تحقیق مقاله تصفیه بی‌ هوازی فاضلاب های صنعتی

مقدمه :

تصفیه بی‌هوازی فاضلابهای صنعتی دارای مزایای بالقوه‌ای می باشد که عبارتند از : انرژی مصرفی پائین، تولید کم لجن اضافی، کنترل بووآئروسلها و شروع بکار سریع بعد از توقف مار به مدت زمان طولانی. هاضم‌های بی‌هوازی با سرعت بالا که دارای قدرت نگهداری توده میکروبی می باشند، نیز دارای ظرفیت تصفیه بالایی بوده و بنابراین به سطح کمتری نیازمند هستند. هایکی و همکاران (1991) شکلهای عمده فرایند تصفیه برای هاضم‌های با سرعت بالا در بیست سال اخیر را مورد بررسی قرار داده‌اند. این مطالعات شامل فرایندهای UASB، بسترهای ثابت با جریان رو به بالا و جریان رو به پائین و بسترهای شناور و انبساط یافته می‌باشد.

هرچند روشهای تصفیه بی‌هوازی در اغلب کشورهای اروپایی کاربرد گسترده‌ای دارند اما به طور معمول در انگلستان مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. با وجود عدم استقبال صنایع انگلیس از این روش شورای مهندسین مشاور و علوم آکادمی انگلیس در جهت ساخت و بهره داری از چهار نوع هاضم بی‌هوازی در مقیاس پایلوت سرمایه‌گذاری نمود که شامل یک فرایند تماسی، یک فیلتر بی‌هوازی با جریان رو به بالا و یک راکتور UASB بود. همه اینها با ظرفیت اسمی (حجم اسمی) و یک راکتور با بستر شناور با ظرفیت اسمی طراحی شدند (آندرسون و همکاران، 1988). پایلوتها در یک کارخانه بستنی سازی بنام والس در شهر گلاستر قرار داده شد و به مدت 5/3 سال از سال 1987 مورد بهره برداری قرار گرفت.

برخی اطلاعات حاصل از بهره برداری از تصفیه خانه‌ های پایلوت توسط کاین و همکاران (1990) و اسمیت (1991) منتشر شده است. مورگان و همکاران (1991) بر روی اکولوژی میکروبی راکتورها به مدت 24 هفته از شروع بهره برداری پایلوت مطالعه نموده و به محدودیت حفظ توده میکروبی در سیستم پی بردند. سیستم UASB در مقیاس پایلوت در تشکیل گرانول ناموفق بوده و مطالعات آزمایشگاهی نیز نشان داد که تشکیل گرانول بر روی این فاضلاب رضایتبخش نیست (کایلس و همکاران، 1990)، در حالی که گرانولهای حاصل از تصفیه پساب کراخانه لبنیات سازی توسط UASB نسبت به فاضلاب بستنی سازی خوب بود (هاکز و همکاران، 1992). گودوین و همکاران در سال 1990 گزارش دادند که زمان لازم برای تشکیل گرانول و تصفیه مؤثر این فاضلاب قابل بررسی است.

این مطالعه اطلاعات بیشتری را از چهار راکتور در مقیاس پایلوت در مدت زمان بهره برداری پایدار ارائه نموده و عملکرد هریک از انواع راکتورها را بر روی فاضلاب بستنی سازی مقایسه می‌کند. تجربیات به دست آمده از مطالعات پایلوت در طراحی یک فرایند فیلتر بی‌هوازی (بستر آکندی)، با جریان رو به بالا در مقیاس کامل در بخش دیگری از اروپا برای تصفیه فاضلاب بستنی سازی مورد استفاده قرار گرفت. دراین مقاله تجربیات بهره برداری از این تصفیه خانه نیز تشریح شده است.

روشها

الف : شکل راکتور

مورگان و همکاران (1991) ابعاد چهار راکتور در مقیاس پایلوت را گزارش کرده‌اند. حوضچه ته نشینی فرایند تماسی با اختلاط کامل دارای یک کویل مسی خنک کن بود و در دمای تقریباً         و با هدف کاهش گاز تولیدی در جهت بهبود ته نشینی توده میکروبی و جامدات برگشتی به راکتور بهره برداری شد. در حین مطالعه حوضچه ته نشینی با اضافه شدن یک کف پخش کن سطحی که برای پراکنده شدن یکنواخت توده میکروبی شناور جدا شدن گاز از فلوکها تعبیه شده بود، تغییر یافت.

فیلتر بی‌هوازی با ارتفاع 4/5 متر و سطح مقطع یک مترمربع با ETAPACK پر شد. ETAPACK بوسیله شرکت پرموتیا تهیه شده و از مواد پرکننده صافی می باشد. قطر آن 5/6 سانتیمتر و از جنس پروپیلن است. سطح مخصوص آن و دارای درجه تخلخل 95% می باشد. فضای داخل راکتور همانگونه که توسط کاین و همکاران (1991) تشریح شده است، شامل دو قسمت 64/1 مترمکعبی است که هر یک 31% حجم راکتور را اشغال می‌نماید و در 5/1 متری بالای پایه راکتور قرار گرفته است.

