تصفیه فاضلاب به روش USBF

با رشد جمعیت و توسعه صنعتی، مشکل مدیریت فاضلاب به یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی تبدیل شده است. فاضلاب‌های تولید شده از خانه‌ها، صنایع و کشاورزی شامل مقادیر زیادی از آلاینده‌های شیمیایی، زیستی و فیزیکی هستند که می‌توانند به شدت بر کیفیت منابع آب و سلامت انسان تأثیرگذار باشند. در نتیجه، تصفیه فاضلاب به منظور حذف یا کاهش این آلاینده‌ها و بازگشت آب تصفیه‌شده به چرخه طبیعی، اهمیت حیاتی پیدا کرده است. تصفیه فاضلاب فرآیندی پیچیده است که شامل مراحل مختلفی مانند پیش‌تصفیه، تصفیه اولیه، تصفیه ثانویه و در برخی موارد تصفیه ثالثیه است. هدف اصلی این مراحل، حذف مواد معلق، مواد آلی، نیتروژن، فسفر و دیگر آلاینده‌های موجود در فاضلاب است. در این میان، انتخاب روش مناسب برای تصفیه فاضلاب به عوامل متعددی از جمله نوع و میزان آلاینده‌ها، شرایط محلی و نیازهای اقتصادی وابسته است. یکی از روش‌های نوین و کارآمد که در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است، روش USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) یا فیلتراسیون با لایه لجن در جریان رو به بالا است. این روش با ترکیب فرآیندهای بیولوژیکی و فیزیکی، به طور مؤثری به تصفیه فاضلاب می‌پردازد و توانسته است در بسیاری از نقاط جهان به عنوان یک راه‌حل مؤثر و اقتصادی به کار گرفته شود. در ادامه، به بررسی جزئیات و مراحل اجرای تصفیه فاضلاب به روش USBF خواهیم پرداخت تا با مزایا و کاربردهای این روش در تصفیه فاضلاب بیشتر آشنا شویم.

تصفیه فاضلاب به روش USBF چیست؟

روش USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) یا فیلتراسیون با لایه لجن در جریان رو به بالا یکی از روش‌های نوین و مؤثر در تصفیه فاضلاب است که ترکیبی از فرآیندهای بیولوژیکی و فیزیکی را برای حذف آلاینده‌ها به کار می‌گیرد. این روش به دلیل راندمان بالا و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری، در سال‌های اخیر به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته است. USBF شامل چندین مرحله اصلی است که هر یک نقش مهمی در تصفیه فاضلاب دارند.

روش USBF به عنوان یکی از راه‌حل‌های مدرن و کارآمد در تصفیه فاضلاب، می‌تواند به کاهش بار آلودگی ورودی به محیط زیست کمک شایانی کند و نقش مهمی در حفظ منابع آبی و بهبود کیفیت آب ایفا نماید.

اگر به پکیج تصفیه نیاز دارید میتوانید به صفحه پکیج تصفیه فاضلاب شرکت پاک پساب اقلیم مراجعه کنید.

نحوه تصفیه فاضلاب به روش USBF

روش USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) یا فیلتراسیون با لایه لجن در جریان رو به بالا، یک فرآیند پیچیده و چند مرحله‌ای است که به منظور حذف آلاینده‌ها از فاضلاب به کار می‌رود. این روش ترکیبی از فرآیندهای بیولوژیکی و فیزیکی است و در سه مرحله اصلی انجام می‌شود.

در ادامه به شرح مراحل تصفیه فاضلاب به روش USBF پرداختیم:

1. منطقه انوکسیک (Anoxic Zone)

• ورود فاضلاب: فاضلاب ورودی به این منطقه وارد می‌شود و با لجن فعال مخلوط می‌گردد.
• شرایط بی‌هوازی: در این شرایط، اکسیژن محلول وجود ندارد و باکتری‌های دنیتریفایر فعال می‌شوند.
• فرآیند دنیتریفیکاسیون: باکتری‌های دنیتریفایر، نیترات‌ها و نیتریت‌های موجود در فاضلاب را به نیتروژن گازی تبدیل می‌کنند که به شکل حباب‌های گاز از سیستم خارج می‌شود.

