نکاتی در مورد تصفیه فاضلاب به روش SBR

[majid8890]

[RIGHT][HIGHLIGHT=#ffffff]تصفیه فاضلاب به روش SBR چیست؟
Sequencing Batch Reactors .SBR[/HIGHLIGHT][/RIGHT]
[RIGHT][HIGHLIGHT=#ffffff]سیستم راکتورهای ناپیوسته متوالی

تصفیه فاضلاب به روش راکتور متوالی منقطع (SBR) یک سیستم لجن فعال پر و خالی شونده برای تصفیه فاضلاب می‌باشد. در این سیستم تصفیه فاضلاب ،‌ فاضلاب جهت تصفیه به یک راکتور منقطع واحد منتقل می‌گردد تا اجزای نامطلوب آن حذف گردد و سپس فاضلاب تخلیه می‌گردد. متعادلسازی، هوادهی و زلال‌سازی همگی می‌تواند با بکارگیری یک واحد راکتور منقطع حاصل شوند. جهت بهینه‌سازی عملکرد سیستم دو یا چند راکتور منقطع در توالی عملکردها تعبیه می‌گردد. سیستمهای SBR به طور موفقیت‌آمیزی برای تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی به کار رفته‌اند. این روشها در تصفیه فاضلابهای با جریان متناوب و یا جریان کم نقش منحصر به فردی دارند.
بر خلاف آنچه تصور می‌شود،‌ فرآیندهای منقطع پر و خالی نظیر SBR روشی نیست که در مقطع فعلی پیشرفت نموده باشد. بین سالهای ۱۹۱۴ الی ۱۹۲۰ سیستمهای مختلف پر و خالی در حال کار بودند. علاقه‌مندی به سیستمهای SBR در اواخر دهه ۱۹۵۰ و اوایل دهه ۱۹۶۰ مجدداً رونق گرفت که علت آن پیشرفت دستگاه‌ها و تکنولوژیهای جدید بود. پیشرفت در تجهیزات هوادهی و سیستمهای کنترل به سیستم SBR اجازه داد تا به طور موفقیت‌آمیزی با سیستم لجن فعال متعارف رقابت نماید.
فرآیند واحد تصفیه فاضلاب SBR و لجن فعال متعارف هر دو به یک صورت می‌باشد. گزارش سال ۱۹۸۳ آژانس محیط زیست آمریکا این واقعیت را با جمله زیر بیان داشت:
سیستم تصفیه فاضلاب SBR با سیستم لجن فعال متعارف اختلافی ندارد جز آنکه این سیستم به جای آنکه با فضا عمل نماید، با زمان عمل می‌نماید.
تفاوت بین دو تکنولوژی در این است که سیستم تصفیه فاضلاب SBR با یک کنترل توالی زمان، عملیات متعادل‌سازی، تصفیه بیولوژیکی و زلال‌سازی ثانویه را در یک حوضچه انجام می‌دهد. این مدل از راکتورها، عملاً زلال‌سازی اولیه را نیز در خود شامل می‌شوند.
در یک سیستم لجن فعال متعارف، فرآیندهای فوق هر یک بایستی در مخزنی جداگانه صورت پذیرند.
یک روش اصلاح شده تصفیه فاضلاب SBR سیستم هوادهی ممتد سیکل تناوبی (ICEAS) می‌باشد. در سیستم ICEAS ، فاضلاب ورودی به طور یکنواخت وارد راکتور می‌گردد. در حقیقت این فرآیند در مقایسه با سیستمهای SBR متعارف، یک سیستم منقطع حقیقی نمی‌باشد.
ساختار طراحی سیستمهای تصفیه فاضلاب SBR و ICEAS از جهات دیگر بسیار شبیه به یکدیگر می‌باشد.
شرح یک تصفیه‌خانه که با سیستم تصفیه فاضلاب به روش SBR عمل می‌نماید:
معمولاً فاضلاب ورودی قبل از اینکه وارد مخزن SBR بگردد از یک آشغالگیر و دانه‌گیر عبور می‌نماید. سپس فاضلاب وارد یک راکتور نیمه پر می‌گردد که شامل توده جرمی باقیمانده از سیکل قبلی می‌گردد. هنگامیکه راکتور پر می‌باشد،‌ مشابه یک سیستم لجن فعال متعارف عمل می‌نماید اما بدون یک جریان پیوسته ورودی یا خروجی، هنگامیکه توده جرمی ته‌نشین می‌گردد و مواد آلی فاضلاب توسط میکرو ارگانیسم‌ها مصرف می‌شود،‌ زمانی است که واکنش‌های بیولوژیکی کامل گشته‌اند و دیگر نیازی به هوادهی و اختلاط نمی‌باشد. توده جرمی اضافی در هر زمان در طول سیکل به دور ریخته می‌شود. با نگهداشتن و تنظیم نسبت ماده آلی به توده جرمی در هر سیکل میزان لجن دفعی مازاد مشخص می‌گردد. در سیستمهای لجن فعال متعارف پیوسته، نسبت ماده آلی به توده جرمی با بازگشت لجن از مخزن ته‌نشینی تنظیم می‌گردد که میزان آن وابسته به میزان فاضلاب ورودی و مشخصات و غلظت مواد در حوضچه ته‌نشینی و عوامل دیگر می‌باشد. پس از واحد SBR، توده فاضلاب وارد یک مخزن متعادلسازی می‌گردد تا جهت فرآیندهای بعدی بتوانیم با نرخ جریان ثابتی فاضلاب را وارد سیستم نماییم. در برخی حالات، فاضلاب جهت حذف جامدات اضافی از فیلتر عبور داده می‌شود و سپس ضد عفونی می‌گردد.
در سیستمهای تصفیه فاضلاب SBR به پمپهای بازگشت لجن فعال و پمپهای لجن اولیه که در سیستمهای لجن فعال متعارف نیاز است، احتیاجی نمی‌باشد. در سیستم SBR معمولاً تنها یک لجن برای دفع وجود دارد. لزوم وجود تغلیظ‌کننده‌های ثقلی قبل از هاضم‌ها بسته به خصوصیات لجن، در هر مورد فاضلاب بایستی بررسی گردد.
یک سیستم SBR به هنگام ورود فاضلاب به داخل آن به عنوان یک سیستم متعادل‌ساز عمل می‌نماید که این امر سیستم را قادر می‌سازد تا بارگذاریها و نیز ورودیهای ماکزیمم را که به صورت منقطع وارد می‌شوند،‌ متعادل نماید. در بسیاری از سیستم‌های لجن فعال متعارف، جهت حفاظت سسیتم بیولوژیکی از جریان ماکزیمم که ممکن است باعث شستن و خارج کردن توده جرمی گردد و یا حفاظت سیستم بیولوژیکی از ماکزیمم بارگذاری که ممکن است فرآیند تصفیه را دچار مشکل نماید از یک مخزن متعادلسازی جداگانه استفاده می‌گردد.
همچنین بایستی توجه گردد که زلال‌ساز اولیه جهت تصفیه فاضلابهای شهری قبل از واحد SBR معمولاً مورد نیاز نمی‌باشد. در تمام تصفیه‌خانه‌های لجن فعال متعارف، زلال‌سازهای اولیه قبل از سیستمهای بیولوژیکی به کار گرفته می‌شوند. هر چند که توسط سازندگان سیستمهای SBR پیشنهاد می‌گردد که هر گاه مجموع جامدات معلق T.S.S و یا میزان اکسیژن‌خواهی بیوشیمیایی (BOD) بیشتر از ۴۰۰ الی ۵۰۰ میلی‌گرم در لیتر باشد از زلال‌سازهای اولیه استفاده گردد. جهت طراحی بهتر است که از اطلاعات ذخیره شده از پروژه‌های مختلف و نیز اطلاعات سازندگان استفاده گردد و سپس حوضچه زلال‌سازی اولیه و متعادل‌سازی برای سیستم‌های SBR در فاضلابهای شهری و صنعتی تعبیه گردد.
متعادل‌سازی بسته به آنکه فرآیند پس از SBR چه باشد، ممکن است لازم شود. در صورتیکه قبل از فیلتر نمودن فاضلاب از مخزن متعادل‌سازی استفاده نگردد. بایستی فیلتر را طوری طراحی نمود تا قابلیت تحمل و تصفیه فاضلاب عمده خارج شده از سیستم SBR را داشته باشد. طراحی فیلتر به نحوی که سطح بستر آن قابلیت تحمل ورود فاضلاب منقطع ماکزیمم را داشته باشد گاهاً امکانپذیر و اقتصادی نمی‌باشد و لذا بهتر است تا از یک متعادل‌ساز استفاده گردد. متعادل‌ساز جداگانه در سیستمهای لجن فعال متعارف معمولاً به کار گرفته نمی‌شود چرا که جریان خروجی معمولاً به صورت پیوسته و ثابت می‌باشد.
کاربرد سیستم های تصفیه فاضلاب SBR:
سیستمهای تصفیه فاضلاب SBR معمولاً برای جریانهای تا ۵ میلیون گالن در روز و یا کمتر کاربرد دارند. فعالیت‌ها و عملیات خاص که برای جریانهای بالاتر از این میزان لازم است معمولاً باعث می‌شود تا استفاده از این سیستمها جهت جریانهای بالاتر چندان مقبول نیفتند.
از آنجایی که این سیستمها نسبتاً جای کمی را اشغال می‌نماید جهت مناطقی که استفاده از زمین محدود است بسیار مناسب می‌باشند. همچنین سیکلهای درون سیستم می‌تواند به راحتی حذف مواد مغذی را که ممکن است در آینده افزایش یابند مورد اصلاح قرار دهد. این امر سیستمهای SBR را نسبت به تغییرات پارامترهای فاضلاب ورودی نظیر میزان مواد مغذی موجود در آن انعطاف‌پذیر می‌سازد. سیستمهای SBR همچنین برای موقعی که فیلتراسیون پس از تصفیه بیولوژیکی مورد نیاز است بسیار اقتصادی و به صرفه می‌باشد.
محاسن و معایب سیستم تصفیه فاضلاب SBR:

برخی محاسن و معایب سیستم‌های تصفیه فاضلاب SBR در زیر بیان شده است:
محاسن سیستم تصفیه فاضلاب SBR:
- متعادل‌سازی،‌ زلال‌سازی اولیه، تصفیه بیولوژیکی و زلال‌سازی ثانویه همگی می‌توانند در یک راکتور واحد بدست آیند.
- انعطاف در عملکرد و کنترل
- حداقل جاگیری
- کاهش هزینه سرانه با حذف واحدهای زلال‌‌ساز و تجهیزات دیگر.
معایب سیستم تصفیه فاضلاب SBR:
- جهت واحدهای تنظیم زمان و کنترل‌ها، در مقایسه با سیستم‌های متعارف، به یک سیستم هوشمندتری نیاز می‌باشد.
- با توجه به کنترلگرهای هوشمند، سوئیچهای اتوماتیک و شیرهای اتوماتیک در مقایسه با سیستمهای متعارف، نگهداری سیستمهای SBR در سطح بالاتری قرار دارد.
- احتمال تخلیه لجن ته‌نشین شده و یا لجن معلق در هنگام مرحله تخلیه و یا آبگیری سیستم تصفیه فاضلاب SBR
- احتمال گرفتن دیفیوزرها در هنگام وقفه‌های سیکل هوادهی که البته به مدل ساخت سازندگان نیز بستگی دارد.
- احتمال نیاز به متعادل‌ساز پس از راکتور SBR که به فرآیندهای بعدی تصفیه‌خانه نیز بستگی دارد.
معیارهای طراحی سیستم تصفیه فاضلاب SBR:
برای طراحی هر تصفیه‌خانه فاضلاب،‌ قدم اول آن است که مشخصات فاضلاب پیش‌بینی شده ورودی و فاضلاب خروجی از سیستم برای سیستم پیشنهادی مشخص شود. پارامترهای فاضلاب ورودی معمولاً شامل موارد زیر می‌گردند:
جریان طراحی، ماکزیمم جریان ورودی PH , T.S.S , BOD5 ، قلیائیت، دمای فاضلاب، کل نیتروژن کجدال (TKN) ، آمونیا- نیتروژن (NH3-N) و فسفر کل (TP) . جهت فاضلابهای صنعتی و خانگی، برخی پارامترهای محلی نیز مورد نیاز می‌باشند.
جهت فاضلاب خروجی بایستی قوانین محلی در نظر گرفته شود. مواردی که در جریان خروجی بایستی رعایت گردند عبارتند از:
T.S.S , BOD5 و کلیفرم فکال، برخی قوانین سخت‌تر موارد زیر را نیز لازم می‌دانند. نیتروژن کل TKN , (TN) و NH3-N و TP . مشخص نمودن پارامترهای فاضلاب خروجی الزامی است، چرا که پارامترهای خروجی بر روی توالی عملیات سیستم SBR تاثیر می‌گذارد. برای مثال: در صورتیکه مواد مغذی و NH3-N و یا TKN نیاز باشد، در آن صورت نیتریفیکاسیون لازم خواهد بود و یا هر گاه در خروجی محدودیت میزان نیتروژن کل (TN) را داشته باشیم، عملیات نیتریفیکاسیون و دینیتریفیکاسیون لازم خواهند بود.
