فرآيندهای متداول در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
بشر همواره استفاده کننده آب بوده است. نیاز بشر به این ماده حیاتی در طول تاریخ بیشتر وبیشتر شده تا جایی که امروزه همه بخشهای جامعه از اشخاص گرفته تا موسسات و شرکتهای بازرگانی و صنعتی برای مصارف گوناگون خود از آب استفاده می کنند. این در حالی است که تنها بخش کوچکی از آب واقعا مصرف می شود. بخش عمده آب استفاده شده به عنوان آب ضایعاتی دور ریخته می شود.
در گذشته که حجم آب ضایعاتی تولید شده توسط بشر اندک بود تخلیه آن به رودخانه ها و دریا ها مشکلی ایجاد نمی نمود. در واقع میکروارگانیسم های موجود در آب رودخانه ها و دریاها، آن حجم کم آب ضایعاتی را به راحتی تصفیه می کردند. اما امروزه حجم ضایعات تولید شده توسط انسان خیلی بیشتر از ظرفیت تصفیه کنندگی میکروارگانیسم های موجود در آب های طبیعی است. بنابراین آب ضایعاتی تولید شده توسط بشر قبل از تخلیه و دفع حتما باید تصفیه شود. تصفیه آب ضایعاتی به روش های گوناگونی می تواند صورت پذیرد.
فرآیند لجن فعال :
فرآیند لجن فعال از نوع سیستم رشد معلق و از متداولترین روشهای تصفیه بیولوژیكی هوازی بوده كه در آن از اكسیداسیون هوازی میکروارگانیسمها جهت پالایش مواد آلی موجود در فاضلاب استفاده میگردد. بر اساس نحوه پخش فاضلاب ورودی، توزیع و نحوه هوادهی، زمان اقامت در راکتور هوادهی و نسبت مواد آلی به غلظت میکروارگانیسمها، انواع مختلفی از سیستم های لجن فعال (مانند هوادهی گسترده، نهر اکسیداسیون، تثبیت تماسی و اختلاط کامل) وجود دارد. در روش لجن فعال، با مخلوط کردن پساب و توده میکروارگانیسمهای فعال در مخزن هوادهی و تامین اكسیژن لازم ، شرایط لازم جهت تصفیه مواد آلی موجود در پساب طبق فعل و انفعالات كلی زیر فراهم میگردد. بدین ترتیب مقادیر زیادی از مواد آلی موجود در پساب كه در سوخت و ساز میكروارگانیزمها مصرف گردیده اند از پساب جدا شده و بقیه بصورت نامحلول همراه با پساب و لجن خروجی از مخزن ته نشین شده نهایی خارج می گردد.
هوادهی در استخرهای هوادهی به دو منظور رسانیدن اكسیژن به باكتریها و شناور نگه داشتن لخته ها انجام میگیرد. جداسازی فاضلاب و لخته های بیولوژیکی در مخازن ته نشینی انجام می شود که در آن میكروارگانیزمها بصورت لجن ته نشین میشود. بدین ترتیب مقادیر زیادی از مواد آلی كه در سوخت و ساز واکنشهای بیولوژیکی مصرف شده اند از فاضلاب جدا شده و مقداری نیز تبدیل به گاز میگردد. بخشـی از لجن فعال جدا شده در مخزن ته نشینی جهت ثابت نگهداشتن غلظت میكروارگانیسمها به راكتورهای هوادهی و بخشی نیز جهت تثبیت بیشتر و دفع ، به واحدهای تغلیظ و تثبیت لجن منتقل می گردد. پارامترهای مهم طراحی و کنترل فرآیند لجن فعال عبارتند از سن لجن، نسبت خوراک به میکروارگانیسمها، بار آلی و زمان اقامت.
انتخاب نوع راکتور در فرآیندهای هوازی (همچون لاگون ها، هوادهی گسترده، هوادهی مرحله ای و غیره)تابع شرایط مختلفی از جمله بار آلودگی پساب و میزان مواد معلق آن، بار لجن، بار حجمی و درجه هضم پذیری مواد آلی موجود در پساب می باشد.
در روش های مختلف از فرآیند لجن فعال با اضافه کردن مدیاهای ثابت و یا متحرک، فرآیندهای هیبریدی (دوگانه رشد چسبیده و رشد معلق) مانند IFAS و MBBR حاصل میگردد که در شرایط عملیاتی مشابه، میتوان با راندمان بالایی، زمان اقامت در راکتورهای هوازی را کاهش داد. پارامتر مهم در انتخاب مدیاها، سطح ویژه آنها میباشد و با نصب مدیای مناسب در راکتورهای بیولوژیکی، امکان بهینه سازی و افزایش ظرفیت تصفیه خانه ها وجود دارد.
