تصفیه فاضلاب به روش راکتور بی هوازی
پتوی لجن بی هوازی با جریان رو به بالا (UASB)
تصفیه فاضلاب به روش بیهوازی (Anaerobic) یک سیستم تصفیه فاضلاب با استفاده از زیست شناسی بیولوژیکی است که بدون استفاده از هوا و اکسیژن استفاده می شود.
هدف از بین بردن آلودگی آلی در فاضلاب و لجن است. میکروارگانیسم های بیهوازی آلاینده های آلی را به یک بیوگاز (biogas) تبدیل می کنند که حاوی متان و دی اکسید کربن است.
مشخصات راکتور بی هوازی (UASB)
رآکتور پتوی لجن بی هوازی با جریان رو به بالا (Up Flow Anaerobic Sludge Blanket) که به آن راکتور UASB نیز می گویند نوعی هضم کننده (digester) بی هوازی است که در تصفیه فاضلاب استفاده می شود. راکتور UASB هاضم متان است که از فرآیند بی هوازی و تشکیل پتویی از لجن دانه ای استفاده می کند و توسط میکروارگانیسم های بی هوازی پردازش می شود .
مفهوم و طراحی راکتور UASB مبتنی بر جدا کننده به اصطلاح سه فازی است که راکتور را قادر می سازد مخلوط های گاز، آب و لجن را در شرایط تلاطم زیاد جدا کند. این امکان برای طراحی کم حجم و ارزان تر را فراهم می گردد.
راکتور دارای چندین هود گاز برای جداسازی بیوگاز است. در نتیجه رابط های بسیار بزرگ گاز، آشفتگی جریان آب را تا حد زیادی کاهش می دهد و سرعت بارگیری نسبتاً بالایی از 10 تا 15 کیلوگرم در متر مکعب را ممکن می سازد. جداسازی در راکتور UASB فقط به 1.0 متر ارتفاع نیاز دارد که از اثرات شناور سازی و در نتیجه لایه های شناور جلوگیری می کند.
مراحل تصفیه فاضلاب به روش راکتور بی هوازی (UASB):
به طور کلی، در طول تصفیه فاضلاب به روش راکتور UASB، فاضلاب از یک بستر لجن (sludge bed) منبسط شده عبور می کند که حاوی غلظت بالایی از زیست توده است. پس از آن، قسمت باقیمانده بستر از طریق زیست توده کمتری عبور می کند که پتوی لجن (sludge blanket) را نامیده می شود.
ورودی از پایین آن توسط پمپ به راکتور UASB منتقل می شود. جریان ورودی به سمت بالا حرکت کرده و با زیست توده در بستر لجن تماس پیدا می کند، سپس به سمت بالا حرکت می کند و بقیه بسترها با زیست توده دوباره در پتوی لجن عمل می کنند که غلظت کمتری از زیست توده در مقایسه با بستر زیرین لجن است.
حجم پتوی لجن باید برای انجام تصفیه بیشتر پساب های عبور یافته از لایه تحتانی بستر لجن توسط کانال، بیشتر باشد. در عین حال، به اطمینان بیشتر از کیفیت پساب تصفیه شده فاضلاب کمک خواهد کرد. یک جداکننده 3 فازی گاز مایع-جامد (Gas-Liquid-Solid or GLS) که در بالای پتوی لجن قرار دارد و ذرات جامد را از مخلوط (گاز، مایع و جامد) پس از تصفیه جدا می کند و اجازه می دهد مایع و گاز از راکتور UASB خارج شوند.
پس از آن فاضلاب تصفیه شده توسط سیستم جمع آوری پساب از طریق تعداد زیادی از کانال های لندر توزیع شده در کل منطقه تخلیه، به کانال اصلی تهیه شده در حاشیه راکتور جمع آوری می شود و تولید گازهای زیستی به عنوان سوخت با ارزش یا موارد دیگر جمع آوری می شود.
میانگین بارگذاری طراحی در مقیاس کامل از سیستم های تصفیه خانه UASB در مقیاس کامل 682 مورد بررسی قرار گرفته برابر 10 کیلوگرم COD در مترمکعب فاضلاب در روز (10 kg COD/m3.d.) می باشد.
ارتفاع و مساحت راکتور بی هوازی (UASB)
برای کاهش سطح طرح و کاهش هزینه زمین مورد نیاز، جداکننده سه فازی GLSو ترتیب توزیع ورودی و غیره راکتور باید تا حد ممکن بالا باشد. ارتفاع بستر لجن باید برای به حداقل رساندن کانال دهی و اطمینان از سرعت بالا رفتن مایع در حداکثر حد مجاز (1.2 – 1.5 متر بر ساعت) کافی باشد. بنابراین، ارتفاع بستر لجن باید حداقل حدود 1.5 تا 2.5 متر باشد و از این رو ارتفاع راکتور باید به 4 متر محدود شود تا محل مناسبی برای بستر لجن، پتو لجن و جداکننده 3 فازی فراهم شود. همانطور که در استاندارد ذکر شد، حداکثر ارتفاع راکتور حدود 8 متر است اما ارتفاع قابل استفاده در مصرف معمول بین 4.5 تا 6 متر است.
علاوه بر این، بستر لجن 30 تا 60 درصد از کل راکتور را اشغال می کند، 20 تا 30 درصد از کل حجم را برای پتو لجن و جداکننده GLS 15 تا 30 درصد از حجم کل را اشغال می کند.
جدا کننده جامد مایع گاز (GLS)
هدف اصلی این طراحی تسهیل بازگشت لجن بدون کمک هیچگونه انرژی و دستگاه کنترل خارجی است. عملکرد جداکننده GLS تأمین رابطهای آب و گاز به اندازه کافی در داخل گنبد گاز، محل ته نشینی کافی در خارج از گنبد برای کنترل میزان سرریز سطحی است.
دهانه دیافراگم کافی در پایین باز می شود تا از تلاطم ناشی از سرعت ورودی زیاد مایع در دستگاه تهویه جلوگیری کند و بازگشت مناسب ماده جامد به راکتور امکان پذیر شود. برای اطمینان از کارکرد صحیح جداکننده GLS باید به هندسه واحد و هیدرولیک آن توجه شود.
مقایسه بین فرآیندهای بی هوازی و هوازی (Aerobic)
در جدول زیر پارامترهای کیلووات مصرف انرژی، نرخ خالص مواد جامد بیولوژیکی و نسبت انرژی به تولید برای فرآیندهای تصفیه فاضلاب به روش بیهوازی در مقابل روش های هوازی برای 1000 کیلوگرم COD قابل تجزیه پذیر بیولوژیکی (CODB)در روز آورده شده است:
(تقاضای اکسیژن شیمیایی قابل تجزیه پذیر Bbiodegradable Chemical Oxygen Demand)
انواع کاربرد و عملکرد های UASB
- صنعت آبجوسازی و نوشیدنی (Breweries and beverage industry)
- صنعت تقطیر و تخمیر (Distilleries and fermentation industry)
- صنایع غذایی(Food Industry)
- خمیر کاغذ و کاغذ (Pulp and paper)
در مجموع، این چهار بخش صنعتی 87٪ موارد استفاده از این روش را تشکیل می دهند. با این حال، کاربردهای این فناوری به سرعت در حال گسترش است، از جمله:
- پسابهای صنایع شیمیایی و پتروشیمی (chemical and petrochemical industry effluents)
- فاضلاب صنعت نساجی (textile industry wastewater)
- شیرابه های محل دفن زباله (landfill leachates)
- تبدیل در چرخه گوگرد و حذف فلزات (Conversions in the sulfur cycle and removal of metals)
علاوه بر این در آب و هوای گرم، رآکتور UASB برای تصفیه فاضلاب خانگی (domestic) نیز مناسب است.
مزایای رآکتور UASB
- در طی فرآیند تصفیه مقدار انرژی بیوگاز ارزشمندی تولید خواهد شد که می تواند برای مصارف دیگر جمع آوری شود.
- ضایعات زیستی جامد بسیار کمتری در مقایسه با فرآیند هوازی تولید می شود زیرا مقدار زیادی از انرژی موجود در فاضلاب به شکل گازی تبدیل می شود و در نتیجه انرژی کمی برای رشد سلول های جدید باقی می ماند.
- نیاز کمتر به انرژی برای فرآیند تصفیه فاضلاب دارد .
- مواد مغذی کمتری مورد نیاز است.
- سیستم را می توان برای مدت طولانی بدون خرابی جدی خاموش کرد.
- می تواند بارهای شوک آلی را به طور موثر کنترل کند.
معایب رآکتور UASB
- تصفیه بی هوازی بدون تصفیه تکمیلی نمی تواند به کیفیت تخلیه آب های سطحی دست یابد.
- ترکیبات گوگرد کاهش یافته تولید می شوند که باید از نظر خوردگی، بو و ایمنی به درستی مورد استفاده قرار گیرند.
- دوره شروع کار طولانی تری در تصفیه فاضلاب دارد.
- برای فرآیند بی هوازی (15 درجه سانتیگراد تا 35 درجه سانتیگراد) محدوده دمایی مناسبی مورد نیاز است، بنابراین در کشورهای خاص در فصل سرما قابل استفاده نیست. (مانند کانادا)
- برخی تجهیزات (به عنوان مثال PH متر، دماسنج و غیره) و نیروهای متخصص برای نظارت بر وضعیت داخلی راکتور لازم است که معمولا هزینه بر می باشد.
مطالعه موردی در قاهره مصر
این مطالعه برای پیشنهاد یک تکنولوژی تصفیه مناسب فاضلاب تخلیه شده از یک کارخانه تولید عطر (flavor) انجام شده است. فاضلاب صنعتی تخلیه شده از این کارخانه بین 50-70 متر مکعب در روز با مقدار متوسط 60 متر مکعب در روز است. منبع اصلی آلودگی در این کارخانه به دلیل تمیز کردن مخازن است، بنابراین عملیات تصفیه فاضلاب در انتهای لوله خروجی انجام شده است.
فاضلاب با مقادیر بالایCOD، BOD، TSS، چربی و روغن (Oil and grease) به ترتیب 4646، 2298، 1790 و 626 میلی گرم در لیتر مشخص می شود. ته نشینی اولیه (Primary sedimentation) فاضلاب به مدت چهار ساعت COD، BOD، TSS، چربی و روغن را به ترتیب 43، 47 ، 80 و 74 درصد کاهش داد. برای تصفیه فاضلاب تولیدی، فرآیند تصفیه بیولوژیکی مانند لجن فعال(Activated Sludge)، کنتاکتور بیولوژیکی دوار (RBC) و راکتور پتوی لجن بی هوازی با جریان بالا (UASB) انتخاب شده است.
نتایج حاصل از هر فرآیند تصفیه برای تصفیه چنین فاضلابی کارآمد بود. مشخصات فاضلاب تصفیه شده مطابق با قانون مصر است که تخلیه فاضلاب صنعتی به سیستم فاضلاب را ارائه می کند.
در نتیجه، راکتور پتوی لجن بی هوازی با جریان رو به بالا (UASB) نوعی هضم کننده بی هوازی است که در تصفیه فاضلاب استفاده می شود. به طور معمول برای رقیق کردن جریان های فاضلاب مناسب است.
(3% TSS with particle size >0.75mm)
جهت دریافت اطلاعات بیشتر به منظور سفارش پکیج تصفیه فاضلاب و استعلام قیمت سیستم درخواستی با مهندسین آب و فاضلاب تهران (رابین کو) تماس بگیرید.
منبع:
https://www.iwapublishing.com/news/flow-anaerobic-sludge-blanket-reactor-uasb