هنگامیکه مشخصات ورودی و خروجی تعیین می‌گردد. مهندس معمولاً برای طراحی با سازندگان سیستمهای SBR مشورت می‌نماید. بر مبنای این معیارها و دیگر پارامترهای محلی مانند دما، پارامترهای طراحی برای سیستم مشخص می‌گردد.
سيستم SBR را ميتوان نوعي روش لجن فعال دانست كه در آن راكتور از فاضلاب پر شده و سپس به تدريج در طي يك سيكل زماني فاضلاب و مواد ته نشين شده تخليه ميگردد در واقع در هر سيستم SBR عمل تصفيه، ته نشيني مواد جامد مايع مخلوط و تخليه مايع روئي در همان مخزن انجام ميگيرد. بنابراين به حوض ته نشيني نهائي و پمپ برگشت لجن فعال نيازي ندارد.
بطور كلي سيستم فرآيند SBR شامل پنج مرحله اصلي مي باشد كه در متن زير به تشريح مراحل خواهيم پرداخت:
الف: پر شدن فاضلاب
هدف از اين مرحله، افزودن سوبستر فاضلاب خام به راكتور مي باشد. با انجام اين مرحله سطح فاضلاب در راكتور كه در انتهاي دوره بهره برداي كاهش يافته و به 25 درصد ظرفيت راكتور رسيده، به يكباره به 100 درصد افزايش مي يابد. چنانكه اين فرآيند در راكتور به صورت زماني كنترل گردد در اين صورت پر شدن راكتور چيزي حدود 25 درصد از سيكل زماني كامل بهره برداري از راكتور شامل خواهد شد.
ب : واكنش
هدف از اين مرحله تكميل واكنشهايي است كه با پر شدن راكتور فاضلاب آغاز گرديده است. معمولاً مرحله واكنش 35 درصد از سيكل زماني كامل بهره برداري از راكتور را شامل ميگردد.
ج: رسوب و ته نشيني
در اين مرحله جداسازي مواد جامد صورت مي گيرد تا بدين طريق فاضلاب تصفيه شده زلال شده، تخليه گردد. فرآيند ته نشيني در اين سيستم به علت ساكن بودن مواد بهتر از سيستم جريان پيوسته ميباشد.
د ـ تخليه فاضلاب خروجي
در حال حاضر مكانيزمهاي مختلف جهت انجام فرآيند خروج فاضلاب وجود دارد كه از آن جمله ميتوان سرريزهاي قابل تنظيم و شناور را نام برد. زمان انجام اين مرحله بين 5 تا 30 درصد از كل سيكل بهرهبرداري مي باشد.
هـ- مرحله سكون
در اين مرحله شرايط لازم براي راكتور جهت تكميل سيكل پر شدن راكتور آماده ميگردد.[/HIGHLIGHT][/RIGHT]
[RIGHT][HIGHLIGHT=#ffffff]1- مباني طراحي در سيستم SBR
در طرح سيستم روش SBR بايد مقادير پارامترهاي بيولوژيكي با حد توصيه شده در مراجع مطابق داشته باشد. لذا واحد مزبور بگونه اي طراحي شود كه مقادير فوق الذكر در راكتور در محدوده توصيه شده باشد.
در جدول زير مقادير مناسب جهت سيستم SBR بر اساس توصيه مراجع مختلف مشخص شده است.[/HIGHLIGHT][/RIGHT]
[RIGHT][HIGHLIGHT=#ffffff]جدول شماره 2-9- جدول مباني طراحي روش SBR بر اساس توصيه مراجع
زمان ماند هيدروليكي (ساعت)بار حجمي كيلوگرم بر مترمربع غلظت MLSS نسبت غذا به میکرواورگانیسم زمان ماندسلولي مرجع
EPA 30-20 3/0-05/0 24/0-08/0 6000-2000 50-12
MECALFEDDY 30-10 1/0-04/0 3/0-1/0 5000-2000 40-15[/HIGHLIGHT][/RIGHT]
[RIGHT][HIGHLIGHT=#ffffff]مراحل طراحي سيستم به روش SBR بشرح زير ميباشد.
1-تعيين مشخصات فاضلاب ورودي و ميزان كيفيت فاضلاب تصفيه شده
2-انتخاب تعداد حوضهاي SBR
3-انتخاب زمان ماند جهت مراحل پر شدن، هوادهي، ته نشيني و تخليه در هر سيكل و انتخاب تعداد سيكل در هر روز
4-انتخاب تعداد كل سيكل در شبانه روز و محاسبه حجم پر شدن در هر سيكل
5-انتخاب غلظت MLSS و محاسبه حجم پر شدن كل تانك، محاسبه عمق تخليه
6-محاسبه زمان ماند براي فرآيند SBR
7-محاسبه مقدار نيتروژن كجلدال(TKN)
8-محاسبه مقدار نيترات بيومس انباشته شده و محاسبه زمان ماند هوادهي
9-محاسبه پمپ لازم جهت انتقال فاضلاب تصفيه شده
10-محاسبه مقدار اكسيژن مورد نياز و انتخاب تعداد و ظرفيت بلوئر طرح
11-محاسبه لجن توليد شده در هر سيكل
12- محاسبه و كنترل مقادير پارامترهاي بيولوژيك نظير F/M و بار حجمي
13- ارزيابي ميزان مواد قليائي مورد نياز[/HIGHLIGHT][/RIGHT]
[RIGHT][HIGHLIGHT=#ffffff]با توجه به حدود توصيه شده مقادير پارامترهاي بيولوژيك در جدول شماره 2-9 و مراحل محاسباتي عنوان شده، ابعاد و مشخصات واحد و تجهيزات مشخص مي گردد.
مزايا و معايب روش SBR
هر سيستم تصفيه فاضلاب داراي مزايا معايب و همچنين دامنه كاربرد خاص مي باشد كه انتخاب فرآيند مناسب در هر طرح مورد مطالعه بايد با توجه به شرايط خاص منطقه طرح و شرايط مرزي و فرآيند انجام گيرد. در متن زير به ذكر تعدادي از مزايا و معايب و شرايط مرزي فرآيند SBR خواهيم پرداخت:
الف – انعطاف پذيري سيستم SBR در مقابل شوك تغيير دبي فاضلاب ورودي به علت اينكه مخزن در حين پر شدن نظير يك حوض متعادل كننده عمل مي نمايد نسبت به روشهاي ديگر لجن فعال بيشتر مي باشد.
ب ـ نظر به اينكه تخليه فاضلاب تصفيه شده به طور متناوب و با محدوديت انجام مي گيرد لذا پساب ممكن است تا زماني كه به حد مناسب نرسيده است تخليه نگردد.
ج- هيچگونه پمپاژ لجن فعال برگشتي در سيستم SBRلازم نيست زيرا همواره مايع مخلوط در راكتور وجود دارد.
د – نظر به اينكه اكسيژن محلول حين مرحله پر شدن نزديك به صفر مي باشد باعث مي گردد يك اكسيژن خواهي شديدي حين مرحله واكنش بوجود آيد، اين امر مي تواند به طريقي با افزايش كارآيي انتقال اكسيژن همان تجهيزات هوادهي امكان پذير باشد.
هـ در روش SBR ميتوان مقدار رشد باكتري رشته اي را با تغيير در استراتژي بهره برداري حين مرحله پر شدن راكتور تحت كنترل در آورد.[/HIGHLIGHT][/RIGHT]
[RIGHT][HIGHLIGHT=#ffffff]معايب روش SBR
الف ـ عملكرد مناسب روش SBR تابع كاركرد صحيح سيستم PLC در نظر گرفته شده در طرح ميباشد. لذا در صورت عملكرد ضعيف PLC در سيستم عملكرد تصفيه با اخلال مواجه خواهد شد.[/HIGHLIGHT][/RIGHT]
[RIGHT][HIGHLIGHT=#ffffff]ب – با توجه به اينكه ميزان اكسيژن مورد نياز روزانه در روش SBR بايد در زمان نسبتاً كوتاهتر نسبت به لجن فعال تامين گردد. لذا مقدار هواي مورد نياز در طي يك ساعت بيش از مقدار مشابه در روشهاي لجن فعال بوده و همين امر باعث مي گردد كه لوئر انتخابي مورد نياز در اين روش نسبت به روش لجن فعال (هوادهي ممتد) قويتر باشد[/HIGHLIGHT][/RIGHT]