عناوین مطالب:

در کشورهایی با آب و هوای گرمسیر، تصفیه بی هوازی کل جریان فاضلاب به جای صرفاً بخش لجن، به دلیل حجم بالای فاضلاب امکان‌پذیر و مطلوب است. سیستم‌های تصفیه بی هوازی همچون UASB، نیازمند سیستم هوادهی پر مصرف انرژی نبوده و ساخت آن‌ها به مراتب ساده‌تر از روش‌های تصفیه هوازی می‌باشد. این سیستم‌ها مواد آلی را به بیوگاز تبدیل می‌کنند که قابل بازیابی است. پساب غنی از مواد مغذی را می‌توان برای آبیاری کشاورزی به کار برد. لجن، حتی در صورت تثبیت جزئی (کانی‌سازی)، پس از کمپوست یا خشک کردن، به عنوان کود آلی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

رآکتورهای UASB قادر به تصفیه انواع فاضلاب‌های با قدرت بالا می‌باشند. این سیستم‌ها را می‌توان در مقیاس بزرگ (مثلاً برای پسماندهای کشاورزی-صنعتی) یا به عنوان سیستم‌های تصفیه غیرمتمرکز برای فاضلاب‌های خانگی به کار برد؛ با این حال، تصفیه خانگی هنوز نسبتا جدید است و همیشه موفقیت‌آمیز نیست، زیرا فاضلاب خانگی عموماً قدرت کمتری دارد.

تصفیه فاضلاب با روش UASB چیست؟

فرآیند (Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB، پتوی لجن بی هوازی بالارونده، از جمله فرآیندهای تصفیه فاضلاب بی هوازی می باشد. از این فرآیند برای تصفیه فاضلاب های صنعتی با بار آلی بالا استفاده می شود. در این روش جریان فاضلاب از کف مخزن و به سمت بالا می باشد که در حین حرکت به سمت بالا از میان لایه لجن مرکب از گرانول های بیولوژیکی عبور می کند و میکرواورگانیسم های قرار گرفته در این گرانول ها عمل تجزیه را نجام می دهند. لجن تولید شده در فرآیندهای بی هوازی تمایل زیادی به لخته شدن دارد و همین طور قابلیت خوبی برای ته نشینی نیز دارد که در فرآیند UASB از ویژگی لخته شدن لجن بی هوازی استفاده می شود.

تصفیه فاضلاب UASB در یک نگاه

ویژگی	توضیحات
اصل عملکرد	جریان فاضلاب صنعتی یا سیاه وارد بخش پایینی مخزن بی هوازی جریان رو به بالا می‌شود. لجن انباشته شده، گرانول‌ها را تشکیل می‌دهد. میکروارگانیسم‌های موجود در گرانول‌ها، آلاینده‌های آلی را از طریق هضم بی هوازی تجزیه می‌کنند. رژیم جریان و حباب‌های گاز تشکیل شده، لجن را در حالت تعلیق نگه می‌دارند. یک جداکننده در بالای راکتور، امکان بازیابی بیوگاز برای تولید انرژی، پساب حاوی مواد مغذی برای کشاورزی و حفظ لجن در راکتور را فراهم می‌کند. انباشت لجن کم است (تخلیه لجن فقط هر چند سال یکبار مورد نیاز است) و لجن تثبیت شده، می‌تواند به عنوان کود خاک استفاده شود.
ظرفیت و مناسب بودن	برای فاضلاب صنعتی یا سیاه، به صورت متمرکز یا غیرمتمرکز در سطح جامعه قابل اجرا است. این سیستم نیاز به جریان مداوم و پایدار آب و انرژی دارد.
عملکرد	حذف 60 تا 90 درصدی BOD، 60 تا 80 درصدی COD و 60 تا 85 درصدی TSS؛ کاهش پاتوژن کم، حذف حداقل مواد مغذی (نیتروژن و فسفر).
HRT	حداقل 2 ساعت، معمولاً 4 تا 20 ساعت.
هزینه‌ها	سرمایه‌گذاری اولیه قابل مقایسه با راکتورهای بافل است. هزینه‌های عملیاتی معمولاً محدود به هزینه‌های تخلیه لجن و کارکرد پمپ تغذیه می‌شود.
سازگاری خودیاری	امکان ساخت با مواد محلی وجود دارد، اما نیازمند پرسنل ماهر برای ساخت، نگهداری و بهره‌برداری است.
عملیات و نگهداری	تخلیه لجن به طور مکرر انجام نمی‌شود، اما پمپ تغذیه و کنترل بارهای آلی نیاز به پرسنل ماهر برای بهره‌برداری و نگهداری دارد.
قابلیت اطمینان	نسبت به بارگذاری شوک و نوسانات بار آلی حساس است.
نقاط قوت اصلی	حذف بالای مواد آلی و جامدات (BOD و TSS) با تولید کم لجن و امکان بازیابی بیوگاز؛ نیاز به زمین محدود.
نقاط ضعف اصلی	نیاز به پرسنل ماهر، برق و حساسیت به جریان‌های متغیر.

