فرآیندهای متداول در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

بشر همواره استفاده کننده آب بوده است. نیاز بشر به این ماده حیاتی در طول تاریخ بیشتر وبیشتر شده تا جایی که امروزه همه بخشهای جامعه از اشخاص گرفته تا موسسات و شرکتهای بازرگانی و صنعتی برای مصارف گوناگون خود از آب استفاده می کنند. این در حالی است که تنها بخش کوچکی از آب واقعا مصرف می شود. بخش عمده آب استفاده شده به عنوان آب ضایعاتی دور ریخته می شود.
در گذشته که حجم آب ضایعاتی تولید شده توسط بشر اندک بود تخلیه آن به رودخانه ها و دریا ها مشکلی ایجاد نمی نمود. در واقع میکروارگانیسم های موجود در آب رودخانه ها و دریاها، آن حجم کم آب ضایعاتی را به راحتی تصفیه می کردند. اما امروزه حجم ضایعات تولید شده توسط انسان خیلی بیشتر از ظرفیت تصفیه کنندگی میکروارگانیسم های موجود در آب های طبیعی است. بنابراین آب ضایعاتی تولید شده توسط بشر قبل از تخلیه و دفع حتما باید تصفیه شود. تصفیه آب ضایعاتی به روش های گوناگونی می تواند صورت پذیرد.

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 میکروارگانیسمها 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 میکروارگانیسمها، انواع مختلفی از سیستم های لجن فعال (مانند هوادهی گسترده، نهر اکسیداسیون، تثبیت تماسی و اختلاط کامل) وجود دارد. در روش لجن فعال، با مخلوط کردن پساب و توده میکروارگانیسمهای 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 گردیده اند از پساب جدا شده و بقیه بصورت نامحلول همراه با پساب و لجن خروجی از مخزن ته نشین شده نهایی خارج می گردد.

هوادهی در استخرهای هوادهی به دو منظور رسانیدن اکسیژن به باکتریها و شناور نگه داشتن لخته ها انجام میگیرد. جداسازی فاضلاب و لخته های بیولوژیکی در مخازن ته نشینی انجام می شود که در آن میکروارگانیزمها بصورت لجن ته نشین میشود. بدین ترتیب مقادیر زیادی از مواد آلی که در سوخت و ساز واکنشهای بیولوژیکی مصرف شده اند از فاضلاب جدا شده و مقداری نیز تبدیل به گاز میگردد. بخشـی از لجن فعال جدا شده در مخزن ته نشینی جهت ثابت نگهداشتن غلظت میکروارگانیسمها به راکتورهای هوادهی و بخشی نیز جهت تثبیت بیشتر و دفع ، به واحدهای تغلیظ و تثبیت لجن منتقل می گردد. پارامترهای مهم طراحی و کنترل فرآیند لجن فعال عبارتند از سن لجن، نسبت خوراک به میکروارگانیسمها، بار آلی و زمان اقامت.

انتخاب نوع راکتور در فرآیندهای هوازی (همچون لاگون ها، هوادهی گسترده، هوادهی مرحله ای و غیره)تابع شرایط مختلفی از جمله بار آلودگی پساب و میزان مواد معلق آن، بار لجن، بار حجمی و درجه هضم پذیری مواد آلی موجود در پساب می باشد.

در روش های مختلف از فرآیند لجن فعال با اضافه کردن مدیاهای ثابت و یا متحرک، فرآیندهای هیبریدی (دوگانه رشد چسبیده و رشد معلق) مانند IFAS و MBBR حاصل میگردد که در شرایط عملیاتی مشابه، میتوان با راندمان بالایی، زمان اقامت در راکتورهای هوازی را کاهش داد. پارامتر مهم در انتخاب مدیاها، سطح ویژه آنها میباشد و با نصب مدیای مناسب در راکتورهای بیولوژیکی، امکان بهینه سازی و افزایش ظرفیت تصفیه خانه ها وجود دارد.

فرآیند صافی های چکنده :

در سیستم های رشد چسبیده مانند صافی چکنده، فاضلاب با لایه های میکروبی که به سطوح می چسبند، تماس داده می شود. متابولیسم بیولوژیکی مواد آلی فاضلاب در سیستم های محیط رشد چسبیده صرفنظر از خصوصیات راکتور، به طور قابل ملاحظه ای شبیه سیستم های محیط رشد معلق است. میکروارگانیسمهایی که خود را به سطوح جامد بستر می چسبانند و تشکیل بیوفیلم میدهند تقریبا از همان گروههایی هستند که در سیستم لجن فعال موجودند. با عبور فاضلاب از روی این لایه ها، مواد آلی محلول به داخل آنها نفوذ میکند. اکسیژن موجود در فاضلاب و هوای فضاهای خالی بستر نیز اکسیژن مورد نیاز واکنشهای هوازی در سطح لایه زنده را فراهم می کند.