2. منطقه هوادهی (Aerobic Zone)

• تزریق هوا: پس از منطقه انوکسیک، فاضلاب وارد منطقه آئروبیک می‌شود و هوا به داخل مخزن تزریق می‌گردد.
• شرایط هوازی: حضور اکسیژن محلول در آب، شرایط مناسب را برای فعالیت باکتری‌های هوازی فراهم می‌کند.
• فرآیند تجزیه مواد آلی: باکتری‌های هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه می‌کنند و به لجن فعال و گازهای بی‌ضرر مانند دی‌اکسید کربن تبدیل می‌نمایند.

3. منطقه ته‌نشینی (Settling Zone)

• ورود فاضلاب تصفیه‌شده: فاضلاب پس از عبور از منطقه آئروبیک وارد منطقه ته‌نشینی می‌شود.
• ته‌نشینی لجن: لجن فعال به دلیل وزن خود ته‌نشین می‌شود و در پایین مخزن جمع می‌گردد.
• خروج آب تصفیه‌شده: آب تصفیه‌شده که حاوی کمترین مقدار مواد معلق است، از بالای مخزن خارج می‌شود.

روش USBF به دلیل راندمان بالا و کارایی مناسب، به عنوان یکی از روش‌های پیشرفته و مؤثر در تصفیه فاضلاب شناخته می‌شود و در بسیاری از نقاط جهان به کار گرفته می‌شود.

 ساختار مخزن فیلتراسیون جریان رو به بالا با بستر لجن (USBF)

مخزن فیلتراسیون جریان رو به بالا با بستر لجن (USBF) به طور خاص طراحی شده است تا فرآیندهای بیولوژیکی و فیزیکی را در تصفیه فاضلاب به بهترین شکل ممکن ترکیب کند. این مخزن از چندین بخش کلیدی تشکیل شده است که هر بخش نقش خاصی در تصفیه فاضلاب ایفا می‌کند.

اجزای اصلی مخزن USBF

1. ناحیه ورودی (Influent Zone)

    – وظیفه: دریافت فاضلاب ورودی و توزیع آن به طور یکنواخت در مخزن.

    – ساختار: معمولاً شامل ورودی‌های متعددی است که فاضلاب را به داخل مخزن هدایت می‌کنند.

2. ناحیه انوکسیک (Anoxic Zone)

    – وظیفه: انجام فرآیند دنیتریفیکاسیون برای کاهش نیترات‌ها و نیتریت‌ها.

    – ساختار: این ناحیه فاقد تزریق هوا بوده و شرایط بی‌هوازی در آن حفظ می‌شود. مخلوط‌کن‌ها ممکن است برای بهبود تماس بین فاضلاب و لجن فعال استفاده شوند.

3. ناحیه هوادهی (Aerobic Zone)

    – وظیفه: تجزیه مواد آلی از طریق باکتری‌های هوازی.

    – ساختار: در این ناحیه، هوا به وسیله دیفیوزرها یا بلورها به مخزن تزریق می‌شود تا شرایط هوازی برای    باکتری‌ها فراهم شود.

4. ناحیه ته‌نشینی (Settling Zone)

    – وظیفه: ته‌نشینی لجن و جداسازی آب تصفیه‌شده.

    – ساختار: در بالای این ناحیه، یک منطقه شفاف‌سازی وجود دارد که آب تصفیه‌شده از آن خارج می‌شود. لجن ته‌نشین شده در پایین این ناحیه جمع‌آوری می‌شود.

5. ناحیه خروجی (Effluent Zone)

    – وظیفه: تخلیه آب تصفیه‌شده از مخزن.

    – ساختار: شامل سیستم‌های جمع‌آوری و تخلیه آب تصفیه‌شده است که معمولاً در بالاترین نقطه مخزن قرار دارد.

6. سیستم برگشت لجن (Sludge Return System)

    – وظیفه: برگشت لجن فعال به نواحی انوکسیک و آئروبیک برای حفظ غلظت مناسب لجن.

    – ساختار: این سیستم شامل پمپ‌ها و خطوط لوله‌ای است که لجن ته‌نشین شده را به نواحی انوکسیک و هوازی باز می‌گرداند.

توضیحات تکمیلی

• نحوه کار: فاضلاب ورودی به مخزن USBF وارد ناحیه انوکسیک می‌شود و پس از گذر از نواحی مختلف، فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی و فیزیکی را طی می‌کند. لجن ته‌نشین شده به نواحی اولیه بازگردانده می‌شود تا به فرآیند تصفیه ادامه دهد و آب تصفیه‌شده از ناحیه خروجی خارج می‌شود.
• کارایی: ساختار مخزن USBF به گونه‌ای طراحی شده که بتواند به طور مؤثری آلاینده‌های مختلف را از فاضلاب حذف کند و آب با کیفیت بالا تولید کند.

روش USBF به دلیل طراحی منحصر به فرد و کارایی بالا، به عنوان یکی از بهترین گزینه‌ها برای تصفیه فاضلاب در مقیاس‌های مختلف شناخته می‌شود.

مقاله پیشنهادی: ایمهاف تانک

 ترکیبات قابل حذف با روش USBF

روش USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) قادر است طیف وسیعی از ترکیبات و آلاینده‌های موجود در فاضلاب را حذف کند. این روش با ترکیب فرآیندهای بیولوژیکی و فیزیکی به طور مؤثری مواد آلی، مواد معلق، و سایر آلاینده‌های شیمیایی را تجزیه و حذف می‌کند. در زیر به برخی از مهم‌ترین ترکیباتی که می‌توان با این روش حذف کرد، اشاره می‌شود:

1. مواد آلی (Organic Compounds)

    – توضیح: مواد آلی موجود در فاضلاب شامل پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و سایر ترکیبات آلی است.

    – روش حذف: باکتری‌های هوازی و بی‌هوازی موجود در مخزن USBF این مواد را تجزیه می‌کنند و به ترکیبات ساده‌تر تبدیل می‌کنند که در نهایت به لجن فعال و گازهای بی‌ضرر تبدیل می‌شوند.

2. نیترات‌ها و نیتریت‌ها (Nitrates and Nitrites)

    – توضیح: این ترکیبات نیتروژن‌دار معمولاً در فاضلاب‌های شهری و صنعتی وجود دارند.

    – روش حذف: در منطقه انوکسیک، باکتری‌های دنیتریفایر نیترات‌ها و نیتریت‌ها را به نیتروژن گازی تبدیل می‌کنند که به صورت حباب‌های گاز از مخزن خارج می‌شود.

3. آمونیاک (Ammonia)

    – توضیح: آمونیاک یکی از ترکیبات نیتروژن‌دار سمی است که در فاضلاب وجود دارد.

    – روش حذف: آمونیاک در منطقه آئروبیک توسط باکتری‌های نیتریفایر به نیتریت و سپس به نیترات تبدیل می‌شود. نیترات‌ها سپس در منطقه انوکسیک به نیتروژن گازی تبدیل می‌شوند.

4. فسفر (Phosphorus)

     – توضیح: فسفر یکی از عناصر مغذی است که می‌تواند منجر به پدیده یوتریفیکاسیون در آب‌های طبیعی شود.

    – روش حذف: باکتری‌های خاصی در مخزن USBF فسفر را به عنوان منبع غذایی جذب می‌کنند و آن را در سلول‌های خود ذخیره می‌کنند. فسفر به همراه لجن ته‌نشین شده از سیستم حذف می‌شود.

5. مواد معلق (Suspended Solids)

    – توضیح: مواد معلق شامل ذرات ریز جامد است که در فاضلاب وجود دارند.

    – روش حذف: این مواد در ناحیه ته‌نشینی به دلیل وزن خود ته‌نشین می‌شوند و از آب تصفیه‌شده جدا می‌گردند.

6. ترکیبات آلی فرار (Volatile Organic Compounds – VOCs)

    – توضیح: ترکیبات آلی فرار می‌توانند از منابع مختلفی مانند صنایع شیمیایی وارد فاضلاب شوند.

    – روش حذف: این ترکیبات می‌توانند توسط باکتری‌های هوازی تجزیه شوند و یا در فرآیندهای بی‌هوازی به ترکیبات ساده‌تر تبدیل گردند.

7. فلزات سنگین (Heavy Metals)

    – توضیح: فلزات سنگین مانند سرب، جیوه و کادمیوم می‌توانند در فاضلاب‌های صنعتی وجود داشته باشند.

    – روش حذف: اگرچه روش USBF به طور خاص برای حذف فلزات سنگین طراحی نشده است، اما با استفاده از روش‌های مکمل می‌توان میزان این فلزات را نیز کاهش داد. فلزات سنگین ممکن است با لجن فعال جذب شوند و همراه با لجن از سیستم خارج گردند.

 مزایای فرآیند تصفیه فاضلاب به روش USBF

روش USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) به دلیل کارایی بالا و مزایای متعددی که دارد، به یکی از روش‌های محبوب و موثر در تصفیه فاضلاب تبدیل شده است. در زیر به برخی از مزایای اصلی این روش اشاره می‌شود:

1. راندمان بالا در حذف آلاینده‌ها: روش USBF قادر است به طور مؤثری ترکیبات آلی، نیتروژن، فسفر، و مواد معلق را از فاضلاب حذف کند. ترکیب فرآیندهای انوکسیک و آئروبیک موجب تجزیه کامل‌تر آلاینده‌ها می‌شود.
2. کاهش نیاز به فضای فیزیکی: طراحی این سیستم به گونه‌ای است که فرآیندهای مختلف در یک مخزن ترکیب می‌شوند. این ترکیب فرآیندها باعث کاهش فضای مورد نیاز برای تصفیه فاضلاب می‌شود، که یک مزیت بزرگ در مناطق شهری و مکان‌های محدود است.
3. کاهش هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری: روش USBF به دلیل استفاده از فرآیندهای طبیعی بیولوژیکی، نیاز به مصرف انرژی و مواد شیمیایی کمتری دارد. این موضوع به کاهش هزینه‌های عملیاتی و نگهداری منجر می‌شود.
4. پایداری و کارایی بالا: این روش به دلیل طراحی خاص خود، توانایی مقابله با تغییرات بار فاضلاب را دارد و می‌تواند در شرایط مختلف به طور پایدار عمل کند. این ویژگی مهم در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی و شهری با ترکیب‌های مختلف آلاینده بسیار مفید است.
5. تولید لجن کمتر: فرآیند USBF به طور کلی تولید لجن کمتری نسبت به روش‌های سنتی دارد. این موضوع باعث کاهش مشکلات مرتبط با دفع و مدیریت لجن می‌شود.
6. افزایش کیفیت آب تصفیه‌شده: آب تصفیه‌شده توسط این روش دارای کیفیت بالاتری است و می‌تواند برای استفاده مجدد در کشاورزی، صنایع و حتی استفاده‌های شهری مانند آبیاری فضای سبز مناسب باشد.
7. انعطاف‌پذیری در طراحی و اجرا: روش USBF به راحتی قابل تنظیم و سفارشی‌سازی است و می‌تواند برای انواع مختلف فاضلاب‌ها و شرایط محلی مختلف به کار رود. این انعطاف‌پذیری در طراحی و اجرا از مزایای مهم این روش است.
8. حفاظت از محیط زیست: با کاهش آلاینده‌های ورودی به محیط زیست، روش USBF کمک شایانی به حفاظت از منابع آب و زیست‌بوم‌ها می‌کند. این روش با کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های شیمیایی، اثرات مثبتی بر محیط زیست دارد.

پارامترهای مؤثر در بهره‌برداری از سیستم USBF

بهره‌برداری موفق از سیستم USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) به کنترل و تنظیم دقیق چندین پارامتر کلیدی وابسته است. این پارامترها نقش مهمی در کارایی و اثربخشی فرآیند تصفیه فاضلاب ایفا می‌کنند. در ادامه به تعدادی از مهم‌ترین این پارامترها اشاره می‌کنیم:

1. زمان ماند هیدرولیکی (Hydraulic Retention Time – HRT)

• توضیح: مدت زمانی که فاضلاب در سیستم تصفیه باقی می‌ماند.
• اثر: زمان ماند کافی برای اطمینان از تکمیل فرآیندهای بیولوژیکی و ته‌نشینی لجن ضروری است. کاهش HRT می‌تواند منجر به کاهش کارایی حذف آلاینده‌ها شود.

2. زمان ماند لجن (Sludge Retention Time – SRT)

• توضیح: مدت زمانی که لجن در سیستم باقی می‌ماند.
• اثر: SRT بالاتر به معنای ماندگاری بیشتر میکروارگانیسم‌ها در سیستم و افزایش کارایی فرآیندهای بیولوژیکی است. تنظیم مناسب SRT برای جلوگیری از انباشت لجن ضروری است.

3. بارگذاری آلی (Organic Loading Rate – OLR)

• توضیح: مقدار مواد آلی ورودی به سیستم نسبت به حجم مخزن.
• اثر: بارگذاری آلی بیش از حد می‌تواند منجر به کاهش کارایی تصفیه و تولید لجن اضافی شود. تنظیم مناسب OLR برای حفظ تعادل سیستم ضروری است.

4. غلظت اکسیژن محلول (Dissolved Oxygen – DO)

• توضیح: میزان اکسیژن محلول در ناحیه آئروبیک.
• اثر: غلظت کافی اکسیژن برای فعالیت باکتری‌های هوازی و تجزیه مواد آلی ضروری است. معمولاً سطح DO باید بین 2 تا 4 میلی‌گرم بر لیتر باشد.

5. pH

• توضیح: میزان اسیدی یا بازی بودن فاضلاب.
• اثر: جهت فعالیت میکروارگانیسم‌ها pH مناسب مابین 6.5 تا 8.5 می‌باشد. pH خارج از این محدوده می‌تواند به فعالیت میکروارگانیسم‌ها آسیب برساند و کارایی تصفیه را کاهش دهد.

6. دمای فاضلاب (Wastewater Temperature)

• توضیح: دمای فاضلاب ورودی به سیستم.
• اثر: دما بر فعالیت میکروارگانیسم‌ها تأثیر می‌گذارد. دماهای پایین‌تر از 10 درجه سانتی‌گراد می‌توانند فعالیت بیولوژیکی را کاهش دهند، در حالی که دماهای بالاتر از 35 درجه سانتی‌گراد می‌توانند منجر به مرگ میکروارگانیسم‌ها شوند.

7. میزان برگشت لجن (Sludge Recirculation Rate)

• توضیح: نسبت لجن برگشتی به ناحیه انوکسیک و هوازی.
• اثر: برگشت مناسب لجن برای حفظ غلظت میکروارگانیسم‌ها و کارایی بالای فرآیند تصفیه ضروری است.

8. کدورت (Turbidity)

• توضیح: میزان ذرات معلق در فاضلاب.
• اثر: کدورت بالا می‌تواند نشان‌دهنده وجود ذرات معلق زیاد باشد که ممکن است باعث مشکلاتی در فرآیند ته‌نشینی و کیفیت آب تصفیه‌شده شود.

 طراحی و پیاده‌سازی فرآیند تصفیه فاضلاب به روش USBF

طراحی و پیاده‌سازی فرآیند تصفیه فاضلاب به روش USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) نیازمند ملاحظات فنی و مهندسی دقیق است. این فرآیند شامل چندین مرحله است که در زیر به تفصیل توضیح داده شده‌اند:

1. تحلیل نیازمندی‌ها و ارزیابی فنی

• تحلیل کیفیت و کمیت فاضلاب: بررسی نوع و مقدار آلاینده‌ها، حجم فاضلاب و نیازمندی‌های خاص تصفیه.
• تعیین اهداف تصفیه: مشخص کردن استانداردهای خروجی مورد نظر برای آب تصفیه‌شده.

2. طراحی مفهومی سیستم

• انتخاب مکان مناسب: انتخاب محل مناسب برای احداث تصفیه‌خانه با در نظر گرفتن فضای مورد نیاز، دسترسی به منابع آب و انرژی، و تأثیرات زیست‌محیطی.
• تعیین ظرفیت سیستم: محاسبه حجم مخزن‌ها بر اساس حجم روزانه فاضلاب و زمان‌های ماند مورد نیاز (HRT و SRT).

3. طراحی تفصیلی

• طراحی مخازن انوکسیک و آئروبیک:

1. مخزن انوکسیک: طراحی بخش‌های انوکسیک با در نظر گرفتن حجم و زمان ماند مورد نیاز برای فرآیند دنیتریفیکاسیون.
2. مخزن هوادهی: طراحی بخش‌هایهوازی با در نظر گرفتن سیستم‌های هوادهی و تزریق هوا برای تجزیه مواد آلی.
3. طراحی مخزن ته‌نشینی: طراحی بخش ته‌نشینی با در نظر گرفتن نرخ ته‌نشینی لجن و خروج آب تصفیه‌شده.
4. طراحی سیستم هوادهی: انتخاب و طراحی سیستم‌های هوادهی (دیفیوزرها، بلورها) با توجه به نیازهای اکسیژن مخازن هوادهی.
5. طراحی سیستم برگشت لجن: طراحی سیستم برگشت لجن برای حفظ غلظت مناسب لجن فعال در مخازن انوکسیک و هوادهی.

4. تجهیزات و مواد

• انتخاب تجهیزات: انتخاب پمپ‌ها، دیفیوزرها، سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ، و سایر تجهیزات لازم.
• مواد ساختمانی: انتخاب مواد مناسب برای ساخت مخازن و لوله‌کشی‌ها با توجه به مقاومت در برابر خوردگی و عمر مفید.

5. ساخت و اجرا

• ساخت مخازن: احداث مخازن انوکسیک، هوادهی و ته‌نشینی بر اساس نقشه‌های طراحی.
• نصب تجهیزات: نصب پمپ‌ها، دیفیوزرها، سیستم‌های هوادهی و برگشت لجن، و تجهیزات کنترل و مانیتورینگ.
• راه‌اندازی اولیه: تست و تنظیم اولیه سیستم برای اطمینان از عملکرد صحیح تجهیزات و فرآیندها.

6. راه‌اندازی و بهره‌برداری

• آغاز به کار: راه‌اندازی سیستم و آغاز به کار فرآیند تصفیه.
• کنترل و نظارت: پایش مداوم پارامترهای کلیدی مانند HRT، SRT، DO، pH، و دما برای بهینه‌سازی عملکرد.
• نگهداری و تعمیرات: برنامه‌ریزی و اجرای نگهداری‌های دوره‌ای و تعمیرات لازم برای اطمینان از عملکرد بهینه و طول عمر سیستم.

سخن پایانی

در پایان، می‌توان گفت که فرآیند تصفیه فاضلاب به روش USBF با استفاده از ترکیبی مناسب از فرآیندهای انوکسیک و آئروبیک، می‌تواند به یکی از بهترین و کارآمدترین روش‌ها برای حذف آلاینده‌ها از فاضلاب تبدیل شود. این روش با ارائه مزایایی از جمله کاهش هزینه‌ها، بهبود کیفیت آب تصفیه‌شده، و کاهش تولید لجن، نقش مهمی در حفظ محیط زیست و بهبود کیفیت زندگی انسان‌ها ایفا می‌کند. با رعایت پارامترهای اساسی و انجام مناسب طراحی، اجرا و نگهداری، می‌توان به بهره‌وری بالا و عملکرد بهینه این سیستم دست یافت.