تصفیه ثانویه فاضلاب

تصفیه ثانویه فاضلاب

فهرست:

• سنتیک رشد بیولوژیکی
• فرایندهای تصفیه بیولوژیکی مورد استفاده به منظور تصفیه فاضلاب
• کاربرد فرایندهای تصفیه بیولوژیکی
• فرایندهای تصفیه هوازی رشد معلق
• فرایند لجن فعال
• ملاحظات طراحی فرایند
• انتخاب نوع راکتور
• آنالیز فرایند اختلاط کامل با بازگردش فرایند
• تولید لجن
• احتیاجاتت اکسیژن و انتقال آن
• آنالیز فرآیند جریان پیستونی با بازگردش
• نکات کلیدی در طراحی فرایند لجن فعال و فرآیندهای هوازی تصفیه بیولوژیکی
• هوادهی لجن فعال
• دیفیوزرهای هوا
• هواده های مکانیکی
• کنترل فرایند لجن فعال
• کنترل اکسیژن محلول
• کنترل لجن فعال برگشتی
• کنترل میزان لحن دفعی
• مزایا و معایب تصفیه بیولوژیکی به روش لجن فعال
• توصیف فرایندهای لجن فعال و اصلاحیه های فرایند
• ویژگی های بهره برداری فرآیندهای لجن فعال
• لاگون های هوادهی و معایب آن
• برکه های تثیبت هوازی، بی هوای، اختیاری و تکمیلی
• مزایا و معایب برکه های تثبیت فاضلاب
• راکتورهای ناپیوسته متوالی (SBR)
• صافی های چکنده و تقسیم بندی آنها
• مزایا و معایب صافی های چکنده
• واحد ته نشینی ثانویه
• گندزدایی جریان های خروجی
• مقدار کلر برای فاضلاب های مختلف

مقدمه

جریان خروجی از تصفیه اولیه هنوز دارای ۴۰ تا ۵۰ درصد از مواد جامد معلق و تقریبا تمام مواد آلی و معدنی محلول اولیه می باشد. برای رسیدن به استانداردهای حداقل EPA برای تخلیه، جزء ألي مواد معلق و محلول بایستی به میزان قابل توجهی کاهش یابند. حذف این مواد آلی که مربوط به تصفیه ثانویه می شود، ممکن است با استفاده از فرایندهای فیزیکی شیمیایی و بیولوژیکی حاصل شود. تلفیقی از عملیات فیزیکی – شیمیایی نظیر انعقاد، آشغالگیر مشبک (سوراخ ریز)، فیلتراسیون، اکسیداسیون شیمیایی، جذب سطحی توسط کربن و سایر فرایندها برای جداسازی جامدات و کاهش BOD تا حد قابل قبول به کار برده می شود. در حال حاضر این عملیات هزینه های بهره برداری و سرمایه گذاری اولیه بالایی داشته و به همین دلیل استفاده از آنها متداول نیست. بطور کلی هدف اصلی تصفيه ثانویه حذف BOD محلول و کاهش بیشتر جامدات معلق است.

فرایندهای بیولوژیکی عملا در تمامی سیستم های تصفیه فاضلاب شهری که تصفیه ثانویه دارند، مورد استفاده قرار می گیرند. در تصفیه بیولوژیکی، میکروارگانیسم ها مواد آلی موجود در فاضلاب را به عنوان منبع غذایی خود مورد استفاده قرار می دهند و آنها را تبدیل به سلول های بیولوژیکی یا جرم زنده (Biomass) می نمایند. طراحی سیستم های بیولوژیکی نیازمند شناخت اصول بیولوژیکی، سینتیک سوخت و ساز، اصول موازنه جرم و عملیات فیزیکی لازم برای کنترل محیط در راکتورها است.

سینتیک رشد بیولوژیکی

برای حصول اطمینان از رشد میکروارگانیسم ها می بایستی امکان باقی ماندن میکروارگانیسم ها در طی زمانی مناسب در سیستم جهت تکثیر مناسب فراهم شود. این زمان به سرعت رشد میکروارگانیسم ها بستگی داشته، که مستقیما با سرعت متابولیسم آنها با سرعت مصرف زائدات مرتبط است.

فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی

فرآیندهای اصلی تصفیه بیولوژیکی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب در ادامه در جدولی نمایش داده شده است. پنج گروه اصلی از این فرآیندها عبارتند از:

فرآیندهای هوازی، فرآیندهای آنوکسیک، فرآیندهای بیهوازی، فرآیندهای مرکب بیهوازی – هوازی – آنوکسیک و فرآیندهای برکهای. بسته به اینکه تصفیه در سیستم های رشد معلق، رشد چسبیده یا ترکیبی از آنها صورت پذیرد، هر یک از فرایندها را باز به انواع دیگری تقسیم میکنند:.

عمده ترین فرآیندهای بیولوژیکی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب عبارتند از:

1. فرایند لجن فعال
2. گونه ای هوادهی
3. صافی های چکنده
4. تماس دهنده های بیولوژیکی دوار (RBC)
5. برکه های تثبیت.

کاربرد فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی

مهم ترین موارد کاربرد فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی عبارتند از:

• حذف مواد آلی کربنه، که معمولا برحسب TOC ،BOD و COD اندازه گیری می شود.
• نیتریفیکاسیون
• دنیتریفیکاسیون
• حذف فسفر
• تثبیت زائدات

فرآیندهای تصفیه هوازی رشد معلق

عمده فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی هوازی رشد معلق که به منظور حذف مواد آلی کربنه مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از:

1. فرآیند لجن فعال
2. لاگون های هوادهی
3. راکتور ناپیوسته متوالی (SBR)
4. فرآیند هضم هوازی.

در بین فرآیندهای ذکر شده، فرآیند لجن فعال بیش از سایر فرآیندها در تصفیه ثانویه فاضلاب خانگی مورد استفاده قرار می گیرد.

فرآیند لجن فعال

فرآیند لجن فعال در سال ۱۹۱۴ در انگلستان توسط آردرن و لاکت ( Ardern , lockett) توسعه یافت. فرآیند الجن فعال یک سیستم کشت میکروبی رشد معلق است. دلیل نامیدن این فرآیند به لجن فعال از آنجا است که الجن ته نشین شده حاوی میکروارگانیسم های زنده و یا فعال است که برای افزایش جرم زنده و تسریع واکنشها باز گردانیده میشود. بنابراین فرآیند لجن فعال از نوع کشت میکروبی معلق با لجن برگشتی است که ممکن است به صورت اختلاط کامل یا جریان پیستونی(۳) باشد. این فرآیند هوازی بوده و اکسیژن به وسیله تزریق هوا تأمین می شود. لازم به ذکر است که هدف اصلی فرآیند لجن فعال تبدیل مواد آلی به لخته های (فلوک) بیولوژیکی و قابل ته نشین و سپس ته نشینی آنها در واحد ته نشینی ثانویه است.

توصیف فرآیند

تصفیه بیولوژیکی زائدات توسط فرآیند لجن فعال با استفاده از یک دیاگرام مشابه شکل زیر انجام می پذیرد:

مواد آلی به درون یک راکتور وارد می شوند، جائی که یک کشت از باکتری های هوازی در حالت سوسپانسیون وجود دارد. محتویات راکتور تحت عنوان مایع مخلوط (mixed liquer) نامیده می شود. در راکتور، کشت باکتریایی عمل تبدیل مواد را مطابق واکنش های اکسیداسیون و سنتز انجام می دهد.

COHNS + O₂ +  →  نوترینت هاCO₂ +NH₃ + C₅H₇NO₂ + سایر محصولات نهایی

C₅H₇NO₂ + 5O₂ →   5CO₂ + 2H₂O + NH₃ + انرژی

در این معادلات، COHNS بیانگر حضور مواد آلی در فاضلاب است. با وجود آن که واکنش تنفس خودتخریبی منجر به تولید محصولات نسبتا ساده و انرژی می شود، محصولات نهایی آلی پایداری نیز شکل می گیرند. با توجه به معادله فوق میتوان گفت که چنانچه تمامی سلولها بطور کامل اکسید شوند، BOD نهایی سلولها معادل 1.4 برابر غلظت سلول ها است (البته با توجه به اینکه در عمل این تبدیل به صورت کامل صورت نمی پذیرد، این مقدار را یک برابر غلظت سلول ها منظور می کنند).

محیط هوازی در راکتور از طریق استفاده از هوادهی دیفیوزری یا مکانیکی ایجاد می شود و از طرفی این عمل مایع مخلوط را به صورت سوسپانسیون نگه می دارد. پس از یک دوره زمانی معین، مخلوط سلول های جدید و سلول های قدیمی وارد تانک ته نشینی می شوند (جائی که سلول ها از فاضلاب تصفیه شده جدا می شوند). بخشی از سلول های ته نشین شده به منظور حفظ غلظت مطلوب ارگانیسم ها در راکتور برگشت داده می شود و بخشی از آن دفع می شود. بخش دفعی لجن معادل رشد بافت جدید سلولی یک فاضلاب خاص است. غلظت توده بیولوژیکی که بایستی همواره در راکتور حفظ شود، بستگی به میزان راندمان مورد نظر تصفیه و سایر ملاحظات پیرامون سینتیک رشد دارد.

ملاحظات طراحی فرآیند

در طراحی فرآیند لجن فعال ملاحظاتی چون:

1. انتخاب نوع راکتور
2. معیار بارگذاری
3. تولید لجن
4. احتياجات اکسیژن و انتقال اکسیژن
5. احتياجات نوترینت
6. کنترل ارگانیسم های فیلامنتوس
7. و خصوصیات پساب بایستی مدنظر قرار گیرند.

انتخاب نوع راکتور

یکی از مهمترین مراحل در طراحی هرگونه فرآیند بیولوژیکی، انتخاب نوع راکتور یا راکتورها جهت استفاده در فرآیند تصفیه است. فاکتورهای بهره برداری دخیل عبارتنداز:

1. سینتیک های واکنش هدایت کننده فرآیند تصفیه
2. نیازمندی های انتقال اکسیژن
3. ماهیت فاضلاب مورد تصفیه
4. شرایط زیست محیطی ها
5. هزینه های احداث، بهره برداری و نگهداری، همراه با تأسیسات ته نشینی ثانویه

فاکتور اول، اثر سینتیک های واکنش بر انتخاب راکتور است. عموما دو نوع راکتور مورد استفاده عبارتنداز: راکتور اختلاط کامل (جریان پیوسته) و جریان پیستونی.

از نقطه نظر عملی، زمانهای ماند هیدرولیکی بسیاری از راکتورهای اختلاط کامل و جریان پیستونی

تقریبا مشابه هستند. دلیل این امر آن است که سرعت حذف سوبسترای ترکیبی (محلول و غیرمحلول) برای فضولات خانگی با توجه به غلظت سوبسترا تقریبا درجه صفر است، در حالی که با توجه به غلظت سلولها درجه اول است.

فاکتور دوم، که بایستی در انتخاب نوع راکتور برای فرآیند لجن فعال مدنظر قرار گیرد، احتياجات انتقال اکسیژن می باشد. در سیستم های هوادهی جریان پیستونی متعارف، اغلب یافت شده است که تأمین اکسیژن کافی برای برآوردن احتیاجات در انتهای بالایی راکتور امکان پذیر نیست. این مشکل منجر به ابداع اصلاحاتی در فرآیند لجن فعال گردیده است:

1. 1- فرآیند هوادهی تدریجی که تلاش میکنند اکسیژن به میزان کافی فراهم گردد.
2. فرآیند تغذیه مرحله ای که فاضلاب در طول راکتور در چند نقطه وارد راکتور می شود.
3. فرآیند اختلاط کامل که هوا بطور یکنواختی فراهم می شود.

و فاکتور سوم، که می تواند بر انتخاب نوع راکتور اثربخش باشد، ماهیت فاضلاب می باشد. برای مثال، از آنجائی که فاضلاب ورودی کم و بیش بطور یکنواخت در راکتور اختلاط کامل توزیع می شود، جامدات بیولوژیکی در راکتور، در مقایسه با راکتور جریان پیستونی، آسان تر و راحت تر در برابر شوک های وارده در نتیجه تخلیه ناگهانی مواد آلی و سمی به سیستم جمع آوری مقاومت میکنند. فرآیند اختلاط کامل در برخی تأسیسات به این دلیل مورد استفاده قرار می گیرد.

فاکتور چهارم، شرایط زیست محیطی محل است. در این ارتباط شاید پارامترهایی چون درجه حرارت، pH و قلیائیت از بیشترین اهمیت برخوردار باشند. درجه حرارت اهمیت قابل ملاحظه ای دارد، چرا که تغییر در درجه حرارت می تواند سرعت واکنش بیولوژیکی را تحت تأثیر قرار دهد. برای مثال افت ۱۰، سرعت واکنش را به حدود نصف کاهش می دهد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ تصفیه پیشرفته فاضلاب

⇐ طراحی تصفیه خانه فاضلاب (جامع pdf)