راکتور بیوفیلمی با بستر متحرک یا MBBR یک فرآیند بیولوژیکی رشد چسبیده برای تصفیه فاضلاب های شهری و صنعتی جهت حذف BOD، نیتریفیکاسیون و دینیتریفیکاسیون می باشد.
فرآیند MBBR شامل یک راکتور با مدیاهای پلاستیکی غوطه‌ور (معمولاً از جنس HDPE، پلی اتیلن یا پلی‌پروپیلن) با وزن مخصوص کمتر از 1 می باشد. سطح زیاد مدیای پلاستیکی باعث ایجاد فضای فراوانی برای رشد باکتری ها می شود. بیومس بر روی سطح مدیا به صورت لایه ای نازک رشد کرده که ضخامت آن معمولاٌ بین 300-50 میکرون متغیر است.
دیفیوزرهای حباب درشت یا متوسط به طور یکنواخت در قسمت تحتانی راکتور جای گرفته و غلظت اکسیژن محلول (DO) را بیشتر ازmg/L 3-5/2 جهت حذف BOD نگاه می دارند. غلظت‌های بالاتر DO در صورتی که هدف نهایی دنیتریفیکاسیون باشد، تامین می‌گردد. در راستای جلوگیری از فرار مدیاها از تانک، توری هایی در قسمت خروجی راکتور تعبیه می شود. پس از مرحله هوادهی MBBR ، یک زلال ساز یا DAF برای جدا کردن بیومس و مواد جامد از پساب استفاده می گردد. هیچ گونه نیازی به برگشت لجن برای این فرآیند وجود ندارد. برای انجام فرآیند دنیتریفیکاسیون از تانک های MBBR بیهوازی استفاده می گردد که بسیار شبیه نمونه هوازی خود که در بالا به توضیح آن پرداختیم بوده با این تفاوت که هیچ اکسیژنی تامین نمی گردد. تانک هیچ دیفیوزری نداشته و مدیاها توسط میکسرهای شناور، معلق می مانند. سایر ویژگی ها از جمله وجود توری همانند راکتور هوازی بوده گرچه ممکن است اندکی طراحی متفاوت باشد.
در فرآیند MBBR هوازی، پساب وارد راکتور هوادهی شده که در آنجا بیومس به مدیا چسبیده و مواد آلی موجود را کاهش داده که این امر منجر به حذف BOD و یا نیتریفیکاسیون با توجه به ویژگی های پساب می شود. کربن آلی تبدیل به کربن دی اکسید شده و هنگامی که آمونیاک و نیتروژن موجود در مواد آلی از طریق فرآیند نیتریفیکاسیون تبدیل به نیترات می شوند، از سیستم خارج می گردد.
اکسیژن مورد نیاز برای فرآیند توسط دیفیوزرهای نصب شده در کف راکتور فراهم می گردد. سپس پساب تصفیه شده از توری موجود در خروجی راکتور عبور کرده و به زلال ساز ثقلی یا DAF جریان پیدا می کند که در آنجا نیز بیومس و جامدات موجود از آن جدا می شوند.
امروزه با توجه به کاربرد گسترده MBBR تعداد فراوانی از این پکیج در سراسر جهان نصب و مورد اسنفاده قرار گرفته است. از MBBR می توان برای پساب بسیاری از صنایع مانند: صنایع غذایی و نوشابه سازی، صنایع فولاد، پالایشگاه های نفت، پتروشیمی، صنایع شیمیایی، کارخانه های تولید کاغذ و هر صنعت دیگری که پساب آن نیاز به حذف BOD، نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون دارد، استفاده نمود.
امروزه تکنولوژی MBBR به دلیل ایجاد مزیت های فراوان نسبت به فرآیند سنتی لجن فعال بسیار پر کاربرد گشته و تبدیل به تکنولوژی تصیفه بیولوژیکی رایج تری شده است. هم چنین به دلیل قیمت پایین و بالا بودن کیفیت تصفیه، تکنولوژی MBBR در اغلب موارد به تکنولوژی بیوراکتور ممبرانی (MBR) ترجیح داده می شود. یکی از کاربردهای MBBR ، استقرار آن قبل از فرآیند لجن فعال در مواردی که BOD پساب بسیار بالاست، می‌باشد. راکتور MBBR در این حالت قادر به حذف %80-60 BOD است و بارگذاری در قسمت بالا دست فرآیند لجن فعال را به طرز مشهودی کاهش می دهد که منجر به بالا بردن راندمان پکیج تصفیه فاضلاب و کاهش فضای مورد نیاز می‌گردد.
برخی از ویژگی های کلیدی فرآیند MBBR عبارتند از: 1- پایداری- نسبت به تغییرات بار ورودی و شرایط موجود مقاوم بوده و خروجی تقریبا یکسانی ارائه می‌دهد. 2- کارآمد- مواد جامد خیلی کمی داشته و حتی در برخی موارد نیازی به واحد جداسازی وجود نخواهد داشت. 3- کم حجم- به طور معمول 3/1 فضای مورد نیاز فرآیند لجن فعال مورد نیاز است. 4- مقرون به صرفه- نیاز به سرمایه گذاری کمی داشته و هزینه های آن نزدیک به فرآیند لجن فعال می‌باشد، و نسبت به فرآیند MBR هزینه های کمتری دارد. 5- تطبیق پذیر- با کمک MBBR به راحتی می توان تصفیه خانه های موجود را ارتقا داد هم چنین یک واحد MBBR را می توان با کمترین هزینه و تغییرات در زیر ساخت، جهت کارکرد در بارهای بالاتر ارتقا بخشید. 6- راهبری آسان- این سیستم دارای کارکرد ساده، عدم نیاز به برگشت لجن و مشکلات ناشی از گرفتگی مدیا است.
