انواع فرآیندهای لجن فعال

انواع فرآیندهای لجن فعال

 

انواع فرآیندهای لجن فعال

1. لجن فعال متداول با جریان پیستونی (Conventional Plug Flow)
2. لجن فعال با اختلاط کامل (Complete Mixed Activated Sludge)
3. تثبیت تماسی (Contact Stabilization)
4. تغذیه مرحله ای (Step Feed)
5. راکتورهای متوالی با جریان ناپیوسته (Sequencing Batch Reactor)
6. فرآیند بیولاک (Biolac Process)
7. فرآیند کراس
8. گودال اکسایش (Oxidation Ditch)
9. هوادهی گسترده (Extended Aeration)

 

۱– انواع فرآیندهای لجن فعال متداول با جریان پیستونی (Conventional Plug Flow)

انواع فرآیندهای لجن فعال، فاضلاب از ۳ تا ۵ کانال سری در حوضچه هوادهی عبور می کند و متناسب با کاهش BOD_۵ در طول مسیر، می توان نسبت لجن برگشتی و میزان هوادهی را در نقاط مختلف راکتور تنظیم نمود.

به دلیل بالا بودن نسبت F/M، میزان تحمل شوک، پایین است.

در بخش‌های ابتدایی این سیستم، شرایط برای رشد باکتری‌های رشته‌ای مطلوب نیست.

اما رشد باکتری‌های رشته‌ای، در انتهای حوضچه فراهم می‌شود که زمان ماند کافی برای رشد آنها وجود ندارد.

از این رو، استفاده از این راکتورها یکی از راهکارهای مؤثر در پیشگیری از مشکلات باکتری های رشته است.

۲– لجن فعال با اختلاط کامل (Complete Mixed Activated Sludge)

در فرآیند لجن فعال با اختلاط کامل (CMAS) فاضلاب ورودی بلافاصله با اکسیژن و باکتری‌های درون حوضچه هوادهی مخلوط می‌شود.

بنابراین بار آلی، غلظت MLSS و اکسیژن در سرتاسر راکتور یکنواخت هستند.

در این سیستم، غالباً فاضلاب ته نشین شده و لجن فعال برگشتی، از چند نقطه وارد حوض هوادهی می شوند.

به دلیل پاسسن بودن F/M، شرایط رشد برای میکروارگانیسم های رشته ای و ایجاد بالکینگ فراهم بوده و باتوجه به رقیق سازی فاضلاب، تحمل بار هیدرولیکی و آلی در این فرآیند بیشتر از فرآیند پیستونی است.

۳– تثبیت تماسی (Contact Stabilization)

در این روش مطابق شکل ۴، از دو تانک جداگانه هوادهی برای تصفیه فاضلاب استفاده می شود.

بخشی از لجن فعال پس از تثبیت مواد محلول و ذره ای، با فاضلاب ورودی مخلوط شده و در درون حوضچه تماس، تحت عمل هوادهی قرار می گیرد. زمان ماند در حوضچه تماس، نسبتاً کوتاه بوده (۳۰ تا ۶۰ دقیقه) و غلظت MLSS در آن کمتر از حوضچه تثبیت می باشد. میکروارگانیسم ها در حوضچه تماس، BOD محلول را سریعاً حذف نموده ولی مواد آلی ذره ای و کلوئیدی در فلاک های لجن فعال به دام افتاده و در راکتور تثبیت اکسید می شوند. لخته های بیولوژیکی، در حوضچه ته نشینی ثانویه ته نشین می شوند که قسمتی از آن، زائد بوده و از سیستم خارج می شود و قسمت دیگر به حوض تثبیت باز می گردد.

میکروارگانیسم‌ها در حوض تثبیت حدود ۱ تا ۲ ساعت هوادهی شده و مواد آلی ذره‌ای را که در حوضچه تماس با آنها خوگرفته بودند، هضم و تثبیت می‌کنند.

وقتی باکتری‌ها این مواد را هضم کردند و به غذای اضافی نیازمند شدند، به حوضچه تماس برگشت داده می‌شوند.

چون این باکتری‌ها، غذای ذخیره شده در بدن خود را مصرف کرده‌اند، خیلی سریع مواد آلی موجود در فاضلاب خام را در خود جذب و اکسید می‌کنند.

به این دلیل، زمان ماند به حداقل می‌رسد. و نتیجتاً اندازه حوضچه تماس معمولاً کوچک‌تر از حوضچه هوادهی در سایر روش‌های فرآیند لجن فعال می‌باشد.

۴- تغذیه مرحله ای (Step Feed)

فرآیند تغذیه مرحله ای عبارت است از ورود فاضلاب ته نشین شده از ۳ تا ۴ نقطه به درون حوضچه هوادهی با جریان پیستونی به منظور یکنواخت کردن F/M و کاهش حداکثر اکسیژن مورد نیاز (شکل ۷). فرآیند تغذیه مرحله ای بدلیل داشتن غلظت بالای MLSS، در مقایسه با فرآیند متداول پیستونی با حجم مساوی، سن لجن زیادتری را ایجاد می نماید. این فرآیند می تواند در شرایط تثبیت تماسی نیز مورد بهره برداری قرار گیرد که در این صورت، فاضلاب ورودی، به آخرین گذرگاه وارد می گردد.

۵- راکتورهای متوالی با جریان ناپیوسته (Sequencing Batch Reactor)

SBR، یک راکتور با اختلاط کامل از نوع پر و خالی شونده است که همه مراحل فرآیند لجن فعال، در آن راکتور اتفاق می افتند. برای تصفیه فاضلاب شهری با جریان مداوم، حداقل ۲ واحد SBR مورد استفاده قرار می گیرند بطوری که یکی از آنها مرحله تغذیه و دیگری مراحل هوادهی، ته نشینی و تخلیه را طی می نماید. هر سیکل از SBR معمولاً شامل ۳ پر شدن، ۲ ساعت هوادهی، ۰/۵ ساعتته نشینی و ۰/۵ ساعت تخلیه می باشد (شکل ۹). در این فرآیند، عملاً حوض ته نشینی ثانویه حذف می شود و دفع لجن مازاد، بطور نرمال در مرحله هوادهی صورت می گیرد. البته در مرحله استراحت (Idle) نیز می توان به دفع لجن مازاد نمود.

۶- فرآیند بیولاک (Biolac Process)

سیستم تصفیه فاضلاب به روش بیولاک، یک سیستم اختصاصی فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده است.

از خصوصیات‌اصلی آن می‌توان به زمان ماند جامدات زیاد، بار آلی کم و هوادهی با حداقل انرژی اشاره نمود.

طبق شکل ۱۰، این سیستم دارای زنجیره های هوادهی پاندولی متحرک مستغرق مجهز به دیفیوزرهای تولید کننده حباب های ریز در ساختار لاگون ساده است که سطح آن توسط لایه های ژئوتکستایل و یا پلی‌اتیلن سنگین استربندی می شود و فرآیندهای ته نشینی ثانویه و هوادهی معمولاً در یک حوض توسط بافل هایی از هم می شوند.

دیفیوزرها به زنجیره هوادهی متصل هستند و در محدوده مشخصی از لاگون حرکت می کنند. زنجیره های هوادهی با حرکت ملایم و اختلاط کامل، مصرف انرژی را به حداقل می رسانند. هوادهی طولانی در بیولاک سبب شده تا حجم لجن تولیدی در مقایسه با سایر فرآیندها کمتر باشد. ضمن اینکه لجن دفعی از فرآیند بیولاک نیاز به تثبیت ندارد.

