روشهای مختلفی برای تصفیه انواع فاضلاب وجود دارد، روش لجن فعال متعارف (Conventional Activated Sludge) یکی از پرکاربردترین و قدیمی‌ترین روش های تصفیه فاضلاب می باشد. می توان عنوان نمود که این روش، به دلیل سادگی، بازده بالا و تطبیق پذیری به عنوان اساس طراحی بسیاری از تصفیه خانه های فاضلاب شهری و صنعتی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
نحوه تصفیه در روش لجن فعال متعارف
مراحل اصلی فرایند
در روش لجن فعال متعارف، فاضلاب ورودی پس از عبور از مراحل پیش تصفیه (مانند آشغال‌گیر، دانه گیر و حوضچه‌های ته نشینی جهت جلوگیری از آسیب رسیدن به تجهیزات بعدی) وارد رآکتور بیولوژیکی می شود. این رآکتور معمولاً شامل یک مخزن هوادهی می باشد که هوای فشرده در آن تزریق می شود. لجن فعال (میکروارگانیسم‌ها) در معرض اکسیژن محلول قرار گرفته تا شرایط مناسب برای فعالیت بیولوژیکی میکروارگانیسم‌های هوازی فراهم شود.
*پیشنهاد می شود از صفحه خرید مخزن فایبرگلاس دیدن فرمایید.
واکنش‌های بیولوژیکی
میکروارگانیسم‌ها شروع به تجزیه مواد آلی موجود در فاضلاب می کنند. این میکروارگانیسم‌های هوازی با مصرف ماده آلی به عنوان منبع انرژی و کربن، آنها را به ترکیبات ساده‌تری مانند دی‌اکسید کربن، آب، و سایر ترکیبات معدنی تجزیه می‌کنند. در این مرحله، بخشی از نیتروژن آمونیاکی از طریق فرآیند نیتریفیکاسیون (Nitrification) به نیترات تبدیل می شود.
ساختار تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال متعارف
اجزای کلیدی فرآیند لجن فعال متعارف (CAS)
مخزن هوادهی (Aeration Tank): محلی که فعالیت بیولوژیکی اصلی در آن رخ می دهد. در این مخزن، فاضلاب با لجن فعال مخلوط می‌شده و میکروارگانیسم‌های هوازی موجود در لجن فعال، مواد آلی و آلاینده‌های محلول در فاضلاب را تجزیه می‌کنند.
در ادامه، فرمول‌های اصلی واکنش‌های بیولوژیکی که در مخزن هوادهی (رآکتور بیولوژیکی) رخ می دهند آورده شده است:
1) اکسیداسیون مواد آلی (Organic Carbon Oxidation):
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O انرژی + سلول‌های جدید +
2) تشکیل بیومس (سلول‌های جدید)
مواد آلی + O2 → Biomass + CO2 + H2O + انرژی
نیتریفیکاسیون (Nitrification) هم در مخزن هوادهی انجام می‌گیرد، ولی نیاز به شرایط خاص دارد.
سیستم هوادهی: شامل بلوئر ها و دیفیوزر ها برای تأمین اکسیژن برای فعالیت و بقا میکروارگانیسم ها می باشد. بدین صورت که این اکسیژن از طریق بلوئرها (دمنده‌های هوا) و دیفیوزرهای کف مخزن در مخزن پخش می شود. (لازم به ذکر است انتخاب و طراحی مناسب سیستم هوادهی، تأثیر مستقیمی بر راندمان حذف آلاینده‌ها دارد).
حوض ته نشینی ثانویه (Secondary Clarifier): در واقع محلی برای جدا سازی لجن فعال از آب تصفیه شده می باشد. کیفیت آب خروجی و میزان لجن باقی‌مانده در این مرحله، شاخص عملکرد سیستم را مشخص می‌کند.
پمپ لجن برگشتی (RAS): بخشی از لجن ته نشین شده به ابتدای سیستم برمی گردد تا فرآیند پایدار باقی بماند و از افت ناگهانی عملکرد سیستم جلوگیری می‌کند.
معمولاً نرخ برگشت RAS بین ۲۵ تا ۵۰ درصد از جریان ورودی به سیستم در نظر گرفته می‌شود. این نسبت می‌تواند در تصفیه‌خانه‌های بزرگ‌تر تا ۱۰۰ درصد نیز افزایش یابد این نرخ بسته به موارد زیر تنظیم می‌شود:
*همچنین بخوانید: تصفیه لجن فاضلاب | مراحل و روش های مختلف
- سن لجن
- حجم مخزن هوادهی
- بار آلی ورودی
- دمای محیط و فاضلاب
لجن دفنی (WAS): بخشی از لجن نیز، به منظور جلوگیری از تراکم بیش از حد میکروبی باید از سیستم خارج شود. این لجن به واحدهای تغلیظ، آب‌گیری و در نهایت دفع منتقل می‌گردد.
مزایای تصفیه به روش فرآیند لجن فعال متعارف (CAS)
- عملکرد قابل‌اطمینان: این روش به دلیل سابقه‌ای طولانی و بهینه‌سازی تدریجی در طول دوره زمانی، جزو یکی از قابل‌اطمینان‌ترین روش ها به شمار می آید.
- هزینه بهره برداری متوسط: در این سیستم هزینه بهره برداری (به‌ویژه در مقیاس بزرگ‌تر) در مقایسه با بعضی از تکنولوژی‌های نوین‌تر مانند MBR ، نسبتاً کمتر می باشد.
- انعطاف پذیری: با تغییر بعضی از پارامترها مانند زمان ماند، میزان هوادهی و نسبت لجن برگشتی، این سیستم را برای انواع مختلف فاضلاب تنظیم نمود.
- حذف مؤثر آلاینده های آلی: روش لجن فعال متعارف برای کاهش آلاینده‌هایی مانند COD ، BOD و برخی ترکیبات نیتروژنی بسیار مؤثر عمل می کند. (لازم به ذکر است برای حذف فسفر یا میکرو مواد نیازمند مراحل تکمیلی است)
- سیستم خود پایدار (Self-sustaining system)
معایب و محدودیت‌ها فرآیند لجن فعال متعارف (CAS)
- مصرف بالای انرژی برای هوادهی
بخش زیادی از انرژی در این سیستم صرف تأمین هوای مورد نیاز باکتری‌ها می‌شود.
- تولید لجن زیاد
یکی از چالش‌های اصلی، مدیریت لجن مازاد است که نیاز به تصفیه و دفع جداگانه دارد.
- حساسیت به شوک‌های آلی یا سمی
در صورت ورود ناگهانی آلاینده‌های سمی یا تغییرات شدید بار آلی، راندمان سیستم ممکن است کاهش یابد.
*محصول پیشنهادی: پکیج چربی گیر DAF
کاربردهای لجن فعال متعارف (CAS)
در جدول زیر به برخی از کاربردهای لجن فعال متعارف (CAS) اشاره شده است.
| کاربرد | توضیحات |
| تصفیه فاضلاب شهری | مناسب برای حذف BOD، COD و TSS از فاضلاب خانگی با ترکیب پایدار |
| پیش تصفیه در برخی فاضلاب های صنعتی سبک | مانند صنایع غذایی و نوشیدنی |
| سیستم پایه برای ترکیب فرایندهای پیشرفته | مانند لجن فعال متعارف + نیتریفیکاسیون، لجن فعال متعارف + تصفیه شیمیایی |
| پایه‌ای برای آموزش و پژوهش | ساده‌ترین نوع طراحی بیولوژیکی |
| پیش تصفیه برای بازچرخانی آب (Reuse) | قبل از ورود به سیستم های فیلتراسیون پیشرفته یا ضدعفونی نهایی |
عوامل مؤثر بر عملکرد سیستم
| عامل | تأثیر |
| دمای فاضلاب | دمای پایین ممکن است رشد میکروبی را کاهش دهد. |
| اکسیژن محلول (DO) | سطح پایین DO باعث رشد باکتری‌های رشته‌ای و بروز پدیده Bulking* می‌شود. |
| بار آلی ورودی | بار زیاد می‌تواند موجب کاهش راندمان شود. |
| سن لجن | اگر بیش از حد افزایش یابد، می‌تواند باعث کاهش فعالیت میکروبی شود. |
Bulking : رشد بیش از حد باکتری‌های رشته‌ای باعث کاهش ته‌نشینی می‌شود. اگر نمیدانید بالکینگ چیست؟ نگاهی به پدیده ی کلیدی در تصفیه فاضلاب بی اندازید.
سخن پایانی
روش لجن فعال متعارف علی‌رغم سابقه طولانی، همچنان یکی از کارآمدترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین روش های تصفیه فاضلاب در جهان است. عواملی مانند طراحی مناسب، بهره برداری اصولی و نگهداری درست و مناسب می‌تواند سبب عملکرد پایدار سیستم شود. امروزه که حفاظت از محیط زیست و منابع آبی به یک ضرورت تبدیل شده است، روش هایی مانند لجن فعال متعارف (CAS) نقش مهمی در توسعه پایدار و زیست محیط دارد.
