مرجع تخصصی آب و فاضلاب

چکیده:

تصفیه و دفع لجن مازاد به عنوان یک معضل در تصفیه خانه فاضلاب در سرتا سر دنیا از لحاظ عوامل زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و قانونی مطرح می باشد. به همین دلیل رویکرد به سمت توسعه فناوری هایی برای کاهش تولید لجن فاضلاب پیش می رود. لجن هاي فاضلاب باقيمانده حاصل از تصفيه فاضلاب هستند كه در خلال تصفيه اوليه ، ثانويه و گاها ثالثيه توليد ميشود، مقدار توليد لجن بيولوژيكي و مشخصات كيفي آن علاوه بر ويژگي هاي كمي و كيفي فاضلاب به فرايند تصفيه و شرايط راهبري آن بستگي دارد. يكي از معايب عمده فرايندهاي تصفيه بيولوژيكي فاضلاب توليد نسبتا زياد لجن مازاد بيولوژيكي است . بطوريكه حدود 40 الي 60 درصد هزينه سرمايه گذاري ومتجاوز از 50 درصد هزينه راهبري و نگهداري تصفيه خانه ها به امر تصفيه لجن حاصل از فرایندهای تصفيه فاضلاب مربوط مي شود. در این مقاله با توجه به سه استراتژی اصلی (کاهش لجن در قسمت خط لوله فاضلاب،کاهش لجن در قسمت تولید لجن، کاهش لجن در قسمت دفع نهایی لجن) مروری بر روشهای کاهش لجن می شود. استراتژی اول،کاهش تولید لجن در قسمت خط لوله فاضلاب در حقیقت کاهش تولید لجن بوسیله کاهش ضریب تولید بیومس می باشد که شامل روشهای زوال تدریجی- رشد پنهان، متابولیسم جفت نشده، متابولیسم نگهداشته شده، شکار باکتری و تصفیه بی هوازی/هوازی می باشد. هدف این مقاله ارائه و بررسی روشهای رایج کاهش لجن در قسمت خط لوله فاضلاب در فرایندهای تصفیه فاضلاب می باشد.

كلمات كليدي: تصفيه بيولوژيكي، كاهش توليد لجن، زوال تدریجی_رشدپنهان، متابولیسم نگهداشته شده(حفاظت شده)، متابولیسم جفت نشده.

1. مقدمه

تصفیه خانه های متداول فاضلاب روشهای فیزیکی و بیولوژیکی را برای تصفیه فاضلاب به کار می گیرند. فرایند لجن فعال بطور گسترده ای برای تصفیه بیولوژیکی در سرتاسر جهان استفاده می شود. اما در نتیجه استفاده از این روش مقدار قابل ملاحظه ای لجن مازاد دفعی تولید می شود که بایستی دفع شود. این لجن حاوی مقدار قابل توجه ای از جامدات فرار (VS) و آب (%95<) می باشد. به دلیل بالا بودن جامدات آن هزینه های دفع آن قابل توجه است. در حقیقت هزینه های تصفیه و دفع لجن مازاد حاصل از تصفیه فاضلاب در این روش 25 تا 65 درصد هزینه های کل بهره برداری را شامل می شود. بنابراین در روش متداول، مشکل از حالت آلودگی آب به مشکل دفع مواد زائد به شکل جامد تغییر می یابد. این مشکل هم در کشورهای در حال توسعه و هم در کشورهای صنعتی روز به روز در حال افزایش است. در نهایت دفع لجن مازاد به دو دلیل یکی از مهمترين چالش های جدی در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب می باشد.

1-     مقررات جدید تصفیه فاضلاب باعث افزایش شمار تصفیه خانه شده است. در کشورهای عضو اتحادیه اروپا، پس از اجرای رهنمود EEC 271/91 تصفیه فاضلاب شهری، بخش وسیعی از جمعیت اروپا تا سال 2005 از تسهیلات تصفیه فاضلاب بهره مند شدند. این افزایش در شمار تعداد تصفیه خانه های فاضلاب می تواند به معنای افرایش تولید لجن باشد. افزایشی در حدود 40 درصد از سال 1998 تا 2005 در میزان تولید لجن دفعی اتفاق افتاد که در نتیجه آن حدود 4/9 میلیون تن وزن خشک در هر سال تولید شد، که این مقدار در سال 2010 به حدود 10 میلیون تن رسید.

2-     از طرفی روشهای معمول دفع لجن تحت تاثیر مقررات محیط زیست (EEC/278/86)، مقررات کشاورزی و مقررات دفع مواد زائد جامد قرار گرفتند، بدین منظور برای در نظر گرفتن جنبه های مثبت استفاده از لجن در خاک و همچنین به منظور کاهش تاثیر زائدات بر محیط زیست (خاک، پوشش گیاهی، جانوران و انسان) در رهنمود EEC/278/86 محیط زیست تجدید نظر شد و طراحی رهنمودی برای زائدات بیولوژیکی ضرورت پیدا کرد.

امروزه دفع لجن در اقیانوس قدغن شده است و همچنین تلتبار کردن در زمین های دفن نیز منسوخ شده است، با این وجود در حدود 35 تا 45 درصد از لجن در اروپا به این روش دفع می شود. قوانین مربوط به کاربری زمین برای لجن، جهت جلوگیری از خطرات بهداشتی که برای انسان و حیوانات دارند به دلیل وجود عناصر بالقوه سمی موجود در لجن مثل فلزات سنگین، پاتوژنها و آلوده کننده های آلی مقاوم سخت گیرانه تر شده اند.

خاکستر زباله سوز نیز جزء مواد زائد خطرناک به حساب می آید (به دلیل وجود فلزات سنگين و سمیت آنها) و باعث می شود که هزینه های تصفیه در این روش بالا رود.

علاوه بر این دولت و گروه های محیط زیستی ظاهراً نسبت به بررسی و در نظر گرفتن روش هایی مثل بازیافت انرژی از زباله سوز و یا استفاده مجدد از خاکستر زباله سوز بعنوان مواد ساختمانی و دیگر استفاده های مفید ديگر بی میل هستند.

بنابراین تلنبار کردن لجن و اجزاء آن در آینده قابل قبول نخواهد بود ولي استفاده مستقیم از لجن بر روی زمین گزینه مورد قبول می باشد، که این روش نیز در رهنمود جدید پیشنهادی برای لجن فاضلاب در اروپا، نیز تحت تاثیر قرار گرفته است (Anon 2000).

بنابراین، محدودیت های قوانین کنونی، افزایش هزینه و حساسیت های عمومی نسبت به دفع لجن فاضلاب، گسترش و توسعه راهکارهایی جهت کاهش و کمینه سازی تولید لجن مازاد را امری واجب کرده است. و به نظر می رسد کاهش تولید لجن حاصل از تصفیه فاضلاب به جای تصفیه پیشرفته لجن تولیدی راه حل مناسبی جهت حل مشکل بحران دفع لجن کنونی باشد، به این دلیل که در این روش بسیاری از مشکلات حل می شود. در حال حاضر چندین روش جهت کاهش لجن تولیدی حاصل از تصفیه فاضلاب بیولوژیکی تصفیه خانه ها رواج یافته است. در این مقاله ما روش هایی را که باعث کاهش و کمینه سازی لجن می شود را ارائه خواهیم کرد، نه کاهش جامدات را که به دلیل روش های خشک کردن ایجاد می شود.

2.  روشهایی برای کاهش لجن

میزان تولید لجن بیولوژیکی در سيستم لجن فعال متداول (در تصفیه خانه های متداول فاضلاب) می تواند به روشهای مختلفی کاهش یابد. در حقیقت روشهای مختلفی برای کاهش لجن وجود دارد.

1-     کاهش لجن درقسمت خط لوله‌ی فاضلاب

2-     کاهش لجن درقسمت خط تولید لجن

3-     کاهش لجن در قسمت دفع نهایی لجن

هر کدام از روشهای موجود دیگر در سه روش فوق خلاصه می شوند و قرار می گیرند:

1. روش هاي کاهش درقسمت خط لوله‌ی فاضلاب (water line): کاهش تولید لجن در تصفیه فاضلاب در خط لوله نسبت به تصفیه نهایی پس از تولید بیشتر است، که به 2 روش امکان پذیر است: 1) آنهایی که باعث کاهش ضریب يلد می شوند (ازن زنی و جفت كننده هاي شميايي) یا آنهایی که در ضريب يلد پايين بهره برداري مي شوند (روش هوازی - بیهوازی).