مفهوم و طراحی سیستم تصفیه فاضلاب با فرآیند UASB

راکتور UASB مبتنی بر جداکننده سه فاز است که راکتور را قادر می‌سازد تا مخلوط‌های گاز، آب و لجن را در شرایط تلاطم بالا جدا کند. این امکان را برای طراحی های فشرده و ارزان تر فراهم می کند.
این راکتور دارای چندین هود گازی برای جداسازی بیوگاز است. در نتیجه، رابط های گاز/آب بسیار بزرگ، آشفتگی را تا حد زیادی کاهش می دهند و نرخ بارگذاری نسبتاً بالایی را بین 10 تا 15 کیلوگرم بر متر مکعب در روز ممکن می سازند. جداسازی در راکتور UASB تنها به ارتفاع 1.0 متری نیاز دارد که از اثرات فلوتاسیون و در نتیجه لایه های شناور جلوگیری می کند.

به طور کلی، در طول تصفیه راکتور UASB، بستر از یک بستر لجن منبسط شده عبور می کند که ابتدا حاوی غلظت بالایی از زیست توده است. پس از آن، قسمت باقی مانده از بستر از یک زیست توده کم تراکم عبور می کند که به آن پتوی لجن می گویند.

فاضلاب ورودی توسط پمپ پریستالتیک از پایین به راکتور UASB پمپ می‌شود. این فاضلاب به سمت بالا حرکت کرده و با توده زیستی در بستر لجن تماس پیدا می‌کند. سپس به حرکت به سمت بالا ادامه می‌دهد و باقی‌مانده مواد مغذی با توده زیستی در پتو لجن که دارای غلظت کمتری از توده زیستی نسبت به بستر لجن زیرین است، واکنش می‌دهند.

حجم پتو لجن باید به اندازه کافی باشد تا بتواند فرآیند تصفیه بیشتری را برای فاضلاب عبوری از لایه‌های پایینی بستر لجن از طریق کانال‌کشی انجام دهد. در همین حال، این امر به حفظ کیفیت پایدار خروجی کمک می‌کند. یک جداکننده سه‌فازی (گاز-مایع-جامد یا GLS) در بالای پتو لجن قرار دارد تا ذرات جامد را از مخلوط (گاز، مایع و جامد) پس از تصفیه جدا کند و به مایع و گاز اجازه خروج از راکتور UASB را بدهد.

پس از آن، فاضلاب تصفیه‌شده توسط سیستم جمع‌آوری خروجی از طریق چندین ناودان توزیع‌شده در سراسر منطقه تخلیه، به ناودان اصلی که در محیط راکتور قرار دارد منتقل می‌شود. گازهای زیستی تولید شده نیز به عنوان سوخت باارزش جمع‌آوری یا برای دفع مورد استفاده قرار می‌گیرند.

میانگین بارگذاری طراحی در مقیاس کامل برای UASB در ۶۸۲ واحد تصفیه بررسی‌شده، ۱۰ کیلوگرم COD بر متر مکعب در روز بود.

کارکرد و کاربرد تصفیه UASB

سیستم UASB برای جوامع کوچک یا روستایی فاقد تأمین مداوم آب، برق و نیروی کار ماهر مناسب نیست. این فناوری به ویژه برای مناطق شهری پرجمعیت مناسب است، زیرا نیاز به زمین کمی دارد. طراحی و ساخت UASB نسبتاً ساده است، اما توسعه لجن گرانول ممکن است چندین ماه طول بکشد. راکتور UASB قادر به تولید فاضلاب با کیفیت بالاتر از سپتیک تانک ها در حجم کوچکتر است. اگرچه این فرآیند برای تصفیه پساب صنعتی در مقیاس بزرگ و با بارهای آلی بالا تا 10 کیلوگرم BOD/m3/d کاملاً شناخته شده است، اما کاربرد آن در فاضلاب خانگی هنوز نسبتاً جدید است.

