فرآیندهای بیولوژیکی

فرایندهای بیولوژیکی که در حیطه خدمات تحت پوشش این شرکت می باشند شامل فرایندهای متعارف، راکتورهای BNR، راکتورهای ENR، راکتورهای بیوفیلمی، راکتورهای غشایی و سایر فرایندهای پیشرفتی تصفیه آب و فاضلاب می باشد.

راکتورهای بیوفیلمی

سیستم H-IFAS

انواع سیستم IFAS
انواع مختلف سیستم های هایبرید IFAS با نوع بستر به کار رفته در آن ها مشخص می شوند که ممکن است به صورت معلق یا لایه فیکس شده باشند .

بستر معلق سیستم های IFAS
سیستم های معلق از اسفنج متخلخل یا بستر مخروطی شکل پلاستیکی استفاده می کنند که در مخزن لجن فعال، شناور است. هرکدام از این سیستم ها مزایا و معایب خاصی دارد ولی موردی که در تمام این بسترها یکسان است، افزایش مقدار بایومس موجود جهت تصفیه، بدون نیاز به ساخت برکه های لجن فعال اضافی است.
بسترهای ثابت شده سیستم های IFAS
بسترهای فابریک به صورت تیغه مانند یا به شکل مواد طنابی در دسترس هستند. این مواد انعطاف پذیر به قالب سخت میچسبند یا بر مدولهایی که در مخازن لجن فعال وجود دارند سوار میشوند.

فرآیند Lagoon Guard

ارتقا و به روزکردن لاگون های هوادهی به طور فزاینده ای در مناطق متعدد که فاضلابهای صنعتی و شهری را تصفیه می کنند، استفاده می شود. این سیستم ها می توانند به طور مناسب COD و BOD را حذف کنند ولی نیتریفیکاسیون همیشه ممکن نیست و درنتیجه راندمان حذف نیتروژن پایین است. از آنجا که شهرهای دارای لاگون هوادهی نیاز به محدود ساختن آمونیوم رها شده به آبهای پذیرنده دارند، ناگزیر به یک انتخاب دشوار بین انتخاب ساخت یک پروسه جدید گران یا ارتقا لاگونهای کنونی جهت انجام نیتریفیکاسیون هستند. محافظ لاگون یک فرایند خوب طراحی شده بایوفیلم MBBR تکمیلی است که بعد از لاگون ساخته می شود و می تواند آمونیوم را کنترل کند. ضمن اینکه حذف بیشتری از COD را ممکن می سازد. به روزکردن آن آسان ، اقتصادی، و فشرده است و در فضای خود لاگون انجام می شود و به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد.
امکان بهره برداری از لاگون ها هم در تابستان و هم در زمستان وجود دارد. در تابستان، تصفیه خانه همانگونه که در بالا شرح داده شد، بهره برداری می شود. در ماههای سرد زمستان، هنگامی که دمای فاضلاب به زیر ۴۵ درجه فارنهایت می رسد، تنها یک لاگون استفاده می شود که محافظ لاگون بعد از این لاگون استفاده می شود و این مسأله موجب می شود که از افت بعدی دما که منجر به کندی آشکار فرایند نیتریفیکاسیون می شود، جلوگیری شود. آماده سازی lagoonguard از دو فرایند مسلسل تشکیل شده است که با دو راکتور که به صورت سری قرار گرفته اند ممکن می شود. سیستم دو مرحله ای LagoonGuard هر نوع BOD محلول باقیمانده در فاضلاب را حذف می کند و باعث نیتریت زدایی –نیتریفای شدن- آمونیاک می گردد. سیستم فضای کمی نیاز دارد و به حداقل توجه اپراتور نیاز دارد. فرایند LagoonGuard از هزاران عنصر حامل پلی اتیلن ساخته شده است که محلی برای تجمع انبوهی از باکتریهای فعال شده که قادر به تصفیه فاضلاب هستند، به وجود می آورد. این عناصر با کمک حبابهای سیستم هوادهی در کل جریان فاضلاب حرکت ثابتی دارند. تورهای نگهداری نیز برای ابقاء بستر درون راکتور،افزوده می شود.

MBBR- راکتور بایوفیلم بر روی بستر متحرک

رشد میکروارگانیزم ها بر روی سطح بستر، بایوفیلم نامیده می شود. میکروارگانیزم ها در یک فرایند بایوفیلم در برابر اختلالات در مقایسه با فرایندهای دیگر تصفیه بیولوژیکی مقاومتر هستند. تکنولوژی های تصفیه فاضلاب بایوفیلم در مقایسه با تکنولوژی های متداولی نظیر لجن فعال پر قدرت هستند. اولین فرایند بایوفیلم، فیلتر چکنده –trickeling filter- است که در اواخر قرن نوزدهم اختراع شد. فیلتر چکنده می تواند قابل اطمینان و پایدار باشد ولی یک مشکل جدی وجود دارد و آن این است که به سادگی کلوخه شده و گرفتگی پیدا می کند و در نتیجه حتی در شرایط بارگزاری ملایم هم حالت گندیدگی در آن ایجاد می شود.

