بخشی از مقاله
بررسی سیستم هوازی با بستر ثابت (Aerobic Fixed bed) در تصفیه فاضلاب
چکیده
تکنولوژی رشد چسبنده به صورت غوطه ور به منظور تصفیه فاضلاب، بیش از 60 سال است که مورد استفاده قرار می گیرد. اقدامات ابتدایی در این زمینه فرآیندهای استفاده شده در سال های 1930 تا 1940، شامل "هوادهی تماسی" بوده است. در دهه اخیر استفاده و به کارگیری سیستم رشد چسبنده به صورت غوطه ور، شکل بین المللی به خود گرفته است. اندازه کوچک و کاربری آسان سیستم رشد چسبنده به صورت غوطه ور، اولین عواملی هستند که موجب شده اند این سیستم مورد اقبال قرار گیرد. در سال های 1980 و 1990 در آمریکا اقداماتی بر روی تکنولوژی های یکپارچه سازی سیستم رشد چسبنده و سیستم لجن فعال صورت گرفت. به منظور استانداردهای آب خروجی (که به صورت فزاینده سختگیرانه تر می شوند)، و نیز هزینه بالای گسترش مخازن موجود و کاهش گزینه های بودجه ای ، تکنولوژی (IFAS) یک راه حل جالب جهت پاسخگویی به نیاز افزایش ظرفیت تصفیه و یا افزایش حذف مواد مغذی، در سر تا سر جهان است. در این تحقیق به بررسی عملکرد سیستم Aerated Fixed Bed (AFB) و مقایسه آن با SBR متعارف مد نظر بوده است. برای این منظور از راکتورهایی با حجم 20 لیتر و درصدهای حجمی مختلف مدیای پلاستیکی استفاده شده است. راکتورها به صورت ناپیوسته راهبری شده و تمامی شرایط در تمامی راکتورها به صورت یکسان لحاظ شده است. به منظور دستیابی به اهداف ای تحقیق راکتورها به مدت 53 روز بهره برداری شدند تا به شرایط پایدار رسیدندو سپس اندازه گیری های پارامترهای مختلف صورت گرفته و در حالت فاضلاب ورودی با شرایط ثابت مقدار حجم بهینه مدیا %70، و مدت زمان هوادهی مطلوب 6 ساعت به دست آمده است.
واژه گان کلیدی: رشد چسبنده، لجن فعال، IFAS، راکتور ناپیوسته، AFB، SBR
مقدمه
تکنولوژی رشد چسبنده به صورت غوطه ور به منظور تصـفیه فاضـلاب، بـیش از 60 سـال اسـت کـه مـورد استفاده قرار می گیرد. اقدامات ابتدایی در این زمینه فرآیندهای استفاده شده در سال هـای 1930 تـا 1940، شامل "هوادهی تماسی" بوده است. در آن زمان پانل های پنبه ای به صورت عمـودی و شـناور بـر روی لولـه های سوراخدار هوادهی قرار می گرفت. فرآیند به وسیله حوضچه هـای تـه نشـینی میـانی، کـه فاقـد قابلیـت برگشت لجن بودند، و با زمان ماند هیدرولیکی 1/7 تا 3 ساعت انجام می شد. این فرآیند به صورت پایدار انجام می گرفت و در مقابل نوسانات بار ورودی، بدون نیاز به رسیدگی خاص توسط اپراتورها، به خوبی پاسخگو بـود. با این حال، این سیستم بدون وجود خط لجن برگشتی (RAS)، از جهت کنتـرل وجـه اشـتراکی بـا سیسـتم لجن فعال نداشت. همچنین، در این سیستم پانل ها در پخش اکسیژن، اختلاط مناسب و یـا رانـدمان انـرژی، نقشی ایفا نمی کردند. سرانجام، این مفهوم (استفاده از تکنولوژی رشد چسبنده به صورت غوطه ور) مسیری را در شیوه لجن فعال ایجاد کرد.((11
در دهه اخیر استفاده و به کارگیری سیستم رشد چسبنده به صورت غوطه ور، شکل بین المللی به خود گرفته است. اندازه کوچک و کاربری آسان سیستم رشد چسبنده به صورت غوطه ور، اولین عواملی هستند که موجب شده اند این سیستم مورد اقبال قرار گیرد.
در سال های 1980 و 1990 در آمریکا اقداماتی بر روی تکنولوژی های یکپارچه سازی سیستم رشد چسـبنده و سیستم لجن فعال صورت گرفت. به منظور استانداردهای آب خروجی (که به صورت فزاینده سـختگیرانه تـر می شوند)، و نیز هزینه بالای گسترش مخازن موجود و کاهش گزینه های بودجـه ای ، تکنولـوژی (IFAS) یک راه حل جالب جهت پاسخگویی به نیاز افزایش ظرفیت تصفیه و یا افزایش حذف مواد مغذی، در سر تا سر جهان است .(www.Brentwood Process.com)
تحقیقاتی نیز در مورد استفاده از رشد چسبنده غوطـه ور بـه صـورت ثابـت (Fixed Film Media)، درون مخزن سیستم (SBR) صورت گرفته است که در زیر به برخی از آنها اشاره خواهد شد.
Kocadagistan و همکاران در سال 2003 در یک SBR بی هوازی با جریان رو به بالا موفق به %98 میزان کل COD با زمان ماند هیدرولیکی 2/66-13/33 شدند.
تئوری آزمایش
در این پژوهش نحوه عملکرد سیستم هوازی با بستر ثابت(AFB) 2 و مقایسه این روش با فرآیند SBR متعارف بررسی شده است. برای این منظور از چهار سطل به عنوان راکتور استفاده شده است. سیستم AFB مانند رکتور SBR به صورت ناپیوسته و منقطع عمل می کند و از لحاظ ساختاری شبیه به سیستم SBR متعارف است با این تفاوت که در این سیستم درصد مختفی از مدیاها به کار می رود. سطل هایی استوانه ای با ابعاد 38 سانتی متر ارتفاع و 35 سانتی متر قطر در این تحیقیق مورد استفاده قرار گرفته اند که البته تنها از 20 لیتر از حجم آن ها استفاده شده است (شکل .(4-1 همچنین به دلیل مشکلات موجود در تهیه مدیای ثابت در حجم کم و مورد نیاز پایلوت این تحقیق، لذا از مدیاهای دست ساز و غیر تجاری استفاده شده است که در شکل (4-2) به نمایش درآمده است. این مدیاها از لوله های آجدار پلاستیکی موجود در بازار به همراه یک اسکرین برای نگه داری مجموعه لوله ها به صورت یک بسته، ایجاد شده اند.
شکل -1 تصویری از راکتورها
2 - Aerobic Fixed Bed
شکل-2 تصویری از مدیای استفاده شده
سطح ویژه تقریبی مدیاهای استفاده شده در حدود 400 m2/m3 بوده که مطابق جدول (4-1) در حجم های متفاوت در هر کدام از سطل ها قرار گرفته است.
جدول(-(1 میزان درصد پرشدگی راکتورها به وسیله مدیا
شماره راکتور درصد حجمی پر شدگی راکتور بهوسیله مدیا (بر اساس حجم 20
لیتر)
همانطور که درجدول () نسان داده شده است راکتور 1 که همان راکتور SBR متعارف است خالی از مدیا بوده و به عنوان راکتور شاهد در نظر گرفته شده است.
فاضلاب مصنوعی با خصوصیات ذکر شده در جداول 4-3) و (4-4 دراین تحقیق استفاده شده است. همچنین برای لجن لولیه از لجن خط برگشت لجن تصفیه خانه شیراز استفاده شده که از این لجن به میزان یک چهارم حجمی در هر راکتور فارغ از میزان مدیا، استفاده شده است.
برای اینکه این لجن بتواند با شرایط راکتور سازگار شود نیاز بوده که برای مدت زمان مشخصی سیستم راهبری شده ولجن با فاضلاب مخلوط شده سازگار شود تا اصطلاحاً سیستم به پایداری برسد. به هین منظور برای رسیدن به شرایط پایداری، فرآیند به صورت زیر راهبری شده است:
لجن ذکر شده به میزان 5 لیتر به داخل راکتور وارد شده و بقیه حجم راکتور 15) لیتر) با آب پر شده است. سپس هر 12 ساعت یکبار فاضلاب که به صورت پودر بوده به داخل راکتور اضافه شده است. منتها قبل از اضافه کردن فاضلاب در هر مرحله به سیستم هوادهی قطع و برای مدتی به فاضلاب اجازه ته نشینی داده شده است. در مرحله بعد پساب تصفیه شده تا حدی که مقداری از لجن نیز تخلیه شود از راکتور خارج شده است. این میزان از لجن تخلیه شده برای یکنواخت کردن غلظت لجن موجود در فاضلاب بوده است. پس از خروج پساب آب تا رسیدن به حجم 20 لیتر به درون راکتور اضافه شده و فاضلاب به صورت پودر وراد راکتور شده و سپس سیستم هوادهی و اختلاط روشن و عملیات تصفیه بیولوژیکی توسط میکروارگانیزم های باقیمانده در راکتور شروع می شده است. لازم به ذکر است که تغذیه فاضلاب به درون راکتور در ساعات 7 و 19 در هر روز انجام شده است.
