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

شاخص های دیداری لجن فعال (Visual Indicators of Activated Sludge)

لجن فعال (Activated Sludge) یک فرآیند بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب است که در آن میکروارگانیسمها مواد آلی را تجزیه میکنند. بررسی شاخصهای بصری لجن به اپراتورها کمک میکند سلامت و عملکرد سیستم را ارزیابی کنند. در زیر مهمترین شاخص های بصری توضیح داده شده اند:

۱. رنگ لجن (Sludge Color)

• لجن سالم:

  • رنگ قهوهای شکلاتی (نشانه فعالیت باکتریهای هوازی و شرایط مناسب).

• لجن غیرطبیعی:

  • سیاه/تیره: نشانه شرایط بیهوازی (کمبود اکسیژن).

  • زرد/خاکستری: لجن جوان یا کمبار (Underloaded).

  • سبز: رشد جلبک (نور مستقیم خورشید یا حضور فسفر زیاد).

۲. ساختار فلک ها (Floc Structure)

• فلک های ایدهآل:

  • اندازه ۵۰۰–۱۰۰۰ میکرون، متراکم و با قابلیت تهنشینی سریع.

• مشکلات رایج:

  • فلک های ریز (Pin Floc): اندازه کمتر از ۱۰۰ میکرون؛ نشانه بار آلی کم یا شوک بارگذاری.

  • فلک های پراکنده (Disintegrated Flocs): تجزیه فلکها به دلیل سمیت یا pH نامناسب.

  • رشد رشته های بلند (Filamentous Bulking): حضور بیش از حد باکتریهای رشتهای (مثل Microthrix) که باعث کاهش ته نشینی و افزایش SVI میشود.

۳. کف (Foam) و اسکوم (Scum)

• کف سفید و کفآلود:

  • ناشی از حضور مواد شوینده یا سورفکتانت در فاضلاب.

• کف قهوهای ضخیم:

  • نشانه لجن پیر (Old Sludge) یا کمبود مواد مغذی (نیتروژن/فسفر).

• اسکوم (Scum):

  • تجمع چربی، روغن یا کف روی سطح؛ نیاز به حذف فیزیکی دارد.

۴. شفافیت آب زلال (Supernatant Clarity)

• شفافیت مطلوب: آب زلال پس از تهنشینی (کمتر از ۳۰ NTU).

• آب کدر:

  • حضور ذرات معلق (TSS بالا) به دلیل بار آلی بیش از حد، سمیت یا اختلال در ته نشینی.

۵. بو (Odor)

• بو طبیعی: بوی خاکی (ناشی از فعالیت باکتریهای هوازی).

• بوهای غیرطبیعی:

  • بوی تخم مرغ گندیده (H₂S): شرایط بیهوازی در سیستم.

  • بوی ترشیدگی: فساد لجن یا تجمع مواد آلی.

۶. آزمون ته نشینی (Settleability Test)

• شاخص حجم لجن (SVI – Sludge Volume Index):

  SVI=حجم لجن تهنشین شده پس از ۳۰ دقیقه (ml/L)غلظت MLSS (g/L)SVI=غلظت MLSS (g/L)حجم لجن تهنشین شده پس از ۳۰ دقیقه (ml/L)​

  • محدوده ایدهآل: ۵۰–۱۵۰ ml/g.

  • SVI بالا (>۱۵۰): لجن حجیم (Bulking) به دلیل رشد باکتریهای رشتهای.

  • SVI پایین (<۵۰): لجن فشرده (Dense Sludge) به دلیل بار آلی بالا یا کمبود اکسیژن.

۷. مشکلات رایج و راهکارها

شاخص بصری علت احتمالی راهکار

لجن سیاه + بوی H₂S کمبود اکسیژن افزایش هوادهی، بررسی پمپهای هوا

رشد رشتههای بلند کمبود مواد مغذی (N/P) افزودن اوره یا فسفات

کف قهوهای ضخیم لجن پیر افزایش نرخ تخلیه لجن مازاد (WAS)

آب زلال کدر بار آلی بیش از حدکاهش بارگذاری یا افزایش MLSS

۸. جمع بندی

بررسی شاخص های بصری لجن فعال، ابزاری ساده اما حیاتی برای پایش عملکرد سیستم است. این شاخصها باید همراه با آزمون های آزمایشگاهی (مانند MLSS، SVI و میکروسکوپی) برای تشخیص دقیقتر استفاده شوند. تنظیم پارامترهای عملیاتی (هوادهی، بارگذاری، تخلیه لجن) بر اساس این مشاهدات، سلامت سیستم را تضمین میکند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تشریح فرآیند لجن فعال

۱. فرآیند لجن فعال (Activated Sludge Process)

فرآیند لجن فعال یک روش بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب است که در آن میکروارگانیسمها (بهویژه باکتریها) مواد آلی را در حضور اکسیژن تجزیه میکنند. این فرآیند شامل مراحل زیر است:

• تانک هوادهی (Aeration Tank): فاضلاب با لجن فعال (مخلوط میکروارگانیسمها) مخلوط و هوادهی میشود تا اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه مواد آلی تأمین گردد.

• تانک تهنشینی (Clarifier): پس از هوادهی، مخلوط به تانک تهنشینی منتقل میشود تا زیستتوده (لجن) از پساب تصفیهشده جدا شود.

• بازچرخش لجن (Sludge Recycling): بخشی از لجن تهنشینشده به تانک هوادهی بازگردانده میشود تا غلظت میکروارگانیسمها حفظ شود.

• تخلیه لجن مازاد (Waste Activated Sludge): لجن اضافی از سیستم خارج میشود تا از انباشته شدن بیش از حد زیستتوده جلوگیری گردد.

۲. دلایل انتخاب فرآیند لجن فعال

• راندمان بالا: قابلیت حذف ۸۵–۹۵٪ BOD و مواد آلی.

• انعطافپذیری: امکان تطبیق با تغییرات بار آلی و هیدرولیکی.

• قابلیت ارتقا: امکان افزودن مراحل نیتراتزدایی و فسفرزدایی.

• فضای نسبتاً کم: در مقایسه با روشهای طبیعی مانند لاگونها.

• کیفیت پساب مطلوب: مناسب برای تخلیه به محیطهای حساس یا استفاده مجدد.

۳. محاسبات کلیدی برای طراحی سیستم

الف) محاسبه حجم تانک هوادهی

• زمان ماند هیدرولیکی (HRT):

  HRT=Q/V​

  • VV: حجم تانک (m³)، QQ: دبی فاضلاب (m³/day).

  • محدوده معمول: ۴–۸ ساعت برای تصفیه استاندارد.

• زمان ماند سلولی (SRT):

  SRT=(​X⋅V)/(Qw​⋅Xw)​

  • XX: غلظت MLSS (mg/L)، QwQw​: دبی تخلیه لجن (m³/day)، XwXw​: غلظت لجن مازاد (mg/L).

  • محدوده معمول: ۵–۱۵ روز برای سیستمهای متعارف.

ب) نیاز اکسیژن (Oxygen Demand)

• اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون مواد آلی:

  (0.68/(O2​=Q⋅(S0​−S)⋅((1−Y​

  • S0S0​: BOD ورودی (mg/L)، SS: BOD خروجی (mg/L)، YY: ضریب تولید لجن (۰.۴–۰.۶).

ج) تولید لجن مازاد (Sludge Production)

• مقدار لجن تولیدی:

  Px​=Y⋅Q⋅(S0​−S)+(kd​⋅X⋅V)

  • kdkd​: ضریب زوال میکروبی (معمولاً ۰.۰۵–۰.۱ day⁻¹).

۴. تخلیه و مدیریت لجن

الف) تخلیه لجن مازاد (WAS)

• لجن مازاد از سیستم خارج و به واحدهای تثبیت (هاضم) منتقل میشود.

• محاسبه دبی تخلیه:

  Qw​=(X⋅V)/(SRT⋅Xw)​​

ب) هاضم بیهوازی (Anaerobic Digester)

• هدف: کاهش حجم لجن، تثبیت مواد آلی و تولید بیوگاز.

• محاسبات طراحی:

  • زمان ماند (HRT): ۱۵–۳۰ روز برای هضم مطلوب.

  • بارگذاری مواد آلی (OLR):

    OLR=(Qsludge​⋅VS)/Vdigester​​

    • VSVS: مواد آلی فرار در لجن (kg/m³).

  • تولید بیوگاز: ۰.۵–۰.۷ m³/kg VS تخریبشده.

ج) دفع نهایی لجن

• کمپوست: استفاده از لجن تثبیتشده به عنوان کود.

• دفن بهداشتی: برای لجنهای غیرقابل استفاده.

• سوزاندن: در مواردی که لجن آلوده به مواد خطرناک است.

۵. عوامل مؤثر در انتخاب فرآیند لجن فعال

• کیفیت فاضلاب: غلظت BOD، TSS و مواد سمی.

• فضای قابل دسترس: سیستمهای فشرده تر برای مناطق شهری.

• هزینه های عملیاتی: انرژی مورد نیاز برای هوادهی و مدیریت لجن.

• مقررات محیط زیستی: استانداردهای تخلیه پساب و دفع لجن.

۶. جمع بندی

فرآیند لجن فعال به دلیل راندمان بالا، انعطاف پذیری و قابلیت تطبیق با نیازهای مختلف، یکی از پرکاربردترین روش های تصفیه فاضلاب است. طراحی دقیق بر اساس پارامترهایی مانند SRT، F/M Ratio و نیاز اکسیژن انجام میشود. مدیریت لجن شامل تثبیت بیهوازی، کاهش حجم و دفع ایمن است. استفاده از هاضمها نه تنها حجم لجن را کاهش میدهد، بلکه امکان تولید انرژی از بیوگاز را فراهم میکند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

چکیده:

تصفیه و دفع لجن مازاد به عنوان یک معضل در تصفیه خانه فاضلاب در سرتا سر دنیا از لحاظ عوامل زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و قانونی مطرح می باشد. به همین دلیل رویکرد به سمت توسعه فناوری هایی برای کاهش تولید لجن فاضلاب پیش می رود. لجن هاي فاضلاب باقيمانده حاصل از تصفيه فاضلاب هستند كه در خلال تصفيه اوليه ، ثانويه و گاها ثالثيه توليد ميشود، مقدار توليد لجن بيولوژيكي و مشخصات كيفي آن علاوه بر ويژگي هاي كمي و كيفي فاضلاب به فرايند تصفيه و شرايط راهبري آن بستگي دارد. يكي از معايب عمده فرايندهاي تصفيه بيولوژيكي فاضلاب توليد نسبتا زياد لجن مازاد بيولوژيكي است . بطوريكه حدود 40 الي 60 درصد هزينه سرمايه گذاري ومتجاوز از 50 درصد هزينه راهبري و نگهداري تصفيه خانه ها به امر تصفيه لجن حاصل از فرایندهای تصفيه فاضلاب مربوط مي شود. در این مقاله با توجه به سه استراتژی اصلی (کاهش لجن در قسمت خط لوله فاضلاب،کاهش لجن در قسمت تولید لجن، کاهش لجن در قسمت دفع نهایی لجن) مروری بر روشهای کاهش لجن می شود. استراتژی اول،کاهش تولید لجن در قسمت خط لوله فاضلاب در حقیقت کاهش تولید لجن بوسیله کاهش ضریب تولید بیومس می باشد که شامل روشهای زوال تدریجی- رشد پنهان، متابولیسم جفت نشده، متابولیسم نگهداشته شده، شکار باکتری و تصفیه بی هوازی/هوازی می باشد. هدف این مقاله ارائه و بررسی روشهای رایج کاهش لجن در قسمت خط لوله فاضلاب در فرایندهای تصفیه فاضلاب می باشد.

كلمات كليدي: تصفيه بيولوژيكي، كاهش توليد لجن، زوال تدریجی_رشدپنهان، متابولیسم نگهداشته شده(حفاظت شده)، متابولیسم جفت نشده.

 

1. مقدمه

تصفیه خانه های متداول فاضلاب روشهای فیزیکی و بیولوژیکی را برای تصفیه فاضلاب به کار می گیرند. فرایند لجن فعال بطور گسترده ای برای تصفیه بیولوژیکی در سرتاسر جهان استفاده می شود. اما در نتیجه استفاده از این روش مقدار قابل ملاحظه ای لجن مازاد دفعی تولید می شود که بایستی دفع شود. این لجن حاوی مقدار قابل توجه ای از جامدات فرار (VS) و آب (%95<) می باشد. به دلیل بالا بودن جامدات آن هزینه های دفع آن قابل توجه است. در حقیقت هزینه های تصفیه و دفع لجن مازاد حاصل از تصفیه فاضلاب در این روش 25 تا 65 درصد هزینه های کل بهره برداری را شامل می شود. بنابراین در روش متداول، مشکل از حالت آلودگی آب به مشکل دفع مواد زائد به شکل جامد تغییر می یابد. این مشکل هم در کشورهای در حال توسعه و هم در کشورهای صنعتی روز به روز در حال افزایش است. در نهایت دفع لجن مازاد به دو دلیل یکی از مهمترين چالش های جدی در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب می باشد.

1-     مقررات جدید تصفیه فاضلاب باعث افزایش شمار تصفیه خانه شده است. در کشورهای عضو اتحادیه اروپا، پس از اجرای رهنمود EEC 271/91 تصفیه فاضلاب شهری، بخش وسیعی از جمعیت اروپا تا سال 2005 از تسهیلات تصفیه فاضلاب بهره مند شدند. این افزایش در شمار تعداد تصفیه خانه های فاضلاب می تواند به معنای افرایش تولید لجن باشد. افزایشی در حدود 40 درصد از سال 1998 تا 2005 در میزان تولید لجن دفعی اتفاق افتاد که در نتیجه آن حدود 4/9 میلیون تن وزن خشک در هر سال تولید شد، که این مقدار در سال 2010 به حدود 10 میلیون تن رسید.

2-     از طرفی روشهای معمول دفع لجن تحت تاثیر مقررات محیط زیست (EEC/278/86)، مقررات کشاورزی و مقررات دفع مواد زائد جامد قرار گرفتند، بدین منظور برای در نظر گرفتن جنبه های مثبت استفاده از لجن در خاک و همچنین به منظور کاهش تاثیر زائدات بر محیط زیست (خاک، پوشش گیاهی، جانوران و انسان) در رهنمود EEC/278/86 محیط زیست تجدید نظر شد و طراحی رهنمودی برای زائدات بیولوژیکی ضرورت پیدا کرد.

امروزه دفع لجن در اقیانوس قدغن شده است و همچنین تلتبار کردن در زمین های دفن نیز منسوخ شده است، با این وجود در حدود 35 تا 45 درصد از لجن در اروپا به این روش دفع می شود. قوانین مربوط به کاربری زمین برای لجن، جهت جلوگیری از خطرات بهداشتی که برای انسان و حیوانات دارند به دلیل وجود عناصر بالقوه سمی موجود در لجن مثل فلزات سنگین، پاتوژنها و آلوده کننده های آلی مقاوم سخت گیرانه تر شده اند.

خاکستر زباله سوز نیز جزء مواد زائد خطرناک به حساب می آید (به دلیل وجود فلزات سنگين و سمیت آنها) و باعث می شود که هزینه های تصفیه در این روش بالا رود.

علاوه بر این دولت و گروه های محیط زیستی ظاهراً نسبت به بررسی و در نظر گرفتن روش هایی مثل بازیافت انرژی از زباله سوز و یا استفاده مجدد از خاکستر زباله سوز بعنوان مواد ساختمانی و دیگر استفاده های مفید ديگر بی میل هستند.

بنابراین تلنبار کردن لجن و اجزاء آن در آینده قابل قبول نخواهد بود ولي استفاده مستقیم از لجن بر روی زمین گزینه مورد قبول می باشد، که این روش نیز در رهنمود جدید پیشنهادی برای لجن فاضلاب در اروپا، نیز تحت تاثیر قرار گرفته است (Anon 2000).

بنابراین، محدودیت های قوانین کنونی، افزایش هزینه و حساسیت های عمومی نسبت به دفع لجن فاضلاب، گسترش و توسعه راهکارهایی جهت کاهش و کمینه سازی تولید لجن مازاد را امری واجب کرده است. و به نظر می رسد کاهش تولید لجن حاصل از تصفیه فاضلاب به جای تصفیه پیشرفته لجن تولیدی راه حل مناسبی جهت حل مشکل بحران دفع لجن کنونی باشد، به این دلیل که در این روش بسیاری از مشکلات حل می شود. در حال حاضر چندین روش جهت کاهش لجن تولیدی حاصل از تصفیه فاضلاب بیولوژیکی تصفیه خانه ها رواج یافته است. در این مقاله ما روش هایی را که باعث کاهش و کمینه سازی لجن می شود را ارائه خواهیم کرد، نه کاهش جامدات را که به دلیل روش های خشک کردن ایجاد می شود.

 

2.  روشهایی برای کاهش لجن

میزان تولید لجن بیولوژیکی در سيستم لجن فعال متداول (در تصفیه خانه های متداول فاضلاب) می تواند به روشهای مختلفی کاهش یابد. در حقیقت روشهای مختلفی برای کاهش لجن وجود دارد.

1-     کاهش لجن درقسمت خط لوله‌ی فاضلاب

2-     کاهش لجن درقسمت خط تولید لجن

3-     کاهش لجن در قسمت دفع نهایی لجن

هر کدام از روشهای موجود دیگر در سه روش فوق خلاصه می شوند و قرار می گیرند:

1. روش هاي کاهش درقسمت خط لوله‌ی فاضلاب (water line): کاهش تولید لجن در تصفیه فاضلاب در خط لوله نسبت به تصفیه نهایی پس از تولید بیشتر است، که به 2 روش امکان پذیر است: 1) آنهایی که باعث کاهش ضریب يلد می شوند (ازن زنی و جفت كننده هاي شميايي) یا آنهایی که در ضريب يلد پايين بهره برداري مي شوند (روش هوازی - بیهوازی).

2. روش های كاهش درقسمت خط تولید لجن (sludge line): کاهش تولید لجن مازاد توسط تصفیه مضاعف لجن، هدف از این روش کاهش میزان جریان لجن دفعی می باشد. به دلیل شکسته شدن مواد آلی لجن فاضلاب، تخمیر بیهوازی در تصفیه فاضلاب برای کاهش و تثبیت جامدات فاضلاب روش استانداری است. روش تخمير بیهوازی به سه روش مواد را تجزيه می کنند: هیدرولیز، اسیدوژنز و متانوژنز. مرحله‌ی محدود کننده در روش های فوق مرحله‌ی واکنش های هیدرولیز کننده می باشند زیرا باعث می شوند که دماي لجن کاهش یابد. بعضی روشهایی که بررسی شده اند روشهایی هستند که باعث افزایش هضم بیهوازی لجن شده اند. بعضی از آنها اولین روش های پیش تصفیه در راکتورهای بیهوازی می باشند. (تجزیه مکانیکی- پیش تصفیه حرارتی، هیدرولیز بیولوژیکی بوسیله‌ی آنزیم ها و غیره) و مابقی تغییراتی است که در خود هاضم اتقاق می افتد. (تغییر دادن دمای هاضم بیهوازی، AGF و غیره).

3. روشهای كاهش در قسمت دفع نهایی لجن: تکنولوژیهاي اين روش کمک می کنند به اینکه لجن‌های تولیدی به یک حالت پایداری نهایی آبگیری شده و با پاتوژنهای باقیمانده آزاد و کم ضرر تبدیل شوند. این روش ها، روشهایی برای کاهش تولید لجن نمی باشند بلکه یک روش تصفیه نهایی برای دفع جامدات فاضلاب می باشند. همه‌‎ی این روش ها بر مبناي بازیافت انرژی هستند (زباله سوزها، SCWO ...).
3.  روش های كاهش درقسمت خط لوله‌ی فاضلاب

با توجه به جدول 1، روشهای که برای کاهش تولید لجن دفعی در تصفیه خانه متداول فاضلاب وجود دارند خیلی بیشتر از روش های هستند كه در قسمت تصفیه نهایی لجن وجود دارند. روشهاي در خط لوله فاضلاب كه باعث كاهش ضريب بيومس توليدي (Y) مي شوند خود به چهار روش كلي تقسيم بندي مي شوند كه شامل:

1-     زوال تدريجي –رشد پنهان[1]

2-     متابوليسم نگهداشته شده[2]

3-     متابوليسم جفت نشده[3]

4-     شكار باكتري[4]

 

 

 

جدول 1:  فرايندهاي كاهش لجن

نوع استراتژي

بيان تكنيك

نوع روش كلي

روش كاهش

كاهش در خط فاضلاب

فرايندهاي كاهش دهنده ضريب يلد

زوال تدريجي–رشد پنهان

اكسيداسيون شيميايي

 

 

ازن زني

كلرزني

تصفيه حرارتي-شيميايي

 

فرايند با اكسيژن خلوص بالا

 

واكنش هاي آنزيماتيك

 

متابوليسم نگهداشته شده

بيو راكتورهاي غشايي

 

متابوليسم جفت نشده

جفت نشده هاي شيميايي

 

فرآيند OSA

 

شكار باكتري

سيستم دو مرحله اي

 

با استفاده از كرم ها

 

بهره برداري در ضريب يلد پايين

سيستم هاي هوازي/بي هوازي

 

كاهش در خط لجن

فرايندهاي پيش تصفيه قبل از

هضم بيهوازي

پيش تصفيه فيزيكي

Cavitations

همگن ساز هاي فشار بالا

همگن ساز هاي فراصوتي

 روش حرارتي

هيدروليز حراراتي

انجماد و ذوب

  روش مكانيكي

آسياب كردن همراه با متراكم شدن

هم زدن

ضربات با عملكرد بالا

روش گريز از مركز

تشعشع

استفده از اشعه گاما

پيش تصفيه شيميايي

هيدروليز اسيدي و قليايي

 

