تصفيه فاضلاب بهداشتی به روش فرآیند لجن فعال با مدیای ثابت

(Integrated Fixes Film Activated Sludge (IFAS

شکل 1. نمایی از یک تصفیه‌خانه با فرآیند لجن فعال با مدیای ثابت

فرآیند IFAS یکی از جديدترين روش‌های بيولوژيكی تصفيه فاضلاب به شمار می‌رود. اين روش از تركيب دو روش لجن فعال و MBBR ایجاد شده و در فرآیند تصفيه از هر دو روش استفاده می‌نماید.

تصفیه فاضلاب بهداشتی به روش IFAS شامل فرآیند رشد چسبيده  با بستر ثابت است كه محيط بيشتری را برای زيست توده‌های فاضلاب فراهم می‌كند. روش IFAS به زیست توده‌ها اجازه می‌دهد تا بدون نياز به افزايش حجم رآكتور بر روی سطح ثابت تجمع نمايند. اين سيستم با ادغام تكنولوژی فيلم ثابت و لجن فعال سبب افزايش ظرفيت بيولوژيكی مواد آلی فاضلاب و حذف بهتر مواد زائد از آن می‌شود.

فرآیند IFAS می‌تواند MLSS موثر را در حوض هوادهی به مقدار 3000 ميلی‌گرم در لیتر افزايش دهد و بيومس بيشتر نياز به داشتن ظرفيت بالاتر هوادهی را جبران می‌نمايد. در زمانی كه سيستم تحت بار نيست، اين سيستم می‌تواند جمعيت باكتريايی لازم را با يك سری تغييرات مناسب، روی فيلم ثابت طراحی نمايد، و زمانی كه محتوای MLSS موجود در حوضچه هوادهی كم است، اين فرآیند سبب كم كردن جداسازی جامدات می‌شود. در اين روش زمان‌ماند لجن افزايش می‌يابد و عملكرد نيتريفيكاسيون نسبت به رشد ساده در حالت معلق، بهبود می‌يابد.

باكتریهای اتوتروف در سطح فيلم نسبت به محيط معلق رشد بيشتری دارند. اين باكتری‌ها نسبت به شستشو حساس نيستند و در جای خود ثابت می‌مانند. همچنين بيومس‌های ثابت بعد از يک شوك هيدروليكی، سبب بازگشت سريع‌تر سيستم به حالت نرمال می‌شوند. بنابراين بهره‌گيری از پركننده‌های بستر ثابت در فرآیند تصفيه فاضلاب به روش لجن فعال، مزايای استفاده از دو فرآیند را به طور همزمان به دنبال دارد. به همين دليل استفاده از سيستم IFAS معمولا به عنوان يک گزينه افزايش ظرفيت تصفيه‌خانه‌های فاضلاب بدون توسعه فيزيكی مطرح است.

بازده فرآیند IFAS بالا بوده به طوريكه متوسط كاهش ميزان BOD و COD 95% است. در اين سيستم احتياجی به لجن برگشتی نيست. در اين راكتور برای هر يک مترمكعب از فاضلاب، فضايی به مساحت بيش از 150 مترمربع برای تماس با باكتری‌ها فراهم شده و قدرت پالايش افزايش می‌يابد. زمان‌ماند فاضلاب در اين رآكتور با توجه به ميزان غلظت آن متفاوت بوده و معمولا بين 4 تا 6 ساعت متغير است. با توجه به اينكه هوادهی در روش IFAS از طريق ديفيوزرهای مخصوص در كف راكتور انجام می‌شود، مشكلات نگهداری و راهبری آن كمتر است. در اين راكتورها زمان و هزينه نگهداری بسيار كم و به صرفه می‌باشد. زيرا هيچ گونه دستگاه پيچيده الكترومكانيكی در آن به كار نرفته است.

سيستم‌های IFAS با مديای پراكنده

در اين سيستم‌ها ممكن است از اسفنج يا استوانه‌های كوچک پلاستيكی كه معلق يا شناور هستند، استفاده گردد. در جدول 1 انواع مديايی كه در اين حالت می‌تواند مورد استفاده قرار بگيرد نشان داده شده است.

جدول 1. انواع مدیا

مديای ثابت	مزايا	معایب
نوع قالبی شبكه‌ای Accuweb	سادگی در نصب هزينه سرمايه گذاری پايين عدم نياز به نگهداری Up-Grade سازی راحتتر عدم از بين رفتن مواد	اگر پارچه و نخ وجود داشته باشد ممكن است در مديا گرفتگی ايجاد گردد.
نوع نخی	Up-Grade سازی راحتتر عدم از بين رفتن مواد	شكست مواد و گرفتگی جايگذاری دقيقی مورد نياز است.
ورقه‌های PVC	Up-Grade سازی راحتتر عدم از بين رفتن مواد	ممكن است باعث مشكلاتی در اختلاط گردد. امكان گرفتگی توسط مواد نخی و پارچه‌ای احتمال گرفتگی بواسطه زيست توده
Polypropylene Finned Cylinders اسفنج	ايجاد اختلاط عالی ممكن است لجن برگشتی (RAS) حذف گردد.	افت مديا (خروج از حوضچه) گرفتگی تجهيزات هوادهی مشكلات در نگهداری سيستم‌های هوادهی

 

ملاحظات طراحی و كاربرد فرآیند:

علاوه بر هزينه پايين در ساخت و طراحی، مهمترين نكته مثبت افزايش بازده حذف BOD و نيترات زايی، نيترات زدايی و تا حدودی حذف فسفر است. در بيشتر موارد تنها اصلاحی كه مورد نياز است نصب يك سطح متخلخل برای حفظ بستر و احتمالاً افزايش توزيع و تأمين هوا در سيستم است.

برای طراحی فرآیند بايد خصوصيات فاضلاب مشخص باشد تا بتوان سطح ويژه بستر را تعيين نمود. در اين حالت تعداد زيست توده اضافی كه برای حصول درجه تصفيه قابل قبول مورد نياز است را مورد ارزيابی قرار می‌دهيم و بر همين اساس تعداد بستر مورد نياز در ايجاد شرايط اين مقدار زيست توده تعيين می‌گردد. تعداد زيست توده اضافی مورد نياز براساس دوعامل تعيين می‌گردد:

   1. نسبت غذا به ميكروارگانيسم (F/M)
   2. زمان ماند سلولي (SRT)
برای مثال، اگر ميزان 20% افزايش در بارگذاری BOD مدنظر باشد، بنابراين 20% افزايش در تعداد زيست توده هم مورد نياز است.

معيارهای طراحی در سيستم IFAS:

تصفيه مقدماتی:

همه IFASها نيازمند طراحی و راهبری تصفيه‌های مقدماتی هستند. ته‌نشينی اوليه يا آشغالگير ريز براي حذف جامدات درشت به كار می‌رود. با ورود اين جامدات ممكن است بستر يا سطح متخلخل نگهدارنده مديا گرفته شود.

اختلاط:

اختلاط صحيح برای معلق نگه‌داشتن جامدات، انتقال مواد غذايی و انتشار اكسيژن مورد نياز است. بسترهای غوطه‌ور، مانند اسفنج‌ها و استوانه‌های پلی‌پروپيلن، با جريان فاضلاب وارد شده توسط سيستم هوادهی به صورت معلق باقی می‌مانند. در بيشتر سيستم‌ها از سيستم هوادهی با حباب درشت استفاده می‌شود. اختلاط بايد به نحوی باشد كه لايه‌های بيولوژيكی نتواند از روی زمينه جدا شود.

پروفيل هيدروليكی و تنظيمات حجمی:

فضايی را كه بستر به خود اختصاص می‌دهد بر روی زمان ماند هيدروليكی اثر دارد و بايد در هنگام بعديابی حوضچه‌های هوادهی مد نظر قرار بگيرد. از طرف ديگر غربال مورد استفاده برای نگهداری بستر افت فشار را در حوض هوادهی افزايش می‌دهد.

انتقال اكسيژن:

اكسيژن كافی برای اكسيداسيون مواد آلی توسط زيست توده‌های اضافی بايد تنظيم گردد. در بيشتر واحدهای اصلاح شده، انتقال اكسيژن اضافی مدنظر قرار گرفته است.

ارزيابی تجهيزات:

تأسيسات IFAS بايد به صورتي طراحی شوند كه به راحتی بتوان به كليه اجزاء دسترسی پيدا كرد.

قابليت تحرک مديا:

حركت مديا در سيستم‌های پراكنده بايستی مورد مطالعه قرار بگيرد. يک صفحه نگهدارنده برای نگهداری مديا در حوض هوادهی مورد نياز است. اين صفحه مش ممكن است به واسطه حضور تركيبات آلی و مواد نخی موجود در فاضلاب گرفته شوند؛ از طرفی ممكن است سبب تمركز جامدات در قسمتی از حوضچه گردد.

مديای اسفنجی تمايل دارد كه در قسمت بالايی و در حالتی كه با صفحه مش در تماس است فشرده گردد و سبب گرفتگی در آن نواحی می‌گردد. حباب‌های اكسيژن با قطر بزرگ برای رفع اين اسفنج‌ها از سطح مورد نياز است.

تشكيل جامدات:

اسفنج‌ها معمولاً تشكيل جامدات میدهند كه در ته‌حوض ته‌نشينی ترسيب می‌گردند. فشرده‌سازی متناوب مديا از تشكيل اين حالت می‌كاهد.

از مشكلات ديگری كه در مدياهای پراكنده وجود دارد، فرار مديا از حوضچه است. براساس گزارش‌های موجود، 1 یا 2 درصد از مدیا سالانه بایستی جايگزين گردد. برخی از منابع ميزان 10 درصد را نشان می‌دهد.

ملاحظات اقتصادی:

سيستم‌های IFAS نيازمند حجم كوچكتری از مخزن بوده كه بر روی هزينه سرمايه‌گذاری اوليه تأثير دارد.  سيستم‌های مدولی باعث افزايش مضاعف اجزاء مدولی می‌گردد كه ممكن است الزامات مالی در كوتاه مدت و يا بلند مدت را كاهش دهد.

در سيستم‌های با زمينه شناور (با زمینه متحرک) نیاز به هزينه بيشتری برای اجزايی مانند سطح نگهدارنده زمينه و يا پمپ‌ها است.

سيستم‌های IFAS نسبت به فرآیند لجن فعال نيازمند هزينه‌های راهبری كمی است.

كاربری سيستم IFAS:

سيستم‌های IFAS در تصفیه فاضلاب‌های بهداشتی و فاضلاب‌های صنعتی بكار گرفته می‌شوند. اين عمل ممكن است برای UP-Grade سازی تصفيه‌خانه‌های لجن فعال موجود باشد.

هدف از به كارگيری سيستم IFAS بسته به نوع سيستم موجود متفاوت است.

اهداف سيستم IFAS:

طراحی واحد جديد:

   - ابعاد حوضچه و سيستم هوادهي را براساس نوع مديا تعيين نماييد.

   - تجهيزاتی را برای رأكتور دارای مديای پراكنده تهيه نماييد.

UP-Grade:

   - قالب‌های مديا را به حوضچه هوادهی اضافه نماييد.

   - ميزان هوادهی را براساس ميزان BOD كه بايد حذف گردد مورد ارزيابی قرار دهيد.

   - تجهيزاتی را برای رأكتور دارای مديای پراكنده تهيه نماييد.

نيترات سازی و نيترات زدايی:

   - زيست توده كافی به منظور افزايش زمان ماند سلولی در سيستم اضافه نماييد.

   - بخش رشد چسبيده را به منظور افزايش زيست توده افزايش دهيد.

ملاحظات طراحی سيستم IFAS:

سطح مؤثر زيست توده:

تصفيه مؤثری كه در سيستم IFAS انجام می‌گيرد وابسته به دو عامل مقدار زيست توده و فعاليت زيست توده است. از طرف ديگر ميزان زيست توده موجود در رآكتور وابسته و متناسب با سطح ويژه مديا است. بنابراين سطح ويژه مديا حائز اهميت می‌باشد.

در سيستم‌های دارای رشد پراكنده، رشد بيش از حد زيست توده سبب كاهش انتقال اكسيژن و نوترينت به داخل زيست توده می‌گردد. از طرف ديگر حركت مديا در داخل رآكتور به واسطه جريان سبب كند شدن لايه زيست توده تشكيل شده بر روی مديا می‌گردد. بنابراين با افزايش اين حالت، سطح ويژه كاهش می‌يابد.

در سيستم‌های دارای مديای ثابت، با رشد باكتری‌ها بر روی مديا (رشد باكتری‌ها از قسمت داخل مديا به سمت بيرون مديا) سبب افزايش سطح ويژه مؤثر می‌گردد.

موقعيت مديا:

در مطالعه‌ای كه بر روی يک حوضچه هوادهی به ابعاد (طول *عرض*عمق) 132*17*30 انجام گرفته بود مشخص شد كه ميزان زيست توده در تمام طول رآكتور بين (%10+ تا %10-) متوسط ميزان آن تغيير می‌نمايد.