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.
| پارامترهای طراحی فرآیند لجن فعال | |||||
| رئاکتور ناپیوسته (SBR) متوالی |
هوادهی گسترده (EAAS) |
اختلاط کامل (CMAS) |
متعارفی قالبی | هوادهی با نرخ بالا | نام فرآیند |
| ناپیوسته (Batch) |
اختلاط کامل یا قالبی |
اختلاط کامل | قالبی | اختلاط کامل یا قالبی |
نوع رئاکتور |
| 15-30 | 20-40 | 3-15 | 3-15 | 0.5-2 | سن لجن (روز) SRT (day) |
| 0.04-0.1 | 0.04-0.1 | 0.2-0.6 | 0.2-0.4 | 1.5-2 | F/M kgBOD/kgMLVSS.d |
| 0.1-0.3 | 0.1-0.3 | 0.3-1.6 | 0.3-0.7 | 1.2-2.4 | بارگذاری حجمی kgBOD/M3.d |
| 2000-5000 | 2000-4000 | 1500-4000 | 1000-3000 | 500-1500 | MLSS mg/lit |
| 15-40 | 20-30 | 3-6 | 4-8 | 1-2 | زمان ماند هیدرولیکی HRT(hr) |
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.
گزارش
My comments