جذب سطحی و اکسیداسیون بیولوژیکی فرآیندهای اصلی حذف مواد آلی میباشد. عوامل موثر در عملکرد صافیهای چکنده، بار مواد آلی، بار هیدرولیکی، میزان بازچرخش پساب و دمای آب و هوای اطراف میباشد. میزان زیاد بار آلی منجر به رشد سریع توده باکتری ها می شود که منجر به گرفتـگی منافذ و طغیان قسمت هایی از بستر میشود. لذا با برگشت بخشی از پساب خروجی، غلظت فاضلاب ورودی را تا مقادیر کمتر از ppm 400 کاهش میدهند. عمل هوادهی در این نوع فیلترها بصورت طبیعی انجام میشود و جهت حرکت هوا تایع اختلاف دمای فاضلاب و هوا میباشد. در هوای گرم، جهت جریان هوا به طرف پائین و در هوای سرد بطرف بالا میباشد. سرمای بیش از حد منجر به یخ زدگی و نابودی لایه میکروارگانیسمهای زنده میشود.

راکتورهای بی هوازی :

کاهش چشمگیر مصرف انرژی، تولید لجن بسیار کمتر و تولید گاز با ارزش حرارتی بالا، استفاده از فرآیندهای بیهوازی را جهت کاهش بار آلودگی زیاد فاضلاب (معمولا” COD بیش از ppm 1500)، علیرغم دشواری و حساسیت بالا آنها در راهبری، توجیه می نماید. در روش تصفیه بیهوازی (مانند راکتورهای UASB ، FBR ، فیلترهای بیهوازی و فرآیند تماس بیهوازی) تجزیه مواد آلی کندتر از روشهای هوازی انجام می گیرد. در این فرآیند سه مرحله اتفاق می افتد.

در اولین مرحله که مرحله هیدرولیز (Hydrolysis ) است مواد آلی پیچیده شکسته شده و به مواد آلی محلول تبدیل میشود. مرحله هیدرولیز مهم ترین مرحله تصفیه بیهوازی است و اصولا خیلی کند ادامه خواهد یافت. دومین مرحله تصفیه بیهوازی اعمال توام اسیدی شدن و تولید استات توسط میکروارگانیسم های اسید ساز است که در اثر آن مواد آلی ساده حاصل از مرحله هیدرولیز به اسیدهای چرب فرار مثل اسید استیک تبدیل خواهد شد. با پیدایش اسید های چرب فرار PH محیط افت خواهد کرد. اگر فاضلاب حاوی قندهای ساده باشد این مرحله به سرعت انجام میشود و اگر حاوی پروتئین و مواد آلی پیچیده باشد انجام دومین مرحله به زمان نیاز خواهد داشت. سومین مرحله، مرحله تولید متان است و در این مرحله اسیدهای آلی تولید شده مورد استفاده باکتریهای متانزا قرار میگیرد و با تولید متان، COD کاهش می یابد. در مراحل تصفیه بیهوازی کنترل عواملی چون درجه حرارت، PH محیط، درصد پروتئین ها و کربوهیدرات ها، چربی فاضلاب، اندازه ذرات معلق و غلظت آمونیاک حائز اهمیت است. باکتریهای اسیدساز که اعمال هیدرولیز و اسیدی شدن را انجام می دهند، باکتریهای دوزیستی هستند که در محیط های هوازی و بیهوازی قادر به ادامه حیات میباشند. این باکتریها PH های اسیدی تا کمی قلیایی بین ۳ تا ۸ را تحمل می کنند. باکتریهای نوع دوم باکتریهای متانزا هستند که مطلقا  بیهوازی هستند و از این رو در غیاب اکسیژن ادامه حیات خواهند داد. این باکتریها نسبت به شرایط محیطی مانند PH و دما حساس تر از باکتریهای اسیدی هستند به همین دلیل علیرغم برقراری تعادل مابین باکتریهای اسیدساز و متانزا، میبایست شرایط محیطی مناسب را بر اساس باکتریهای متانزا فراهم نمود.

البته باید به این نکته توجه داشت که فرآیندهای بیهوازی بدلیل درجه اکسیداسیون کمتر نسبت به فرآیندهای هوازی، معمولا” در تصفیه خانه های فاضلاب حالت پیش تصفیه دارند و جهت کاهش بار آلودگی بیشتر تا محدوده استاندارد، پس از آنها از راکتورهای هوازی استفاده میشود. همانند راکتورهای هوازی، از انواع مختلف مدیا با سطح ویژه بالا نیز میتوان در راکتورهای بیهوازی جهت ایجاد همزمان رشد معلق و چسبیده استفاده کرد.