وجود نیتروژن در فاضلاب تخلیه شده به منابع آبی، مشکلات گسترده ای را ایجاد می‌کند. این مشکلات شامل آسیب به اکوسیستم های آبی از طریق ایجاد پدیده اوتروفیکاسیون و ایجاد اخلال در حیات آبزیان، آلوده کردن آب آشامیدنی با ترکیبات نیتروژن دار مانند نیترات (NO₃⁻) و سرطان زایی می‌باشد. به همین دلیل، سازمان های قانون گذار در حیطه محیط زیست، محدودیت هایی را برای مقدار نیتروژن تخلیه شده در طبیعت، وضع می‌کنند. کاهش یا حذف نیتروژن از فاضلاب، نیازمند روش های توسعه یافته؛ مانند فرایند MLE می‌باشد که در ادامه این مقاله به معرفی و کاربرد تصفیه فاضلاب به روش MLE می‌پردازیم.
تصفیه فاضلاب به روش MLE چیست؟
یکی از فرایندهای بیولوژیکی جهت حذف نیتروژن، فرایند MLE یا Modified Ludzack-Ettinger می‌باشد. این فرایند، به منظور حذف هم‌زمان نیتروژن و مواد آلی در تصفیه فاضلاب از فرایند Ludzack-Ettinger توسعه یافته است.
فرایند MLE یک روش بیولوژیکی دو مرحله ای است که دارای دو واحد آنوکسیک و هوازی می‌باشد. واحد آنوکسیک که بدون اکسیژن آزاد است، فاضلاب را از واحد هوازی که دارای نیترات می‌باشد، دریافت کرده و آن را به وسیله باکتری های هتروتروفیک و در حضور منبع کربن، به نیتروژن گازی تبدیل می‌کند و سپس این گاز از پساب، خارج می‌شود. فرایند تبدیل نیترات به نیتروژن، دنیتریفیکاسیون (Denitrification) نام دارد. این در حالی است که فاضلاب دارای نیترات، پیش از برگشت به واحد آنوکسیک، از طریق فرایند هوازی نیتریفیکاسیون (Nitrification)، آمونیاک خود را به وسیله باکتری های نیتریفای کننده (Nitrobacter) به نیترات تبدیل کرده است. در شکل زیر، شمای کلی تصفیه فاضلاب به روش MLE نمایش داده شده است.
محصول پیشنهادی: خرید پکیج تصفیه فاضلاب
کاربرد تصفیه فاضلاب به روش MLE
روش اصلاح شده لودزاک – اتینگر (MLE) به منظور حذف بیولوژیکی نیتروژن، به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربرد تصفیه فاضلاب به روش MLE در کاهش میزان آمونیاک، نیترات و مواد آلی است و در موارد زیر استفاده می‌شود.
- تصفیه فاضلاب شهری
- تصفیه فاضلاب صنعتی
- تصفیه فاضلاب کشاورزی و دامداری
- تصفیه شیرابه زباله‌های دفن‌شده
- تصفیه رواناب ناشی از بارندگی در سیستم‌های فاضلاب مشترک
- استفاده از پساب تصفیه‌شده در پروژه‌های بازیافت آب
اساس کار و عملکرد فرآیند MLE به این صورت است که آمونیاک در حوضچه هوازی، توسط باکتری های اکسید کننده آمونیاک به نیتریت اکسید شده و سپس نیتریت توسط باکتری های اکسید کننده نیتریت به نیترات تبدیل می‌شود. این دو واکنش که توسط باکتری های هوازی صورت می‌گیرد، نیتریفیکاسیون نامیده می‌شود. این واکنش ها را می توان به صورت زیر بیان کرد.
سپس نیترات در شرایط بدون اکسیژن (آنوکسیک) با استفاده از مواد آلی به عنوان اهداکننده الکترون به گاز نیتروژن تبدیل می‌شود و این فرآیند نیترات زدایی یا دنیتریفیکاسیون نامیده می‌شود. هنگام استفاده از ماده آلی در فاضلاب به عنوان دهنده الکترون، واکنش به صورت زیر بیان می‌شود:
چه عواملی در راندمان تصفیه فاضلاب به روش MLE مؤثر هستند؟
عملکرد فرایند تصفیه MLE در گرو رعایت عواملی است که مجموعاً موجب حذف نیتروژن و ماده آلی می‌شود. در ادامه به معرفی این عوامل می‌پردازیم:
- نسبت کربن به نیتروژن (C/N): این نسبت به این دلیل اهمیت زیادی دارد که باکتری های هتروتروف به BOD کافی برای تبدیل نیترات به نیتروژن نیاز دارند.
- نرخ چرخش داخلی (R): فرایند MLE برای حذف نیترات، نیاز به دریافت مایع مخلوط (mixed liquor) غنی از نیترات دارد.
- غلظت اکسیژن محلول (DO): حفظ سطح اکسیژن محلول در محدود 2 الی 3 میلیگرم در لیتر در واحد هوازی و کمتر از 0.2 میلیگم در لیتر در واحد آنوکسیک به منظور حفظ کارایی فرایند
- قلیائیت و pH: فرایند نیتریفیکاسیون در واحد هوازی، قلیائیت را مصرف می‌کند و pH را کاهش می‌دهد که می‌تواند فعالیت باکتری ها را مهار کند.
