روش هاي تصفيه فاضلاب

تصفيه فاضلاب به روش هوادهي گسترده EAAS

به طور كلي در فرآيند تصفيه فاضلاب به روش لجن فعال، هوادهي گسترده ي جريان از نوع اختلاط كامل و يا نهرگونه است و مدت زمان ماند هيدروليكي نيز حدود 18 تا 36 ساعت است. حجم لجن توليدي در اين فرآيند تصفيه فاضلاب در مقايسه با ساير فرآيندهاي تصفيه فاضلاب، كمتر است. در واقع تفاوت اين روش با روش لجن فعال متعارف، حذف مخزن ته نشيني اوليه و افزايش حجم مخزن هوادهي است. اساس كار اين فرآيند، هضم هوازي بار آلي موجود در فاضلاب توسط ميكروارگانيزم ها است.
علاوه بر اين، لجن بدست آمده از اين روش تصفيه، پايدار بوده و به خوبي آبگيري و خشك مي شود. همچنين زمان ماند هيدروليكي بالا، تحمل اين سيستم را نسبت به ايجاد شوك هاي ناشي از افزايش بار آلي، بيشتر مي كند و عمل يكنواخت سازي نيز انجام مي شود. در اين فرآيند شرايط سن لجن حدود 20-30 روز توصيه شده است. مزيت اصلي اين سيستم آن است كه عمدتا به صورت پيش ساخته در مناطقي كه دبي فاضلاب كم است مورد استفاده قرار مي گيرد. البته اين روش محدوديتي براي حجم فاضلاب تصفيه شده ندارد و با افزايش ابغاد، مي توان سيستم را مطابق حجم مورد نظر طراحي كرد.
اگر بخواهيم تيتروار مزاياي اين روش را بيان كنيم:

1.  لجن دفعي اين روش بسيار كمتر از لجن دفعي روش لجن فعال متعارف است.
2.  لجن دفعي كاملا تثبيت شده خواهد بود و نياز به هضم ندارد.
3.  اين سيستم نسبت به تغييرات كيفيت فاضلاب و همچنين حجم فاضلاب ورودي روزانه مقاوم است.
4.  توصيه مي شود كه براي تصفيه فاضلاب هاي بهداشتي از اين روش استفاده شود.
5.  چنانچه فاضلاب حاوي مواد سمي و شيميايي با مقادير بالا نباشد، اين روش به طور موثري قابليت استفاده براي تصفيه فاضلاب را داراست.
6.  استفاده از اين روش براي ظرفيت هاي 5-300 مترمكعب در روز به صورت پكيج فلزي و براي ظرفيت هاي بالاتر به صورت بتني پيشنهاد مي شود.
7. همانند روش لجن فعال متعارف به تجهيزات ساده ي هوادهي نياز دارد.

لجن فعال داراي بستر متحرك (MBBR)

فرآيند MBBR از جمله ي فرآيندهاي نوين تصفيه فاضلاب است. اين فرآيند از جمله ي اصلاحات فرآيند لجن فعال است و شباهت بسيار زيادي به فرآيند هوادهي گسترده دارد.MBBR نيز مانند فرآيند هوادهي گسترده داراي واحدهاي آشغالگيري، هوادهي، ته نشيني، كلرزني و ذخيره ي لجن است. تنها تفاوت اين فرآيند با هوادهي گسترده، استفاده از بستر رشد بيولوژيكي ( پكينگ مديا ) در مخزن هوادهي است. پكينگ مديا باعث افزايش سطح در مخزن هوادهي مي شود كه اين امر موجب كاهش ابعاد مخزن هوادهي مي شود. از اين فرآيند مي توان براي تصفيه ي طيف گسترده اي از فاضلاب هاي صنعتي و فاضلاب هاي بهداشتي استفاده كرد.
رشد ميكرو ارگانيسم ها روي سطح بستر، بايوفيلم ناميده مي شود، ميكروارگانيسم ها در يك فرآيند بايوفيلم در برابر اختلالات در مقايسه ي با فرآيندهاي ديگر تصفيه بيولوژيكي مقاوم تر هستند. تكنولوژي هاي تصفيه فاضلاب بايوفيلم در مقايسه با تكنولوژي هاي متداولي نظير لجن فعال پرقدرت تر هستند. خصوصيت ويژه ي اين سيستم اين است كه بايوفيلم تثبيت شده روي عناصر پلاستيكي رشد مي كند و مي تواند به سهولت در راكتور بيولوژيكي حركت كند. عناصر پلاستيكي قطري حدود 1 تا 2 سانتي متر دارند و چگالي آن ها بسيار شبيه آب است. تنها 50 تا 70 درصد مخزن با اين عناصر پر مي شود. در مقايسه با ساير سيستم هاي بايوفيلم تثبيت شده، اين سيستم هيچ مشكلي ناشي از گرفتگي نشان نمي دهد و افت فشار پاييني دارد.
در مقايسه با سيستم هاي لجن فعال، MBBR مي تواند با راكتورهاي بيشتري در يك سري حتي در نسبت هاي بالاتر F/M و بايوفيلم بيشتر در هر يك از مراحل تصفيه، به خوبي بهره برداري شود. علاوه بر اين ، به هيچ برگشت لجني نياز نيست و مديريت سيستم ساده تر است. معمولا در سيستم هاي MBBR مساحت سطحي فوق العاده زياد باعث كارايي بالاتر اين سيستم مي شود.

لجن فعال داراي بستر ثابت (IFAS)

اين روش تركيبي از دو فرآيند لجن فعال و فرآيند MBBR است. به همين دليل هم زمان داراي مزاياي روش هاي بستر ثابت و لجن فعال است. سيستم راكتور بيولوژيكي تصفيه فاضلاب با رشد چسبيده با به كارگيري آخرين دستاوردهاي بيوتكنولوژي ساخته مي شود. اين سيستم داراي قابليت كاربري براي تصفيه و سموم زدايي تمامي فاضلاب ها و پساب هاي خانگي و صنعتي است. سيستم IFAS مزاياي بيشتري نسبت به فرآيندهاي متداول لجن فعال دارا هستند.
اين سيستم ها علاوه بر مقاومت بالا در برابر شوك هاي بارگذاري آلي و هيدروليكي انعطاف پذيري و قدرت تصفيه ي بيشتري را دارا هستند. مزاياي ذكر شده با تعبيه بسترهاي مناسب در درون حوضچه ي هوادهي لجن فعال حاصل مي شود. با قرار گرفتن بستر در داخل حوضچه ي هوادهي لجن فعال، زيست توده ي بيشتري تشكيل مي شود، بدون آنكه سبب افزايش بار گذاري جامدات به حوضچه ي ته نشيني شود. در اين حالت بدون نياز به افزايش بخش سازه اي و تنها با افزايش سطح و تغيير ميزان هوادهي، ميزان بارگذاري آلي و هيدروليكي به واحدهاي لجن فعال افزايش مي يابد. در واقع در اين سيستم ها زيست توده ي متصل به بستر موجب افزايش راندمان و عملكرد تصفيه فاضلاب مي شود. از طرفي با افزايش زيست توده، مقاومت فرآيند در برابر شوك هاي بارگذاري آلي و هيدروليكي افزايش پيدا مي كند.
از مزاياي اين روش مي توان به موارد زير اشاره كرد:

1. ميانگين ميزان كاهش BOD و COD بالاي 90 درصد است.
2.  عدم نياز به لجن برگشتي در مقايسه با سيستم هاي متعارف
3. زمان ماند كمتر
4. سيستم تصفيه فاضلاب به روش IFAS نسبت به سيستم هاي قديمي و متعارف نياز به فضاي بسيار كمي دارد.

راكتور بافل دار بي هوازي (UABR)

راكتور UABR نوعي راكتور با بافل هاي بسيار زياد است كه در آن جريان فاضلاب حاوي آلاينده هاي آلي بين ورودي و خروجي سيستم وادار به عبور از پايين، بالا و يا از ميان بافل ها مي شود. باكتري هاي درون راكتور به دليل خصوصيات جريان و توليد گاز، به آرامي ته نشين مي شوند و با سرعت كم به سمت پايين راكتور حركت مي كنند. براي بهبود عملكرد راكتور، چندين بافل در راه جريان تعبيه شده است.راكتور از مجموعه اي از اتاقك ها ساخته شده است و فاضلاب به صورت جرياني از بالا دست در آن ها جريان پيدا مي كند. فاضلاب ورودي با لجن تركيب مي شود و در نتيجه باكتري هايي كه آلاينده ها را تجزيه مي كنند، وارد جريان فاضلاب مي شوند. تجزيه با روندي افزايشي در اتاقك هاي راكتور رخ مي دهد. ميزان كاهش BOD، 90 درصد و كاهش پاتوژن ها 40 تا 75 درصد است. راكتور بافل دار در مقابل شوك بار و تغيير در ورودي هاي جريان مقاوم و بهره برداري و نگهداري از آن ساده است و از آن جا كه سازه در زمين دفن مي شود، به فضاي اضافه اي نياز ندارد.
به دليل قسمت بندي سيستم، راكتور داراي پتانسيل اصلاح شدن است، به اين ترتيب كه مي توان با افزودن يك مرحله ي هوازي در بخش يكي مانده به آخر، قسمتي از COD مقاوم نسبت به تجزيه و همين طور سولفيد اضافه از مرحله ي بي هوازي را اكسيد كرد و باعث بروز نيتريفيكاسيون شد. به خصوص زماني كه از سلول هاي ساكن استفاده شده باشد.
به دليل زمان ماند طولاني سلولي در راكتور، بازده ي كلي سلولي به صورت 0/03 گرم سلول در هر گرم تركيبات فاضلاب است و بنابراين مقدار كمي لجن براي دفع، توليد مي شود. به دليل حركت رو به پايين بسيار كند سلول ها در راكتور، امكان استفاده از سلول هاي منتخب تغيير شكل يافته يا اصلاح ژنتيكي شده كه قادرند تا ماه ها درون راكتور باقي بمانند، وجود دارد. يكي از معايب روش هاي بي هوازي توليد گاز است .
مزاياي اين روش :

1. طراحي آسان
2.  عدم وجود بخش هاي متحرك
3. عدم نياز به اختلاط مكانيكي
4. ساختمان ارزان، هزينه هاي سرمايه گذاري و نگهداري پايين
5.  حجم پايين مخزن
6. عدم نياز به سستم هاي جداسازي گاز و لجن
7. امكان بهره برداري متناوب
8. پايداري بالا نسبت به شوك هاي آلي، هيدروليكي و سمي ورودي
9.  بهره برداري طولاني بدون نياز به دفع لجن

راكتور جريان بالا رو بي هوازي با بستر لجن (UASB)

روش UASB يكي از مهم ترين روش هاي بي هوازي بيولوژيكي در تصفيه ي انواع فاضلاب ها به خصوص فاضلاب هاي صنعتي است. UASB به معناي ( جريان رو به بالا با لايه ي ضخيم لجن ) است.اين روش شامل يك راكتور بي هوازي است كه فاضلاب از قسمت پايين آن وارد شده و در حين حركت رو به بالاي خود با لجن ( توده ي ميكروارگانيزم ها) تماس پيدا مي كند. اين تماس سبب جذب مواد آلي فاضلاب توسط ميكروارگانيزم ها و تجزيه ي آن ها طي فرآيندهاي بيولوژيكي مي شود. راكتور UASB مشابه ديگر راكتورهاي بي هوازي، نسبت به تغييرات دما و PH حساس است. بهترين دماي كاركرد راكتور UASB محدوده ي دمايي 30-40 درجه ي سانتيگراد و PH بهينه ي آن حدود 7 خواهد بود.
اما كليدي ترين پارامتر كنترل اين راكتور سرعت جريان رو به بالاي فاضلاب است. انجام واكنش هاي بيولوژيكي در محيط بي هوازي راكتور باعث توليد گازهايي مي شود كه به آن ها بيوگاز مي گويند كه بيشترين بخش آن را گاز متان تشكيل مي دهد. براي جمع آوري اين گازها يك سيستم جمع آوري گاز در راكتور تعبيه مي شود.
ويژگي اصلي سيستم UASB كه به آن، اين امكان را مي دهد تا در مقايسه با ساير فرآيندهاي بي هوازي از فاضلاب با بار COD بسيار بالاتري استفاده كند، توليد لجن به صورت گرانوله است. توليد لجن به صورت دانه دانه در سيستم هاي UASB به چند ماه زمان احتياج دارد كه اين زمان را با برخي افزودني ها به آن، مي توان كاهش داد.
مزاياي راكتورهاي UASB

1.  عدم نياز به هوادهي : هوادهي يكي از پرهزينه ترين و دشوارترين عمليات تصفيه ي فاضلاب به روش هوازي است.
2. توليد بسيار كم لجن: از آن جايي كه دفع لجن اساسا عملياتي پرهزينه و دشوار است، توليد بسيار اندك لجن يعني حدود يك دهم مقدار لجن مازاد توليد شده در فرآيند لجن فعال متعارف، از مزاياي راكتور UASB به شمار مي آيد.
3.  توليد لجن غليظ و تثبيت شده : به علت آن كه زمان ماند لجن در راكتور UASB بسيار طولاني است، لجن مازاد خروجي از سيستم غليظ و تثبيت شده است و در صورت ضدعفوني كردن آن، مي توان لجن مازاد را مستقيما در كشاورزي استفاده كرد.
4.  مصرف بسيار كم انرژي و توليد بيوگاز: به دليل نياز نداشتن به هوادهي، مصرف انرژي در راكتور UASB بسيار كم است.
5.  مقاومت نسبي به بي غذايي : چنانچه ورود مواد غذايي به راكتور UASB قطع شود، ميكروارگانيسم هاي بي هوازي تا مدت بسيار طولاني زنده مي ماندد و بلافاصله پس از ورود مواد غذايي، فعاليت خود را شروع مي كنند.
   بنابراين استفاده از فرآيندهاي بي هوازي براي فاضلاب هايي كه جريان دائم دارند ( مثل فاضلاب كارخانه هاي چغندر قند، كنسرو و كمپوت سازي ) بسيار مناسب است.

