فرآیند لجن فعال

      فرآیند لجن فعال (Activated Sludge) یک فرآیند بیولوژیکی هوازی تصفیه فاضلاب است. این فرآیند از حدود 100 سال پیش بطور موثر و گسترده ای برای تصفیه انواع فاضلابهای شهری و صنعتی بکار گرفته شده است. با اثبات کارایی بسیار خوب این فرایند مطالعات و بررسی ها برای بهبود هر چه بیشتر این فرایند به انجام رسید بطوریکه به تدریج انواع مختلفی از این فرایند طراحی و به اجرا درآمد.

 

تاریخچه

     سابقه فرایند لجن فعال به اوایل دهه 1880 میلادی برمی گردد که در آن دکتر Dr.Angus Smith تحقیقاتی را بر روی هوادهی فاضلاب در یک تانک و تأثیر آن بر تسریع اکسیداسیون مواد آلی انجام داد. در ادامه این امر تحقیقات مختلفی بر روی هوادهی فاضلاب انجام شد تا اینکه در سال 1910 میلادی Black & Phelps گزارش کردند که با تزریق هوا در مخزن فاضلاب می توان بطور قابل ملاحظه ای از فساد فاضلاب جلوگیری کرد.

     در خلال سالهای 1913-1912 میلادی Clark & Gage در مرکز پژوهشی Lawrence به این نتیجه رسیدند که با هوادهی فاضلاب می توان توده میکروارگانیسم ها در بطری کشت کرد و این پدیده در تانک نیز تا حدودی با تشکیل یک لایه یک اینچی مجزا روی سطح فاضلاب اتفاق افتاده که نقش قابل توجهی در تصفیه فاضلاب دارد. نتایج برجسته این پژوهش باعث شد که Dr.Fowler از دانشگاه منچستر انگلستان پیشنهاد تحقیقات مشابهی را در این خصوص بر روی سیستم فاضلاب شهر منچستر بدهد.

در سال 1914 و در نتیجه این پژوهش ها Arden & Lockett دریافتند که لجن بدست آمده طی هوادهی فاضلاب نقش بسیار مهمی را در تصفیه فاضلاب به عهده دارد. Arden & Lockett نام این فرایند را ((لجن فعال)) گذاشتند چرا که این نام بیانگر تولید یک توده فعال از میکروارگانیسم هایی بود که می توانستند باعث تثبیت هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب شوند.

 

شرح فرآیند

     در فرآیند لجن فعال، بخش عمده ای از مواد آلاینده فاضلاب را مواد آلی تشکیل می دهند که باکتری ها می توانند با تغذیه و مصرف آن ها باعث تصفیه فاضلاب شوند. بنابراین اصول تصفیه در این فرآیند بر مصرف مواد آلی توسط میکروارگانیسم ها و به خصوص باکتری ها استوار است. از این رو در این فرآیند برای پیشبرد روند تصفیه فاضلاب، ضروری است که تمامی شرایط برای رشد و تکثیر هر چه بهتر آنها فراهم گردد.

     باکتری ها برای ادامه حیات و فعالیت خود دارای سه نیاز اساسی غذا، آب و اکسیژن هستند. غذای آنها در واقع همان مواد آلی است که در فاضلاب وجود دارد و باکتری ها با مصرف آنها باعث تصفیه فاضلاب می شوند. آب نیز به وفور در دسترس آنها قرار دارد چرا که محیط زیست آنها محیط فاضلاب بوده که یک محیط کاملا آبی است. بنابراین با تأمین اکسیژن می توان شرایط اساسی رشد باکتری ها را فراهم کرد. به منظور تأمین اکسیژن مورد نیاز باکتری ها نیز معمولاً هوا به درون فاضلاب به صورت عمقی یا سطحی تزریق می شود.

     همانطور که در شکل مقابل نشان داده شده است در فرآیند لجن فعال فاضلاب ابتدا وارد یک مخزن هوادهی (واکنش) می شود. در این مخزن فاضلاب در مجاورت و دسترس باکتری ها قرار میگیرد. باکتری ها با استفاده از اکسیژن تزریق شده و انجام فعالیت های بیولوژیکی خود، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و به داخل بدن خود جذب می کنند. جذب مواد آلی به داخل باکتری سبب حذف مواد آلی از جریان فاضلاب و تصفیه آن می گردد. باکتری ها بخشی از این مواد غذایی را بصورت انرژی به مصرف خود رسانده و بخشی دیگر را برای تکثیر و تولید باکتری های جدید مورد استفاده قرار می دهند.

      پس از فرآیند جذب و تجربه مواد در مخزن هوادهی مخلوط فاضلاب و میکروارگانیسم ها وارد مخزن ته نشینی ثانویه می شوند. در این مخزن برخی فعالیتهای بیولوژیکی سبب چسبیدن میکروارگانیسم ها و باکتری ها به یکدیگر و ایجاد لخته می شود. این لخته ها به سبب وزن مخصوص بیشتر از آب به سمت پایین حرکت کرده و به تدریج در کف مخزن ته نشین شده و لجن بیولوژیکی را تشکیل می دهند. در این مرحله این لجن که حاوی مقادیر بسیار زیادی از میکروارگانیسم ها و باکتری های موثر در تصفیه فاضلاب است، به مخزن هوادهی برای ادامه فرآیند برگشت داده می شود که به آن ((لجن فعال برگشتی)) گفته می شود. در واقع نام ((لجن فعال)) به سبب همین فعالیت دائم لجن (توده میکروارگانیسم و باکتریها) در این فرآیند می باشد. بخش دیگر لجن نیز که مازاد بر نیاز تصفیه است از سیستم دفع می گردد.