2. روش های كاهش درقسمت خط تولید لجن (sludge line): کاهش تولید لجن مازاد توسط تصفیه مضاعف لجن، هدف از این روش کاهش میزان جریان لجن دفعی می باشد. به دلیل شکسته شدن مواد آلی لجن فاضلاب، تخمیر بیهوازی در تصفیه فاضلاب برای کاهش و تثبیت جامدات فاضلاب روش استانداری است. روش تخمير بیهوازی به سه روش مواد را تجزيه می کنند: هیدرولیز، اسیدوژنز و متانوژنز. مرحله‌ی محدود کننده در روش های فوق مرحله‌ی واکنش های هیدرولیز کننده می باشند زیرا باعث می شوند که دماي لجن کاهش یابد. بعضی روشهایی که بررسی شده اند روشهایی هستند که باعث افزایش هضم بیهوازی لجن شده اند. بعضی از آنها اولین روش های پیش تصفیه در راکتورهای بیهوازی می باشند. (تجزیه مکانیکی- پیش تصفیه حرارتی، هیدرولیز بیولوژیکی بوسیله‌ی آنزیم ها و غیره) و مابقی تغییراتی است که در خود هاضم اتقاق می افتد. (تغییر دادن دمای هاضم بیهوازی، AGF و غیره).

3. روشهای كاهش در قسمت دفع نهایی لجن: تکنولوژیهاي اين روش کمک می کنند به اینکه لجن‌های تولیدی به یک حالت پایداری نهایی آبگیری شده و با پاتوژنهای باقیمانده آزاد و کم ضرر تبدیل شوند. این روش ها، روشهایی برای کاهش تولید لجن نمی باشند بلکه یک روش تصفیه نهایی برای دفع جامدات فاضلاب می باشند. همه‌‎ی این روش ها بر مبناي بازیافت انرژی هستند (زباله سوزها، SCWO ...).
3.  روش های كاهش درقسمت خط لوله‌ی فاضلاب

با توجه به جدول 1، روشهای که برای کاهش تولید لجن دفعی در تصفیه خانه متداول فاضلاب وجود دارند خیلی بیشتر از روش های هستند كه در قسمت تصفیه نهایی لجن وجود دارند. روشهاي در خط لوله فاضلاب كه باعث كاهش ضريب بيومس توليدي (Y) مي شوند خود به چهار روش كلي تقسيم بندي مي شوند كه شامل:

1-     زوال تدريجي –رشد پنهان[1]

2-     متابوليسم نگهداشته شده[2]

3-     متابوليسم جفت نشده[3]

4-     شكار باكتري[4]

جدول 1:  فرايندهاي كاهش لجن

نوع استراتژي

بيان تكنيك

نوع روش كلي

روش كاهش

كاهش در خط فاضلاب

فرايندهاي كاهش دهنده ضريب يلد

زوال تدريجي–رشد پنهان

اكسيداسيون شيميايي

ازن زني

كلرزني

تصفيه حرارتي-شيميايي

فرايند با اكسيژن خلوص بالا

واكنش هاي آنزيماتيك

متابوليسم نگهداشته شده

بيو راكتورهاي غشايي

متابوليسم جفت نشده

جفت نشده هاي شيميايي

فرآيند OSA

شكار باكتري

سيستم دو مرحله اي

با استفاده از كرم ها

بهره برداري در ضريب يلد پايين

سيستم هاي هوازي/بي هوازي

كاهش در خط لجن

فرايندهاي پيش تصفيه قبل از

هضم بيهوازي

پيش تصفيه فيزيكي

Cavitations

همگن ساز هاي فشار بالا

همگن ساز هاي فراصوتي

 روش حرارتي

هيدروليز حراراتي

انجماد و ذوب

  روش مكانيكي

آسياب كردن همراه با متراكم شدن

هم زدن

ضربات با عملكرد بالا

روش گريز از مركز

تشعشع

استفده از اشعه گاما

پيش تصفيه شيميايي

هيدروليز اسيدي و قليايي

پيش تصفيه با استفاده از ازن

پيش تصفيه بيولوژيكي

پيش تصفيه تركيبي

تركيب حرات و نيروهاي برش دهنده و غير متراكم كننده

تركيب مواد شيميايي با هيدروليز حرارتي

فرايند هاي تعديل شده  هضم

بي هوازي

هضم بي هوازي دو مرحله اي

هضم بي هوازي در فاز دمايي

شناور سازي گاز فاقد اكسيژن (AGF)

فرايندهاي حذف لجن

سوزاندن

پيروليز و تبديل كردن به گاز

اكسيداسيون با هواي مرطوب (WAO)

اكسيداسون آب فوق بحراني (SCWO)

1.3. زوال تدریجی-رشد پنهان

زوال تدریجی سلول باعث می شود که محتویات سلولی به داخل محیط رها می شوند بنابرانی سوبسترایی در محل تولید می شود که در بارگذاری مواد آلی شرکت می کند، این سوبسترای آلی در متابولیسم میکروبی مورد استفاده مجدد قرار می گیرد و بخشی از کربن بعنوان محصول تنفس آزاد می شود و بنابراین منجر به کاهش کلی بیومس می شود. رشد بیومس که متعاقباً در این سوبسترای ذاتی اتفاق می افتد را نمی توان از رشد ناشی از سوبسترای آلی اولیه تشخیص داد و بنابراین بعنوان رشد مرموز نامگذاری می شود (Mason et al. 1986).

زوال تدريجي –رشد پنهان دو مرحله دارد:

1-     زوال سلولی

2-     تجزیه بیولوژیکی.

 عامل محدود کننده در زوال تدریجی-رشد پنهان مرحله زوال سلولی است، افزایش راندمان زوال سلولی می تواند منجر به کاهش کلی تولید لجن شود (Mason and Hamer 1987).

 برخی از روشهایی که برای تجزیه لجن بررسی شده اند شامل: روشهاي مكانيكي، حرارتی، تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی مي باشند (Muller 2000 a,b). در زیر روشهایی که می توانند در قسمت خط لوله فاضلاب برای تجزیه ذرات در روش لجن فعال بکار برده شوند و شامل: ازن زنی، کلرزنی، ادغام تصفیه حرارتی و قلیایی، کاهش غلظت اکسیژن و واکنش های آنزیماتیک باشند شرح داده شده اند.

1.1.3. ازن زنی

فرآیند جدیدی برای کاهش تولید لجن مازاد در فرآیند لجن فعال توسعه دادند  این فرآیند جدید از مرحله ازن زنی لجن و مرحله تجزیه بیولوژیکی لجن تشکیل شده است  (Yasui and Shibata 1994; Bohler and Siegrist 2003).

در این حالت بخشی از لجن باز یافت شده از واحد ازن زنی عبور داده می شود و سپس لجن تصفیه شده در مرحله تصفیه بیولوژیکی بعدی تجزیه می شود. ازن زنی لجن منجر به حلالیت (بخاطر اکسیداسیون مواد آلی) و معدنی سازی (بخاطر اکسیداسیون مواد آلی محلول) می شود و بازچرخش لجن محلول در تانک هوادهی باعث القاء رشد پنهان می شود، در طول دوره های بهره برداری از تصفیه خانه ها با فرآیند ازن زنی لجن برای تصفیه فاضلاب شهری و فاضلاب صنعتی به ترتیب هیچگونه لجن مازادی دفع نشده و هیچگونه تجمع قابل توجهی از جامدات غیرآلی (معدنی) در تانک هوادهی در دوز بهینه ازن اتفاق نیافتاده و هزینه بهره برداری از این فرآیند کمتر از هزینه تصفیه لجن متعارف شامل آبگیری کردن و دفع برآورد شد (Yasui et al. 1996; Sakai et al. 1997).

كاميا[5] و هيروتسويي[6] یک سیستم جدید ترکیبی از تصفیه بیولوژیکی و ازن زنی متناوب برای کاهش تولید لجن مازاد با مقادیر کمتری از ازن و بطور همزمان کنترل توده لجن را ایجاد كردند، نتایج تحقیق آزمایشگاهی بر روي تصفیه فاضلاب سنتیکی آن ها نشان داد که ازن زنی متناوب نه تنها تولید لجن را تا50% کاهش می دهد بلکه 30% از دوز ازن برای ازن زنی را نيز كاهش مي دهد و حتی خصوصیات لجن ته نشین شده را نیز بهبود می بخشد (Kamiya and Hirotsuji 1998).

اصل کار روش لجن فعال ترکیبی با ازن زنی که توسط کامیا و هیدوستوکی در سال 1998 پیشنهاد شده در ذیل آمده است:

i= یک قسمت از لجن فعال در تانک بیهوازی را در راکتور ازن، ازن زنی شده مي شود. اغلب میکروار گانسیم های لجن فعال در راکتور ازن زنی، کشته و یا به مواد آلی اکسید می‌شوند.

ii= مواد آلی تولید در مرحله ازن زنی می توانند در تصفیه بیولوژیکی بعدی تجزیه شوند و از بین روند. این استرس وجود دارد که پیش ازن زنی در روش لجن فعال کیفیت فاضلاب از لحاظ غلظت کربن آلی نامحلول را تحت تاثير قرار دهد. به هر حال، قابلیت ته نشین شدن لجن یا همان SVI در مقایسه با آزمایشاتی که در آنها ازن زنی انجام نشده بود بهبود چشمگیری را نشان مي داد. این تکنولوژی قبلاً در تصفيه خانه ها در مقیاس بزرگ بکار گرفته شده است.