در اکثر موارد بهره برداری، مواد نگهدارنده در راکتور بستر شناور شامل L 160 ماسه با اندازه ذرات mm 5/0 و با درجه تخلخل 35% و وزن مخصوص 75/2 بود. در فوریه 1990 محیط فوق با L 160 گرانول کربن فعال با همان اندازه متوسط ذرات، وزن مخصوص 35/1 و تخلخل 45% جایگزین شد. راکتور UASB به یک جدا کننده گاز مایع جامد و با زاویه 60درجه مجهز شده بود. تمام راکتورها به برق متصل بودند و همچنین دمای لازم (35 درجه سانتیگراد) بوسیله یک مبدل حرارتی که در محل ورودی راکتور قرار داده شده بود و محتویات راکتور یا فاضلاب برگشتی از هاضم از آن عبور می کرد تامین می‌شد. همچنین فیلتر بی‌هوازی حاوی یک المنت الکتریکی قابل تنظیم مستقل در خط برگشتی بود. راکتورهای بستر شناور، فیلتر بی‌هوازی و UASB هر سه دارای شیرهای نمونه گیری در نقاط مناسب بودند که توسط مورگان و همکاران (1991) تشریح شده است.

ب : ورودی

در ژوئن  1987 راکتورها با دریافت پساب کارخانه که اساساً فاضلاب حاصل از بستنی سازی بود راه اندازی شد. این پساب با COD mg/L  4500 برای کاهش مقدار چربی از واحد شناورسازی با هوای محلول عبور داده شده بود. برای تأمین مواد غذایی نسبت COD:N:P به میزان 100:2:1 اوره و فسفات افزوده می‌شد.

همانگونه که کاین و همکاران (1990) شرح دادند از ژانویه 1988 فاضلاب ورودی برای هر چهار راکتور به وسیله اختلاط محصولات کارخانه بستنی سازی و آب یخ که به حوضچه یکنواخت سازی با حجم 11 مترمکعب وارد می شد، به دست می‌آمد. مواد مغذی، نیتروژن و فسفر (با میزان 100:2:1 برای COD:B:P ، تقریباً kg19/0 دی آمونیوم هیدروژن فسفات و kg12/0 اوره در هر مترمکعب ورودی و EDTA کلات کننده فلزات کمیاب نظیر Co, Mn, Fe و Ni با غلظت mg/L 02/0 نیز بطور دستی اضافه می‌شد. در سپتامبر 1988 همچنین دو ماده پاک کننده اصلی که برای نظافت داخل کارخانه استفاده می شد و توسط مرکز تحقیقات یونی لیور غیرسمی شناخته شده بود، در حدود غلظت مورد استفاده معمول به ورودی اضافه شد. این میزان شامل mg/L3/6 ماده پاک کننده قلیایی غیریونی و mg/L 8/3 پاک کننده آنیونی خنثی بود. مشخصات فاضلاب در فاصله زمانی ژوئن 1988 تا اوت 1990 در جدول 1 نشان داده شده است. تغذیه سیستم به سرعت باعث pH پائین فاضلاب موجود در مخزن نگهداری شد و به همین علت به خنثی سازی نیاز داشت. اسیدی شدن فاضلاب ورودی در تانک یکنواخت سازی در تابستان به مراتب سریعتر از زمستان بود به طوری که در مقادیر اسیدهای چرب فرار (VFA) تولید شده در فصول مختلف به میزان 7 برابر اختلاف نشان داده شد. محتویات حوضچه یکنواخت سازی به طور اتوماتیک و با استفاده از اضافه کردن NaOH به میزان 7 برابر اختلاف نشان داده شد. محتویات حوضچه یکنواخت سازی به طور اتوماتیک و با استفاده از اضافه کردن NaoH به میزان mg/L 600-350 در pH  حدود 8/6-6/6 تنظیم شد.

بهره برداری راکتور

ابتدا در ژوئن سال 1987، راکتورهای فرایند تماسی، فیلتر بی‌ هوازی و UASB با لجن غربال شده حاصل از هاضم بی‌هوازی لجن فاضلاب شهری بذردهی شد. متعاقب تغییر در تغذیه سیستم از خروجی واقعی کارخانه، محتویات هر چهار پایلوت خالی شده و در دسامبر 1987 توسط لجن غربال شده حاصل از هاضم‌های بی‌هوازی لجن فاضلاب لبنیات سازی مجدداً بذردهی شد.

در اکتبر سال 1988 بار دیگر راکتور فرایند تماسی خالی شد و سپس با لجن غلیظ غربال شده پر شد. از هفته یازدهم سال 1990، علیرغم تداوم برگشت لجن و به منظور توقف توده میکروبی در راکتور، به مدت دو ساعت قبل از عمل تغذیه و 17 ساعت در شبانه روز در حین عمل تغذیه اختلاط صورت نگرفت. از هفته 23 سال 1990 عمل برگشت فقط به مدت 7 ساعت در روز صورت گرفت.