جدول(-(2 مشخصات فاضلاب مصنوعی مورد استفاده
هر روز یک نمونه جهت اندازه گیری مقدار COD و میزان غلظت مواد معلق (TSS) گرفته شده و آزمایش شده است. پس از مدت مشخص میزان CODچند نمونه متوالی نقریباً یکسان بوده و در این حالت سیستم به پایداری رسیه است. در این تحقیق پس از گذشت 53 روز سیستم پایدار شده است که نتایج حاصل در فصل 5 به طور مفصل ارایه شده است.
تا قبل از رسیدن به شرایط پایداری نمونه های برداشت شده تنها برای اندازه گیری COD و TSS مورد آزمایش قرار گرفته اند. پس از رسیدن به شرایط پایداری برای هر نمونه مقادیر COD، TSS، SVI، نیتروژن آمونیاکی، pH و دما اندازه گیری شده است. برای این منظور با ثابت نگه داشتن خصوصیات فاضلاب مقادیر مدیا در راکتور تغییر کرده و اندازه گیری های فوق انجام شده است. برای نمونه برداری پس از هوادهی مورد نظر در حالی که هوادهی در حال انجام است نمونه برای اندازه گیری TSSو SVI برداشته شده و سپس
سیستم هوادهی قطع شده و پس از ته نشینی لجن نمونه ای برای اندازه گیری COD و نیتروژن آمونیاکی، برداشته شده است. سپس پساب تصفیه شده خارج و فاضلاب وارد راکتور شده و هوادهی مجدد آغاز شده است و این چرخه ادامه یافته است.
آزمایش
از آنجایی که لجن مورد استفاده در این پژوهش از محل دیگری (لجن برگشتی تصفیه خانه شیراز) تهیه شده است، و این لجن با محیط جدید بیگانه بوده و در این محیط آزمایش فعالیت نداشته است؛ لذا مدت زمان خاصی مورد نیاز بوده تا این لجن با شرایط جدید سازگار شده و فرآیند به یک روند یکنواخت رسیده باشد.
اصطلاحاً هنگامی که لجن با محیط سازگار شده و فرآیند به یکنواختی رسیده باشد، اصطلاحاً فرآیند پایدار شده است. برای بررسی رسیدن به شرایط پایداری، از پارامتر COD استفاده شده است. در هنگام پایداری سیستم CODچند نمونه متوالی تفاوت چندانی با یکدیگر نداشته و تقریباً برابر شده اند. در نمودارهای (1) نحوه رسیدن به شرایط پایدار در هر یک از راکتورها نشان داده شده است.
نمودار(-(5-5 مقایسه رسیدن به شرایط پایداری در راکتورها
پس از رسیدن به شرایط پایدار اندازه گیری های نهایی برای رسیدن به حجم مدیا و زمان هوادهی بهینه، صورت گرفته است. نکته مهم در مورد اندازه گیری ها مقدار COD فاضلاب مصنوعی است که با توجه به ترکیبات فاضلاب و مقادیر آن ها (جدول (2، میزان آن برابر 765 mg COD/l اندازه گیری شده است.
مقادیر اندازه گیری شده برای COD در هر راکتور نمودار((2 نشان داده شده است.
نمودار(-(2 مقایسه تغییرات COD با زمان در راکتور ها
مقادیر اندازه گیری شده طی 8 ساعت آزمایش برای NH3-N، (MLSS)TSS و SVI به تر تیب در نمودارهی 3، 4 و 5 نشان داده شده است.
راکتورشا هد راکتور2 راکتور 3 راکتور 4
