آرایش تصفیه خانه های فاضلاب

آرایش اصلی تصفیه خانه های فاضلاب

یک تصفیه خانه فاضلاب صنعتی یا بهداشتی معمولی شامل 3 فاز اصلی تصفیه می باشد: اولیه، ثانویه و تصفیه نهایی.

تصفیه اولیه شامل ته نشینی ذرات جامد در تانک ته نشینی میباشد. در ادامه فاضلاب وارد مرحله تصفیه ثانویه می گردد که در حقیقت همان تانک های تصفیه بیولوژیکی می باشد. تصفیه نهایی نیز برای بالا بردن کیفیت پساب خروجی به کار گرفته می شود که عمدتاً شامل حذف نیتروژن، فسفر، ذرات معلق، پاتوژن ها و… می شود. عمدتاً در ابتدای تانک بیولوژیکی، جریانی از لجن های ته نشین شده در حوض های ته نشینی اصلی به فاضلاب اضافه میشود که به آن جریان لجن برگشتی گفته می شود.
زمانی که فاضلاب وارد تانک بیولوژیکی میشود، با این لجن برگشتی آمیخته میشود.

ذرات بسیار کوچک و مولکول های بزرگ آلی به واسطه وجود پلیمرها به هم می چسبند تا به شکل فلوک درآیند. در همین زمان، باکتری های لجن فعال که در فاز تنفس داخلی هستند، در تماس با این مواد آلی که غلظت بالایی نیزدارند، قرار می گیرند. شرایط ایجاد شده، موقعیت وارد شدن باکتری ها به فاز رشد را مهیا می کند. بدین ترتیب رشد سریعاً آغاز می شود و نرخ تنفس برای تأمین انرژی لازم برای رشد افزایش می یابد.

در زمان مخلوط شدن فاضلاب در تانک، به تدریج میزان BOD کاهش می یابد و باکتری ها سپس شروع به خوردن مولکول های دارای کربن آلی که وزن کمتری دارند و به واسطه فعالیت آنزیم های ترشح شده از باکتری های لجن فعال تولید شده اند را می کنند.

بدین صورت غلظت سوبسترای در دسترس برای باکتری ها به مرور زمان کمتر میشود و نرخ رشد باکتری های این بخش از رآکتور، نسبت به باکتری هایی که در ابتدای رآکتور وجود دارند ، کمتر خواهد بود و به تبع آن نرخ تنفس کاهش می یابد.

تصفیه در طول راکتور

مسیر واقعی تصفیه در طول یک رآکتور نهرگونه می تواند به آسانی به وسیله اندازه گیری نرخ تنفس (یا نرخ دریافت اکسیژن خالص) پایش شود. زمانیکه نرخ تنفس کاهش پیدا میکند، نیاز به اکسیژن و هوادهی نیز نسبت به ابتدای مسیر کاهش پیدا میکند. بعد از تصفیه مخلوط مایع از تانک هوادهی به سمت زلال سازها هدایت می شود.
در این مرحله لجن های فعال این اجازه را پیدا می کنند که ته نشین شوند.
پساب تصفیه شده از روی زلال سازها به سمت مسیرهای خروجی هدایت میشود و وارد جریان های پذیرنده میگردد.

برای داشتن باکتری های کافی در تانک هوادهی، لازم است تا بخشی از لجن مجدداً به سیستم برگردانده شود. میزان متعارف این برگشت چیزی در حدود 25 % تا 50 % جریان ورودی به تانک میباشد. بقیه لجن ته نشین شده از تانک ته نشینی به بخش های تصفیه لجن منتقل میشود.