تحقیقات مشابه نشان می دهد که ازن زنی متناوب بیشتر از ازن زنی پیوسته بعلت افزایش سرعت حلالیت ترجیح داده می شود، اگرچه ازن زنی لجن باعث افزایش واضح TOC درپساب می شود، بررسیها نشان می دهد که مواد آلی درپساب ناشی از ازن زنی لجن بطور عمده پروتئین ها و بخش قندی هستند که برای محیط زیست بی ضرر هستند (Egemen et al. 1999; Ahn et al. 2002).

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) تکنولوژی ازن زنی:

ü  اهمیت نداشتن تجمع جامدات غیرآلی در غلظت اپتیمم دوز ازن تانک بی هوازی

ü  قابلیت ته نشینی لجن یا همان SVI لجن نسبت به حالت ازن زنی نشده بهبود می یابد.

ü  موفقیت آمیز بودن آزمایشات در مقیاس بزرگ

O ازن زنی لجن باعث افزایش مقدار ناچیز TOC در فاضلاب می شود (اگر چه بطور عمده متشکل از قندها و پروتئین هاست که اثر زیان آور کمی بر روی محیط زیست دارند.)

O هزینه های بالای ازن زنی

O مصرف ازن برای تجزیه سایر مواد آلی که ممکن است موجود باشند.

2.1.3. كلرزني

کلر زنی نسبت به ازن زنی هزینه‌ی کمتری دارد. کلرزنی لجن در دوز کلر مساوی با g Cl2/g MLSS 066/0 تولید لجن مازاد را تا 65 درصد کاهش می دهد .(Chen et al. 2001a, b; Saby et al. 2002)

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) تکنولوژی کلر زنی:

P هزینه‌ی کلر زنی نسبت به ازن زنی کمتر است.

O تشکیل تری هالومتان ها (THM)

O افزایش قابل توجه اکسیژن مورد نیاز شیمیایی محلول در فاضلاب

O کاهش قابلیت ته نشین لجن.

3.1.3. انجام تصفیه حرارتی و شیمیایی بصورت همزمان

روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب نسبت به دما حساس می باشند. هنگامیکه لجن برگشتی به مدت 3 ساعت در دمای 90 درجه سانتیگراد تصفیه حرارتی دهیم و سپس آن را برگشت دهیم، کاهش 60% لجن را بدست خواهیم آورد (Canales et al. 1994). افزایش دما می تواند با تصفیه قلیایی- اسیدی برای کاهش بیشتر لجن مازاد ترکیب شود، راچر و همکارانش در سالهای 1999 و 2001نشان دادند که تصفیه قلیایی با هیدروکسید سدیم اضافی که با تصفیه حرارتی ترکیب شده (10pH=، C°60 برای 20 دقیقه) روش کارایی برای لیز کردن سلولها و کاهش لجن می باشد، که این کاهش تا حدود 37% بدست آمد Muller 2001; Rocher et) al. 1999; Rocher et al. 2001).

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) انجام همزمان تصفیه حرارتی و شیمیایی:

O خوردگی ( مواد خیلی مقاوم و با کیفیت خوب مورد نیاز است)

O تولید بو

ü       سهولت بهره برداري

ü       تغيير اندك در كيفيت پساب خروجي

4.1.3. روش اکسیژن خالص زیاد

بطور عمده نشان داده شده است که در یک روش لجن فعال، تأمین اکسیژن محلول نقش محدود کننده ای در افزایش مقدار بار آتی تأسیسات تصفیه خانه دارد. به هر حال عقاید متفاوتی درباره اثر غلظت اکسیژن محلول بر تولید لجن وجود دارد. مکانیسم کاهش تولید لجن به وسیله‌ی افزایش DO به نحوی باعث تغییر متابولیکی در لجن فعال مي شود. مشاهده شده که بازده رشد در فرآیند لجن فعال به روش اکسیداسیون خالص در مقایسه با سیستم متداول حتی در میزان بارگذاری بالای لجن می تواند تا 54% کاهش یابد. بُن و بورگس 1974 گزارش کردند که برای یک زمان ماند لجن یکسان و مشابه بازده لجن در سیستم اکسیژن خالص تنها 60% از بازده بدست آمده نسبت به استفاده از روش هوای ناخالص بوده است. واندرلیچ و همکاران (1985) نشان دادند که در سیستم لجن فعال با اکسیژن خالص بالا تولید لجن از 38% به 28% mg VSS/mg COD کاهش می یابد چنانچه SRT از 7/3 به 7/8 روز افزایش می یابدBoon and Burges 1974; McWhirter 1978;) (Abbassi et al. 1999.

عباسی و همکارانش در سال 1999 توانایی کاهش تولید لجن مازاد را به وسیله بهینه سازی غلظت اکسیژن در فلوک های لجن فعال را مورد بررسی قرار دارند. نتایج آن ها نشان داد که افزایش اکسیژن محلول از 2 تا 6 میلی گرم در لیتر منجر به کاهش 25% میزان بیومس موجود در راکتور می شود. این نتایج نشان می داد که بکار بردن اکسیژن خالص در یک زمان ماند میکروبی نسبتاً طولانی کارایی بیشتری در کاهش تولید لجن دفعی دارد.

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) روش اکسیژن خالص بالا به شرح ذیل می باشند:

ü         روش لجن فعال با Do بالا پيشرفت میکرو ارگانیسم های فیلامنتوس را سرکوب می کند.

ü         توانایی حفظ غلظت بالای MlVSS در تانک هوادهي

ü         بهتر کردن تغلیظ و ته نشینی لجن

ü         کارایی انتقال اکسیژن بالا

ü         عملکرد خیلی پایدار

O اثربخشی فرآیند مشخص نیست

O مکانیسم کاملاً شناخته شده نیست

O هزینه‌ی بالای هوادهی

5.1.3. واكنش هاي آنزيماتيك

واکنش های آنزیماتیک واکنش های بیولوژیکی هستند که بر اساس فعالیت های آنزیم ها می‌باشند. این واکنش ها بر اساس یک روش تصفیه فاضلاب جدید می باشد که تشکیل شده از ترکیب لجن فعال متداول با هاضم لجن هوازی گرما دوست که در آن لجن مازاد دفعی با آنزیم های گرما دوست حل می شود. که این سیستم بنام روش S-TEنیز نامیده می‌شود .(Sakai et al. 2000; Shiota et al. 2002)

این روش شامل 2 مرحله متفاوت می باشد: یکی برای تصفیه فاضلاب بیولوژیکی و دیگری برای هضم هوازی گرما دوست لجن تولیدی.

یک بخش از لجن برگشتی تصفیه فاضلاب به هاضم هوازی در فاز گرما دوست لجن، تزریق می‌شود که در آن لجن تزریق شده با باکتریهای هوازی گرما دوست محلول می شود و توسط باکتریهای مزوفیلیک معدنی می شوند. لجن محلول برای تجزیه بیشتر دوباره به تانک هوادهي برگردانده می شود. نتايج در مقیاس پایلوت نشان داد که از کل لجن مازاد دفعی تولیدی 93% کاهش می یابد و راندمان بالایی از BOD حذف می شود. تأسیسات تصفیه خانه فاضلاب شهری که 3 سال کار کرده نشان داد که در کل تولیدات لجن دفعی 75% کاهش می یابد.

در روش تجزيه بیولوژيكي E[7] كه توسط Ondeo – Degremont ساخته شده است (اگر چه اساساً توسط شرکت ژاپنی Shinko pantec ساخته شده است)، از یک عمل کاملاً بیولوژیکی برای تجزیه باکتریها به بیومس (جرم زنده) استفاده می کند که باکتریها طی این عمل دیگر قادر به تکثیر و تولیدمثل نخواهند بود. که شامل جمع کردن مایع مخلوط از حوضچه‌‎ی لجن فعال و سپس تغلیظ آن و سپس عبور دادن آن از میان راکتور آنزیمی گرما دوست که در دمای حدود 50 تا ˚C 60 مشغول کار است. این شرایط رشد نوع خاصی از میکروبها را تحریک می کند. هنگام فعالیت میکروبها نوع خاصی از آنزیم را تولید می‌کنند که به دیواره خارجی باکتریهای موجود در لجن حمله می‌کنند و باعث کاهش توانایی تکثیر آنها می شود. آنزیمها توسط باکتریها رها می شوند که در چنین روشی باکتریها توانایی تکثیر و رشد خود را از دست می دهند. فرآیند گرم کردن، تجزیه لجن سپس عبور دادن آن از یک مبادله کننده‌ی حرارتی برای بهبود مقداری از انرژی آن قبل از دوباره برگرداندن آن به حوضچه‌ی لجن فعال است. هیچ منبع خارجی آنزیماتیک نیاز نمی باشد. نتیجه‌ی کار نشان داد که میزان کاهش لجن از 30 تا 80% (بستگی به میزان روزانه لجن فرستاده شده به راکتور دارد).

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) روش واکنش آنزیماتیک به شرح ذیل هستند:

ü   آزمایش Full – scale یا در مقیاس واقعی

ü   کاهش رشد ارگانیسم های فیلامنتوس

ü   میانگین هزینه ها (بررسی و راه اندازی) شبیه و یا کمتر از سیستم تصفیه قدیمی است.

O افزایش مقدار کمی غلظت های COD و SS پساب.

2.3. متابولیسم خودخوری و حفاظت (متابولیسم نگهداشته شده)

براساس مطالعات پایرت[8] در سال 1965 قسمتی از منبع انرژی برای حفظ عملکردهای حیاتی میکروارگانیسم ها بکار برده می شود که به نام متابولیسم حفاظت نامیده می شود. انرژی حفاظت شامل انرژی لازم برای جابجا شدن سلولها و فعالیتهای حمل و نقل می باشد و ایجاد جرم سلولی جدید نمی نماید. بنابراین تولید لجن بطور معکوس با فعالیت متابولیسم نگهدارنده وابسته است (Chang 1993). به عبارت دیگر، برای محاسبه کاهش تولید بیومس که معمولاً هنگامیکه میزان رشد مخصوص کاهش می یابد مشاهده می شود، باید فرض قرار داد که انرژی مورد نیاز این عمل از طریق مکانیسم داخل سلولی تامین می شود، در این حالت قسمتهایی از بخشهای سلولی اکسید می شود تا انرژی لازم برای انجام عملیات را تامین کند. هدف این است که شرایطی بدست آید که بصورت طبیعی بین رشد سلول و زوال آن تعادل برقرار شود. تنفس سلولی تجزیه خود به خودی بیومس است. نتیجه مهم متابولیسم سلولی این است که مواد ورودی سرانجام به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شوند (Gaudy 1980; Martinage & Paul 2000). پس می توان گفت که کنترل تنفس سلولی اهمیت عملی و کاربردی بیشتری نسبت به حذف مواد و کنترل رشد میکروبی در فرایندهای تصفیه فاضلاب دارد،که روش غشاء بیولوژیکی جزء این متد می باشد.

1.2.3. غشاء بیولوژیکی

روش هوادهی ممتد (سرشار از اکسیژن) معروف است به تولید لجن کم، بطوریکه هوادهی ممتد باعث تثبیت لجن می شود. به هر حال این روش نیاز به انرژی و هوادهی زیاد دارد. تنها این امکان وجود دارد که هوادهی ممتد را در یک دستگاه خیلی فشرده انجام داد که هم قابلیت برگشت دادن مقدار زیادی لجن در هر واحد حجم و هم افزایش اکسیژن وجود دارد. با وجود اینکه اکسیژن خالص می تواند باعث عملکرد این روش شود (همانطور که بحث شد) استراتژی سن بالای لجن نیز می تواند در بیوراکتور غشایی اتفاق بیافتد، در راکتور غشایی زمان ماند جامدات (SRT) بصورت مستقل از زمان ماند هیدرولیکی کنترل می شود. بطوریکه غلظت بالایی از لجن را ایجاد می کند (g/l 20-15) و بعد از آن میزان بارگذاری لجن کاهش می یابد. هنگامیکه میزان بارگذاری این لجن به اندازه کافی کاهش یابد تولید لجن کاهش می یابد و یا به صفر می رسد (Yamamoto et al. 1989;   Ghyooy and Verstraete 2000; Wagner & Rosenwinkel 2000; Rosenberger et al. 2002). پس این روش با توجه به مصرف بالای انرژی یک روش گرانقیمت به حساب می آید. در این نوع از راکتور حدود 90% از COD ورودی به CO2 و جامدات معلق در راکتور اکسید می شوند، بدون اینکه کاهش لجنی صورت گیرد که این کار بصورت تقریباً پایدار اتفاق می افتد (Yamamoto et al. 1989).

واگنر و روزنوینکل در سال 2000 و روزنبرگر و همکارانش در سال 2002 نشان دادند که در سیستم بیوراکتور غشایی، متابولیسم نگهداشته شده باکتری تولید لجن را کاهش می دهد و یا به صفر می رساند. این معقول به نظر می رسد که ترکیب کردن روش فرایند لجن فعال با هوادهی ممتد همرا با روش جداسازی غشایی بطور بالقوه باعث کاهش بیشتر لجن تولیدی می شود. در حقیقت در یک مقیاس بزرگ به نظر موفقیت آمیز خواهد بود (Churchouse and Wildgoose1999).

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) این روش به شرح ذیل هستند:

ü   نیاز به فضای کم

ü   انعطاف پذیری در بهره برداری

O ته نشینی و جداسازی لجن خیلی سخت اتفاق می افتد به دلیل خصوصیات لجن: باز شدن فلوک ها، بالا رفتن ویسکوزیته و SVI.

O کم بودن اکسیژن: که باعث افزایش هزینه های هوادهی می شود.

O ایجاد رسوب در غشاء: که نیاز به تعویض و تمییز کردن دارد (باعث افزایش هزینه ها می شود).

O عملی نبودن کاربرد بیوراکتور غشائی با برگشت لجن در مقیاس واقعی

O نیاز به انرژی بالا

3.3. متابولیسم جدا کننده(متابولیسم جفت نشده)

   متابولیسم یک واکنش بیوشیمیایی است که شامل واکنش آنابولیسم و کاتابولیسم وابسته به هم می باشد. بازده سلولها مستقیماً وابسته به میزان انرژی تولید شده (ATP) توسط کاتابولیسم می باشد. روش جفت نشده روشی است برای افزایش اختلاف سطح انرژی بین کاتابولیسم و آنابولیسم که منجر به کاهش ذخیره انرژی برای آنابولیسم می شود. در نتیجه ضریب رشد بیومس کاهش می یابد و تولید لجن نیز کاهش می یابد. متابولیسم جفت نشده تحت شرایط مختلفی مشاهده شده است: از جمله وجود ترکیبات جلوگیری کننده و یا فلزات سنگین، دمای غیر طبیعی، منبع انرژی زائد، کمبود مواد غذایی و سیکل هوازی- بیهوازی جایگزین ((Tsai1990; Mayhew 1998; Liu 2000. در مهندسی محیط ریست مفهوم انرژی جفت نشده می تواند به عنوان پدیده ای که در آن نرخ مصرف مواد آلی نسبت به انرژی مورد نیاز برای رشد و نگهداری بیشتر است، معنی می شود. در نتیجه در شرایط انرژی جفت نشده ضریب بازدهی سلولی لجن فعال بطور قابل توجهی کاهش می یابد.

بصورت تئوری کاهش در ضریب یلد معادل است با کاهش در میزان تولید لجن. این یک روش امید بخش برای کاهش تولید لجن مازاد بوسیله کنترل مراحل متابولیسمی میکروارگانیزم ها به منظور زیاد کردن اختلاف کاتابولیسم نسبت به آنابولیسم است،که شامل متد جداکننده های شیمیایی می باشد.

1.3.3. جدا کننده های شیمیایی

محققان زیادی روشهای لجن فعال همراه با تفکیک کننده را برای کاهش لجن دفعی بررسی کردند. در حدود 50% کاهش بیومس زمانیکه غلظت پنتاکلروفنل (PCP) به عنوان یک جدا کننده شیمیایی در حدود mg/l30 بود بدست آمد در مقایسه با حالتی که تفکیک کننده ای وجود نداشت.

لو[9] و همکارانش در سال 2000 در یک مقیاس آزمایشگاهی 49% کاهش را زمانیکه پارانیتروفنل (PNP) را اضافه کردند مشاهده کردند. همچنین در سال 2002 چن و همکارانش در تحقیق بر روی لجن فعال در محیط کشت بسته با اضافه کردن mg/l 8/0 غلظت TCS[10]  بعنوان یک تفکیک کننده، کاهش 78% در بیومس را مشاهده کردند. اوکی و استنسل در سال 1993 در تحقیق بر روی لجن فعال در مقیاس واقعی در فونیکس و آریزونا کاربرد صنعتی تفکیک کننده های انرژی را بوسیله پروتونوفورهای آلی[11] گزارش کردند. جداکننده های شیمییایی روش امید بخشی را جهت کاهش لجن ایجاد کرده اند.

تحقیقات به کمک پروتونوفورهای آلی نشان داد که اضافه ماندن انرژی از طریق فرایندهای بیوشیمیایی تفکیک شده مانند فسفریلیزاسیون وابسته به اکسیژن می تواند مستقیماً تولید بیومس را کاهش دهد. به دلیل سمیت پروتونوفورها استفاده از پروتونوفورهای آلی نیز تقریباً غیر عملی می باشد. زیرا برای حذف سمیت آنها نیز یک تجهیزات و امکانات از پیش تعیین شده ای نیاز است. انجام آزمایشات بیشتری جهت بدست آوردن روش های جایگزین بهتر است. انتظار می رود که ترکیب فرایند هوادهی با اکسیژن خالص با روش تفکیک کننده های متابولیکی یک روش نو و از لحاظ بیولوژیکی کاملاً موثر برای کاهش لجن ایجاد کند.

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) این روش به شرح ذیل هستند:

ü   تنها نیاز دارد که تفکیک کننده ای با دوز مشخص اضافه شود.

O اطلاعات کمی درباره مکانیسم تفکیک کنندگی و ارتباط بین اثرات تفکیک کننده های شیمیایی بر روی ضریب یلد و شرایط فرایند وجود دارد.

O اغلب پروتونوفورهای آلی از لحاظ محیط زیستی مضر و خطرناک هستند.

O افزایش ناگهانی در نیاز به اکسیژن

O مشکلات آداپته شدن و ایجاد سازگاری برای میکروارگانیسم ها

4.بحث و نتیجه گیری

تصفیه و دفع لجن مازاد به علت مسائل زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و قانونی یکی از بحران های جدی در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب در سرتاسر جهان می باشد. همچنین از زمانی که تاسیسات جدید تصفیه خانه ها ساخته شدند و استانداردهای زیست محیطی روز به روز سخت گیرانه تر شدند، بحران تولید لجن مازداد نیز روندی رو به رشد پیدا کرد. از طرفی راههای سنتی و قدیمی مانند دفن بهداشتی و سوزاندن و دیگر روشهای دفع همچون روش دفع در اقیانوس و دریا منسوخ شدند، و نیاز دیده می شد که راه حل های جدیدی پیدا شود که از لحاظ هزینه به صرفه بوده و همچنین از نظر زیست محیطی نیز پاسخگوی مشکلات مربوطه باشند.

از نظر توسعه پایدار بازیافت و استفاده مجدد از لجن گزینه قابل قبول تری نسبت به دفن بهداشتی و سوزاندن می باشد، بر این اساس راه حل مناسب برای مشکل دفع لجن بکارگیری روشهای کاهش لجن همراه با حذف آلودگی در منبع تولید می باشد.

روشهای کاهش لجن به دو دسته عمده تقسیم می شوند: 1) فرایندهایی که میتوانند در تصفیه خانه های جدید و در حال احداث بکار گرفته شوند. 2) فرایندهایی که در تصفیه خانه های موجود بکار برده می شوند.

دسته اول بزرگتر می باشند اما قابلیت استفاده این روشها با کاربرد آنها در واقعیت یکسان نمی باشد. این حقیقت عمدتاً به دلیل مشکلات عرضه آنها در بازار می باشد (زیرا مدت زمان انجام تحقیقات تا کاربرد روشهای مذکور طولانی می باشد). و همچنین روشهای جدید نیاز به هزینه های سرمایه گذاری بالایی دارند.

دسته دوم: روشهایی هستند که برای تصفیه خانه های موجود بکار گرفته می شوند و در واقع روشهایی هستند که پیکربندی اولیه تصفیه خانه را تغییر نمی دهند. این تکنولوژیها شانس بیشتری برای اجرا و کاربرد وسیع دارند.

البته هر روش کاهش لجنی در نهایت کیفیت متفاوتی از تولید لجن را در بر خواهد داشت که نیازمند روشی جهت دفع نهایی می باشد.  در حال حاضر خط مشی مشخصی جهت مدیریت لجن مازاد وجود ندارد.

در این مقاله خلاصه ای از تکنولوژی های عمده موجود برای کاهش لجن به صورت مختصر و طبقه بندی شده ارائه شده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

لجن فعال (Activated Sludge) :  روش تصفیه ثانویه بیولوژیکی است که فاضلاب تحت شرایط هوازی با حضور لجن فعال قرار می گیرد. حضور میکروارگانیزم ها در این فرایند باعث حذف آلاینده ها و مواد آلی از فاضلاب می گردد. یک مرحله ته نشینی جهت جداسازی لجن ازپساب نیاز می باشد

 اکسیژن خواهی بیولوژیکی Biological Oxygen Demand یا BOD : میزان اکسیژنی که مصرف می گردد توسط فعالیت های میکروبیولوژیکی وقتی یک نمونه تحت شرایط استاندارد و در مدت زمان ۵ روزه در دمای ۲۰ درجه را BOD می گویند. این روش یکی از معیارهای تعیین قابلیت زوال بیولوژیکی میکروارگانیزم ها در نمونه می باشد.

فیلتر بیولوژیکی (بیوفیلتر)  Biological filter

یکی از انواع تصفیه ثانویه بیولوژیکی است که شامل بستری از مواد چسبنده (پلاستیک، الیاف، سنگ و غیره) می باشد که میکروارگانیزم ها با مصرف اکسیژن بر روی سطح بستر چسبیده و باعث زوال مواد آلی می گردند

آشغال خرد کن (comminutor) : یک وسیله ای است که جهت خرد کردن و تبدیل تکه های بزرگ به تکه های کوچک در تصفیه خانه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

هوادهی گسترده ( Extended Aeration) : یک نوع روش تصفیه بیولوژیکی ثانویه می باشد که در این روش میکروارگانیزم ها در مخزن هوادهی معلق بوده و تحتتاثیر هوای کافی و طولانی مدت (بین ۱۸ تا ۳۰ ساعت) دچار زوال بیولوژیکی فاضلاب می شوند. این روش معمولا بازده  بسیار بالایی در حذف مواد آلی دارد.
 معیاری جهت سنجش اسیدیته یا قلیاییت آب و براساس غلظت یون هیدروژن H  مثبت در آب می باشد.( PH)

ذرات معلق جامد (Suspended Solid) : ذرات معلق در یک مایع که شامل ذرات قابل ته نشینی و ذرات غیر قابل ته نشینی می باشد.

ذرات معلق جامد فرار (Suspended Solid Volatile) : ذراتی که قابلیت فرار از نمونه و تبدیل شدن به دی کسید کربن را دارند را ذرات جامد فرار گویند. در صورتی که نمونه مانده شده بر روی صافی را در دمای ۵۵۰ درجه حرارت دهیم، ذرات جامد فرار آن ، تبخیر می گرد

اندیس حجمی لجن (Sludge Volume Index) :   معیاری جهت تعیین قابلیت ته نشینی لجن در واحدهای لجن فعال می باشد. معمولا اندیس حجمی لجن بین ۸۰ تا ۱۲۰ نشان دهنده خاصیت ته نشینی مناسب لجن در واحد ته نشینی می باشد.

کلیفرم (Fecal Coliform) : باکتری هایی که در داخل بدن انسان و حیوانات زندگی می کنند. دسته مهمی از این باکتری ها به نام اشریا کولای (Escherichia coli) وجود دارند که در فاضلاب های انسانی به وفور یافت می شوند.

کدورت (Turbidity) : آبی که دارای ذرات معلق قابل رویت به صورت شناور باشد کدر می گردد. کدورت آب می تواند دراثر خاک، سیلیس ، مواد رسی و آهک ها و جلبک های مرده بوجود آید.

سختی (Hardness) : بطور کلی سختی را بر دو نوع سختی موقت و سختی کل تعریف می کنند. سختی کل مربوط به کل املاح کاتیون های دو ظرفیتی است. در حالیکه سختی موقت مربوط به کربنات و بیکربنات های کلسیم و منیزیم است چون در مجاورت حرارت ایجاد رسوب می کنند به سختی موقت نامیده می شوند.

برداشت آب : برداشت دائم يا موقت از هر منبع آبي، جهت مصرف يا انتقال به منطقه ديگر; به نحوي كه ديگر بخشي از آن منبع آبي محسوب نگردد.

سازش : فرآيند سازگار شدن جمعيتهايي از ارگانيزمها با شرايط زيست محيطي معيني، كه به منظور آزمايش مهيا شده است‏.

تصفيه با كربن فعال :  فرآيند حذف مواد آلي محلول و يا كلوئيدي از آب و فاضلاب، بوسيله جذب با كربن فعال; بعنوان مثال براي اصلاح مزه‏، بو يا رنگ‏.

لجن فعال : توده بيولوژيكي جمع شده در سيستمهاي تصفيه فاضلاب كه در نتيجه رشد باكتريها و ساير موجودات زنده ذره بيني در حضور اكسيژن محلول تشكيل شده‏اند.

تصفيه با لجن فعال : فرآيند تصفيه بيولوژيكي فاضلاب كه در آن مخلوطي از لجن فعال و فاضلاب‏، بهم خورده و هوادهي مي‏شود. قسمتي از لجن فعال متعاقباً از طريق ته نشيني جدا شده و خارج مي‏گردد; يا در صورت لزوم به فرآيند بازگردانده مي‏شود.

