فرآیند لجن فعال تلفیقی با رشد چسبیده IFAS

فرآیند لجن فعال تلفیقی با رشد چسبیده IFAS

در پکیج تصفیه آب و فاضلاب، سرعت رشد باکتری های نیترات زا، که آمونیاک را به نیتریت ودر نهایت به نیترات تبدیل می کنند، بسیار کمتر از باکتری هایی است که در تبدیل مواد آلی کربنه (BOD) فعالیت دارند. در نتیجه، زمان ماند سلولی مورد نیاز (SRT) برای نیترات زایی در فرایندهای متداول لجن فعال بسیار بیشتر از زمان  ماند سلولی است که برای حذف مواد آلی کربنه اختصاص داده می شود. در حالیکه حذف نیتروژن نیز از اهداف تصفیه باشد ایجاد نواحی آنوکسیک برای تبدیل نیترات به گاز ازت لازم می باشد. بنابراین به منظور رسیدن به یک نیترات زائی و در نهایت نیترات زدایی مورد قبول، زمان ماند سلولی باید به حد کفایت بالا باشد. در این محتوا قصد داریم درباره فرآیند لجن فعال تلفیقی با رشد چسبیده IFAS، توضیح دهیم.

ارتقاء کیفی سیستم های تصفیه فاضلاب با فرآیند IFAS

علاوه بر مواردی بالا گزینه دیگری که معمولاً در ارتقاء کیفی سیستم های تصفیه فاضلاب بکار گرفته می شود فرآیند IFAS است که یک فرایند هیبرید با رشد تلفیقی معلق وچسبیده می باشد.

در این حالت در داخل راکتورهای هوازی مدیا جهت افزایش سطح تماس ودر نتیجه غلظت زیست توده  به ناحیه هوازی افزوده می شود. زیست توده چسبیده (بیوفیلم) بدون آنکه غلظت جامدات معلق را در پساب خروجی افزایش دهد، غلظت زیست توده در داخل راکتور را افزایش چشمگیری می دهد. بیوفیلم تشکیل شده بر روی مدیا مجموعه ای از میکروارگانیسم های مختلف است که درکنار یکدیگر فعالیت می کنند. در واقع بیوفیلم یک اکوسیستم است که در آن  باکتری ها ، تک یاخته ها و نماتدها در کنار یکدیگر هر کدام قسمتی از پروسه تصفیه فاضلاب را انجام می دهند.

بررسی فرآیند  IFAS

در فرآیند IFAS از تلفیق  رشد چسبیده و معلق میکروبی به صورت همزمان استفاده می گردد. سیستم های IFAS مزایای گسترده تری را نسبت به فرایندهای متداول لجن فعال ( سیستم های دارای رشد معلق) دارا هستند. این سیستم ها علاوه بر مقاومت بالا در برابر شوک های بارگذاری آلی وهیدرولیکی انعطاف پذیری و قدرت بیشتری را دارا می باشند. مزایای ذکر شده در فوق با تعبیه مدیاهای مناسب در درون حوضچه هوادهی لجن فعال حاصل می گردد. با قرار گرفتن مدیا در داخل حوضچه هوادهی لجن فعال زیست توده بیشتری تشکیل می گردد. (بدون آنکه سبب افزایش بارگذاری جامدات به حوضچه ته نشینی گردد). در این حالت بدون نیاز به افزایش بخش سازه ای وتنها با افزایش مدیا وتغییر میزان هوادهی میزان بارگذاری آلی وهیدرولیکی به واحدهای لجن فعال افزایش می یابد. در واقع در این سیستمها زیست توده متصل به مدیا سبب افزایش راندمان عملکرد تصفیه فاضلاب می گردد. از طرفی با افزایش زیست توده مقاومت فرایند در برابر شوکهای بارگذاری آلی و هیدرولیکی افزایش می یابد.

فرایند IFAS ازدو بخش عمده زیست توده معلق وچسبیده تشکیل شده است. زیست توده معلق با برگشت لجن از حوض ته نشینی ثانویه به حوض هوادهی، وزیست توده چسبیده بر رشد میکروارگانيسم ها بر روی مدیا تشکیل می شوند.

اهداف مورد نظر در افزایش زیست توده چسبیده به محیط رشد معلق لجن فعال عبارتند از :

* افزایش زیست توده فعال در حوض هوادهی

* افزایش زمان ماند سلولی (سن لجن)

* افزایش بازده وبار گذاری آلی به سیستم تصفیه

وقتی که هدف از تلفیق دو رشد معلق ورشد چسبیده (IFAS)، افزایش ظرفیت بارگذاری آلی (BOD) باشد، زیست توده چسبیده به مدیا بدون افزایش میزان جامدات معلق مایع مخلوط در پساب خروجی از حوض هوادهی، رشدبیشتری می یابد. این حالت سبب می گردد تا بدون اینکه تغییری در نسبت غذا به میکروارگانیزم (F:M ) ایجاد شود، نرخ بارگذاری آلی به حوض هوادهی  افزایش بیابد.

زیست توده های چسبیده نسبت به زیست توده های  معلق، زمان ماند سلولی بالاتری را دارا می باشند. این امر سبب می گردد تا حجم لجن تولیدی به واسطه  پدیده هایی مانند خود خوری سلولی کاهش بیابد.

یکی دیگر از مزایای مهم فرایند IFAS بهبود ته نشینی لخته های زیستی تشکیل شده می باشند. در این حالت میزان SVI یا شاخص حجمی لجن به نحو قابل توجهی کاهش می یابد.

جریان هوای ورودی به حوض هوادهی براساس اکسیژن مورد نیازبرای اکسایش موادآلی ورودی به حوض هوادهی محاسبه می گردد. افزایش نرخ بارگذاری در فرایند مستلزم افزودن اکسیژن بیشتری می باشد زیرا زمان ماند سلولی در این واحد ها بیشتر بوده و در نتیجه پدیده های مصرف کننده اکسیژنی مانند نیترات زایی ویا فرایند IFAS خود خوری سلولی ممکن است ایجاد گردند.

میکروب شناسی فرآیند  IFAS

عمل تصفیه زیستی در این فرایند از طریق بیوفیلم یا زیست توده تشکیل شده بر روی مدیا انجام می گیرد. لایه های مختلف میکروبی با تنوع زیستی فراوان بر روی مدیا تشکیل می شود که سبب تجزیه ترکیبات مختلف با معدنی سازی کامل می شوند. نتایج حاصل از بررسیهای مختلف نشان می دهد که لایه زیستی تشکیل شده بر روی مدیا کنسرسیومی از گونه های مختلف میکروبی می باشند که هر کدام در بخشی از زنجیره تجزیه وارد عمل می شوند. این خاصیت که به متابولیسم مشترک  مشهور است سبب می شود تا ترکیبات سنگین ومقاوم در برابر تجزیه بیولوژیکی (بویژه ترکیبات آروماتیک) از طریق زنجیره میکروبی تجزیه گردند.

وجود لایه های مختلف سبب می شود که گونه های مختلف میکروبی از نظر نیاز به اکسیژن ایجاد گردد. در لایه های رویی گونه های هوازی فعالیت بیشتری دارا هستند وعمل حذف ترکیبات آلی (مواد آلی کربنه ) ونیترات زائی  به خوبی انجام می گیرد.

درلایه های زیرین اکسیژن کمی در دسترس می باشد وشرایط بی اکسیژنه یا آنوکسیک ایجاد می گردد. در این شرایط میکروبها از ترکیبات دیگری مانند نیترات ها به عنوان گیرنده نهایی الکترون استفاده  می کنند و فرایند نیترات زدایی آغاز می گردد. طی این فرایند نیترات به گاز ازت تبدیل می گردد. از طرف دیگر بواسطه وجود ناحیه بی هوازی ترکیبات دیگری مانند فسفر وسولفات از فاضلاب حذف می گردد.

دو فاکتور مهمی که روی رشد میکروبی بر روی پکینگ مدیا تاثیر می گذارند ، عبارتند از :

1)      دبی جریان

2)      اندازه وشکل ذرات

ضخامت بیوفیلم براساس شرایطی که در بالا بیان گردید 100 میکرومتر تا10 میلی متر می باشد. یک لایه مایع بی حرکت، بیوفیلم را از لایه حجمی مایع که از روی سطح بیو فیلم جریان دارد یا در خارج از فیلم ثابت است، جدا می کند.

ماده غذایی ، اکسیژن و نوترینت از میان لایه مایع ثابت به بیوفیلم می رسند و محصولات حاصل از تجزیه

بیولوژیکی از بیوفیلم واردلايه حجمی شده واز آن خارج می گردند.

در یک بیوفیلم اجزای زیر ممکن است دیده شود:

1)      میکروارگانیسم ها (که با سرعت رشد نسبتاً پایین ، مانند متانوژن ها گسترش می یابند).

2)      ذرات معدنی یا آلی

3)      پلیمرهای خارج سلولی

غلظت ماده غذایی در سطح بیوفیلم با عمق بیوفیلم ، به دلیل مصرف ماده غذایی وپراکندگی آن در داخل لایه های بیو فیلم ، نسبت عکس دارد. غلظت اکسیژن محلول در داخل فیلم کمتر از لایه حجمی مایع است وبا عمق بیوفیلم وسرعت مصرف ماده غذایی تغییر  می کند.

لایه بیوفیلم درحقیقت یک ساختار غیر یکنواخت بسیار پیچیده است که اعتقاد براین است ، این لایه دارای منافذ عمودی وافقی زیادی است که آب از آنها عبور می کند. بیومس در فیلم بسیار متراکم      می باشد ودر اعماق بیشتر این تراکم بیشتر می گردد.

عامل مهمی که در طراحی وراهبری واحدهای دارنده بیوفیلم با رشد ثابت به کار می رود فلاکس جریان می باشد. با افزایش میزان فلاکس جریان ضخامت بیوفیلم کاهش می یابد.

فلاکس جریان = (میزان کل ماده غذایی) / ( واحد سطح بیوفیلم)

چندین پدیده محدود کننده نرخ رشد در بیو فیلم وجود دارد . دهنده الکترون وگیرنده الکترون باید در داخل بیو فیلم ها انتشار بیابند و محصولات واکنش باید به خارج از بیوفیلم منتقل بگردند.

یکی دیگر از نکات مهم در فرآیند IFAS که قلب این فرایند را تشکیل می دهد، ویژگی های مدیا  می باشد. مدیای مختلفی تولید شده اند که در فرایندهای IFAS بکار گرفته می شوند. این مدیا ها ممکن است به دو صورت ثابت یا شناور باشند.

نکات مهم در انتخاب مدیا عبارتست از:

·        جنس بستر

·        شکل هندسی ، ابعاد ودانسیته بستر

·        مساحت سطح ویژه

·        هزینه تولید

معمولترین ماده ای که امروزه برای ساخت مدیای پلاستیکی استفاده می شود ترکیبات اتیلن با دانسیته بالا یا پلی پروبلین با دانستیه بالا می باشند. وزن مخصوص آنها 96% -94% است. بدین ترتیب به راحتی می توانند در حوض هوادهی شناور بمانند.

شکل هندسی و ابعاد مدیا مستقیماً بر سطح ویژه و هزینه تولید مدیا تاثیر دارد .هزینه ساخت هر واحد حجم مدیا با کاهش ابعاد آن افزایش می یابد ، ولی در این حالت سطح ویژه افزایش می یابد.

مدیای دیگری نیز طی سالهای اخیر طراحی و بکارگرفته شده اند که دارای سطح ویژه بسیاربالایی میباشند. مدیای Bee-Cell2000 که شبیه به لانه زنبور می باشد قادر است تا500 متر مربع در هر متر مکعب سطح ایجاد نماید. مدیای دیگری که شهرت جهانی در تصفیه فاضلاب پیدا کرده است مدیای کالد نس  می باشد که سطح آن بیشتر m³.d/m² 700 می باشد. این مدیا به صورت گسترده ای در تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی وبویژه ارتقای کیفی تصفیه خانه های فاضلاب لجن فعال بکار گرفته شده است.

 انواع سیستم های IFAS

براساس مدیای بکار گرفته شده در فرایند IFAS سیستم های IFAS به دو دسته کلی تقسیم بندی شدند.

سیستم های IFAS با مدیای ثابت

در این حالت مدیای تعبیه شده در داخل حوض هوادهی به صورت ثابت می باشد. بصورت معمول این نوع مدیا ها را بواسطه آنکه وزن مخصوص آن ها کمتر از آب است در داخل یک قاب فلزی قرار داده و آن را در نهایت ازطریق اتصالات مربوطه در درون واحد ثابت می کنند. مهمترین عیب این واحدها گرفتگی می باشد که راهبران را ملزم می کند در فواصل زمانی مناسب مدیا ثابت را مورد شستشوی معکوس قرار دهند. از طرف دیگر سطح ویژه این نوع مدیاها معمولاً کمتر از مدیای غوطه ور می باشد.

سیستم های IFAS با مدیای غوطه ور

در این حالت مدیای قرار داده شده در واحد هوادهی به صورت معلق وغوطه ور می باشد. عمل شناور سازی مدیا از طریق میکسر یا هواده های عمقی تامین می گردد. در این واحدها گرفتگی وجود ندارد ومعمولاً مدیای غوطه ور سطح ویژه بیشتری را نسبت به مدیای ثابت دارا می باشند.

جمع بندی نهایی درباره فرآیند لجن فعال تلفیقی با رشد چسبیده IFAS

در ارتقاء کیفی سیستم های تصفیه هوازی فاضلاب (دیفیوزر هوادهی)به منظور حذف نیتروژن ، زمان ماند سلولی را باید تا بالاترین حد ممکن افزایش داد. در تصفیه خانه های متداول لجن فعال به منظور افزایش زیست توده در داخل واحد، نیاز است تا یک واحد جدید با ظرفیت مناسب در کنار واحد موجود ساخته شود تا زمان ماند سلولی یا به تعبیری ظرفیت نگهداری زیست توده در داخل راکتور هوادهی افزایش بیابد. از طرف دیگر در این حالت نیاز است تا ابعاد ته نشینی افزایش داده شود تا نرخ بارگذاری جامدات به واحد سطح حوض  ته نشینی کاهش بیابد.