پيش تصفيه با استفاده از ازن

 

پيش تصفيه بيولوژيكي

 

 

پيش تصفيه تركيبي

تركيب حرات و نيروهاي برش دهنده و غير متراكم كننده

 

تركيب مواد شيميايي با هيدروليز حرارتي

 

فرايند هاي تعديل شده  هضم

بي هوازي

هضم بي هوازي دو مرحله اي

هضم بي هوازي در فاز دمايي

شناور سازي گاز فاقد اكسيژن (AGF)

فرايندهاي حذف لجن

 

 

سوزاندن

 

 

 

پيروليز و تبديل كردن به گاز

 

 

 

اكسيداسيون با هواي مرطوب (WAO)

 

 

 

اكسيداسون آب فوق بحراني (SCWO)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. زوال تدریجی-رشد پنهان

زوال تدریجی سلول باعث می شود که محتویات سلولی به داخل محیط رها می شوند بنابرانی سوبسترایی در محل تولید می شود که در بارگذاری مواد آلی شرکت می کند، این سوبسترای آلی در متابولیسم میکروبی مورد استفاده مجدد قرار می گیرد و بخشی از کربن بعنوان محصول تنفس آزاد می شود و بنابراین منجر به کاهش کلی بیومس می شود. رشد بیومس که متعاقباً در این سوبسترای ذاتی اتفاق می افتد را نمی توان از رشد ناشی از سوبسترای آلی اولیه تشخیص داد و بنابراین بعنوان رشد مرموز نامگذاری می شود (Mason et al. 1986).

زوال تدريجي –رشد پنهان دو مرحله دارد:

1-     زوال سلولی

2-     تجزیه بیولوژیکی.

 عامل محدود کننده در زوال تدریجی-رشد پنهان مرحله زوال سلولی است، افزایش راندمان زوال سلولی می تواند منجر به کاهش کلی تولید لجن شود (Mason and Hamer 1987).

 برخی از روشهایی که برای تجزیه لجن بررسی شده اند شامل: روشهاي مكانيكي، حرارتی، تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی مي باشند (Muller 2000 a,b). در زیر روشهایی که می توانند در قسمت خط لوله فاضلاب برای تجزیه ذرات در روش لجن فعال بکار برده شوند و شامل: ازن زنی، کلرزنی، ادغام تصفیه حرارتی و قلیایی، کاهش غلظت اکسیژن و واکنش های آنزیماتیک باشند شرح داده شده اند.

1.1.3. ازن زنی

فرآیند جدیدی برای کاهش تولید لجن مازاد در فرآیند لجن فعال توسعه دادند  این فرآیند جدید از مرحله ازن زنی لجن و مرحله تجزیه بیولوژیکی لجن تشکیل شده است  (Yasui and Shibata 1994; Bohler and Siegrist 2003).

در این حالت بخشی از لجن باز یافت شده از واحد ازن زنی عبور داده می شود و سپس لجن تصفیه شده در مرحله تصفیه بیولوژیکی بعدی تجزیه می شود. ازن زنی لجن منجر به حلالیت (بخاطر اکسیداسیون مواد آلی) و معدنی سازی (بخاطر اکسیداسیون مواد آلی محلول) می شود و بازچرخش لجن محلول در تانک هوادهی باعث القاء رشد پنهان می شود، در طول دوره های بهره برداری از تصفیه خانه ها با فرآیند ازن زنی لجن برای تصفیه فاضلاب شهری و فاضلاب صنعتی به ترتیب هیچگونه لجن مازادی دفع نشده و هیچگونه تجمع قابل توجهی از جامدات غیرآلی (معدنی) در تانک هوادهی در دوز بهینه ازن اتفاق نیافتاده و هزینه بهره برداری از این فرآیند کمتر از هزینه تصفیه لجن متعارف شامل آبگیری کردن و دفع برآورد شد (Yasui et al. 1996; Sakai et al. 1997).

كاميا[5] و هيروتسويي[6] یک سیستم جدید ترکیبی از تصفیه بیولوژیکی و ازن زنی متناوب برای کاهش تولید لجن مازاد با مقادیر کمتری از ازن و بطور همزمان کنترل توده لجن را ایجاد كردند، نتایج تحقیق آزمایشگاهی بر روي تصفیه فاضلاب سنتیکی آن ها نشان داد که ازن زنی متناوب نه تنها تولید لجن را تا50% کاهش می دهد بلکه 30% از دوز ازن برای ازن زنی را نيز كاهش مي دهد و حتی خصوصیات لجن ته نشین شده را نیز بهبود می بخشد (Kamiya and Hirotsuji 1998).

اصل کار روش لجن فعال ترکیبی با ازن زنی که توسط کامیا و هیدوستوکی در سال 1998 پیشنهاد شده در ذیل آمده است:

i= یک قسمت از لجن فعال در تانک بیهوازی را در راکتور ازن، ازن زنی شده مي شود. اغلب میکروار گانسیم های لجن فعال در راکتور ازن زنی، کشته و یا به مواد آلی اکسید می‌شوند.

ii= مواد آلی تولید در مرحله ازن زنی می توانند در تصفیه بیولوژیکی بعدی تجزیه شوند و از بین روند. این استرس وجود دارد که پیش ازن زنی در روش لجن فعال کیفیت فاضلاب از لحاظ غلظت کربن آلی نامحلول را تحت تاثير قرار دهد. به هر حال، قابلیت ته نشین شدن لجن یا همان SVI در مقایسه با آزمایشاتی که در آنها ازن زنی انجام نشده بود بهبود چشمگیری را نشان مي داد. این تکنولوژی قبلاً در تصفيه خانه ها در مقیاس بزرگ بکار گرفته شده است.

تحقیقات مشابه نشان می دهد که ازن زنی متناوب بیشتر از ازن زنی پیوسته بعلت افزایش سرعت حلالیت ترجیح داده می شود، اگرچه ازن زنی لجن باعث افزایش واضح TOC درپساب می شود، بررسیها نشان می دهد که مواد آلی درپساب ناشی از ازن زنی لجن بطور عمده پروتئین ها و بخش قندی هستند که برای محیط زیست بی ضرر هستند (Egemen et al. 1999; Ahn et al. 2002).

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) تکنولوژی ازن زنی:

ü  اهمیت نداشتن تجمع جامدات غیرآلی در غلظت اپتیمم دوز ازن تانک بی هوازی

ü  قابلیت ته نشینی لجن یا همان SVI لجن نسبت به حالت ازن زنی نشده بهبود می یابد.

ü  موفقیت آمیز بودن آزمایشات در مقیاس بزرگ

O ازن زنی لجن باعث افزایش مقدار ناچیز TOC در فاضلاب می شود (اگر چه بطور عمده متشکل از قندها و پروتئین هاست که اثر زیان آور کمی بر روی محیط زیست دارند.)

O هزینه های بالای ازن زنی

O مصرف ازن برای تجزیه سایر مواد آلی که ممکن است موجود باشند.

2.1.3. كلرزني

کلر زنی نسبت به ازن زنی هزینه‌ی کمتری دارد. کلرزنی لجن در دوز کلر مساوی با g Cl2/g MLSS 066/0 تولید لجن مازاد را تا 65 درصد کاهش می دهد .(Chen et al. 2001a, b; Saby et al. 2002)

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) تکنولوژی کلر زنی:

P هزینه‌ی کلر زنی نسبت به ازن زنی کمتر است.