عملکرد تصفیه خانه های فاضلاب

یک تصفیه بیولوژیکی ایده آل فاضلاب، ویژگی های زیر را دارا می باشد:

• انتقال سریع فاضلاب
• نرخ حذف بالا برای BOD
• ته نشینی مناسب لجن در زلال سازها
• نرخ تولید لجن پایین

در مقیاس واقعی، دستیابی به تمام این اهداف بسیار مشکل می باشد و کنترل فرایند شامل متغیرهای زیادی است. عبور سریع فاضلاب از تصفیه خانه (زمان ماند کم) به همراه حذف هر چه بیشتر BOD  می تواند به واسطه استفاده از غلظت های نسبتاً بالای BOD حاصل شود. (نسبت F/M بالا) به هرحال، غلظت بالای (نسبت BOD) منجر به نرخ رشد بالاتر و نرخ بالاتر بیومس یا تولید لجن بالا خواهد شد.

در حالت عملی، این کار ممکن است باعث ایجاد مشکل در هوادهی گردد و همچنین لجن ویژگی مناسب برای ته نشینی را نداشته باشد. تولید بالای لجن، هزینه های بالای آبگیری، خشک کردن و دفع نهایی لجن را به همراه خواهد داشت. این مشکل با بارگذاری تصفیه خانه با BOD کمتر برطرف خواهد شد.

زمانیکه نرخ رشد پایین باشد، قسمت بیشتری از کربن موجود در BOD توسط باکتری برای فعالیت های مربوط به نگهداری سلول مصرف میشود، یعنی برای تنفس داخلی. به تبع آن، اکثرBOD در نهایت به CO ۲ تبدیل می شوند.
بنابراین در سیستم های با نرخ پایین، لجن کمی تولید خواهد شد و این لجن ته نشینی خوبی خواهد داشت.
در این حالت زمان ماند سیستم بالا خواهد رفت و هوادهی بیشتر نیاز خواهد شد.

متغیر های مورد استفاده در کنترل فرایندهای بیولوژیکی

برخی تصفیه خانه های کوچک، فاضلاب هایی را دریافت میکنند که از لحاظ ترکیب بندی، بسیار ساده می باشند. در این موارد کنترل فرایند بسیار ساده میباشد و مدیریت تصفیه خانه به راحتی امکان پذیر است. ولی برعکس، در تصفیه خانه های بزرگ به خصوص آن هایی که تصفیه فاضلاب های صنعتی و بدتر از آن فاضلاب هایی که از چندین منبع مختلف تولید میشوند را بر عهده دارند، نیازمند کنترل های شدیدتر بر مدیریت فعالیت های بیولوژیکی در تصفیه خانه میباشد.
در ادامه به بررسی برخی از پارامترهای مؤثر در کنترل فرایند های بیولوژیکی پرداخته خواهد شد.

جامدات معلق مخلوط مایع

در یک تصفیه خانه که بهره برداری مناسبی از آن صورت می پذیرد، اکثربیومس باکتریایی که مربوط به فلوک لجن فعال می باشد و زمانی که اینها خشک شوند، این باقیمانده میزان بیومس را نشان می دهد.
این مواد به جامدات معلق مایع مخلوط یا همان MLSS تعبیر میشوند.
درعین حال ممکن است بخشی از این مواد، مواد غیرآلی باشند.
به همین دلیل در برخی مواقع از پارامتر MLVSS که مربوط به ترکیبات فرار است استفاده می شود.

MLSS عموماً در کنترل فرایند به عنوان شاخصی برای بیومس استفاده میشود. در مورد سیستم های هوادهی گسترده و اکثر سیستم های با نرخ پایین، میزان MLSS دامنه ای در حد mg/l 500 تا mg/l 1500 دارد و برای سیستمهای با نرخ بالا این شاخص تا حد mg/l 8000 خواهد رسید. ممکن است اینگونه برداشت شود که با بالا بردن MLSS به دلیل اینکه میکروارگانیسم های بیشتری در محیط وجود خواهند داشت، سرعت مصرف BOD افزایش می یابد. ولی باید دانست که MLSS بالا مشکلات جدی ای را در هوادهی ایجاد میکند و همچنین ته نشین شدن لجن در تانک ته نشینی را با اختلال مواجه میکند.

زمان ماند هیدرولیکی یا بارگذاری حجمی

این پارامتر زمان متوسطی است که فاضلاب در تانک بیولوژیک سپری میکند. این پارامتر حاصل تقسیم حجم مخزن بر دبی جریان می باشد.

این معادله نشان میدهد که با افزایش دبی، فاضلاب به سرعت سیستم را ترک میکند و زمان ماند کمتری را خواهد داشت. زمان ماند هیدرولیکی باید به اندازهای زیاد باشد تا بتوان درصد زیادی از BOD را از سیستم حذف کرد.
در تصفیه خانه های لجن فعال متعارف این زمان بین 5 تا 14 ساعت میباشد.

سن لجن

سن لجن یعنی زمان باقی ماندن میکروارگانیسم ها در سیستم که از حاصل تقسیم MLSS بر MLSS ای که از سیستم خارج می شود، بدست میآید.

MLSS  ای که به واسطه برگشت لجن به سیستم وارد میشود. در محاسبات داخل نمی شود. ذکر این نکته مهم است که در حالت پایدار، مقسوم علیه این معادله در حقیقت همان میزان روزانه تولید لجن است. اگر مقدار آن بزرگ باشد نشان دهنده رشد سریع در سیستم و به تبع آن سن کم برای لجن میباشد. در مقابل، اگر نرخ رشد و تولید لجن کم باشد به عنوان مثال استفاده از نسبت های پایین F/M متوسط سن لجن در سیستم افزایش خواهد یافت. به عنوان مثال یک باکتری دفعات متعدد به سیستم برگردانده خواهد شد.

میزان سن لجن از مقدار کمتر از 0.5 روز در سیستمهای با نرخ بالا شروع و تا 75روز در سیستمهای با نرخ پایین مانند سیستم های هوادهی گسترده ادامه مییابد. در تصفیه خانه های متعارف، سن لجن عموماً بین 3تا 4روز خواهد بود. ته نشین شدن لجن با سن لجن وابسته است. به نحوی که سن پایین مربوط به لجن لخته نشده یا بد لخته شده میباشد.
نتیجتاً ته نشینی نامناسبی را به همراه خواهد داشت.

بارگذاری لجن یا نسبت F/M

نرخ رشد بیومس و نرخ تنفس (یا همان نرخ حذف BOD ) همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است.
با افزایش  BOD ، افزایش می یابند. یعنی نرخ حذف BODدر تانک بیولوژیکی با بیومس لجن متناسب است.
بیومس بالاتر، نرخ بالاتر حذف BOD را نیز به همراه خواهد داشت.
به منظور اندازه گیری میزان غذای در دسترس به ازای واحد بیومس، BOD تقسیم بر MLSS خواهد شد.
عدد بدست آمده که بارگذاری لجن نامیده میشود.
عمدتاً با نام نسبت F/M یا غذا به میکروارگانیسم شناخته میشود. نسبت F/M یک پارامتر مفید در بهره برداری از تصفیه خانه فاضلاب است.
این مقدار از تقسیم BOD روزانه بر MLSS کل در تانک هوادهی حاصل میشود.

میزان F/M دامنه ای بین 5/0تا 1دارد. در تصفیه خانه های متعارف، این نسبت بین 2/0 تا 5/0 است. در نسبت های بالاتر نرخ تصفیه بالاتر میرود.
اما هزینه های بهره برداری به تبع آن بالاتر خواهد رفت.
از سوی دیگر قابلیت تهنشینی لجن به شدت افت می کند.
نسبت F/M پایینتر از ، 2/0 باعث نرخ پایین در حذف BOD میشود،
ولی در عوض لجن خوب و مناسبی ته نشین میگردد.

مشکلات ته نشینی

همانگونه که در قبل اشاره شد، تصفیه با نرخ بالا معمولاً همراه با ته نشینی نامناسب می باشد که این مشکل در تصفیه با نرخ پایین وجود ندارد. ته نشینی همچنین به وسیله عدم توازن مواد مغذی، تغییر در ترکیب بندی میکروبی لجن فعال و وجود مواد شیمیایی در مخلوط مایع تحت تأثیر قرار میگیرد. قابلیت ته نشینی لجن در تانک ته نشینی به وسیله شاخص SVI (شاخصحجمی لجن) مشخص میگردد.

