مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خشک‌کردن و آبگیری از لجن: واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. هدف خشک‌کردن و آبگیری از لجن

کاهش رطوبت لجن (معمولاً از ۹۵–۹۸٪ به ۶۰–۸۰٪) برای:

• کاهش حجم و هزینه حملونقل.

• تسهیل دفع یا استفاده مجدد (کمپوست، سوزاندن، یا دفن).

• کاهش خطرات زیست‌محیطی (بو، نشت شیرابه).

۲. واحدها و روش‌های اصلی

۲.۱. آبگیری مکانیکی

• فیلتر پرس (Filter Press):

  • مکانیسم: اعمال فشار برای عبور آب از فیلترها.

  • رطوبت نهایی: ۶۰–۷۵٪.

  • مواد مورد استفاده: صفحات پلیپروپیلن یا فولاد ضدزنگ.

  • کاربرد: لجن با ذرات ریز (مانند لجن شیمیایی).

• سانتریفیوژ (Centrifuge):

  • مکانیسم: استفاده از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی آب.

  • رطوبت نهایی: ۷۰–۸۵٪.

  • سرعت چرخش: ۲۰۰۰–۴۰۰۰ دور بر دقیقه.

  • کاربرد: لجن شهری و صنعتی.

• تسمه فشاری (Belt Press):

  • مکانیسم: عبور لجن بین تسمه‌های متحرک تحت فشار.

  • رطوبت نهایی: ۷۵–۸۵٪.

  • کاربرد: لجن بیولوژیکی با قابلیت فیلتراسیون بالا.

۲.۲. خشک‌کردن حرارتی

• خشک‌کن دوار (Rotary Dryer):

  • مکانیسم: انتقال حرارت غیرمستقیم با گاز داغ.

  • رطوبت نهایی: ۱۰–۳۰٪.

  • دمای عملیاتی: ۲۰۰–۴۰۰°C.

  • کاربرد: لجن صنعتی با حجم بالا.

• خشک‌کن خورشیدی (Solar Dryer):

  • مکانیسم: استفاده از انرژی خورشید در گلخانه‌های پوشیده.

  • رطوبت نهایی: ۴۰–۶۰٪.

  • زمان خشک‌شدن: ۱۰–۳۰ روز.

  • کاربرد: مناطق گرم و خشک با فضای کافی.

۲.۳. روش‌های طبیعی

• لجن‌گیرهای خشک (Drying Beds):

  • مکانیسم: تبخیر طبیعی و زهکشی.

  • رطوبت نهایی: ۵۰–۷۰٪.

  • زمان خشک‌شدن: ۱–۴ هفته.

  • اجزا: لایه شن، زهکش، و سیستم جمع‌آوری شیرابه.

۳. محاسبات کلیدی

۳.۱. محاسبه حجم لجن پس از آبگیری

V2=V1×(100−R1)/(100−R2)​

• V1​: حجم اولیه لجن (m³).

• R1​: رطوبت اولیه (%).

• R2​: رطوبت نهایی (%).

مثال: اگر حجم لجن اولیه V1=10 m³V1​=10m³ با رطوبت ۹۵٪ به رطوبت ۷۵٪ برسد:

V2=10×((100−95)/(100−75))=2 m³

۳.۲. انرژی مورد نیاز خشک‌کن حرارتی

Q=m×(hتبخیر+Cp×ΔT)

• m: جرم آب تبخیرشده (kg).

• hتبخیر​: آنتالپی تبخیر آب (≈ ۲۲۶۰ kJ/kg).

• Cp​: ظرفیت گرمایی لجن (≈ ۴.۲ kJ/kg°C).

• ΔT: اختلاف دمای لجن (°C).

۳.۳. بارگذاری در خشک‌کن خورشیدی

بارگذاری (kg/m²)=مساحت گلخانه/جرم لجن روزانه

• مقادیر پیشنهادی: ۱۰–۲۰ kg/m²/day.

۴. ساخت و شیوه اجرا

۴.۱. مراحل اجرای فیلتر پرس

۱. طراحی: تعیین تعداد صفحات، فشار عملیاتی (معمولاً ۱۰–۱۵ بار)، و جنس فیلتر.
۲. ساخت:

• نصب صفحات فیلتر در قاب فولادی.

• اتصال پمپ فشار بالا و سیستم کنترل.
  ۳. راه‌اندازی:

• تزریق لجن و اعمال فشار.

• جمع‌آوری کیک لجن و شستشوی صفحات.
  ۴. نگهداری: تعویض فیلترها هر ۶–۱۲ ماه.

۴.۲. مراحل اجرای خشک‌کن خورشیدی

۱. انتخاب محل: منطقه با تابش خورشیدی ≥ ۵ kWh/m²/day.
۲. ساخت گلخانه:

• اسکلت فلزی یا چوبی با پوشش پلیکربنات.

• کف بتنی با شیب ۱–۲٪ برای جمع‌آوری شیرابه.
  ۳. راه‌اندازی: پخش لجن به ضخامت ۲۰–۳۰ سانتیمتر.
  ۴. کنترل: هوادهی با فن یا بازکردن دریچه‌ها.

۵. چالش‌ها و راهکارها

• چسبندگی لجن:

  • راهکار: افزودن مواد کمک‌فیلتر (مانند پلیمر یا آهک).

• خوردگی تجهیزات:

  • راهکار: استفاده از فولاد ضدزنگ یا پوشش اپوکسی.

• انتشار بو:

  • راهکار: نصب سیستم بیوفیلتر یا اسپری آنزیم‌های خنثی‌کننده.

۶. مقایسه روش‌ها

روش رطوبت نهایی (%)هزینه سرمایه‌گذاری مصرف انرژی کاربرد

فیلتر پرس۶۰–۷۵ بالا متوسط صنایع شیمیایی

سانتریفیوژ ۷۰–۸۵ بسیار بالا بالا فاضلاب شهری

تسمه فشاری ۷۵–۸۵ متوسط پایین لجن بیولوژیکی

خشک‌کن خورشیدی۴۰–۶۰پایین بسیار پایین مناطق خشک و نیمه‌خشک

۷. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی برای یک فیلتر پرس:

  • دبی لجن: ۵ m³/day با رطوبت ۹۵٪.

  • هدف: کاهش رطوبت به ۷۵٪.

  • تعداد صفحات: ۲۰ صفحه با ابعاد ۱.۵×۱.۵ متر.

  • فشار عملیاتی: ۱۲ بار.

  • زمان چرخه: ۴–۶ ساعت.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت شیرابه: تصفیه شیرابه قبل از تخلیه به محیط.

• استفاده مجدد از لجن: تولید کمپوست یا سوخت جایگزین (RDF).

• کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای: استفاده از انرژی تجدیدپذیر در خشک‌کن‌ها.

خشک‌کردن و آبگیری از لجن یک مرحله حیاتی در مدیریت پسماند است که انتخاب روش مناسب به عواملی مانند هزینه، فضا، نوع لجن، و مقررات محلی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب