بخشی از مقاله
خلاصه
تولید لجن مازاد یکی از معضلات اصلی سیستمهای بیولوژیکی تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی میباشد. با توجه به مشکلات محیطزیستی، محدودیت تصفیهخانهها و هزینههای ناشی از آن، مراکز تحقیقاتی جهان به دنبال شناخت و توسعه روشهای جدید بهمنظور به حداقل رساندن لجن تولیدی این تصفیهخانهها هستند. یکی از روشهایی که به این منظور موردبررسی قرارگرفته است استفاده از اکسیدکنندهی ازن بهعنوان یکی از روشهای اکسیداسیون پیشرفته بهمنظور کاهش ضریب رشد سلولی لجن و درنتیجه کاهش میزان تولید لجن میباشد. بدین منظور در تحقیق حاضر تأثیر دو دوز 10 و 20 mg O3/gr MLSS بر ضریب رشد و ویژگیهای لجن موردبررسی قرارگرفته است. در این تحقیق از دو راکتور ناپیوستهی متوالی با حجم مفید دو لیتر بهعنوان راکتور اصلی و شاهد و همچنین یک راکتور استوانهای به قطر 4 سانتیمتر و ارتفاع 1/2 متر بهمنظور ازنزنی لجن استفادهشده است. بر اساس نتایج حاصل ازنزنی با غلظت 10 و 20 mg O3/gr MLSS قادر به کاهش ضریب سینیتیکی از 0,68 در راکتور شاهد به 0,64 و 0,59 در راکتورهای اصلی میباشد. در این شرایط کیفیت پساب خروجی دستخوش تغییر میشود بهگونهای که درصد حذف COD از 95 درصد در راکتور شاهد، به 89 درصد در راکتور با ازنزنی با دوز 20 mg O3/gr MLSS رسید و میزان متوسط بازده حذف COD در غلظت 10 mg O3/gr MLSS تغییری نداشت.
کلمات کلیدی: لجن فعال، تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، کاهش ضریب رشد سلولی، ازنزنی متناوب، راکتور SBR، بهبود شاخص حجمی لجن
-1 مقدمه
در راکتورهای ناپیوستهی متوالی بهعنوان یکی از روشهای تصفیهی بیولوژیکی فاضلابهای شهری و صنعتی حجم قابلملاحظهای لجن مازاد تولید میشود. با توجه به مشکلات محیطزیستی و هزینههای ناشی از آن، مراکز تحقیقاتی جهان به دنبال شناخت و توسعه روشهای جدید بهمنظور به حداقل رساندن لجن تولیدی این تصفیهخانهها هستند. پیشبینی میشود در آیندهی نهچندان دور دفع این لجن با محدودیتهای جدی مواجه شود. بنابراین امروزه بهرهگیری از روشهایی با راندمان بالا برای کاهش تولید لجن مازاد توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در روشهای هوازی تصفیهی فاضلاب حجم قابلتوجهی لجن تجزیهپذیر تولید میشود .[1] بهطور میانگین میزان لجن تولیدی به ازای هر نفر 20 تا 40 کیلوگرم در سال تخمین زدهشده است .[2] در استرالیا میزان تولید لجن ناشی از تصفیهی فاضلاب سالیانه %3 افزایشیافته بهطوریکه این میزان از 0/3 میلیون تن در سال 2010 به 0/33 میلیون تن در سال 2013 رسید. بهطورمعمول سهم چشمگیری از هزینههای مربوط به واحدهای تصفیهخانهی فاضلاب به دفع لجن اختصاص مییابد. بهگونهای که هزینهی مربوط به آن حدود 25 تا 60 درصد هزینهی سرمایهگذاری برای تأسیس و تا 40 درصد از هزینهی نگهداری تصفیهخانه را در بر میگیرد .[3] در سال 2000 در اتحادیهی اروپا برای سالهای 2010 و 2050 هدفگذاری بهمنظور کاهش 20 و 50 درصدی میزان دفع لجن، صورت گرفت .[4]
لجن ثانویه یا همان لجن فعال، زیستتجزیهپذیری پایینی دارد به همین دلیل روشهای زیادی بهمنظور کاهش تولید این لجن موردبررسی قرارگرفته است .[5] این فرآیندها بر کاهش میزان تولید لجن تأثیر بسزایی داشته و با موفقیت در تصفیهخانه های فاضلاب کشورهایی همچون ژاپن و اتحادیهی اروپا مورد بهرهبرداری قرارگرفته است .[6] ازجملهی این روشها میتوان به فرآیند ازنزنی بهعنوان یکی از روشهای اکسیداسیون پیشرفته اشاره کرد.
حلالیت ذرات معلق و تخریب سلولی توسط فرآیند ازنزنی باعث آزاد شدن مواد تجزیهپذیر و غیرقابل تجزیه در محلول شناور لجن*1 میشود. رشد نهان2 زمانی اتفاق میافتد که لجن ازنزنی شده به حوض هوادهی بازمیگردد و میکروارگانیسمها از آن استفاده میکنند. ادامهی مستمر چرخهی حلالیت مواد معلق و رشد نهان، کاهش حجم لجن تولیدی را درپی دارد. در این حالت لجن ازنزنی شده که دارای غلظت بالایی از 3SCOD میباشد به حوضچهی هوادهی بازگردانده میشود و میکروارگانیسمهای موجود در حوضچهی هوادهی بخش تجزیهپذیر COD را بهعنوان منبع ثانویهی تغذیه برای رشد و حفظ حیات سلولی استفاده کنند. این فرآیند، لجن ازنزنی شدهی قابلحل را تبدیل به محصولاتی همچون CO2 و N2 کرده و درنهایت باعث کاهش در میزان خالص تولید لجن میشود. همچنین فرآیند ازنزنی میتواند بر تنوع باکتریایی موجود اثر گذاشته و منجر به تغییر نرخ تولید بیومس شود. البته پدیدهی رشد نهان در سایر فرآیندهایی که باعث تخریب بیومس میشوند همچون استفاده از امواج التراسونیک، فرآیندهای گرمایی و مکانیکی نیز رخ میدهد 9]،8،.[7
علیرغم مزایای زیاد فرآیند ازنزنی، استفاده از این فرآیند به دلیل داشتن نیمهی عمر بسیار کوتاه نیازمند تولید پیوسته در محل میباشد که این محدودیت افزایش مصرف انرژی و درنتیجه افزایش هزینه را درپی دارد. به این منظور همواره باید بهینهسازی میزان تولید و مصرف ازن بهمنظور کنترل هزینهها موردتوجه قرارگرفته شود.
در بین روشهای شیمیایی اکسیداسیون سلولی، ازن با قابلیت بالا در تجزیهی سلول بهعنوان قویترین اکسنده و گندزدا معرفی میشود. در طی فرآیند ازنزنی لجن، میکروارگانیسمها از بین میروند و مواد آلی خارجشده اکسید میشوند .[10] طبق تحقیقات صورت گرفته تأثیر ازنزنی لجن بر روی بهبود خاصیت تهنشینی لجن، افزایش تجزیهپذیری و کاهش ایجاد کف و پدیدهی بالکینگ به اثبات رسیده است .[11]
-2 مواد و روشها
در این تحقیق از دو راکتور استوانهای شکل از جنس پلکسی گلاس با قطر داخلی 12 سانتیمتر و ارتفاع 35 سانتیمتر با حجم مفید 2 لیتر استفادهشده است. راهبری این پایلوت در دمای اتاق صورت گرفت و برای تأمین هوای موردنیاز از پمپ هوا با دبی 10 لیتر بر دقیقه استفاده شد. بهگونهای که DO در طول دورهی هوادهی در هر راکتور بهطور متوسط 3 mg/L اندازهگیری شد.
طی مدت بهرهبرداری، از سیستم برقی PLC بهمنظور کنترل برنامه و زمانبندی سیکلها استفاده شد. زمانبندی این سیستم بهگونهای انتخاب شد که در هر سیکل مدت زمان 10 دقیقه بهمنظور پرشدن، 5 ساعت هوادهی، 45 دقیقه تهنشینی و 5 دقیقه به تخلیه اختصاص یافت. تصویر پایلوت مورداستفاده در آزمایش در شکل - 1 - نشان دادهشده است.
شکل - 1 تصویر پایلوت آزمایش
طی این تحقیق آزمایشهای COD به روش ریفلاکس بسته، کدورت بهوسیلهی دستگاه کدورتسنج مدل 2100P ساخت شرکت Hach و سایر آزمایشها با استفاده از روشهای مندرج در کتاب استاندارد متد انجام شد.
-1-2 مشخصات فاضلاب مصنوعی مورد استفاده
در این آزمایش از فاضلاب مصنوعی با مقدار COD و BOD5 به ترتیب حدود 600 و 450 میلیگرم بر لیتر و نسبت COD:N:P برابر با 100:6:1 استفاده شد. با استفاده از قند بهعنوان منبع کربنی، نیترات آمونیوم بهعنوان منبع نیتروژن، منو پتاسیم فسفات و دی پتاسیم فسفات بهعنوان منابع فسفر و مواد ریزمغذی، فاضلاب مصنوعی ساخته شد