فرآیند لجن فعال پروسه ای برای تصفیه فاضلاب و پساب های صنعتی با استفاده از هوا و فلاک های بیولوژیکی متشکل از باکتری و تک یاخته (protozoa) می باشد.
در تصفیه خانه های فاضلاب (یا پساب های صنعتی) از فرآیند بیولوژیکی لجن فعال برای دستیابی به اهداف زیر استفاده می شود: اکسید نمودن مواد آلی، اکسید کردن مواد دارای نیتروژن علی الخصوص آمونیوم و نیتروژن موجود در مواد بیولوژیکی و حذف مواد مغذی (نیتروژن و فسفر).
مبانی کلی یک فرآیند تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال برای حذف مواد آلی شامل مراحل زیر می باشد: – تانک هوادهی که در آن هوا (و یا اکسیژن) به مخلوط لجن تزریق می شود. – مخزن ته نشینی (که معمولاٌ با عنوان زلال ساز یا مخزن ته نشینی ثانویه نیز شناخته می شود) که در آن فلاک های بیولوژیکی (پتوی لجن) ته نشین می شود و جداسازی لجن بیولوژیکی از آب زلال تصفیه شده انجام می گیرد.
تصفیه مواد نیتروژنی یا فسفاته شامل مراحل دیگری می باشد که در آن مخلوط لجن در شرایطی غیرهوازی قرار داده می شود (به بیان دیگر در این شرایط هیچ گونه اکسیژن محلولی وجود نخواهد داشت).
راکتور بیولوژیکی و زلال ساز نهایی
این فرآیند شامل وارد کردن هوا یا اکسیژن به مخلوطی از فاضلابی با تصفیه اولیه و آشغال گیری شده یا یک پساب صنعتی (پساب) همراه با میکروارگانیسم ها، جهت بسط دادن فلاک های بیولوژیکی، که باعث کاهش محتوای آلی لجن می شود، می باشد. این مواد که در لجن بی خطر دارای فلاکی قهوه ای رنگ می باشند، عمدتاٌ شامل باکتری ای با نام saprotrophic بوده اما هم چنین دارای فلور تک یاخته ی مهمی بوده که غالباٌ از آمیب ها، spirotrichها و مقادیری از سایر گونه های فیلتر کننده تشکیل شده است.
سایر ترکیبات مهم حاوی روتیفرهای جنبنده و ساکن می باشند. در مواردی که لجن فعال به درستی راهبری نشده باشد دسته ای از باکتری های رشته ای لعاب دار رشد کرده که منجر به تولید لجنی با خواص ته نشینی ضعیف شده و می تواند منجر به فرار پتوی لجن از روی سر ریزهای حوض ته نشینی و آلوده نمودن خروجی نهایی یا پایین آوردن کیفیت آن گردد. این مواد عموماٌ با نام قارچ فاضلابی شناخته می شوند اگرچه وجود این توده های قارچی نسبتاٌ غیر معمول می باشند.
ترکیب پساب (فاضلاب) و توده زیستی (بیومس) معمولاٌ با عنوان مخلوط لجن شناخته می شود. در تمامی تصفیه خانه های لجن فعال هنگامی که پساب به مقدار کافی تصفیه گردید، مخلوط لجن مازاد به مخزن ته نشینی تخلیه شده و لایه ی شناور تصفیه شده ی رویی برای انجام تصفیه تکمیلی قبل از تخلیه به مرحله ی بعدی تصفیه جاری می شود. قسمتی از لجن های ته نشین شده به ابتدای فرآیند هوادهی جهت افزایش راندمان تجزیه بیولوژیکی فاضلاب ورودی به تانک برگردانده می شود. این بخش از فلاک، لجن فعال برگشتی (R.A.S) نامیده می شود.
فضای مورد نیاز برای یک تصفیه خانه فاضلاب لجن فعال را می توان با استفاده از قرار دادن یک راکتور بیولوژیکی ممبرانی قبل از سیستم لجن فعال که برای کاهش بار آلودگی استفاده می شود، کاهش داد. این کار منتج به تولید پسابی غلیظ تر شده که در ادامه می توان آن را با فرآیند لجن فعال تصفیه نمود.
در بسیاری از تصفیه خانه های فاضلاب از پمپ های محوری برای انتقال مخلوط فاضلاب نیتریفای شده از بخش هوادهی به قسمت غیرهوازی برای انجام عملیات دی نیتریفیکاسیون استفاده می شود که نام دیگر این تجهیز پمپ های داخلی بازیافت مخلوط لجن (IMLR) می باشد. فاضلاب خام، RAS و مخلوط فاضلاب نیتریفای شده توسط میکسرهای مستغرق در بخش های غیرهوازی برای انجام عمل دی نیتریفیکاسیون باهم مخلوط می گردند.
تولید لجن
به مواد بیولوژیکی فعال تولید شده در تصفیه خانه لجن فعال، لجن فعال Activated Sludge گفته میشود. لجن مازاد یا لجن فعال اضافی در جهت ثابت نگه داشتن نسبت بیومس به فاضلاب ورودی، از سیستم تصفیه فاضلاب با روش لجن فعال خارج می گردد. این لجن معمولاٌ با لجن اولیه ی حاصل از زلال سازهای اولیه مخلوط شده و برای انجام تصفیه های بعدی لجن مانند هضم بی هوازی، آبگیری، تهیه کمپوست و… انتقال می یابد.
میزان لجن فاضلاب تولیدی طی فرآیند لجن فعال به طور مستقیم متناسب با مقدار پساب تصفیه شده است. مقدار کلی لجن تولیدی شامل مجموع لجن اولیه ی حاصل از مخازن ته نشینی اولیه بعلاوه لجن فعال اضافی راکتورهای بیولوژیکی می باشد. فرآیند لجن فعال چیزی در حدود kg/ML 70-100 لجن فعال مازاد تولید می‌کند. علاوه بر آن در حدود kg/ML 170-110 از لجن اولیه نیز در تانک های ته نشینی اولیه که در اکثر پیکربندی های فرآیندهای لجن فعال وجود دارند، تولید می شوند.
کنترل فرآیند لجن فعال
روش اصلی کنترل فرآیند پایش محل قرارگیری پتوی لجن، شاخص حجمی لجن (SVI)، متوسط زمان ماند سلولی (MCRT)، نسبت مواد غذایی به میکرو ارگانیسم ها (F/M)، سن لجن، DO، نیتروژن، فسفات، BOD و COD می باشد.
در سیستم های راکتور/هواده + سیستم زلال سازی: – پتوی لجن از کف زلال ساز تا جامدات ته نشین شده در ستون آب زلال ساز اندازه گیری میشود، این کار را در تصفیه خانه های بزرگ تا سه بار در روز می توان انجام داد. – SVI حجم اشغال شده توسط یک گرم لجن خشک جامد ته نشین شده بعد از گذشت 30 دقیقه از زمان ته نشینی در یک استوانه مدرج 1000 میلی لیتری می باشد. – MCRT مجموع جرم جامدات معلق مخلوط لجن (MLSS) در هواده و زلال ساز بر روی دبی جرمی ذرات جامد معلق مخلوط لجن خارج شده از سیستم تصفیه فاضلاب می باشد. – F/M نسبت مواد غذایی داده شده به میکروارگانیسم ها در هر روز به میزان میکروارگانیسم های موجود در هوادهی می باشد.
با توجه به این روش های کنترلی میزان جامدات ته نشین شده در مخلوط لجن را می توان با توجه به لجن فعال مازاد (WAS) یا لجن فعال برگشتی تغییر داد.
طراحی و پیکربندی تصفیه خانه های لجن فعال بسیار متنوع بوده و شامل مواردی همچون پکیج تصفیه فاضلاب، چاهک اکسیداسیون، تصفیه توسط شفت عمیق/عمودی، حوض هوادهی سطحی، راکتور ناپیوسته متوالی (SBR) می باشد.
راکتور بیولوژیکی ممبرانی یا MBR ترکیبی از یک فرآیند غشایی مانند میکروفیلتراسیون MF یاالترافیلتراسیون UF با یک راکتور رشد معلق بوده که امروزه به طور گسترده ای در تصفیه پساب های صنعتی و شهری مورد استفاده می گیرد. MBRها دارای ابعاد متفاوتی بوده و حتی می توانند فرآیند تصفیه فاضلاب را برای جمیعت معادل 80000 نفر(48 میلیون لیتر در روز) انجام دهند.
تصفیه فاضلاب های شهری توسط فرآیندهای MBR منجر به تولید خروجی با کیفیت بالا شده که می توان آن را در آب های سطحی، ساحلی یا آبراه های شور تخلیه کرده و یا در آبیاری فضای سبز استفاده نمود. از دیگر مزایای MBRها نسبت به فرآیندهای سنتی می توان به نیاز به فضای کمتر، تصفیه با کیفیت تر و به روز رسانی تصفیه خانه های قدیمی توسط آن اشاره نمود.
نسبت به سیستم های جداسازی با ته نشینی سنتی فرآیندهای MBR می توانند پساب های دارای ذرات جامد معلق(MLSS) با غلظت بالاتر را تصفیه نمایند که اینامر باعث کاهش حجم راکتور در بارگذاری مشابه می گردد.
MBRها به دو نوع اصلی تقسیم می گردند: داخلی/مستغرق که در آن ممبران ها در داخل سیستم غوطه ور بوده و جزئی از خود راکتور می باشند و خارجی/جانبیکه در آن ممبران ها واحد فرآیندی مستقل بوده و نیازمند مرحله پمپاژ می باشد.
دستیابی به ابداعات و نوآوری های اخیر و کاهش چشمگیر قیمت ممبران سبب تبدیل MBRها به یکی از انتخاب های رایج در تصفیه فاضلاب گشته است، بنابراین بکار گیری فرآیند MBR جهت تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب شهری و صنعتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است که افزایش روز افزون در تعداد و حجم MBRها نیز تصدیقی بر این موضوع می باشد. از MBRها می توان در جهت کاهش فضای مورد نیاز یک سیستم تصفیه فاضلاب لجن فعال با حذف برخی ترکیبات جامد از مخلوط فاضلاب استفاده نمود و سپس فاضلاب تغلیظ شده حاصل را با استفاده از فرآیند لجن فعال تصفیه کرد.
مدل های طراحی MBR
داخلی/مستغرق
در این نوع طراحی بخش فیلترکننده می تواند در داخل مخزن راکتور یا یک تانک مجزا قرار می گیرد. ممبران ها می توانند صفحاتی صاف، لوله ای و یاترکیبی از هر دو باشند و می تواند دارای یک سیستم بک واش آنلاین نیز باشد که این عمل با استفاده از پمپ کردن آب تصفیه شده به صورت معکوس به درون ممبران صورت می پذیرد و باعث کاهش گرفتگی( فولینگ) روی سطح ممبران می گردد.
در سیستم هایی که ممبران در یک تانک جدا از راکتور بیولوژیکی قرار دارند دسته ای از ممبران ها را جهت انجام عملیات شستشو و تمیز سازی توسط کمپرس غشا جدا می نمایند، در هر صورت به منظور بالا بردن مقدار MLSS می بایست بیومس به طور پیوسته به راکتور اصلی برگشت داده شود. همچنین برای سیستم های MBR به منظور کاهش گرفتگی باید هوادهی اضافه در نظر گرفته شود. در مواردیکه ممبران ها در راکتور اصلی نصب گردد، ماژول ممبران بجای نصب بر لوله به مخزن ته نشینی جداگانه ای انتقال می یابد.
خارجی/جانبی
در این روش طراحی MBR بخش فیلترکننده خارج از راکتور نصب می شود. بیومس نیز به طور مستقیم از درون تعدادی ممبران پشت سر هم عبور داده میشود و به راکتور بیولوژیکی برگشت داده می شود، یا اینکه بیومس به مجموعه ای از ماژول ها پمپ شده که در آنجا یک پمپ ثانویه بیومس را در ماژول هایی پشت سر هم به چرخش در می آورد. تمیز شدن و مستغرق کردن ممبران ها بوسیله تانک پاک سازی، پمپ و لوله کشی ها در محل انجام می پذیرد.
شرکت مهندسی تصفیه هوشمند آویسا با توجه به نیاز و خواست مشتری این سیستم تصفیه را با قابلیت هایی همچون انعطاف پذیری در آرایش قرارگیری اجزای تصفیه خانه، نصب آسان در موقعیت های مکانی مختلف، هزینه ی پایین بهره برداری و نگه داری، کنترل اتوماتیک و سیستم فرمان هوشمند ارائه می‌دهد.
گرفتگی یا فولینگ و کنترل آن
کارآیی فیلتراسیون MBR به ناچار با گذشت زمان کاهش می یابد. این امر ناشی از وجود ذرات ریز و محلول، درون و روی ممبران بوده که در فعل و انفعالات میان ممبران و اجزای لجن فعال حمل می گردند. این مانع و محدودیت موجود در فرآیند از زمان ابتدایی ترین MBRها وجود داشته و همواره تحقیقات در جهت رفع آن تا به امروز وجود دارد و هنوز نیز یکی از مسائل چالش برانگیز پیش رو در مورد ارتقا MBR می باشد.
با توجه به مطالعات اخیر در خصوص کارکرد ممبران ها در راکتور بیولوژیکی مشخص شده است که همانند سایر فرآیندهای جداسازی ممبرانی، گرفتگی ممبرانجدی ترین معضلی می باشد که بر روی عملکرد سیستم تاثیر گذار است. گرفتگی منجر به افزایش شدید مقاومت هیدرولیکی شده که با کاهش نفوذ جریان نمود پیداکرده و یا فشار گذرنده(TMP) هنگامی که فرآیند به ترتیب تحت شرایط TMP ثابت یا جریان ثابت باشد، افزایش می یابد.
در سیستم هایی که جریان باافزایش TMP تاٌمین می گردد انرژی مورد نیاز جهت انجام فیلتراسیون افزایش می یابد. بنابر آنچه ذکر شد شستشو و تمیز کردن متناوب و دوره ای ممبران لازمبوده که با توجه به نیاز به واحد تمیزکاری و از مدار خارج شدن واحد افزایش چشمگیری در هزینه ها ایجاد می گردد، هم چنین تعویض های دوره ای بیشتری نیز برای ممبران ها مورد نیاز می باشد.
گرفتگی ممبران حاصل تعاملات میان ممبران و مواد موجود در مخلوط فاضلاب و لجن فعال بوده که شامل فلوک های بیولوژیکی تشکیل شده توسط تعداد بیشماری از میکروارگانسیم های زنده یا مرده همراه با ترکیب های محلول و کلوئیدی می باشد. بیومس معلق هیچ گونه ترکیب ثابتی نداشته و هم با توجه به ترکیبات ورودی و هم با شرایط کارکرد MBR متغیر می باشد.
بنابراین هر چند مطالعات گسترده ای در زمینه گرفتگی ممبران صورت گرفته است اما به دلیل تنوع بالای موجود در شرایط کارکرد و المان های ورودی، متفاوت بودن روش های تحلیلی و محدود بودن اطلاعات ثبت شده در مورد ترکیب بیومس معلق در اغلب مطالعات، وضع قانونی کلی در مورد رفتار مربوط به گرفتگی ممبران ها به خصوص در مورد MBRها را امری بسیار مشکل ساخته است.
جریان هوای بوجود آمده در MBR مستغرق توانایی از بین بردن و یا حداقل کاهش چشمگیر گرفتگی در سطح ممبران را دارا می باشد. بازبینی های اخیر در مورد عملیات هوادهی در ممبران مستغرق حاکی از افزایش کارآیی توسط ایجاد حباب های گاز می باشد. هم چنین افزایشبیش از حد هوادهی تاثیری بر روی از بین بردن گرفتگی نداشته و انتخاب درست میزان هوادهی نکته ای کلیدی در طراحی MBR می باشد.
روش های متنوع دیگری نیز جهت مقابله و جلوگیری از ایجاد گرفتگی در MBRها وجود دارد که به عنوان نمونه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1 – وقفه متناوب که در آن فیلتراسیون در زمانی معمول و با فاصله برای چند دقیقه قبل از ادامه فرآیند متوقف می شود. فلوک های ایجاد شده در سطح ممبرانتمایل به بازگشت درون راکتور را داشته که این پدیده با هوادهی منظم و متوالی در طول این وقفه این عمل تسریع می گردد.
2 – بک واش ممبران که در آن آب تصفیه شده(عبور کرده از ممبران) توسط پمپ برگشت داده می شود و جریان عبوری از منافذ ممبران گرفتگی هایداخلی و خارجی را از بین می برد.
3 – بک واش هوا که در این روش هوایی پرفشار در سمت منافذ ممبران ایجاد می گردد و فشار بسیار زیادی را در مدت زمانی بسیار کوتاهرها می کند. بنابراین ماژول های ممبران نیاز دارند تا در مسیری پر فشار که به یک ونت(خروجی) متصل شده است قرار گیرند. هوا معمولاٌ از ممبران عبور نمی کنداما در صورت عبور موجب به خشک شدن ممبران شده و دوباره مرطوب سازی آن توسط پر فشار کردن قسمت تغذیه ضروری می باشد.
4 – استفاده از مواد باز دارنده و از بین برنده ی گرفتگی
علاوه بر موارد فوق انواع مختلفی از شویندهای شیمیایی نیز در بعضی موارد توصیه می گردد:
– بک واش شیمیایی(روزانه)
– شستشو و نگهداری توسط مواد شیمیایی غلیظ تر(هفتگی)
– شستشو با شویندهای بسیار قوی(سالانه)
شستشوی فشرده در مواقعی که عمل فیلتراسیون به دلیل وجود فشار گذرنده(TMP) بالا قابل انجام نمی باشد نیز بسیار کارآمد می باشد. شرکت هایتامین کننده ی MBR فرمول های مخصوصی برای مواد شیمیایی پاک کننده خود را دارا هستند که غالباٌ در غلظت و نحوه به کار گیری از هم متفاوت می باشند.در شرایط عادی شوینده های شایع شامل NaOCl و اسید سیتریک می باشند.
به دلیل وجود میکروارگانیسم های فراوان در MBRها نرخ جذب آلاینده ها را می توان افزایش داد که این عمل باعث کاهش مدت زمان و یا کوچکتر شدن حجم راکتور می گردد. در مقایسه با فرآیندهای لجن فعال متعارف(ASP) که معمولاٌ 95 درصد از COD را از بین می برد، MBRها می توانند این عدد را به 96 الی 99 درصد نیز برسانند. حذف COD و BOD5 با تغلیظ MLSS افزایش می یابد. حذف COD بالاتر از g/L 15 تقریباٌ مستقل از غلظت بیومس در راندمان بالای 96 درصد می باشد.
غلظت های بالای MLSS به صورت دلخواه مورد استفاده قرار نگرفته اند با این حال انتقال اکسیژن به دلیل وجود سیال غیر نیوتونی و با ویسکوزیتهبالا با مشکل روبرو گشته است. در روش ASP اندازه ی فلوک ها ممکن است تا چند صد میکرومتر نیز برسد. این بدان معناست که زیر لایه ها تنها از طریق پخش شدن می توانند به قسمت های فعال دست یابند که این امر منجر به ایجاد مقاومتی مازاد گشته و میزان کلی واکنش را محدود سازد. تنش هیدرودینامیکیدر MBRها باعث کاهش اندازه ی فلوک ها(تا مقدار 5/3 میکرومتر در MBRهای جانبی) شده و در نتیجه باعث افزایش میزان واکنش ها می‌گردد.
فاضلاب چیست؟تصفیه فاضلاب به چه روش هایی انجام می شود؟
فاضلاب به مجموعه آب هایی گفته می شود که کیفیت آن ها تحت تاثیر عوامل مصنوعی و طبیعی قرار گرفته و دیگر برای بهترین مصرف که همانا آشامیدن است، مناسب نمی باشند، که از طریق منابع مختلف شهری، تجاری، صنعتی، کشاورزی تولید می شود و اثرات مخربی بر محیط زیست و سلامت انسان و سایر جانداران دارد. انواع مختلف فاضلاب دارای خصوصیات متفاوتی هستند و در نتیجه برای کاهش اثرات مخرب آن ها می بایست روش های تصفیه فاضلاب مختلفی بر روی آن ها اعمال شود. به طور کلی فرایند های تصفیه فاضلاب به دو دسته کلی فرایند های هوازی و بی هوازی طبقه بندی می شوند. کلیه این فرایندها دارای دو زیر مجموعه فرایندهای رشد معلق و رشد چسبیده تقسیم بندی می شوند که هر یک کاربرد ویژه ای دارند.
فرایند تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال
واژه لجن فعال به لجن هوازی معلق مشتمل بر لخته هایی از باکتری های فعال اطلاق می گردد که ترکیبات آلی قابل تجزیه بیولوژیکی موجود در فاضلاب آشغال گیری شده یا پیش ته نشین شده را از طریق اکسیداسیون بیولوژیکی هوازی، تجزیه یا مصرف می کنند. سیستم تصفیه لجن فعال قادر به تصفیه آب سیاه (فاضلاب حاصل از سرویس بهداشتی و شستشو)، آب خاکستری (فاضلاب حاصل از شستشو)، لجن حاصل از مدفوع و حتّی فاضلاب صنعتی که حاوی مواد قابل تجزیه بیولوژیکی باشد، می باشد. این فرایند دارای اصلاحات مختلفی از جمله لجن فعال متداول، هوادهی گسترده، نهرهای اکسیداسیون، سیستم شفت عمیق، SBR، IFAS، MBBR، MBR، UASB و …. می باشد.
شرکت تصفیه هوشمند آویسا با در اختیار داشتن نیروهای مجرب و متخصص و اشراف کامل بر علم روز آب و فاضلاب، اقدام به ارائه خدمات مشاوره ای، طراحی، ساخت و بهره برداری از سیستم های تصفیه فاضلاب اعم از بهداشتی و صنعتی می نماید. این شرکت از پیشتازان هوشمندسازی و پایش آنلاین سیستم های تصفیه فاضلاب و آب در کشور است.
در این سیستم، فاضلاب آشغالگیری و دانه گیری شده پس از عبور از واحد ته نشینی اولیه، وارد واحد هوادهی می شود و پس از آن به منظور جداسازی لخته های بیولوژیکی تشکیل شده، به واحد ته نشینی راه می یابد و بخشی از لجن ته نشین شده به منظور تامین بیومس سلولی در واحد هوادهی مجدداً به این واحد برگشت داده می شود. این فرایند معمولاً برای فاضلاب های با قدرت کم استفاده می شود و زمان ماند در این سیستم ها معمولاً کوتاه می باشد.
فرایند هوادهی گسترده
فرایند هوادهی گسترده یکی از پرکاربردترین و موثرترین از اصلاحات لجن فعال است که زمان ماند طولانی و تثبیت نسبتاً کامل جامدات آلی از ویژگی های بارز این سیستم می باشد. این سیستم در ابتدا برای تصفیه جریان فاضلاب تولیدی جوامع کوچک مسکونی مورد استفاده قرار می گرفت. مدت زمان هوادهی در این سیستم بین 18 تا 36 ساعت می باشد و مقدار لجن حاصل از این فرایند کم و از نظر کیفیت بیولوژیکی تثبیت شده تر نسبت به فرایندهای مشابه می باشد.
یک نهر اکسیداسیون اصلاحیه ای از فرایند لجن فعال با زمان ماند جامدات بسیار بالا برای حذف موثر ترکیبات آلی بیولوژیکی است. سیستم تصفیه نهر اکسیداسیون به طور معمول دارای پیکره بندی مشتمل بر یک یا دو کانال است که به صورت استخر حلقه ای، بیضوی یا نعل اسبی ساخته می شود. تجهیزات هوادهی و اختلاط به منظور هوادهی و برقراری اختلاط در این کانال به گونه ای قرار گرفته اند که فاضلاب به صورت مخالف جهت یکدیگر جریان می یابد. از این سیستم برای تصفیه فاضلاب تولیدی جوامع مسکونی کوچک تا متوسط استفاده می شود.
لاگون های هوادهی شده
این فرایند از حوضچه های خاکی بزرگی تشکیل می شود که در آن اکسیداسیون بیولوژیکی مواد آلی با هوادهی مصنوعی از طریق هواده های مکانیکی و یا عمقی، تسریع می شود. در این سیستم بر خلاف فرایند هوادهی گسترده برگشت لجن وجود ندارد. از نظر جمعیت میکروبی این فرایند تا حد زیادی مشابه فرایند هوادهی گسترده می باشد. این فرایند معمولاً زمانیکه زمین در دسترس برای احداث تصفیه خانه فراوان است و یا به عنوان پیش تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرد.
دو واحد هوادهی مجزا و یا یک واحد هوادهی دو قسمتی در این فرایند برای تثبیت بیولوژیکی مواد آلی مورد استفاده قرار می گیرد. این فرایند دارای دو منطقه بیولوژیکی تماس و تثبیت می باشد. در منطقه تماس، فاضلاب ورودی با لجن فعال تثبیت شده تماس می یابد. زمان ماند در این منطقه کوتاه بوده و تنها BOD محلول با تجزیه پذیری بالا در این مرحله تثبیت می شود. در مرحله بعدی یعنی منطقه تثبیت، لجن فعال ورودی از مرحله قبل با لجن فعال برگشتی اختلاط می یابد و با اعمال زمان ماند یک تا دو ساعت و هوادهی و اختلاط کامل، مواد آلی کلوییدی و ذره ای نیز تثبیت می شوند.
بیولاک
سیستم انحصاری بیولاک با هدف ایجاد زمان ماند طولانی در استخرهای خاکی به همراه هوادهی مستغرق ابداع گردید. این سیستم به دلیل زمان ماند هیدرولیکی بالا، فرایندی قابل اعتماد در برابر انواع نوسانات هیدرولیکی و آلی محسوب می شود. هوادهی در این فرایند توسط زنجیره های طولانی هوادهی متحرک و مجهز به دیفیوزرهای حباب ریز انجام می شود که علاوه بر هوادهی، اختلاط کامل لجن فعال را نیز به همراه دارد. سیستم هوادهی در این فرایند منحصر به فرد بوده و با تنظیم سیکل های منظم و با تناوب مناسب، امکان دستیابی به نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون قابل قبول وجود دارد.
اوربال
این فرایند در واقع توسعه نهرهای اکسیداسیون استاندارد می باشد که در آن کانال های موجود، ساختاری شبیه بیضی یا دوایر متحدالمرکز دارند. فاضلاب آشغالگیری شده وارد خارجی ترین کانال شده و به سمت کانال مرکزی جریان می یابد. هوادهی در این فرایند، از طریق دیفیوزرهای حباب ریز عمقی صورت می پذیرد. با ایجاد تغییراتی در اجرای هوادهی در مسیر کانال، امکان دستیابی به نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون علاوه بر تثبیت مواد آلی نیز وجود دارد.
این فرایند به طور کلی شامل یک فرایند لجن فعال متعارف و یک واحد جداسازی غشایی برای حفظ بیومس موجود در سیستم است. اندازه منافذ این غشاء می تواند کمتر از 10 میکرون باشد لذا پساب تولیدی بسیاز زلال بوده و ازنظر بیماری زایی تا حد زیادی ایمن می باشد. این فرایند بیومس را نیز تغلیظ می کند بنابراین حجم تانک مورد نیاز را کاهش و راندمان فرایند را نیز افزایش می دهد. در این فرایند بدلیل اینکه فرایند ته نشینی حذف می شود و فرایند غشایی جایگزین آن می شود، دبی جریان عبوری از این سیستم تصفیه فاضلاب تاثیری در این فرایند ندارد.
این فرایند به صورت راکتور اختلاط کامل منفردی است و به صورت پر و خالی شونده عمل می نماید. تمامی مراحل تصفیه فاضلاب تنها در یک راکتور و به صورت مرحله ای انجام می پذیرد. پس از پر شدن راکتور، مرحله هوادهی آغاز می شود و پس از آن به لخته های تشکیل شده در مرحله ته نشینی اجازه ته نشینی داده می شود. امکان کنترل کامل فرایند در این سیستم وجود دارد و پساب با کیفیت بالا از جمله مزایای این فرایند می باشد. با برقراری سیکل های مختلف کاری در این سیستم امکان حذف کامل نیتروژن به روش بیولوژیکی در این سیستم نیز وجود دارد.
پتوی لجن با جریان بالارونده
فرایند USBF از یک فیلتر بستر لجن با جریان رو به بالا که به صورت خاصی طراحی و ابداع شده است بهره می گیرد که به شکل ذوزنقه ای بوده و جریان مایع مخلوط از کف آن وارد شده و این ورودی به تدریج در جهت جریان رو به بالا وسیع و بزرگتر میشود، سرعت جریان هیدرولیک بسیار کاهش می یابد و به راحتی امکان ته نشینی ذرات لخته شده در بستر لجن فراهم می گردد.
سطح فوقانی این زلال ساز به گونه ای طراحی می شود که بار سطحی بستر لجن برای متوسط جریان روزانه فاضلاب حدود 6 تا 10 متر مکعب به ازاء هر متر مربع در روز باشد. فیلتر بستر لجن دارای یک قیف خاص می باشد که امکان تخلیه لجن از کف آن را فراهم می نماید. همچنین طراحی برداشت لجن از کف فیلتر بستر لجن به گونه ای است که گردش جریان داخلی بین واحد هوازی و واحد آنوکسیک امکان پذیر می باشد.
بیوفیلتر
این فرایند محیط واسطی از جنس دانه های شن، دانه های کربن فعال و … دارد که علاوه بر محیّا نمودن محیطی برای رشد بیولوژیکی، قادر به حذف ذرات درشت و متوسط موجود در فاضلاب ورودی می باشد. از این فرایند به عنوان پیش تصفیه فاضلاب و به صورت گسترده به منظور تصفیه و بازگردش آب در پرورش ماهی مورد استفاده قرار می گیرد.
صافی چکنده
صافی چکنده یک فرایند بیولوژیک رشد چسبیده است. فاضلاب معمولاً توسط یک توزیع کننده چرخان بر روی صافی پخش می شود و فاضلاب در حین عبور به سوی کانال جمع آوری خروجی روی ماده محیطی فرو می چکد. بستر صافی فضایی را ایجاد می کند تا باکتری های هوازی و ارگانیزم های دیگر به یک دیگر بچسبند و با تغذیه از فاضلاب در حال عبور تکثیر یابند.
فرایند تغذیه از فاضلاب یا همان تصفیه مواد زائد دقیقاً همان فرایندی است که هنگام تخلیه فاضلاب در آب اتفاق می افتد. تفاوت در این است که ارگانیزم ها به جای اکسیژن محلول در نهر، اکسیژنی را مصرف می کنند که از هوای اطراف وارد فاضلاب می شود. پس فضای خالی بین دانه های محیطی باید به اندازه ای باشد که هوای در جریان بتواند اکسیژن مورد نیاز آنها را تأمین کند. امروزه این فرایند بیشتر به عنوان مرحله پیش تصفیه و یا تصفیه تکمیلی در برخی مناطق مورد استفاده قرار می گیرد.
تماس دهنده های بیولوژیکی چرخان
فرایند RBC متشکل از دیسک هایی گردان است که لایه بیولوژیکی در اثر تماس با فاضلاب بر روی آن ها تشکیل شده است و این لایه بیولوژیک اکسیژن مورد نیاز خود را از طریق گردش دیسک ها و تماس با هوای اطراف تامین می نماید و مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه و تصفیه می نماید. این فرایند همانند سایر فرایند های رشد چسبیده مقاومت خوبی در برابر انواع شوک بار آلی و هیدرولیکی داراست و در تصفیه برخی از فاضلاب های صنعتی نیز کاربرد فراوان دارد. در این سیستم معمولاً حدود 40 % قطر دیسک ها در فاضلاب مستغرق هستند. این دیسک های گردان پلاستیکی هستند و قطر بین 2 تا4 متر و ضخامت حدود 10 میلمتر دارند.
فرایند MBBR یکی از اصلاحیه های سیستم لجن فعال می باشد که در آن به منظور افزایش سطح فعال رشد باکتریایی از مدیای معلق استفاده می شود. جنس این مدیا معلق HDPE با دانسیته 0.95 گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد و سطح نسبتاً بالایی برای تشکیل بیوفیلم ایجاد می نماید و ظرفیت تصفیه بیولوژیکی را تا حد بالایی افزایش می دهد. این فرایند در برابر شوک بارهای آلی و هیدرولیکی مقاوم می باشد و در تصفیه انواع فاضلاب های شهری و صنعتی کاربرد گسترده ای دارد. در این فرایند برگشت لجن وجود ندارد و معمولاً از واحد هوادهی حداقل دو قسمتی برای کاهش موادآلی و نیتریفیکاسیون استفاده می گردد.
لجن فعال با رشد چسبیده
فرایند IFAS یکی دیگر از اصلاحیه های سیستم لجن فعال می باشد که از نظر نوع جمعیت میکروبی به فرایند MBBR و هوادهی گسترده شباهت های بسیاری دارد. در این سیستم بر خلاف سیستم MBBR برگشت لجن وجود دارد. این روش بیشتر برای ارتقاء تصفیه خانه های هوادهی گسترده موجود، بدون افزایش ابعاد استفاده می شود. با توجه به سخت گیرانه شدن استانداردهای زیست محیطی این فرایند به طور گسترده ای در حال رشد می باشد. این سیستم مقاومت بالایی در برابر شوک ها از خود نشان می دهد و راهبری ساده و عملکرد بسیار مناسبی دارد.
فرایند بیهوازی UASB، شامل راکتوری کاملاً عایق است که در آن فاضلاب از قسمت پایین وارد راکتور می شود و به سمت بالا جریان می یابد، نکته کلیدی در طراحی و راهبری این سیستم، سرعت بالا روی فاضلاب است که معمولاً بین 0.5 تا 1 متر بر ساعت می باشد و باعث تشکیل پتویی از لجن داخل راکتور می شود. مواد آلی موجود در فاضلاب درون این لایه لجن به دام افتاده و تجزیه می شوند. نکته ای مهم در بهره برداری این سیستم حفظ درجه حرارت مزوفیلیک (30 تا 40 درجه سانتیگراد)، کنترل درجه اسیدیته و تخلیه و جمع آوری گاز متان تولیدی در راکتور است. از این فرایند برای پیش تصفیه فاضلاب های با قدرت آلی بسیار بالا که معمولاً در برخی صنایع وجود دارد، استفاده می شود.
راکتور بافل دار بی هوازی و راکتور بافل دار هیبریدی
فرایند ABR سیستم بیهوازی است که در واقع نوعی سپتیک تانک توسعه یافته است که از راکتوری طویل با بافل هایی میانی تشکیل شده و گاهاً به منظور افزایش سطح بیولوژیک در آن ها پکینگ مدیای ثابت استفاده می شود. زمان ماند لجن در این سیستم بسیار بالاست. در طراحی این فرایند، سیستم جمع آوری گاز متان تعبیه می شود و گاز جمع آوری شده را می توان به منظور تولید انرژی به کار گرفت. از این سیستم برای پیش تصفیه انواع فاضلاب به خصوص فاضلاب های صنعتی استفاده می شود. برخی اوقات به منظور افزایش کارایی تصفیه فاضلاب و کاهش بیشتر بار آلی از چند سیستم ABR متوالی استفاده می گردد و پساب خروجی برای تصفیه بیشتر به واحد دیگری منتقل می شود که این سیستم تحت عنوان HABR نیز شناخته می شود.
راکتور بی هوازی بستر سیال یا متحرک
این سیستم شباهت زیادی به فرایند MBBR و FBBR دارد با این تفاوت که این سیستم بیهوازی بوده و اختلاط و گردش مدیا از طریق میکسرهای مستغرق صورت می پذیرد. در این فرایند جمعیت میکروبی بیهوازی بر روی مدیاهای معلق تشکیل می شوند و بیوفیلم مذکور عمل تصفیه فاضلاب را انجام می دهد. این فرایند به کنترل پارامترهای مختلفی از جمله درجه حرارت، درجه اسیدیته و میزان بار آلی ورودی نیاز دارد که بهره برداری ویژه ای را طلب می کند. نوعی از این فرایند به صورت انوکسیک بهره برداری می شود و بدنبال فرایند MBBR اجرا می شود و عمل دینیتریفیکاسیون و نیترات زدایی را انجام می دهد.
لاگون های بی هوازی
لاگون های بیهوازی همانند همتایان هوازی خود، مخازن انسان ساز خاکی بزرگی هستند که بر خلاف لاگون های هوازی عمق زیادی دارند. این سیستم معمولاً در مناطقی که دور از مناطق مسکونی هستند و زمین در دسترس فراوان است استفاده می شود. کاربرد این فرایند معمولاً پیش تصفیه فاضلاب بهداشتی و یا انسانی است و دارای زمان ماند بسیار بالایی می باشد.
