پس از هر فرایندی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب موادی باقی می‌ماند که دیگر هیچ ارتباطی با خروجی نهایی ندارد و در واقع محصول جانبی فرایند تصفیه است. لجن فاضلاب در حالت جامد و نیمه جامد تولید میشود و به صورت لجن اولیه و لجن ثانویه وجود دارد. باوجوداینکه لجن فاضلاب به عنوان پسماند تصفیه خانه به شمار می‌آید؛ اما دارای کاربردهایی است که در این مقاله بیشتر درباره آن‌ها صحبت خواهیم کرد.
لجن چیست؟
لجن فاضلاب، پسماندهای جامد، نیمه‌جامد یا دوغابی هستند که به عنوان محصولات جانبی فرایندهای تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه های تولید میشود. این مواد، دارای انواع آلاینده های آلی، میکروارگانیسم ها، مواد معدنی، فلزات سنگین و غیره است که در طی مراحل مختلف تصفیه، از جریان فاضلاب جدا شده است. لجن فاضلاب، به عنوان جامدات زیستی شناخته میشود و در بخش ها و مراحل گوناگون فرایند تصفیه، شامل ته نشینی اولیه، تصفیه بیولوژیکی و زلال سازی ثانویه تشکیل میگردد.
همچنین در برخی شرایط به منظور افزایش سرعت تصفیه فاضلاب، از لجن مازاد سایر تصفیه خانه ها به عنوان منبع غذایی میکروارگانیسم ها در واحدهای تصفیه بیولوژیکی استفاده میشود. با توجه به اهمیت کیفیت لجن بیولوژیکی ای که به منظور افزایش کیفیت تصفیه به تصفیه خانه فاضلاب اضافه میشود، توجه و شناخت کافی در خصوص انواع لجن فاضلاب، حائز اهمیت میباشد.
انواع لجن فاضلاب چیست؟
لجن فاضلاب بسته به فرایند تولید آن و مرحله ای که در آن تولید میشود، کیفیت و انواع متفاوتی دارد. این ماده، به صورت جامد و نیمه جامد تولید میشود و بخشی از محصولات جانبی تصفیه خانه های آب و فاضلاب را تشکیل میدهد.
هر یک از مراحل تصفیه های فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی میتواند لجن تولید کند، لیکن در یک دسته بندی کلی انواع لجن فاضلاب به دو دسته لجن اولیه و لجن ثانویه تقسیم میشود.
1. لجن اولیه فاضلاب
لجن اولیه در مراحل اولیه تصفیه فاضلاب شامل ته نشینی اولیه، رسوب گذاری شیمیایی و غیره به دست می آید. در مراحل اولیه تصفیه، فاضلاب به واحدهای ته نشینی یا رسوب گذاری هدایت میشود که به دلیل سرعت کم، مواد معلق و جامدات ریز و درشت فاضلاب در کف مخازن و حوضچه ها ته نشین میگردد. این مواد به مرور زمان، تشکیل لایه ای از لجن میدهند که دارای مواد آلی و رطوبت بالا میباشد.
2. لجن ثانویه فاضلاب
لجن ثانویه، عمدتا ناشی از فرایندهای بیولوژیکی است که در آن باکتری ها و میکروارگانیسم های هوازی یا بیهوازی به تجزیه مواد آلی می پردازند.لجن ناشی از این مراحل، شامل مواد آلی تجزیه شده به همراه زیست توده میکروبی میباشد که به صورت مواد زائد از جریان فاضلاب جدا و در واحد های ته نشینی ثانویه، تجمع می یابند. در برخی تصفیه خانه ها، لجن اولیه به همراه فاضلاب، به مراحل بعدی تصفیه منتقل شده و بر اثر فرایندهای تصفیه، به لجن ثانویه تبدیل میشوند.
تفاوت لجن اولیه با لجن ثانویه فاضلاب چیست؟
لجن اولیه و ثانویه در مشخصات ظاهری و کیفی متفاوت است. برای مثال، لجن اولیه دارای مواد معالق جامد و ذرات بزرگ است و رنگ آن به طور کلی معمولا خاکستری روشن یا متمایل به زرد میباشد. لجن ثانویه با توجه به ماهیت خود که ناشی از فرایندهای تصفیه هوازی، بیهوازی یا شیمیایی است، شامل میکروارگانیسم ها، باکتری ها و گاهی فلزات سنگین و مواد شیمیایی میباشد و از نظر مدیریت لجن، سخت تر آبگیری میشود. این در حالی است که لجن اولیه به دلیل ساختار فیزیکی خود، قابلیت آبگیری بیشتری دارد و پس از آبگیری، کیک لجن با درصد رطوبت پایین تری به دست می آید که موجب سهولت دفع یا دفن آن میشود.
دسته بندی های دیگر لجن فاضلاب
علاوه بر لجن اولیه و ثانویه که در مراحل اصلی تصفیه فاضلاب تشکیل میشوند، لجن فاضلاب انواع دیگری دارد که در ادامه به معرفی آن میپردازیم.
1. لجن شیمیایی
لجن شیمیایی، حاصل فرایندهای شیمیایی تصفیه فاضلاب است و در آن مواد شیمیایی شامل انواع منعقدکننده ها (مانند سولفات آلومینیوم یا کلرید آهن) و کمک منعقدکننده ها وجود دارند. این نوع لجن نسبت به لجن اولیه و ثانویه، مواد آلی کمتری دارد و بیشتر حاوی مقادیر بالایی از مواد غیرآلی شامل فلزات و نمک ها میباشد و به دلیل ترکیبات شیمیایی خاص، دارای مدیریت پیچیده تری است.
2. لجن فعال (Activated Sludge)
لجن فعال که گاهی به عنوان زیرمجموعه لجن ثانویه دسته بندی میشود، نوعی از لجن بیولوژیکی است که که به دلیل فرایند خاص تولید آن (سیستم های لجن فعال) از توده های میکروبی شامل باکتری ها، قارچ ها و پروتوزوئرها تشکیل شده است. کاربرد این لجن، تجزیه مواد آلی در حضور اکسیژن است و میتواند به اضافه شدن به یک واحد تصفیه بیولوژیکی، سرعت و راندمان فرایند تصفیه را افزایش دهد. لجن فعال، دارای رطوبت بالا بوده و معمولا نیاز به تثبیت بیشتری دارد.
3. لجن هضم‌شده (Digested Sludge)
این لجن، حاصل از فرایند هضم هوازی یا بیهوازی لجن اولیه یا ثانویه است. هدف از هضم لجن، تثبیت آن و حذف یا غیرفعال کردن مواد آلی لجن است. این فرایند در هضم بیهوازی در غیاب اکسیژن بوده و موجب تولید گاز متان میشود و در هضم هوازی در حضور اکسیژن صورت میگیرد.
لجن هضم شده، پایدار تر، با بو و عوامل بیماری زای کمتر بوده و به همین دلیل، برای استفاده در کشاورزی یا دفع در طبیعت مناسب تر میباشد.
4. لجن ثالثیه (Tertiary Sludge)
لجن ثالثیه، حاصل مراحل پیشرفته یا تکمیلی تصفیه فاضلاب مانند فرایند های غشایی، جذب شیمیایی یا روش های پیشرفته بیولوژیکی میباشد که هدف از آن حذف مواد مغذی خاص مانند نیتروژن و فسفر است. این لجن، حجم کمتری نسبت به لجن های اولیه و ثانویه دارد و معمولا دارای ترکیبات خاصی است که وابسته به نوع فرایند تصفیه بوده و به همین دلیل، نیازمند مدیریت خاص لجن میباشد.
5. لجن سپتیک (Septic Sludge)
لجن سپتیک تانک، حاصل سیستم ها سپتیک بوده و نتیجه تجزیه بیهوازی فاضلاب خانگی میباشد. این لجن دارای مواد آلی زیاد، بوی تند و گاهی پاتوژن های فراوان است.
شناخت کاربرد لجن فاضلاب
استفاده از لجن فاضلاب، چه به‌صورت خام و چه تصفیه‌شده، میتواند هزینه‌های دفع را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد. این ماده به دلیل دارا بودن نیتروژن، فسفر و مواد آلی، بخشی از نیازهای تغذیه‌ای محصولات کشاورزی را تأمین میکند.
مواد آلی موجود در لجن همچنین ظرفیت نگهداری آب و ساختار خاک را بهبود می‌بخشد، به‌ویژه زمانی که به‌صورت کیک لجن آبگیری‌شده استفاده شود. در بسیاری از جوامع، از لجن تصفیه‌شده به‌عنوان کود در زمین‌های کشاورزی بهره‌برداری میشود. در ادامه به معرفی انواع کاربرد لجن فاضلاب میپردازیم.
✔ استفاده به‌عنوان کود و بهبود دهنده خاک در کشاورزی
لجن فاضلاب به دلیل دارا بودن مواد آلی و مواد مغذی مانند فسفر و نیتروژن، به خصوص پس از تثبیت و هضم میتواند به عنوان کود یا بهبود دهند خاک در کشاورزی استفاده شود. این مسئله میتواند نیاز به استفاده از کودهای شمیایی را کاهش دهد. این کاربرد، موجب حاصلخیزی خاک، بهبود ظرفیت نگهداری آب و کاهش هزینه های دفع لجن میشود.
باید توجه شود که به دلیل احتمال وجود فلزات سنگین یا پاتوژن ها در لجن، این ماده قبل از استفاده به عنوان کود، نیازمند کنترل دقیق و رعایت استانداردهای زیست محیطی میباشد.
✔ تولید انرژی
هضم بیهوازی لجن اولیه و ثانویه، منجر به تولید گاز متان شده که به بیوگاز شناخته میشود. بیوگاز، سوخت مورد استفاده در تولید برق یا گرما میباشد. لجن هضم نشده با توجه به دارا بودن مواد آلی بیشتر، انتخاب مناسب تری برای تولید بیوگاز است.
همچنین لجن خشک شده میتواند به عنوان سوخت جایگزین در کوره های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. ارزش حرارتی این نوع از لجن، 10 تا 20 مگاژول بر کیلوگرم بوده و گزینه مناسبی برای سوزاندن میباشد.
از مزایای کاربرد لجن به عنوان منبع انرژی میتوان به کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی، تولید انرژی تجدید پذیر و مدیریت پایدار پسماند اشاره کرد.
✔ استفاده در صنعت سیمان و مصالح ساختمانی
لجن خشک‌شده میتواند به‌عنوان سوخت جایگزین در کوره‌های سیمان استفاده شود و خاکستر حاصل از آن در ساختار سیمان (کلینکر) تثبیت گردد. همچنین، برخی از اجزای معدنی لجن در تولید آجر یا سایر مصالح ساختمانی کاربرد دارند.
برای این کاربرد، لجن فاضلاب باید به طور کامل آبگیری و خشک شود تا رطوبت آن به حداقل برسد. دمای بالای کوره‌ها (حدود 1400 درجه سانتی‌گراد) مواد آلی را به طور کامل از بین برده و مواد معدنی را بازیافت میکند.
از مزایای استفاده از لجن در صنعت سیمان میتوان به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نسبت به زغال‌سنگ، حل مشکل دفع لجن و استفاده از خاکستر در محصول نهایی اشاره کرد.
✔ احیای زمین و بازسازی خاک
لجن فاضلاب میتواند در احیای زمین های تخریب شده به عنوان ماده بهبود دهنده خاک مورد استفاده قرار گیرد. این مسئله به بازسازی ساختار خاک و افزایش پوشش گیاهی کمک میکند. باید توجه شود که لجن مورد استفاده، میبایست عاری از آلاینده مضر بوده، تثبیت شده باشد و آزمایشات خاک و لجن را برای اطمینان از عدم آلودگی زیست محیطی پشت سر گذاشته باشد.
