روش های افزایش غلظت مواد آلی در فاضلاب شهری برای بازیابی انرژی

افزایش غلظت مواد آلی در فاضلاب شهری

با رشد جمعیت و صنعتی شدن جوامع، تولید فاضلاب شهری به یکی از چالش‌ های اصلی محیط زیستی تبدیل شده است. از سوی دیگر، بحران انرژی و نیاز به منابع پایدار انرژی، توجه دانشمندان و مهندسان را به سمت بازیابی انرژی از منابع تجدیدپذیر معطوف کرده است. فاضلاب شهری، با وجود آلودگی‌ ها، حاوی مواد آلی قابل توجهی است که می‌ توان از آن‌ ها برای تولید انرژی استفاده کرد. برای بازیابی موثر انرژی از فاضلاب، افزایش غلظت مواد آلی ضروری است. روش‌ های افزایش غلظت مواد آلی می‌ توانند به کاهش حجم فاضلاب و در نتیجه کاهش هزینه‌ های تصفیه کمک کنند. در این مقاله قصد داریم به صورت مفصل درباره انواع روش های افزایش غلظت مواد آلی در فاضلاب توضیح دهیم.

معرفی انواع راهکارهای افزایش غلظت مواد آلی در فاضلاب

در سال ­های اخیر فرآیند دو مرحله ­ای جذب- اکسیداسیون زیستی به منظور تغلیظ فاضلاب شهری و افزایش غلظت مواد آلی توجه زیادی را به خود جلب کرده ­است. این فرآیند که به طور خاص برای بازیابی انرژی از فاضلاب شهری طراحی شده ­است، شامل دو مرحله A و B به ترتیب با نرخ بارگذاری آلی زیاد و نرخ بارگذاری آلی کم می ­باشد. در مرحله A تغلیظ فاضلاب شهری و جذب COD بر لجن و در مرحله B حذف مواد مغذی رخ می ­دهد. انرژی تولیدی در مرحله A بیشتر از انرژی مصرفی مرحله B است و به همین سبب بازیابی انرژی قابل توجهی خواهد داشت. در مرحله A از فرآیندهای مختلفی نظیر استفاده از پکیج چربی گیر DAF، فیلتراسیون، CEPT و HRAS جهت تغلیظ مواد آلی می ­توان استفاده کرد.

1) فرآیند معلق‌سازی به کمک هوای محلول

فرآیند DAF در واقع ترکیب دو فرآیند جداکننده مایع و تغلیظ ‌کننده لجن است. این فرآیند در حذف ذرات معلق بسیار کارآمد است. ایده اصلی در این روش شناورکردن ذرات دارای وزن مخصوص بیشتر از آب است. در این روش حباب‌ های هوا به ذرات چسبیده و وزن مخصوص آن ‌ها را کاهش می ­دهد، به این ترتیب ذرات روی سطح مخزن شناور می ­شوند و غلظت لجن افزایش می ­یابد. برای بهبود عملکرد این فرآیند می ‌توان از پلیمرهای تجاری استفاده نمود، اما هزینه بالای این مواد و مشکلات زیست‌محیطی آن ‌ها، از مشکلات این روش هستند.

2) فرآیند فیلتراسیون غشایی

از فرآیند فیلتراسیون غشایی نیز می ‌توان برای تغلیظ فاضلاب استفاده نمود. غشاء، فاضلاب را به یک بخش غلیظ با مواد آلی بیشتر و یک بخش فیلتر شده جدا می ‌کند. از معایب این روش گرفتگی زیاد غشاء است چرا که در این روش هوادهی و کنترل گرفتگی اعمال نمی­ شود.

3) فرآیند پیش تصفیه انعقاد شیمیایی

فرآیند CEPT شامل اضافه ‌کردن منعقدکننده ها و مواد شیمیایی برای تبدیل ذرات معلق و کلوییدی به فلوک‌ های بزرگ‌ تر می ‌باشد. این فرآیند مقدار انرژی کمی نیاز دارد، به علاوه بازده حذف بالایی داشته و عملیات راه ‌اندازی و نگهداری ساده ‌ای نیز دارد و منجر به بازیابی حدود 60% از COD ورودی فاضلاب توسط منعقدکننده ها می ­شود. در مقایسه با ته ‌نشینی اولیه معمولی، مقدار لجن تولید شده توسط این فرآیند تقریبا 45% افزایش می ­یابد، که 33% آن ناشی از جذب مواد جامد است. علاوه بر این، لجن حاصل، غنی از مواد آلی برای تولید بیوگاز از طریق هضم بی ‌هوازی است. با این‌ حال این فرآیند در از بین بردن COD محلول از فاضلاب شهری بسیار ضعیف است، یعنی تقریباً تمام COD محلول که حداقل 30% کل COD در فاضلاب شهری است، ممکن است همراه پساب تصفیه ­شده، خارج شود. حداکثر انرژی تولیدی در این روش برابر 2.09 kj/g COD است. همچنین گزارش شده است که افزودن منعقد کننده شیمیایی تأثیر منفی بر راندمان هضم لجن پسماند خواهد داشت. لازم به ذکر است که اضافه کردن منعقد کننده ­ها به CEPT منجر به افزایش کلی هزینه عملکردی نیز می ­شود.