بر این اساس می توان گفت که هر فرآیند لجن فعال از سه جزء اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

1- مخزن هوادهی

2- مخزن ته نشینی ثانویه

3- سیستم برگشت لجن فعال

از نظر سیستم رشد میکروارگانیسم ها فرآیند لجن فعال از نوع رشد معلق می باشد چرا که لخته های ناشی از توده باکتری ها و میکروارگانیسم ها در فضای مخزن هوادهی معلق بوده و دائماً در حال حرکت هستند.

موارد کاربرد انواع فرآیند لجن فعال در تصفیه فاضلاب ها
ردیف نوع فرآیند لجن فعال

موارد کاربرد

علت کاربرد

1

متعارفی

(CPFAS)

- شهرها

- هزینه کمتر برای ساخت مخازن هوادهی به علت زمان ماند کمتر نسبت به هوادهی گسترده

- صرفه اقتصادی جهت تهیه و نصب تجهیزات پردازش و هضم لجن

- عدم نیاز به تهیه و تامین تجهیزات مربوط به اختلاط کامل مخزن هوادهی

- کاهش مصرف انرژی به سبب حذف شرایط اختلاط کامل از مخزن هوادهی

- شهرک ها و مجتمعهای بزرگ مسکونی با جمعیت بیش از 1000 نفر

- شهرک های صنعتی

- صنایع بزرگ غذایی و لبنی با ظرفیت بیش از 1000 متر مکعب در شبانه روز

2

هوادهی گسترده

(EAAS)

- پکیج های تصفیه فاضلاب بهداشتی در مجتمع های مسکونی، اقامتی، تفریحی

- راندمان بسیار بالا در تصفیه فاضلاب


- مقاومت بالا در برابر نوسانات در کیفیت و مقدار فاضلاب ورودی


- تولید لجن بسیار کمتر از نوع متعارفی


- حساسیت کمتر نسبت به کیفیت بهره برداری در مقایسه با فرآیند لجن فعال متعارفی


- تولید لجن تثبیت شده

- بیمارستان ها و مراکز درمانی

- تصفیه فاضلاب بهداشتی کارخانه ها و کارگاه های صنعتی

- تصفیه فاضلاب بهداشتی کمپ های کارگری در پروژه های ساختمانی و عمرانی

- ساختمان های اداری
- صنایع لبنی
- صنایع غذایی
- صنایع تولید کاغذ و مقوا
3

رئاکتور ناپیوسته متوالی

(SBR)

- پکیج های تصفیه فاضلاب بهداشتی با ظرفیت کمتر از 10 متر مکعب در شبانه روز

- هزینه کمتر نسبت به دیگر انواع لجن فعال

- کشتارگاه ها - تولید فاضلاب در مدت محدودی از شبانه روز
- بیمارستان ها و مراکز درمانی - جلوگیری از رشد میکروارگانیسم های موثر در حجیم شدن لجن و به خصوص باکتریهای رشته ای
4

تثبیت تماسی

(CSAS)

- بیمارستان و مراکز درمانی - جلوگیری از رشد میکروارگانیسم های موثر در حجیم شدن لجن و به خصوص باکتری های رشته ای
5

بیورئاکتور غشایی

(MBR)

- فاضلاب های بهداشتی - انسانی - راندمان بسیار بالا در جداسازی لجن از آب
- عدم نگرانی نسبت به خروج لجن از سیستم تصفیه
- بیمارستان ها و مراکز درمانی - راندمان تصفیه بالا حتی در صورت رشد میکروارگانیسم­های رشته­ ای
- نیاز به فضای کمتر
- مناطق کم آب
- صنایع آب بر
- امکان استفاده مجدد از پساب در خط به سبب راندمان بالای تصفیه
- تصفیه خانه های واقع در محدوده های شهری - نیاز به زمین و فضای کمتر

 

انواع فرآیند لجن فعال

     پس از اثبات کارایی بسیار خوب فرآیند لجن فعال در تصفیه انواع فاضلاب ها، اصلاحات و تغییرات مختلفی بر روی فرآیند انجام گرفته و انواع مختلفی از فرآیند لجن فعال بکار گرفته شد. در واقع تمامی این تغییرات برای سازگار کردن این فرآیند با نیازمندیهای مختلف از سیستم تصفیه بود بطوریکه امروزه از این فرآیند حتی برای تصفیه انواع فاضلابهای صنعتی که قابلیت تصفیه بیولوژیکی دارند، استفاده می شود.

     لجن فعال متعارفی، هوادهی گسترده ، SBR، تثبیت تماسی، اکسیژن خالص، تغذیه مرحله ای و نهر اکسیداسیون همگی شکل های مختلفی از فرآیند لجن فعال هستند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص انواع فرآیندهای لجن فعال می توانید به لینک های زیر مراجعه فرمایید.

 

  1- فرآیند لجن فعال با اختلاط کامل (CMAS)

  2- فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS)

  3- فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

  4- فرآیند لجن فعال با تثبیت تماسی (CSAS)

  5- فرآیند رئاکتور ناپیوسته متوالی (SBR)

  6- فرآیند رئاکتور بیولوژیکی غشایی (MBR)

 

محدوده