شاخص دیگر، شاخص حجمی ویژه لجن (SSVI ) میباشد.
در لجن فعال قابلیت ته نشینی متعارف، فلوک ها دارای یک هسته هستند که به وسیله باکتری های رشته ای شکل گرفته اند.
اگر این رشد آنها ادامه پیدا کند، به شکل گیری پل بین فلوک ها منجر میشود.
اگر این فلوک ها به وسیله باکتری های رشته ای تشکیل نشده باشند، این امکان وجود دارد که به وسیله نیروهای برشی ایجاد شده ناشی از هوادهی در سیستم، شکسته شوند.
اگر به هر دلیلی این فلوک ها تشکیل نشوند، ته نشینی با مشکل مواجه خواهد شد.

مشکلات ته نشینی عبارتند از:

عدم ایجاد شدن فلوک ها

این مشکل میتواند به دلیل عدم توانایی باکتری ها برای تشکیل فلوک و یا شکسته شدن فلوک ها به علت به وجود آمدن جریان های آشفته در سیستم باشد.
در این حالت ته نشینی کاهش پیدا خواهد کرد و عمل زلال سازی به درستی صورت نمی پذیرد.
در این صورت کدورت پساب خروجی بالا خواهد رفت.
پیامد دیگری که این حالت به همراه دارد، خارج شدن باکتری ها از سیستم و عدم توانایی در نگه داشتن MLSS در یک سطح مشخص در سیستم است و در نهایت باعث میشود نسبت F/M بالا رود.

عدم تشکیل شدن فلوک میتواند هم به علت هوادهی ناکافی روی دهد که به تبع آن غلظت اکسیژن محلول در سیستم کاهش پیدا خواهد کرد و هم به علت بارگذاری بالای لجن.
این 2 فاکتور در صورتی که هوادهی مناسب در سیستم انجام نگیرد .ممکن است با هم و در یکزمان اتفاق بیفتد.
همچنین پایین بودن pH و وجود مواد شیمیایی سمی در جریان ورودی نیز میتواند به این حالت منجر شود.

فلوک های سوزنی شکل

این حالت یعنی فلوک های بسیار ریز و متراکم. از آنجائیکه اتصال فلوک ها با مقادیری از مواد پلیمری خارج سلولی میباشد، به علت نیروی برشی حاصل از هوادهی، این فلوک ها شکسته میشوند. این حالت باعث میشود ته نشینی مناسب انجام نگیرد و درصدی از بیومس از طریق جریاب پساب از سیستم خارج گردد. این حالت زمانی روی میدهد که زمان ماند سیستم مانند سیستم های هوادهی گسترده که زمان ماند در آن ها ۵-۶ روز است و نسبت F/M بسیار پایین است، بالا باشد. این حالت گاهی اوقات در تصفیه خانه های با نرخ تصفیه بالا که مواد شیمیایی یا فاضلاب های دارویی خاصرا تصفیه میکنند نیز روی میدهد.

کف کردن

کف کردن ممکن است گاهی اوقات به دلیل وجود دترجنت های غیرقابل تجزیه در فاضلاب روی دهد.
اما گونه مهم کف کردن که رایج تر نیز میباشد، علت دیگری دارد.
در این حالت قارچ های رشته ای از جنسنوکاردیا، کف را در داخل یک بستر متراکم گرفتار میکنند.
این بستر باعث میشود فلوک های لجن فعال در آن به دام بیفتند.
بنابراین این کف باعث میشود برگشت دادن لجن، افزایش در MLSS در سیستم را به همراه نداشته باشد.

بیشتر بخوانیم :

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
تصفیه پساب کارخانجات فرآورده گوشتی
روش های بیولوژیکی تصفیه فاضلاب
مشاوره و طراحی تصفیه خانه های آب و فاضلاب
تصفیه پساب بیمارستانی

Please follow and like us: