صنایع مختلف برای رعایت استانداردهای زیستمحیطی و کاهش بار آلودگی پساب تولیدی خود، از فرآیندهای گوناگون تصفیه فاضلاب استفاده میکنند. در میان روشهای موجود، فرآیندهای بیولوژیکی به دلیل راندمان بالا در حذف مواد آلی، بیشترین کاربرد را در تصفیه فاضلاب صنعتی دارند. دو رویکرد اصلی در تصفیه بیولوژیکی شامل فرآیندهای هوازی و بیهوازی است که هر یک دارای مزایا، محدودیتها و کاربردهای خاص خود هستند.
انتخاب صحیح بین این دو روش نیازمند شناخت دقیق ویژگیهای فاضلاب، غلظت آلایندهها، هزینههای بهرهبرداری و الزامات تخلیه پساب است. در این مقاله به بررسی تفاوت تصفیه فاضلاب هوازی و بی هوازی از دیدگاه مهندسی پرداخته میشود
تصفیه بیولوژیکی چیست؟
تصفیه بیولوژیکی فرآیندی است که در آن میکروارگانیسمها از مواد آلی موجود در فاضلاب به عنوان منبع انرژی و مواد مغذی استفاده میکنند. این موجودات زنده ترکیبات آلی پیچیده را تجزیه کرده و آنها را به محصولات پایدارتر تبدیل میکنند.
هدف اصلی این فرآیند کاهش پارامترهایی مانند BOD، COD و TSS است. فرآیندهای بیولوژیکی به دو گروه اصلی تقسیم میشوند:
- فرآیندهای هوازی
- فرآیندهای بیهوازی
هر یک از این سیستمها دارای سازوکار متفاوتی برای رشد و فعالیت میکروارگانیسمها هستند و در نتیجه عملکرد، هزینه و راندمان متفاوتی خواهند داشت.
فرآیند هوازی (نیاز به بلوئر و اکسیژن)
در سیستمهای هوازی، میکروارگانیسمها برای تجزیه مواد آلی به اکسیژن محلول نیاز دارند. این اکسیژن معمولاً توسط بلوئرها و سیستمهای هوادهی به داخل حوضچه تزریق میشود.
در این فرآیند، باکتری های هوازی تصفیه فاضلاب مواد آلی را مصرف کرده و آنها را به دیاکسید کربن، آب و توده زیستی جدید تبدیل میکنند. یکی از متداولترین فناوریهای مورد استفاده در این حوزه، سیستم لجن فعال است.
فرآیند لجن فعال شامل مخزن هوادهی و واحد تهنشینی ثانویه بوده و به دلیل راندمان بالا در حذف BOD و COD در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار میگیرد.
مزایای فرآیند هوازی
– راندمان بسیار بالا در حذف BOD و COD
– کیفیت مناسب پساب خروجی
– پایداری عملکرد در بارهای آلودگی متوسط
– راهاندازی نسبتاً سریع
– امکان دستیابی به استانداردهای سختگیرانه زیستمحیطی
معایب فرآیند هوازی
– مصرف انرژی بالا به دلیل استفاده از بلوئرها
– تولید حجم زیاد لجن مازاد
– نیاز به کنترل دقیق اکسیژن محلول
– افزایش هزینه بهرهبرداری در دبیهای بالا
در بسیاری از صنایع غذایی، لبنی، دارویی و تولید نوشیدنیها که کیفیت خروجی اهمیت بالایی دارد، فرآیندهای هوازی گزینه مناسبی محسوب میشوند.
فرآیند بی هوازی (تولید بیوگاز)
در فرآیندهای بیهوازی، تجزیه مواد آلی در غیاب اکسیژن انجام میشود. در این سیستمها مجموعهای از میکروارگانیسمها طی چند مرحله مواد آلی را به گاز متان و دیاکسید کربن تبدیل میکنند.
مهمترین مزیت این فرآیند، تولید بیوگاز است که میتواند به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
یکی از شناختهشدهترین فناوریهای بیهوازی در تصفیه فاضلاب صنعتی، راکتور UASB است. در این راکتور، فاضلاب از پایین وارد شده و از میان بستر لجن بیولوژیکی عبور میکند. در نتیجه تماس مناسب بین میکروارگانیسمها و آلایندهها، بخش قابل توجهی از COD حذف میشود.
راکتور UASB به ویژه در تصفیه فاضلاب صنایع غذایی، قند، نشاسته، کشتارگاهها، الکلسازی و صنایع تولید مواد آلی کاربرد گستردهای دارد.
مزایای فرآیند بیهوازی
– مصرف انرژی بسیار پایین
– تولید بیوگاز قابل بازیافت
– تولید لجن کمتر نسبت به سیستمهای هوازی
– مناسب برای فاضلابهای با COD بالا
– نیاز کمتر به مواد شیمیایی
معایب فرآیند بیهوازی
– زمان راهاندازی طولانی
– حساسیت بیشتر به تغییرات دما و pH
– کیفیت پایینتر پساب خروجی نسبت به سیستمهای هوازی
– نیاز به تصفیه تکمیلی در بسیاری از کاربردها
به طور معمول راندمان حذف COD در واحدهای بیهوازی بین 60 تا 85 درصد متغیر است و در بسیاری از پروژهها به تنهایی برای دستیابی به استاندارد تخلیه کافی نیست.
کدام روش برای پساب کارخانجات بهتر است؟
پاسخ این سؤال به مشخصات فاضلاب بستگی دارد و نمیتوان یک فناوری را برای تمامی صنایع بهترین گزینه دانست.
اگر غلظت COD و BOD فاضلاب در محدوده متوسط باشد و کیفیت پساب خروجی اهمیت زیادی داشته باشد، سیستمهای هوازی مانند لجن فعال، MBR یا SBR معمولاً انتخاب مناسبی هستند.
اما در فاضلابهایی با بار آلی بسیار بالا، استفاده مستقیم از سیستم هوازی موجب افزایش شدید مصرف برق، ابعاد مخازن و هزینه بهرهبرداری خواهد شد. در چنین شرایطی فرآیندهای بیهوازی مانند راکتور UASB میتوانند بخش عمده بار آلودگی را حذف کنند.
از دیدگاه مهندسی، بهترین راهکار برای بسیاری از صنایع دارای COD بالا، ترکیب فرآیند بیهوازی و هوازی است. در این آرایش، ابتدا واحد بیهوازی برای کاهش بار آلودگی اولیه مورد استفاده قرار میگیرد و سپس پساب خروجی وارد سیستم هوازی میشود تا استانداردهای نهایی تخلیه تأمین گردد.
این ترکیب، مزایای متعددی ایجاد میکند:
– کاهش مصرف انرژی در بخش هوادهی
– کوچکتر شدن ابعاد واحد هوازی
– تولید بیوگاز و بازیابی انرژی
– افزایش راندمان حذف BOD و COD
– کاهش هزینههای بهرهبرداری بلندمدت
به همین دلیل امروزه در بسیاری از کارخانههای صنایع غذایی، کشتارگاهها، صنایع نشاسته، کارخانههای تولید الکل و صنایع شیمیایی، استفاده از سیستمهای ترکیبی بیهوازی و هوازی به عنوان راهکار بهینه شناخته میشود.
جمعبندی
انتخاب فناوری مناسب برای تصفیه فاضلاب صنعتی تنها به راندمان حذف آلایندهها محدود نمیشود، بلکه باید عواملی مانند هزینه سرمایهگذاری، مصرف انرژی، پایداری بهرهبرداری، امکان توسعه آتی و ارزش بازیابی منابع نیز مورد توجه قرار گیرد. در عمل، هرچه پیچیدگی و بار آلودگی پساب افزایش پیدا کند، اهمیت طراحی فرآیند و انتخاب صحیح آرایش واحدهای تصفیه بیشتر میشود.
تجربه پروژههای صنعتی نشان میدهد که رویکردهای یکمرحلهای همیشه بهترین پاسخ نیستند و طراحی هوشمندانه معمولاً بر پایه استفاده از مزیتهای چند فناوری در کنار یکدیگر انجام میشود. به همین دلیل مهندسان تصفیه فاضلاب در صنایع بزرگ، به جای تمرکز بر انتخاب یک روش خاص، تلاش میکنند ترکیبی از فرآیندها را به کار گیرند که ضمن دستیابی به الزامات زیستمحیطی، کمترین هزینه چرخه عمر و بیشترین بازده عملیاتی را برای مجموعه به همراه داشته باشد.
