محاسبه نيازهای اکسيژنی در تصفیه فاضلاب

نیازهای اکسیژن برای تصفیه فاضلاب شهری را می‌توان با استفاده از تحلیل استاندارد آزمایشگاهی و آزمایش BOD به دقت پیش‌بینی کرد (برخی از فاضلاب‌های صنعتی نیازهای ویژه‌ای دارند). آزمایش BOD برای اندازه‌گیری نیاز اکسیژن بیولوژیکی در فاضلاب طراحی شده است و اساس مناسبی برای طراحی فراهم می‌کند، به شرطی که:

• فاضلاب برای آزمایش در دسترس باشد، به عبارتی پروژه جدید نباشد.
• فاضلاب نماینده‌ای از مقیاس کامل باشد.

در مورد فاضلاب، نیاز واقعی اکسیژن به میزان پیشرفت فرایند تصفیه وابسته است. به طور کلی، نیاز اکسیژن به دو بخش تقاضای کربنی (اکسیژن لازم برای تثبیت کربن در فاضلاب) و تقاضای نیتروژنی (اکسیژن لازم برای تثبیت نیتروژن در فاضلاب) تقسیم می‌شود. معمولاً نیتروژن موجود در فاضلاب به صورت آمونیاک (NH یا NH4) ظاهر می‌شود.

نیاز اکسیژن کربنی/BOD

برای بسیاری از تصفیه‌خانه‌ها، تقاضای کربنی باید به دو بخش تقسیم شود:

1. اکسیژن مورد نیاز برای تأمین لجن فعال به منظور حذف کربن محلول (BOD) از محلول و رشد بیشتر لجن. این تبدیل کربن به سلول‌ها، واکنش سنتز بوده و نیاز به حدود 0.5 تا 0.6 پوند اکسیژن به ازای هر پوند BOD (کیلوگرم اکسیژن/کیلوگرم BOD) دارد.
2. در صورت ادامه فرآیند، یک تقاضای دوم اکسیژن برای اکسیداسیون سلول‌ها (تثبیت سلول‌ها) اعمال می‌شود. این فاز دوم، تنفس درون‌زا است و نیاز به اکسیژن اضافی در حدود 0.8 تا 0.9 پوند اکسیژن به ازای هر پوند BOD (کیلوگرم/کیلوگرم) دارد. مقدار کل اکسیژن لازم برای حذف نیاز اکسیژن کربنی BOD می‌تواند از 0.7 پوند به ازای هر پوند BOD (کیلوگرم/کیلوگرم) برای لجن فعال با نرخ بالا و زمان نگهداری کوتاه بیومس (سن پایین لجن) تا 1.5 پوند به ازای هر پوند BOD (کیلوگرم/کیلوگرم) برای تهویه طولانی‌ مدت با زمان نگهداری طولانی بیومس (یعنی سن بالا لجن) در سیستم زیستی متغیر باشد.

توجه: معمولاً نیاز اکسیژن برای نیتروژن باید برای تهویه طولانی اضافه شود، زیرا نیتریفیکاسیون در بیشتر پروژه‌های با سن بالای لجن در دماهای بالای 10-55 درجه سانتیگراد مورد انتظار است.

تقاضای اکسیژن برای BOD نیتروژنی

برای BOD نیتروژنی، میزان تقاضای اکسیژن 4.6 پوند اکسیژن به ازای هر پوند BOD (4.6 کیلوگرم به ازای هر کیلوگرم) حذف‌شده است. برای تبدیل نیتروژنی آمونیاک به نیترات، زمان هوادهی بیشتری همراه با نسبت کم غذا به میکروارگانیسم نیاز است؛ یعنی مقدار زیاد لجن فعال با غذای کم. این شرایط باعث افزایش سن لجن شده و نیتریفیکاسیون را تسهیل می‌کند.

حذف بیولوژیکی مواد مغذی (BNR برای نیتروژن)

در سیستم‌های پیشرفته تصفیه فاضلاب، ممکن است حذف نیترات مورد نیاز باشد. برای نیترات‌زدایی موفق، باید حذف مواد کربن‌دار و نیتروژنی به‌طور کامل انجام شود. تبدیل نیترات (NO3) به گاز نیتروژن باعث می‌شود که نیتروژن از سیستم خارج شود. یکی از نتایج جانبی و مزیت‌های نیترات‌زدایی، بازیابی اکسیژن و کاهش کل نیاز اکسیژن است. بازیابی اکسیژن تقریباً 2.86 پوند اکسیژن به ازای هر پوند (کیلوگرم به ازای کیلوگرم) نیترات کاهش‌یافته و حذف‌شده است.

