روش RBC یا روش دیسک بیولوژیکی چرخان در تصفیه فاضلاب یکی از انواع فرآیند های بیولوژیک رشد چسبنده است که در آن دیسک های دایره ای به آرامی در فاضلاب می چرخند. معمولا جهت دستیابی به استاندارهای تخلیه پساب به ۴ مرحله از دیسک های بیولوژیکی گردان RBC نیاز است. در فرآیند کلی روش تماس دهنده های بیولوژیکی چرخان پیش از حوضچه ته نشینی اولیه باید واحدهای آشغالگیر و دانه گیر در نظر گرفته شود. فرایند RBC در هر سه فرآیند بیولوژیک حذف BOD، نیتریفیکاسیون و دی نیتریفیکاسیون کاربرد دارد.
ساختار روش RBC
روش دیسک بیولوژیکی چرخان RBC را مجموعه ای از دیسک های ساخته شده از پلی استایرن یا پلی وینیل کلرید تشکیل می دهند. این دیسک ها دارای قطری بین ۲ تا ۴ متر و ضخامتی در حدود ۱ سانتیمتر هستند که به فاصله ۳ تا ۴ سانتیمتر از یکدیگر بر روی شفتی به طول ۸ متر قرار میگیرند. شفت بر یاتاقان تکیه دارد و توسط الکتروموتوری با سرعت rpm 1-2 می چرخد. هر مجموعه ای از شفت، دیسک ها، حوضچه تصفیه و ابزارهای چرخش را یک ماژول می نامند. بمنظور دستیابی به راندمان حذف مطلوب چند ماژول بصورت سری یا موازی در کنار یکدیگر قرار میگیرند. شکل زیر ماژول روش RBC در تصفیه فاضلاب را نشان می دهد.
عملکرد روش دیسک بیولوژیکی چرخان RBC در تصفیه فاضلاب
عمق مستغرق دیسک ها حداقل به میزان ۴۰% سطح کل دیسک در نظر گرفته می شود. در روش دیسک چرخان RBC در تصفیه فاضلاب بهداشتی انسانی نیازی به بذرپاشی میکروارگانیسم وجود ندارد. با شروع به کار سیستم، میکروارگانیسمهای موجود در فاضلاب به سطح دیسک ها چرخان می چسبند و کل سطح دیسک ها را با لایه ای از بیوفیلم به قطر mm 1-4 می پوشانند. این میزان از توده بیولوژیک معادل mg/L 2500-10000 MLSS در سیستم های تصفیه با رشد معلق است.
دیسکها با چرخش خود لایه ای از فاضلاب را در مجاورت هوا قرار می دهند و باعث جذب اکسیژن و مواد مغذی می شود. چرخش دیسک از میان فاضلاب موجب حذف آلاینده ها می شود. با افزایش بیش از حد لایه بیوفیلم و در اثر نیروی برشی موجود، بیوفیلم مازاد از سطح دیسک ها پوسته می شود. به دلیل چرخش دیسک ها توده بیولوژیک پوسته شده به حالت معلق در مایع مخلوط باقی مانده و در نهایت در واحد ته نشینی ثانویه حذف خواهد شد.
متغیرهایی که در فرآیند RBC بر عملکرد تصفیه موثر هستند عبارتند از:
سرعت چرخش دیسک ها
زمان ماند فاضلاب
تعداد و چیدمان ماژول ها
دما
عمق مستغرق دیسک
افزایش سرعت چرخش می تواند با افزایش میزان هوادهی، تماس و اختلاط به بهبود راندمان حذف BOD در روش RBC بویژه در فاضلابهای قوی کمک کند. اما از سوی دیگر افزایش سرعت دوران به افزایش مصرف انرژی می انجامد. افزایش تعداد مراحل نیز می تواند به بهبود عملکرد روش دیسک بیولوژیکی چرخان RBC منجر شود.
بر اساس سینتیک واکنش جریان قالبی ویا چند مرحله ای اولویت دارد. از سوی دیگر بسته به شرایط محیطی، تعداد و نوع میکروارگانیسم های موجود در هر مرحله متغیر بوده و احتمال غالب شدن توده بیولوژیکی مناسب برای آلاینده ای خاص در هر مرحله از فرآیند دیسک بیولوژیک گردان RBC فراهم می شود. برای مثال در سیستمهای چند مرحله ای با کاهش بار BOD و امکان افزایش رشد باکتری های نیتریفیایر، فرآیند نیتریفیکاسیون در مرحله آخر در اولویت قرار خواهد گرفت.
پارامترهای طراحی فرایند RBC – تماس دهنده های بیولوژیکی گردان
طراحی روش RBC شامل تعیین تعداد مراحل فرآیند، ضوابط و معیارهاب بارگذاری، مشخصات پساب و طراحی حوضچه تهنشینی ثانویه است. مرحله بندی شامل تقسیم دیسک ها به منظور ایجاد سلولهای مجزاست. این سلول ها را می توان با ساخت بافل هایی در یک ماژول و یا استفاده از چند ماژول ایجاد کرد. بسته به اهداف تصفیه تعداد مراحل در نظر گرفته شده بین دو تا چهار مرحله جهت حذف BOD و بیش از شش مرحله جهت تکمیل فرآیند نیتریفیکاسیون خواهد بود.
عملکرد فرآیند دیسک بیولوژیکی چرخان RBC در تصفیه فاضلاب به میزان بار BOD کل، BOD محلول و آمونیاک وابسته است. تصفیه مطلوب در گرو تناسب بار ورودی با توان انتقال اکسیژن سیستم است. در طراحی فرایند RBC میزان بار BOD محلول در مرحله اول با بالاترین میزان مصرف BOD بین g sBOD/m2·d 12-20 در نظر گرفته می شود. در فاضلاب هایی با بار بالا می توان با تقسیم فاضلاب به چند واحد RBC در مرحله اول ویا تغذیه مرحله ای به معیارهای بارگذاری دست یافت.
به منظور رشد و تبلور مناسب باکتری های نیتروباکتر بر سطح دیسک ها و انجام فرآیند نیتریفیکاسیون باید غلظت BOD محلول به زیر mg/L 15 برسد. طبق مطالعات صورت گرفته حداکثر نرخ سطحی حذف نیتروژن در فرآیند دیسک بیولوژیک چرخان RBC به g N/m2·d 5/1 است.
معیار طراحی دیسک های بیولوژیکی چرخان
- حدود 40 درصد از سطح دیسکها شناور هستند.
- تعداد مراحل برای حذف BOD، 3 مرحله و برای حذف نیتروژن 4 مرحله میباشد.
- سرعت دوران دیسک ها 5/0 تا 5 دور در دقیقه
فرآیند تماس‌دهنده‌های بیولوژیکی چرخان (RBCs)
یکی از فرآیندهای بیولوژیکی هوازی تصفیه فاضلاب که در آن از رشد چسبیده برای فعالیت میکروارگانیسمها و باکتریها استفاده میشود، فرآیند RBC است. برخلاف فرآیند لجن فعال که در آن باکتریها در درون فاضلاب غوطه ورند در این فرآیند باکتریها به یکسری از صفحات چرخان چسبیده و بر روی آنها فعالیتهای بیولوژیکی خود را که منجر به تصفیه فاضلاب میشوند، انجام میدهند.
تاریخچه
این فرآیند برای اولین بار در سال 1960 در آلمان مورد استفاده قرارگرفت و بعدها در آمریکا نیز بکار برده شد. تا سال 1970 میلادی صدها نمونه از این سیستم ساخته و راه اندازی شده و مطالعات گستردهای در سالهای 2000 – 1984 میلادی بر روی آن انجام گردید. هم اکنون انواع مختلفی از این فرآیند در سراسر جهان و به خصوص در اروپا و آمریکا مورد بهره برداری قرارگرفته است. در اوایل دهه 1980 میلادی نوعی از این فرآیند که در آن صفحات بیش از 70 درصد در فاضلاب مستغرق بودند، بکار برده شد.(Metcalf; Eddy, 2003)
تا به امروز فرآیند RBC نسبت به فرآیند لجن فعال نتوانسته کارایی مناسبی را از خود نشان دهد و تجربیات عملی از نصب سیستمهای مختلف RBC مشکلاتی را در ساخت و بهره‌برداری از آنها نمایان ساخته است. همین معایب و مشکلات سبب کندی پیشرفت این سیستم و کاربرد محدود آن چه در ایران و چه در نقاط دیگر دنیا شده است.
شرح فرآیند
فرآیند RBC از تعداد زیادی صفحات دایره ای نزدیک به هم تشکیل شده است که بخشی از آنها در درون فاضلاب قرارگرفته و میچرخند. جنس این صفحات معمولاً از پلیاستر یا PVC است که همگی آنها بر روی یک شفت افقی نصب شده اند. در شکل 1 اجزای مختلف این فرآیند نشان داده شده است. قطر این صفحات معمولاً کمتر از 5/3 متر و طول هر واحد این صفحات به 5/7 متر بالغ میشود. سطح تماس هر واحد استاندارد از این صفحات 9300 مترمربع (100000 فوت مربع) است که البته واحدهای با سطح تماس 13900 مترمربع (150000 فوت مربع) نیز ساخته میشود. (Metcalf; Eddy, 2003)
صفحات RBC معمولاً تا 40 درصد از ارتفاعشان در فاضلاب مستغرق شده و با سرعت 6/1-1 دور در دقیقه در درون فاضلاب میچرخند. در اغلب موارد نیروی لازم جهت چرخاندن صفحات توسط موتورهای الکتریکی تأمین میشود اما در برخی موارد با اضافه کردن قطعاتی به صفحات RBC از نیروی هوای تزریق شده برای حرکت آنها استفاده میگردد.
با فراهم بودن محیط مناسب و مواد آلی، باکتریها و میکروارگانیسمها بر روی این صفحات رشد کرده و تکثیر مییابند و به تدریج یک لایه نازک را روی صفحه تشکیل میدهند. هر باکتری چسبیده بر روی صفحه دو مرحله عملکرد را داراست. زمانیکه این باکتری در درون فاضلاب قرار دارد با انجام فعالیتهای بیولوژیکی و ترشح آنزیمهای مختلف، مواد آلی فاضلاب را تجزیه کرده و جذب میکند. با چرخیدن صفحه و خروج باکتری از درون محیط فاضلاب، هوا (اکسیژن) مورد نیاز باکتری در دسترس وی قرار گرفته و شرایط را برای ادامه فعالیتهای بیولوژیکی باکتری و تصفیه فاضلاب فراهم میکند.
با ادامه این فرآیند، به تدریج ضخامت لایه بیولوژیکی روی صفحه افزایش یافته به گونه ای که باکتریهای موجود در زیر سطح لایه و چسبیده به صفحه، دیگر قادر به جذب اکسیژن و مواد آلی برای تغذیه نیستند. این مسئله سبب مرگ آنها شده و نیروی چسبندگی بین لایه بیولوژیکی و صفحه را کاهش میدهد. از طرف دیگر ریزش فاضلاب به سمت پایین در زمان چرخیدن و بالا آمدن صفحه باعت کنده شده لایه بیولوژیکی از صفحه و سقوط آن به کف مخزن میشود.
در عمل هر فرآیند RBC نیاز به یک پیش تصفیه برای حذف آشغال و ذرات درشت دانه و یک واحد ته نشینی ثانویه برای حذف لجن ناشی از تودههای بیولوژیکی کنده شده از صفحات دارد. به منظور جلوگیری از رشد جلبک بر روی صفحات و گرفتگی آنها باید از تابش نورخورشید به صفحات جلوگیری کرد. همچنین با پوشش این صفحات میتوان مانع از هدررفت گرمای سیستم شد.
انواع فرآیند RBC
انواع واحدهای RBC را از سه نظر عمق استغراق صفحات، تزریق هوا و تأمین نیروی چرخش میتوان تقسیم بندی نمود. اما معمولترین روش تقسیم بندی آنها براساس عمق استغراق است. واحدهای RBC را از این نظر به دو دسته متعارفی و مستغرق تقسیم میکنند.
تماس‌دهنده‌های متعارفی بیولوژیکی چرخان (CRBC)
در این نوع RBC معمولاً 40-35 درصد از صفحات در درون فاضلاب قرارگرفته بطوریکه شفت گرداننده صفحات خارج از فاضلاب قرار میگیرد. همچنین در این حالت نیروی لازم برای چرخاندن صفحات به کمک یک سیستم الکترومکانیکال تأمین میشود. در برخی موارد برای جلوگیری از بروز مشکل کمبود اکسیژن سیستم هوا از طریق دیفیوزرها به مخزن RBC تزریق میگردد. سیستمRBC نشان داده شده در شکل 1 از نوع متعارفی (CRBC)میباشد
تماس‌دهنده‌های مستغرق بیولوژیکی چرخان (SRBC)
عمق استغراق صفحات در این نوع RBC 90-70 درصد بوده و شفت گرداننده صفحات بطور کامل در داخل فاضلاب قرار میگیرد. عمق استغراق زیاد صفحات باعث میشود که زمان تماس باکتری با هوا کاهش یافته و درنتیجه مقدار اکسیژن کمتر توسط آنها جذب شود. برای رفع این مشکل معمولاً با کمک یک سیستم هوادهی عمقی، هوای مورد نیاز را به سیستم تزریق میکنند.
همچنین در این نوع RBC قطعات اضافه ای به صفحات متصل شده تا از انرژی صعودی هوا برای چرخش صفحات کمک گرفته شود. شکل 2 این نوع از RBC را نمایش میدهد.
فرآیند RBC مستغرق(SRBC)
عمده ترین مزایای فرآیند RBCعبارتند از:
1- مصرف انرژی کمتر نسبت به سایر روشهای بیولوژیکی هوازی به خصوص لجن فعال
2- تولید صدای بسیار کمتر نسبت به فرآیند لجن فعال
درمقابل مهمترین معایب فرآیند RBC عبارتند از:
1- عدم تولید صفحات RBC در داخل کشور و محدودیت دسترسی به آنها
2- قیمت بالای تهیه صفحات RBC و سیستم چرخاننده صفحات و افزایش هزینه کل سیستم تصفیه
3- مشکلات بهره برداری ناشی از گرفتگی بین صفحات RBC
4- شکستن صفحات در صورت یخ زدن سطح فاضلاب در فصول سرد
5- مشکلات ناشی از خوردگی محور چرخاننده صفحات به سبب تماس با محیط فاضلاب
معایب فرآیند RBC و عدم اطمینان از کارکرد این سیستم باعث شده که در سالهای اخیر کمتر از این روش در کشور برای تصفیه فاضلاب استفاده شود. حتی در برخی موارد سیستم های RBC نصب شده در گذشته با دیگر فرآیندهای تصفیه به خصوص لجن فعال جایگزین شده است. نمایانتر شدن مشکلات نگهداری و بهره برداری از این سیستم در اروپا و آمریکا نیز استفاده از این روش را محدودتر از گذشته کرده است.
