تصفیه فاضلاب به روش SBR – راکتور ناپیوسته متوالی – Sequencing Batch Reactor

 

قلب سیستم تصفیه فاضلاب به روش SBR را یک راکتور ناپیوسته متوالی (SBR) تشکیل می دهد. فرآیند آن نوعی فرآیند لجن فعال بوده که تمام فازهای تصفیه بیولوژیکی در یک مخزن اتفاق می افتد. تفاوت اصلی این فرآیند با سایر فرآیندهای متداول لجن فعال در عدم نیاز به مخازن جداگانه برای هوادهی و ته‌نشینی می باشد.

سیستم های تصفیه فاضلاب به روش SBR شامل دو مخزن واکنش می باشد که به صورت موازی عمل می کنند و یا شامل یک مخزن متعادل ساز و یک مخزن واکنش است. نوع مخزن استفاده شده وابسته به خصوصیات جریان فاضلاب ورودی می باشد. تنظیمات و ویژگی های این سیستم به گونه ای می باشد که در آن امکان ورود جریان به صورت پیوسته وجود دارد اما در آن امکان گندزدایی یا نگهداری لجن هوادهی وجود ندارد.

سیستم های تصفیه فاضلاب به روش SBR انواع مختلفی دارند که از جمله آن ها می توان به سیستم های جریان مداوم/زمانی، سیستم های جریان غیرمداوم/زمانی، سیستم های حجمی، سیستم های چرخه متناوب (SBR ای که از هوادهی جت استفاده می کند) و … که بسته به نیاز مشتری و ویژگی‌های مورد نیاز طراحی می شوند، اشاره نمود.

مهمترین نکته در طراحی و انتخاب نوع سیستم تصفیه فاضلاب به روش SBR ویژگی ها و خصوصیات فاضلاب ورودی، نوع نیاز واحد استفاده کننده و کیفیت مورد نیاز خروجی با توجه به قوانین و استانداردهای موجود می باشد. پکیج های تصفیه فاضلاب به روش SBR معمولاً برای دبی های ۳۷ تا ۷۵۰ مترمکعب در روز کاربرد دارند، اما می توان این اعداد را با توجه به نیاز مشتری و متناسب با آن تغییر داد.

همانطور که در شکل بالا ملاحظه می کنید، جریان ورودی فاضلاب پیش از ورود به سیستم تصفیه فاضلاب به روش SBR وارد آشغال گیر تعبیه شده می گردد. سپس فاضلاب درون SBR و توسط مجموعه ای از راکتورهای ناپیوسته تصفیه شده تا به غلظت مورد نیاز خروجی برسد. فاضلاب مازاد و دفعی از SBR به هاضم رفته و در نهایت وارد قسمت استفاده مجدد، دفع یا مدیریت مواد جامد می شود. سپس پساب تصفیه شده وارد واحد گندزدایی می گردد.

معمولاً در سیستم های تصفیه فاضلاب به روش SBR برای ذخیره مقادیر بالای آب، پیش از واحد گندزدایی یک مخزن متعادل ساز قرار می گیرد. در صورتی که این کار صورت نگیرد، استفاده از یک فیلتر بزرگ برای همسان سازی جریان زیاد ورودی به سیستم گندزدایی ضروری خواهد بود. همچنین پکیج های تصفیه فاضلاب به روش SBR غالباً فاقد زلال سازهای اولیه و ثانویه برای ته نشینی می باشند.

معمولاً در یک چرخه ی تصفیه توسط SBR تعداد ۵ مرحله وجود دارد: پر شدن، واکنش، ته نشینی، تخلیه و استراحت. مدت زمان هرکدام از این مراحل توسط PLC تعیین می شود (امکان کنترل مداوم و از راه دور سیستم). در مرحله ی پر شدن، فاضلاب خام وارد حوضچه ها شده و با بیومس ته نشین شده از چرخه قبل، مخلوط می گردد. در بعضی موارد در این مرحله هوادهی نیز انجام می شود. سپس در مرحله ی واکنش، حوضچه هوادهی شده و اکسیداسیون و نیتریفیکاسیون صورت می گیرد.

در طول مرحله ی ته نشینی، هوادهی و اختلاط متوقف شده و به جامدات اجازه ی ته نشینی داده می شود. سپس فاضلاب تصفیه شده از حوضچه ها وارد مرحله تخلیه می گردد. در آخرین مرحله نیز حوضچه تا شروع سیکل بعدی فرآیند استراحت خواهد نمود. در طول این زمان بخشی از مواد جامد از حوضچه خارج شده و به عنوان لجن مازاد از سیستم دفع می شود. شکل زیر ترتیب عملکرد در یک سیستم تصفیه فاضلاب به روش SBR را نشان می دهد.

دفع لجن یکی از مهم ترین مراحل فرآیند تصفیه فاضلاب به روش SBR می باشد و به شکل چشمگیری کارآیی سیستم را تحت تاثیر قرار می دهد. این فرآیند به عنوان یک مرحله ی اصلی در نظر گرفته نمی شود چرا که لجن در بازه ی زمانی مشخصی از سیکل، از سیستم دفع نمی شود. میزان و نرخ این دفع توسط نیازهای عملکردی سیستم تعیین و اندازه گیری می گردد. از آنجا که هوادهی و ته نشینی هر دو در یک مخزن صورت می گیرند، سیستم تصفیه فاضلاب به روش SBR نیازی به استفاده از سیستم RAS ندارد. این امر موجب جلوگیری از هدررفت لجن در طول مرحله ی واکنش شده و نیاز به برگشت جریان از زلال ساز به مخزن هوادهی را از بین می برد.

کاربردها پکیج تصفیه فاضلاب به روش SBR – راکتورهای ناپیوسته متوالی

به طور کلی کاربرد اصلی پکیج های تصفیه فاضلاب برای مناطقی با تعداد نفرات کم و جریان های نسبتاً کم می باشد. از این پکیج ها در صنایع، کارخانجات، تولیدی ها، مناطق تفریحی، روستاها و … استفاده می گردد.

پکیج تصفیه فاضلاب SBR مناسب مناطقی با فضای کم، استانداردهای بالای (سختگیرانه) تصفیه و جریان کم فاضلاب مانند مناطق تفریحی، مناطق عمرانی، مدارس روستایی، هتل ها و … می‌باشد. این سیستم ها همچنین برای تصفیه فاضلاب صنایعی مانند دارو، آبمیوه، لبنیات، کاغذ و فاضلاب های شیمیایی کاربردی هستند.

با وجود آنکه سیکل های ثابت با مدت زمان مشخص فرآیندها برای اغلب مواقع مناسب و کارآمد می باشند، اما این موارد می بایست به صورت منحصر به فرد و مختص برای هر پکیج تصفیه فاضلاب در نظر گرفته شود. SBRها برای مناطقی که نیاز به حداقل استفاده از نیروی انسانی (کمترین میزان حضور نیروی انسانی) و بازه گسترده‌ای از میزان بارگذاری مواد آلی را دارا می باشند نیز مناسب هستند.

صنایعی که میزان بارگذاری BOD در آن ها بالا می باشد، مانند صنایع شیمیایی و غذایی، می‌توانند از پکیج تصفیه فاضلاب به روش SBR برای تصفیه فاضلاب خود استفاده کنند. این سیستم ها همچنین برای نیتریفیکاسیون، دی نیتریفیکاسیون و حذف فسفر نیز مناسب می باشند. مهمتر از همه آنکه این سیستم برای مناطقی که امکان تغییر استانداردهای زیست محیطی و سختگیرانه تر شدن آن ها وجود دارد بسیار مناسب می باشند، چرا که این سیستم انعطاف پذیر بوده و می توان از گزینه های متعددی برای تصفیه فاضلاب در آن استفاده نمود. با این حال در صورت نیاز به استفاده از تصفیه تکمیلی در پایین دست SBR، ممکن است برخی مزایای اقتصادی این سیستم کم رنگ گردد.

برخی از مزایا و معایب پکیج های تصفیه فاضلاب به روش SBR

مزایا

• SBRها می توانند به طور پیوسته نیتریفیکاسیون، دی نیتریفیکاسیون و حذف فسفر را انجام دهند.
• بالا بودن میزان انعطاف پذیری در عملکرد.
• قابلیت کنترل تنش سطوح از درون سیستم امکان بهینه سازی راندمان تصفیه و کنترل میزان حذف نیتروژن، میکروارگانیسم های رشته ای و ثبات کلی سیستم را فراهم می‌کند.
• به دلیل آنکه تمام واحدهای فرآیند در یک مخزن عمل می کنند، نیازی به تنظیم مداوم هوادهی و میزان تخلیه نمی باشد.
• پدیده بالکینگ لجن مشکل ساز نخواهد بود.
• با استفاده از یک چرخه ی غیر هوازی در سیستم می توان میزان نیترات و نیتروژن را به مقدار قابل توجهی کاهش داد.
• نیاز به راهبری و تعمیر و نگهداری در این سیستم ها بسیار کم می باشد.
• در ظرفیت مشابه، سیستم های تصفیه فاضلاب به روش SBR نسبت به هوادهی گسترده فضای کمتری را اشغال می کنند.
• می توان این سیستم ها را از راه دور کنترل نموده و اعمال تغییرات در نحوه ی عملکرد آن ها ساده می باشد.
• سیستم این امکان را به شما می دهد تا از طریق لجن دفعی (مازاد) اقدام به کنترل خودکار و مثبت غلظت جامدات معلق مایع مخلوط (MLSS) و زمان ماند مواد جامد (SRT) نمایید.

معایب

• مشکل بودن تنظیم مدت زمان سیکل ها برای جوامع کوچک.
• در صورت نیاز به تصفیه بیشتر ممکن است نیاز به استفاده از متعادل ساز جداگانه ای باشد.
• دفع لجن باید به صورت منظم و پرتکرار صورت گیرد.
• بالا بودن میزان مصرف انرژی.

ویژگی های ساختاری و طراحی SBR

اجزای مهم داخلی این سیستم شامل سیستم هوادهی که خود معمولاً دربرگیرنده ی دیفیوزرها و بلوئر می باشد، میکسر شناور، دکانتر خروجی، پمپ تخلیه لجن و چندین فلوتر است. تابلو برق نیز معمولاً در نزدیکی اتاق کنترل قرار دارد.

زمانی که میزان دبی مجموعه کمتر از ۱۹۰ مترمکعب در روز می باشد، می توان از یک مخزن فلزی از پیش ساخته استفاده نمود. این مخزن به یک حوضچه SBR، یک هاضم هوازی لجن و یک چاه پمپاژ جریان ورودی تقسیم می شود. در مواردی که تصفیه خانه به قدری بزرگ باشد که توانایی که تصفیه ۳۸۰ تا ۵۷۰۰ مترمکعب فاضلاب در روز را داشته باشد، معمولاً از مخازن بتنی استفاده می گردد.

طراحی سیستم های تصفیه فاضلاب به روش SBR می تواند تنها بر مبنای حذف BOD کربنی یا حذف توام BOD کربنی و نیتروژن باشد. می توان با به کارگیری چند مرحله فرآیند غیر هوازی در طول ته نشینی به مقدار مناسبی از نیتریفیکاسیون و حذف کربن نیز دست یافت.

با فراهم نمودن دوره های غیر هوازی پس از سیکل های هوازی، می توان شرایط مناسب برای دی‌نیتریفیکاسیون و حذف بیولوژیکی فسفر را نیز مهیا نمود. این کار باعث از بین رفتن DO شده و به دنبال آن مصرف نیترات موجود توسط میکروارگانیسم ها، باعث حذف نیترات به صورت عنصر نیتروژن آزاد می گردد. قرار دادن یک فرآیند بی هوازی پس از فرآیند غیرهوازی موجب رشد و افزایش باکتری هایی می شود که فسفر موجود در فاضلاب را حذف می کنند.

بخش زیادی از فسفر در فاز بی هوازی آزاد می شود اما فسفر اضافی در خلال سیکل های هوازی بعدی وارد توده های سلولی می گردد. از آنجایی که فسفر به توده های سلولی رسوخ نموده است، باید برای حذف کامل آن از تخلیه ی سلولی استفاده نمود. برای تصفیه لجن نباید از شرایط و فرآیندهای بی هوازی استفاده نمود چرا که ممکن است منجر به آزاد سازی فسفر گردد.

مدت زمان عملکرد چرخه ی یک سیستم تصفیه فاضلاب به روش SBR با نسبت کم غذا به میکروارگانیسم (F:M) برای یک الگوی متوسط جریان شهری، چیزی در حدود ۴ ساعت (۶سیکل) در روز می باشد. سیستمی که دارای دو راکتور باشد ۱۲ سیکل در روز و سیستمی که ۴ راکتور داشته باشد ۲۴ سیکل در روز خواهد داشت. میزان توزیع و تعداد سیکل های روزانه ی سیستم را می توان متناسب با استانداردهای مورد نیاز یا الگوی جریان ورودی، تغییر داد.

توالی چرخه ها توسط حجم ایجاد شده برای مدیریت جریان ورودی، کنترل می گردد. اگر جریان ورودی به طور چشمگیری کمتر از مقدار جریان طراحی شده گردد، تنها بخشی از ظرفیت راکتور مورد استفاده قرار می گیرد و در این حالت می توان با کاهش دوره های هوادهی از مصرف بیش از حد انرژی و هوادهی اضافی جلوگیری نمود.

اگر مقدار جریان ورودی بسیار بیشتر از حالت شود، سیستم کنترلی مجموعه این افزایش را تشخیص داده و سیکل را به حالت تنظیمات اوج بار جریان خواهد برد. دراین شرایط موجب کوتاه شدن هوادهی، ته نشینی و توالی تخلیه‌ها، به حداقل رساندن فرآیند غیرهوازی و ایجاد چرخه ی روزانه بیشتر می گردد. در نتیجه جریان هیدرولیکی در سیستم گنجانده شده و فاضلاب رقیق شده در زمان کوتاه تری پردازش می‌شود، که برای افزایش بازدهی فرآیندهای ذکر شده می توان از PLC استفاده نمود.

استفاده از سیستم تصفیه فاضلاب به روش SBR در مقیاس های کوچک می تواند موجب بروز مشکلات زیادی در عملکرد، تعمیر و نگهداری و بارگذاری گردد. بنابراین به دلیل گسترده بودن بازه ی بارهای هیدرولیکی و مواد آلی تولید شده از سوی جوامع کوچک، معیارهای طراحی در این سیستم باید به دقت و بسیار محافظه کارانه انتخاب گردد. این نوع طراحی ها معمولاً از نسبت کمتر غذا به میکروارگانیسم (F:M) و زمان ماند هدرولیکی (HRT) و SRT بیشتری استفاده می کنند.

کارایی پکیج های تصفیه فاضلاب به روش SBR

کارآیی تصفیه یک پکیج تصفیه فاضلاب SBR به طور چشمگیری تحت تاثیر عملکرد اپراتور می‌باشد که می توان با انجام آموزش های لازم اپراتورها را به نیروهای متخصصی تبدیل نمود. عملکرد SBR ها قابل اطمینان بوده و در اغلب مواقع با راندمان حذف فرآیندهای هوادهی گسترده تطابق دارند.

علاوه بر این، سیستم های تصفیه فاضلاب به روش SBR به دلیل بهینه سازی فعالیت های میکروبی از طریق تنش غیرهوازی و استفاده بهتر از اکسیژن در سیکل ها راندمان حذف BOD کربنی بالاتری نسبت به سایر سیستم ها دارا می باشد.

تعمیر و نگهداری

برای اطمینان از عملکرد مناسب سیستم، تعمیر و نگهداری برای بخش های مختلف سیستم باید صورت گیرد. رویه های عملیاتی شامل نمونه برداری و نظارت بر مقادیر DO، pH و MLSS می‌باشد. سایر آنالیزها و نمونه گیری ها متناسب با استانداردهای موجود خواهد بود.

تعمیر و نگهداری های معمول برای سیستم های تصفیه فاضلاب به روش SBR شامل سرویس دوره ای بلوئرهای هوادهی (بررسی میزان روغن و تسمه های موجود)، بازرسی و سرویس پمپ های مستغرق، روغن کاری دکانتر و سایر موارد که بنا به نیازهای سیستم و توصیه های سازنده مورد نیاز است.