تصفیه بیولوژیکی بر اساس فعالیت طبیعی میکروارگانیسم ها برای تجزیه و حذف آلاینده های آلی فاضلاب طراحی شده است. فاضلاب انسانی حاوی مواد آلی مختلفی از جمله کربوهیدرات، پروتئین، چربی، ویروس، باکتری و انگل است. اگر این فاضلاب بدون تصفیه مناسب وارد محیط زیست شود، باعث آلودگی منابع آبی و شیوع بیماری می شود. هدف اصلی تصفیه بیولوژیکی، حذف این آلاینده ها و تبدیل آن ها به مواد بی ضرر است.
تصفیه بیولوژیکی چیست؟
تصفیه بیولوژیکی فرآیندی است که در آن از میکروارگانیسم ها برای تجزیه مواد آلی موجود در فاضلاب استفاده می شود. این میکروارگانیسم ها شامل باکتری، قارچ و جلبک ها هستند و مواد آلی را به عنوان منبع غذایی و انرژی مصرف می کنند. در این فرآیند، مواد آلی پیچیده به ترکیبات ساده تر مانند دی اکسید کربن، آب و مواد معدنی تبدیل می شوند.
اهداف تصفیه بیولوژیکی
تصفیه بیولوژیکی برای حذف موارد زیر از فاضلاب استفاده می شود:
· مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی مانند کربوهیدرات ها، پروتئین و چربی ها که منبع غذایی برای میکروارگانیسم ها هستند، توسط آن ها تجزیه و مصرف می شوند. این کار باعث کاهش BOD و COD فاضلاب می شود.
· نیتروژن به صورت های مختلف مانند آمونیاک، نیترات و نیتریت در فاضلاب وجود دارد. فرآیندهای بیولوژیکی می توانند نیتروژن را از طریق نیتریفیکاسیون (تبدیل آمونیاک به نیترات) و دنیتریفیکاسیون (تبدیل نیترات به نیتروژن گازی) حذف کنند.
· فسفر یکی از عناصر مغذی است که باعث رشد بیش از حد جلبک ها در آب های سطحی می شود. برخی میکروارگانیسم ها توانایی جذب و ذخیره فسفر اضافی را دارند و از این ویژگی برای حذف فسفر از فاضلاب استفاده می شود.
· میکروارگانیسم های بیماری زا مانند باکتری، ویروس و انگل های موجود در فاضلاب انسانی می توانند باعث شیوع بیماریها شوند. فرآیندهای بیولوژیکی به کاهش این میکروارگانیسم ها کمک می کنند.
انواع فرآیندهای بیولوژیکی
فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب بر اساس نیاز به اکسیژن به دو گروه اصلی هوازی و بی هوازی دسته بندی می شوند. هر یک از این روش ها مزایا و معایب خاص خود را دارند و برای شرایط مختلف مناسب هستند. در پکیج تصفیه فاضلاب انسانی براساس نوع آلاینده های موجود در فاضلاب فرآیندهای هوازی و بی هوازی پیاده سازی می شوند.
فرآیندهای هوازی
در فرآیندهای هوازی، میکروارگانیسم ها برای تجزیه مواد آلی به اکسیژن نیاز دارند. اکسیژن به صورت هوادهی مکانیکی یا طبیعی در فاضلاب حل می شود و در اختیار میکروارگانیسم ها قرار می گیرد. این فرآیندها در حضور اکسیژن انجام می شوند و محصولات نهایی شامل دی اکسید کربن، آب و لجن است. استفاده از فرآیندهای هوازی برای تصفیه فاضلاب انسانی چند مزیت و عیب مهم زیر را به همراه دارد:
• سرعت بالای تجزیه مواد آلی
• بازده بالا در حذف BOD و COD
• بوی کمتر نسبت به فرآیندهای بی هوازی
• کیفیت بالای پساب خروجی
• مصرف انرژی برای هوادهی
• تولید لجن اضافی بیشتر
• هزینه عملیاتی بالاتر
تنوع در فرآیندهای بیولوژیکی هوازی زیاد است و رایج ترین آنها در تصفیه فاضلاب بهداشتی عبارتند از:
لجن فعال اختلاط کامل CMAS
سیستم لجن فعال اختلاط کامل از یک راکتور تشکیل شده که در آن فاضلاب ورودی به سرعت با کل توده لجن فعال مخلوط می شود. برخلاف سیستم جریان پیستونی، در این سیستم اختلاط کامل رخ می دهد و غلظت مواد آلی در تمام نقاط راکتور یکسان است. این ویژگی باعث می شود میکروارگانیسم ها در تمام نقاط به یک میزان به مواد آلی دسترسی داشته باشند. همچنین هرگونه تغییر ناگهانی در کیفیت فاضلاب ورودی به سرعت در کل حجم راکتور رقیق می شود.
تثبیت تماسی CSAS
سیستم تثبیت تماسی یکی از روش های بهینه تصفیه بیولوژیکی است که برای کاهش حجم راکتور و بهبود کارایی تصفیه طراحی شده است. این سیستم از دو مخزن مجزا تماس و مخزن تثبیت تشکیل شده است. در مخزن تماس، فاضلاب با لجن فعال تماس پیدا می کند و میکروارگانیسم ها مواد آلی را جذب می کنند. این مرحله معمولا ۱۵ تا ۳۰ دقیقه طول می کشد. سپس لجن به مخزن تثبیت منتقل می شود و در آن هوادهی شدید انجام می شود و میکروارگانیسم ها مواد آلی جذب شده را اکسید می کنند. این روش در صنایع غذایی، دارویی و نساجی کاربرد زیادی دارد.
هوادهی گسترده EAAS
در این شیوه تصفیه ابتدا آشغالگیر قرار میگیرد تا ذرات جامد بزرگ و معلق در فاضلاب جمع آوری شود. هوادهی در لجن فعال با هوادهی گسترده توسط تجهیزات مکانیکی قدرتمند از قبیل دیوفیوزر یا هوادهی شناور انجام میشود. پس از هوادهی به فاضلاب حذف مواد آلی توسط باکتری ها، حجم زیادی از لجن در کف مخزن ته نشین می گردد که بخشی به عنوان لجن فعال برگشتی به مرحله قبل وارد شده و مابقی از مخزن تخلیه می گردد. از مهم ترین ویژگی های تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال با هوادهی گسترده می توان به سن بالای لجن (20 تا 30 روز) و مدت زمان نگهداری هیدرولیکی یا HRT حدود 24 ساعت اشاره نمود که شرایط مطلوبی را برای حذف مواد آلی از فاضلاب فراهم می کنند.
در تصفیه فاضلاب هتل با پکیج تصفیه فاضلاب بهداشتی از این فرآیندها استفاده می شود و تاثیر زیادی بر افزایش کیفیت خروجی دستگاه دارند.
فرآیندهای بی هوازی بیولوژیکی
در فرآیندهای بی هوازی، تجزیه مواد آلی در عدم حضور اکسیژن آزاد انجام می شود. این فرآیندها توسط باکتری های بی هوازی انجام می شوند و اکسیژن مورد نیاز خود را از ترکیبات آلی یا معدنی مانند نیترات، سولفات و دی اکسید کربن به دست می آورند. محصولات نهایی شامل بیوگاز متان و دی اکسید کربن، آب و مواد معدنی است. مزایا و معایب این گروه از فرآیندهای بیولوژیکی عبارتند از:
• تولید بیوگاز قابل استفاده به عنوان منبع انرژی
• تولید لجن کمتر
• مصرف انرژی پایین تر
• مناسب برای فاضلاب های با غلظت بالای مواد آلی
• سرعت پایین تر تجزیه
• نیاز به دمای بالاتر
• حساسیت بیشتر به تغییرات شرایط
• نیاز به تصفیه تکمیلی برای رسیدن به استانداردهای خروجی
فرآیندهای بیولوژیکی بیهوازی
فرایندهای بی هوازی نسبت به هوازی تنوع کمتری دارند و پرکاربردترین آنها عبارتند از:
راکتور بی هوازی UASB
راکتور بی هوازی لایه ای رو به بالا یا Upflow Anaerobic Sludge Blanket یکی از پرکاربردترین فرآیندهای تصفیه بی هوازی است. این راکتور شامل یک مخزن عمودی است که فاضلاب از پایین به صورت رو به بالا جریان می یابد. در قسمت پایین راکتور، یک لایه لجن بی هوازی تشکیل می شود که حاوی تعداد زیادی باکتری های بی هوازی است. فاضلاب از پایین راکتور وارد شده و از میان لایه لجن عبور می کند. در این مسیر، باکتری های بی هوازی مواد آلی را تجزیه کرده و به بیوگاز تبدیل می کنند.
راکتور تصفیه بی هوازی UAFB
راکتور تصفیه بی هوازی با بستر ثابت یا Upflow Anaerobic Fixed-Bed (UAFB) یکی از فرآیندهای بی هوازی پیشرفته است که ترکیبی از سیستم های بی هوازی و بیوفیلم محسوب می شود. در این راکتور، فاضلاب از پایین به سمت بالا جریان یافته و از میان یک بستر متخلخل عبور می کند که سطح آن پوشیده از لایه ای از باکتری های بی هوازی است.
باکتری های بی هوازی روی سطح بیوفیلم رشد کرده و مواد آلی فاضلاب را تجزیه کرده و به متان و دی اکسید کربن تبدیل می کنند. در این سیستم برخلاف راکتورهای با لجن معلق، باکتری ها به بیوفیلم چسبیده اند و با فاضلاب شسته نمی شوند و به همین دلیل زمان ماند جامدات افزایش پیدا می کند و کارایی تصفیه بهتر می شود.
جمع بندی
براساس آنچه در متن اشاره شد، فرایندهای بیولوژیکی می توانند بدون نیاز به مواد شیمیایی مضر، بسیاری از مواد آلی را از فاضلاب انسانی حذف کنند. به همین دلیل در پکیج تصفیه فاضلاب بهداشتی یکی از مهم ترین بخش ها، تصفیه بیولوژیکی است. این فرآیندها به دو دسته بی هوازی و هوازی تقسیم می شوند که هر یک دارای زیرمجموعه های متعددی هستند. و متناسب با نوع آلاینده های موجود در فاضلاب و شرایط محیط در پکیج تصفیه استفاده می شوند.
