فرآیند پکیج تصفیه فاضلاب به روش UASB

تصفیه فاضلاب به روش UASB یکی از انواع فرآیند تصفیه فاضلاب است که در محیط بی هوازی هیبریدی از فرایندهای رشد معلق و چسبیده برای حذف آلاینده ها استفاده می کند. این سیستم یکی از موثرترین روش های بی هوازی  براي تصفيه فاضلابهای آلي با بار آلودگي بالا از قبيل صنايع غذايي، کاغذ سازی، فاضلابهاي شيميايي و فاضلابهاي کشتارگاه و صنایع آرایشی و بهداشتی مي باشد. در سیستم تصفیه فاضلاب بی هوازی از باكتري هاي بی هوازی در تجزيه مواد آلي بدون مصرف اكسيژن و توليد گاز دي اكسيد كربن و متان بدون مسائل و مشكلات مربوط به انتقال اكسيژن، ته نشيني و توليد لجن بيولوژيك استفاده می شود.

فرآیند تصفیه فاضلاب به روش UASB چیست؟

در روش (UASB (UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET تانک یا مخزن بی هوازی پر از توده های بیولوژیکی و فاضلاب است. این توده های بیولوژیکی به علت خاصیت گرانولی از قدرت ته نشینی بالائی برخوردار هستند. فاضلاب از کف از ورودی های متعدد وارد و در حین حرکت به سمت بالا در تماس با توده ها بیولوژیکی مورد تصفیه قرار می گیرد.

گازهای حاصل از تصفیه بی هوازی به طرف بالا حرکت نموده و علاوه بر این که باعث اختلاط محتویات راکتور UASB می شوند و در اثر آن فاضلاب در وضع بهتری با لجن ها تماس حاصل می نمایند، از قسمت بالای راکتور به محل جمع آوری گاز انتقال و ممکن است پس از تصفیه و شستشو و عاری سازی از SH به مصارف مختلف برسد. جداسازی گاز از مایع در بالای راکتور از طریق جداکننده های گاز انجام خواهد شد.

مشخصه های اصلی روش تصفیه UASB

1. چسبندگی و قدرت ته نشینی زیاد توده های بیولوژیکی موجود در آن.
2. اختلاط محتویات راکتور از طریق بیوگاز حاصل از تصفیه بی هوازی که به تماس بیشتر فاضلاب با لجن های محتوی راکتور کمک می نماید.
3. جداسازی بیوگاز حاصل از تصفیه از محتویات راکتور از طریق جداکننده های گاز.

محاسبه و حجم بارگذاری در پکیج تصفیه فاضلاب UASB

در هر پکیج تصفیه فاضلاب UASB تعدادی کنترل سطح، کنترل PH، اندازه گیری جریان، کنترل درجه حرارت پیش بینی شده است. متذکر می شود که لازم است کلیه سیستم های کنترل هر چند یکبار کالیبره شود. راکتور UASB بعنوان هاضم با راندمان خوب و بالا پذیرفته شده و می تواند فاضلاب های با مواد آلی زیاد با بارگذاری بالا را براحتی مورد تصفیه قرار دهد. بارگذاری UASB می تواند با ۶ کیلو COD بر متر مکعب حجم راکتور انجام شود، البته این حداکثر بارگذاری سیستم نیست زیرا راکتورهایی طراحی می شوند که قدرت بارگذاری آنها تا ۳۰ کیلو COD در واحد حجم راکتور می رسد. متوسط بارگذاری UASB را ۸ تا ۱۸ کیلو COD بر متر مکعب حجم راکتور نوشته اند.

بارگذاری در روش UASB

بارگذاری های عنوان شده زمان هیدرولیکی توقف فاضلاب یعنی ۳ ساعت تا ۳ روز را ایجاب می نماید. UASB های با بارگذاری بالا بیشتر برای فاضلاب های با غلظت COD زیاد و مواد معلق کم قابل انجام است زیرا فاضلاب در سیستم آن اندازه توقف ندارد که مواد معلق تجزیه شوند. در تصفیه هوازی فاضلاب باکتری ها اغلب به صورت فلوک تغلیظ می شوند. غلظت این فلوک ها بین ۹۰۰۰ تا ۱۰۰۰ میلی گرم در لیتر (MLSS) بر حسب نوع سیستم تصفیه می رسد.

در UASB باکتری ها به صورت گرانول در آمده و غلظت آنها بین ۶۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰ میلی گرم در لیتر (TSS) در بستر لجن تشکیل شده در راکتور بالغ می گردد. قابلیت گرانول شدن باکتری ها به علت بارگذاری بالای UASB می باشد.

لجن گرانول در روش بی هوازی توده باکتریائیست که به فرم متراکم درآمده و اندازه گرانول ها بین 0.5 تا ۳ میلیمتر خواهد بود. گرانول شدن باکتری ها روش پیچیده ای است و کاملا شناخته شده نیست. چسبندگی باکتری ها نقش مهمی در گرانول شدن آنها دارد زیرا در اثر آن باکتریها به هم چسبیده و به مواد آلی و معدنی دیگر نیز می چسبند.

در روش های هوازی نیز باکتریها خاصیت چسبندگی دارند. ولی قدرت چسبندگی باکتری های بی هوازی بوده و مقاومت گرانول ها حتی در شرایط هیدرولیکی بد بسیار زیاد است. فشار هیدرولیکی در UASB ناشی از سرعت زیاد خروج گاز و فاضلاب است. این فشار گاهی به ۳۰ تا ۵۰ متر در روز می رسد که باعث خروج بعضی از گرانول ها که قدرت ته نشینی کمی دارند خواهد شد. گردش لجن در UASB از عواملی است که در چسبندگی آنها دخالت دارد.

اجزاء پکیج تصفیه فاضلاب UASB

فرایند UASB برای حذف مواد معلق طراحی نشده است زیرا زمان توقف فاضلاب در راکتور به اندازه ای کوتاه است که مجال هضم مواد معلق موجود نیست و زیاد بودن بار مواد معلق از قدرت تصفیه آن می کاهد. اگر غلظت مواد معلق فاضلاب ورودی از ۱۰ تا ۲۰ درصد COD زیادتر باشد توصیه می گردد که، بهتر است قبل از ورود فاضلاب به راکتور غلظت آن کاهش داده شود.

معمولا مواد معلق خیلی درشت را با آشغالگیر و مواد معلق دانه ای را با دانه گیر و قسمتی از مواد معلق را با استفاده از حوض های ته نشینی و در مواردی بعضی از مواد معلق را از طریق شناورسازی از فاضلاب جدا می نمایند. به هر صورت حذف و جداسازی مواد معلق از فاضلاب نیاز به مطالعات اولیه و قبل از طراحی خواهد داشت.

حوض یکنواختی

یکی از اجزاء مهم پکیج UASB حوض یکنواختی است که به منظور یکنواخت سازی کمی و کیفی فاضلاب ارسالی به راکتور مورد استفاده قرار می گیرد. در این حوض در صورت لزوم PH فاضلاب در حدی که مورد نیاز UASB است اصلاح خواهد شد. این بدان معنی نیست که اگر PH داخل راکتور ۷ است، PH فاضلاب در حوض یکنواختی هم باید ۷ باشد. بلکه در بعضی فاضلاب ها لازم است PH حوض یکنواختی کمتر از PH راکتور و بالعکس گردد.

بعنوان مثال فاضلاب خام آبجوسازی PH حدود ۱۰ دارد و در حوض یکنواختی با اسیدی شدن فاضلاب PH به سرعت کاهش می یابد و به ۴ تقليل خواهد یافت. برای داشتن PH حدود 6/7 در راکتور لازم است مقداری سود در حوض یکنواختی به فاضلاب اضافه نمود، در غیر این صورت در داخل راکتور هم به ۴ خواهد رسید.

تنظیم PH هم می تواند در حوض یکنواختی و هم در فاضلاب ورودی به راکتور انجام گیرد. مهم این است که PH فاضلاب داخل راکتور در حد مطلوب باشد. معمولا برای تنظیم PH از محلول های ۲۵ تا ۵۰ درصد سود، پتاس، 2(MGOH) استفاده می کنند. کاربرد آهک به علت پیدایش رسوب در  PHهای بالا متداول نیست.

اسیدکلر ئیدریک، هم برای تقلیل PH متداولترین اسید مصرفی است و کاربرد اسیدسولفوریک به علت بالا رفتن غلظت سولفورها و پیدایش SH، توصیه نشده است.  SH گازی است سمی با بوی تخم مرغ گندیده در صورت انحلال در فاضلاب باعث نابودی نسبی باکتری های بی هوازی خواهد شد. در روش های تصفیه بی هوازی اصولا بالا بردن PH بیشتر از کاهش آن اتفاق می افتد.

