تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال

 

لجن فعال (Activated sludge)، فرآیندی است که موجب تصفیه فاضلاب بهداشتی انسانی شده و اولین بار در سال­های 1912 تا 1914 توسعه یافته است. تمامی روش­های توسعه یافته لجن فعال دارای سه بخش اصلی هستند: مخزن هوادهی (به عنوان راکتور زیستی)، مخزن ذخیره (جهت جداسازی لجن فعال جامد و آب تصفیه شده)، و تجهیزات بازگردانی لجن فعال به مدار تصفیه و مخزن هوادهی.

 

در این سیستم تصفیه فاضلاب ابتدا هوای معمولی و در شرایط خاص اکسیژن خالص همراه با ارگانیسم­های فعال به فاضلاب عبور کرده از سیستم دانه گیری و تصفیه شده مقدماتی افزوده می­گردد. میزان غلظت مواد جامد در این مخلوط معمولا بین 3 تا 6 گرم بر لیتر است. در این مرحله میزان مواد زیست تخریب­پذیر در فاضلاب از طریق این میکروارگانیسم­ها در مخزن هوادهی کاهش می­یابد. کارایی این سیستم به مواردی چون زمان سکون هیدرولیکی در مخزن هوادهی، BOD5، COD، میزان نیتروژن، میزان اکسیژن، دما و نسبت مواد تجزیه­پذیر به میکروارگانیسم­ها در پکیج تصفیه فاضلاب وابسته است. فاضلاب پس از آن به مخزن ذخیره منتقل می­شود. به دلیل رشد بیولوژیکی میکروارگانیسم­ها و افزایش میزان مواد جامد موجود در فاضلاب لازم است تا در دوره­های زمانی خاصی به تخلیه لجن اضافی اقدام نمود تا نسبت این میکروارگانیسم­ها به مواد غذایی در دامنه مجاز قرار گیرد. این لجن فعال پیش از دفن، در محلی دور از تصفیه­خانه، در شرایط هوادهی شده و یا بدون آن تجزیه می­شود.

هدف:

استفاده از لجن فعال جهت تصفیه فاضلاب خانگی و یا بهداشتی انسانی به دلایل زیر صورت می­پذیرد:

  • اکسید نمودن مواد کربنی
  • اکسید نمودن مواد نیتروژنی: عمدتا آمونیوم و نیتروژن
  • حذف فسفات
  • تخلیه گازهای کربن دی اکسی، آمونیا، نیتروژن و .. محلول در فاضلاب
  • ایجاد یک توده بیولوژیکی که به راحتی ته­نشین گردد.

متغیرهای فرآیند لجن فعال در پکیج تصفیه فاضلاب

متغیرهای اصلی فرآیند لجن فعال شامل رژیم اختلاط، نرخ بارگذاری، و طرح جریان است. رژیم اختلاط می­تواند به صورت کامل و یا منقطع باشد؛ که رژیم منقطع از طریق جریان منظم فاضلاب به مخزن هوادهی بدون پیش گرفتن بخشی از جریان یا ترکیب شدن آن با مواد دیگر در طول جریان است. در رژیم اختلاط کامل، کل مخزن هوادهی مخلوط شده و با یکدیگر ترکیب می­شوند. میزان اکسیژن مورد نیاز، پتانسیل مواد زیست تخریب­پذیر به بارگذاری، شرایط محلی مخزن هوادهی، و نیروی جنبشی فرآیند تصفیه وابسته به نوع رژیم اختلاط است. طرح جریان شامل الگوی اضافه شدن فاضلاب، الگوی بازگشت لجن به مخزن هوادهی، و الگوی هوادهی است. فاضلاب می­تواند در یک نقطه ورودی و یا در چند نقطه در امتداد مخزن هوادهی با سیستم افزوده شود. بازگشت لجن به مخزن هوادهی می­تواند به صورت مستقیم از مخزن ذخیره و یا از طریق یک مخزن هوادهی مجدد به لجن باشد. همچنین، هوادهی می­تواند با نرخ ثابت و یا با نرخ متغیر باشد.

انواع تصفیه­   خانه

انواع مختلفی از تصفیه­خانه­های فاضلاب لجن فعال وجود دارد که شامل موارد زیر است:

پکیج تصفیه فاضلاب: تنوع زیادی از تصفیه خانه­ها برای خدمت رسانی به صنایع و ادارات کوچک ممکن است از این سیستم استفاده کنند. در این سیستم­ها از مرحله مقدماتی نشست صرف نظر می­گردد. استانداردهای مختلفی برای طراحی این پکیج­های تصفیه وجود دارد.

گودال اکسیداسیون: در صورت وجود فضای زیاد در محل تصفیه، از گودال­های گرد یا مربع شکل بزرگی جهت هوادهی استفاده می­شود. نگهداری این سیستم­ها آسان­تر بوده و برای جریان­های یک­باره در جوامع کوچک همچون صبح­ها و عصرها مناسب هستند. زمان سکون فاضلاب جهت هوادهی معمولا بین 24 تا 48 ساعت بوده و عمر لجن فعال بین 12 تا 20 روز است.

استوانه عمیق: در صورت نبود زمین، بخش هوادهی تصفیه خانه می­تواند به صورت تزریق هوای فشرده به مخزن استوانه­ای عمیق تا عمق 100 متر ساخته شود. اگرچه هزینه ساخت این سیستم بالا است اما کارایی بالاتری نیز دارد. این سیستم بیشتر در کشور ژاپن مورد استفاده قرار می­گیرد.

حوضچه­های هوادهی سطحی: این نوع از تصفیه­خانه­های فاضلاب تا 90 درصد از BOD را در زمانی بین 1 تا 10 روز حذف می­کند. عمق این حوضچه­ها بین 1.5 تا 5 متر بوده و از یک سیستم هوادهی شناور روی آب استفاده می­شود. لازم به ذکر است که کارایی این سیستم به اندازه واحد لجن فعال نیست زیرا اختلاط مناسبی در مخلوط وجود ندارد. نرخ واکنش­های شیمیایی در دماهای بالایی بیشتر بوده و معمولا این حوضچه­ها در دمایی بین 4 تا 32 درجه سلسیوس نگهداری می­شوند.

 

 

روش­های هوادهی

هوادهی پراکنده: در مخازن هوادهی عمیق، از پخش­کننده­هایی متصل به کف مخزن استفاده می­شود که مشابه با پمپ­های هوای آکواریوم­ها اما در مقیاس بزرگتر هستند. حباب­های هوا، ضمن فراهم نمودن اکسیژن لازم برای میکروارگانیزم­ها موجب اختلاط مخلوط نیز می­شوند. در صورت کمبود ظرفیت و یا سخت بودن فرآیند تصفیه برای انواع خاصی از فاضلاب ممکن است از اکسیژن خالص برای این امر استفاده شود.

هوادهی سطحی: لوله­هایی به صورت قائم با شعاعی کمتر از یک متر از سطح وارد مخزن بتنی عمیق شده و تا زیر مخلوط فاضلاب و لجن برده می­شود. ارتفاع این لوله­ها ممکن است تا 10 متر نیز باشد. در برخی از تصفیه­خانه­ها ممکن است تا 4 لوله مجزا برای این امر اختصاص داده شود.

تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال

لجن فعال (Activated sludge)، فرآیندی است که موجب تصفیه فاضلاب بهداشتی انسانی شده و اولین بار در سال­های 1912 تا 1914 توسعه یافته است. تمامی روش­های توسعه یافته لجن فعال دارای سه بخش اصلی هستند: مخزن هوادهی (به عنوان راکتور زیستی)، مخزن ذخیره (جهت جداسازی لجن فعال جامد و آب تصفیه شده)، و تجهیزات بازگردانی لجن فعال به مدار تصفیه و مخزن هوادهی.

 

در این سیستم تصفیه فاضلاب ابتدا هوای معمولی و در شرایط خاص اکسیژن خالص همراه با ارگانیسم­های فعال به فاضلاب عبور کرده از سیستم دانه گیری و تصفیه شده مقدماتی افزوده می­گردد. میزان غلظت مواد جامد در این مخلوط معمولا بین 3 تا 6 گرم بر لیتر است. در این مرحله میزان مواد زیست تخریب­پذیر در فاضلاب از طریق این میکروارگانیسم­ها در مخزن هوادهی کاهش می­یابد. کارایی این سیستم به مواردی چون زمان سکون هیدرولیکی در مخزن هوادهی، BOD5، COD، میزان نیتروژن، میزان اکسیژن، دما و نسبت مواد تجزیه­پذیر به میکروارگانیسم­ها در پکیج تصفیه فاضلاب وابسته است. فاضلاب پس از آن به مخزن ذخیره منتقل می­شود. به دلیل رشد بیولوژیکی میکروارگانیسم­ها و افزایش میزان مواد جامد موجود در فاضلاب لازم است تا در دوره­های زمانی خاصی به تخلیه لجن اضافی اقدام نمود تا نسبت این میکروارگانیسم­ها به مواد غذایی در دامنه مجاز قرار گیرد. این لجن فعال پیش از دفن، در محلی دور از تصفیه­خانه، در شرایط هوادهی شده و یا بدون آن تجزیه می­شود.

هدف:

استفاده از لجن فعال جهت تصفیه فاضلاب خانگی و یا بهداشتی انسانی به دلایل زیر صورت می­پذیرد:

  • اکسید نمودن مواد کربنی
  • اکسید نمودن مواد نیتروژنی: عمدتا آمونیوم و نیتروژن
  • حذف فسفات
  • تخلیه گازهای کربن دی اکسی، آمونیا، نیتروژن و .. محلول در فاضلاب
  • ایجاد یک توده بیولوژیکی که به راحتی ته­نشین گردد.