در تکنولوژی بایوفیلم MBBR ،بایوفیلم بر روی حامل های پلاستیکی مهندسی شده ای رشد می کند که طراحی آن ها به گونه است که میتواند مساحت سطحی زیادی را برای پرورش بایوفیلم تامین کند. این حامل های بایوفیلم معلق هستند و به طور کامل با فاز آبی مخلوط می باشند. استفاده از این تکنولوژی می تواند در شرایط بارگذاری سنگین بدون هیچ مشکل گرفتگی کارساز باشد و میتواند فاضلابهای شهری و صنعتی را حتی در یک فضای کوچک تصفیه کند. بهره برداری از تکنولوژی بایوفیلم MBBR مفید، فشرده و آسان است. این تکنولوژی می تواند به عنوان یه راه حل فوق العاده به صورت یک فرایند مستقل عمل کند. علاوه بر این میتواند برای به روز آوری پتانسیل تصفیه فرایندهای لجن فعال نیز استفاده شود.

توصیف سیستم:

فعالیت تکنولوژی بایوفیلم MBBR بر پایه حامل های بایوفیلم پلاستیکی مهندسی شده یا حامل های زیستی است که درون یک مخزن یا راکتور با حجم بخصوص به طور مداوم در حرکت هستند. طراحی هواده های مربوطه، غربالها، شبکه های دانه گیر، نازلهای اسپری کننده و سیار قسمتهای تکمیلی راکتور هم برای بالابردن کارایی سیستم خیلی مهم است. با ورود فاضلاب شهری و صنعتی به راکتور MBBR ، بایوفیلم بر روی ساختار حاملهای زیستی رشد می کند و باعث تجزیه آلاینده ها می شود.

آلاینده هایی که در این سیستم تصفیه فاضلاب حذف می شوند عبارتند از غذا یا ترکیباتی که باعث رشد بایوفیلم نیز می شوند.

طراحی حامل های زیستی به دلیل نیاز به انتقال خوب ماده (مس ترانسفر) و اکسیژن به میکروارگانیزم ها اهمیت زیادی دارد و مراکز تحقیقاتی زیادی دردنیا بر روی این موضوع کار می کنند.بایوفیلم اضافه به صورت طبیعی دفع میشود.

یک شبکه هوادهی در کف راکتور طراحی شده است که می تواند اکسیژن را برای بایوفیلم تامین کند. ضمن اینکه میتواند انرژی مورد نیاز برای معلق نگهداشتن حامل های زیستی و اختلاط کامل درون راکتور را توزیع و مهیا کند.

جریان آب تصفیه شده از میان شبکه یا غربال، جریان می یابد و باعث ابقاء حامل های زیستی MBBR در راکتور می شود.

سیستم تثبیت شده بایومس که اخیراً در تصفیه فاضلاب مورد توجه قرار گرفته است همین سیستم MBBR است (راکتور بایوفیلم بر روی بستر متحرک). خصوصیت ویژه این سیستم این است که بایوفیلم فیکس شده بر روی عناصر پلاستیکی رشد می کند و می تواند به سهولت در راکتور بیولوژیکی حرکت کند. عناصر پلاستیکی قطری حدود ۱ تا ۲ سانتی متر دارند و چگالی آنها بسیار شبیه آب است. تنها ۵۰ تا ۷۰ درصد مخزن با این عناصر پر می شود. در مقایسه با سایر سیستم های بایومس فیکس شده ( نظیر فیلترهای چکنده و بایوفیلترهای غوطه ور)، این سیستم هیچ مشکلی ناشی از گرفتگی نشان نمی دهد و افت فشار پایینی دارد. در مقایسه با سیستم های لجن فعال، MBBR مشکل بالکینگ ندارد و می تواند با راکتورهای بیشتری در یک سری حتی در نسبتهای بالاتر F/M- میکروارگانیزم/غذا- و بایومس بیشتر در هریک از مراحل تصفیه، به خوبی بهره برداری شود. علاوه براین، به هیچ برگشت لجنی نیاز نیست و مدیریت سیستم ساده تر است. معمولا در سیستم های MBBR مساحت سطحی فوق العاده زیاد باعث کارایی بالاتر این سیستم می شود. مساحت سطح ویژه که در بسترهای پلاستیکی MBBR استفاده می شود ۱۶۰ متر مربع در هر متر مکعب است. در مقایسه با لجن فعال، این سیستم دو روش تصفیه به صورت موازی دارد: حذف ترکیبات آلی و نیتریفیکاسیون.

فرآیند BAS

فرآیند ترکیبی BAS یک فرایند تصفیه بیولوژیکی است که ترکیبی از بهترین از لجن فعال و فن آوری بیوفیلم است. طراحی دقیق مراحل فرآیند لجن بهینه فعال و مرحله بیوفیلم MBBR باعث مقاومت نسبت به شوک در شرایط بارگذاری آلودگی میشود در نتیجه باعث افزایش راندمان در تصفیه فاضلابهای صنعتی میشود. فرایند MBBR در ابتدای فرایند باعث سازگاری در برابر مواد سمی و کاهش ۵۰-۷۰% BOD و بهینه سازی حذف COD میشود. این فرایند پیش تصفیه باعث افزایش ۲ تا ۳ برابری ظرفیت در مقایسه با فرایند لجن فعال میشود. به علاوه فرایند ترکیبی BAS باعث باعث بهبود ویژگیهای فرایند لجن فعال در مرحله ساخت لجن فعال باعث پایداری بیشتر لجن و آبگیری آسانتر لجن مازاد میشود.

فرآیند FBBR

تصفیه با راکتور بایوفیلم با بستر شناور (FBBR) بر ایجاد بستر شناور تاکید دارد که مدیا را در جریان رو به بالای فاضلاب پشتیبانی میکند. مدیا معمولا سنگی مدرج است که ضخامتی حدود ۱ میلی متر دارد و محیطی است که باکتری ها بر روی آن رشد می کنند. اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون ترکیبات آلی از کف راکتور وارد می شود. برای به حداقل رساندن فضای مورد نیاز، باید مقدار اکسیژن افزایش یابد. روش تایید شده، یک سیستم شفت عمیق است که می تواند اکسیژنی با غلظت ۶۰ گرم در لیتر ایجاد کند. وسیله پاکسازی سنگ/جداسازی بیومس، باعث حذف بایومس اضافه می شود و سنگ یا همان مدیا را داخل راکتور نگهداری می کند. از آنجا که خروجی کیفیت خوبی دارد، به زلالساز ثانویه نیازی نیست. ماهیت رشد چسبیده این فرایند، سیستم را قادر به فعالیت در مقادیر متغیر دبی و بار(نسبت به ۵۰ درصد متوسط باری که سیستم بر اساس آن طراحی شده است) می کند. ورودی باید حاوی غلظت پایینی از جامدات معلق باشد . بستر شناور به طور عادی قابل انعطاف است ولی حداکثر غلظت آلاینده ها با حداکثر غلظت اکسیژن محلول محدود می شود. حداکثر میزان جریان برگشتی که می تواند به کف راکتور پمپ شود نیز از عوامل محدود کننده است. بسترهای شناور می تواند به عنوان فرایندهای مستقل شناخته شوند. بسترهای شناور بیولوژیکی نسبتا فشرده هستند و می توانند در فضای محدود هر نوع تصفیه خانه ای تطبیق داده شوند. فضای بسیار کمی برای بسترهای شناور و شفت جهت حل کردن اکسیژن مورد نیاز نیاز است. این فرایند می تواند با افزودن بسترهای شناور، توسعه یابد تا با میزان جریانهای های اضافه هماهنگ شود.

فرایند ENR

BABE-فرایند منقطع تقویت زیستی

(BABE (Bio-Augmentation Batch Enhanced

تقویت زیستی به عنوان راه حلی جهت ارتقاء تصفیه خانه های آب و فاضلاب محسوب میشود و اساس فعالیتش تصفیه جریانات غنی از نیتروژن است. هدف از فرایند منقطع تقویت زیستی، کمک به توسعه بخش نیتریفای کننده با کوتاه کردن زمان ماند لجن SRT— در رآکتور است. جمعیت افزایش یافته نیتریفای کننده های راکتور BABE برای تغذیه سیستم های لجن فعال متداول استفاده میشود.

تاثیر افزودن محیطهای میکروبی که به طور جداگانه پرورش داده شده اند در راکتور اصلی نیتریفیکاسیون قبلا مطالعه شده است و بر تصفیه روغن های شناور هاضم متمرکز بوده است. ظرفیت نیتریفیکاسیون میتواند به طور ثابت با تصفیه جانبی روغن های شناور، هم به دلیل کاهش بار ورودی تصفیه خانه فاضلاب و هم افزایش فعالیت نیتریفایرها،افزایش یابد.

بهبود کیفیت پساب، ایجاد ظرفیت فوق العاده و پتانسیل بهتر برخورد با بارهای بیش از اندازه نیز در این فرایند تامین شده است.

تقویت زیستی میتواند به دلیل اینکه هم باکتریهای نیتریفیکاسیون و هم باکتریهای آنوماکس به جریان فاضلاب افزوده میشود، جالب توجه باشد.

فرآیند Canon

CANON- پروسه حذف کامل نیتروژن اتوترفیک از نیتریت

Completely Autotrophic Nitrogen Removal Over Nitrite

پروسه جدیدی که برای ترکیب محیط نیتریت زدا و باکتریهای بی هوازی اکسید کننده آمونیوم (آناموکس) شکل گرفته است به نام پروسه حذف کامل نیتروژن اتوتروفی بر نیتریت نامیده میشود (CANON).

NH۳+۰.۸۵ O۲ → ۰.۱۱ NO۳-+۰.۴۴ N۲+۰.۱۴ H+ ۱.۴۳H۲O

این فرایند بر اساس ایده نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون همزمان (SND) در یک ر اکتور در شرایط بهره برداری پایدار پایه گذاری شده است. با کشف باکتریهای آناموکس- باکتریهای بی هوازی اکسید کننده آمونیوم) ، پروسه CANON پیشنهاد شد و اکسید کننده های بی هوازی آمونیوم به عنوان نیترات زدا (دنیتریفایر) استفاده شدند. ایجاد شرایطی با محدودیت اکسیژن برای تامین همکاری بین باکتریهای هوازی و بی هوازی اجباری است. راکتوهای متوالی منقطع (SBR-Sequencing batch reactor) برای توسعه فرایندCANON استفاده می شود. برخلاف فرایند آناموکس (اکسید کردن بی هوازی آمونیوم)، پروسه CANON میتواند مستقیما از ورودی غنی از آمونیوم در یک سرعت بار گذاری مناسب تغذیه کند. در یک راکتور، اکسید کننده های نیتریتبه دلیل اختلاف میان باکتریهای نیتریت زدا (نیتریفایر) ، در رقابت پیروز می شوند .

در محیط باکتریایی بایوفیلم، تجمع همزمان نیتریت در بخش هوازی لایه بایوفیلم و واکنش آناموکس(اکسید کردن بی هوازی آمونیوم) در بخش داخلی بی هوازی بایوفیلم و همچنین همکاری باکتریهای لایه بایوفیلم امکان پذیر است. واکنش هماهنگ و متوازن میان دو گروه از باکتریها، مشخص شده است. نیتروزوموناس می تواند برای باکتری بروکادیا ( آناموکس کننده)، تامین کننده نیتریتی باشد که به عنوان اکسیدکننده در مرز مشترک بین بخش اکسیژن دار/ بی اکسیژن (اکسیک/ اناکسیک) بایوفیلم وجود دارد.این همکاری علی رغم رقابت طبیعی برای یک منبع تغذیه-آمونیوم- امکانپذیر است.نیتروزوموناس فرایند آناموکس –اکسید کردن بی هوازی آمونیوم- را در راکتور CANON محدود می کند. این محدود کردن به دلیل نقش بازدارنده این باکتری در انتشار اکسیژن در لایه های پایین تر و همینطور تامین نیتریت برای باکتریهای آناموکس است. با این حال، براساس محاسبه انرژی آزاد گیبس، باکتریهای آناموکس کاراتر از نیتروس می باشند.

فرآیند HF-MBfR

(Hollow-Fiber Membrane-Biofilm Reactor (HFMBfR یک محیط مناسب برای گرد هم آوردن آلاینده اکسیده، باکتری ها، و H۲ به عنوان اهدا کننده الکترون است. برای حذف نیترات از آب آشامیدنی آلوده با استفاده از هیدروژن مولکولی به عنوان سوبسترا الکترون دهنده تمیز توسعه داده شد. الیاف توخالی در یک سر مسدود میشوند و با هیدروژن در انتهای دیگر تحت فشار قرار میگیرند.

در HFMBfR، گاز H۲ از طریق دیواره غشاء کامپوزیتی، و بیوفیلم اتوتروف طبیعی در خارج از غشا، که در آن الکترون باکتری پذیرنده آلاینده های اکسید کننده (به عنوان مثال، NO۳ – یا ClO۴ -) درون آب پخش میشود. فشار هیدروژن به الیاف توخالی پارامترکنترل کلیدی است که می تواند به سرعت و به آسانی تنظیم شود. برای دنیتریفیکاسیون، حذف نیترات جزئی اغلب قابل قبول است، و فشار هیدروژن برای به حداقل رساندن هزینه های تامین H۲ و غلظت H۲ در پساب میتواند کم باشد.

فرآیند INNITRI

توضیح و خصوصیات کار:

یک پروسه جدید، برای نیتریفیکاسیون، جریان جانبی است که تکنولوژی های اختلاط و انتقال توده (Mixing & Mass Transfer (M۲Tرا پیشنهاد می کند که باعث میشود در زمان ماند کوتاه لجن، حتی در دمای پایین هوا در زمستان، نیتریفیکاسیون در یک مخزن هوادهی کوچکتر از آنچه برای نیتریفیکاسیون متداول طراحی میشود رخ دهد.

فرایند InNitri برای تصفیه خانه هایی با آب و هوای سرد که در کل سال نیاز به بالابردن دمای هوا یا فرایند لجن فعال با اکسیژن خالص برای حذف نیتروژن دارند، به عنوان راه حلی ارزان طراحی شده است. به طور کلی، فرایند InNitri نیتریفایرها به طور ثابت به فرایند اصلی لجن فعال اضافه می شوند تا جای نیتریفایرهای حذف شده از لجن فعال اضافه را بگیرند.

ساختار InNitri

نیتریفایرهای تکمیلی در یک مخزن هوادهی جریان جانبی که کوچک و جدا است با استفاده از آمونیوم موجود در مایع آبگیری شده لجن هضم شده و آمونیوم تجاری رشد می کنند. تصفیه خانه های ثانویه متداول از یک مخزن ته نشینی اولیه، یک مخزن هوادهی، زلالساز ثانویه و تغلیظ کننده لجن تشکیل شده اند که با هضم بی هوازی و آبگیری لجن کامل می شوند. به روز کردن چنین تصفیه خانه ای برای تامین نیتریفیکاسیون در طول سال با استفاده از فرایند InNitri (نیتریفیکاسیون با زمان ماند کوتاه جامدات –SRT) نیاز به افزودن مخزن هوادهی کوچک و زلالساز برای رشد نیتریفایرها دارد. در این فرایند، مایع آبگیری شده گرم ( معمولا ۳۰ تا ۳۵ درجه) حاوی مقادیر بالای آمونیوم است (بین ۳۰۰ تا ۹۰۰ میلی گرم در لیتر) که با بخش کوچکی از پساب اولیه ( برای تنظیم دما و تامین مواد آلی) ترکیب شده و در مخزن هوادهی نتیریفیکاسیون جریان جانبی، نیتریت زدایی میشود.

