فرآیند لجن فعال
فرآیند لجن فعال از نوع سیستم رشد معلق و از متداول‌ترین روش‌های تصفیه بیولوژیکی هوازی بوده که در آن از اکسیداسیون هوازی میکرواروگانیسم‌ها جهت پالایش مواد آلی موجود در فاضلاب استفاده می‌گردد. بر اساس نحوه پخش فاضلاب ورودی، توزیع و نحوه هوادهی، زمان اقامت در راکتور هوادهی و نسبت مواد آلی به غلظت میکرواروگانیسم‌ها، انواع مختلفی از سیستم‌های لجن فعال (مانند هوادهی گسترده، نهر اکسیداسیون، تثبیت تماسی و اختلاط کامل) وجود دارد. در روش لجن فعال، با مخلوط کردن پساب و توده میکرواروگانیسم‌های فعال در مخزن هوادهی و تامین اکسیژن لازم ، شرایط لازم جهت تصفیه مواد آلی موجود در پساب طبق فعل و انفعالات کلی زیر فراهم می‌گردد. بدین ترتیب مقادیر زیادی از مواد آلی موجود در پساب که در سوخت و ساز میکروارگانیزم‌ها مصرف گردیده‌اند از پساب جدا شده و بقیه به صورت نامحلول همراه با پساب و لجن خروجی از مخزن ته نشین شده نهایی خارج می‌گردد.
در سیستم لجن فعال با استفاده از لخته‌های میکروبی معلق با سایز ۱/۰ الی ۱ میلی‌متر به اکسایش مواد آلی می‌پردازند.
سپس مخلوطی از فاضلاب و توده‌های میکروبی وارد بخش ته‌نشینی می‌شوند.
پساب حاصل از ته‌نشینی به واحدهای بعدی فرستاده می‌شود.
لجن ته‌نشین شده دوباره به حوض هوادهی لجن فعال برگشت داده می‌شود.
تاریخچه فرآیند لجن فعال
این روش در اوایل دهه ۱۸۸۰ میلادی توسط دکتر اسمیت ابداع شده و پس ازمدتی و از حدود ۱۰۰ سال پیش به طور مؤثر و گسترده‌ای برای تصفیه فاضلاب‌های بهداشتی و شهری بکارگرفته شده است. برخی معتقدند این فرآیند در سال ۱۹۱۴ در انگلستان بوسیله آردن و لاکت ابداع شد. با اثبات کارایی بسیار خوب این روش مطالعات و بررسی‌ها برای بهبود هرچه بیشتر این روش به انجام رسید به طوری که به تدریج انواع مختلفی از این روش طراحی شده و به اجرا درآمد.
در واقع تمامی این تغییرات برای سازگار کردن این روش با نیازمندی‌های مختلف از سیستم تصفیه بود. به طوری‌که امروزه از این روش حتی برای تصفیه انواع فاضلاب‌های صنعتی که قابلیت تصفیه بیولوژیکی دارند، استفاده می‌شود. تثبیت تماسی، هوادهی گسترده، اکسیژن خالص، تغذیه مرحله ای و نهراکسیداسیون همگی انواع مختلفی از روش لجن فعال هستند.
فرآیندهای لجن فعال که امروزه استفاده می شوند ممکن است علاوه بر حذف مواد آلی، واکنش های حذف بیولوژیکی نیتروژن و فسفر و تصفیه پیشرفته را تحت شرایط هوازی، انوکسیک و بی هوازی نیز دربرداشته باشند. امروزه مدل‌های مختلفی از فرآیند لجن فعال مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما همه آنها در اساس شبیه یکدیگرند.
دیاگرام فرآیند لجن فعال
تصفیه بیولوژیکی به روش لجن فعال عموماً بر اساس شکل ۱ انجام می‌شود.
با این وجود، با استفاده از تکنولوژی‌های غشایی، مِدیاها و …، مدل‌های نوینی از فرآیند لجن فعال نیز به کار گرفته شده‌اند.
میکروارگانیسم‌های مهم لجن فعال شامل باکتری‌ها، پروتوزوئرها، روتیفرها و جلبک‌ها می‌باشند. در فرآیند لجن فعال، باکتری‌ها از مهم‌ترین میکروارگانیسم‌های عامل تجزیه مواد آلی فاضلاب ورودی هستند. یک گرم لجن فعال حدود ۱۰۱۲ باکتری دارد و این باکتری ها غالباً گرم منفی، هوازی اختیاری، مزوفیلیک و شیمیوهتروتروف هستند.
سودوموناس، فلاویاباکتریوم، آلکالیژنز، زئوگلنا، آکروموباکتر، نوکاردیا، بدلوویبریو، مایکوباکتریوم، نیتروزوموناس، نیتروباکتریوم در اغلب موارد به ترتیب فراوان‌ترین و شایع‌ترین باکتری‌های لجن فعال می‌باشند.
اسفائروتیلوس، بژیوتوآ، تیوتریکس، لسیکوتریکس، ژئوتریکوم نیز از باکتری‌های رشته ای شایع در فرآیند لجن فعال می‌باشند. هرچند وجود این باکتری‌ها در حد مناسب موجب استحکام لخته‌ها می‌شود، افزایش مجموع طول آنها به بیش از ۱۰۷میکرومتر در هر میلی لیتر از جامدات معلق، موجب ته نشینی ضعیف لجن می‌شود که از آن به عنوان بالکینگ (حجیم شدن لجن) رشته‌ای لجن یاد می‌شود.F/M . پایین و کمبود اکسیژن محلول از عوامل اصلی این پدیده نامطلوب هستند. همان طوری که گفته شد، با اندازه‌گیری SVI می‌توان بروز آن را تشخیص و یا تأیید نمود.
۵ تا ۲۰ درصد باکتری‌های موجود در فرآیندهای لجن فعال، زنده بوده و فقط حدود ۱ تا ۳ درصد باکتری‌ها، فعال هستند. منظور از اندازه فلاک‌ها، قطر ماکروسکوپی آنها در زمان ته نشینی لجن نیست (به قطر تا ۱۰mm)، بلکه این فلاک‌های ماکروسکوپیک از ذرات کوچک‌تری تشکیل شده‌اند که به طور ضعیفی به یکدیگر متصل بوده و قطر هر یک از آنها کوچک‌تر از ۱mm می‌باشد. منظور از فلاک‌های لجن، این ذرات کوچک هستند که قطر آنها می‌تواند بین ۱ تا ۱۰۰۰ میکرون باشد اما معمولاً بین ۱۵۰ تا ۳۰۰ میکرون قرار دارد.
انواع فرآیندهای لجن فعال
- لجن فعال متداول با جریان پیستونی (Conventional Plug Flow)
- لجن فعال با اختلاط کامل (Complete Mixed Activated Sludge)
- تثبیت تماسی (Contact Stabilization)
- تغذیه مرحله ای (Step Feed)
- راکتورهای متوالی با جریان ناپیوسته (Sequencing Batch Reactor)
- فرآیند بیولاک (Biolac Process)
- فرآیند کراس
- گودال اکسایش (Oxidation Ditch)
- هوادهی گسترده (Extended Aeration)
بخش‌های اصلی
فرآیند لجن فعال شامل سه بخش اصلی می‌باشد که این بخش‌ها عبارتند از:
- مخزن هوادهی که در آن میکرواروگانیسم‌های موثر در تصفیه بصورت معلق در آن نگهداری شده و برای ادامه فعالیت آنها اکسیژن به مخزن تزریق می‌گردد.
- مخزن ته‌نشینی که در آن لجن بیولوژیکی از پساب جدا شده و مخلوط فاضلاب در دو فاز جداسازی می‌شود.
- یک سیستم برگشت لجن که بخشی ازلجن ته‌نشینی شده در مخزن ته‌نشینی را دوباره به مخزن هوادهی بازمی‌گرداند.
شرح فرآیند لجن فعال
در این فرآیند ابتدا فاضلاب وارد مخزن ته‌نشینی اولیه شده و ذرات خارجی و درشت طی فرآیندی ته‌نشینی در کف مخزن ته‌نشینی شده و از جریان فاضلاب جدا می‌گردد. به طور معمول در این مرحله ۳۰-۲۵ درصد از بارآلودگی که ناشی از مواد آلی معلق و ذرات درشت است حذف می‌شود. سپس پساب وارد مخزن هوادهی شده و با توده میکرواروگانیسم‌های موجود در آن تماس می‌یابد.
میکرواروگانیسم‌ها به کمک اکسیژن تزریقی به مخزن هوادهی موادآلی (آلاینده) موجود در فاضلاب را جذب و در نهایت تجزیه مینمایند. از مجموع مواد آلی که جذب میکرواروگانیسم‌ها می‌شود بخشی به‌صورت انرژی، بخشی به‌صورت گاز و بخشی به‌صورت سلول‌های جدید در می‌آیند. بنابراین در مخزن هوادهی همواره مخلوطی از میکرواروگانیسم‌ها، مواد آلی (آلاینده)، مواد معدنی بی‌اثر و آب وجود دارد که به آن مایع مخلوط یا MLSS می‌گویند.
پس از گذشت زمان ماندی در حدود ۱۲-۶ ساعت این مایع مخلوط وارد مخزن ته‌نشینی ثانویه می‌شود.
در این مخزن لجن یا همان توده بیولوژیکی به سبب وزن بیشتر در کف مخزن ته‌نشین شده و پساب عاری از مواد آلی (آلاینده) از مخزن خارج می‌شود.
البته تمام لجن ته نشین شده از سیستم دفع نمی‌گردد چراکه این کار باعث کاهش تعداد میکرواروگانیسم‌های مخزن هوادهی شده و باعث می‌شود که بخشی از مواد آلی به سبب جمعیت کم میکرواروگانیسم‌ها جذب آنها نشوند.
بنابراین بخشی از لجن ته‌نشین شده دوباره به مخزن هوادهی بازگردانده می‌شود که به آن لجن فعال (Activated Sludge) می‌گویند.
در واقع علت نام‌گذاری این روش نیز همین برگشت لجن (توده میکروارگانیسم‌ها) از مخزن ته‌نشینی به مخزن هوادهی است.
ویژگی‌های کلی
ویژگی‌های کلی این روش عبارتند از:
راندمان ۹۵-۸۵% در حذف BOD و COD
توان پذیرش فاضلاب‌های با BOD کمتر از حدود ۲۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر
نیاز به انجام هوادهی مصنوعی به صورت عمقی یا سطحی
حساسیت کمتر نسبت به تغییرات دما و pH در مقایسه با روش‌های بی هوازی
نیاز به تأسیسات هضم لجن
صرفه اقتصادی این روش برای کاربرد برای تصفیه فاضلاب‌های با دبی بالا
