوع پیشرفته‌ای از فرآیند راکتور ناپیوسته متوالی (SBR) محسوب می‌شود و با هوا‌دهی و تخلیه متناوب فاضلاب در همان مخزن، به پساب با کیفیت بالا و با ردپای کوچک‌تر دست می‌یابد.

در فرآیند IDEA امکان بهره برداری در حالت ثابت را به منظور حفظ غلظت طراحی فرآیند را میدهد که براساس دو عامل میتواند تعیین شود:

1. بارگذاری هیدرولیکی
2. بارگذاری آلی و نسبت

در یک سیکل ۴ ساعته فرآیند با داشتن مقدار جریان حجمی ورودی میتوان حجم حوضچه را نسبت به زمان مانند لازم در هر فاز تعیین نمود. عموماً طول به عرض حوضچه طوری محاسبه میشود که نسبت 3 به 1 حفظ شود این نسبت یک الگوی جریان پیستونی در حوضچه IDEA ایجاد میکند. براساس زمان هوادهی و درجه آلودگی فاضلاب به راحتی میتوان اکسیژن مورد نیاز روزانه را محاسبه نمود و با محاسبه آنها، قدرت دهنده ها یا دیفیوزها را تعیین کرد.

نسبت F:M پذیرفته شده برای سیستم IDEA برابر با 0.004(kg BOD5/Kg MLSS/day) میباشد. غلظت MLSS طراحی حدود 4000 mg/l میباشد. در عمل بسته به بارگذاری لجن و خصوصیات ته نشینی لجن، غلظت MLSS در دامنه 2000 تا 5000 mg/l میباشد. در طراحی واحد هوادهی استفاده از غلظت MLSS برابر با 4000 میلیگرم در لیتر حجم مناسبی را از حوض هوادهی ایجاد میکند.

مزایای سیستم تصفیه فاضلاب لجن فعال هوادهی گسترده با تخلیه متناوب دوفاز (IDEA)

1. سیستم ترکیبی برای عملکرد بهتر
   سیستم لجن فعال هوادهی گسترده با تخلیه متناوب (IDEA) ترکیبی از سیستم‌های متداول راکتور ناپیوسته متوالی (SBR) و هوادهی گسترده (EA) است. این سیستم بر اساس مزایای شناخته‌ شده این دو فناوری توسعه و اصلاح شده است.
2. سیستم تأییدشده
   سیستم IDEA توسط اداره خدمات فاضلاب مالزی تأیید شده است.
3. طراحی ساده
   تأسیسات تصفیه فاضلاب و مدیریت لجن به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که به‌طور کامل از فضای موجود استفاده کنند. سازه‌های مرتفع چند طبقه حذف شده‌اند تا مشکلات و دشواری‌های مربوط به حمل مواد در این سازه‌ها برطرف شود.
4. سهولت در طراحی و ساخت
   راکتورهای زیستی، شامل مخازن هوادهی متناوب و مخازن هوادهی موردنیاز، از مخازن مربعی یا مستطیلی تشکیل شده‌اند که طراحی و ساخت آن‌ها ساده و سریع است. این ویژگی امکان کاهش زمان ساخت را نیز فراهم می‌کند.
5. نیاز به فضای کمتر و کاهش هزینه‌ها
   سیستم‌های تصفیه فاضلاب IDEA به مخازن متعادل‌کننده یا ته‌نشینی ثانویه نیازی ندارند که این امر باعث صرفه‌جویی در فضا و کاهش هزینه‌های موجودی تجهیزات می‌شود.
6. کیفیت بالا و پایدار خروجی
   سیستم IDEA توانایی ارائه خروجی با کیفیت بالا و پایدار را دارد. این ویژگی در تأسیسات مختلفی در استرالیا، چین، آفریقای جنوبی و جنوب شرق آسیا اثبات شده است.
7. لجن تثبیت‌شده
   این سیستم با زمان ماند یا عمر لجن بیش از 20 روز، لجن تثبیت‌شده تولید می‌کند که نیازی به هضم بیشتر در مخازن گوارش لجن ندارد.
8. مقاومت در برابر مواد مضر
   اگرچه مانند همه فرآیندهای زیستی، غلظت‌های سمی ممکن است بر عملکرد تأثیر بگذارد، اما سیستم IDEA به دلیل عمر طولانی‌تر لجن، توانایی جذب شوک‌های بارگذاری را دارد.
9. حذف مواد مغذی زیستی
   این سیستم با چرخه‌های متناوب هوادهی، ته‌نشینی و تخلیه (6 تا 8 بار در روز) قادر به نیتریفیکاسیون و دی‌نیتریفیکاسیون است و مواد مغذی، به‌ویژه نیتروژن را به‌طور مؤثر حذف می‌کند.
10. عملکرد خودکار و بدون نیاز به دخالت مداوم
    به کمک کنترل‌گرهای برنامه‌ پذیر (PLC)، عملیات این سیستم کاملاً خودکار است.
11. سیستم کنترل ساده و کاربردی
    سیستم IDEA به دلیل سادگی کنترل و عدم نیاز به شیرهای پیچیده یا نگهداری سنگین، شناخته‌شده است.
12. بهینه‌سازی انرژی
    سیستم IDEA با نظارت و کنترل میزان اکسیژن محلول در مخازن، مصرف برق تجهیزات هوادهی را بهینه می‌کند و هزینه‌های انرژی را کاهش می‌دهد.
13. انعطاف‌پذیری بالا در طراحی
    این سیستم می‌تواند از هر نوع دستگاه هوادهی استفاده کند و انعطاف‌پذیری طراحی آن باعث تبدیل سیستم‌های موجود به سیستم IDEA در پروژه‌های مختلف شده است.
14. تنظیم آسان پارامترهای فرآیندی
    ویژگی خاص سیستم IDEA امکان تنظیم آسان پارامترهای فرآیندی برای سازگاری با بارهای ورودی متغیر است.
15. شاخص حجم لجن (SVI) پایین
    سیستم IDEA شاخص حجم لجن پایینی دارد (100 میلی‌لیتر بر گرم)، که باعث بهبود ته‌ نشینی لجن و جلوگیری از مشکلات شستشوی جامدات معلق در فاز تخلیه می‌شود.
16. طراحی برای بارهای اوج
    سیستم IDEA با استفاده از مخازن هوادهی مداوم در برابر بارهای اوج مقاوم است و از مشکلات رایج در سیستم‌های دیگر جلوگیری می‌کند.
17. سیستم تخلیه نوآورانه با حداقل نیاز به نگهداری
    سیستم تخلیه ابداعی این فناوری شامل مزایایی مانند:

