فرآیند لجن فعال : يک فرآیند بيولوژيكي هوا دي تصفیه  فاضلاب از نوع رشد معلق است. در این فرآیند باکتری­ها و دیگر میکروارگانیسم­ها در مجاورت آب و اکسیژن کافی، مواد آلاینده موجود در  فاضلاب را جذب و سپس تجزیه نموده و باعث تصفیه فاضلاب می­شوند. اين فرآیند از حدود 100 سال پيش بطور مؤثر و گسترده­اي براي تصفية انواع فاضلاب هاي شهري و صنعتی بكار گرفته شده است. با اثبات كارايي بسيار خوب اين فرآیند مطالعات و بررسي ­ها براي بهبود هرچه بيشتر اين فرآیند به انجام رسيد بطوري كه به تدريج انواع مختلفي از اين فرآیند طراحي و به اجرا درآمد.

تاریخچه فرآیند لجن فعال

سابقه فرآیند لجن فعال به اوایل دهه 1880 میلادی برمی­گردد که در آن دکتر  Dr. Angus Smithتحقیقاتی را بر روی هوا دهی فاضلاب در یک تانک و تأثیر آن بر تسریع اکسیداسیون مواد آلی انجام داد. در ادامه این امر تحقیقات مختلفی بر روی هوا دهی فاضلاب انجام شد تا اینکه در سال 1910 میلادی Black & Phelps گزارش کردند که با تزریق هوا در مخزن فاضلاب می­توان بطور قابل ملاحظه­ای از فساد فاضلاب جلوگیری کرد.
 در خلال سالهای 1913-1912 میلادی Clark &Gageدر مرکز پژوهشی Lawrenceبه این نتیجه رسیدند که با هوا دهی فاضلاب می­توان توده میکروارگانیسم­ها 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 پژوهش­ها Arden & Lockett دریافتند که لجن بدست آمده طی هوا دهی فاضلاب نقش بسیار مهمی را در تصفیه فاضلاب به عهده دارد. Arden & Lockettنام این فرآیند را ((لجن فعال)) گذاشتند چرا که این نام بیانگر تولید یک توده فعال از میکروارگانیسم ­هایی بود که می­توانستند باعث تثبیت هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب شوند.

فرآیندهای تصفیه فاضلاب چگونه صورت میگرد؟ بیشتر بخوانید...

شرح فرآیند لجن فعال

    در فرآیند لجن فعال، بخش عمده­ای از مواد آلاینده فاضلاب را مواد آلی تشکیل می­دهند که باکتری­ها می­توانند با تغذیه و مصرف آن­ها باعث تصفیه فاضلاب شوند. بنابراین اصول تصفیه در این فرآیند بر مصرف مواد آلی توسط میکروارگانیسم­ها و به خصوص باکتری­ها استوار است. از این رو در این فرآیند برای پیشبرد روند تصفیه فاضلاب، ضروری­ است که تمامی شرایط برای رشد و تکثیر هرچه بهتر آنها فراهم گردد.
    باکتری­ها برای ادامه حیات و فعالیت خود دارای سه نیاز اساسی غذا، آب و اکسیژن هستند. غذای آنها در واقع همان موادآلی است که در فاضلاب وجود دارد و باکتری­ها با مصرف آنها باعث تصفیه فاضلاب می­شوند. آب نیز به وفور در دسترس آنها قرار دارد چراکه محیط زیست آنها محیط فاضلاب بوده که یک محیط کاملا آبی است. بنابراین با تأمین اکسیژن می­توان شرایط اساسی رشد باکتری­ها را فراهم کرد. به منظور تأمین اکسیژن مورد نیاز باکتری­ها نیز معمولاً هوا به درون فاضلاب به صورت عمقی یا سطحی تزریق می­شود.

هر فرآیند لجن فعال از سه بخش اصلی تشکیل شده است، عبارتند از:

1- یک رئاکتور که در آن میکروارگانیسم­های مؤثر در فرآیند تصفیه بصورت معلق نگهداری شده و به کمک هوادهی اکسیژن مورد نیاز آنها تأمین می­شود. به این رئاکتور معمولاً مخزن هوادهی نیز گفته می­شود.
2- یک واحد جداسازی جامدات (لجن) از آب که به آن معمولاً مخزن ته­نشینی یا زلال سازی می­گویند.
3- یک سیستم برگشت لجن از مخزن ته­نشینی به مخزن هوادهی

  بر این اساس در فرآیند لجن فعال فاضلاب ابتدا وارد مخزن هوا دهی (واکنش) می­شود. در این مخزن فاضلاب در مجاورت و دسترس باکتری­ها قرار می­گیرد. باکتری­ها با استفاده از اکسیژن تزریق شده و انجام فعالیت­های بیولوژیکی خود، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و به داخل بدن خود جذب می­کنند. جذب مواد آلی به داخل باکتری سبب حذف مواد آلی از جریان فاضلاب وتصفیه آن می­گردد. باکتری­ها بخشی از این مواد غذایی را بصورت انرژی به مصرف خود رسانده و بخشی دیگر را برای تکثیر و تولید باکتری­های جدید مورد استفاده قرار می­دهند.

فرآیند لجن فعال

    پس از فرآیند جذب و تجزیه مواد در مخزن هوا دهی ((مخلوط فاضلاب و میکروارگانیسم­ها)) وارد مخزن ته­ نشینی ثانویه می­شوند. در این مخزن برخی فعالیتهای بیولوژیکی سبب چسبیدن میکروارگانیسم­ها و باکتری­ها به یکدیگر و ایجاد لخته می­شود. 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 توده لجن بیولوژیکی را تشکیل می­دهند. بخش عمده­ ای از راند مان تصفیه فرآیند لجن فعال، به راند مان جداسازی لجن از آب در مخزن ته­ نشینی بستگی دارد. عدم جداسازی مناسب باعث می­شود که بخشی از لجن از سیستم خارج شده و بار آلودگی پساب خروجی را افزایش دهد.
    پس از مرحله ته ­نشینی ،بخشی از لجن که حاوی مقادیر بسیار زیادی از میکروارگانیسم­ها و باکتری­های مؤثر در تصفیه فاضلاب است، به مخزن هوا دهی برای ادامه فرآیند برگشت داده می­شود که به آن ((لجن فعال برگشتی)) گفته می­شود. بخش دیگر لجن نیز که مازاد بر نیاز تصفیه است از سیستم دفع می­گردد.
    از نظر سیستم رشد میکروارگانیسم­ها فرآیند لجن فعال از نوع رشد معلق می­باشد چراکه لخته­ های ناشی از توده باکتری­ها و میکروارگانیسم­ها در فضای مخزن هوا دهی معلق بوده و دائماً در حال حرکت و شناوری هستند.
    به منظور کاهش بار وارده بر فرآیند لجن فعال در اغلب موارد از یک واحد پیش تصفیه که شامل یک واحد ته ­نشینی اولیه است، استفاده می­شود. در این واحد بخش عمده­ ای از مواد معلق قابل ته­ نشینی از فاضلاب جدا می­شوند. از آنجا که فرآیند لجن فعال اساساً برای حذف آلاینده­ های محلول مناسب می­باشد، لذا حذف مواد معلق قابل ته­ نشینی در واحد ته ­نشینی اولیه می­تواند کمک قابل توجهی به افزایش راند مان کند.
    برای امکان طراحی یک سیستم لجن فعال علاوه بر حجم فاضلاب باید مقدار پارامترهای COD، sCOD، BOD₅، TSS، VSS و pH مشخص باشد.

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 بکارگرفته شد. در واقع تمامي اين تغييرات براي سازگار كردن اين فرآیند با نيازمندي هاي مختلف از سيستم تصفيه بود بطوريكه امروزه از اين فرآیند حتي براي تصفية انواع فاضلابهاي صنعتي كه قابليت تصفية بيولوژيكي دارند، استفاده مي­شود.
    فرآیند لجن فعال را از نظر رژیم جریان در مخزن هوادهی نیز به دو دسته اختلاط کامل و قالبی تقسیم بندی می­نمایند. در رژیم اختلاط کامل به سبب اختلاط انجام شده در مخزن هوادهی، غلظت میکروارگانیسم­ها و غذای در دسترس آنها در تمام بخش­های مخزن هوادهی یکسان است. در مقابل در رژیم قالبی به علت عدم انجام اختلاط، هر میکروارگانیسم در ابتدای مخزن هوادهی با مقدار مشخصی از غذا روبرو شده و همپای آن در طول مخزن هواد هی حرکت می­نماید. در نتیجه در ابتدای مخزن هواد هی میکروارگانیسم­ها و غذای آنها در مجاورت یکدیگر قرارداشته و با حرکت به سمت خروجی، میکروارگانیسم­ها این غذا را جذب خود می­نمایند.
    براین اساس فرآیندهای لجن فعال اختلاط کامل، لجن فعال متعارفی با جریان قالبی، هواد هي گسترده، SBR، تثبيت تماسي، اكسيژن خالص، تغذية مرحله­ اي و نهراكسيداسيون همگي شکل­های مختلفی از فرآیند لجن فعال هستند.

    برای دریافت اطلاعات بیشتر درخصوص مشخصات و طراحی انواع فرآیندهای لجن فعال به لینکهای زیرمراجعه فرمایید.

1- لجن فعال با اختلاط کامل

2- لجن فعال متعارفی

3- لجن فعال با هوادهی گسترده

4- تثبیت تماسی

بدون ديدگاه

 روش UASB یکی از مهترین روشهای بی هوازی بیولوژیکی در تصفیه انواع فاضلابها به خصوص فاضلابهای صنعتی  است. UASB مخفف Upflow Anaerobic Sludge Blanket و به معنای ((پتوی لجن بی هوازی رو به بالا)) است. این روش در سال 1979 توسط دکتر Gatze Lettinga در دانشگاه Wageningen هلند ابداع گردید.

این روش شامل یک رئاکتور بی هوازی است که فاضلاب از قسمت پایین آن وارد شده و در حین حرکت رو به بالای خود با پتوی لجن (توده میکروارگانیسمها) تماس می یابد. این تماس سبب جذب مواد آلی فاضلاب توسط میکروارگانیسم ها و تجزیه آنها طی فرآیندهای بیولوژیکی می شود. رئاکتورUASB مشابه دیگر رئاکتورهای بی هوازی نسبت به تغییرات دما و pH حساس است. بهترین دمای کارکرد رئاکتور UASB محدوده دمایی 40-30 درجه سانتیگراد و pH بهینه آن حدود 7 می باشد.

اما کلیدی ترین پارامتر کنترل این رئاکتور سرعت جریان روبه بالای فاضلاب است چراکه سرعت کم سبب ته نشین شدن توده بیولوژیکی و سرعت بیش از اندازه باعث خروج میکروارگانیسم ها از رئاکتور می شود. بسته به نوع فاضلاب سرعت بهینه جریان رو به بالا 1-0/6 متر بر ساعت می‌باشد. انجام واکنشهای بیولوژیکی در محیط بی هوازی رئاکتور باعث تولید گازهایی می شود که به آنها بیوگاز می گویند که بیشترین بخش آن را گاز متان تشکیل می دهد. جهت جمع آوری این گازها یک سیستم جمع آوری گاز در رئاکتور تعبیه می گردد.

