مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف BOD (نیاز اکسیژن بیوشیمیایی) و COD (نیاز اکسیژن شیمیایی) از آب و فاضلاب، یکی از اهداف اصلی در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی است. این دو پارامتر نشان‌دهنده میزان آلاینده‌های آلی و معدنی در آب هستند که کاهش آن‌ها برای حفظ کیفیت آب و محیط زیست ضروری است. در ادامه، روش‌های سنتی و نوین، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

۱. روش‌های سنتی حذف BOD و COD:

الف. روش‌های بیولوژیکی:

• لجن فعال (Activated Sludge):

  • مکانیسم: استفاده از باکتری‌های هوازی برای تجزیه مواد آلی.

  • فرمول تجزیه:

    ​ ​CO2​+H2​O+زیست‌توده →میکروب‌ها --- مواد آلی+O2

  • پارامترهای بهینه:

    • زمان ماند هیدرولیکی (HRT): ۶–۱۲ ساعت

    • غلظت اکسیژن محلول (DO): ۲–۴ mg/L

• لاگون‌های هوادهی (Aerated Lagoons):

  • مزایا: ساده و کم‌هزینه برای جوامع کوچک.

  • معایب: نیاز به فضای زیاد و بازده پایین در هوای سرد.

ب. روش‌های شیمیایی:

• اکسیداسیون شیمیایی:

  • کلرزنی:

    Cl2​+H2​O→HOCl+HCl

  • محدودیت: تشکیل ترکیبات سرطان‌زای تری‌هالومتان‌ها (THMs).

۲. روش‌های نوین حذف BOD و COD:

الف. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs):

• ازن/UV یا H₂O₂/UV:

  • مکانیسم: تولید رادیکال‌های هیدروکسیل (•OH) برای تجزیه ترکیبات مقاوم.

  • فرمول واکنش:

    H2​O2​+UV→2•OH

  • بازده: کاهش ۹۰–۹۵٪ COD در زمان کوتاه.

• فنتون (Fenton’s Reagent):

  • فرمول واکنش:

    −Fe2++H2​O2​→Fe3++•OH+OH

  • نسبت بهینه: ۵:۱ تا H2​O2​:Fe2+=۱:۱.

ب. فناوری غشایی (Membrane Technology):

• بیورآکتورهای غشایی (MBR):

  • مزایا: ترکیب لجن فعال با فیلتراسیون غشایی (UF/MF) برای حذف همزمان BOD و جامدات.

  • بازده: ~۹۵٪ کاهش BOD و COD.

ج. الکتروشیمیایی (Electrochemical Oxidation):

• مکانیسم: استفاده از الکترودهای Ti/PbO₂ یا BDD (الماس دوپ شده با بور) برای اکسیداسیون مستقیم آلاینده‌ها.

• فرمول کلی:

  ​CO2​+H2​O --الکترولیز → آلاینده

۳. بهینه‌سازی روش‌ها:

پارامتر مقدار بهینه

pH در فرآیند فنتون ۲٫۵–۴

دمای راکتور بیولوژیکی ۲۰–۳۵°C

غلظت لجن (MLSS) ۳۰۰۰–۵۰۰۰ mg/L

ولتاژ در الکتروشیمیایی ۵–۲۰ ولت

فرمول‌های کلیدی:

• نرخ رشد میکروبی (Monod Equation):

  μ=μmax (s/(Ks​+S))​))))( ​

  • μ: نرخ رشد، S: غلظت سوبسترا، Ks​: ثابت نیمه اشباع.

• راندمان حذف BOD/COD:

  η=((Cورودی/​Cخروجی​​)-1)×100

۴. ساخت و اجرا:

۱. طراحی سیستم:

• برای فاضلاب شهری: ترکیب لجن فعال + MBR + کلرزنی.

• برای فاضلاب صنعتی: AOPs + الکتروشیمیایی + فیلتر کربن فعال.

۲. مواد و تجهیزات:

• بیولوژیکی: هواده‌های سطحی، پمپ‌های برگشت لجن.

• شیمیایی: ژنراتورهای ازن، تانک‌های واکنش فنتون.

• غشایی: غشاهای پلیمری (PVDF، PES).

۳. نصب و راه‌اندازی:

• ساخت راکتورهای هوازی با حجم متناسب با دبی فاضلاب.

• نصب سیستم‌های UV/Ozone با کنترل خودکار دوز.

• استفاده از الکترودهای BDD در سلول‌های الکتروشیمیایی.

۴. نگهداری:

• تمیزسازی غشاها با محلول‌های اسیدی/بازی هر ۳ ماه.

• جایگزینی کاتالیزورهای آهن در فرآیند فنتون.

نتیجه‌گیری:

• روش‌های سنتی مانند لجن فعال و کلرزنی به دلیل سادگی و هزینه پایین، هنوز کاربرد گسترده‌ای دارند.

• روش‌های نوین مانند AOPs، MBR و الکتروشیمیایی به دلیل بازده بالا (~۹۵–۹۹٪) و سازگاری با محیط زیست، برای صنایع پیشرفته توصیه می‌شوند.

• بهینه‌سازی: تنظیم پارامترهای عملیاتی (pH، دما، غلظت مواد شیمیایی) و ترکیب روش‌ها برای دستیابی به حذف کامل.

• اجرا: انتخاب روش باید بر اساس نوع فاضلاب (شهری/صنعتی)، غلظت BOD/COD و بودجه انجام شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب