فرایندهای تصفیه فاضلاب صنعتی به روش بی ‌هوازی

فرایندهای تصفیه فاضلاب صنعتی به روش بی‌ هوازی

 

1. راكتور بافلدار بی‌هوازی (ABR)

راكتورهای ABR را می‌توان بصورت ترکیبی از راكتورهای UASB بصورت سری دانست كه در این راكتورها از یک سری از بافل‌های عمودی استفاده شده است كه قرار گرفتن این بافل‌ها در مسیر جریان، باعث حركت جریان فاضلاب به سمت پایین و بالا و در نهایت ابتدا تا انتهای راكتور می‌شود. باكتری های درون راكتور به خاطر خصوصیات جریان و بیوگاز تولید شده، مرتبا در حال بالا و پایین رفتن هستند. كه این خصوصیت موجب تماس بیشتر آن‌ها با مواد غذایی می‌گردد. ضرایب پراكندگی محاسبه شده برای راكتورهای ABR نشان می‌دهند كه الگوی جریان در راكتور بین جریان نهرگونه و اختلاط كامل است. هرگونه انحراف از این الگوی جریان می‌تواند در نتیجه پدیده ایجاد كانال در بستر بیومس یا بوجود آمدن فضاهای مرده در راكتور باشد. برای ایجاد راندمان بهتر در این راكتورها می‌توان اصلاحات زیر را اعمال كرد:

  • 1. ایجاد تغییرات در طراحی بافل‌ها برای هدایت جریان از میان بستر لجن.
  • 2. بهره‌گیری از یك سیستم جداساز برای به دام انداختن و برگرداندن جامدات.
  • 3. استفاده از مدیا در قسمت بالایی هر محفظه راكتورهای سری جهت نگهداری هرچه بیشتر جامدات بیولوژیكی.

 

2. راكتور بی هوازی با بستر شناور (AFBR)

این راكتور حاوی دانه‌های ریزی همچون شن یا كربن فعال گرانوله است كه باكتری‌ها به آن می‌چسبند. سرعت نسبتا بالای جریان رو به بالای فاضلاب باعث بلند شدن حامل‌های بیوفیلم تا نقطه‌ای می‌شود كه نیروی منفی شناوری تقریبا برابر نیروی اصطكاك رو به بالای ناشی از آب باشد. آنگاه ارتفاع بستر شناور ثابت می‌شود. در حالت عادی قسمتی از پساب به ورودی برگشت داده می‌شود. تا سرعت رو به بالای زیاد، حتی در موقعی كه دبی فاضلاب پایین است، حفظ شود. اغلب در این راكتور پساب از میان یك بستر شنی كه رشد میكروبی روی آن انجام شده رو به بالا حركت می‌كند. در عین حال امتیاز قابل توجهی در استفاده از كربن فعال گرانوله به عنوان بستر برای تصفیه فاضلاب‌های حاوی مواد سمی ولی قابل جذب، نظیر تركیبات فنولی مشاهده شده است. مقدار خروجی كه باید برگشته و با سوبسترا مخلوط شود، بوسیله غلظت پساب و سرعت شناورسازی تعیین می‌شود. بارگذاری حجمی بسترهای شناور می‌تواند به شدت زیاد باشد و به نزدیک 100Kg COD/m3.day برسد. معمولا این راكتورها قابلیت تصفیه با بارهای آلی زیاد را ندارند.

3. راكتور بی هوازی با بستر لجن متحرک (AMBR)

در این راکتور، همانند راکتورهای ABR، تعدادی از بافل‌ها در مسیر جریان فاضلاب قرار می‌گیرند که باعث حرکت مداوم رو به بالا و پایین فاضلاب و در نتیجه افزایش تلاطم هیدرولیکی و افزایش تماس بین بیومس و خوراک ورودی می‌شوند. راکتور بی‌هوازی با بستر لجن متحرک شبیه راکتور بافلدار بی‌هوازی است، با این ویژگی که در هر مرحله دارای اختلاط مکانیکی می‌باشد. راهبری این روش به صورتی است که بدون استفاده از مدیا یا جداساز می‌توان لجن را در سیستم حفظ کرد. در این روش، جهت فاضلاب ورودی راکتور، به شکل دوره‌ای مطابق شکل عوض می‌شود. به وسیله تغییر جهت فاضلاب ورودی، پد لجن در راکتورهای سری بصورت یکنواخت باقی می‌ماند.

4. راكتور بی هوازی دارای بستر لجن و جريان رو به بالا (UASB)

این راكتور برای اولین بار در سال 1971 در دانشكده كشاورزی واخنینگن هلند ساخته شده و در سال 1980 توسط دانشمندی به نام Lettinga معرفی شد. این فرایند بی‌هوازی شامل مخزنی است كه جریان فاضلاب از كف مخزن به سمت بالا حركت می‌كند و در حین حركت به بالا از میان بستر بیولوژیكی، (پد لجن یا لجن گرانولی) عبور می‌كند كه این امر باعث كاهش مواد بیولوژیكی فاضلاب می‌گردد. گازهای حاصل از تصفیه بی‌هوازی به طرف بالا حركت نموده و باعث اختلاط محتویات راكتور می‌شوند و در اثر آن، فاضلاب در وضع بهتری با لجن تماس حاصل می‌نمایند. گاز تولید شده از قسمت بالای راكتور جمع‌آوری می‌گردد.

مشخصات ویژه راكتور UASB عبارتند از:

  • - چسبندگی و قدرت ته نشینی زیاد بستر بیولوژیكی
  • - اختلاط محتویات راكتور از طریق گاز تولیدی
  • - جمع‌آوری گاز تولیدی توسط جدا كننده‌های گاز و امكان حصول انرژی از آن
  • - این راكتور در بارگذاری بالا بین 4015kg COD/m3 .Day و زمان ماند هیدولیکی 8-3 ساعت در مطالعات نیمه صنعتی راندمان مناسب داشته است. در بارگذاری‌های بالا این زمان تا 3 روز هم می‌رسد. بدلیل زمان ماند كوتاه در این راكتورها، پساب‌هایی با غلظت COD بالا و مواد معلق كم راندمان بهتری برای تصفیه دارند، زیرا زمان برای تجزیه مواد معلق كافی نیست و لذا اگر غلظت مواد معلق فاضلاب ورودی بیشتر از 20-10 درصد غلظت COD باشد، در نظر گرفتن واحدهایی نظیر آشغالگیر ، دانه‌گیر حوض ته‌نشینی و ... قبل از راكتور برای پساب‌ها با مواد معلق بالا ضروری است.
  • - علت تشكیل لجن گرانولی (بستر بیولوژیكی) در راكتور، خاصیت چسبندگی زیاد باكتری‌های بی‌هوازی است.
  • - بدلیل حساسیت این راكتورها به شرایط PH، دما و تغییرات دبی، وجود حوضچه یكنواخت‌سازی (متعادل‌ساز) ضروری است. در تنظیم PH بین 7 6 از موادی چون سود و اسیدكلریدریك استفاده می‌گردد. دبی ورودی به راكتور باید یكنواخت باشد تا تغییرات عمده‌ای در گازهای متان تولیدی به وجود نیاید.

 

مشخصات فیزیكی:

  • - بدنه راكتورها از جنس بتن یا فولاد با پوشش‌های ضدخوردگی با مقطع مربع و دایره ای به ارتفاع بین 4 تا 6 متر ساخته می‌شود.
  • - در مواردی که حجم واحد راكتور بیش از 400 مترمكعب بود، از دو واحد استفاده گردد.
  • - توصیه می‌گردد تا حد امكان از پمپاژ برای ورود فاضلاب به داخل راكتور استفاده نگردد.
  • - سرعت جریان فاضلاب از نازل‌ها برای حفظ بستر بیولوژیكی 6 متر در ثانیه پیشنهاد شده است.

 

جداكننده های گاز و ناخالصی ها:

  • - گازهای تولیدی در محل جدا كننده فازهای جامد، مایع، گاز در بالای راكتور جمع‌آوری می‌شود.
  • - در محل خروج گاز برای خروج كف از سرریزها استفاده می‌شود.
  • - بر روی لوله خروجی گاز نیاز به شیر فشار و خلاء و مشعل جهت سوزاندن است.
  • - عموما از تبدیل هر كیلو COD حدود 350 لیتر گاز متان حاصل می‌گردد.
  • - وجود ذرات مناسب برای شروع كار و تماس باكتری ها
  • - غلظت استات ورودی زیر 1000mg/L  نگه داشته شود.
  • - وقتی راندمان حذف COD از 80 درصد تجاوز كرد، میزان بارگذاری به طور تدریجی افزایش یابد و راندمان از 50% كمتر نشود.
  • - در ابتدای راه‌اندازی، غلظت COD ورودی در محدوده .500.1000mg/L مناسب است و در غلظت‌های بالاتر واگردانی جریان انجام گیرد.
  • - دمای مطلوب 40 38 درجه سانتی گراد، pH بالاتر از 6/2، وجود نوترینت‌های ضروری، عناصر كمیاب و فقدان تركیبات سمی در غلظت بازدارنده
  • - وجود كلسیم و منیزیم (حداکثر 200mg/L) به قابلیت ته‌نشینی لجن كمك می‌كند.
  • - در حضور غلظت بالای پروتئین‌ها در فاضلاب، pH بالاتر از 6/5 نگه داشته شود و برای تجزیه كامل پروتئین‌ها مراقبت به عمل بیاید.
  • - برای حفظ پوشش لجن در حالت تعلیق و حذف لجن حجیم (لجن با ته‌نشینی ضعیف)، سرعت جریان رو به بالا 0/9-0/6 حفظ شود.

 

از مزايای روش راكتور بی هوازی دارای بستر لجن و جريان رو به بالا (UASB) می‌توان به مورد زير اشاره نمود:

  • - راندمان مناسب در تصفیه فاضلاب‌هایی با بار آلی بالا (COD=1500-50000 mg/L)
  • - تولید مقدار لجن پایین
  • - كاهش استفاده در زمین تصفیه‌خانه (بارگذاری UASB حدودا 10 برابر روش‌های تصفیه هوازی است).
  • - این روش مولد انرژی قابل مصرف به شكل 75% متان است.
  • - فرایند این روش نیاز به انرژی بسیار كمی دارد. (انرژی بسیار زیادی در بخش هوادهی در روش‌های تصفیه هوازی مصرف می‌شود.)

 

از معايب اين روش می‌توان به موارد زير اشاره نمود:

  • - راهبری دشوار برای حفظ لجن گرانولی
  • - لزوم نگهداشتن حرارت بین 30 تا 38 درجه سانتیگراد، برای ممانعت از كاهش راندمان
  • - حساسیت زیاد در برابر تغییرات pH
  • - كنترل دشوار سیستم جداكننده گاز در بهره برداری
  • - طولانی بودن راه‌اندازی فرآیند جهت ایجاد بستر لجن

 

5. راكتور تماس بی هوازی (AC)

در این فرآیند ابتدا فاضلاب وارد یک واحد بی‌هوازی شده که دارای اختلاط مکانیکی با میکسر است. همچنین سیستم دارای یک تانک ته‌نشینی است که لجن را به واحد بی‌هوازی برگشت می‌دهد. در مرحله جداسازی به منظور حداقل کردن جامدات شناور از یک حذف کننده گاز استفاده می‌گردد.

مشکلی که به طور مستمر در این راکتور‌ها دیده می‌شود، میل جامدات بیولوژیکی برای صعود در تانک ته‌نشینی در اثر حباب‌های گاز تولید شده و بنابراین اتلاف جامدات بیولوژیکی در پساب می‌باشد که وجود یک حذف کننده گاز بین تانک اختلاط کامل و تانک ته‌نشینی می‌تواند این مشکل را حل کند. با برگشت لجن از تانک ته‌نشینی به راکتور بی‌هوازی، زمان ماند کمتر شده و پساب خروجی با کیفیت بالاتری حاصل می‌گردد. معمولا از این راکتورها برای فاضلاب‌هایی با جامدات بالا و غلظت مواد محلول آلی زیاد استفاده می‌گردد. برای راهبری این راکتورها برای فاضلاب‌هایی با جامدات بالا و غلظت مواد محلول آلی زیاد استفاده می‌گردد. برای راهبری این راکتورها دمای 32 درجه سانتی‌گراد و زمان ماند جامدات 10 روز پیشنهاد می‌گردد. البته به ازای هر 11 درجه کاهش دمای بهره‌برداری این زمان دوبرابر می‌شود.

6. راكتور فيلتر بی‌ هوازی

این راکتورها شامل بستری از جنس پلاستیک، سنگ، میکا، زئولیت و دیگر مواد مؤثر بر رشد باکتری‌های بی‌هوازی بر روی آن هستند. جریان می‌تواند به سمت بالا یا به سمت پایین باشد. محیط فیلتر که جامدات بیولوژیکی را در خود نگه می‌دارد، می‌تواند مکانیسمی برای جداسازی جامدات و گاز تولید شده در فرایند هضم داشته باشد. مدیای مورد استفاده باید از نوع زبر و نامنظم با سطح ویژه بین  90 300m3/m2 باشد.

چون باکتری‌ها بر روی این مدیا می‌مانند و با جریان خروجی شسته نمی‌شوند، دستیابی به زمان‌های ماند جامدات طولانی حتی تا 100 روز هم در این راکتورها دیده شده است که این مقادیر بالا را می‌توان با زمان‌های ماند هیدرولیکی کوتاه به دست آورد. امروزه از مدیاهایی از جنس سرامیک یا پلاستیک در شکل‌های مختلف استفاده می‌کنند که حجم فضای خالی در این مدیاها بین 95-85 درصد است. همچنین سطح ویژه بالایی را به طور نمونه 100m3/m2، فراهم می‌کنند که افزایش رشد میکروبی را در پی دارد. فیلترهای بی‌هوازی کم بار هستند و در بارگذاری آلی تا حدود 4Kg COD/m3.day راندمان خوبی دارند.

دوره راه‌اندازی در این راکتورها بسته به نرخ بارگذاری آلی می‌تواند بین 3 تا 9 ماه طول بکشد. کاربرد این راکتورها در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی با نسبت COD/BOD5 پایین است. مهمترین دغدغه استفاده از این راکتورها، گرفتگی ناشی از رشد جامدات بیولوژیکی، جامدات معلق ورودی و مواد معدنی رسوب کرده می‌باشد. بنابراین فیلترهای بی‌هوازی برای فاضلاب‌هایی با میزان جامدات معلق پایین خوب کار می‌کنند.

7. راكتور ناپيوسته متوالی بی هوازی

امروزه راکتور ASBR، به عنوان یک فرایند رشد معلق مورد توجه قرار گرفته است. که جداسازی جامدات از مایع و مرحله واکنش در یک محفظه مشابه می‌باشد. و خیلی شبیه به SBR است. موفقیت راکتور ASBR همانند آنچه در راکتور UASB مشاهده شد، به تشکیل یک لجن گرانوله با ته‌نشینی خوب بستگی دارد.

بهره برداری از راکتور ASBR شامل چهار مرحله است:

  • - تغذیه
  • - واکنش
  • - ته نشینی
  • - تخلیه/خروج پساب

در حین واکنش، اختلاط مناسب به مدت چند دقیقه در هر ساعت انجام می‌شود تا توزیع یکنواخت جامدات و مواد آلی فراهم شود. امکان انجام فرایند در راکتورهای آزمایشگاهی در دمای 25-5 درجه سانتی‌گراد برای تصفیه مواد آلی مصنوعی شیر خشک غیر چرب با میزان COD ورودی 600mg/L به اثبات رسیده است.

بارگذاری آلی فرایند به وسیله انتخاب زمان ماند هیدرولیکی بین 6 تا 24 ساعت تغییر داده شده بود. در دمای 25 دجه سانتی‌گراد و بار آلی حجمی 1.2.2.4Kg COD/m3.day، حذف 92 تا 98 درصد COD بدست آمد. حذف COD در دمای 5 درجه سانتی‌گراد برای بارگذاری COD در محدوده 0.9.2.4Kg COD/m3.day به تریتب بین 75-85 درصد بود. یک مشخصه مهم راکتور ASBR، سرعت ته‌نشینی لجن در حین دوره ته‌نشینی قبل از تخلیه پساب است. زمان ته‌نشینی مورد استفاده تقریبا 30 دقیقه است. سرعت تولید گاز و حذف مواد آلی، دقیقا قبل از ته‌نشینی و در پایان دوره واکنش، کمتر است و شرایط بهتری را برای ته‌نشینی جامدات فراهم می‌کند. بعد از زمان مناسب بهره‌برداری، یک لجن متراکم گرانوله توسعه پیدا میکند که مقدار جداسازی جامدات از گاز را بهبود می‌بخشد. در این فرایند، SRT در مقدار زمان ماند هیدرولیکی بین 6-24 ساعت به ترتیب 50-200 روز است.