سيستم راكتورهاي ناپيوسته متوالي
Sequencing Batch Reactors (SBR)
تصفیه فاضلاب به روش SBR چیست؟
تصفیه فاضلاب به روش راكتور متوالي منقطع (SBR) يك سيستم لجن فعال پر و خالي شونده براي تصفيه فاضلاب مي‌باشد.
در اين سيستم تصفیه فاضلاب ، فاضلاب جهت تصفيه به يك راكتور منقطع واحد منتقل مي‌گردد . اجزاي نامطلوب آن حذف گردد و سپس فاضلاب تخليه مي‌گردد.
متعادلسازي، هوادهي و زلال‌سازي همگي مي‌تواند با بكارگيري يك واحد راكتور منقطع حاصل شوند. جهت بهينه‌سازي عملكرد سيستم دو يا چند راكتور منقطع در توالي عملكردها تعبيه مي‌گردد. سيستمهاي SBR به طور موفقيت‌آميزي براي تصفيه فاضلابهاي شهري و صنعتي به كار رفته‌اند. اين روشها در تصفيه فاضلابهاي با جريان متناوب و يا جريان كم نقش منحصر به فردي دارند.
بر خلاف آنچه تصور مي‌شود، فرآيندهاي منقطع پر و خالي نظير SBR روشي نيست كه در مقطع فعلي پيشرفت نموده باشد. بين سالهاي 1914 الي 1920 سيستمهاي مختلف پر و خالي در حال كار بودند. علاقه‌مندي به سيستمهاي SBR در اواخر دهه 1950 و اوايل دهه 1960 مجدداً رونق گرفت كه علت آن پيشرفت دستگاه‌ها و تكنولوژيهاي جديد بود. پيشرفت در تجهيزات هوادهي و سيستمهاي كنترل به سيستم SBR اجازه داد تا به طور موفقيت‌آميزي با سيستم لجن فعال متعارف رقابت نمايد.
فرآيند واحد تصفیه فاضلاب SBR و لجن فعال متعارف هر دو به يك صورت مي‌باشد. گزارش سال 1983 آژانس محيط زيست آمريكا اين واقعيت را با جمله زير بيان داشت:
سيستم تصفیه فاضلاب SBR با سيستم لجن فعال متعارف اختلافي ندارد جز آنكه اين سيستم به جاي آنكه با فضا عمل نمايد، با زمان عمل مي‌نمايد.
تفاوت بين دو تكنولوژي در اين است كه سيستم تصفیه فاضلاب SBR با يك كنترل توالي زمان، عمليات متعادلسازي، تصفيه بيولوژيكي و زلال‌سازي ثانويه را در يك حوضچه انجام مي‌دهد. اين مدل از راكتورها، عملاً زلال‌سازي اوليه را نيز در خود شامل مي‌شوند.
در يك سيستم لجن فعال متعارف، فرآيندهاي فوق هر يك بايستي در مخزني جداگانه صورت پذيرند.
يك روش اصلاح شده تصفیه فاضلاب SBR سيستم هوادهي ممتد سيكل تناوبي (ICEAS) مي‌باشد. در سيستم ICEAS ، فاضلاب ورودي به طور يكنواخت وارد راكتور مي‌گردد. در حقيقت اين فرآيند در مقايسه با سيستمهاي SBR متعارف، يك سيستم منقطع حقيقي نمي‌باشد.
ساختار طراحي سيستمهاي تصفیه فاضلاب SBR و ICEAS از جهات ديگر بسيار شبيه به يكديگر مي‌باشد.
شرح يك تصفيه‌خانه كه با سيستم تصفیه فاضلاب به روش SBR عمل مي‌نمايد:
معمولاً فاضلاب ورودي قبل از اينكه وارد مخزن SBR بگردد از يك آشغالگير و دانه‌گير عبور مي‌نمايد. سپس فاضلاب وارد يك راكتور نيمه پر مي‌گردد كه شامل توده جرمي باقيمانده از سيكل قبلي مي‌گردد. هنگاميكه راكتور پر مي‌باشد، مشابه يك سيستم لجن فعال متعارف عمل مي‌نمايد اما بدون يك جريان پيوسته ورودي يا خروجي، هنگاميكه توده جرمي ته‌نشين مي‌گردد و مواد آلي فاضلاب توسط ميكرو ارگانيسم‌ها مصرف مي‌شود، زماني است كه واكنش‌هاي بيولوژيكي كامل گشته‌اند و ديگر نيازي به هوادهي و اختلاط نمي‌باشد. توده جرمي اضافي در هر زمان در طول سيكل به دور ريخته مي‌شود. با نگهداشتن و تنظيم نسبت ماده آلي به توده جرمي در هر سيكل ميزان لجن دفعي مازاد مشخص مي‌گردد. در سيستمهاي لجن فعال متعارف پيوسته، نسبت ماده آلي به توده جرمي با بازگشت لجن از مخزن ته‌نشيني تنظيم مي‌گردد كه ميزان آن وابسته به ميزان فاضلاب ورودي و مشخصات و غلظت مواد در حوضچه ته‌نشيني و عوامل ديگر مي‌باشد. پس از واحد SBR، توده فاضلاب وارد يك مخزن متعادلسازي مي‌گردد تا جهت فرآيندهاي بعدي بتوانيم با نرخ جريان ثابتي فاضلاب را وارد سيستم نماييم. در برخي حالات، فاضلاب جهت حذف جامدات اضافي از فيلتر عبور داده مي‌شود و سپس ضد عفوني مي‌گردد.
در سيستمهاي تصفیه فاضلاب SBR به پمپهاي بازگشت لجن فعال و پمپهاي لجن اوليه كه در سيستمهاي لجن فعال متعارف نياز است، احتياجي نمي‌باشد. در سيستم SBR معمولاً تنها يك لجن براي دفع وجود دارد. لزوم وجود تغليظ‌كننده‌هاي ثقلی قبل از هاضم‌ها بسته به خصوصيات لجن، در هر مورد فاضلاب بايستي بررسي گردد.
يك سيستم SBR به هنگام ورود فاضلاب به داخل آن به عنوان يك سيستم متعادل‌ساز عمل مي‌نمايد كه اين امر سيستم را قادر مي‌سازد تا بارگذاريها و نيز وروديهاي ماكزيمم را كه به صورت منقطع وارد مي‌شوند، متعادل نمايد. در بسياري از سيستمهاي لجن فعال متعارف، جهت حفاظت سسيتم بيولوژيكي از جريان ماكزيمم كه ممكن است باعث شستن و خارج كردن توده جرمي گردد و يا حفاظت سيستم بيولوژيكي از ماكزيمم بارگذاري كه ممكن است فرآيند تصفيه را دچار مشكل نمايد از يك مخزن متعادلسازي جداگانه استفاده مي‌گردد.
همچنين بايستي توجه گردد كه زلالساز اوليه جهت تصفيه فاضلابهاي شهري قبل از واحد SBR معمولاً مورد نياز نمي‌باشد. در تمام تصفيه‌خانه‌هاي لجن فعال متعارف، زلال‌سازهاي اوليه قبل از سيستمهاي بيولوژيكي به كار گرفته مي‌شوند. هر چند كه توسط سازندگان سيستمهاي SBR پيشنهاد مي‌گردد كه هر گاه مجموع جامدات معلق T.S.S و يا ميزان اكسيژن‌خواهي بيوشيميايي (BOD) بيشتر از 400 الي 500 ميلي‌گرم در ليتر باشد از زلال‌سازهاي اوليه استفاده گردد. جهت طراحي بهتر است كه از اطلاعات ذخيره شده از پروژه‌هاي مختلف و نيز اطلاعات سازندگان استفاده گردد و سپس حوضچه زلال‌سازي اوليه و متعادلسازي براي سيستمهاي SBR در فاضلابهاي شهري و صنعتي تعبيه گردد.
متعادلسازي بسته به آنكه فرآيند پس از SBR چه باشد، ممكن است لازم شود. در صورتيكه قبل از فيلتر نمودن فاضلاب از مخزن متعادلسازي استفاده نگردد. بايستي فيلتر را طوري طراحي نمود تا قابليت تحمل و تصفيه فاضلاب عمده خارج شده از سيستم SBR را داشته باشد. طراحي فيلتر به نحوي كه سطح بستر آن قابليت تحمل ورود فاضلاب منقطع ماكزيمم را داشته باشد گاهاً امكانپذير و اقتصادي نمي‌باشد و لذا بهتر است تا از يك متعادل‌ساز استفاده گردد. متعادل‌ساز جداگانه در سيستمهاي لجن فعال متعارف معمولاً به كار گرفته نمي‌شود چرا كه جريان خروجي معمولاً به صورت پيوسته و ثابت مي‌باشد.
كاربرد سیستم های تصفیه فاضلاب SBR:
سيستمهاي تصفیه فاضلاب SBR معمولاً براي جريانهاي تا 5 ميليون گالن در روز و يا كمتر كاربرد دارند. فعاليت‌ها و عمليات خاص كه براي جريانهاي بالاتر از اين ميزان لازم است معمولاً باعث مي‌شود تا استفاده از اين سيستمها جهت جريانهاي بالاتر چندان مقبول نيفتند.
از آنجايي كه اين سيستمها نسبتاً جاي كمي را اشغال مي‌نمايد جهت مناطقي كه استفاده از زمين محدود است بسيار مناسب مي‌باشند. همچنين سيكلهاي درون سيستم مي‌تواند به راحتي حذف مواد مغذي را كه ممكن است در آينده افزايش يابند مورد اصلاح قرار دهد. اين امر سيستمهاي SBR را نسبت به تغييرات پارامترهاي فاضلاب ورودي نظير ميزان مواد مغذي موجود در آن انعطاف‌پذير مي‌سازد. سيستمهاي SBR همچنين براي موقعي كه فيلتراسيون پس از تصفيه بيولوژيكي مورد نياز است بسيار اقتصادي و به صرفه مي‌باشد.
محاسن و معايب سيستم تصفیه فاضلاب SBR:
برخي محاسن و معايب سيستمهاي تصفیه فاضلاب SBR در زير بيان شده است:
محاسن سيستم تصفیه فاضلاب SBR:
– متعادلسازي، زلال‌سازي اوليه، تصفيه بيولوژيكي و زلال‌سازي ثانويه همگي مي‌توانند در يك راكتور واحد بدست آيند.
– انعطاف در عملكرد و كنترل
– حداقل جاگيري
– كاهش هزينه سرانه با حذف واحدهاي زلالساز و تجهيزات ديگر.
معايب سيستم تصفیه فاضلاب SBR:
– جهت واحدهاي تنظيم زمان و كنترل‌ها، در مقايسه با سيستمهاي متعارف، به يك سيستم هوشمندتري نياز مي‌باشد.
– با توجه به كنترلگرهاي هوشمند، سوئيچهاي اتوماتيك و شيرهاي اتوماتيك در مقايسه با سيستمهاي متعارف، نگهداري سيستمهاي SBR در سطح بالاتري قرار دارد.
– احتمال تخليه لجن ته‌نشين شده و يا لجن معلق در هنگام مرحله تخليه و يا آبگيري سيستم تصفیه فاضلاب SBR
– احتمال گرفتن ديفيوزرها در هنگام وقفه‌هاي سيكل هوادهي كه البته به مدل ساخت سازندگان نيز بستگي دارد.
– احتمال نياز به متعادل‌ساز پس از راكتور SBR كه به فرآيندهاي بعدي تصفيه‌خانه نيز بستگي دارد.
معيارهاي طراحي سيستم تصفیه فاضلاب SBR:
براي طراحي هر تصفيه‌خانه فاضلاب، قدم اول آن است كه مشخصات فاضلاب پيش‌بيني شده ورودي و فاضلاب خروجي از سيستم براي سيستم پيشنهادي مشخص شود. پارامترهاي فاضلاب ورودي معمولاً شامل موارد زير مي‌گردند:
جريان طراحي، ماكزيمم جريان ورودي PH , T.S.S , BOD5 ، قليائيت، دماي فاضلاب، كل نيتروژن كجدال (TKN) ، آمونيا- نيتروژن (NH3-N) و فسفر كل (TP) . جهت فاضلابهاي صنعتي و خانگي، برخي پارامترهاي محلي نيز مورد نياز مي‌باشند.
جهت فاضلاب خروجي بايستي قوانين محلي در نظر گرفته شود. مواردي كه در جريان خروجي بايستي رعايت گردند عبارتند از:
T.S.S , BOD5 و كليفرم فكال، برخي قوانين سخت‌تر موارد زير را نيز لازم مي‌دانند. نيتروژن كل TKN , (TN) و NH3-N و TP . مشخص نمودن پارامترهاي فاضلاب خروجي الزامي است، چرا كه پارامترهاي خروجي بر روي توالي عمليات سيستم SBR تاثير مي‌گذارد. براي مثال: در صورتيكه مواد مغذي و NH3-N و يا TKN نياز باشد، در آن صورت نيتريفيكاسيون لازم خواهد بود و يا هر گاه در خروجي محدوديت ميزان نيتروژن كل (TN) را داشته باشيم، عمليات نيتريفيكاسيون و دينيتريفيكاسيون لازم خواهند بود.
هنگاميكه مشخصات ورودي و خروجي تعيين مي‌گردد. مهندس معمولاً براي طراحي با سازندگان سيستمهاي SBR مشورت مي‌نمايد. بر مبناي اين معيارها و ديگر پارامترهاي محلي مانند دما، پارامترهاي طراحي براي سيستم مشخص مي‌گردد.