UASB معمولاً برای پساب صنایع آبجوسازی، تقطیر، فرآوری مواد غذایی و خمیر و کاغذ استفاده می شود، زیرا این فرآیند معمولاً 80 تا 90 درصد COD را حذف می کند. در مواردی که جریان ورودی قدرت کمی دارد یا حاوی جامدات، پروتئین ها یا چربی های بیش از حد است، راکتور ممکن است به درستی کار نکند. دما نیز عامل کلیدی دیگری است که عملکرد را تحت تأثیر قرار می دهد. UASB به سطوح بالای تصفیه آلی می رسد و بیوگاز تولید شده می تواند برای تبدیل انرژی استفاده شود. با این حال، پاتوژن ها و همچنین مواد مغذی حذف نمی شوند. به دلیل حذف کم مواد مغذی، فاضلاب برای استفاده مجدد در کشاورزی پس از تصفیه بیشتر یا با در نظر گرفتن برخی اقدامات ویژه حفاظت از سلامت مناسب است.

کارخانه‌های تولید نوشیدنی و صنایع مرتبط
کارخانه‌های تولید مشروبات الکلی و صنایع تخمیر
صنعت غذا
صنایع کاغذ و خمیر کاغذ

جدول 1: مطالعات اخیر گزارش شده در مورد تصفیه پساب‌های با بار آلی بالا به روش UASB

جدول زیر نتایج مطالعات مختلف در زمینه تصفیه انواع پساب‌های با بار آلی بالا به روش UASB را نشان می‌دهد. این مطالعات پارامترهای مختلفی مانند دما، غلظت آلاینده‌ها، زمان ماند هیدرولیکی، نرخ بارگذاری آلی و بازده حذف آلاینده‌ها را بررسی کرده‌اند. روش UASB یک روش تصفیه بیولوژیکی است که از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه مواد آلی در پساب استفاده می‌کند.

پساب	دما (°C)	تقاضای اکسیژن شیمیایی ورودی (گرم بر لیتر)	درصد حذف تقاضای اکسیژن شیمیایی	زمان ماند هیدرولیکی (ساعت)	نرخ بارگذاری آلی (گرم COD بر لیتر.روز)	بازده متان	مرجع
پساب غنی از گلوتامات	35	2.0	95.5-96.5	4.5-6	8.26-10.82	0.31 L CH4/g COD	[25]
مونوسدیم گلوتامات	35	7.9	97	24	8	2.3 L CH4/L·d	[26]
هیدرولیزات باگاس نیشکر	20-30	1.82	86	18.4	2.4	0.27 L CH4/g COD	[27]
پساب کارخانه بازیافت کاغذ	37	5.7	80.6	15.14	5.18	0.89 L CH4/L·d	[28]
ویناس	دمای محیط	120.2	91-93	40	72.1	0.46-0.53 L CH4/L·d	[18]
گوار	37	1.1	79-84	10	2.78	0.15-0.16 L CH4/g COD d	[29]
پساب الیاف مصنوعی	13.9-32.1	1.7-30.7	75.8	24	1.3-21.5	0.4-2 L CH4/L·d	[30]
پساب پسته	35	49.8	89.8	5.4 روز	4.56	0.33 L CH4/g COD	[31]
پرکلرات	30	–	84.7	2.2	9.96	–	[32]
پساب مصنوعی کشتارگاه	37	1.7	70	10	3.94-8.15	0.35 L CH4/L·d	[33]
پساب شکلات	15-30	6.2	39-94	6	2-6	0.3-1.9 L بیوگاز/L·d	[34]
کود مایع خوک	36	21.5	–	1.5 روز	14.3-16.4	0.25 L CH4/g COD	[35]
شیرابه زباله سوز	35	36.8	97.5-99.5	1.3-3 روز	1.86-7.43	–	[36]

توضیحات واحدها:

L CH4/g COD: لیتر متان به ازای هر گرم تقاضای اکسیژن شیمیایی
L CH4/L·d: لیتر متان به ازای هر لیتر در روز
L CH4/g COD d: لیتر متان به ازای هر گرم تقاضای اکسیژن شیمیایی در روز
L بیوگاز/L·d: لیتر بیوگاز به ازای هر لیتر در روز

بخشهای مختلف رآکتور UASB

راکتور UASB دارای سه بخش متمایز است، محفظه واکنش، جدا کننده گاز و ته نشین کننده. محفظه واکنش باید در زیر جداکننده گاز و قسمت ته نشین کننده در بالای جدا کننده گاز قرار دارد. در واقع نقش قسمت ته نشین کننده جدا سازی گرانولها و باز گرداندن آنها به قسمت واکنش می باشد. راکتور UASB دارای یک سیستم ورودی و تغذیه است که باعث می شود فاضلاب ورودی به طور مساوی در کف راکتور توزیع شود که این امر مانع کانالیزه شدن جریان می شود.

تعداد ورودی های تغذیه نصب شده در کف می تواند از 1 عدد به ازای هر متر مربع تا 1 عدد به ازای هر 5 متر مربع متغییر باشد. که این امر بستگی به سرعت بار گذاری دارد و هرچه سرعت بار گذاری بیشتر باشد ورودی های تغذیه کمتر است. غلظت توده بیولوژیکی در بستر لجن باید بین 40 تا 70 گرم لیتر باشد در حالیکه ابر لجن بالای آن دارای غلظتی برابر 20 تا 40 گرم در لیتر دارد.

ساخت سیستم های تصفیه فاضلاب صنعتی با فرآیند UASB

شرکت مهندسی فراب زیست فراز با سابقه ای درخشان در امر طراحی و ساخت و راهبری انواع پکیجهای تصفیه فاضلاب و طراحی و ساخت سیستم تصفیه فاضلاب با فرآیند UASB پاسخگوی نیازهای شما میباشد.

ارتفاع و مساحت راکتور UASB

برای کاهش مساحت مورد نیاز و هزینه زمین، جداساز GLS و ترتیب توزیع جریان ورودی و غیره، راکتور باید تا حد ممکن بلند باشد. همچنین، ارتفاع بستر لجن باید کافی باشد تا از ایجاد کانال جلوگیری شود و اطمینان حاصل شود که سرعت جریان رو به بالای مایع در محدوده مجاز (1.2 تا 1.5 متر در ساعت) قرار دارد. بنابراین، ارتفاع بستر لجن باید حداقل حدود 1.5 تا 2.5 متر باشد و در نتیجه ارتفاع راکتور باید به 4 متر محدود شود تا فضای کافی برای بستر لجن، لایه لجن و جداساز سه فاز فراهم شود. همانطور که ذکر شده، حداکثر ارتفاع استاندارد راکتور حدود 8 متر است اما ارتفاع قابل استفاده در کاربردهای معمول بین 4.5 تا 6 متر است.

علاوه بر این، بستر لجن 30 تا 60 درصد حجم کل راکتور را اشغال می کند، 20 تا 30 درصد حجم کل برای لایه لجن در نظر گرفته شده و جداساز GLS 15 تا 30 درصد باقی مانده حجم کل را اشغال می کند.

مراحل تصفیه در سیستمهای تصفیه فاضلاب UASB

راکتورهای UASB معمولاً از بتن یا مواد ضد آب مشابه ساخته می‌شوند و می‌توانند به صورت دایره‌ای یا مستطیلی طراحی شوند. پساب ورودی از قسمت تحتانی راکتور پمپ می‌شود، جایی که مواد جامد معلق و فعالیت میکروبی منجر به تشکیل لجن می‌شوند. لجن تشکیل شده شامل گرانول‌های میکروبی (با قطر 1 تا 3 میلی‌متر) است که به دلیل وزن خود، در برابر شستشو در جریان صعودی مقاومت می‌کنند.

میکروارگانیسم‌های موجود در لایه لجن ترکیبات آلی را تجزیه می‌کنند و در نتیجه، گازهای بیوگاز (متان و دی اکسید کربن) تولید می‌شوند. حباب‌های گاز صعودی لجن را بدون نیاز به تجهیزات مکانیکی مخلوط می‌کنند. سرعت جریان رو به بالا و سرعت ته نشینی لجن در تعادل هستند و یک لایه لجن معلق نسبتاً پایدار تشکیل می‌دهند. دیوارهای شیبدار مواد را به سمت پایین منحرف می‌کنند تا از بالای مخزن خارج شوند. پساب تصفیه شده از قسمت فوقانی راکتور، در منطقه‌ای بالای دیوارهای شیبدار، استخراج می‌شود. یک جداساز گاز-مایع-جامد (GLSS) گاز را از پساب تصفیه شده و لجن جدا می‌کند.

پس از چند هفته بهره‌برداری، گرانول‌های بزرگ‌تر لجن تشکیل می‌شوند که به عنوان فیلتر برای ذرات کوچکتر عمل می‌کنند. به دلیل جریان صعودی، ارگانیسم‌های تشکیل دهنده گرانول ترجیحاً تجمع می‌کنند و ارگانیسم‌های دیگر شسته می‌شوند. این باکتری‌ها در تولید بیوگاز نسبت به زیست توده فلکوله کارآمدتر هستند.

مزایا

در طول فرآیند تصفیه، مقدار قابل توجهی انرژی زیست‌گاز تولید می‌شود که می‌تواند برای کاربردهای دیگر جمع‌آوری شود.
تولید پسماند جامد زیستی بسیار کمتر نسبت به روش‌های هوازی، زیرا بیشتر انرژی موجود در فاضلاب به شکل گاز تبدیل می‌شود و انرژی بسیار کمی برای رشد سلولی جدید باقی می‌ماند.
نیاز به انرژی کم برای فرآیند تصفیه.
نیاز به مواد مغذی کمتر.
سیستم می‌تواند برای دوره‌های طولانی بدون فرسایش جدی خاموش شود.
می‌تواند به طور مؤثری با بارهای شوک آلی مقابله کند.

معایب

تصفیه بی‌هوازی بدون تصفیه پس از آن نمی‌تواند به کیفیت تخلیه آب سطحی دست یابد.
ترکیبات گوگردی کاهش یافته تولید می‌شوند که باید از نظر خوردگی، بو و ایمنی به درستی رسیدگی شوند.
دوره راه‌اندازی طولانی‌تر.
برای فرآیند بی‌هوازی به محدوده دمایی مناسب (15 درجه سانتی‌گراد تا 35 درجه سانتی‌گراد) نیاز است، بنابراین در فصل سرد در برخی کشورها قابل استفاده نیست (مثلاً کانادا).
برخی از تجهیزات (مانند pH متر، دماسنج و غیره) و پرسنل حرفه‌ای برای نظارت بر شرایط داخلی راکتور ضروری هستند. این هزینه بر است.

راهبری و نگهداری سیستمهای تصفیه UASB

UASB یک فناوری تصفیه متمرکز است که نیازمند ساخت، بهره‌برداری و نگهداری توسط متخصصان می‌باشد. یک اپراتور ماهر برای نظارت بر راکتور و تعمیر قطعات، نظیر پمپ‌ها در صورت بروز مشکلات، ضروری است.

راکتورهای UASB برای راه‌اندازی به چندین ماه زمان نیاز دارند. لجن نه تنها باید تشکیل شود، بلکه باید با ویژگی‌های خاص فاضلاب سازگار گردد. با توجه به اینکه فاضلاب خانگی یا شهری از پیش حاوی ترکیبات مواد مغذی و ریزمغذی مورد نیاز برای فعالیت و رشد باکتری‌ها است، معمولاً نسبت به فاضلاب‌های صنعتی کمتر چالش‌برانگیز می‌باشند. بارگذاری آلی بالا در ارتباط با نرخ بارگذاری هیدرولیکی پایین، فرآیند گرانولاسیون را در مرحله شروع تسریع می‌نماید.

برای حفظ موقعیت مناسب پتو، بار هیدرولیکی باید با سرعت بالادست مطابقت داشته باشد و با بار آلی نیز همخوانی داشته باشد. مورد دوم مسئول توسعه لجن جدید است و این بدان معناست که باید جریان را کنترل کرد و مطابق با نوسانات بار آلی به درستی تنظیم نمود.