• عدم وجود قطعات متحرک مرطوب
• عملکرد خودکار به کمک PLC
• بارگذاری کم و افزایش غلظت لجن
• سازه‌های ساده و کم‌هزینه

18. عملکرد آرام و بی‌صدا
    با استفاده از هواده‌های هیدروجت، صدای تولیدی بسیار کم است و تنها صدای پاشیدن آب شنیده می‌شود. در صورت استفاده از دمنده‌های هوا، طراحی مناسب آکوستیکی نیز انجام می‌شود.

مراحل تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی با روش IDEA

روش IDEA (Intermittent Decanted Extended Aeration) یکی از کارآمدترین فرآیندهای تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی به شمار می‌رود. این روش شامل چندین مرحله است که هر یک نقش کلیدی در بهبود کیفیت پساب و رعایت استانداردهای زیست‌محیطی ایفا می‌کنند. در ادامه به بررسی این مراحل می‌پردازیم.

1. پیش‌ تصفیه فاضلاب: در این مرحله، به کمک انواع آشغالگیر فاضلاب، ذرات جامد بزرگ موجود در فاضلاب حذف می‌شوند. پیش تصفیه فاضلاب که به‌ منظور افزایش راندمان سایر مراحل طراحی شده است، به‌ تنهایی تأثیر چشمگیری بر کاهش آلاینده‌ها ندارد، اما از بروز مشکلات در تجهیزات بعدی جلوگیری می‌کند.
2. یکنواخت‌سازی سرعت جریان ورودی (IVE): پس از پیش‌ تصفیه، پساب وارد واحد تنظیم سرعت جریان ورودی (IVE) می‌شود. این واحد با کنترل سرعت جریان و کاهش شوک‌های هیدرولیکی، از تلاطم در جریان فاضلاب جلوگیری کرده و شرایط بهینه‌ای برای مراحل بعدی فرآیند تصفیه فراهم می‌آورد.
3. بخش OMNI Flow (ناحیه پیش‌واکنش): بخش Omni Flow دارای طراحی خاصی به شکل مکعبی یا استوانه‌ای است که جریان فاضلاب را از کف به بالا هدایت می‌کند. این طراحی: باعث ایجاد جریان آهسته در حوضچه شده و از شستشوی جامدات در مراحل ته‌نشینی و جداسازی جلوگیری می‌کند. با کاهش نسبت F:M (غذا به میکروارگانیسم‌ها)، احتمال تشکیل لجن ضعیف یا اصطلاحاً “بالکینگ لجن” را کاهش می‌دهد. جذب اولیه BOD5 را تا حدود ۷۰-۸۰٪ بهبود می‌بخشد و عملکرد سیستم را در حذف آلاینده‌ها ارتقا می‌دهد.
4. هوادهی در فرآیند IDEA: یکی از حیاتی‌ترین مراحل در روش IDEA، بخش هوادهی فاضلاب است. در این مرحله، اکسیژن موردنیاز برای رشد و تکثیر باکتری‌های هوازی فراهم می‌شود. برای تأمین اکسیژن، از سیستم‌های هوادهی پیشرفته مانند دیفیوزرها استفاده می‌شود که منجر به تجزیه مؤثر مواد آلی و کاهش آلودگی فاضلاب می‌گردد.

محصولات جانبی تصفیه فاضلاب با روش IDEA

علاوه بر حذف آلاینده‌های آلی، فرآیند IDEA به تولید محصولات جانبی نظیر آب و اکسیژن کمک می‌کند:

• تولید آب و اکسیژن:
  BOD5+O2→CO2+H2OBOD5 + O2 → CO2 + H2O
• حذف ازت و فسفر:
  حذف ازت با واکنش‌های نیترات‌زایی و نیترات‌زدایی انجام می‌شود:
  • نیترات‌زایی:
    NH4++3/2O2→NO2+2H++H2ONH4+ + 3/2 O2 → NO2 + 2H+ + H2O
    NO2+1/2O2→NO3NO2 + 1/2 O2 → NO3
  • نیترات‌زدایی:
    NO3+کربن→N2+H2O+CO2NO3 + کربن → N2 + H2O + CO2
    در حذف فسفر نیز، میکروارگانیسم‌های هوازی نقش اصلی را ایفا می‌کنند و با جذب و نگهداری فسفر، آن را از فاضلاب حذف می‌نمایند.

انواع روشهای اجرای IDEA برای تصفیه فاضلاب

در فرآیند تصفیه تک‌ مخزن IDEA، فاضلاب در یک راکتور به صورت نیتراته و دنیتریته تصفیه می‌شود. در این روش، معمولاً غلظت نیتروژن کل (Total-N) به مقدار 15 میلی‌گرم در لیتر با 90 درصد اطمینان دست می‌یابد.

در فرآیند تصفیه دو‌ مخزن IDEA، مخزن هوادهی تقاضامحور مانع از جریان کوتاه (short-circuiting) می‌شود و نیترات‌ سازی را به حداکثر می‌رساند. دوره‌های هوازی و غیرهوازی با استفاده از کنترل خودکار اکسیژن محلول و تایمرهای قابل تنظیم PLC بهینه‌سازی می‌شوند. این فرآیند به غلظت نیتروژن کل 6 میلی‌گرم در لیتر با 90 درصد اطمینان دست می‌یابد.

فرآیند دو‌ مخزن همچنین تضمین می‌کند که شاخص حجم لجن (SVI) کمتر از 100 میلی‌گرم در لیتر باشد، که پایداری فرآیند را فراهم می‌کند. ترکیب فرآیند دو‌مخزن با دکانتر سیفون قفل‌شده گازی به یک فرآیند قابل اعتماد منجر می‌شود که به طور مداوم سطح پایینی از نیتروژن کل را تولید می‌کند.

فرآیند IDEA تک‌ مخزن

فرآیند IDEA یا فرآیند راکتور ناپیوسته ترتیبی (SBR) نام‌هایی متفاوت برای فرآیندهای مشابه هستند. تفاوت اصلی این است که فرآیند SBR به‌طور معمول به صورت ترتیبی تغذیه می‌شود، در حالی که فرآیند IDEA به صورت مداوم تغذیه می‌شود.

در ساده‌ترین شکل خود، فرآیند IDEA عملکردهای زیر را در یک راکتور انجام می‌دهد:

• سنتز
• نیترات‌سازی
• دنیتریت‌سازی
• تخریب درونی
• ته‌نشینی ثانویه

یک چرخه معمول برای شرایط خشک در سیستم تک‌ مخزن عبارت است از: 2 ساعت هوادهی، 1 ساعت ته‌نشینی، 30 دقیقه تا 1 ساعت دکانت. این فرآیند در نموداری به تصویر کشیده شده است.