راکتور UASB

راکتور UASB مهمترین قسمت تصفیه بی هوازی است که در آن بار آلودگی برحسب COD به بیوگاز تبدیل می گردد. این تبدیل باعث کاهش COD و آلودگیهای فاضلاب خواهد شد. اجزای تشکیل دهنده عمده راکتور UASB عبارتند از:

1. توده های لجن
2. سیستم توزیع فاضلاب
3. جداکننده فاز مایع و گاز و مواد جامد (GLS که G علامت بیوگاز، L علامت مایع و S علامت مواد جامد است).

سازندگان UASB مشخصات خاصی برای طراحی راکتورهای خود دارند. عموما حجم راکتور از بار حجمی آن معادل کیلو COD بر متر مکعب حجم راکتور است محاسبه خواهد شد. مثلا اگر بار COD در روز ۱۰۰۰۰ کیلو باشد و باز حجمی راکتور ۱۰ کیلو در متر مكعب منظور شود. حجم راکتور برابر با ۱۰۰۰ متر مکعب خواهد بود. فروشندگان باید در عرضه تولیدات خود کلیه مسخصات راکتورها اعم از بار حجمی، میزان جریان ورودی، جریان گاز تولیدی و فشار آن را تعیین و اعلام نمایند.

مهمترین مزایای تصفیه فاضلاب با راکتور UASB

1. در فضاهای کمی با راندمان بالا کار می کند؛ چون بارگذاری آن ۱۰ برابر روش هوازی است. لذا به زمین کمی نیاز دارد.
2. مولد انرژی قابل مصرف به صورت ۷۵ درصد متان است؛ که می تواند در صنایع یا گرم کردن فاضلاب یا هر دو بکار رود.
3. در تصفیه فاضلابهای با COD حدود ۱۵۰۰ تا ۵۰۰۰۰ میلی گرم در لیتر بکار می رود.
4.  ۹۵ درصد COD تبدیل به گاز قابل مصرف و ۵ درصد آن تبدیل به سلولهای جدید خواهد شد. این ارقام حدود ۱۰ درصد مواردی است که از روش هوازی استفاده گردد. کم بودن لجن های تولیدی هزینه های زیاد دفع لجن زائد را تقلیل می دهد.
5. کم بودن لجن های تولیدی نیاز به مواد غذایی را کاهش می دهد.
6. مولد لجن زائد پایدار است؛ از این رو تولید بو و جلب حشرات در حين تخلیه لجن ناچیز است.
7. لجن های گرانول شبیه کربن فعال تولید می نماید؛ که قدرت ته نشینی خوبی دارند. قدرت ته نشینی این لجن ها ۲۰ تا ۸۰ متر در ساعت است.
8. باکتریهای بی هوازی را برای مصارف بعدی مدت نسبتا طولانی می توان در یک محل نگهداشت. مثلا در صنایع قند سازی که فقط ۳ تا ۴ ماه مشغول کار هستند، لجنها را ۸ تا ۹ ماه برای بهره برداری بعدی می توان نگهداری نمود.
9. روش بی هوازی نیاز به انرژی ندارد مخصوصا نیاز به تزریق هوا که تولید آن هزینه زیادی در بر دارد نخواهد داشت. ممکن است تنها انرژی مصرفی آن پمپاژ فاضلاب به داخل راکتور بوده یا انرژی مصرفی برای ثابت نگه داشتن حرارت بین ۳۰ تا ۳۸ درجه سانتی گراد باشد.

مبانی طراحی راکتور UASB

در طراحی راکتورهای UASB عوامل زیر دخالت دارند:

• حداکثر میزان COD روزانه
• حداقل حرارت فاضلاب
• کیفیت فاضلاب
• راندمان تصفیه مورد نیاز
• بار سطحی و حجمی مجاز راکتور و سرعت حرکت فاضلاب در راکتور

عواملی از کیفیت فاضلاب که در طراحی UASB دخالت می نمایند عبارتند از:

• میزان جریان
• غلظت COD
• میزان تجزیه پذیری COD
• مواد غذائی موجود در فاضلاب (ازت و فسفر)
• قلیائیت، PH فاضلاب
• مواد معلق فاضلاب
• حرارت فاضلاب
• تغییرات کیفی و کمی فاضلاب
• عوامل میکروبیولوژکی فاضلاب

طراحی پکیج تصفیه فاضلاب به روش UASB

در ساخت بدنه اصلی پکیج تصفیه فاضلاب UASB از مواد مختلفی چون بتن و یا فولاد با پوششهای ضد خوردگی استفاده می کنند و مقطع آن می تواند دایره یا چهارگوش باشد. بدیهی است هزینه ساخت انواع چهارگوش بعلت استفاده از دیواره های مشترک کمتر از نوع دایره ای خواهد بود. در انواع چهارگوش نسبت طول به عرض می تواند تا ۴ به ۱ باشد. استفاده از بتن مسلح و آجر برای دیواره راکتورهای UASB بسیار مناسب است.

در صورتیکه فقط یک راکتور برای تصفیه بی هوازی مورد نیاز باشد، با توجه به اینکه فرم دایره ای ۱۲ درصد از نظر سطحی زمین کمتری نیاز دارد، لذا ساخت دایره ای آن توصیه می شود. در صورتیکه حجم UASB مورد نیاز از ۱۰۰۰ متر مکعب زیادتر گردد ساخت دو واحد آن مرجح است. ارتفاع راکتورها می تواند ۴ متر تا حداکثر ۶ متر باشد و بهتر است در صورت امکان برای انتقال فاضلاب بداخل راکتور از پمپاژ استفاده نگردد.

جداکننده های سه فاز را معمولا با زاویه ۴۵ تا ۶۰ درجه در داخل راکتور نصب می نمایند. جداکننده گاز می تواند ۱۵ تا ۲۰ درصد سطح افقی راکتور را اشغال نماید. لوله خروجی گاز جمع آوری شده باید به اندازه ای باشد که گاز را به محل سوزانیدن با مصرف هدایت نماید. در بعضی مآخذ علمی گفته اند، چنانچه حجم مخزن در پکیج تصفیه فاضلاب UASB بیش از ۴۰۰ متر مکعب باشد باید از دو واحد استفاده نمود. بطور کلی ساخت مدولار راکتورها از نظر مطابقت ساخت تصفیه خانه فاضلاب بر اساس زمان های مختلف توسعه و بهره برداری و از کار انداخته نشدن تمام تصفیه خانه در صورت بروز نقص در یک واحد راکتور و بهره برداری ساده تر واحدهای کوچکتر و بسیاری مزایای دیگر از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد.

خوردگی در روش UASB

خوردگی از مهمترین مسائل قابل بحث تصفیه بی هوازی است. اولین چیزی که باید به خاطر داشت این است که راکتور به صورت بی هوازی مشغول کار است و محتويات باید عاری از اکسیژن باشد. مخصوصا در قسمتهای زیر سطح مایع نباید خوردگی اکسیداسیونی موجود باشد. مقداری اکسیژن احتمالا در سطح مایع در محل جدائی گاز از مایع موجود است، بدین ترتیب در این منطقه کوچک ممکن است خوردگی در سطح مایع در اثر اکسیده شدن SH و تبدیل آن به ,SOH اتفاق افتد. اکثر سازندگان با تولید پکیج تصفیه فاضلاب پلی اتیلن و فایبرگلاس در این محلها مشکل خوردگی را حل نموده اند.

توزیع جریان فاضلاب در روش UASB

یکی از مسائل مهم طراحی پکیج تصفیه UASB پخش یکنواخت فاضلاب از کف آن و تماس مداوم آن با لجن های گرانول است. اگر این تماس به خوبی انجام نگیرد COD فاضلاب کاهش پیدا نخواهد کرد. کیفیت گرانول طوری است که فاضلاب تمایل دارد از لابه لای آنها بصورت تونلی عبور نماید. با انتخاب سیستم های توزیع مناسب می توانیم از پیدایش حرکت تونلی جلوگیری نمائیم.

معمولا برای توزیع یکنواخت فاضلاب در سطح راکتور از تعداد معینی پخش کننده در سطح استفاده نمود. باید میزانی از فاضلاب که از هر پخش کننده جریان می یابد نیز معین باشد. و وقتی فاضلاب در سرتاسر راکتور جریان یافت و گاز شروع به تولید نمود حرکت گاز از لابه لای بستر لجن باعث اختلاط و بهم خوردن محتویات شده و این اختلاط از پیدایش حرکت تونلی لابه لای بستر لجن جلوگیری خواهد نمود.

تجربه نشان داده که سطح اشغالی در پخش فاضلاب از هر ورودی به میزان ۲ تا ۴ متر مربع، نتایج خوبی از نظر راندمان کاری UASB داده است. در مجموع ورودی ها باید طوری نصب شده باشد که

اولا: توزیع یکنواخت فاضلاب ورودی انجام شود.

ثانیا: محل نصب پخشان قابل دسترس و بازدید باشد.

ثالثا: رفع اشکال از پخشان معیوب براحتی امکان پذیر باشد.

برای پخش یکنواخت فاضلاب از پخشانها توصیه کرده اند سیستم توزیع از نظر هیدرولیکی در سطح بالاتری از فاضلاب موجود در راکتور قرار گیرد. سرعت جریان فاضلاب از پخش انها در بهترین شرایط ۶ متر در ثانیه پیشنهاد شده است.

حذف فضای مرده در پکیج UASB

در نقاطی از راکتور همیشه فضاهای مرده بوجود می آید که در این نقاط همواره مقادیری از لجنهای راکتور تجمع می نمایند و حرکت گاز هم در نقاط مرده عملی نیست. بدین ترتیب عملا در نقاط مرده کاهش COD انجام نخواهد شد و در اثر آن بار COD راکتور بالا خواهد رفت و مشکلاتی از نظر بهره برداری بوجود خواهد آمد. برای جلوگیری از این اشکال لازم است دستورات سازنده UASB و فروشندگان دقیقا مورد توجه باشد. در راکتور سیستم جداکننده ۳ فاز یا ترسیب دهنده در قسمت بالائی آن تعبیه شده که مانع خروج لجن های صعودی می گردد. هر سازنده ای طرح مخصوص به خود در مورد جداکننده ها دارد.

سیستم بیوگاز در روش UASB

گازهای تولیدی در راکتور در جمع آوری کننده در محل جدا کننده ۳ فاز در بالای راکتور جمع آوری می شود. چون راکتور تحت فشار است به مرور، حجم های کم گاز زیر جداکننده جمع شده و فشار حداکثر آن حدود یک PSI می باشد. در محل خروج گاز از راکتور معمولا برای جداسازی ناخالصیها و احتمالا كف موجود در آن وسایلی تعبیه شده است.

باید توجه داشت که گازها در حرارت راکتور از بخار آب اشباع است و تا گاز سرد شود قطرات آب از آنها می چکد. برای جداسازی این قطرات لازم است در دو نقطه فشار بالا و پائین وسایل جداسازی قطرات آب پیش بینی شود. بر روی لوله خروجی گاز باید شیر فشار و خلاء و مشعل سوزانیدن گاز نصب گردد. شیرهای نصب شده در صورتی که فشار گاز بالا و پائین شود باز و بسته خواهد شد. میزان متان تولیدی به COD فاضلاب مربوط است و معمولا از هر کیلو تبدیل COD حدود ۰/۳۵ متر مکعب متان می شود. (یا معادل 5/۶ فوت مکعب متان در تبدیل هر پوند COD).

سیستم بیوماس (لجن گرانول)

با وجودیکه فقط قسمت کوچکی از COD تبدیل شده به باکتریهای جدید در راکتورهای بی هوازی تبدیل می گردد.  باز در حین بهره برداری از UASB زمانی می رسد که لازم است قسمتی از لجن ها به عنوان لجن زائد از سیستم تخلیه گردد. در عین حالی که لجن ها با چسبندگی کافی گرانول شده اند، اگر برای جابجایی آن از پمپ های سانتریفوژ استفاده کنند حالت گرانول آنها از بین می رود. لذا توصیه کرده اند برای جابه جای گرانول ها از پمپ های دیافراگمی استفاده نمایند.

اگر محل جمع آوری لجن زائد جزوی از سیستم UASB است، لجن های جمع آوری در آن ته نشین و تغلیظ خواهد شد. حد تغلیظ لجن ها تا ۱۵ درصد مواد جامد است. حرکت دادن لجن با این غلظت مواد جامد کار ساده ای نیست ولی هر چه لجن غلیظ تر گردد، حجم کمتری اشغال و نقل و انتقال آن راحت تر خواهد بود. چون لجن ها در محیط های بی هوازی به وجود آمده به اندازه کافی پایدار است و برای راه اندازی راکتورهای حدید قابل استفاده می باشد.

تذکر این نکته ضروریست که راکتور UASB بیشتر برای تصفیه فاضلابهای صنعتی با آلودگی بالا و مخصوصا مواد معلق کم بکار برده می شود. در حال حاضر از UASB در تصفیه فاضلاب صنایع غذایی، کاغذسازی، داروسازی، صنایع شیمیائی استفاده می نماید.

ساخت پکیج تصفیه فاضلاب به روش UASB

آبسازه یکی از مراکز فعال در زمینه ساخت پکیج تصفیه فاضلاب UASB در ظرفیت های مختلف و کاملا سفارشی است. محصولات این مجموعه دارای گارانتی و خدمات پس از فروش بوده و با قیمت مناسب تولید می شود. جهت کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره رایگان قبل از خرید می توانید با کارشناسان آبسازه تماس بگیرید.

منبع: آب سازه