✔ تولید کمپوست
لجن فاضلاب میتواند از طریق اختلاط با مواد آلی دیگر مانند ضایعات کشاورزی، در فرایند کمپوست سازی به کمپوست با کیفیت تبدیل شود. این فرایند، شامل تجزیه هوازی مواد آلی توسط میکروارگانیسم‌ها بوده و میتواند موجب کاهش پسماند و تولید محصولاتی سرشار از مواد مغذی برای باغبانی و کشاورزی شود.
✔ استفاده در تولید محصولات صنعتی (مانند بیوپلاستیک)
از جدیدترین کاربردهای لجن فاضلاب است که در حال حاضر در مرحله تحقیقاتی بوده و مشخص شده است، لجن فاضلابی که حاوری زیست توده میکروبی بالایی باشد، میتواند منبعی برای تولید بیوپلاستیک یا سایر محصولات زیست فناوری باشد.
در این فناوری، لجن فعال موجب تولید پلیمرهایی مانند پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات (PHA) میباشد که در ساخت پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر استفاده میشوند. این کاربرد، موجب کاهش وابستگی به پلاستیک های نفتی شده و روشی نوین در مدیریت پسماند است؛ اگرچه نیازمند صرف هزینه بالا و به کارگیری فناوری پیشرفته میباشد.
روش های تصفیه لجن چیست؟
تصفیه و دفع لجن فاضلاب از عوامل کلیدی در طراحی و بهره‌برداری از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب میباشد. اهداف اصلی تصفیه لجن، کاهش حجم و تثبیت مواد آلی است. لجن تثبیت‌شده بوی نامطبوع نداشته و میتوان آن را بدون ایجاد خطرات بهداشتی و آلودگی زیست محیطی مدیریت کرد.
کاهش حجم لجن همچنین هزینه‌های انتقال و ذخیره‌سازی را به حداقل می‌رساند. اصلی ترین روش‌های تصفیه لجن شامل فرآیندهای تغلیظ، هضم و آبگیری است.
1. تغلیظ
تغلیظ، معمولاً اولین مرحله در مدیریت لجن است، زیرا مدیریت لجن رقیق و دوغابی سخت تر و زمانبر تر میباشد. این فرآیند اغلب در واحدهای تغلیظ گرانشی صورت میپذیرد و میتواند حجم لجن را به کمتر از نصف مقدار اولیه آن کاهش دهد.
2. هضم لجن
هضم لجن، فرآیندی بیولوژیکی است که مواد آلی را به مواد پایدارتر تبدیل میکند. این روش جرم مواد جامد را کاهش میدهد، پاتوژن ها، باکتری ها و عوامل بیماری‌زا را از بین می‌برد و موجب تسهیل آبگیری یا خشک کردن لجن میشود.
3. آبگیری لجن
لجن هضم‌شده معمولاً پیش از دفع، آبگیری میشود. لجن آبگیری‌شده همچنان تا 70 درصد رطوبت دارد، اما مانند ماده جامد رفتار میکند و دیگر خاصیت مایع ندارد.
روش دفع لجن
دفع در زمین، بهترین گزینه برای لجن های تصفیه شده است. همچنین لجن تثبیت شده میتواند در زمین‌های کشاورزی پخش گردد تا به‌عنوان کود و بهبوددهنده خاک استفاده شود. با این حال، به دلیل احتمال وجود مواد شیمیایی سمی، از دفع آن در زمین‌های کشت محصولات خوراکی خودداری میشود.
سخن پایانی
در این مقاله، توضیح دادیم که لجن چیست و انواع لجن فاضلاب، کاربردها و روش‌های تصفیه آن را بررسی کردیم. مدیریت لجن، یکی از مهمترین مراحل تصفیه فاضلاب است و معمولا بخش قابل توجهی از هزینه های تصفیه خانه را به خود اختصاص میدهد. در صورت عدم مدیریت صحیح لجن فاضلاب، مخاطرات بهداشتی آن میتواند موجب بیماری زایی، آلودگی زیست محیطی و افزایش هزینه های انتقال و دفع لجن را به همراه داشته باشد.