فرآیند IDEA ترکیبی دو‌ مخزن

تجربه نشان داده است که بیشتر فرآیندهای IDEA تک‌مخزن و تا حدی فرآیندهای SBR در شرایط طراحی‌شده از ویژگی‌های ضعیف ته‌نشینی لجن رنج می‌برند (SVI بیشتر از 200). این مسئله عمدتاً به این دلیل است که در تقریباً 50 درصد از زمان (دوره ته‌نشینی و دکانت)، میکروارگانیسم‌ها در محیطی با محدودیت اکسیژن رشد می‌کنند، که این شرایط به خوبی برای تقویت موجودات رشته‌ای (لجن حجیم) شناخته شده است.

فرآیند IDEA دو‌مخزن با اضافه کردن یک مخزن هوادهی تقاضامحور قبل از مخزن متناوب و همچنین با استفاده از جریان برگشتی لجن فعال (RAS)، این محدودیت‌ها را رفع کرده است. با این حال، ویژگی‌ها و مزایای اصلی فرآیند دکانت متناوب همچنان حفظ شده است. نموداری از این فرآیند در ادامه ارائه شده است.

مزایای فرآیند ترکیبی دو‌ مخزن

مزایای اصلی این رویکرد دو‌ مرحله‌ای به صورت زیر خلاصه می‌شود:

• سنتز بهینه‌سازی شده و رشد در محیط کم‌ اکسیژن انجام نمی‌شود. SVI کمتر از 100 به طور مداوم حاصل می‌شود.
• با وجود لجن با قابلیت نشینی سریع در مخزن متناوب، دستیابی به دنیتریت‌سازی غیرهوازی با درجه بالا دشوار است. مخزن تقاضا محور برای بهینه‌سازی دنیتریت‌ سازی با استفاده از کربن موجود در فاضلاب تغذیه‌ای استفاده می‌شود.
• در مخزن تقاضا محور هوادهی بر اساس تقاضا فراهم می‌شود. بنابراین، استفاده مؤثرتری از ظرفیت هوادهی نصب‌شده حاصل می‌شود.
• تخریب درونی محدود نمی‌شود؛ با تأمین اکسیژن بر اساس تقاضا برای موجودات در حال تخریب، لجن کمتری با پایداری بیشتر تولید می‌شود.
• احتمال جریان کوتاه، به ویژه در شرایط اقلیمی سرد، در طول دوره‌های ته‌نشینی و دکانت حذف می‌شود.
• در مخزن تقاضامحور حتی در جریان شدید بارندگی، هوادهی بر اساس تقاضا فراهم می‌شود و تصفیه مناسب تضمین می‌شود.

دکانت سیفون قفل‌ شده گازی

یکی دیگر از جنبه‌های نوآورانه فرآیند ترکیبی، دکانتر سیفون قفل‌شده گازی (GLS) است که حق ثبت اختراع آن به استرالیا تعلق دارد و از سال 1983 تاکنون در بیش از 1000 واحد استفاده شده است. این ایده ساده با تنها یک بخش متحرک به عنوان جایگزینی بهبود‌ یافته برای دکانترهای ویر پایین‌ رونده یا لولایی به کار گرفته شده است.

عملکرد GLS به این صورت است که زمانی که سطح آب در چرخه هوادهی طولانی‌ مدت متناوب بالا می‌رود، هوا در یک ویر غوطه‌ور به دام افتاده و در برابر ستون آبی متعادل در لوله خروجی تحت فشار قرار می‌گیرد. مایع مخلوط‌ شده یا پساب ته‌ نشین‌ نشده در تمام سطوح مخزن توسط هوای به دام افتاده از ورود به ویر غوطه‌ور جلوگیری می‌شود.

پس از یک دوره ته‌نشینی، هوای به دام افتاده تخلیه می‌شود، سیفون آماده به کار می‌شود و پساب بدون جامد از کارخانه خارج می‌شود. سیفون در سطح آب پایین شکسته می‌شود تا دکانت متوقف شود و چرخه تصفیه مجدداً آغاز می‌شود.

فرآیند تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی با روش IDEA، راهکاری کارآمد و اقتصادی برای کاهش آلودگی‌ها و بهبود کیفیت آب‌های خروجی است. این روش به‌ویژه برای شهرها و صنایع بزرگ که نیاز به رعایت استانداردهای سخت‌گیرانه زیست‌محیطی دارند، گزینه‌ای ایده‌آل به شمار می‌رود. انتخاب این روش، گامی مهم در حفظ منابع آب و محیط‌ زیست است.