فرآیند صافی های چكنده :
در سیستم های رشد چسبیده مانند صافی چكنده، فاضلاب با لایه های میكروبی که به سطوح می چسبند، تماس داده می شود. متابولیسم بیولوژیكی مواد آلی فاضلاب در سیستم های محیط رشد چسبیده صرفنظر از خصوصیات راكتور، به طور قابل ملاحظه ای شبیه سیستم های محیط رشد معلق است. ميكروارگانيسمهايی كه خود را به سطوح جامد بستر مي چسبانند و تشکيل بيوفيلم ميدهند تقريبا از همان گروههايی هستند كه در سيستم لجن فعال موجودند. با عبور فاضلاب از روی اين لايه ها، مواد آلي محلول به داخل آنها نفوذ ميکند. اكسيژن موجود در فاضلاب و هوای فضاهای خالی بستر نيز اكسيژن مورد نياز واكنشهای هوازی در سطح لايه زنده را فراهم می كند.
جذب سطحی و اكسيداسيون بيولوژيكی فرآيندهای اصلی حذف مواد آلی ميباشد. عوامل موثر در عملكرد صافيهای چكنده، بار مواد آلی، بار هيدروليکی، ميزان بازچرخش پساب و دمای آب و هوای اطراف ميباشد. ميزان زياد بار آلی منجر به رشد سريع توده باكتری ها می شود كه منجر به گرفتـگی منافذ و طغيان قسمت هايی از بستر ميشود. لذا با برگشت بخشی از پساب خروجی، غلظت فاضلاب ورودی را تا مقادير کمتر از ppm 400 کاهش ميدهند. عمل هوادهی در اين نوع فيلترها بصورت طبيعی انجام ميشود و جهت حرکت هوا تايع اختلاف دماي فاضلاب و هوا ميباشد. در هوای گرم، جهت جريان هوا به طرف پائين و در هوای سرد بطرف بالا ميباشد. سرمای بيش از حد منجر به يخ زدگی و نابودی لايه ميكروارگانيسمهای زنده ميشود.
راکتورهای بی هوازی :
کاهش چشمگیر مصرف انرژی، تولید لجن بسیار کمتر و تولید گاز با ارزش حرارتی بالا، استفاده از فرآیندهای بیهوازی را جهت کاهش بار آلودگی زیاد فاضلاب (معمولا” COD بیش از ppm 1500)، علیرغم دشواری و حساسیت بالا آنها در راهبری، توجیه می نماید. در روش تصفیه بیهوازی (مانند راکتورهای UASB ، FBR ، فیلترهای بیهوازی و فرآیند تماس بیهوازی) تجزیه مواد آلی كندتر از روشهای هوازی انجام می گیرد. در این فرآیند سه مرحله اتفاق می افتد.
در اولين مرحله كه مرحله هيدروليز (Hydrolysis ) است مواد آلي پيچيده شكسته شده و به مواد آلي محلول تبديل میشود. مرحله هيدروليز مهم ترين مرحله تصفيه بیهوازي است و اصولا خيلي كند ادامه خواهد يافت. دومين مرحله تصفيه بیهوازی اعمال توام اسيدی شدن و توليد استات توسط ميکروارگانيسم های اسيد ساز است كه در اثر آن مواد آلی ساده حاصل از مرحله هيدروليز به اسيدهای چرب فرار مثل اسيد استيك تبديل خواهد شد. با پيدايش اسيد های چرب فرار PH محيط افت خواهد کرد. اگر فاضلاب حاوی قندهای ساده باشد اين مرحله به سرعت انجام میشود و اگر حاوی پروتئین و مواد آلی پیچیده باشد انجام دومین مرحله به زمان نیاز خواهد داشت. سومین مرحله، مرحله تولید متان است و در این مرحله اسیدهای آلی تولید شده مورد استفاده باكتریهای متانزا قرار میگیرد و با تولید متان، COD كاهش می یابد. در مراحل تصفیه بیهوازی كنترل عواملی چون درجه حرارت، PH محیط، درصد پروتئین ها و كربوهیدرات ها، چربی فاضلاب، اندازه ذرات معلق و غلظت آمونیاك حائز اهمیت است. باكتریهای اسیدساز كه اعمال هیدرولیز و اسیدی شدن را انجام می دهند، باكتریهای دوزیستی هستند كه در محیط های هوازی و بیهوازی قادر به ادامه حیات میباشند. این باكتریها PH های اسیدی تا كمی قلیایی بین 3 تا 8 را تحمل می كنند. باكتریهای نوع دوم باكتریهای متانزا هستند كه مطلقا بیهوازی هستند و از این رو در غیاب اكسیژن ادامه حیات خواهند داد. این باكتریها نسبت به شرایط محیطی مانند PH و دما حساس تر از باكتریهای اسیدی هستند به همین دلیل علیرغم برقراری تعادل مابین باکتریهای اسیدساز و متانزا، میبایست شرایط محیطی مناسب را بر اساس باکتریهای متانزا فراهم نمود.
البته باید به این نكته توجه داشت كه فرآیندهای بیهوازی بدلیل درجه اکسیداسیون کمتر نسبت به فرآیندهای هوازی، معمولا” در تصفيه خانه های فاضلاب حالت پيش تصفيه دارند و جهت کاهش بار آلودگی بيشتر تا محدوده استاندارد، پس از آنها از راکتورهای هوازی استفاده ميشود. همانند راکتورهای هوازی، از انواع مختلف مديا با سطح ويژه بالا نيز ميتوان در راکتورهای بيهوازی جهت ايجاد همزمان رشد معلق و چسبيده استفاده کرد.
