خانه » تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال

تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال

  • فرآیند لجن فعال غالباً برای تصفیه فاضلاب شهری به کار می رود و کارامدترین و مؤثرترین فرآیند تصفیه فاضلاب است. تصفیه فاضلاب به صورت بیولوژیکی فرآیندی است که در آن ارگانیسم های میکروسکوپی برای تجزیه یا حذف مواد زائد استفاده می شود. ساده ترین شکل این فرآیند شامل یک حوضچه ته نشینی و یک حوض زلال ساز می باشد.
  • در فرآیند لجن فعال از یک یا چند تانک (تانک هوادهی) به شکل سری برای تجزیه یا اکسید نمودن فاضلاب استفاده می شود و به عنوان یک راکتور بیولوژیکی یا تقویت کننده است. در این راکتور تعداد نسبتاً زیادی از باکتریها به همراه اکسیژن محلول و پساب حاوی مواد زائد نیتروژن دار و کربن دار وجود دارند. در حضور اکسیژن محلول، باکتریها مواد زائد کربن دار و نیتروژن دار را تجزیه می کنند.
  • اکسیداسیون فاضلاب به واسطه اختلاط فاضلاب با هوا و حضور غلظتهای بالای باکتری در زمان ماند مناسب انجام می گیرد. اکسید شدن فاضلاب سبب تولید بیشتر باکتریها می شود. این باکتریها به شکل ذرات فلوک از حوض هوادهی وارد زلال ساز می شوند و در کف حوض زلال ساز ته نشین شده و برای تجزیه بیشتر به حوض هوادهی و یا برای حذف از فرآیند ، برگشت داده می شوند.
  • به دلیل هوادهی لجن و فعال شدن باکتریها در طول هوادهی اصطلاح لجن فعال برای شرح فرآیند به کار می رود. یعنی فرآیندی که باکتریها در پالایش فاضلاب در راخل تانک هوادهی فعال هستند.
  • یونهای آمونیوم تولید شده در سیستم فاضلابرو و تانک هوادهی جزو مواد غذایی مورد نیاز باکتریها می باشد که طی هیدرولیز یا آمین زدایی، نیتروژن را به فرم یون آمونیوم اکسید می کنند. اکسیداسیون یونهای آمونیوم به وسیله باکتریها، نیتریفیکاسیون نامیده می شود. باکتریها با اکسید کردن یونهای آمونیوم در تانک هوادهی سبب آزاد شدن یونهای نیتریت می شوند.
  • وجود ترکیبات نیتروژن دار یا مواد زائد حاوی نیتروژن در پساب خروجی از فرآیند لجن فعال می تواند اثر نامطلوبی بر کیفیت آبهای پذیرفته داشته باشد. مهمترین ترکیبات نیتروژن دار که سبب آلودگی آبهای پذیرنده می شوند ترکیباتی با بارهای مثبت و منفی شامل یونهای آمونیوم، نیتریت و نیترات می باشند. از مهمترین اثرات نامطلوب گزارش شده از حضور مواد زائد نیتروژن دار، کاهش اکسیژن محلول، سمیت، اوتریفیکاسیون و بیماری مت همو گلوبینمیا می باشد.

نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون

  • برای کاهش اثرات زیان آور مواد زائد نیتروژن دار روی آب پذیرنده، نیاز به وضع مقررات منطقه ای جهت پایین آوردن مقادیر مواد زائد نیتروژن دار در پساب های خروجی و همچنین استفاده از فرآیندهای نیترات سازی و نیترات زدایی در فرآیند تصفیه لجن فعال می باشد.
  • لازمه انجام نیتریفیکاسیون محدود کردن تخلیه آمونیوم انتشار یافته و لازمه انجام دنیتریفیکاسیون محدود کردن تخلیه کل نیتروژن یا کل نیتروژن کجلدال می باشد.
  • نیتریفیکاسیون بیولوژیکی تبدیل یا اکسیداسیون یونهای آمونیوم به یونهای نیتریت و سپس یونهای نیترات می باشد. در طی اکسیداسیون یونهای آمونیوم و نیتریت، به واسطه گروهی از ارگانیسم های منحصر به فرد (باکتریهای ازته) اکسیژن به یونها اضافه می شود.
  • وقوع پدیده نیتریفیکاسیون در طبیعت و به خصوص خاک اهمیت زیادی دارد زیرا نیتروژن به عنوان یک ماده مغذی در گیاهان به شکل یونهای نیترات جذب می شود. وقوع این پدیده در آب و تصفیه فاضلاب برای دستیابی به اهداف خاص و پیشگیری از مشکلات ایجاد شده در بهره برداری نیز دارای اهمیت می باشد. یونهای آمونیوم در طی فرآیند نیتریفیکاسیون اکسید می شوند اما آمونیاک اکسید نمی گردد. مقادیر آمونیاک و یونهای آمونیوم در یک تانک هوادهی بستگی به pH و درجه حرارت لجن فعال دارد.
  • دنیتریفیکاسیون فاضلاب توصیفی توصیفی است که استفاده از یونهای نیتریت یا نیترات به وسیله باکتریهای اختیاری بیهوازی (باکتریهای نیتراته)، جهت تجزیه cBOD را بیان می کند. دنیتریفیکاسیون اغلب به دنبال نیتریفیکاسیون هوازی می باشد. شکلهای مختلف از ترکیبات نیتروژنه را از فاضلاب جدا می کند. دنیتریفیکاسیون در شرایط آنوکسیک رخ می دهد. بنابراین دنیتریفیکاسیون می تواند شرایط مناسب بهره برداری را بهبود بخشد و یا می تواند به مشکلات بهره برداری کمک کند.
  • نیتریفیکاسیون نیتروژن را از فاضلاب حذف نمی کند بلکه آن را از فرم یون آمونیوم به یون نیترات انتقال می دهد. ولی دنیتریفیکاسیون نیتروژن را با تبدیل به گاز نامحلول و خروج به اتمسفر از فاضلاب حذف می کند. در طی فرآیند دنیتریفیکاسیون در کنار مولکول نیتروژن، اکسید نیتروس N2O تولید می شود. این گاز نیتروژنه در فاضلاب به صورت نامحلول بوده و به اتمسفر وارد می گردد.

فرایند لجن فعال که یکی از  فرایندهای تصفیه فاضلاب بوده، یک فرایند بیولوژیکی رشد معلق است که در متابولیسم aerobic عمل می­کند و از دو واحد اصلی تشکیل شده است:

  • تانک هوادهی
  • تانک ته نشینی

این روش به عنوان یک فرایند تصفیه ثانویه فاضلاب استفاده می­شود. لجن فعال مخلوطی از باکتری ها، قارچ ها، پروتوزا و دیگر ارگانیسمهای زنده است که توسط هوادهی و مخلوط سازی به صورت سوسپانسیون حفظ می­شود. عمل هم زدن و حفظ سوسپانسیون میکروب با استفاده از air sparging انجام می­شود. در این فرایند بیومس تشکیل شده از ارگانیزم های هوازی و هتروتروف (این گونه میکروب از ترکیبات آلی به عنوان منبع کربن استفاده می کنند)  در تانک هوادهی رشد می­کنند. این ارگانیزم ها مواد آلودگی آلی داخل آب را می­شکنند و از آنها به عنوان ماده­ی غذایی برای رشد و تکثیر خود استفاده می­کنند. در حقیقت زمانی که فاضلاب ورودی در معرض تماس با لجن فعال قرار می‌گیرد، رشد و تکثیر میکروارگانیسم‌ها، بر روی ذرات زائد فاضلاب آغاز می‌گردد. با شروع رشد و تکثیر میکروارگانیسم‌ها مقادیر بیشتری از ضایعات فاضلاب حذف شده و به این ترتیب فاضلاب به طور نسبی تصفیه می‌گردد. برای اینکه سیستم به راندمان مناسبی برسد لازم است که نسبت مناسبی بین تعداد میکروارگانیسم‌ها و غذا و نیز غلظت کافی اکسیژن محلول در سیستم وجود داشته باشد. در این فرایند لجن جداسازی شده در تانک ته نشینی به درون تانک هوادهی برگشت داده می­شود تا مقدار بیومس موجود در تانک هوادهی پاسخگوی غذای ورودی را داشته باشد. فرایند لجن فعال در حالت عادی به صورت continuous عمل می­کند.

  • ممکن است در ابتدای این فرایند از یک تانک ته نشینی اولیه استفاده شود، برای حذف قسمتی از بار آلودگی ذرات معلق درون فاضلاب ورودی که باعث کاهش بار آلودگی ورودی به سیستم لجن فعال می­شود.
  • در تانک هوادهی لجن فعال برگشتی و فاضلاب ورودی با هم مخلوط شده که این مخلوط تحت عنوان “mixed liquor” شناخته می­شود. حفظ نسبت مواد غذایی ورودی به تانک هوادهی به میکرواورگانیسم ها در عملکرد فرایند لجن فعال بسیار موثر است.
  • تجهیزات هوادهی باعث انتقال اکسیژن لازم برای اکسیداسیون بیولوژیک مواد آلی درون راکتور می­شود، این هوادهی همچنین به حفظ حالت سوسپانسیون فلاک های لجن کمک می­کند.
  • ورود پیوسته جریان فاضلاب ورودی به راکتور منجر به خروج پیوسته mixed liquor و ورود آن به تانک ته­نشینی ثانویه می­شود جایی که جداسازی ذرات لجن و مایع رخ می­دهد.
  • مایع خروجی از سیستم لجن فعال به عنوان آب تصفیه شده به خارج از سیستم انتقال داده شده در حالی که قسمتی از لجن به داخل تانک هوادهی بازگشت داده می­شود تحت عنوان return sludge شناخته می­شود و لجن اضافی به هاضم بیهوازی لجن ارسال می­شود.

 

حالت های مختلفی در فرایند لجن فعال ممکن است استفاده شود از قبیل:

  • فرایندهای متعارف لجن فعال
  • اختلاط کامل
  • هوادهی مرحله ای
  • هوادهی گسترده
  • نرخ بالای هوادهی

 

با استثنای رژیم جریان که ممکن است plug flow یا  rapid mix باشد، اختلاف اصلی در روش های اصلاح شده لجن فعال در پارامتر های زیر است:

 

  • نسبت غذا به میکروارگانیزم F/M (food to microorganism ratio)
  • زمان متوسط ماند سلولی  MCRT (mean cell residence time)
  • تغییر در الگوی هوادهی

 

یکی از ویژگی­های مهمی که در استفاده از روش های رشد معلق بیولوژکی تصفیه فاضلاب مطرح است ویژگی های ته نشینی لجن تولیدی یا همان MLSS (mixed liquor suspended solid ) است. میزان توانایی ته نشینی لجن یا اصطلاحا settleability  بیو مس به وسیله شاخص حجم واحد جرم لجن SVI  (Sludge Volume Index)  میلی لیتر به گرم سنجیده می­شود. در روش اندازه­گیری این شاخص حجم واحد جرم لجن را بعد از ته نشینی30 دقیقه از لجن اندازه­گیری می­کنند.  مقدار این شاخص در صورتی که کمتر از 100 باشد ته نشینی خیلی خوبی را نتیجه می­دهد.

مزایای روش لجن فعال

  • به علت هوازی بودن بوی نامطبوع کم
  • بازده بالا، حذف 90 درصد به بالای COD
  • سادگی و راهبری آسان
  • عملکرد بسیار مناسب در فاضلاب های با بار الودگی بالا

معایب روش لجن فعال

  • مصرف انرژی برای هوادهی
  • تولید لجن و مشکل مدیریت لجن
  • تحمل شک هیدرولیکی و آلی زیادی ندارند