مخزن متعادل كننده : مخزني كه براي يكنواخت كردن تركيب يا ميزان جريان ورودي‏، مثلا جريان آب آشاميدني به يك سيستم توزيع; يا فاضلاب به يك تصفيه خانه‏، طراحي شده است‏.

عامل بتا : در تاسيسات لجن فعال عبارت از: نسبت مقدار اكسيژن اشباع در مخلوط مايع به مقدار اكسيژن اشباع در آب تميز )پاك‏ (در درجه حرارت يكسان و فشار جو مي‏باشد.

تصفیه آب به روش نانو سیلور :  در فناوری تصفیه آب به روش نانوسیلور (Nano Silver )، یونهای نقره به صورت کلوئیدی در محلولی به‌ حالت سوسپانسیون قرار دارند که خاصیت آنتی باکتریال (ضد باکتری) و آنتی فونگاس (ضد قارچ) و آنتی ویروس دارند.

سوسپانسیون :  به مخلوط کلوئیدی جامد در مایع سوسپانسیون گفته می شود. سوسپانسیون ها در حالت عادی ناپایدارند و با گذشت زمان ذرات آنها ته نشین می شود و بر اثر این پدیده فاز مایع از جامد جدا می شود. آب گل آلود نمونه ای از سوسپانسیونی طبیعی است.

فرایند تبادل یونی :  فرآیند تبادل یونی(ion exchange) یکی از فرآیندهای پرکاربرد برای تصفیه آب و همچنین تصفیه فاضلاب است.یکی از خدمات شرکت طراحی و ساخت سیستم‌های سختی‌گیر به روش تبادل یونی (IX) می باشد.

روش اسمز معکوس (RO) : اسمز معکوس (RO) یکی از روش های معمول برای تصفیه آب است. می توان گفت اسمز معکوس ارزانترین و یکی از جدیدترین روش های تصفیه آب است.اسمز معکوس از جمله شیوه هایی است که امروزه بطور گسترده در شیرین سازی آب دریا، جداسازی مواد آلی و سمی از پسابهای صنعتی بکار برده می­شود. بطور کلی این روش بر پایه انتقال جرم حلال با استفاده از غشای نیمه تراوا و نیز فشار هیدرواستاتیک استوار است. جهت آشنایی با فرایند اسمز معکوس، شناخت پدیده اسمز از اهمیت بالایی برخوردار است.

تصفیه فاضلاب روش SBR : برای تصفیه پساب و فاضلاب های شهری به کمک SBR  حداقل ۲ حوضچه مورد نیاز می باشد که در مواقعی که واکنش در یکی از حوضچه ها صورت می گیرد حوضچه دیگر نقش ذخیره جریان ورودی را دارد. معمولا بین ۲ تا ۶ سیکل واکنش و تخلیه در طول روز در راکتور SBR می تواند انجام پذیرد. یک چرخه معمولی در راکتور SBR  می تواند شامل ۳ ساعت پرشدن، ۲ ساعت هوادهی، نیم ساعت ته نشینی و نیم ساعت خروج لجن باشد.


تصفیه فاضلاب به روش هوادهی گسترده : روش هوادهی گسترده (Extended Aeration) متداولترین روش تصفیه به کمک لجن فعال در دنیا می باشد که به طور گسترده ای جهت تصفیه فاضلاب و پساب های جوامع کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش معمولا میکروب ها در فاضلاب و پساب به مدت ۱۸ تا ۳۰ ساعت تحت شرایط هوازی قرار گرفته و باعث کاهش بار آلودگی آلی می شوند. چون توده های بیولوژیکی (MLSS) زمان نسبتا طولانی در تماس با اکسیژن می باشند بنابراین لجن مازاد دفعی نیز بسیار اندک می باشد. در تصفیه زیستی به روش هوادهی گسترده (Extended Aeration) تمام لجن تولیدی حوض ته نشینی به حوض هوادهی بازگشت داده می شود. تصفیه خانه های فاضلاب و پسابی که با روش هوادهی گستردهطراحی می شوند در صورت راهبری مناسب علاوه بر تصفیه فاضلاب در حد عالی، معمولا بدون بو و اشکال کار خواهند کرد.

چربی گیر API :  API مخفف واژه American Petroleum Institute می‌باشد. این سیستم از دهه ۵۰ میلادی به منظور جداکننده روغن از آب توسط انستیتو نفت آمریکا طراحی و هم‌اکنون به طور کامل در تصفیه خانه‌ها و بسیاری از واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش علاوه بر حذف روغن و چربی، ذرات جامدی نظیر پیچ و مهره، ورقه‌های پلاستیکی، قطعات بزرگ فلزی و و غیره که غالبا در فاضلاب های صنعتی مشاهده می‌گردد حذف می‌گردد

چربی گیر CPI : CPI مخفف عبارت Corrugated Plate Interceptor می‌باشد. این نوع جداکننده که گاهی به نام TPI(Tilted Plate Interceptor) نیز خوانده می‌شود به طور گسترده‌ای جایگزین جداکننده‌های API و مخازن ته‌نشینی اولیه شده‌اند. این واحدها فقط نیاز به ۱۵ تا ۲۰ درصد از فضای مورد نیاز API داشته و بطور چشمگیری هزینه‌های ساخت و نگهداری را کاهش می‌دهد.

چربی گیر DAF : DAF مخفف Dissolved Air Flotation می‌باشد. این سیستم معمولاً در تصفیه خانه ها و کارخانجات بعد از یک واحد CPI و یا API قرار می‌گیرد. در این روش، جداسازی ذرات روغن امولسیونی توسط تزریق مواد شیمیایی(معمولا پلیمرها و مواد منعقدکننده) و عمل شناورسازی انجام می‌گیرد.

روشEDI : سیستم EDI ترکیبی از فرآیند تبادل یونی و فیلتراسیون غشایی می‌‌باشد که خروجی آن آبی بدون املاح و با هدایت الکتریکی کمتر از µs/cm 2/0 است. در سیستم EDI نیز املاح از طریق فرآیند تبادل یونی از آب جدا می شوند.

آب ﺳﻄﺤﯽ  : ﻋﺒﺎرت اﺳﺖ از آﺑﻬﺎی ﻓﺼﻠﯽ ﯾﺎ داﺋﻤﯽ ، درﯾﺎﭼﻪ ﻫﺎی ﻃﺒﯿﻌﯽ ﯾـﺎ ﻣﺼـﻨﻮﻋﯽ وﺗﺎﻻﺑﻬﺎ

ﭼﺎه ﺟﺎذب : ﻋﺒﺎرت اﺳﺖ از ﺣﻔﺮه ﯾﺎ ﮔﻮداﻟﯽ ﮐﻪ ﻗﺎﺑﻠﯿﺖ ﺟﺬب داﺷﺘﻪ وﮐﻒ آن ﺗﺎ ﺑـﺎﻻﺗﺮﯾﻦ ﺳﻄﺢ اﯾﺴﺘﺎﯾﯽ ﺣﺪاﻗﻞ 3 ﻣﺘﺮ ﻓﺎﺻﻠﻪ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ.

ﺗﺮاﻧﺸﻪ ﺟﺬﺑﯽ : ﻋﺒﺎرت اﺳﺖ از ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ ای از ﮐﺎﻧﺎﻟﻬﺎی اﻓﻘﯽ ﮐﻪ ﻓﺎﺿﻼب ﺑـﻪ ﻣﻨﻈﻮرﺟـﺬب در زﻣﯿﻦ ﺑﻪ آﻧﻬﺎ ﺗﺨﻠﯿﻪ ﺷﺪه و ﻓﺎﺻﻠﻪ ﮐﻒ آﻧﻬﺎ از ﺑﺎﻻﺗﺮﯾﻦ ﺳﻄﺢ اﯾﺴـﺘﺎﯾﯽ ﺣـﺪاﻗﻞ 3 ﻣﺘـﺮ ﺑﺎﺷﺪ.
 

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سیستم RO

فرایند اسمز معکوس (Reverse Osmosis)، که به اختصار RO نامیده می شود، فرایندی است که در طی آن نمک­ های محلول و آلاینده­ های موجود در یک مایع با استفاده از یک قانون طبیعی از مایع حامل جدا شده و مایع به اصطلاح خالص می­گردد. امروزه این فرایند به طور وسیعی در تصفیه آب، پساب و صنایع مختلف نظیر صنایع غذایی، نساجی، داروسازی و … جهت تهیه آب و سایر مایعات با درجه خلوص مورد نظر مورد استفاده قرار می­گیرد.

آب شیرین کن صنعتی

دستگاه آب شیرین کن صنعتی بدون شک یکی از بهترین و بی نظیرترین کشفیات انسانی در زمینه دفع رسوبات و تصفیه آب می باشد.