معايب راكتورهاي UASB

1. بازده نسبتا كم : زدايش BOD به ندرت از 80 درصد تجاوز مي كند.
2.  توليد بو: در راكتور UASB مانند ساير فرآيندهاي بي هوازي احتمال توليد بو وجود دارد. اما چون اين سيستم سرپوشيده است و گازها به طور كنترل شده تخليه مي شود، مسئله ي كنترل بو به راحتي قابل حل خواهد بود.
3. راه اندازي نسبتا طولاني: اين زمان حداقل 3 تا 4 ماه است كه مي توان اين زمان رو كاهش داد.

هر يك از روش هاي تصفيه فاضلاب هوازي، معايب و مزايايي دارند كه با توجه به شرايط اقليمي، آب و هوايي و محدوديت هاي عمراني بايد روش نهايي و بهينه از بين آن ها انتخاب شود.

فرآيند فنتون

يكي از روش هاي تصفيه فاضلاب به روش فنتون است. مكانيسم كلي فرآيند فنتون با تشكيل راديكال هيدروكسيل آغاز مي شود. اين واكنش در محيط اسيدي انجام مي گيرد.

سرعت واكنش فنتون شديدا وابسته به حضور راديكال خوارهايي مانند يون هاي غيرآلي مي باشد.از جمله اين يون هاي غيرآلي كلرايد، سولفات، نيترات، كربنات و هيدروژنوكربنات مي باشند.

فاكتورهاي موثر بر كارايي فرآيند فنتون

مهم ترين فاكتورهاي موثر بر كارايي فرآيند فنتون شامل :

• pH بهره برداري
• مقدار يون آهن
• غلظت پراكسيدهيدروژن
• غلظت اوليه آلاينده
• دماي بهره برداري
• انعقاد شيميايي

فعاليت كاتاليستي گونه هاي آهن شديدا وابسته به pH محلول مي باشند. كارايي فرآيند فنتون در تجزيه تركيبات آلي در pH هاي بالا و نيز pHهاي پايين كاهش مي يابد.

بطور معمول با افزايش غلظت يون آهن، مقدار تجزيه افزايش مي يابد. از طرف ديگر غلظت بيش از حد يون آهن، سبب افزايش مقدار نمك هاي آهن شده كه اين امر سبب افزايش مقدار جامدات محلول در پساب خروجي مي شود.

بطور معمول همانند حضور يون آهن، با افزايش غلظت پراكسيدهيدروژن، كارايي تجزيه افزايش مي يابد، اما اين به مفهوم استفاده بيش از حد بهينه از آن نيست. بعبارت ديگر دوز بيش از حد بهينه پراكسيدهيدروژن به عنوان راديكال خوار عمل كرده و با مصرف راديكال هاي هيدروكسيل باعث كاهش كارايي فرآيند اكسيداسيون پيشرفته مي شود. همچنين دوزهاي بالاي پراكسيدهيدروژن سبب از بين رفتن ارگانيسم هاي زنده موجود در محيط آبي شده و به اين ترتيب در مواقعي كه از فرآيند فنتون بعنوان يك پيش تصفيه براي انجام فرآيندهاي بيولوژيكي استفاده مي شود، عملا امكان فرآيندهاي بيولوژيكي از بين خواهد رفت.

مزايا و معايب فرآيند فنتون

مزاياي اصلي فرآيند فنتون شامل :

• امكان انجام مديريت كاربرد مقدار مواد شيميايي
• عدم نياز به استفاده از انرژي
• امكان كاربرد آن در دما و فشار محيطي اتمسفر
• آهن يك فلز غيرسمي بوده و به مقدار فراوان در دسترس مي باشد.

معايب فرآيند فنتون

• هزينه بالا و خطر ذخيره سازي و حمل و نقل پراكسيد هيدروژن
• مقدار بالاي مواد شيميايي مورد استفاده جهت تنظيم pH و نيز مصرف مواد شيميايي جهت خنثي سازي آن قبل از دفع
• تجمع لجن آهني

در مقياس كاربردي تر مي توان فرآيند فنتون را همراه با فرآيندهايي مانند انعقاد، فيلتراسيون غشايي و اكسيداسيون بيولوژيكي جهت تجزيه تركيبات آلي به مقدار بيشتر استفاده كرد.