- زمان ماند هیدرولیکی (HRT) و زمان ماند لجن (SRT): زمان ماند هیدرولیکی به دلیل انجام فرایند نیتریفیکاسیون، مناسب سازی شود. همچنین زمان ماند لجن باید به گونه ای طراحی شود تا باکتری های نیتریفایر فرصت رشد و نمو داشته باشند.
- دما: محدوده دمایی بهینه 15-30 درجه سانتی گراد تا حفظ می‌شود تا فرایند نیتریفیکاسیون به درستی صورت گیرد.
- کنترل سمیت و ترکیبات بازدارنده: در صورت وجود مواد سمی مانند فلزات سنگین یا مواد شیمیایی، ممکن است نیاز به واحد پیش تصفیه باشد.
- ته نشینی و مدیریت لجن: عملکرد نامناسب واحد ته نشینی می‌تواند باعث حجیم شدن لجن و کاهش راندمان تصفیه شود.
محصول پیشنهادی: فیلتر پرس
مزایای تصفیه فاضلاب به روش MLE
از مزایای تصفیه فاضلاب به روش MLE می‌توان موارد زیر را برشمرد:
- کنترل و بهره برداری فرآیند MLE نسبتا آسان است.
- به دلیل مصرف نیترات جهت دریافت اکسیژن، نیاز به اکسیژن را کاهش می‌دهد.
- می‌تواند 6 تا 8 میلی گرم در لیتر نیتروژن کل را حذف کند.
- قابلیت ارتقا بوسیله هوادهی متناوب برای حذف فسفر و نیتروژن بیشتر دارد.
معایب تصفیه فاضلاب به روش MLE
فرایند MLE همچنان که دارای مزیت های فراوانی در حذف بیولوژیکی نیتروژن است، معایب و محدودیت هایی دارد که در ادامه به آن اشاره می‌کنیم:
- مصرف بالای انرژی: به دلیل نیاز به هوادهی و نیاز به پمپاژ گردش داخلی فاضلاب
- وابستگی به منبع کربن: نیاز فرایند دنیتریفیکاسیون به منبع کربن در شرایطی که ماده زیست تخریب پذیر کمی در فاضلاب وجود داشته باشد، هزینه های تأمین منبع کربنی را به همراه دارد.
- اشغال زیاد فضا: به دلیل استفاده از دو حوضچه هوازی و آنوکسیک نسبت به برخی روش ها، فضای بیشتری را اشغال می‌کند.
- حساسیت به تغییرات محیط: تغییرات دمایی، قلیائیت یا ورود مواد سمی به تصفیه خانه، می‌تواند عملکرد آن را به طور قابل توجهی با مشکل روبرو سازد.
- خطر تجمع نیترات در پساب خروجی: اگر نرخ گردش داخلی پایین باشد، نیترات به‌طور کامل حذف نمی‌شود و ممکن است مقدار آن در پساب خروجی بیش از حد مجاز باشد.
- مشکلات مربوط به مدیریت لجن: فرایند MLE حجم زیادی لجن بیولوژیکی تولید می‌کند که نیاز به مدیریت مؤثر دارد.
- محدودیت در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی با غلظت نیتروژن بالا: برای فاضلاب‌هایی که دارای مقادیر بسیار بالای نیتروژن هستند، روش MLE ممکن است گزینه مناسبی نباشد.
محصول پیشنهادی: آب شیرین کن صنعتی
طراحی و ساخت تصفیه فاضلاب به روش MLE
طراحی و ساخت تصفیه فاضلاب به روش MLE نیازمند دانش کافی و آگاهی از جوانب مختلف این فرایند می‌باشد. روش MLE یکی از روش های متداول به منظور حذف نیتروژن از طریق فرایند بیولوژیکی است که از ترکیب نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون استفاده می‌کند. واحدهای اصلی سیستم تصفیه به روش MLE به شرح زیر می‌باشد:
- ناحیه بی‌هوازی (Anoxic Zone) – دنیتریفیکاسیون
- ناحیه هوازی (Aerobic Zone) – نیتریفیکاسیون
- سیستم گردش داخلی (Internal Recirculation – IR)
- ته نشینی ثانویه (Secondary Clarifier)
سخن پایانی
حذف نیتروژن از فاضلاب هایی که مقادیر بالاتر از سطح استاندارد دارند، یکی از مراحل مهم تصفیه فاضلاب است. زیرا، این ماده مغذی می‌تواند اثرات منفی بر زندگی آبزیان، گیاهان و در نهایت انسان داشته باشد. تصفیه فاضلاب به روش MLE یکی از متداول‌ترین روش های حذف بیولوژیکی نیتروژن از فاضلاب است که راندمان بالایی در عملکرد، کاهش هزینه های عملیاتی و دستیابی به استانداردهای زیست محیطی دارد. به منظور دستیابی به نتایج مورد نظر در استفاده از این روش، رعایت پارامترهای طراحی، استفاده از تجهیزات با کیفیت و درک فلسفه تصفیه و کنترل عملیات، اهمیت زیادی دارد. پارامترهای کلیدی طراحی در فرایند MLE شامل نسبت گردش داخلی، کنترل هوادهی و مدیریت لجن می‌باشد.