امکانات دستگاه به شرح زیر است:

طراحی ساده و استاندارد جهت سهولت در سرویس و نگهداری
پیش تصفیه مناسب جهت بالا بردن طول عمر ممبران و بازیافت پسماند آب
فیلترهای قابل شستشو و با طول عمر بالا
امکان شستشوی سریع در پیش فیلتراسیون
کنترل کننده های میزان آبدهی دارای
دارای کنترل کننده های میزان فشار در تمام نقاط سیستم نشان دهنده میزان املاح آب تصفیه شده به صورت آنلاین
tdsmeter دارای محفظه های فیلتر ضد زنگ
دارای شیرهای اتوماتیک مغناطیسی
دارای سنسور های اضطراری در فشار بالا و فشار پایین
شیر اخطلاط جهت تنظیم مقدار املاح آب خروجی نسبت به نوع مصرف
دارای دو نمونه خروجی آبدهی مجزا (قابل تنظیم)
دارای سنسور های کنترل سطح مخازن دارای سیستم ایمنی برق (محافظ جان)
دارای سیستم پرکن اتوماتیک مواد ضد رسوب
سیستم دفع املاح انباشه شده در ممبران شاسی کربن استیل با پوشش ضد زنگ استاتیک
دارای چهار پیش فیلتراسیون شامل فیلتر شنی با محفظه بسیار مقاوم فایبر گلاس(حذف املاح معلق تا ۱۰۰میکرون)
فیلتر کربنی با محفظه بسیار مقاوم فایبر گلاس(حذف کلر مازاد، رنگ و بو)
فیلتر میکرونی (جهت حذف املاح معلق ۵ میکرون)
فیلتر میکرونی (جهت حذف املاح معلق۱میکرون)
اسمز معکوس چیست؟

برای توضیح اسمز معکوس ابتدا بایستی با فرایند طبیعی اسمز آشنا باشیم. معنی لغوی اسمز تراوش و یا نفوذ کردن بوده و این کلمه برای توصیف یک قانون در طبیعت بهکار برده میشود. مطابق با این قانون، هرگاه دو محلول با غلظت های متفاوت در مجاور یکدیگر قرار گیرند و توسط یک پرده (غشاء) نیمه تراوا از هم جدا شوند، مولکول های حلال (معمولا آب) محلول رقیق تر از غشا عبور کرده و به سمت محلول غلیظتر حرکت میکند.

این حرکت تا وقتی ادامه مییابد که هر دو محلول به غلظت برابر دست یابند(هم غلظت شوند)، در این حالت حرکت حلال متوقف میشود. بنابراین میتوان دید که پدیده اسمز از قانون کلی تعادل در طبیعت تبعیت میکند.

یکی از نکات کلیدی در این پدیده، غشاء نیمه تراوا است. مهمترین خصوصیت این غشاء، نیمه تراوا بودن آن است و این به آن معنی است که تنها برخی از مواد اجازه عبور از این غشاء را دارا میباشند. این که چه موادی میتوانند از غشاء نیمه تراوا بگذرند، به اندازه مولکول های موجود در محلول و منافذ غشاء و همچنین غلظت محلول در دو طرف غشاء بستگی دارد. اسمز یک پدیدهی طبیعی است که بدون نیاز به مصرف انرژی صورت می گیرد. عبور مواد از غشای نیمه تراوای سلول زنده، بخشی از عملکرد کلیه‌ها و بالا رفتن شیره گیاهی در درختان، مهمترین نمونه‌های اسمز است

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

ارزیابی پتانسیل خطر تری هالومتان‌ها در آب شرب مراکز نظامی منتخب استان تهران

حسین معصوم بیگی، احمد اخلاقی، مهدی راعی، قادر غنی زاده*
دانشکده بهداشت دانشگاه علو.م پزشکی بقیه الله عج

 زمینه و هدف :‌ گندزدایی آب آشامیدنی فرآیند ضروری تصفیه آب شرب برای حذف عوامل میکروبی است. تری هالومتان­ها (THMs) یکی از محصولات جانبی گندزدایی آب با کلر با احتمال سرطان­زایی هستند.  این مطالعه با هدف ارزیابی پتانسیل خطر THMs در آب شرب مراکز نظامی منتخب استان تهران انجام شد.
روش­ها:  این مطالعه توصیفی مقطعی در سال ۱۳۹۹ با برداشت 30 نمونه آب شرب از آب لوله کشی شهری و آب زیر زمینی مراکز مورد مطالعه انجام شد. اندازه گیری کلر آزاد باقی­مانده، دما، pH به روش­های استاندارد و THMs نمونه­ها با استفاده از دستگاه گاز کروماتوگراف دتکتور جرمی (GC-Mass) و ارزیابی پتانسیل خطر غلظت­های مختلف THMs با استفاده از شاخص­های THQ ،TR وPTDI انجام شد.
یافته ها : متوسط غلظت THMs در مراکز دارای آب زیرزمینی µg/L 25/2 و مراکز دارای آب شهریµg /L  39/2 بود. متوسط غلظت THMs در تمامی مراکز کمتر از استانداردهای توصیه شده بود. همبستگی مثبتی بین غلظت THMs با مقدار کلر آزاد باقی­مانده، دما و pH  وجود دارد اما معنی ­دار نبود. میزان دریافت تقریبی قابل تحمل روزانه THMs برای مراکز دارای آب زیرزمینی و شهری به ترتیب  mg/kg.day10-3×10/0 و 3-10×11/0 تعیین شد. شاخص خطر سلامت برای تمامی مراکز منتخب001/0 و مقدار شاخص خطر سرطان­زایی برای مراکز دارای آب زیرزمینی و شهری به ترتیب 8-10×32/0 و  8-10×34/0 محاسبه شد.
نتیجه گیری : نتایج این مطالعه نشان داد غلظت THMs موجود در آب شرب مراکز منتخب، خطری برای سلامت مصرف­ کنندگان ندارد.

دریافت مقاله

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

از اصلی‌ترین موارد استفاده از سیستم تصفیه آب صنعتی به صور ممبرانی در صنعت دارو تأمین کردن آب با درجه کیفتی بالا برای تولیدات دارو است. با در نظر گرفتن به نوع‌های مختلف از داروهای که تولید می‌شود آب مورد استفاده برای تولید این نوع داروها باید استانداردهای لازم برای انواع تولیدات را داشته باشد که در این میان می‌توانیم به WFI یا همان آب مورد احتیاج جهت تزریق، PW یا آب خالص، HPW یا همان آب فوق خالص اشاره کرد.

سیستم تصفیه آب به روش ممبرانی در صنعت دارو سازی چه عملکردی دارد: (تصفیه آب داروسازی) مورد مهم و قابل توجهی که باید در تصفیه آب صنایع دارویی در نظر داشت این است که در تولید همهٔ آب‌های گفنه شده در بالا از سیستم تصفیه آب‌های ممبرانی استفاده می‌شود که در این سیستم تصفیه آب غشایی یا اسمز معکوس جهت پیش تصفیه مرحله‌های بعدی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. می‌شود گفت که در تصفیه آب داروسازی، آب شیرین شده به وسیله سیستم تصفیه آب ممبرانی یا همان اسمز معکوس جهت تصفیه بیشتر به مرحله‌های دیگری مثل رزین یا EDI یا تقطیر حرارتی می‌شود.

برای مثال جهت تولید آب مورد نیاز در صنایع دارویی آب خام در آغاز با رد شدن از سیستم‌های مختلفی که داخل دستگاه و در مرحله پیش تصفیه است مثل سیستم فیلتراسیون مولتی مدیا و رسوب گیر ها و فیلتر کارتریجی به وسیله یک یا دو قسمت تصفیه آب ممبرانی تصفیه می‌شود و حاصل این تولید با رد شدن از قسمت EDI الباقی املاح از بین خواهد رفت. نکته بسیار مهم و حساسی که در سیستم طراحی و تولید دستگاه تصفیه آ ب داروسازی مورد استفاده در صنایع دارویی داروسازی وجود دارد باید به استانداردهای مهم و مورد نیاز در صنعت تصفیه آب داروسازی توجه زیادی شود. کار کردن با لوازم و موادی که مرود تاید سازمان استاندارد دارویی است، استفاده از لوله کشی‌های دارای استاندارد و جوشکاری و عدم وجود پرتی در داخل سیستم مسائلی هست که بسیار مهم است و باید توجه داشت. در زمینه تصفیه آب داروسازی می‌توان به تجهیزات زیر اشاره کرد که در بحث تصفیه آب صنایع دارویی کاربردی ویژه دارد:

استفاده از دستگاه دیونایزر جهت به دست آوردن آب بدون یون در تصفیه آب داروسازی

استفاده کردن از دستگاه EDI جهت به دست آوردن آب خالص در تصفیه آب صنایع دارویی

دستگاه تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس در تصفیه آب داروسازی

استفاده از ازن ژنراتور در تصفیه آب صنایع دارویی جهت حذف آلودگی میکروبی و ضد عفونی کردن آب

استفاده از پکیج تزریق کلر در تصفیه آب داروسازی

 

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

غشاهای اسمز معکوس نسبت به عبور ذرات معلق نامحلول، روغن، آلودگیهای بیولوژیکی و آلی بسیار آسیب پذیر هستند. لذا جهت محافظت از ممبرانهای RO، ضروری است که آلایندهای فیزیکی، بیولوژیکی، آلی و شیمیایی از آب ورودی به بخش اسمز معکوس جدا شوند.

جداسازی ذرات معلق نامحلول از طریق فرایندهای مختلفی نظیر انعقاد و لخته سازی، فیلتراسیون فیزیکی و جداسازی غشایی(اولترافیلتراسیون) در بخش پیش تصفیه انجام می شود. انتخاب فرایند جداسازی وابسته به کدورت(Turbidity)، مقدار ذرات نامحلول(TSS) و توزیع اندازه ذرات(Particle Size Distribution) انجام می شود. فیلترهای شنی، کربنی و بسترهای مختلط روشهای متداول فیلتراسیون برای محدوده کدورت متوسط و ذرات معلق بزرگتر از ۱۰۰ -۲۰۰  میکرومتر هستند که با توجه به قیمت پایین و اشغال فضای کم، در بسیاری از واحدهای تصفیه آب صنعتی به کار گرفته می شوند.

اولترافیلتراسیون یکی دیگر از فرایندهای مورد استفاده در پیش تصفیه است.
در این فرایند، آب حاوی ذرات معلق از غشاهای UF عبور کرده و ذرات نامحلول آن تا یک صدم میکرومتر جدا می شوند. ممبرانهای UF توانایی جداسازی ذرات با
جرم مولکولی بالا، کلوییدها و تمامی ذرات با سایز بالاتر از ۲۰-۱۰ نانومتر از جمله باکتریها، ویروسها و میکروبها را دارا هستند. علی رغم کیفیت بسیار
بالای جداسازی ذرات در دستگاه های اولترافیلتراسیون، قیمت بالا و دشواریهای بهره برداری بهره گیری از آنها را در بخش پیش تصفیه دستگاه های تصفیه آب
صنعتی محدود کرده است.

مهمترین ویژگیهای بخش پیش تصفیه دستگاه های آب شیرین کن صنعتی عبارتند از:

رعایت کامل معیارهای استاندارد طراحی
پیش بینی کلیه ملزومات شستشوی شیمیایی یا معکوس
پیش بینی کلیه تجهیزات کنترلی جهت پایش و بهره برداری
قابلیت تعمیرات و نگهداری آسان

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دستگاه تصفیه آب صنعتی به پکیج های پیش ساخته تصفیه آب بافرایند اسمز معکوس گفته می شود. این پکیج ها در ظرفیتهای مختلف براساس

ظرفیت مورد نیاز مشتری به صورت قابل حمل طراحی و ساخته می شوند.

دستگاه صنعتی تصفیه آب و دستگاه نیمه صنعتی  متناسب با ظرفیت و کیفیت آب خام  و بر اساس فرایند اسمز معکوس طراحی و ساخته می شوند. عملیات تصفیه آب با توجه به آنالیز کیفی آب خام در سه مرحله پیش تصفیه، تصفیه و تصفیه نهایی انجام می شود. طراحی و انتخاب روش بهینه در هر یک از این مراحل مستلزم وجود دانش و تجربه کافی می باشد. دستگاه های تصفیه آب  به صورت یک مجموعه پیش ساخته  کامل روی شاسی فلزی یا در کانتینر در محل کارخانه فران ساخته شده و پس از گذراندن موفقیت آمیز تستهای کارخانه ای کامل به محل مورد نیاز حمل می گردد.

اساس تکنولوژی اسمز معکوس بر فرایند نفوذ یا تراوش آب از غشای نیمه تراوا می‌باشد، که این غشا‌های نیمه تراوا فقط قابلیت عبور دادن آب خالص را
از یک سمت به سمت دیگر دارند و در نتیجه باکتریها، نمکهای محلول و مواد آلی و معدنی موجود در آب بدلیل عدم توانایی در عبور از غشای فوق، از آب
خالص جدا می‌گردند. راندمان حذف مواد خارجی در سیستم های اسمزمعکوس می‌تواند تا بیش از ۹۹ درصد باشد.
دستگاه صنعتی تصفیه آب  متناسب با کیفیت آب ورودی در مرحله پیش تصفیه با بهره گیری از روشهای نوین فیلتراسیون نظیر اسکرین های خود شوینده، استرینرهای اتوماتیک و … یا انعقاد و لخته سازی، ذرات معلق جامد نامحلول را جداسازی می نماید. آب زلال سازی شده متناسب با میزان ذرات محلول و اصطلاحاً میزان شوری به واحد تصفیه مشتمل بر ممبرانهای اسمز معکوس هدایت می شود.

غشاهای اسمز معکوس نسبت به عبور ذرات معلق نامحلول، روغن، آلودگیهای بیولوژیکی و آلی بسیار آسیب پذیر هستند. لذا جهت محافظت از ممبرانهای RO، ضروری است که آلایندهای فیزیکی، بیولوژیکی، آلی و شیمیایی از آب ورودی به بخش اسمز معکوس جدا شوند.

جداسازی ذرات معلق نامحلول از طریق فرایندهای مختلفی نظیر انعقاد و لخته سازی، فیلتراسیون فیزیکی و جداسازی غشایی(اولترافیلتراسیون) در بخش پیش تصفیه انجام می شود. انتخاب فرایند جداسازی وابسته به کدورت(Turbidity)، مقدار ذرات نامحلول(TSS) و توزیع اندازه ذرات(Particle Size Distribution) انجام می شود. فیلترهای شنی، کربنی و بسترهای مختلط روشهای متداول فیلتراسیون برای محدوده کدورت متوسط و ذرات معلق بزرگتر از ۱۰۰ -۲۰۰  میکرومتر هستند که با توجه به قیمت پایین و اشغال فضای کم، در بسیاری از واحدهای تصفیه آب صنعتی به کار گرفته می شوند.

اولترافیلتراسیون یکی دیگر از فرایندهای مورد استفاده در پیش تصفیه است.
در این فرایند، آب حاوی ذرات معلق از غشاهای UF عبور کرده و ذرات نامحلول آن تا یک صدم میکرومتر جدا می شوند. ممبرانهای UF توانایی جداسازی ذرات با
جرم مولکولی بالا، کلوییدها و تمامی ذرات با سایز بالاتر از ۲۰-۱۰ نانومتر از جمله باکتریها، ویروسها و میکروبها را دارا هستند. علی رغم کیفیت بسیار
بالای جداسازی ذرات در دستگاه های اولترافیلتراسیون، قیمت بالا و دشواریهای بهره برداری بهره گیری از آنها را در بخش پیش تصفیه دستگاه های تصفیه آب
صنعتی محدود کرده است.

کارشناسان  با بررسی آنالیز فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب خام، فرایند بهینه پیش تصفیه را به مشتریان پیشنهاد می
دهند. مهمترین ویژگیهای بخش پیش تصفیه دستگاه های آب شیرین کن صنعتی  عبارتند از:

رعایت کامل معیارهای استاندارد طراحی
پیش بینی کلیه ملزومات شستشوی شیمیایی یا معکوس
پیش بینی کلیه تجهیزات کنترلی جهت پایش و بهره برداری
قابلیت تعمیرات و نگهداری آسان
 

با توجه به تنوع کاربرد آب تصفیه شده، آب تولیدی توسط سیستم اسمز معکوس، قبل از تحویل به مصرف کننده تصفیه نهایی می گردد. آب تولید شده توسط
غشاهای اسمز معکوس(Permeate) به دلیل حذف بیشتر یونهای دو ظرفیتی نسبت به تک ظرفیتی، دچار عدم تعادل میان یونهای کلسیم، منیزیم و بیکربنات در مقایسه با سدیم و کلرید می شود و در نتیجه پایداری مورد نیاز در نوع و غلظت یونها را ندارد.

جهت تنظیم PH و املاح محلول آب تولیدی توسط سیستم اسمز معکوس روشهای مختلفی وجود دارد از جمله:

– تزریق دی اکسید کربن همزمان با عبور آب از بستر دولومیت

– تزریق همزمان آب آهک و دی اکسیدکربن به آب

– تزریق مواد شیمیایی کلراید کلسیم و بی کربنات سدیم به آب با استفاده از پکیج تزریق مواد شیمیایی

کاربرد هر یک از روشهای یاد شده بنابر مشخصات، محل و فضای اختصاص داده شده متفاوت می باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب