لجن فعال متعارف (CAS)

خانه
مقالات
لجن فعال متعارف (CAS)

لجن فعال متعارف (CAS)

فرآیند لجن فعال متعارف (Conventional Activated Sludge) یک فرآیند بیولوژیکی معمول و از جمله متداول ترین روش های رشد معلق (suspended growth) که برای تصفیه فاضلاب شهری استفاده می شود و منجر به کاهش مواد آلی موجود در فاضلاب می گردد. اصولاً شامل اکسیداسیون مواد بیولوژیکی کربن، برای کاهش آلاینده های آلی است.

این فرآیند از میکروارگانیسم های هوازی (Aerobic) که می توانند مواد آلی موجود در فاضلاب را هضم کنند بهره می گیرد و سپس به صورت لجن دفع می کند و در نتیجه میکروب های غیرفعال را از سیستم خارج می کند. مایع رویی حاصل از این فرآیند را می توان در یک زلال کننده ثانویه (Secondary Clarifier) جداسازی و شفاف کرد، بنابراین یک کاهش موثر از پارامترهای آلاینده فراهم می کند.

همچنین یک سیستم لجن فعال متعارف (CAS) معمولاً شامل یک مخزن ته نشینی اولیه (Primary Sedimentation) در ابتدای تصفیه خانه می باشد. آب تصفیه کننده برای ضد عفونی (Disinfection) و تخلیه نهایی به سایر واحدهای تصفیه برای تصفیه بیشتر منتقل می شود.

میکروارگانیسم های مازاد را می توان به راحتی به هر یک از محلول های تصفیه لجن که در آن می توان انرژی را از مواد جامد زیستی بازیابی کرد، هدایت کرد. این مرحله اضافی چرخه انرژی تصفیه خانه فاضلاب را می بندد که به آن اجازه می دهد مستقل از سوخت فسیلی کار کند. قسمت دیگری از میکروارگانیسم ها مجدداً به مخزن هوادهی (Aeration) منتقل می شود تا بار میکروارگانیسم ها در سطح کافی برای ادامه روند تخریب بیولوژیکی حفظ شود.

این فرآیند اساسی همچنین می تواند با فرآیند های بی هوازی و انوکسیک برای کاهش ماده فسفات و نیترات همراه شود. بخشی از مواد ته نشین شده، لجن به سیستم هوادهی برگردانده می شود تا جرم میکروبی فعال را برای تخریب فاضلاب ورودی به مخزن حفظ کند.

مزایای فرآیند لجن فعال متعارف

هزینه نصب پایین (مقرون به صرفه)
پساب با کیفیت مناسب
نیاز به زمین کوچک
افت هد فشار کمتر
آزادی در برابر پرواز و بوی مزاحم درجه بالایی از درمان
کار مکانیکی به راحتی حفظ می شود
سیستم خود پایدار در عملکرد
این یک فن آوری اثبات شده است و می تواند اکثر مواد آلی را از بین ببرد.
از فرآیند لجن فعال همراه با هضم لجن بیهوازی (Anaerobic Sludge Digester) می توان برای تولید گاز و برق زیستی استفاده کرد.

سیستم ها لجن فعال هوازی از پخش کننده های دیفیوزر حباب ریز (Fine Bubble Diffusers) برای هوادهی استفاده می کنند و بیشتر آنها با این مفهوم طراحی شده اند. همه سیستم ها قادر به تولید آب تصفیه شده با غلظت آلاینده های آلی بسیار کمBOD ، COD و … هستند، کاملاً در حد مورد نیاز برای رسیدن به مشخصات تخلیه در محیط زیست می باشد. بسیاری از این تاسیسات به عنوان سیستم های هوادهی گسترده (Extended Aeration) طراحی شده اند.

این سیستم ها برای شهرها و صنایع مختلفی مانند کارخانه های تقطیر (Distilleries)، نوشیدنی (Breweries)، مخمر (Yeast)، داروسازی (Pharmaceuticals)، منسوجات (Textiles)، نوشابه (Soft Drinks)، مواد غذایی (Food)، پتروشیمی (Petrochemicals)، مواد شیمیایی (Chemicals)، کاغذ (Paper) و غیره با موفقیت نصب شده اند.

سیستم تصفیه لجن فعال شامل موارد زیر است:

هوادهی فاضلاب در حضور سوسپانسیون میکروبی
جداسازی جامد مایع پس از هوادهی
تخلیه پساب تصفیه شده
دفع زیست توده اضافی لجن مازاد
بازگشت زیست توده باقی مانده به مخزن هوادهی

در فرآیند لجن فعال ، فاضلاب حاوی مواد آلی در یک مخزن هوادهی که در آن میکروارگانیسم ها مواد آلی معلق و محلول را متابولیزه می کنند، هوادهی می شود. بخشی از مواد آلی به سلولهای جدید سنتز می شود و بخشی نیز برای تولید انرژی به CO₂ و آب اکسید می شود. در سیستمهای لجن فعال سلولهای جدید تشکیل شده در واکنش از جریان مایع به صورت لجن لخته ای در مخازن ته نشینی خارج می شوند. بخشی از این زیست توده ته نشین شده، به عنوان لجن فعال(Activated Sludge)، به مخزن هوادهی برگردانده می شود و باقیمانده آن لجن اضافی یا مازاد را تشکیل می دهد.

متغیرهای اصلی فرآیند لجن فعال

رژیم اختلاط (Mixing Regime)

به طور کلی دو نوع رژیم اختلاط بیشتر مورد توجه فرآیند لجن فعال هستند:

جریان قالبی یا نهرگونه (plug flow)

در جریان نهرگونه، رژیم با جریان منظم مایع مخلوط از مخزن هوادهی مشخص می شود و هیچ عنصری از مایع مخلوط سبقت نمی گیرد یا با عنصر دیگری مخلوط نمی شود. ممکن است مایع مخلوط شده جانبی وجود داشته باشد اما در مسیر جریان نباید اختلاط شود.

اختلاط کامل (complete mix)

در اختلاط کامل، محتوای مخزن هوادهی به خوبی هم زده و در کل یکنواخت است. بنابراین، در حالت پایدار، پساب مخزن هوادهی همان ترکیب محتوای مخزن هوادهی را دارد.

نوع رژیم اختلاط بسیار مهم است زیرا بر (1) نیاز انتقال اکسیژن در مخزن هوادهی، (2) حساسیت زیست توده به بارهای شوک، (3) شرایط محیطی محلی در مخزن هوادهی و (4) سینتیک حاکم بر فرآیند تصفیه تأثیر می گذارد.

نرخ بارگذاری (Loading Rate)

یک پارامتر بارگذاری که طی سالها توسعه یافته است، زمان ماند هیدرولیکی (Hydraulic Retention Time) است.

HRT = V / Q

V حجم مخزن هوادهی بر حسب متر مکعب (m³) و Q دبی فاضلاب ورودی بر حسب (m³/d)

پارامتر بارگذاری تجربی دیگر بار آلی حجمی (volumetric organic loading) است که به عنوان BOD اعمال شده در واحد حجم مخزن هوادهی در روز تعریف می شود.

یک پارامتر بارگیری منطقی که مقبولیت بیشتری پیدا کرده و ترجیح داده می شود، نرخ ویژه سوبسترای مصرفی (specific substrate utilization rate) در واحد روز است.

q = Q (S_O – Se) / V.X

یک پارامتر بارگذاری مشابه میانگین زمان ماند سلول (Mean Cell Residence Time) یا زمان نگهداری لجن (Sludge Retention Time) است.

MCRT=SRT = V X / Qw Xr + (Q – Qw Xe)

S_O و S_e به ترتیب غلظت ماده آلی فاضلابی ورودی و پساب خروجی هستند برحسبBOD₅ (g/m³)

X ، Xe و Xr به ترتیب غلظت MLSS در مخزن هوادهی، پساب خروجی و لجن برگشتی

Qw میزان لجن فعال مازاد یا دفع شده (waste activated sludge)

تحت عملکرد حالت پایدار، جرم لجن فعال مازاد توسط رابطه ذیل به دست می آید:

Qw Xr = YQ (SO – Se) – kd X V

Y ضریب حداکثر عملکرد (جرم میکروبی سنتز شده / جرم سوبسترای استفاده شده)

kd سرعت خودخوری (endogenous decay) بر حسب (d^-1)

از معادله فوق مشاهده می شود که:

1 / Өc = Yq – kd

اگر مقدار Se در مقایسه با S_O کم باشد ، q ممکن است به عنوان نسبت غذا به میکروارگانیسم (Food to Microorganism ratio) نیز بیان شود:

F / M = Q (S_O-Se) / XV = QS_O / XV

مقدار Өc برای کنترل طراحی کیفیت پساب و قابلیت اسکان و تخلیه زیست توده ، نیاز اکسیژن و مقدار لجن فعال شده مازاد مورد استفاده قرار می گیرد.

لجن فعال متعارف و اصلاحات سیستم تصفیه

سیستم متداول یک رژیم هیدرولیکی جریان پلاگ فلو را حفظ می کند. در طول سالها، چندین تغییر در سیستم متعارف برای دستیابی به اهداف تصفیه خاص ایجاد شده است. تغذیه مرحله ای در هوادهی (step aeration) که فاضلاب در چندین نقطه از طول مخزن تزریق می شود تا تقاضای اکسیژن یکنواخت تری را در سراسر مخزن تولید کند. هوادهی مرحله ای (Tapered aeration) سعی در تأمین هوا دارد تا با اکسیژن مورد نیاز در طول مخزن مطابقت داشته باشد. تثبیت کننده تماسی (Contact stabilization)، لجن فعال برگشتی را از زلالساز نهایی فراهم می کند که اجازه می دهد مخزن هوادهی یا تماس کوچکتر شود. فرآیند اختلاط کامل (Completely mixed) با هدف مخلوط کردن فوری مواد فاضلاب ورودی و لجن برگشتی با کل محتوای مخزن هوادهی انجام می شود. فرآیند هوادهی گسترده (Extended Aeration) با بارگذاری آلی پایین، تولید لجن تثبیت شده کمتری را ارائه می دهد.