محاسبه نیاز اکسیژنی تصفیه فاضلاب

نيازهاي اکسيژني در تصفیه فاضلاب، از جمله در انواع پکیجهای تصفیه فاضلاب صنعتی و بهداشتی، جهت تعیین میزان هوای مورد نیاز سیستم هوادهی فاضلاب باید نیازهای اکسیژنی سیستم محاسبه شود. که این مقدار در واقع به راندمان تصفيه مورد نياز و نيز فرآيندهايي که در مخزن هوادهي اتفاق مي‌افتند بستگي خواهد داشت. اين موارد مي‌توانند از قرار زير باشند:

• اکسيداسيون BOD کربني
• ميزان اکسيژن مورد نياز در فاز خود تخريبي (که دما را هم در بر مي‌گيرند.)
• اکسيداسيون نيتروژن آمونياکي
• نيتريفيکاسيون و دنيتريفيکاسيون

از اين رو کل اکسيژن مورد نياز که ممکن است با معادله زير محاسبه شود:

که در آن:

R= اکسيژن مورد نياز، (g/h)
Q = مقدار جريان فاضلاب ته‌نشين شده، (m3/h)
Bs= BOD فاضلاب ته‌نشين شده، (mg/l)
BOD=Be فاضلاب خروجي، g/m3) (mg/lit =
As= مقدار amm .N فاضلاب ته‌نشين شده (mg/li)
Ae= مقدار amm.N فاضلاب نهايي، (mg/li)
Ne= مقدار N نيترات فاضلاب نهايي، (mg/lit)
M= جامدات معلق مخلوط مايع ، (mg/lit)
V= حجم مخزن هوادهي، (m3) مي باشند.

با نگاهي محدودتر، اين معادله براي اينکه مقدار 3-10 × 2 از عبارت استخراج ‌شود فقط براي دماي C 10 º معتبر مي‌باشد. از اينرو اگر به دقت بيشتري نياز ‌شود و يا اگر ميانگين دماي کار دستگاه در حد زيادي با مقدارC 10 º فرق دارد، بايد از مولفه‌هاي خاصي استفاده گردد.

– r20= ميزان تنفس فاز خودتخريبي 3.9 mg/gh) MLSS)
– T= ماکزيمم دما براي اينکه پايين‌ترين DO را ارائه مي‌دهد.
– ضريب دار کردن Rبه وسيله مقدار 56/1، تا اينکه باعث ايجاد پيک همزمان بار (1.2) و جريان (1.3) گردد.

مولفه‌هاي معادله براي استخراج نياز اکسيژني که براي هر گونه وضعيت ويژه و خاصي استفاده مي شوند فقط آنهايي خواهند بود که به فرآيند طراحي شده مربوط مي‌شوند. از اينرو اگر از عدم نيتروژن‌سازي استفاده نمي‌شود، فقط سه اقلام اول بکار خواهند رفت. اگر فاضلاب خام به مخزن هوادهي تغذيه مي‌شود، ضريب BOD به جاي 75.0 بايد 1 باشد.

مقدار Ne به ميزان بازيافت شدن لجن و مقدار نيتروژن زدايي، بستگي خواهد داشت. براي اينکه مقدار بازيافت لجن (Qu) احتمال دارد بينQ (0.5-5) را باشد نيتروژن زدايي کامل را مي‌توان فرض کرد و غلظت نيترات در مايع فاضلاب با معادله زير بدست مي‌آيد:

کنترل اکسيژن محلول در لجن فعال

کنترل اکسيژن محلول در مخزن هوادهی یکی از مهمترین پارامترهای لجن فعال می باشد. به نحوی که در صورت تامین نشدن میزان مناسب اکسیژن برای میکرواورگانیسم ها باعث ایجاد اختلال در فرآیند و کاهش راندمان تصفیه می گردد. تنظیم میزان مناسب DO اهمیت بالایی دارد. جهت کنترل میزان اکسیژن محلول از سنسور DO استفاده می شود. محل نصب سنسور DO در مخزن نیز اهمیت بالایی دارد. مي‌توان گفت که براي يک تصفيه‌خانه که فقط براي حذف BOD طراحی شده سنسور باید در جلوي مخزن نصب شود در مواردی که طراحی براي حذف نيتروژن و کربن بصورت همزمان انجام شده است سنسور بايد در قسمت انتهایی قرار گيرد.

بطور يقين در يک مخزن اختلاط کامل، سنسور DO در نزديک به خروجي مخزن واقع مي‌شود. اندازه الکترود را نيز بايد مهم در نظر گرفت. بررسی های انجام شده نشان مي دهد که رويکردهای کنترل ممکن است به نوع سيستم هوادهی مورد استفاده نيز بستگي داشته باشند. میزان اکسیژن محلول مورد نیاز بسته به فرآیندهای مختلف و شرایط طراحی متغیر است، به این منظور براي کاهش BOD ، DO باقيمانده بايد معادل با mg/lit2 و براي نيتريفيکاسيون، بايد بيشتر از mg/lit2 باشد.

فرآیندهای مختلف نیز میزان DO متفاوتی نیاز دارند به طور مثال میزان اکسیژن باقیمانده در فرآیند SBR به دلیل کوتاهی زمان هوادهی کمتر از میزان اکسیژن محلول در فرآیند هوادهی گسترده است. و همین طور در فرآیند SBR کنترل میزان DO اهمیت بالاتری نسبت به فرآیند هوادهی گسترده دارد.

سنسورهای DO به دو صورت پرتابل و ثابت وجود دارند که نوع پرتابل بیشتر جهت کنترل پارامترهای فرآیندی استفاده می شود و نوع ثابت آن با انتقال اطلاعات به تابلو کنترل اصلی کارکرد سیستم های هوادهی را کنترل می کند.

در انواع پکیج تصفیه فاضلاب تولید شده شرکت فراب زیست فراز یکی از بخشهایی که همواره اهمیت ویژه ای برای آن در نظر گرفته میشود مخزن هوادهی میباشد تا از بهترین عملکرد برخوردار باشد.