کاربرد لجن فعال

مقدمه:

 از آنجا که اغلب واکنش های شیمیایی در آب انجام می شوند، می توان گفت که این ماده حیاتی می تواند نقش مهمی در تنظیم فرآیندهای طبیعی و حفاظت از محیط زیست در برابر هرگونه تغییرات ناگهانی داشته باشد. بنابراین جلوگیری از آلودگی منابع آب و محیط زیست با استفاده از راهکارهای مناسب تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد از آن می تواند نقش مهمی در کاهش آلودگی های زیست محیطی ایفا کند. آب های آلوده بشدت سمی هستند و ترکیبات شیمیایی یا موجودات میکروبی آنها علاوه بر این که سبب آلودگی محیط می شوند، در مرگ آبزیان نیز تاثیرگذار خواهند بود. استفاده مجدد آب های آلوده و پساب های خانگی، کشاورزی یا صنعتی مستلزم استفاده از روش های تصفیه فیزیکی، شیمیایی، بیوشیمیایی، فیلتراسیون یا تصفیه آب به روش اسمزمعکوس است. بدیهی است که با توجه به مشکلات و موانع موجود دستیابی به فناوری ها و روش های جدید در تصفیه فاضلاب می تواند در بهینه سازی سیستم های تصفیه فاضلاب و افزایش بازده این سیستم ها نقش مهمی داشته باشد.

فاضلاب یا پساب عبارت است از منابع آبی که یک بار مورد استفاده قرار گرفته و از قابلیت استفاده مجدد برخوردار نخواهد بود. مواد آلی یا مواد معدنی موجود در فاضلاب سبب ایجاد بوی نامطبوع در آن می شود.

به علاوه این فاضلاب ها می توانند منشاء بیماری زایی بوده و سبب ایجاد آلودگی منابع آب و خاک شوند.

هر چه مواد زائد موجود در فاضلاب بیشتر باشد، آلایندگی بیشتری خواهد داشت.اهمیت بهداشتی فاضلاب به عواملی مانند عوامل شیمیایی و عوامل بیماریزای موجود در آن و مواد آلی بستگی دارد که نه تنها موجب شیوع و گسترش بیماری های مختلف در سطح جوامع می شود، بلکه در آلودگی محیط اطراف زندگی انسان ها نیز تاثیر بسزایی خواهد داشت. فاضلاب ها علاوه بر این که از قابلیت استفاده مجدد برخوردار نخواهند بود، منجر به آلودگی منابع آب سطحی و زیرزمینی خواهند شد و بنابراین تهدیدی جدی علیه منابع آب موجود برای تامین نیازهای جوامع انسانی به شمار می آیند که می توانند سبب تشدید بحران جهانی آب شوند. با توجه به خطرات زیست محیطی و بهداشتی ناشی از فاضلاب ها و همچنین مشکلات و محدودیت های موجود در زمینه تامین آب آشامیدنی، جمع آوری و بهسازی سیستم های تصفیه فاضلاب بسیار ضروری خواهد بود. به طور کلی تصفیه فاضلاب عبارت است از استفاده مجدد از فاضلاب با استفاده از روش های متداول در حذف آلاینده های شیمیایی و میکروبی موجود در فاضلاب ها به منظور به حداقل رساندن شیوع بیماری های واگیر ناشی از آلودگی فاضلاب خانگی، کشاورزی یا صنعتی و تامین بهداشت عمومی در سطح جامعه تصفیه فاضلاب ها با کاهش احتمال آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی، استفاده مجدد از بخش عظیمی از آب مصرفی در حوزه کشاورزی یا پرورش آبزیان را امکان پذیر می سازد. به طور کلی تثبیت مواد آلی، استفاده دوباره از آب و مواد جامد حاصل از تصفیه فاضلاب ها و همچنین تولید پسابی که دارای قابلیت رهاسازی در محیط و عدم آسیب رسانی به محیط زیست باشد، از مهم ترین اهداف تصفیه فاضلابها است. معمولاتجزیه و تثبیت مواد آلی موجود در فاضلاب جهت به حداقل رساندن آلودگی ها از طریق فرآیندهای زیست شناختی و به دو روش هوازی و بی هوازی انجام می شود.

 کاربرد سیستم لجن فعال در تصفیه

در مراحل گوناگون تصفیه، مقادیر مختلفی لجن تولید می شود که باید با استفاده از راهکارهای مناسب، تولید لجن اضافی در سیستم های تصفیه را به حداقل برسانیم. از جمله روش هایی که برای دفع لجن در تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند می توان به روش هضم هـوازی و بـی هـوازی، سـوزانـدن لـجـن، بـسـترهای خشک کننده و تغلیظ لجن اشاره کرد. در روش هضم هوازی، لجن تولید شده در قسمت های مختلف سیستم برای مدت طولانی هوادهی می شود. با استفاده از این روش، میزان لجن دفعی در مراحل بعدی تصفیه کاهش می یابد، اما در روش هضم بی هوازی، لجن ته نشین شده برای مدت زمان معینی در یک محفظه بسته نگهداری می شود تا به مایع و گازی که عمدتا حاوی متان است، تبدیل شود.
    در تصفیه خانه های کوچک شهری و صنعتی از روش خشک کردن لجن روی بسترهای شنی به وسیله جریان هوا برای آبگیری از لجن استفاده می شود که از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است. سوزاندن لجن ازجمله روش های دیگری است که برای دفع لجن مورد استفاده قرار می گیرد. منظور از سوزاندن لجن تبدیل مواد آلی به مواد اکسید شده یعنی دی اکسیدکربن، خاکستر و آب است که معمولادر تصفیه خانه های با ظرفیت متوسط و بالادر تمامی فرآیندهایی ــ که در انتخاب روش مناسب برای دفع لجن با محدودیت مواجه اند ــ از این روش استفاده می شود. در تصفیه بیولوژیکی در تصفیه خانه که می تواند به صورت هوازی یا غیرهوازی انجام شود، تصفیه ثانویه به کار می رود که استفاده از لجن فعال از روش های رایج در این فرآیند است. سیستم لجن فعال از یـــک رآکــتــور تـشـکـیــل شــده اســت کــه در آن میکروارگانیسم های موجود در فاضلاب به صورت معلق در معرض هوادهی قرار می گیرد. در بخش دیگر این سیستم در محفظه جداسازی، فاز جامد از مایع جدا می شود. علاوه بر این، سیستم لجن فعال مجهز به یک سیستم برگشتی است که مواد جامد جدا شده از فاز مایع را به رآکتور بازمی گرداند. یکی از مهم ترین ویژگی های این روش، شکل گیری مواد جامد لخته شده و قابل ته نشینی در سیستم است که در تانک های ته نشینی از فاضلاب جدا می شوند. تصفیه بی هوازی نیز از دیگر روش های رایج در تصفیه ثانویه است که در هضم لجن نیز مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به این که انجام این روش در تصفیه فاضلاب به هیچ نوع تجهیزاتی نیاز ندارد، روشی ارزان قیمت است که در مقایسه با روش های هوازی، زمان ماند مورد نیاز آن بسیار بیشتر است، اما بـوی بـد حـاصل از فرآیند بی هوازی سبب ایجاد محدودیت هایی در استفاده از این روش در مناطق شهری شده است.  

تصفیه در برکه های دوزیستی

به گفته دکتر محمدتقی دانشور، مجری این طرح تحقیقاتی، روش تصفیه دوزیستی روش جدیدی برای تصفیه فاضلاب است که علاوه بر این که مانع از تولید لجن اضافی یا به حداقل رساندن آن خواهد شد، با تولید بوی نامطبوع همراه نبوده و بازده تصفیه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. در برکه های کم عمق فاضلاب برای مدت نسبتا طولانی برای انجام فرآیند پالایش طبیعی و رسیدن به تصفیه مطلوب نگهداری می شود، اما لازم است حداقل قسمت هایی از سیستم در برکه ها هوازی باشند. برکه های دوزیستی از دیرباز مورد استفاده بوده اند.