بدون ديدگاه

فرآیند IFAS نوعی فرآیند لجن فعال است که در آن علاوه بر رشد معلق، باکتریها میتوانند با چسبیدن بر روی یک سطح (مدیا) رشد چسبیده نیز داشته باشند. به همین دلیل به فرآیند IFAS فرآیند دوگانه نیز گفته می‌شود چراکه در این سیستم هم رشد معلق و هم رشد چسبیده صورت می‌پذیرد.
مدیاها معمولاً از قطعات اسفنجی یا مواد پلاستیکی ساخته می‌شوند که دارای چگالی نزدیک به آب هستند که به آنها ((مدیا)) یا ((حامل بیوفیلم )) یا ((آکنه)) گفته می‌شود. چگالی آنها در محدوده 98/0 – 95/0 گرم بر سانتیمترمکعب بوده بطوریکه به راحتی امکان غوطه‌ور شدن در فاضلاب را دارند. نیروی لازم جهت اختلاط و غوطه‌وری این مدیا‌ها توسط سیستم هوادهی عمقی یا همزن‌های مکانیکی تأمین می‌شود. البته برخی از مدیاها در ابعاد بزرگ ساخته می‌شوند بطوریکه این قطعات را می‌توان در مخزن هوادهی بصورت ثابت نصب کرد که به آنها مدیاهای ثابت گفته می‌شود. در شکل ذیل فلودیاگرام فرآیند IFAS با مدیا‌های پلاستیکی غوطه‌ور نشان داده شده است.

در عمل بیشتر از مدیا‌های پلاستیکی غوطه‌ور استفاده می‌شود. این مدیا‌ها در شکل‌ها و ابعاد مختلفی ساخته می‌شوند اما معمولاً ابعاد آنها 50 – 5 میلیمتر است. در شکل انواع مختلفی از این مدیاها نشان داده شده است.

شکل انواع مدیا‌های پلاستیکی مورد استفاده در فرآیند IFAS
غلظت توده بیولوژیکی (MLSS)در فرآیند لجن فعال معمولا 5000-1000 گرم برمترمکعب است. این درحالی است که مقدار توده بیولوژیکی در مدیاها 20000-10000 گرم در مترمکعب می‌باشد. بنابراین چنانچه بخشی از مخزن هوادهی با مدیاها پرشود، غلظت توده بیولوژیکی در واحد حجم مخزن هوادهی قابل افزایش بوده و بدین ترتیب می‌توان حجم مخزن هوادهی را کوچکتر کرد.
از همین رو از فرآیند IFAS بیشتر در مواردی استفاده می‌شود که به سبب کمبود فضا امکان ساخت مخازن هوادهی بزرگ وجود نداشته باشد. همچنین در مواردی که بخواهیم ظرفیت واحد هوادهی یک سیستم تصفیه موجود را افزایش داد می‌توان از این فرآیند استفاده نمود. در این حالت متناسب با مقدار افزایش ظرفیت مورد نظر، بخشی از مخزن هوادهی با مدیا پرشده و بدین ترتیب بدون نیاز به افزایش حجم مخزن هوادهی، ظرفیت تصفیه سیستم افزایش خواهد یافت. در فرآیند IFAS معمولا 60-20 درصد از مخزن هوادهی با مدیا پرمی‌شود که با افزایش غلظت MLSS، حجم مخزن هوادهی تا 40 درصد حجم اولیه قابل کاهش است.
همزمان با رشد باکتریها بر روی سطح مدیا، ضخامت لایه بیولوژیکی افزایش می‌یابد به گونه‌ای که به تدریج اکسیژن کافی با باکتریهای واقع در لایه‌های زیرین نمی‌رسد. همین مسئله باعث ایجاد شرایط آنوکسیک شده و امکان حذف بیولوژیکی ازت را فراهم می‌سازد که یکی از مزایای فرآیند IFAS است. این درحالی است که در فرآیند لجن فعال به سبب وجود اکسیژن کافی در تمام مخزن هوادهی به علت عدم ایجاد شرایط آنوکسیک امکان حذف ازت وجود ندارد.
همچنین می‌توان با اضافه کردن یک واحدا آنوکسیک مستقل در قبل یا بعد از مخزن هوادهی، راندمان حذف نیتروژن را بصورت قابل ملاحظه‌ای افزایش داد. در شکل ذیل فرآیند IFAS همراه با یک واحد آنوکسیک در قبل از واحد هوادهی نشان داده شده است.

فرآیند IFAS همراه با واحد آنوکسیک

بر این اساس مهمترین مزایای فرآیند IFAS عبارتند از:
1- کاهش حجم مخزن هوادهی و در نتیجه کاهش فضای مورد نیاز سیستم تصفیه
2- امکان افزایش ظرفیت و ارتقای سیستم‌های تصفیه فاضلاب موجود بدون افزایش حجم مخزن هوادهی
3- مقاومت بالای سیستم در برابر شوکهای وارده به علت غلظت بالای لجن در مخزن هوادهی
4- امکان حذف ازت در مخزن هوادهی بدون نیاز به تهیه و ساخت واحدهای اضافی دیگر
5- امکان افزایش غلظت لجن در مخزن هوادهی (MLSS) بدون افزایش بار بر واحد ته‌نشینی ثانویه
6- امکان کنترل نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون با تنظیم مقدار اکسیژن محلول (DO)

در مقابل مهمترین معایب فرآیند IFAS عبارتند از:
1- نیاز به خرید مدیا
2- افزایش مصرف انرژی به منظور بالا نگه داشتن مقدار اکسیژن محلول
3- لزوم آشغالگیری و دانه‌گیری بهتر به منظور جلوگیری از گرفتگی مدیاها
4- افزایش افت فشار هیدرولیکی در واحد هوادهی به علت نصب صفحات سوراخدار جهت جلوگیری از خروج مدیا

بدون ديدگاه

    از میان تمام انواع فرآیندهای لجن فعال، فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی بیشترین کاربرد را در تصفیه انواع فاضلاب­ها و به خصوص فاضلاب­های شهری داردو به همین سبب گاهی به اختصار به آن لجن فعال متعارفی می­گویند.
    در این فرآیند همانند فرآیند اختلاط کامل (CMAS)، قبل از مخزن هوادهی از یک واحد ته­ نشینی اولیه استفاده می­شود. به علاوه در مخزن هوادهی دیوارهایی تعبیه می­گردد که به کمک آنها مخزن هوادهی بصورت یک کانال با عرض کم وطول زیاد درمی­ آید. همین مسئله سبب می­شود که رژیم جریان در مخزن هوادهی از اختلاط کامل به قالبی (نهرگونه) تبدیل شود.
    جریان قالبی در مخزن هوادهی باعث می­شود که دیگر نیازی به تأسیسات لازم جهت اختلاط کامل مخزن هوادهی وجود نداشته و مصرف انرژی و هزینه تأمین تجهیزات کاهش یابد. به علاوه به تجربه ثابت شده است که در شرایط مشابه راندمان تصفیه فاضلاب نیز در جریان قالبی (نهرگونه) اندکی افزایش می­ یابد.
    طی این فرآیند فاضلاب از ابتدای این کانال وارد شده و پس از گذر از کل طول کانال وارد مخزن ته­ نشینی ثانویه می­شود. از همین رو نیاز به اکسیژن در ابتدای کانال به علت وجود غلظت بالای مواد آلاینده، زیاد بوده و به تدریج با جذب این مواد در طی مسیر کانال نیاز به اکسیژن نیز کاهش می­ یابد. بنابراین سیستم هوادهی باید به گونه­ ای باشد که امکان تغییر و تنظیم لازم در مقدار هوادهی در نقاط مختلف مخزن هوادهی وجود داشته باشد.
    در عمل به سبب آنکه سیستم هوادهی باعث ایجاد اختلاط نسبی می­شود، جریان قالبی ایده­ آل وجود ندارد. در واقع رژیم جریان در فرآیند لجن فعال متعارفی ترکیبی از اختلاط کامل و قالبی است.

عمده­ ترین ویژگی­ها و مزایای فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی(CPFAS) عبارتند از:
1- استفاده از آن در تصفیه انواع فاضلاب­ها بسیار معمول است.
2- فرآیند پایه بسیاری از انواع فرآیندهای لجن فعال است.
3- قابلیت تبدیل به بسیاری از انواع فرآیندهای لجن فعال از جمله تغذیه مرحله­ ای، طراحی سلکتور و فرآیندهای آنوکسیک/هوازی را دارد.

اصلی­ترین محدودیت­ها و معایب این فرآیند نیز عبارتند از:
1- طراحی آن در شرایط هوادهی جریان قالبی پیچیده ­تر و مشکل­تر از فرآیند اختلاط کامل است.
2- تنظیم مقدار اکسیژن تزریقی با مقدار اکسیژن مورد نیاز به سادگی امکان­پذیر نیست.
3- راه بری و بهره­ برداری از این فرآیند نسبت به فرآیند اختلاط کامل مشکل­تر است.

استفاده از فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی(CPFAS) برای تصفیه فاضلاب در شرایط زیر می­تواند بهترین کارایی را در استفاده از این فرآیند به دنبال داشته باشد. این شرایط عبارتند از:
1- نسبت BOD₅ به COD فاضلاب بیشتر از 5/0 باشد.
2- مقدار COD فاضلاب کمتر از 1000 میلیگرم در لیتر باشد.
3- امکان تنظیم سیستم هوادهی برای هوادهی متغییر در مخزن هوادهی وجود داشته باشد.
4- حجم فاضلاب روزانه به اندازه ­ای زیاد باشد که تهیه تجهیزات هضم و پردازش لجن مقرون به صرفه باشد.
5- مقدار مواد معلق قابل ته ­نشینی در فاضلاب حداقل 20 درصد از کل بارآلودگی را تشکیل دهد.

    با توجه به شرایط گفته شده از فرآیند لجن فعال متعارفی (CPFAS) بیشتر در تصفیه فاضلاب بهداشتی شهرها و جوامع انسانی بزرگ استفاده می­شود. چراکه در این فرآیند دیگر نیازی به تهیه و تأمین تأسیسات مربوط به اختلاط کامل مخزن هوادهی وجود نداشته و متعاقب آن مصرف انرژی نیز کاهش خواهد یافت. همچنین در زمانی که ظرفیت تصفیه­ خانه به اندازه کافی بالا باشد، پردازش و هضم لجن تولیدی توسط یک واحد هضم و پردازش لجن مجزا مقرون به صرفه خواهد بود درحالی که در تصفیه­ خانه ­های کوچک تأمین تأسیسات هضم لجن به نسبت حجم فاضلاب بسیار گران خواهد بود.

موارد کاربرد فرآیند CMAS به همراه علت کاربرد آن در جدول رو به رو آمده است.

مهمترین پارامترهای طراحی فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS) در جدول زیر آمده است.

    به علت آنکه در این فرآیند مقدار F/M بیش از 1/0 است، لذا معمولاً این فرآیند با مشکل رشد میکروارگانیسم­های رشته­ ای و پدیده حجیم شدن لجن مواجه نمی­شود. چون سن لجن در این فرآیند کم است، بنابراین فرآیند نیتریفیکاسیون بصورت ناقص رخ می­دهد. البته درصد پیشرفت نیتریفیکاسیون در این فرآیند به دمای محیط بستگی دارد.
    زمان ماند هیدرولیکی (HRT) در این فرآیند به ­اندازه­ای است که باکتریها و میکروارگانیسم­ها تنها فرصت کافی برای جذب مواد را داشته باشند. از این رو در فرآیند لجن فعال متعارفی با جریان قالبی (CPFAS)درمخزن هوادهی شرایط به گونه­ ای است که فرصت کافی برای هضم لجن وجود نداشته وحجم لجن تولیدی نسبت به فرآیندهایی نظیر هواهی گسترده بالا می­باشد. 

    برای دریافت اطلاعات بیشتر درخصوص مشخصات و طراحی انواع دیگر فرآیندهای لجن فعال به لینکهای زیرمراجعه فرمایید.

1- لجن فعال با اختلاط کامل

2- لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)

3- SBR

4- تثبیت تماسی

5- MBR

6- IFAS

7- UASB

8- RBC

کانال بتنی

بدون ديدگاه