یک بخش از لجن بیولوژیکی حاصل، حاوی درصد بالایی از نیتریفایرهایی است که به مخزن اصلی هوادهی تخلیه می شوند و فرایند اصلی لجن فعال را با نیتریفایرهای پشتیبان ایجاد می کنند. این کار باعث می شود که تصفیه خانه نیاز به هاضم نداشته باشد. در این حالت، آمونیاک تجاری نیتریفیکاسیون در طول سال تامین می شود. امکان استفاده از فرایند مشابه در تصفیه خانه ها وجود دارد.

رهنمودهای طراحی/اطلاعات تکنیکی

فرایند متداول نیتریفیکاسیون، معمولا متشکل از مخزن مختلط هوادهی کامل با ۶ ساعت زمان ماند هیدرولیکی است که در دمای ۱۰ درجه سانتی گراد کار می کند و ورودی آن حاوی ۲۵ میلی گرم در لیتر نیتروژن کل – TKN است (۲۵٪ از این TKN در مایع آبگیری شده جریان جانبی موجود است). برای نشان دادن تفاوت میان فرایند متداول نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون با نیتریفایرهای مکمل (فرایند InNitro )، محققی به نام KOS یک معادله و نتایج مدلینگ برای یک تصفیه خانه معمول فاضلاب را ارائه کرد. نتایج مدل ریاضی نشان داد که برای نیتریفیکاسیون متداول در دمای ۱۰ درجه سانتی گراد، همانطور که زمان ماند جامدات SRT کاهش می یابد، غلظت نیتریفایرها هم کاهش می یابد. همزمان، نیتروژن آمونیاکی نیز در داخل پساب افزایش می یابد. نتایج مشخص کرد که در روش InNitri، نیتریفایرها در مخزن هوادهی اصلی با هر زمان ماندی غالب هستند. نیتریفایرها نمیتوانند از مخزن هوادهی زوده شوند حتی اگر زمان ماند مخزن پایین باشد. به این ترتیب، نیتریفیکاسیون در زمان ماندهای بسیار کوتاه هم اتفاق می افتد. به عبارت دیگر، فرایند InNitri، حداقل زمان ماند جامداتی SRT— ندارد که در آن نیتریفیکاسیون رخ ندهد. به این ترتیب، این فرایند پایدارتراست و به فاکتور ایمنی همانند نیتریفیکاسیون متداول نیاز ندارد. مدلینگ در دمای ۷.۵ تا ۲۰ درجه تکرار شد. نتایج نشان داد که کیفیت پساب خروجی فرایند InNitri حتی در زمان ماند کوتاه جامدات-SRT- ازنظر غلظت آمونیاک مشابه با فرایندهای متداول نیتریفیکاسیون است. هنگامی که غلظت آمونیای خروجی ۲ میلی گرم در لیتر طراحی شد، حداقل زمان ماند جامدات برای فرایند InNitri، ۶۰ درصد مقداری بود که برای نیتریفیکاسیون متداول نیاز بود. مقایسه زمان ماند جامدات SRT برای فرایند InNitri و نیتریفیکاسیون متداول، هزینه پایین تر استفاده از فرایند InNitri را نشان می دهد. تحقیقات دانشگاه مانیتوبا نشان می دهد که انتقال لجن نیتریفای شده از راکتور جریان جانبی گرم به یک راکتور اصلی سرد هیچ مشکلی ندارد. همچنین ارزیابی این فرایند برای ارتقاء تاسیسات موجود نشان داد که هزینه قابل ملاحظه ای در مقایسه با سیستم های متداول صرفه جویی می شود.

فرآیند Sharon Anammox

Sharon- راکتور مجزا برای حذف فعال آمونیاک فراتر از نیتریت

Sharon یا راکتور منفرد برای حذف فعال آمونیاک بر نیتریت) پروسه ای است که در راکتور کاملا مختلط بدون باقی ماندن بایومس رخ میدهد. این فرایند برای تصفیه جریان جانبی بسیار قوی حاصل از هضم لجن توسعه یافته است. روش مرسوم تبدیل آمونیاک به گاز نیتروِن استفاده از فرایندهای نیتریفیکاسییون/ دنیتریفیکاسیون است. در فرایند Sharon، آمونیاک مستقیما به نیتریت ( برخلاف روشهای متداول که به نیترات تبدیل میشد) تبدیل میشود و سپس مستقیما به گاز نیتروژن تبدیل میشود. تبدیل آمونیوم به نیتریت با فرمول زیر قابل بیان است

NH_۴⁺ + ۱.۵ O_۲ ⇒ NO_۲^–+ H_۲O + ۲ H⁺

اکسیداسیون آمونیوم در مرحله نیتریت با عملکرد فرایند Sharon با بالا رفتن دما متوقف میشود . در دمای بالا، اکسید کننده های آمونیاک سریعتر از باکتریهای اکسیدکننده نیتریت رشد میکنند. در این فرایند زمان ماند هیدرولیکی (HRT) برابر است با زمان ماند جامدات (SRT). بنابراین اکسیدکننده های آهسته نیتریت از سیستم شسته میشوند و اکسیداسیون آمونیاک در مرحله نیتریت متوقف میشود. این یک فرایند حرارت زا است که دردمای بین ۳۰ تا ۴۰ درجه سانتی گراد (۸۶ تا ۱۰۴ درجه فارنهایت ) به وقوع می پیوندد.