یک برکه دوزیستی در مقایسه با یک برکه بی هوازی با همان حجم دارای عمق کمتر و سطح بزرگ تری است. در طراحی برکه دوزیستی، حفظ یک لایه در بالای لایه بی هوازی مورد توجه قرار می گیرد. شرایط هوازی در لایه بالایی و توسط اکسیژن محلول ایجاد می شود که این اکسیژن محلول در نتیجه فتوسنتز ناشی از انتشار تابش خورشید بر جمعیت جلبکی در برکه تولید می شود. به عبارت دیگر، در برکه های دوزیستی لایه بالایی برکه به علت قرار گرفتن در معرض هوا، هوازی و لایه پایینی برکه بی هوازی خواهد بود. این برکه ها به دلیل اشغال سطح بسیار زیاد و زمان ماند طولانی امروزه چندان کـاربرد ندارند. در فرآیند جدید تصفیه دوزیستی فاضلاب، فاضلاب به همراه لجن برگشتی به کف یک رآکتور دوزیستی وارد و در آن پخش می شود. باکتری های هوازی و دوزیستی در لایه های بالایی و میانی برکه های دوزیستی، مواد آلی معلق و کلوئیدی را متابولیسم کرده و اکـسـیژن محلول را مصرف می کنند، در نتیجه دی اکسیدکربن تولید می شود که به مواد درون سلولی جلبک تبدیل خواهد شد. علاوه بر این باکتری های دوزیست، اکسیژن ترکیبی موجود در نیترات ها و سولفات ها را نیز در مواقعی که اکسیژن آزاد تمام شود، مــورد مـصــرف قــرار مــی دهـنــد. هــوادهــی تـوسـط سوپرهواده ها در قسمت میانی رآکتور زیستی انجام می شود و به این ترتیب قسمت بالای رآکتور زیستی هوازی و بخش پایینی آن بی هوازی خواهد بود. بخشی از باکتری های بی هوازی قسمت پایین و هوازی قسمت بالامی توانند براساس جریان گردابی ایجاد شده درون برکه براثر هوادهی به تناوب به قسمت هوازی و بی هوازی رانده شوند که این فرآیند، سبب از بین رفتن بخشی از آنها می شود که اجساد آنها مانند بار آلی اضافی مورد تصفیه قرار می گیرند و باکتری های دوزیستی غالب می شوند. این فرآیند سبب کاهش شدید تولید لجن اضافی خواهد شد. به این ترتیب، با عبور فاضلاب از یک برکه دو زیستی، مواد جامد در کف برکه ته نشین می شود و لایه ای تشکیل می گردد که در حقیقت همانند یک لایه بی هوازی هضم کننده لجن عمل می کند و ناحیه بی هوازی برکه دوزیستی را به وجود می آورد. در بخش فوقانی لایه بی هوازی لجن، ناحیه بینابینی وجود دارد که به دلیل وجود جلبک هایی با رنگ سبز و گاهی اکسیژن محلول، از لایه بالایی به آن راه خواهد یافت.
    به گفته دانشور، در این سیستم تصفیه بی هوازی، لایه پایینی با رآکتور موجود در سیستم سبب کاهش تولید لجن و شکسته شدن چربی ها و مواد آلی با زنجیره بلند و آماده شدن آنها برای تصفیه هوازی می شود. تصفیه بی هوازی معمولابا ایجاد بوی نامطبوع همراه است. اما در رآکتور زیستی با هوادهی در بخش میانی، بخش بالایی کاملاهوازی بوده و بوی تولید شده در قسمت بی هوازی با تولید سولفید به سولفات در آن، حذف خواهد شد.

 لجن برگشتی به قسمت بی هوازی رآکتور زیستی به دوزیستی برگردانده و در آنجا ذخیره و هضم می شود. در نتیجه نیازی به تعبیه مخزن نگهداری و هضم لجن وجود نخواهد داشت. علاوه بر این، به دلیل هوازی بودن قسمت بالایی بیورآکتور دوزیستی، فرآیند نگهداری لجن به روش بی هوازی ــ که معمولابا انتشار بوی نامطبوع همراه است ــ در این طرح به گونه ای متفاوت و بدون ایجاد بوی نامطبوع انجام خواهد شد. در حقیقت این بخش همانند یک هضم لجن عمل می کند و لجن خارج شده از این بخش، به هضم جداگانه نیاز نخواهد داشت. در این روش می توان در بخشی از قسمت هوازی یا بی هوازی برای ایجاد زمینه ای مناسب برای رشد از یک ماده واسط تثبیت کننده زیستی و برای هوا دهی از سوپر هواده ها استفاده کرد.

بـه کـارگـیـری فـرآیـنـد رشـد چـسـبـیـده و تـثـبیت میکروارگانیسم ها به صورت یک غشای زیستی روی ماده واسط تثبیت کننده زیستی سبب افزایش توده زیستی و به کارگیری روش هوادهی با استفاده از سوپرهواده ها موجب افزایش عملکرد انتقال اکسیژن و در نتیجه افزایش بازدهی و کاهش تولید لجن و پایداری سیستم در برابر انواع تنش های احتمالی خواهد شد.

بازیافت فاضلاب ها

بخش عظیمی از فاضلاب های تصفیه شده در نهایت در محیط دفع خواهند شد. با توجه به این موضوع، آب های سطحی و بسترها و سفر ه های آب زیرزمینی که از دریافت کننده های نهایی سیستم های تصفیه و دفع فاضلاب هستند و همچنین تجهیزات بازیافت فاضلاب باید در فاصله مناسبی نسبت به واحدهای تصفیه فاضلاب قرار گیرند تا بتوانند کمترین خطرات زیست محیطی را به همراه داشته باشند.

 یکی از روش های متداول در دفع فاضلاب ها، کاهش غلظت و انتقال آن به آب های سطحی است. در سال های اخیر، با توجه به کمبود منابع آب آشامیدنی و پیامدهای ناشی از بحران جهانی آب، استفاده از فاضلاب تصفیه شده به عنوان بخشی از منبع آب مورد نیاز در بخش های مختلف مورد توجه قرار گرفته و به همین دلیل، استفاده از جریان های خروجی تصفیه فاضلاب در حوزه کشاورزی و ایجاد فضای سبز در پارک ها و حاشیه بزرگراه ها و جاده ها به عنوان طرحی جدید در بسیاری از کشورها به مرحله اجرا درآمده است.

تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی

در این روش با استفاده از میکروارگانیزمها، گیاهان خاصی نسبت به تبدیل مواد آلاینده فاضلاب به مواد کم خطرتر برای محیط زیست همچنین جذب مواد آلاینده و لخته سازی آنها اقدام می شود .