این فرآیند به دلیل سن بالای لجن (۴۰ تا ۷۰ روز) و بکارگیری تایمر الکترونیکی به منظور کنترل هواده هامی تواند برای انجام نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون نیز در نظر گرفته شود. نسبت F/M در این فرآیند، ۰/۰۴ تا ۰/۱ و مقدار MLSS در آن، ۱۵۰۰ تا ۵۰۰۰ میلی گرم در لیتر می باشد.

۷–  فرآیند کراس

فرآیند کراس، شکل تغییر یافته « فرآیند هوادهی مرحله ای مورد استفاده برای فاضلاب های با کمبود نیتروژن » است. در این روش، از لجن و مایع رویی هاضم غیرهوازی به ترتیب برای بهبود کیفیت ته نشینی فلاک های بیولوژیکی و تأمین نیتروژن مورد نیاز استفاده می گردد. همان طوری که در شکل ۸ ملاحظه می شود، قسمتی از لجن برگشتی حوضچه ته نشینی ثانویه، در یک راکتور نیتریفیکاسیون با مایع رویی هاضم غیرهوازی مخلوط می شود و نهایتاً به راکتور اصلی هوادهی با جریان پیستونی عودت داده می شود. علاوه بر فراهم شدن نیتروژن مورد نیاز، در صورت وقوع کمبود اکسیژن، نیترات حاصله به عنوان الکترون گیرنده عمل می کند.

۸- گودال اکسایش (Oxidation Ditch)

گودال های اکسایش شبیه روش جریان پیستونی هستند.

با این تفاوت که حوضچه هوادهی به جای مستطیل بودن، مدور است و گودال اکسایش یا گودال تثبیت نامیده می‌شود.

همچنین به جای هواده‌های سطحی از هواده‌های برسی چرخان استفاده می‌شود.

هوادهی، موجب جریان مدور فاضلاب با سرعت ۰/۲۵ تا ۰/۳ متر در ثانیه شده بنابراین شرایط لازم برای معلق نگهداشتن لجن‌های فعال تأمین می‌شود.

با این سرعت، مایع مخلوط در مدت ۵ تا ۱۵ دقیقه یک چرخش کامل را در راکتور طی می‌کند و مقدار جریان کانال به اندازه‌ای است که می‌تواند فاضلاب ورودی را ۲۰ الی ۳۰ برابر رقیق نماید.

در نتیجه، سینتیک این‌فرآیند براساس راکتور با اختلاط کامل اما با جریان‌پیستونی در طول کانال در نظر گرفته می‌شود.

هرچه فاضلاب در کانال پیش رود، غلظت DO باقیمانده آن کاهش می‌یابد بنابراین دنیتریفیکاسیون نیز ممکن است اتفاق بیفتد.

۹- هوادهی گسترده (Extended Aeration)

روش هوادهی گسترده اکثراً برای تصفیه فاضلاب های صنعتی به کار می رود.

اینگونه فاضلاب‌ها غالباً دارای مواد آلی محلول پیچیده هستند.

باکتری‌ها برای شکستن این مولکول‌های مرکب به زمان ماند طولانی نیاز دارند.

هوادهی گسترده (شکل ۵)، شبیه فرآیند متداول با جریان پیستونی است، اما زمان ماند هیدرولیکی در این روش، طولانی بوده و میکرووب ها در فاز خودخوری قرار دارند.

طراحی تجهیزات هوادهی نه بر اساس اکسیژن لازم بلکه بر مبنای میزان اختلاط لازم انجام می گیرد.

مزیت اول این روش آن است که عملاً به علت زمان ماند طولانی در حوضچه هوادهی، یکنواخت سازی نیز صورت می گیرد و بدین ترتیب سیستم از شوک های بار آلی در امان می ماند. مزیت دوم آن (( تولید لجن کمتر )) بدلیل هضم تعدادی از باکتری ها در حوضچه هوادهی است. غالباً در این روش از حوض ته نشینی اولیه استفاده نمی شود.