بسته به غلظت آمونیا در جریان جانبی که باید تصفیه شود و محدودیتهایی در رابطه با پساب خروجی، زمان ماند هیدرولیکی میتواند بین ۱ تا ۲ روز باشد. دمای جریان جانبی هاضم میتواند بین ۲۵ تا ۳۰ درجه سانتی گراد باشد. فعالیت میکروبی گرمازا در راکتور Sharon افزایش دمایی در حدود ۵ تا ۸ درجه سانتی گراد تولید میکند. بسته به آب و هوای محلی، در فصل زمستان حرارت اضافه ممکن است نیاز شود. توازن نیتروژن تصفیه خانه های آب و فاضلاب نشان میدهد بار داخلی نیتروژن قابل ملاحظه ای در آب برگشتی از هاضم لجن به جریان اصلی فاضلاب وجود دارد. با تصفیه جداگانه این آب برگشتی ، بار نیتروژن فرایند لجن فعال میتواند به طور قابل ملاحظه ای کاهش یابد. فرایند Sharon Anamox یک سیستم حذف نیتروِن برای آب برگشتی از تاسیسات آب زدای لجن و سایر جریانهای فاضلاب غنی از آمونیاک هستند. فرایند ترکیبی از دو تکنولوژی است که به طور مستقل توسعه یافته اند. Anammox در حقیقت به معنی اکسیداسیون بی هوازی آمونیوم است. Sharon کلمه ای است که از اول کلمات راکتور منفرد برای حذف فعال آمونیاک بر نیتریت -‘Single reactor for High activity Ammonia Removal Over Nitrite- تشکیل شده است.

توصیف و ویژگیهای کار

فرایند Sharon/Anammox فرایندی است که در آن حذف نیتروژن با ترکیب دو مرحله جداگانه رخ می دهد: فرایند جزئی نیتریفیکاسیون (Sharon) که با اکسیداسیون بی هوازی آمونیوم (anammox) دنبال می شود. در شکل پایین، ترتیب تصفیه پروسه Sharon/Anammox به صورت تصویری مشهود است.

Sharon/Anammox – process scheme

فرایند Sharon:

فرایند Sharon برای تولید ترکیبی از آمونیوم-نیتریت استفاده می شود که در آن تنها ۵۰ درصد آمونیوم به نیتریت تبدیل می شود.

NH۴+ + HCO۳- + ۰,۷۵ O۲ ۰,۵ NO۲-+ ۰,۵ NH۴+ + CO۲ + ۱,۵ H۲O

تبدیل در یک راکتور منفرد کاملا مختلط بدون حضور بایومس در دمای بین ۳۰ تا ۴۰ درجه سانتی گراد و زمان ماند بین ۱ تا ۲ روز انجام می شود که باعث تبدیل تنها ۵۰ درصد از آمونیوم به نیتریت می شود. دسترسی به اکسیژن در این فرایند محدود می باشد.

راکتورsharon می تواند تحت شرایط هوازی وبدون اکسیژن (اناکسیک) به طور متناوب مورد بهره برداری قرار گیرد یا به طور دائم تحت اکسیژن محدود شده به فعالیت ادامه دهد. در حالت دوم، مصرف اکسیژن توسط ارگانیزم های نیتریفای کننده باعث تولید شرایط بی اکسیژن مورد نیاز برای دومین مرحله تصفیه – Anammox می شود.

فرایند Anammox:

در این مرحله از تصفیه مخلوط آمونیوم- نیتریب تولید شده در راکتور Sharon تحت شرایط بی اکسیژن که در آن آمونیوم نقش الکترون دهنده دارد به گاز نیتروژن تبدیل می شود. تبدیل آمونیوم و نیتریت به گاز نیتروژن با فرمول زیر نشان داده شده است:

N۲ + ۲ H۲ ==> NO۲- + NH۴

باکتریهایی که باعث سرعت بخشیدن به واکنش می شوند (کاتالیزینگ) اتوتروف هستند که کار تبدیل را بدون استفاده از COD یا منبع کربن اضافه تسهیل می کنند. باکتریهایی که قادر به سرعت بخشیدن به واکنش Anammox هستند از منابع معمول لجن قابل استحصال هستند. با این حال، این باکتری ها سرعت رشد نسبتا پایینی دارند و زمان دوبرابر شدن آن ها در دمای ۳۰ درجه سانتی گراد ۱۰ روز است. به این ترتیب راکتور Anammox باید با حضور مقدار کافی بایومس جهت جلوگیری از شستشوی باکتریهای آناموکس (اکسیدکننده بیهوازی آمونیوم) که سرعت رشد پایینی دارند طراحی شود. در طرح های پایلوت، راکتورهای منقطع متوالی(SBR) استفاده شده اند . با توجه به ظرفیت خوب تولید گرانول باکتریها، استفاده از راکتورهای حلقه لیفت گاز- gas-lift-loop reactors -برای اطمینان از انتقال کارای توده، اختلاط، و زمان ماند بایومس به صورت فشرده پیشنهاد شده است.

فرآیند OLAND

OLAND- نیتریفیکاسیون با اکسیژن محدود اتوتروفیک و دنیتریفیکاسیون
Oxygen Limited Autotrophic Nitrification Plus Denitrification
OLAND یک پروسه بیولوژیکی حذف نیتروژن است که به نیتریفیکاسیون و اکسیداسیون بی هوازی آمونیوم (آناموکس) پیوسته است. در این فرایند، بر خلاف پروسه CANON، باکتریهای اکسید کننده آمونیوم قادر به تبدیل آمونیوم به گاز نیتروزن در یک راکتور با اکسیژن محدود هستند. گونه های نیتروزموناس، به دلیل کمبود پذیرنده الکترون، میتوانند نیتریت تولید شده را استفاده کنند.
NH۴++۰.۷۵ O۲ → ۰.۵N۲+H++۱.۵H۲O
هوادهی نیتریفایر های اتوتروفیک غنی شده با PH کنترل شده میتواند باکتریها را به مصرف نیتریت وادار کند.

	Anammox	CANON /OLAND
ورودی مورد نیاز (بر حسب گرم COD /گرم N حذف شده)	۰.۰۰	۰.۰۰
اکسیژن مورد نیاز (بر حسب گرم O۲ /گرم N حذف شده)	۰.۰۰	۲.۵۰
قلیایت مصرف شده بر حسب گرم CaCO۳/ گرم N حذف شده)	۰.۲۲	۰.۵۵
تشکیل بایومس (گرم بایومس به صورت COD/ گرم N حذف شده)	۰.۰۸	۰.۱۷

برای اهداف کاربردی، فرایند OLAND می تواند به دلیل عدم پیچیدگی تولید ایناکولوم نیتریفای کننده از لجن فعال، به سهولت استفاده شود. این سیستم نیاز به تامین مستقیم نیتریت ندارد و جریان غنی از آمونیوم میتواند مستقیما تصفیه شود. با اینحال، ظرفیت سیستم های کنونی همچنان پایین است.

فرایندهای بی هوازی

فرآیند ABR

ABR -راکتور بی هوازی با ديوار راهبند (Anaerobic Baffled Reactor)

راکتور ABR نوعی راکتور با بافل های زیاد است که در آن جریان فاضلاب حاوی آلاینده های آلی بین ورودی و خروجی سیستم وادار به عبور از پایین و یا بالای بافلها (و یا از میان آن ها) می شود. باکتریهای درون راکتور به دلیل خصوصیات جریان و تولید گاز، به آرامی ته نشین میشوند، و با سرعت کم به سمت پایین راکتور حرکت می کنند. با این حال، برای بهبود عملکرد راکتور، چندین تعدیل کننده جریان نیز تعبیه شده است.

مهمترین نیروي محرکه در این فرایند، طراحی راکتور است که باعث افزایش ظرفیت ماندن جامدات می شود.

• راکتور از یک سری اطاقک ساخته شده است که فاضلاب به صورت جریانی از بالادست درآنها جریان می یابد. فاضلاب ورودی با لجن ترکیب شده، و در نتیجه باکتریهایی که آلاینده ها را تجزیه می کنند وارد جریان فاضلاب می شوند .

• تجزیه با روندی افزایشی در اطاقک های راکتور رخ میدهد.

• میزان کاهش BOD، ۹۰٪ و کاهش پاتونها ۴۰ تا ۷۵ درصد است.

• راکتور بافل دار در مقابل شوک بار و تغییر در ورودی های جریان مقاوم است. بهره برداری و نگهداری از آن ساده بوده و از آنجا که ساختار دفنی دارد، به فضای اضافه ای نیاز ندارد.

• به دلیل پارتیشن بندی راکتور، راکتور دارای پتانسیل اصلاح شدن است. به این ترتیب که می توان با افزودن یک مرحله هوازی در بخش یکی مانده به آخر، قسمتی از COD مقاوم نسبت به تجزیه و همینطور سولفید اضافه از مرحله بی هوازی را اکسید نمود و باعث بروز نیتریفیکاسیون شد. بخصوص زمانی که از سلولهای ساکن استفاده شده باشد.

• به دلیل زمان ماند طولانی سلولی در راکتور، بازده کلی سلولی به صورت ۰.۰۳ گرم سلول در هر گرم ترکیبات فاضلاب است و بنابراین مقدار کمی لجن برای دفع تولید میشود.

• به دلیل حرکت رو به پایین بسیار کند سلولها در راکتور، امکان استفاده از سلولهای منتخب تغییر شکل یافته یا اصلاح ژنتیکی شده که قادرند تا ماهها درون راکتور باقی بمانند، وجود دارد.

فرآیند EGSB

(expanded granular sludge bed (EGSB یک نوع دیگر از هضم بی هوازی UASB برای تصفیه فاضلاب میباشد. از ویژگی های متمایز این سیستم سرعت زیاد جریان به سمت بالا برای عبور فاضلاب از میان بستر لجن میباشد. از مزایای این سیستم افزایش سرعت عبور فاضلاب ازمیان بستر لجن دانه ای، بهبود تماس فاضلاب با لجن و همچنین جداسازی ذرات معلق کوچک از بستر لجن می باشد. افزایش سرعت جریان با استفاده از راکتورهای بلند، و یا با ترکیب پساب برگشتی(یا هر دو) انجام می شود.

طراحی EGSB برای فاضلاب محلول با بار کم (کمتر از ۱ تا ۲ گرم محلول COD / l) و یا برای فاضلاب که شامل ذرات معلق زیست تخریب پذیر راکد یا ضعیف میباشد که نباید اجازه داد در بستر لجن مناسب تجمع یابند.

