جستجو در سایت

روش تصفیه ABR

امتیاز کاربران

ستاره فعالستاره فعالستاره فعالستاره فعالستاره فعال
 

مقدمه:

تصفیه ی بیولوژیکی یکی از متداول ترین و مقرون به صرفه ترین روش های تصفیه فاضلاب در دنیاست. بهره گیری صحیح از فناوری های بی هوازی در تصفیه ی فاضلاب های صنعتی،در نتیجه توسعه و به کارگیری راکتور های قوی بیولوژیکی در پکیج های تصفیه ی فاضلاب بی هوازی حاصل می شود. یکی از راکتور های نسبتا جدید در این نوع، راکتور های چند محفظه ی بی هوازی می باشد. این راکتور برای نخستین بار در سال 1981 توسط مک کارتی و همکارانش در دانشگاه استنفورد مورد استفاده قرار گرفت. ABR در واقع یک راکتور بی هوازی با رژیم هیدرولیکی لوله ای است که به چند محفظه تقسیم شده است. شکل خاص راکتور باعث می شود فاضلاب در طی مسیر ورودی تا خروجی، چندین بار با سرعت کم، متناوبا به سمت بالا و پایین حرکت کند. این نوع خاص از رژیم هیدرولیکی ، توده بیولوژیکی را برای مدت طولانی درون راکتور نگه داشته و موجب می شود لایه ای از باکتری های بی هوازی در کف راکتور ته نشین شود. فاضلاب چندین مرتبه از میان این لایه از توده بیولوژیکی عبور کرده و به این ترتیب عمل تصفیه صورت می پذیرد. از خصوصیات منحصر به فرد ABR، می توان به قابلیت جداسازی فعالیت باکتری های اسیدساز و متان ساز اشاره کرد. این عمل باعث می شود که راکتور در برابر شوک های هیدرولیکی و نیز تغییرات ناگهانی بار آلی ورودی مقاومت بالایی از خود نشان دهد. تولید گاز متان برای استفاده در تصفیه خانه و عدم نیاز به منبع انرژی خارجی، عدم وجود قطعات متحرک در راکتور، عدم نیاز به نیروی کارگر ماهر و هزینه های اندک بهره برداری از سایر مزایای ABR می باشد. بنا بر خصوصیات ذکر شده تا کنون تحقیقات متعددی صورت گرفته و انواع مختلف فاضلاب های قوی صنعتی توسط پکیج های تصفیه ی فاضلاب با روش ABR ،با موفقیت تصفیه شده اند.

دلایل توجه بهABR

 بروز بحران انرژی در جهان در اوایل دهه پنجاه شمسی باعث شد که محققین به استفاده از سیستم های بی هوازی بیشتر توجه کنند؛ زیرا در این سیستم ها، بر خلاف روش های هوازی که احتیاج به انرژی زیادی جهت هوادهی دارد، نه تنها انرژی مصرف نمی شود، بلکه در نهایت متان نیز به وجود می آید که می تواند به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد. از دیگر خصوصیات سیستم های بی هوازی می توان به تولید لجن کمتر و امکان عملکرد متناوب لجن با غلظت بیشتر نسبت به سیستم های هوازی اشاره کرد. راکتور بافلدار بی هوازی (ABR) معمولا از چند محفظه چسبیده به هم تشکیل شده است.که هر اتاقک شامل دو بخش جریان رو به پایین و رو به بالا می باشد.فاضلاب از بخش اول وارد اتاقک شده و از بخش دوم که سطح مقطع آن معمولا چند برابر بخش اول می باشد صعود کرده و در انتها به بخش اول محفظه ی بعدی سرریز می کند . اگر چه در حالت یک نواخت ، هر محفظه به صورت اختلاط کامل عمل می نماید.اتاقک اول دارای نقش بسیار مهمی در رشد باکتری های متان زا در اتاقک های بعدی است، زیرا مواد سمی و یا تغییرات در شرایط محیطی مانند PH و دما در اتاقک اول متعادل شده و در نتیجه این باکتری ها در اتاقک های بعدی رشد می نمایند.

راكتورABR  نوعي از راكتور سرعت بالا مي باشد در واقع اين راكتور تركيبي از راكتورهاي UASB بصورت سري مي باشد كه نيازي به لجن گرانوله ندارد . در اين راكتورها قرار گرفتن بافلها در مسير جريان باعث تغيير جهت آن به سمت بالا و پايين مي گردد و تماس بين بيومس و پسابها را افزايش مي دهد. اين ساختار باعث جداسازي فاز اسيدزايي و متان زايي بدون نياز به مسائل كنترلي و هزينه اجرايي مي شود و فعاليت اسيد زايي و متان زايي افزايش مي يابد. در اين راكتورها زمان ماند هيدروليكي از زمان ماند سلولي جدا مي شود زمان ماند سلولي درحدود ٢٠ روز و زمان ماند هيدروليكي در حدود ٢٠ ساعت مي باشد.

ویژگی های راکتور ABR

جدول یک مزایای راکتور ABR را نسبت به سایر راکتورهای بی هوازی نشان می دهد. شاید بتوان مهم ترین مزیت این راکتور ها را در دو فازی کردن عملیات دانست که باعث افزایش فعالیت باکتری های اسیدوژنیک متانوژنیک به میزان 4 برابر می شود. با این عمل باکتری های متانوژینک فرایند متان زایی را در فاز بعدی انجام می دهند. این راکتور در مقایسه با راکتور ها دارای فضای مرده کمتری است. فضای مرده ABR در حدود %10 حجم کل است در حالی که در سایر سیستم های بی هوازی بین % 90-10 متغیر می باشد. در جدول 2 میزان فضای مرده چند را کتور بی هوازی مقایسه شده است.

جدول شماره ی یک ویژگی های راکتورABR

ویژگی های ساختمانی

ویژگی های بیومس

ویژگی های عملیاتی

1-     طراحی ساده

2-     هزینه ساخت کم

3-     کاهش انبساط بستر لجنی

4-     کاهش گرفتگی

5-     نداشتن قسمت های متحرک

6-     حجم خیلی زیاد

7-     هزینه عملیاتی و اولیه کم

1-بالا بودن زمان ماند جامدات

2-تولید لجن کمتر

3-ماندن بیومس بدون احتیاج به آکنه و بخش ته نشین ساز

4- عدم نیاز به جداساز های گاز و جامد.

5-امكان كاركرد در زمانهاي ماند هيدروليكي كم

6-پایداری فوق العاده نسبت به شوكهاي آلي هيدروليكي و سمي

7- قابليت انجام عمليات طولاني بدون از دست دادن لجن

1-امکان کارکرد در زمان های ماند هیدرولیکی کم

2-قابلیت عملیات ماند متناوب و کارکرد زیاد بدون از دست دادن لجن

3- پایداری نسبی به شوک های آلی و هیدرولیکی و سمی

جدول شماره 2 –مقایسه میزان فضای مرده در چند راکتور بی هوازی

نوع راکتور

               میزان فضای مرده

فیلتر بی هوازی

                    %90-50

اختلاط کامل با جریان پیوسته

                    %82-10

بافلدار بی هوازی

                    %22-5

 روش ABR

ساختمان راکتور ABR

راكتورABR كه به وابيت (واكنشگاه بي هوازي تيغه دار) هم مشهور است مطابق شكل 1 از تيغه هايي تشكيل شده كه راكتور را به اتاقكهاي مختلف تقسيم كرده است. تعداد اين اتاقكها بين 4 تا 8 عدد می باشد. تيغه هاي نصب شده باعث تغيير مسير جريان به سمت بالا با سرعت 2 تا 4 متر برساعت شده و سپس بطرف پايين هدايت گرديده و بدين ترتيب تماس بين لجن و فاضلاب را افزايش مي دهند(زمان ماند مواد افزايش مي يابد). براي زياد كردن زمان ماند در اتاقكهاي بالارو ، اتاقكهاي جريان پايين رو را باريكتر مي سازند. زاويه دار كردن لبه تيغه ها (با زاویه ی 45) بمنظور چرخش جريان به طرف مركز اتاقك و زياد شدن آميختگي است.

 

 روش ABR

شکل 1 طرح هایی از راکتور ABR {1}

 

زمان ماند هيدروليكي در رآكتورهايABR

در رآكتورهاي تصفيه زيستي از جمله تصفيه بي هوازي دو فضاي مرده تعريف مي شود.

الف)فضاي مرده زيستي: حجمي است كه در آنجا واكنش بيولوژيكي انجام نمي شود. اين مقدار تابع غلظت زيست توده ، توليد گاز و شدت جريان مي باشد و با افزايش شدت جريان فاضلاب افزايش مي يابد.

ب) فضاي مرده هيدروديناميكي : حجمي است از رآكتور كه در آنجا سرعت جريان صفر است يا سرعت بسيار كم مي باشد. اين مقدار تابع نوع ساختمان رآكتور(تعداد بافلها) است.

 

با توجه به اينكه فضاي مرده هيدروديناميكي رآكتورهايABR نسبت به ساير رآكتورها كمتراست تاكنون رابطه اي بين زمان ماند هيدروليكي (HRT) و حجم فضاي مرده هيدروديناميكي به دست نيامده است و حتي در(HRT) پايين حضور زيست توده اثر قابل ملاحظه اي بر روي فضاي مرده هيدرومكانيكي نداشته است.

در HRT پایین (فضای مرده ی هیدرولیکی زیاد)که سرعت های بار دهی زیاد می باشد تولد گاز با افزایش  شدت جريان ، زياد شده و بطور نسبي بستر لجن را سياله مي كند و فضاي مرده بيولوژيكي را كاهش مي دهد. بنابراين اثرات متضاد فضاي مرده هيدروديناميكي و بيولوژيكي از ارائه رابطه اي بين HRTو فضاي مرده كل جلوگيري كرده است. فضاي مرده بيولوژيكي بعنوان كمك اصلي به فضاي مرده كل تشخيص داده شده است اما در HRT بالا اثرش كاهش مي يابد زيرا توليد گاز ، پديده كاناليزه شدن را درداخل بستر زيست توده از بين مي برد. لذا ميزان كمتري زيست توده در جريان خروجي يافت شده و راندمان افزايش مي يابد.

اثر دما

دماي مناسب براي كار رآكتورهاي ABR بین 30 تا 35 درجه سانتیگراد می باشد و چناچه  دمای فاضلاب  ورودي يا دماي محيط پايين باشد رشد باكتريها محدود شده ، درجه آميختگي كاهش يافته ، فضاي مرده بيشتر شده و در نتيجه بازده حذف COD كاهش مي يابد.

براي فاضلاب هايي كه COD بالا دارند بطور نظري از معادله آرنيوس مي توان نتيجه گرفت كه كاهش دما از 35 به 20 درجه سانتیگراد، كاهش 25 درصدي را دربازده حذف COD بوجود مي آورد اما تحقيقات تجربي صورت گرفته توسط Nachaiyasit در سال 1995 نشان مي دهد كه در اين رآكتورها كاهش دما از 35  به  25، بازده حذف را تغيير زيادي نمي دهد اما منجر به افزايش توليد اسيد چرب در اتاقكهاي آخر شده و PH كاهش يافته و افزايش اوليه اي در توليد هيدروژن پيش مي آيد. در ادامه، شرايط رشد باكتريهاي متانوژن در اتاقك هاي آخر گسترش مي يابد و سيستم به حالت عادي برمي گردد. ويژگي مهمتر راکتور ABR نسبت به ساير رآكتورها در تصفيه پسابهاي رقيق با دماي پايين است و اين نمايانگر زيست توده فوق العاده فعال آن مي باشد كه در يك دوره طولاني خود را با شرايط پيش آمده وفق مي دهد.

دما( سانتیگراد)

غلضت ورودی g/l

راکتور(L )

%حذفCOD

35

4

10

96

25

4

10

97-93

15

4

10

83-75

13-16

0.5

75

92-84

از اثرات كاهش دما مي توان به افزايش توليد اسيدهاي چرب فرار و كاهش PH در رآكتور اشاره کرد. از سیستم ABRمي توان براي تصفيه پسابهاي بهداشتي بدون نياز به افزايش دما استفاده نمود.

 تصفيه پساب حاوي سولفات

سولفات در فرايندهاي بي هوازي رفتارهاي متفاوتي از خود نشان مي دهد ولي بطور كلي بخودي خود تأثير آنچناني بر فرايند تصفيه ندارد و تبديل يافته بيولوژيكي آن بصورت سولفيد ، تأثير زيادي بر فرايند خواهدداشت. مصرف تركيبات گوگردي بعنوان مواد مغذي توسط باكتريهاي بي هوازي از جمله باكتريهاي متانزا بعنوان عامل مثبت و در غلظتهاي بالا بعنوان بازدارنده فعاليت باكتريهاي متانزا، خوردگي در تاسيسات، تجهيزات ، بتن ، كاهش شدت توليد باكتريهاي متانزا و تضعيف پديده گرانوله شدن لجن و بوي بد در محيط بعنوان عوامل منفي مربوط به حضور يون سولفات در محيط شناخته شده اند. مطالعات نشان داده است كه سيستم ABR قادر است بطور موفقيت آميزي تا غلظتهاي COD و سولفات بترتيب mg/l3000 و mg/l 500 كار كند. در شكل غلظت سولفات ورودي و سولفات در هر يك از اتاقكهاي  يك رآكتور 5 اتاقکی در طي يك دوره و تحت شرايط يكنواخت را نشان مي دهد.

همانطور كه از نمودار مشاهده مي شود و آزمايشات ديگر نيز تاييد مي كند افزايش غلظت سولفات ورودي تغيير قابل ملاحظه اي در سطح سولفات اتاقكها و سولفات جريان خروجي نمي دهد اما ميزان سولفيد كل كه سطح سميت را بالا برده و بازده حذف COD را كم مي كند افزايش مي يابد.برای جلوگيري از اين اشكال مي توان از جريان برگشتي براي كاهش غلظت سولفيد و باكتريهاي احيا کننده ی سولفات استفاده کرد.

 

 روش ABR

نتيجه ديگر اينكه حدود دو سوم سولفات حذف شده در اتاقك اول اتفاق مي افتد كه در آنجا  باكتريهاي اسيدوژن فعالند افزايش HRT به ازاي شرايط ثابت اتخاذ شده ، باعث حذف بيشتر سولفات خواهد شد.

 Rim  و  Choi طي مطالعات خود دريافتند كه در نسبت  تا 2.7 ، باكتريهاي احياءكننده سولفات و توليدكنندگان متان بسيار با هم رقابت مي كنند. در بالاتر از اين محدوده ، باكتريهاي متانزا فعال بوده در حاليكه در پايين تر از فاصله يادشده ، باكتريهاي احياء كننده سولفات فعالند و درصد حذف سولفات بالا مي رود{11}

در احياء سولفات در رآكتورهاي بي هوازي از جمله ABR بايد به نكات ذيل توجه كرد:

1-   هنگامي كه يك بازدارنده قوي از فعاليت باكتريهاي متانوژنيك جلوگيري مي كند سولفات تبديل به  می شود.

2-     سولفيد يك ماده بد بوست و باعث COD بالا در خروجی

3-     سولفيد هيدروژن در مسير ، بهمراه زيست توده خارج مي شود.

تصفيه پساب حاوي نيترات

نيتروژن به شكل نيترات و آمونياك مشكل زيست محيطي داشته و در غلظتهاي بالا در پساب بسياري از صنايع وجود دارد. نيتروژن در پساب بهداشتي به صورت 60 درصد آمونياك ، 40 درصد مواد آلي و كمتر از 12 درصد به صورت نيترات و نيتريت مي باشد.روشهاي مختلفي براي حذف نيتروژن از پسابها وجود دارد:

الف- رقيق سازي پساب

ب- پيش تصفيه

ج- افزودن منيزيوم و فسفر كه توليد رسوب مي كند.

د- دفع بوسيله هوا

روشهاي فوق معمولا گران مي باشند و نياز به افزودن مواد شيميايي دارند و يا اينكه موادي توليدمي كنند كه براي طبيعت مضر مي باشند. در نتيجه بهترين روش با كمترين هزينه براي حذف نيتروژن روش حذف زيستي است. حذف زيستي نيتروژن ، تركيب دو فرايند هوادهي و غير هوادهي است كه درمرحله اول باكتريها آمونياك را به نيتريت و نيترات اكسيد مي كنند (نیترات زایی ) و در مرحله دوم نيترات به گاز نيتروژن تبديل مي شود (نیترات زدایی).

در سال 1999 در يك رآكتور 8 اتاقكي به حجم ده ليتر كه اتاقك انتهايي آن هوازي شده بود آزمايشي صورت گرفت. در دو اتاقك آخري كه عمل نيترات زايي يا تبديل آمونياك به نيترات انجام مي شد مشاهده گرديد كه راندمان حذف در بار  ، %82 و در بار   ، %96 است. ميزان گاز نيتروژن توليد شده براي اتاقك اول ، دوم  و سوم به ترتيب برابر 4.7 ، 1.4 و 0.41 لیتر در روز بود. نيترات زدايي باعث افزايش كل گاز توليدي از 22.6 به 37.6 لیتر در روز شد وهمچنین باعث افزایش گاز متان گردید. در نتيجه مي توان گفت كه نيترات زدايي بدليل مصرف COD افزايش pH سيستم و افزايش درصد متان در بيوگاز داراي اثر مثبت روي عملكرد ABR می باشد{9}.

 طراحی راکتور ABR

برای پیش بینی عملکرد راکتور ABR مدل های مختلفی ارائه شده است که از بین آنها ، می توان به مدل فیلم ثابت، مدل اگزینگ ، مدل کروی با کاربرد سینتیک مونود همراه با نفوذ ملکولی غلظت در توده بیومس اشاره کرد در جدول اطلاعات مربوط به راکتور های بافلدار بی هوازی ، که تا کنون ساخته شده و مورد استفاده قرار گرفته اند ، گردآوری شده است.اگر چه این اعداد ، برای طراحی مقدماتی ، می توان استفاده نمود اما توصیه می شود که برای هر فاضلاب آزمایش های پایلوت صورت گیرد و با توجه به نتایج به دست آمده ، اعداد مناسب طراحی استخراج گردد.

پارامتر

مقدار

تعداد اتاقک ها

8-4

بار آلی kgCOD/m^3.d

15-3

سرعت مایع m/h

4-2

زمان ماند هیدرولیکی day

4-0.5

نسبت ارتفاع به عرض

2.5-0.6

زاویه ی انتهای بافل(درجه)

45

نسبت طول به عرض

4-3

 

نتیجه

کاربرد فرآیندهای بی هوازی در تصفیه ی بیولوژیکی فاضلاب های صنعتی به دلیل راندمان بالا،بهره برداری آسان و اقتصادی بودن آن بسیار مورد توجه می باشد،از این رو شرکت آب پاک اقدام به طراحی و ساخت پکیج های تصفیه ی فاضلاب با روش بی هوازی جهت تصفیه ی انواع فاضلاب های بهداشتی و صنعتی(کشتارگاه،لبنی و ...) با راندمان حذف بسیار مناسب و بهره برداری آسان نموده است.

کارشناسان شرکت آب پاک با بهره گیری از تجربیات چندین ساله خود آماده مشاوره های لازم در خصوص تصفیه بی هوازی فاضلاب و طراحی، ساخت و نصب راه اندازی انواع پکیج های فاضلاب با مشخصات پروژه کارفرما خواهد بود.

 

برای کسب اطلاعات بیشتر با شماره های شرکت تماس حاصل فرمایید.

34243162-026 (10خط)

34242903-026 (10خط)

09012362018 (تلگرام)

 

 

دفتر مرکزی

کرج، 45 متری گلشهر، بلوار پونه شرقی، برج میلاد، طبقه هشتم، واحد 19(10 خط )

026-34243162

026-34242903

0912-0841451

[email protected]

دفتر شیراز

شیراز، بلوار نصر، خیابان بهاران، بلوار فیض، نبش کوچه 29

071-37320447

071-37320447

0917-3362395