استفاده از دیسک های بیولوژیکی دوار (RBC) در تصفیه فاضلاب

مقدمه

استفاده از دیسک های بیولوژیکی دوار (RBC) برای تصفیه فاضلاب در دهه 1970 آغاز شد. حذف مواد آلی و حذف ترکیبی BOD و آمونیاک از کاربرد های این فرآیند است. نیتریفیکاسیون کامل تحت شرایط فرآیند مناسب با نرخ اکسیداسیون تا 6 گرم در متر مربع در روز برای استفاده در طراحی پکیج های تصفیه فاضلاب شهری با استفاده از دیسک های بیولوژیکی دوار قابل دستیابی است. تصفیه فاضلاب به روش RBC برای نیترات زدایی با نرخ حذف 14 گرم در متر مربع در روز با فاضلاب های غنی از نیتروژن سازگار شده است. انواع مواد مختلف را می توان برای بهبود نرخ بارگیری آلی/نیتروژن از طریق انتخاب گروه های مختلف باکتری استفاده کرد. استفاده از دیسک های بیولوژیکی دوار برای افزایش حذف بیولوژیکی فسفر استفاده شده است و تا 70٪ حذف فسفر کل به دست آمده است. در مقایسه با سایر فرآیندهای بیوفیلم، دیسک های بیولوژیکی 35 درصد هزینه انرژی کمتری نسبت به فیلترهای چکنده دارند. همچنین نسبت به روش های دیگر برای تصفیه فاضلاب دوستدار محیط زیست است.

تصفیه فاضلاب به روش RBC

 فرآیند تصفیه فاضلاب به روش RBC همچنین برای حذف آلاینده های اولویت دار مانند داروها و محصولات مراقبت شخصی استفاده شده است. نشان داده شده است که سیستم RBC 99درصد کلی فرم های مدفوعی و اکثریت سایر پاتوژن های فاضلاب را از بین می برد. راکتورهای RBC جدید شامل سیستم‌هایی برای تولید انرژی مانند جلبک، تولید متان و سلول‌های سوختی میکروبی برای تولید جریان مستقیم نیز هستند. موضوعاتی مانند افزایش مقیاس برای کاربرد آتی فناوری RBC چالش برانگیز هستند و موضوعاتی مانند حذف فسفر و نیترات زدایی هنوز به تحقیقات بیشتری نیاز دارند. سرعت حذف حجمی بالا، نگهداری جامدات، دوستدار محیط زیست، زمان ماند هیدرولیکی از ویژگی های RBC است. بنابراین تصفیه فاضلاب به روش RBCیک کاندید ایده آل برای فرآیندهای هیبریدی برای ارتقاء کارهایی است که کارایی زیرساخت های موجود را به حداکثر می رساند و مصرف انرژی برای حذف مواد مغذی را به حداقل می رساند.

تاریخچه توسعه دیسک بیولوژیکی دوار RBC در تصفیه فاضلاب

فرآیندهای تصفیه فاضلاب باید با استانداردهایی مطابقت داشته باشد که حفاظت از محیط زیست را تضمین می کند، در حالی که برای به حداقل رساندن بار اجتماعی-اقتصادی کارآمد باشد. اولویت های اصلی برای تصفیه فاضلاب کیفیت پساب، هزینه، بهره وری انرژی و حذف/بازیابی مواد مغذی است. هدف سازمان‌های نظارتی بهبود بهداشت محیطی محلی با استفاده از اشکال پیشرفته مانند حذف بیولوژیکی مواد مغذی است. برای دستیابی به استانداردهای سخت تر فاضلاب، تصفیه بیولوژیکی سنتی تا حد زیادی به افزایش انرژی ورودی از طریق هوادهی طولانی راکتور یا زمان نگهداری وابسته است. در حال حاضر، 55٪ از بودجه انرژی برای تصفیه فاضلاب در هوادهی استفاده می شود. توسعه فن آوری تصفیه فاضلاب برای بهبود پایداری طولانی مدت ظرفیت تصفیه ضروری حیاتی است. بیوفیلم دیسک بیولوژیکی دوار می تواند حذف اکسیژن بیوشیمیایی (BOD) و BNR را برای فاضلاب خانگی و با استحکام بالا و بازیابی محدود فسفر افزایش دهد. شواهد فزاینده نشان می‌دهد که کنسرسیوم‌های RBC می‌توانند پاکسازی آلاینده‌های خاصی را برای مولکول‌های معطر خاص از جمله هیدروکربن‌ها، فلزات سنگین، بیگانه‌بیوتیک‌ها و داروها/محصولات مراقبت شخصی (PPCP) تحت شرایط فرآیند مناسب ارائه دهند. دیسک های بیولوژیکی دوار برای تصفیه فاضلاب که نیاز به مساحت کم زمین، تعمیر و نگهداری، انرژی یا هزینه های راه اندازی دارد استفاده می شود و می تواند شبکه تصفیه فاضلاب غیرمتمرکزتری را تسهیل کند. طراحی، نگهداری و بهره برداری سنتی تصفیه فاضلاب به روش RBC مبتنی بر تئوری فرآیند است. با این حال، بیوشیمی، مدل‌سازی بیوفیلم و اکولوژی میکروبی اخیراً مورد توجه قرار گرفته‌اند.

علیرغم سرمایه گذاری و تحقیق در زمینه هایی مانند افزایش حذف بیولوژیکی فسفر، نیترات زدایی، هزینه و افزایش مقیاس، RBC هنوز به پتانسیل کامل دست پیدا نکرده است. مفهوم RBC در آلمان در دهه 1920 سرچشمه گرفت و در آنجا به عنوان یک “توده هوازی چرخشی” که به یک پشتیبان رسانه ای ثابت شده بود توصیف شد، اگرچه اولین کارخانه در ایالات متحده ثبت شد و “فیلتر تماس” یا “چرخ بیولوژیک” نامگذاری شد. صفحات دوار نیمه غوطه ور این دستگاه به عنوان جایگزین فیلتر چکنده با یک دهم مساحت زمین و هزینه برق کمتر عمل می کرد. این طرح به ثبت رسید و اولین آزمایش RBC انجام شد. در دسترس بودن مواد قوی‌تر، سبک‌تر و مقرون به صرفه‌تر مانند پلاستیک، پایداری محیط را افزایش داد و سطح در دسترس برای رشد میکروبیولوژیکی را افزایش داد که ظرفیت تصفیه را بهبود بخشید. این امر به سرمایه گذاری های زیادی در دهه های 1960 و 1970 اجازه داد. دیسک های بیولوژیکی دوار برای تصفیه بیولوژیکی تحت انواع مختلف نفوذی، رژیم های آلی و هیدرولیکی استفاده شد. یک شرکت ژاپنی به نام Kubota یک درخواست ثبت اختراع برای RBC ارائه کرد که قادر به نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان با استفاده از غوطه وری متغیر برای تسهیل رژیم های حذف مواد مغذی متعدد است.

مهندسی فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار

انواع دیسک های بیولوژیکی دوار در تصفیه فاضلاب

دو نوع اصلی از RBC وجود دارد. انتگرال و مدولار

سیستم‌های انتگرال از یک واحد تشکیل شده‌اند که شامل  ته نشینی اولیه، RBC و یک زلال‌کننده نهایی است. واحدهای انتگرال معمولاً در یک پکیج تصفیه فاضلاب قرار میگیرند برعکس، سیستم‌های مدولار به ترتیب دارای  عملیات جداگانه برای تصفیه اولیه، ثانویه و جامدات هستند و معمولاً  که امکان پیکربندی فرآیند انعطاف‌پذیرتر را فراهم می‌کند. با این حال محدودیت اندازه و وزن به طور کلی دیسک بیولوژیکی دوار را به اندازه قطر دیسک 3.5 متر محدود می کند. RBC های مدولار را می توان با استفاده از جداسازی جریان موازی بین واحدها به کار برد که امکان کار در محدوده بار قابل قبول را فراهم می کند. در مقابل، اگر کیفیت پساب یکی از نگرانی‌های اصلی باشد.

هزینه های عملیاتی RBC ها

هزینه های سرمایه ای و هزینه های عملیاتی تصفیه فاضلاب به روش RBC از طریق کاهش هزینه های راه اندازی، نظارت و نگهداری در مقایسه با فرآیندهای AS به حداقل رسیده است. نیمی از هزینه فرآیند برای RBC ها مربوط به اجزای مکانیکی و الکتریکی است.

بستر RBC

پارامترهای وابسته به بستر در RBC ها عبارتند از: مرحله بندی، بارگذاری آلی، بازیافت و موقعیت صفحه جریان.

ملاحظات هیدرولیکی شامل زمان ماند هیدرولیک (HRT)، سرعت نوک، سطح ویژه رسانه، سرعت انتقال ترکیب و غوطه وری است. با این حال، همپوشانی قابل توجهی بین این پارامترها وجود دارد، برای مثال رابطه معکوس بین HRT و OLR باید مورد توجه قرار گیرد.

درک هیدرودینامیک RBC

درک هیدرودینامیک RBC برای حفظ ضخامت زیست توده مناسب، تقویت انتقال جرم ترکیب و جلوگیری از توزیع نابرابر زیست توده مهم است.

ترکیب محیط کشت RBC 

محیط RBC می تواند به صورت دیسک، صفحات مشبک، زین یا حلقه در یک راکتور بستر آکنده ، که شبیه یک راکتور بیوفیلم بستر نیمه غوطه ور، چرخان و متحرک است، وجود داشته باشد.

ملاحظات افزایش مقیاس

افزایش مقیاس مناسب RBC برای تأیید اینکه آیا عملکرد از حالت آزمایشگاهی/پایلوت تا مقیاس کامل قابل مقایسه است یا خیر نکته ای حیاتی است و باید با توجه به پارامتر های فرآیند برای آن برنامه ریزی کرد.

• جنس دیسک: دیسک هایی که برای این روش مورد استفاده قرار میگیرند باید در برابر مواد خورنده مقاومت بالایی داشته باشد و وزن آنها به اندازه کافی سبک باشد. در غیر این صورت چرخش دیسک ها به کمک موتور با چالش مواجه می شود.
• قطر دیسک: با توجه به مقدار پساب ورودی و همچنین فضای اختصاص داده شده برای تصفیه قطر دیسک ها تعیین میشود. هر چه قطر دیسک ها بیشتر باشد، فضای بیشتری را پوشش داده و روند تصفیه سریع تر انجام خواهد شد.
• سرعت چرخش دیسک: سرعت چرخش دیسک ها باید استاندارد باشد تا فرصت کافی برای تماس باکتری ها با مواد آلی و تجزیه آنها وجود داشته باشد.

مزایای تصفیه فاضلاب به روش RBC

• کاهش هزینه های راه اندازی به دلیل عدم نیاز به زمین با متراژ بالا
• مقاومت بالا در برابر شوک دبی
• کاهش مصرف انرژی برق نسبت به سایر روش های بیولوژیکی
• راه اندازی در بازه زمانی کوتاه
• راندمان بالا و حدود 90 درصد در کاهش BOD
• تولید لجن کم نسبت به سایر روش ها و عدم نیاز به تخلیه آنها

معایب تصفیه فاضلاب به روی RBC

با توجه به اینکه این روش بیشتر در فضای باز اجرا میشود، به همین دلیل برخی از نقاط ضعف در آن به چشم میخورد که عبارتند از:

• تولید و انتشار بوی زننده فاضلاب در محیط
• قدرت پایین در حذف پاتوژن ها
• تاثیر منفی دمای بالای خورشید یا یخ زدگی در زمستان به دلیل روباز بودن محیط
• هزینه نگهداری و تعمیر بالا

کاربرد فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار

این روش برای تصفیه فاضلاب های خاکستری و سیاه صنعتی و غیره که حاوی مقدار زیادی از مواد آلی باشد کاربرد دارد. تعدادی از موارد کاربرد روش RBC در تصفیه فاضلاب عبارتند از:

• تصفیه فاضلاب شهری
• تصفیه فاضلاب کارخانجات تولید کاغذ و نساجی
• تصفیه فاضلاب کارخانجات تولید مواد غذایی
• تصفیه فاضلاب کارخانجات تولید لبنیات
• تصفیه فاضلاب پتروشیمی و پالایشگاه ها

به منظور طراحی و پیاده سازی فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار RBC در پکیج های تصفیه فاضلاب شهری یا صنعتی و غیره با آن، می توانید از خدمات گروه صنعتی کاشفان نیلفام استفاده کنید. کارشناسان این مجموعه آماده ارائه مشاوره در این زمینه می باشند.