O تشکیل تری هالومتان ها (THM)

O افزایش قابل توجه اکسیژن مورد نیاز شیمیایی محلول در فاضلاب

O کاهش قابلیت ته نشین لجن.

3.1.3. انجام تصفیه حرارتی و شیمیایی بصورت همزمان

روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب نسبت به دما حساس می باشند. هنگامیکه لجن برگشتی به مدت 3 ساعت در دمای 90 درجه سانتیگراد تصفیه حرارتی دهیم و سپس آن را برگشت دهیم، کاهش 60% لجن را بدست خواهیم آورد (Canales et al. 1994). افزایش دما می تواند با تصفیه قلیایی- اسیدی برای کاهش بیشتر لجن مازاد ترکیب شود، راچر و همکارانش در سالهای 1999 و 2001نشان دادند که تصفیه قلیایی با هیدروکسید سدیم اضافی که با تصفیه حرارتی ترکیب شده (10pH=، C°60 برای 20 دقیقه) روش کارایی برای لیز کردن سلولها و کاهش لجن می باشد، که این کاهش تا حدود 37% بدست آمد Muller 2001; Rocher et) al. 1999; Rocher et al. 2001).

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) انجام همزمان تصفیه حرارتی و شیمیایی:

O خوردگی ( مواد خیلی مقاوم و با کیفیت خوب مورد نیاز است)

O تولید بو

ü       سهولت بهره برداري

ü       تغيير اندك در كيفيت پساب خروجي

4.1.3. روش اکسیژن خالص زیاد

بطور عمده نشان داده شده است که در یک روش لجن فعال، تأمین اکسیژن محلول نقش محدود کننده ای در افزایش مقدار بار آتی تأسیسات تصفیه خانه دارد. به هر حال عقاید متفاوتی درباره اثر غلظت اکسیژن محلول بر تولید لجن وجود دارد. مکانیسم کاهش تولید لجن به وسیله‌ی افزایش DO به نحوی باعث تغییر متابولیکی در لجن فعال مي شود. مشاهده شده که بازده رشد در فرآیند لجن فعال به روش اکسیداسیون خالص در مقایسه با سیستم متداول حتی در میزان بارگذاری بالای لجن می تواند تا 54% کاهش یابد. بُن و بورگس 1974 گزارش کردند که برای یک زمان ماند لجن یکسان و مشابه بازده لجن در سیستم اکسیژن خالص تنها 60% از بازده بدست آمده نسبت به استفاده از روش هوای ناخالص بوده است. واندرلیچ و همکاران (1985) نشان دادند که در سیستم لجن فعال با اکسیژن خالص بالا تولید لجن از 38% به 28% mg VSS/mg COD کاهش می یابد چنانچه SRT از 7/3 به 7/8 روز افزایش می یابدBoon and Burges 1974; McWhirter 1978;) (Abbassi et al. 1999.

عباسی و همکارانش در سال 1999 توانایی کاهش تولید لجن مازاد را به وسیله بهینه سازی غلظت اکسیژن در فلوک های لجن فعال را مورد بررسی قرار دارند. نتایج آن ها نشان داد که افزایش اکسیژن محلول از 2 تا 6 میلی گرم در لیتر منجر به کاهش 25% میزان بیومس موجود در راکتور می شود. این نتایج نشان می داد که بکار بردن اکسیژن خالص در یک زمان ماند میکروبی نسبتاً طولانی کارایی بیشتری در کاهش تولید لجن دفعی دارد.

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) روش اکسیژن خالص بالا به شرح ذیل می باشند:

ü         روش لجن فعال با Do بالا پيشرفت میکرو ارگانیسم های فیلامنتوس را سرکوب می کند.

ü         توانایی حفظ غلظت بالای MlVSS در تانک هوادهي

ü         بهتر کردن تغلیظ و ته نشینی لجن

ü         کارایی انتقال اکسیژن بالا

ü         عملکرد خیلی پایدار

O اثربخشی فرآیند مشخص نیست

O مکانیسم کاملاً شناخته شده نیست

O هزینه‌ی بالای هوادهی

5.1.3. واكنش هاي آنزيماتيك

واکنش های آنزیماتیک واکنش های بیولوژیکی هستند که بر اساس فعالیت های آنزیم ها می‌باشند. این واکنش ها بر اساس یک روش تصفیه فاضلاب جدید می باشد که تشکیل شده از ترکیب لجن فعال متداول با هاضم لجن هوازی گرما دوست که در آن لجن مازاد دفعی با آنزیم های گرما دوست حل می شود. که این سیستم بنام روش S-TEنیز نامیده می‌شود .(Sakai et al. 2000; Shiota et al. 2002)

این روش شامل 2 مرحله متفاوت می باشد: یکی برای تصفیه فاضلاب بیولوژیکی و دیگری برای هضم هوازی گرما دوست لجن تولیدی.

یک بخش از لجن برگشتی تصفیه فاضلاب به هاضم هوازی در فاز گرما دوست لجن، تزریق می‌شود که در آن لجن تزریق شده با باکتریهای هوازی گرما دوست محلول می شود و توسط باکتریهای مزوفیلیک معدنی می شوند. لجن محلول برای تجزیه بیشتر دوباره به تانک هوادهي برگردانده می شود. نتايج در مقیاس پایلوت نشان داد که از کل لجن مازاد دفعی تولیدی 93% کاهش می یابد و راندمان بالایی از BOD حذف می شود. تأسیسات تصفیه خانه فاضلاب شهری که 3 سال کار کرده نشان داد که در کل تولیدات لجن دفعی 75% کاهش می یابد.

در روش تجزيه بیولوژيكي E[7] كه توسط Ondeo – Degremont ساخته شده است (اگر چه اساساً توسط شرکت ژاپنی Shinko pantec ساخته شده است)، از یک عمل کاملاً بیولوژیکی برای تجزیه باکتریها به بیومس (جرم زنده) استفاده می کند که باکتریها طی این عمل دیگر قادر به تکثیر و تولیدمثل نخواهند بود. که شامل جمع کردن مایع مخلوط از حوضچه‌‎ی لجن فعال و سپس تغلیظ آن و سپس عبور دادن آن از میان راکتور آنزیمی گرما دوست که در دمای حدود 50 تا ˚C 60 مشغول کار است. این شرایط رشد نوع خاصی از میکروبها را تحریک می کند. هنگام فعالیت میکروبها نوع خاصی از آنزیم را تولید می‌کنند که به دیواره خارجی باکتریهای موجود در لجن حمله می‌کنند و باعث کاهش توانایی تکثیر آنها می شود. آنزیمها توسط باکتریها رها می شوند که در چنین روشی باکتریها توانایی تکثیر و رشد خود را از دست می دهند. فرآیند گرم کردن، تجزیه لجن سپس عبور دادن آن از یک مبادله کننده‌ی حرارتی برای بهبود مقداری از انرژی آن قبل از دوباره برگرداندن آن به حوضچه‌ی لجن فعال است. هیچ منبع خارجی آنزیماتیک نیاز نمی باشد. نتیجه‌ی کار نشان داد که میزان کاهش لجن از 30 تا 80% (بستگی به میزان روزانه لجن فرستاده شده به راکتور دارد).

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) روش واکنش آنزیماتیک به شرح ذیل هستند:

ü   آزمایش Full – scale یا در مقیاس واقعی

ü   کاهش رشد ارگانیسم های فیلامنتوس

ü   میانگین هزینه ها (بررسی و راه اندازی) شبیه و یا کمتر از سیستم تصفیه قدیمی است.

O افزایش مقدار کمی غلظت های COD و SS پساب.

2.3. متابولیسم خودخوری و حفاظت (متابولیسم نگهداشته شده)

براساس مطالعات پایرت[8] در سال 1965 قسمتی از منبع انرژی برای حفظ عملکردهای حیاتی میکروارگانیسم ها بکار برده می شود که به نام متابولیسم حفاظت نامیده می شود. انرژی حفاظت شامل انرژی لازم برای جابجا شدن سلولها و فعالیتهای حمل و نقل می باشد و ایجاد جرم سلولی جدید نمی نماید. بنابراین تولید لجن بطور معکوس با فعالیت متابولیسم نگهدارنده وابسته است (Chang 1993). به عبارت دیگر، برای محاسبه کاهش تولید بیومس که معمولاً هنگامیکه میزان رشد مخصوص کاهش می یابد مشاهده می شود، باید فرض قرار داد که انرژی مورد نیاز این عمل از طریق مکانیسم داخل سلولی تامین می شود، در این حالت قسمتهایی از بخشهای سلولی اکسید می شود تا انرژی لازم برای انجام عملیات را تامین کند. هدف این است که شرایطی بدست آید که بصورت طبیعی بین رشد سلول و زوال آن تعادل برقرار شود. تنفس سلولی تجزیه خود به خودی بیومس است. نتیجه مهم متابولیسم سلولی این است که مواد ورودی سرانجام به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شوند (Gaudy 1980; Martinage & Paul 2000). پس می توان گفت که کنترل تنفس سلولی اهمیت عملی و کاربردی بیشتری نسبت به حذف مواد و کنترل رشد میکروبی در فرایندهای تصفیه فاضلاب دارد،که روش غشاء بیولوژیکی جزء این متد می باشد.

1.2.3. غشاء بیولوژیکی

روش هوادهی ممتد (سرشار از اکسیژن) معروف است به تولید لجن کم، بطوریکه هوادهی ممتد باعث تثبیت لجن می شود. به هر حال این روش نیاز به انرژی و هوادهی زیاد دارد. تنها این امکان وجود دارد که هوادهی ممتد را در یک دستگاه خیلی فشرده انجام داد که هم قابلیت برگشت دادن مقدار زیادی لجن در هر واحد حجم و هم افزایش اکسیژن وجود دارد. با وجود اینکه اکسیژن خالص می تواند باعث عملکرد این روش شود (همانطور که بحث شد) استراتژی سن بالای لجن نیز می تواند در بیوراکتور غشایی اتفاق بیافتد، در راکتور غشایی زمان ماند جامدات (SRT) بصورت مستقل از زمان ماند هیدرولیکی کنترل می شود. بطوریکه غلظت بالایی از لجن را ایجاد می کند (g/l 20-15) و بعد از آن میزان بارگذاری لجن کاهش می یابد. هنگامیکه میزان بارگذاری این لجن به اندازه کافی کاهش یابد تولید لجن کاهش می یابد و یا به صفر می رسد (Yamamoto et al. 1989;   Ghyooy and Verstraete 2000; Wagner & Rosenwinkel 2000; Rosenberger et al. 2002). پس این روش با توجه به مصرف بالای انرژی یک روش گرانقیمت به حساب می آید. در این نوع از راکتور حدود 90% از COD ورودی به CO2 و جامدات معلق در راکتور اکسید می شوند، بدون اینکه کاهش لجنی صورت گیرد که این کار بصورت تقریباً پایدار اتفاق می افتد (Yamamoto et al. 1989).

واگنر و روزنوینکل در سال 2000 و روزنبرگر و همکارانش در سال 2002 نشان دادند که در سیستم بیوراکتور غشایی، متابولیسم نگهداشته شده باکتری تولید لجن را کاهش می دهد و یا به صفر می رساند. این معقول به نظر می رسد که ترکیب کردن روش فرایند لجن فعال با هوادهی ممتد همرا با روش جداسازی غشایی بطور بالقوه باعث کاهش بیشتر لجن تولیدی می شود. در حقیقت در یک مقیاس بزرگ به نظر موفقیت آمیز خواهد بود (Churchouse and Wildgoose1999).

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) این روش به شرح ذیل هستند:

ü   نیاز به فضای کم

ü   انعطاف پذیری در بهره برداری

O ته نشینی و جداسازی لجن خیلی سخت اتفاق می افتد به دلیل خصوصیات لجن: باز شدن فلوک ها، بالا رفتن ویسکوزیته و SVI.

O کم بودن اکسیژن: که باعث افزایش هزینه های هوادهی می شود.

O ایجاد رسوب در غشاء: که نیاز به تعویض و تمییز کردن دارد (باعث افزایش هزینه ها می شود).

O عملی نبودن کاربرد بیوراکتور غشائی با برگشت لجن در مقیاس واقعی

O نیاز به انرژی بالا

3.3. متابولیسم جدا کننده(متابولیسم جفت نشده)

   متابولیسم یک واکنش بیوشیمیایی است که شامل واکنش آنابولیسم و کاتابولیسم وابسته به هم می باشد. بازده سلولها مستقیماً وابسته به میزان انرژی تولید شده (ATP) توسط کاتابولیسم می باشد. روش جفت نشده روشی است برای افزایش اختلاف سطح انرژی بین کاتابولیسم و آنابولیسم که منجر به کاهش ذخیره انرژی برای آنابولیسم می شود. در نتیجه ضریب رشد بیومس کاهش می یابد و تولید لجن نیز کاهش می یابد. متابولیسم جفت نشده تحت شرایط مختلفی مشاهده شده است: از جمله وجود ترکیبات جلوگیری کننده و یا فلزات سنگین، دمای غیر طبیعی، منبع انرژی زائد، کمبود مواد غذایی و سیکل هوازی- بیهوازی جایگزین ((Tsai1990; Mayhew 1998; Liu 2000. در مهندسی محیط ریست مفهوم انرژی جفت نشده می تواند به عنوان پدیده ای که در آن نرخ مصرف مواد آلی نسبت به انرژی مورد نیاز برای رشد و نگهداری بیشتر است، معنی می شود. در نتیجه در شرایط انرژی جفت نشده ضریب بازدهی سلولی لجن فعال بطور قابل توجهی کاهش می یابد.

بصورت تئوری کاهش در ضریب یلد معادل است با کاهش در میزان تولید لجن. این یک روش امید بخش برای کاهش تولید لجن مازاد بوسیله کنترل مراحل متابولیسمی میکروارگانیزم ها به منظور زیاد کردن اختلاف کاتابولیسم نسبت به آنابولیسم است،که شامل متد جداکننده های شیمیایی می باشد.

1.3.3. جدا کننده های شیمیایی

محققان زیادی روشهای لجن فعال همراه با تفکیک کننده را برای کاهش لجن دفعی بررسی کردند. در حدود 50% کاهش بیومس زمانیکه غلظت پنتاکلروفنل (PCP) به عنوان یک جدا کننده شیمیایی در حدود mg/l30 بود بدست آمد در مقایسه با حالتی که تفکیک کننده ای وجود نداشت.

لو[9] و همکارانش در سال 2000 در یک مقیاس آزمایشگاهی 49% کاهش را زمانیکه پارانیتروفنل (PNP) را اضافه کردند مشاهده کردند. همچنین در سال 2002 چن و همکارانش در تحقیق بر روی لجن فعال در محیط کشت بسته با اضافه کردن mg/l 8/0 غلظت TCS[10]  بعنوان یک تفکیک کننده، کاهش 78% در بیومس را مشاهده کردند. اوکی و استنسل در سال 1993 در تحقیق بر روی لجن فعال در مقیاس واقعی در فونیکس و آریزونا کاربرد صنعتی تفکیک کننده های انرژی را بوسیله پروتونوفورهای آلی[11] گزارش کردند. جداکننده های شیمییایی روش امید بخشی را جهت کاهش لجن ایجاد کرده اند.

تحقیقات به کمک پروتونوفورهای آلی نشان داد که اضافه ماندن انرژی از طریق فرایندهای بیوشیمیایی تفکیک شده مانند فسفریلیزاسیون وابسته به اکسیژن می تواند مستقیماً تولید بیومس را کاهش دهد. به دلیل سمیت پروتونوفورها استفاده از پروتونوفورهای آلی نیز تقریباً غیر عملی می باشد. زیرا برای حذف سمیت آنها نیز یک تجهیزات و امکانات از پیش تعیین شده ای نیاز است. انجام آزمایشات بیشتری جهت بدست آوردن روش های جایگزین بهتر است. انتظار می رود که ترکیب فرایند هوادهی با اکسیژن خالص با روش تفکیک کننده های متابولیکی یک روش نو و از لحاظ بیولوژیکی کاملاً موثر برای کاهش لجن ایجاد کند.

جنبه های مثبت (P) و منفی (O) این روش به شرح ذیل هستند:

ü   تنها نیاز دارد که تفکیک کننده ای با دوز مشخص اضافه شود.

O اطلاعات کمی درباره مکانیسم تفکیک کنندگی و ارتباط بین اثرات تفکیک کننده های شیمیایی بر روی ضریب یلد و شرایط فرایند وجود دارد.

O اغلب پروتونوفورهای آلی از لحاظ محیط زیستی مضر و خطرناک هستند.

O افزایش ناگهانی در نیاز به اکسیژن

O مشکلات آداپته شدن و ایجاد سازگاری برای میکروارگانیسم ها

4.بحث و نتیجه گیری

تصفیه و دفع لجن مازاد به علت مسائل زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و قانونی یکی از بحران های جدی در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب در سرتاسر جهان می باشد. همچنین از زمانی که تاسیسات جدید تصفیه خانه ها ساخته شدند و استانداردهای زیست محیطی روز به روز سخت گیرانه تر شدند، بحران تولید لجن مازداد نیز روندی رو به رشد پیدا کرد. از طرفی راههای سنتی و قدیمی مانند دفن بهداشتی و سوزاندن و دیگر روشهای دفع همچون روش دفع در اقیانوس و دریا منسوخ شدند، و نیاز دیده می شد که راه حل های جدیدی پیدا شود که از لحاظ هزینه به صرفه بوده و همچنین از نظر زیست محیطی نیز پاسخگوی مشکلات مربوطه باشند.

از نظر توسعه پایدار بازیافت و استفاده مجدد از لجن گزینه قابل قبول تری نسبت به دفن بهداشتی و سوزاندن می باشد، بر این اساس راه حل مناسب برای مشکل دفع لجن بکارگیری روشهای کاهش لجن همراه با حذف آلودگی در منبع تولید می باشد.

روشهای کاهش لجن به دو دسته عمده تقسیم می شوند: 1) فرایندهایی که میتوانند در تصفیه خانه های جدید و در حال احداث بکار گرفته شوند. 2) فرایندهایی که در تصفیه خانه های موجود بکار برده می شوند.

دسته اول بزرگتر می باشند اما قابلیت استفاده این روشها با کاربرد آنها در واقعیت یکسان نمی باشد. این حقیقت عمدتاً به دلیل مشکلات عرضه آنها در بازار می باشد (زیرا مدت زمان انجام تحقیقات تا کاربرد روشهای مذکور طولانی می باشد). و همچنین روشهای جدید نیاز به هزینه های سرمایه گذاری بالایی دارند.

دسته دوم: روشهایی هستند که برای تصفیه خانه های موجود بکار گرفته می شوند و در واقع روشهایی هستند که پیکربندی اولیه تصفیه خانه را تغییر نمی دهند. این تکنولوژیها شانس بیشتری برای اجرا و کاربرد وسیع دارند.

البته هر روش کاهش لجنی در نهایت کیفیت متفاوتی از تولید لجن را در بر خواهد داشت که نیازمند روشی جهت دفع نهایی می باشد.  در حال حاضر خط مشی مشخصی جهت مدیریت لجن مازاد وجود ندارد.

در این مقاله خلاصه ای از تکنولوژی های عمده موجود برای کاهش لجن به صورت مختصر و طبقه بندی شده ارائه شده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقاله بهینه سازی کمپوست ترکیبی co-composting با استفادها ز زباله خانگی شهر بابل و لجن دفعی تصفیه خانه فاضلاب شهرک یثرب

  محمدحسین حسنی مهر - دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی محیط زیست دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

  حسن امینی راد - استادیار گروه مهندسی محیط زیست دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

  سیدجعفر هاشمی - استادیار دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

فرشاد گلبابایی کوتنایی - دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی محیط زیست

چکیده مقاله:

تهیه کمپوست از پسماندهای شهری درمقایسه با سایر روشهای دفع زباله بخصوص سوزاندن ارزانترو اقتصادی تر می باشد از جهت دیگر یکی از معضلات تصفیه خانه های فاضلاب مشکل دفع لجن می باشد با توجه به اهمیت مباحث زباله و لجن می توان با ترکیب کردن این دو طی فرایندی کود کمپوست ترکیبی co-composting بدست اورد که مشکل موجود را حل کرده و در نهایت کود تولیدی برای مصارف گوناگون به کارگرفته شود دراین تحقیقات سه مرحله کمپوست ترکیبی زباله و لجن فاضلاب شهر ساخته شد درمرحله سوم جهت حذف فلزات سنگین بالا بردن نسبت C/N و افزایش تخلخل و بهبود هوادهی از سنگ کلینوپتیلولیت و خاک اره استفاده گردید. خاک اره نیز سبب کاه شمدت زمان بلوغ کمپوست ترکیبی زباله و لجن فاضلاب گردید وطل دوره کمپوست ترکیبی مرحله اول 27 روز، مرحله دوم 23 روز و مرحله سوم با توجه به اضافه کردن خاک اره و کاهش زمان بلوغ توده کمپوست ترکیبی به 19 روز رسیده است.

کلیدواژه‌ها:

کمپوست ترکیبی، زباله شهری، لجن فاضلاب، بهینه سازی ، نسبت کربن به نیتروژن C/N

 

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقاله مدیریت لجن تصفیه خانه های فاضلاب شهری ایران در افق 1400
محمد مسافری - گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت و ا نستیتو تحقیقات بهداشتی، د
مصداقی نیا - گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت و ا نستیتو تحقیقات بهداشتی، د
ندافی - گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت و انستیتو تحقیقات بهداشتی، دا
چکیده مقاله:
لجن فاضلاب محصول جانبی فرآیندهای تصفیه فاضلاب شهری است که از نظر کیفی به دلیل دارا بودن عوامل بیولوژیکی بیماریزا و همچنین ترکیبات شیمیایی از جمله فلزات سنگین می تواند برای زندگی انسانها تهدید کننده باشد. از دیدگاه کمی اهمیت مدیریت لجن فاضلاب در کشور زمانی مشخص می شود که موضوعاتی مانند افزایش جمعیت، افزایش مصرف آب و تولید فاضلاب و افزایش مقدار فاضلاب جمع آوری و تصفیه شده در کنار هم در نظر گرفته شوند. حاصل ضرب این پارامترها افزایش کمیت لجن تولید شده خواهد بود. ا مروزه سیاست حاکم بر مدیریت لجن تصفیه خانه های بیولوژیکی فاضلاب مشتمل بر کاهش، واگردانی- استفاده مجدد، سوزاندن و دفع می باشد و در کوششی برای تصفیه و مدیریت آن برای مقاصد سودمند اصطلاح جامدات زیستی یا Biosolids بکار می رود. استعمال اصولی در زمین راهی مناسب برای واگردانی نوترینتهای مهم مانند ازت، فسفر و پتاسیم و بازگشت آنها به خاک بوده و بزرگترین مصرف سودمند لجن است. در این تحقیق وضعیت موجود در زمینه فاضلاب شهری مورد بررسی دقیق واقع شده تا اطلاعات لازم و کافی در خصوص کمیت لجن تصفیه خانه های فاضلاب شهری برای اتخاذ راهکارهای مدیریتی مناسب با تأکید بر ا ستفاده مجدد در کشاورزی در افق 1400 ارائه گردد. بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق جمعیت شهری در سال 1400 نسبت به 1378، 1/93 برابر خواهد شد و به حدود 71 میلیون نفر خ واهد رسیدو حداقل و احداکثر فاضلاب شهری به ترتیب 4/78 و 6/46 میلیارد متر مکعب خواهد بود که نسبت به سال 1375 رشدی معادل 148% را نشان می دهد. جمعیت برخوردار از شبکه بر اساس رشد متوسط سالیانه برخورداری از شبکه فاضلاب به میزان 2/64%، به 72/7% افزایش یافته و فاضلاب تصفیه شده توسط سیستمهای لجن فعال، لاگون هوادهی و صافی چکنده حداقل 2/26 و حداکثر 3/05 میلیارد متر مکعب خواهد بود. مقدار لجن اولیه مرطوب تازه از نظر وزنی و حجمی به ترتیب 1/02 میلیون تن و 27/2 میلیون متر مکعب و مقدار لجن مازاد (ثانویه) از نظر وزنی و حجمی به ترتیب 0/584 میلیون تن و 58/4 میلیون متر مکعب پیش بینی می شود. در پایان بر اساس اطلاعات حاصله پیشنهاداتی در جهت مدیریت بهینه جامدات زیستی ارائه شده است.
کلیدواژه‌ها:
فاضلاب شهری، لجن، استعمال در زمین، افق 1400

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقاله تثبیت لجن بیولوژیکی تصفیه خانه قاضلاب تهران با استفاده از روش کمپوست با توده های هوادهی ثابت
مهدی فرزاد کیا (شناسه پژوهشگر - Researcher ID: ۵۲۶۱)
گروه مهندسی بهداشت محیط- دانشکده بهداشت و انستیتو تحقیقات بهداشتی- دا
محمود شریعت -
علیرضا مصداقی نیا (شناسه پژوهشگر - Researcher ID: ۱۹۳۵)

سیمین ناصری (شناسه پژوهشگر - Researcher ID: ۳۳۹)

چکیده مقاله:
فرآیند هضم بیهوازی با توجه به شرایط اقلیمی و محدودیت زمین الگوی قدیمی و متعارف تثبیت لجن در اغلب تصفیه خانه های فاضلاب کشورهای غربی می باشد. این روش به تقلید از الگوهای غربی در اغلب تصفیه خانه های فاضلاب لجن فعال در کشور از جمله طرح پیشنهادی تصفیه خانه جنوبی فاضلاب تهران مورد توجه قرار گرفته است. تاسیسات هضم بیهوازی علاوه بر مشکلات راهبری حدود 40 تا 50 درصد از هزینه های سرمایه گذاری و راهبری تصفیه خانه های فاضلاب را به خود اختصاص می دهند، از اینرو اغلب طراحان درصدد گریز از آنها و انتخاب گزینه های مناسبتر تثبیت هستند.کمپوست لجن به روش توده های هوادهی ثابت از جمله روش های ساده و ارزان تثبیت لجن بوده که در اروپا و آمریکا با موفقیت تجربه شده است. این روش می تواند با توجه به شرایط اقلیمی کشور ما در بسیاری از مناطق به عنوانهای الگوی بهینه تثبیت مورد توجه قرار گیرد.هدف از ارائه این تحقیق بررسی امکان یابی تثبیت لجن های خام فاضلاب تهران به روش کمپوست با توده های هوادهی ثابت می باشد. این مطالعات طی چهار مرحله در واحد نمونه آزمایشگاهی کمپوست انجام گرفت و نشان داد که در صورت تهیه توده ها از اختلاط لجن با خاک اره و خرده چوب به نسبت حجمی 1 به 1/8 و تامین ارتفاع و پوشش کافی برای آنها، فرآیند کمپوست قابلیت تثبیت لجن را دارد. کیفیت میکروبی کمپوست تولیدی مطابق با کلاس A استاندارد میکروبی(USEPA) و معیار (PFRP) این سازمان، با قابلیت کاربرد در اراضی کشاورزی و فضای سبز ارزیابی شد. برآورد اولیه هزینه های سرمایه گذاری و راهبردی 25 ساله واحدهای کمپوست و هضم بیهوازی مشخص نمود که ارزش فعلی گزینه کمپوست کمتر از نصف ارزش فعلی گزینه هضم بیهوازی برای تصفیه خانه جنوبی فاضلاب تهران می باشد.
کلیدواژه‌ها:
لجن- کمپوست- فاضلاب تهران

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقاله بررسی امکان استفاده از لجن برگشتی جهت کاهش مصرف مواد منعقد کننده در تصفیه خانه شرکت ایران خودرو
احد جعفری -
چکیده مقاله:
با توجه به امکان صرفه جویی در مصرف مواد منعقد کننده در تصفیه خانه ها از طریق برگشت مقداری از لجن واحد تغلیظ کننده به ابتدای پروسه لخته سازی، تحقیقی در مورد فاضلاب شرکت ایران خودرو صورت گرفت. در این مطالعه از روش استاندارد جارتست بعلاوه مقادیر متفاوتی از لحن برگشتی استفاده شد. با این توضیح که در مرحله اول بر روی نمونه خام انجام شد و در مرحله دوم به نمونه ها درصدهای مختلفی از لجن افزوده شد. نتایج این مطالعه نشان داد با برگشت لجن از حوضچه تغلیظ به حوضچه های اختلاط می توان بین 30 تا 50% در مصرف مواد صرفه جویی نمود. نتایج این کار در سیستم پیشنهادات شرکت پذیرفته شده و در سرمایه گذاری( خرید پمپ و لوله های لازم و نصب آنها) انجام شده و در آینده نزدیک با برطرف شدن مشکلات جزیی در خصوص تزریق درصد معینی از لجن به حوضچه های اختلاط، این سیستم به بهره برداری خواهد رسید.
کلیدواژه‌ها:
فاضلاب خودروسازی- انعقاد- لجن

مرجع تخصصی آب و فاضلاب