فرآیند IC

راکتور internal circulation (راکتور IC) یک نوع هاضم بی هوازی است که در درجه اول برای تصفیه فاضلاب طراحی شده میشود. راکتور IC تکامل یافته سیستم های هضم UASB و EGSB است.هاضم به طور معمول بیوگازهمراه با متان غلظت بالا (C۸۰٪) تولید می کند. در اصل IC برای بهبود نرخ هضم و بازده گازطراحی شده است.

راکتور IC به طور معمول به عنوان بخشی از یک سیستم هضم بی هوازی دو مرحله است شامل یک مخزن اسیدی شدن و هیدرولیز میباشد. پساب خروجی راکتور IC اغلب به تصفیه هوازی برای کاهش BOD و COD و رسیدن به استاندارد تخلیه نیازمند است.

فرآیند UASB

(UASB- (Upflow Anarobic Sludge Bed- بستر بی هوازی لجن با جریان رو به بالا

در راکتور UASB . چهار فاز بی هوازی هضم وجود دارد:

هیدرولیز: فازی است که در آن مواد ترکیبی، سنگین و غیر محلول ( پروتئین ها، کربوهیدرات ها، چربی ها) از طریق تخمیر باکتری ها به مواد سبک تر ( مانند آمینواسید، قند، الکل) تبدیل شده و آنزیم ها آزاد می شوند.
اسیدوژنوز: مرحله ای که در آن ترکیبات محلول به ترکیبات ساده تر (نظیر اسیدهای چرب فرار، الکل، اسید لاکتیک، CO۲, H۲, NH۳, H۲S و مواد سلولی جدید) تبدیل می شود.
استوژنوس: فازی که در آن محصولات هضم شده به استات، CO۲, H۲ و مواد سلولی جدید تبدیل می شود.
متانوژنوس: فازی که استات، هیدروژن و کربنات، فرمات یا متانول به CH۴, CO۲ و ترکیبات سلولی جدید تبدیل میشوند.

ویژگیهای راکتور UASB

لجن دانه ای –گرانولی:

در راکتور UASB، لجن بی هوازی خاصیت ته نشینی خوبی می یابد و به صورت مکانیکی با نیروی جریان رو به بالای فاضلاب ورودی مخلوط شده و حباب های گاز در راکتور تولید می شوند. به این منظور، اختلاط مکانیکی می تواند از راکتور UASB حذف شده و در نتیجه هزینه نگهداری و سرمایه گذاری را کاهش دهد. این پروسه اختلاط باعث تشکیل لجن گرانولی میشود. لجن گرانولی مزیت های زیادی بر لخته های متداول لجن دارد.

تشكيل بيو فیلم متراکم
توانایی ته نشینی بالا ( ۳۰ – ۸۰ متر در ساعت)
اجتماع میکروبی متوازن
فعالیت متانوژنی بالا (۰.۵ تا ۲ g COD/g VSS.d)
مقاوم به شوک سمی

شکل ۱: قسمتهای اصلی یک راکتور UASB

طراحی UASB

۱) اگر ورودی COD بین ۵۰۰۰- ۱۵۰۰۰ میلی گرم در لیتر یا بیشتر باشد، روش طراحی باید براساس مقدار بار آلی باشد.

۲) اگر ورودی COD کمتر از ۵۰۰۰ میلی گرم در لیتر باشد. روش طراحی باید بر اساس سرعت محاسبه شود.

COD ورودی

ارتفاع لجن

<۳۰۰mg/l	۳-۵m
>۳۰۰mg/l	۵-۷m
نکته: لایه لجن بلند تر از لایه لجن بستر است.

اگرارتفاع ناحیه نصب بیشتر یا مساوی ۲/۱ متر باشد مساحت مخزن UASB به متر مربع اینگونه محاسبه میشود: A=HRT* Q/H

HRT: زمان ماند هیدرولیکی

بهره برداری:

گستره مناسب pH بین ۶.۶ تا ۷.۶ است. دمای فاضلاب نباید بیش از ۵ درجه سانتی گراد باشد چون دمای پایین می تواند سرعت هیدرولیز فاز ۱ و فعالیت باکتریهای متانوژن را کاهش دهد. به این ترتیب در فصل زمستان، گاز متان برای گرم کردن فاضلابی که باید در راکتور تصفیه شود نیاز است. همیشه نسبت COD:N:P به صورت ۳۵۰:۵:۱ باقی میماند. اگر کمبودی در مورد برخی از مواد مغذی در فاضلاب وجود داشته باشد، باید این مواد اضافه شوند تا میکروارگانیزم ها زنده بمانند. مواد شیمیایی که به طور متداوم به عنوان مواد مغذی (N, P) استفاده میشوند عبارتند از :

(NH۴) ۲CO۳ , KH۲PO۴, NH۴ , H۲PO۴ .

جامدات معلق میتواند بر روی فرایند بی هوازی به طرق مختلف تاثیر بگذارند:

تشکیل لایه پسماند و کف، به دلیل حضور ترکیبات غیر محلول که خاصیت شناوری دارند نظیر روغن ها و چربی ها.
به تعویق انداختن یا حتی ممانعت کامل از تشکیل لجن گرانولی.
جذب لجن گرانولی در یک لایه از مواد غیرمحلول جذب شده و بعضی اوقات تجزیه لجن گرانولی.
شست و شوی ناگهانی و تقریبا کامل لجن موجود در راکتور.
کاهش در فعالیت کلی متانوژنهای لجن به دلیل تجمع جامدات معلق.

فرآیندهای بیولوژیکی