بخشی از مقاله
بررسي تغييرات جامدات در راکتور جريان پيوسته ورمي کمپوست -کمپوست بر روي لجن تصفيه خانه فاضلاب با و يا بدون وجود پسماندهاي آلي ديگر
چکيده
سيستم ورمي کمپوست -کمپوست ميتواند جايگزيني براي سيستمهاي متداول تثبيت لجن در تصفيه خانه هاي فاضلاب باشد. اندازه گيري جامدات در اين نوع سيستم نشان دهنده کارکرد درست راکتور است ، لذا بررسي اين تغييرات از اهميت بسزايي برخوردار است . در اين تحقيق ابتدا لجن مازاد آبگيري شده در تصفيه خانه فاضلاب شيراز با ديگر پسماندهاي آلي در تعداد ٥ راکتور از نوع جريان ناپيوسته مخلوط و مورد بررسي قرار گرفت . مدت اجراي هر يک از پايلوتها ٢ ماه و تغييرات جامدات اين مواد در هر ٢ هفته اندازه گيري شده است . با توجه به نتايج به دست آمده ، لجن آبگيري شده به تنهايي ، براي پايلوت بعدي که از نوع راکتور با جريان پيوسته است انتخاب شد. اين راکتور شامل ٣ سلول است و به صورتي اجرا شده است که جريان پيوسته به وسيله حرکت کرمها به وجود مي آيد. در اين راکتور بعد از اتمام پروسه ورمي کمپوست ، فاز کمپوست گرمادوست شروع مي شود و پروسه تثبيت لجن در اين فاز ادامه پيدا ميکند. زمان اجراي اين پايلوت ٤ ماه است و تغييرات جامدات لجن در هر ٢ هفته اندازه گيري شده است . تغييرات جامدات در هر دو نوع راکتور اندازه گيري شده و در آخر مدل رياضي براي هر کدام محاسبه و تعيين گرديد.
١-مقدمه
در سراسر جهان هر جا که تصفيه فاضلابهاي شهري به صورت متمرکز انجام مي شود، محصول جانبي آن شامل جامدات باقيمانده يا لجن خواهد بود. با افزايش توجه جهاني به حفاظت محيط زيست (از جمله حفظ آبهاي سطحي و زير زميني و خاک )، استانداردهاي پساب خروجي تصفيه خانه هاي فاضلاب سختگيرانه تر شده است . لذا انتظار آن وجود دارد که با پيشرفت توسعه زير بنايي در کشورهاي در حال توسعه همراه با سختگيرتر شدن استانداردهاي زيست محيطي، تصفيه فاضلاب فراگيرتر و به تبع آن مقدار توليد لجن حاصل از تصفيه فاضلاب به صورت روز افزون بيشتر شود. افزايش فزاينده جمعيت و در پي آن بيشتر شدن مقدار فاضلابهاي توليدي و لجن نيز به اين موضوع دامن خواهد زد. بنا به دلايل گفته شده ، امروز مديريت لجن به پديده اي بسيار مهم و بحث بر انگيز در کشورهاي جهان تبديل شده و روز به روز بر اهميت آن افزوده مي شود [٢]. از طرف ديگر، لجن حاصل از تصفيه فاضلاب ، به علت داشتن عناصري مانند نيتروژن ، فسفر، پتاسيم و غيره مي تواند به عنوان کود يا اصلاح کنندة خاکه اي کشاورزي مورد استفاده قرار گيرد[١]. با توجه به محدوديت دسترسي به نيروهاي متخصص در زمينه مديريت و راهبري سيستمهاي تصفيه لجن ، به ويژه در روشهاي متداول نظير هاضمها و تأسيسات مکانيکي آبگيري لجن ، استفاده از روشهاي ساده ، کم هزينه و سازگار با محيط زيست ، همچون سيستمهاي ورمي کمپوست و کمپوست ، به ويژه در کشورهاي در حال توسعه به علت نياز کمتر به نيروي متخصص و تجهيزات پيشرفته ، از اولويت بيشتري برخوردار خواهد بود [٣].
کاربرد کرمهاي خاکي براي مديريت لجن مورد توجه زيادي بوده و برنامه هاي تحقيقاتي و پروژه هاي تجاري متعددي در بسياري از کشورهاي جهان در مورد آن به مرحله اجرا در آمده است . اين تکنولوژي ميتواند جايگزين بسيار خوبي براي سيستمهاي متداول تثبيت لجن باشد. واژه (فرايند) Vermi از لغت Vermis به معني کرم گرفته شده و حاصل فرايندي نيمه هوازي (با حدود ٨٠ درصد رطوبت ) است که به وسيلۀ گونه هاي ويژه اي از کرمها، قارچها، باکتريها و آکتينوميستها انجام ميشود [٤]. عبور آرام ، پيوسته و مکرر مواد زايد آلي از مسير دستگاه گوارشي کرم خاکي و آغشته شدن آنها به انواع ترشحات سيستم گوارشي، مانند ذرات کربنات کلسيم ، آنزيمها و مواد مخاطي، متابوليتهاي مختلف ميکرو ارگانيسمهاي دستگاه گوارشي کرم و سرانجام ايجاد شرايط مناسب براي سنتز اسيدهاي هيوميک ، در مجموع موادي به نام ورمي کمپوست توليد ميکند که ويژگيهاي متفاوت با مواد بلعيده شده توسط کرمها دارند [٥]. کمپوست از کلمۀ لاتين «Compositus» به معني مخلوط و يا مرکب گرفته شده است .
تجزيۀ مواد در تودة کمپوست ، نتيجۀ فعاليت بسياري از گروه هاي مختلف باکتريها، قارچ ها، آکتينوميست ها، پروتوزوآها و ساير موجودات ريزي هستند که در مواد آلي وجود دارند. در نتيجه اين فعاليت علاوه بر محصول نهايي که کمپوست نام دارد حرارت و آب نيز توليد ميگردد.
قسمت اعظم کمپوست و ورمي کمپوست را جامدات تشکيل مي دهد. فعاليت کرمها در کمپوست کرمي و ميکرو ارگانيزمها در کمپوست باعث به وجود آمدن تغييراتي در ميزان جامدات موجود در مواد ميشود. محصول نهايي بايد به مواد هوموس مانندي تبديل شود که ديگر قادر به تجزيه نيست [٦]. بنابراين اندازه گيري تغييرات جامدات در هر دو سيستم ورمي کمپوست و کمپوست نشان دهنده کارکرد درست يا نادرست سيستم است و جزء ضروري اين سيستمها است .
در اين تحقيق لجن مازاد تصفيه خانه فاضلاب شيراز در هر دو سيستم ورمي کمپوست و کمپوست مورد بررسي و آزمايش قرار گرفته است . تصفيه خانه فاضلاب شهر شيراز در ٢٩ درجه و ٣٢دقيقه و ٣٧ ثانيه شمالي و ٥٢ درجه و ٣٨دقيقه و ١٤ ثانيه شرقي واقع شده است و کد ارتفاعي اين مکان ١٤٧٨ متر بالا تر از سطح آبهاي آزاد است . بر اساس طرح اوليه اين تصفيه خانه شامل سه مدول ٣٠٠٠٠٠ نفري بوده که در حال حاضر مدول اول آن در حال کار است . مشخصات فاضلاب ورودي و خروجي تصفيه خانه
فاضلاب شيراز از قرار زير است :
فاضلاب ورودي : فاضلاب خروجي :
غلظت BOD5 فاضلاب : ٢٤٠ ميليگرم در ليتر غلظت BOD5 فاضلاب : ٣٠ ميليگرم در ليتر
غلظت مواد معلق : ٣١٥ ميليگرم در ليتر غلظت مواد معلق : ٤٠ ميليگرم در ليتر
در اين تصفيه خانه سيستم هوادهي به صورت هوادهي مکانيکي است و تصفيه فاضلاب فاقد مراحل حذف نيتروژن و فسفر است .
لجن مازاد توليدي بعد از واحدهاي Thickener و Blender در بسترهاي لجن خشک وارد شده و در مقابل نور خورشيد خشک ميشود. اما اخيرا قسمت اعظم لجن مازاد در واحد هاضم بيهوازي تصفيه و تثبيت ميشود.
٢- روش تحقيق
٢-١- آماده سازي پايلوت
ابتدا پايلوتهاي اوليه که از نوع راکتور با جريان ناپيوسته (Batch reactor) راه اندازي و آماده ميشوند. تعداد اين پايلوتها ٥ عدد است . هر کدام از اين پايلوتها به مقدار وزني مختلف از پسماندهاي غذايي، پسماندهاي گياهي ، کود حيواني و لجن تصفيه خانه پر مي شوند. به هر کدام از پايلوتها مقدار ٤٠٠ گرم کرم افزوده ميشود. در اين تحقيق مقدار چگالي کرم در واحد حجم در هر پايلوت يکسان محاسبه و آماده شده است . مقدار ظرفيت فراوري ٠.٧٥ کيلوگرم ماده .کيلوگرم کرم . روز فرض شده است . زمان اجراي هر پايلوت ٢ ماه است و نمونه برداري و آزمايش بر روي پارامترهاي مورد نظر در بازه هاي زماني ٢ هفته انجام گرفته است . مشخصات پايلوت اوليه در جدول (١)آورده شده است .
موازي با راهبري و اجراي پايلوتهاي اوليه ، تعداد ٥ عدد پايلوت کوچکتر(١٠*١٠*١٠ cm) براي اندازه گيري پارامترهاي آزمايشگاهي مربوط به کرمها راه اندازي مي شود. براي مطالعه بر روي رفتار کرمها و تغييرات جامدات آنها، تعداد ١٠ عدد کرم نابالغ در هر يک از پايلوتها ريخته ميشود. مواد داخلي اين پايلوتها مطابق با مواد داخلي پايلوتهاي اوليه است . زمان راهبري در اين پايلوتها ٢ماه است و هر ٢ هفته اقدام به اندازه گيري پارامترهاي مربوطه ميشود. اين پايلوتها با نام پايلوتهاي جانبي نام گذاري ميگردند.
با راه اندازي پايلوت دوم (٥٠*٥٠*١٥٠ cm) به نام پايلوت ثانويه ، اقدام به انجام آزمايشات تکميلي براي بررسي چگونگي کارکرد سيستم تلفيقي ورمي کمپوست - کمپوست و مطالعه نوع رفتار کرمها در اين نوع خاص از سيستم و مقايسه خروجي با سيستم ورمي کمپوست و پي بردن به حالت بهينه توليد کمپوست مي گردد. اين پايلوت از سه سلول تشکيل شده است که امکان مطالعه بر روي چگونگي به وجود آمدن جريان پيوسته را ميدهد. در اين پايلوت دو سيستم ورمي کمپوست و کمپوست با هم به صورت موازي کار مي کند. شکل (١) نماي اين پايلوت و سه سلول آن را نشان ميدهد.
٢-٢- آزمايشات مربوطه
جهت نمونه برداري از تمامي پايلوتها، هر پايلوت به ٨ قسمت مساوي تقسيم بندي شده و از هر قسمت نمونه اي برداشته ميشود.
سپس اين ٨ نمونه با هم مخلوط گشته و نمونه نهايي جهت اندازه گيري پارامترهاي مربوطه از اين مخلوط گرفته ميشود. براي اندازه گيري رطوبت نسبي در نمونه ها از روش استاندارد وزني استفاده شده است . روش وزني عبارت است از خشک کردن نمونه مرطوب در آون در دماي oc١٠٥ تا زماني که در اثر خشک شدن تغييري در وزن مشاهده نشود. اين زمان براي ٢٤ ساعت کافي به نظر ميرسد [٧]. تفاوت بين جرم اوليه و جرم پاياني مقدار رطوبت کمپوست را بدست مي دهد. تغييرات دماي مواد داخل پايلوت و هواي اطراف به وسيله دماسنج اندازه گيري ميشود. براي اندازه گيري جامدات در هر نمونه ابتدا به اندازه ٥٠ گرم از هر نمونه را وزن کرده و در بشر مخصوص به خود ميريزيم . مواد فرار در دماي oc٥٥٠ به صورت گاز در مي آيند و از ماده اوليه جدا مي شوند. مواد جامدي که به صورت خاکستر باقي مي ماند جزء جامدات ثابت است و موادي که به صورت فرار از ماده اوليه کم شده اند جزء مواد فرار به حساب مي آيند. اين مواد از کم کردن وزني مواد ثابت ازمواد اوليه به دست مي آيند. براي اين اندازه گيري نمونه را در اجاق الکتريکي در دماي oc٥٥٠ به مدت ٢٤ ساعت حرارت داده تا تمامي جامدات فرار از نمونه ها خارج شود[ ٨].
براي اندازه گيري جامدات مربوط به کرمها در هر نمونه ، ابتدا ٢ عدد کرم از هر پايلوت را جدا کرده ، وزن نموده و در بشر مخصوص به خود مي اندازيم . براي جلوگيري از فرار کرمها بايد درب بشر بسته باشد، که براي اين کار از شيشه ساعت استفاده شده است . لازم به ذکر است کرمهاي مورد آزمايش از پايلوتهاي جانبي جمع آوري شده است و از پايلوت اصلي جمع آوري نمي شود. جامدات ثابت و فرار کرمها با حرارت دادن در دماي oc٥٥٠و توزين آنها به دست مي آيد [٩].
٣-نتيجه گيري
در راکتور ثانويه ابتدا کرمها عمل ورمي کمپوست را انجام داده ، سپس به سلول بعدي مهاجرت کرده تا عمل کمپوست گرمادوست در سلول قبلي شروع شود. در راکتور اوليه که از نوع جريان ناپيوسته است تغييرات دما به علت فعاليت کرمها افزايش چنداني ندارد و با دماي محيط تقريبا برابري ميکند اما در راکتور ثانويه که عمل کمپوست نيز انجام ميشود به علت فعاليت ميکروارگانيزمها، پارامتر گرما اختلاف بيشتري با محيط اطراف پيدا ميکند. حالت تلفيقي بودن اين نوع راکتور و بالا رفتن درجه حرارت در اين نوع خاص از راکتور ميتواند معايب راکتور ورمي کمپوست را که بيشتر شامل از بين نرفتن عوامل بيماريزا به علت کاهش درجه حرارت است کاهش دهد. تغييرات دما در راکتور اوليه و ثانويه در جدول (٢) نشان داده شده است .
حرکت کرمها و مهاجرت آنها به سلول بعدي و لايه هاي بالايي در راکتور ثانويه علت به وجود آمدن جريان پيوسته در اين نوع راکتور است . در اين تحقيق راکتور ثانويه از سه سلول تشکيل شده است . چگونگي پيوستگي جريان و حرکت کرمها به علت مهاجرت به لايه هاي جديد در شکل (٢) نشان داده شده است . بنابراين با مشاهده اين نوع حرکت خاص در اين راکتور سه سلولي، ميتوان سلولهاي بيشتري براي اين نوع خاص از راکتور بسط داد و آنرا با سلولهاي بيشتر طراحي و اجرا نمود.