متغیرهای فرآیند لجن فعال در پکیج تصفیه فاضلاب

متغیرهای اصلی فرآیند لجن فعال شامل رژیم اختلاط، نرخ بارگذاری، و طرح جریان است. رژیم اختلاط می­تواند به صورت کامل و یا منقطع باشد؛ که رژیم منقطع از طریق جریان منظم فاضلاب به مخزن هوادهی بدون پیش گرفتن بخشی از جریان یا ترکیب شدن آن با مواد دیگر در طول جریان است. در رژیم اختلاط کامل، کل مخزن هوادهی مخلوط شده و با یکدیگر ترکیب می­شوند. میزان اکسیژن مورد نیاز، پتانسیل مواد زیست تخریب­پذیر به بارگذاری، شرایط محلی مخزن هوادهی، و نیروی جنبشی فرآیند تصفیه وابسته به نوع رژیم اختلاط است. طرح جریان شامل الگوی اضافه شدن فاضلاب، الگوی بازگشت لجن به مخزن هوادهی، و الگوی هوادهی است. فاضلاب می­تواند در یک نقطه ورودی و یا در چند نقطه در امتداد مخزن هوادهی با سیستم افزوده شود. بازگشت لجن به مخزن هوادهی می­تواند به صورت مستقیم از مخزن ذخیره و یا از طریق یک مخزن هوادهی مجدد به لجن باشد. همچنین، هوادهی می­تواند با نرخ ثابت و یا با نرخ متغیر باشد.

انواع تصفیه­  خانه

انواع مختلفی از تصفیه­خانه­های فاضلاب لجن فعال وجود دارد که شامل موارد زیر است:

پکیج تصفیه فاضلاب: تنوع زیادی از تصفیه خانه­ها برای خدمت رسانی به صنایع و ادارات کوچک ممکن است از این سیستم استفاده کنند. در این سیستم­ها از مرحله مقدماتی نشست صرف نظر می­گردد. استانداردهای مختلفی برای طراحی این پکیج­های تصفیه وجود دارد.

گودال اکسیداسیون: در صورت وجود فضای زیاد در محل تصفیه، از گودال­های گرد یا مربع شکل بزرگی جهت هوادهی استفاده می­شود. نگهداری این سیستم­ها آسان­تر بوده و برای جریان­های یک­باره در جوامع کوچک همچون صبح­ها و عصرها مناسب هستند. زمان سکون فاضلاب جهت هوادهی معمولا بین 24 تا 48 ساعت بوده و عمر لجن فعال بین 12 تا 20 روز است.

استوانه عمیق: در صورت نبود زمین، بخش هوادهی تصفیه خانه می­تواند به صورت تزریق هوای فشرده به مخزن استوانه­ای عمیق تا عمق 100 متر ساخته شود. اگرچه هزینه ساخت این سیستم بالا است اما کارایی بالاتری نیز دارد. این سیستم بیشتر در کشور ژاپن مورد استفاده قرار می­گیرد.

حوضچه­های هوادهی سطحی: این نوع از تصفیه­خانه­های فاضلاب تا 90 درصد از BOD را در زمانی بین 1 تا 10 روز حذف می­کند. عمق این حوضچه­ها بین 1.5 تا 5 متر بوده و از یک سیستم هوادهی شناور روی آب استفاده می­شود. لازم به ذکر است که کارایی این سیستم به اندازه واحد لجن فعال نیست زیرا اختلاط مناسبی در مخلوط وجود ندارد. نرخ واکنش­های شیمیایی در دماهای بالایی بیشتر بوده و معمولا این حوضچه­ها در دمایی بین 4 تا 32 درجه سلسیوس نگهداری می­شوند.

 

 

روش­های هوادهی

هوادهی پراکنده: در مخازن هوادهی عمیق، از پخش­کننده­هایی متصل به کف مخزن استفاده می­شود که مشابه با پمپ­های هوای آکواریوم­ها اما در مقیاس بزرگتر هستند. حباب­های هوا، ضمن فراهم نمودن اکسیژن لازم برای میکروارگانیزم­ها موجب اختلاط مخلوط نیز می­شوند. در صورت کمبود ظرفیت و یا سخت بودن فرآیند تصفیه برای انواع خاصی از فاضلاب ممکن است از اکسیژن خالص برای این امر استفاده شود.

هوادهی سطحی: لوله­هایی به صورت قائم با شعاعی کمتر از یک متر از سطح وارد مخزن بتنی عمیق شده و تا زیر مخلوط فاضلاب و لجن برده می­شود. ارتفاع این لوله­ها ممکن است تا 10 متر نیز باشد. در برخی از تصفیه­خانه­ها ممکن است تا 4 لوله مجزا برای این امر اختصاص داده شود.

© 2017 Tamadon-Tasfie. All Rights Reserved | Design by Tamadon-Tasfie