تصفیه آب و فاضلاب به روش (UABR) Up flow Anaerobic Baffled Reactor
گردآورنده: استاد راهنما: پائیز93
تاریخچه میکروبیولوژی
در سال ۱۶۷۵در شهر دلفت در هلند آنتونی وان لون هو ک برای اولین بار دنیای میکروبی را کشف کرد او با عدسی شیشه ای خود دنیایی از موجودات ریز را در قطره آب برکه مشاهده کرد.او موجودات مورد مشاهده خود را Animaclues نامید. او پدر علم میکروبیولوژی قدیم است. در گذشته و اواخر قرن ۱۷نظریه تولید خود به خودی مطرح بود.در این زمان بسیاری از دانشمندان فکر می کردند میکروارگانیسمها از مواد غیر زنده ایجاد شده اند.تا اینکه سر انجام دو ابرمرد دنیای علم که به کنار گذاشتن این نظریه کمک شایانی کردند شیمیدان فرانسوی به نام پاستور و پزشک انگلیسی به نام تندال بود. از لوئی پاستور به عنوان پدر میکروبیولوژی مدرن یاد می شود که کمک زیادی به کشف پدیدها ی متابولیکی از جمله تخمیر (Fermentation) کرد .کشف ایمنی و تولید واکسن هاری(Rhabdo virus)و سیاه زخم از جمله افتخارات اوست.دانشمند دیگر تاثیر گذار در این علم رابرت کخ آلمانی نام دارد که در سال۱۸۸۱بررسی کشت خالص pure cultureرا بنا نمودو از پایه گذاران استفاده از آگار agar در محیط کشت است او عامل وبا ویبریو کلرا را کشف کرد.البته دانشمندان زیادی به پیشرفت این علم کمک کرده اند که من تنها چند مورد را بیان کردم .
۱.آگار: ماده پلی ساکاریدی که از نوعی جلبک دریایی گرفته می شود که جایگزین ژلاتینی شد که توسط عده ای از باکتری ها مورد تجزیه قرار می گرفت و هدف استفاده از آگار سفت کردن محیط بوده و جنبه غذایی ندارد.
۲.عامل سیاه زخم باکتری به نام باسیلوس آنتراسیس است.
امروزه با پیشرفت بسیار سریع علم همچنان نکات مبهم بسیاری برای کشف و بررسی باقیست.
(UABR) Up flow Anaerobic Baffled Reactor
راکتورهای بافل دار بی هوازی (UABR) یا Up flow Anaerobic Baffle Reactorاز اوایل دهه شصت مورد توجه قرار گرفت و تا به امروز تحقیقات مختلفی روی توانائی های این راکتورها صورت گرفته استUABR راکتوریبی هوازی است که در آن ردیف هایی از بافل ها قرار گرفته اند تا باعث حرکت جریان فاضلاب از پایین بافل ها بگردند. باکتری ها در درون راکتور بر اساس خصوصیات رفتاری جریان، ممکن است معلق مانده یا ته نشین گردند. به واسطه طبیعت متغیر پساب های صنعتی, پایداری راکتور مورد استفاده نسبت به شوک های بار هیدرولیکی و آلی یکی از پارامترهای بسیار مهم در طراحی بیوراکتورها است. راکتورABR بخاطر دارا بودن زمان ماند بالای سلولی, شوک های آلی را به خوبی تحمل می کند و تغییرات توده میکروبی هنگام عبور از حالت پایا به حالت دیگر کم می باشد.
UABR
این فرایند به صورت رشد چسبیده یا رشد معلق دسته بندی می شود. یکی ازانواع سیستم هایی که در آنها از مدیا یا بستر به عنوان پایه ای برای استقرار یا رشد میکرواورگانیسم استفاده می شود راکتور بافل دار بی هوازی است. در این راکتور فاضلاب پس از گذشتن از بافل ها به علت انجام واکنش های بیولوژیکی بی هوازی دارای بار آلودگی کمتری می شود. از مزایای این فرایند عبارتند از: 1- بالا بودن زمان ماند جامدات 2- تولید لجن کمتر 3- ایجاد بخش ته نشین سازی برای جامدات
راکتورهای بافل دار بی هوازی
این راکتورها از اوایل دهه شصت مورد توجه قرار گرفتند و تا به امروز تحقیقات مختلفی برروی توانائی های آنها در تصفیه فاضلابهای متفاوت صورت گرفته است , اما همچنان موارد مجهول فراوانی برای بهبود عملکرد آنها وجود دارد.
ویژگی های کلی راکتورهای بافل دار بی هوازی
راکتوری است که در آنها ردیفهایی از بافلها قرار گرفته ، تا سبب حرکت جریان ABR رآکتور فاضلاب از بالا و پایین بافلها گردد. باکتریهای موجود در راکتور بر اساس خصوصیات رفتاری جریان ممکن است معلق مانده یا ته نشین گردند.
مزایای اشاره شده مربوط به راکتورهای بافل دار بی هوازی
۱ ساختمانی و اجرایی
– طراحی ساده
– نبودن قسمتهای متحرک
– نداشتن هیچگونه سیستم اختلاط مکانیکی
– هزینه ساخت کم
– گرفتگی کمتر
– کاهش انبساط بستر لجنی
۲ عملیاتی
– پایین بودن زمان ماند هیدرولیکی
– امکان عملیات متناوب
– پایداری قابل قبول نسبت به شوکهای هیدرولیکی و آلی
– مقاومت نسبت به شوکهای سمی در پساب ورودی
– زمان زیاد کاری بدون تلف شدن لجن
– توانائی در جداسازی دو فاز اسیدوژن و متانوژن بدون ایجاد مشکلات کنترلی
و در بر داشتن هزینه بیشتر
بالا بودن زمان ماند جامدات –
(Biomass) ۳ بیومس
– تولید لجن کمتر
– ماندن بیومس بدون احتیاج به آکنده سازی راکتور با بستر یا مدیا
و ایجاد بخش ته نشین سازی برای جامدات (Packing)
– عدم نیاز به تجهیزات جداساز گاز و مایع
معایب بزرگ راکتورهای بافل دار بی هوازی
از معایب بزرگ راکتورهای بافل دار بی هوازی می توان به موارد زیر اشاره نمود
نیاز به ساخت راکتورهای کم عمق تا سرعت قابل قبولی از جریان روبه بالای گاز و مایع ایجاد گردد.
مشکلات ایجاد شده در توزیع یکنواخت جریان است.
اهدف کلی تصفیه فاضلاب
تامین شرایط بهداشتی برای زندگی مردم
پاک نگهداری محیط زیست
بازیابی فاضلاب
تولید کود طبیعی
تولید انرژی
انواع فاضلاب
فاضلاب خانگی
فاضلاب صنعتی
پس آب ناشی از سیلابها
فاضلاب کشاورزی
فاضلاب خانگی
ناشی از دستگاههای بهداشتی همچون توالت ها، حمام، ماشین های لباس شویی و ظرف شویی، پساب آشپزخانه و شستشوی بخشهای مختلف خانه می باشد.
در شبکه جمع آوری فاضلاب شهری، فاضلاب مغازه ها، فروشگاهها، تعمیرگاهها، رستورانها و… نیز جمع آوری می شود.
مشخصات فاضلاب خانگی
رنگ فاضلاب
بوی فاضلاب
pH فاضلاب
دمای فاضلاب
ناخالصیهای موجود در فاضلاب
وزن مخصوص فاضلاب
موجودات میکروبیولوژی موجود در فاضلاب
فاضلاب صنعتی
مشخصات بستگی به فرآیند مورد استفاده در صنعت دارد
تفاوتهای میان فاضلاب صنعتی و خانگی
امکان وجود ترکیبات سمی در فاضلاب صنعتی
خورندگی بیشتر فاضلاب صنعتی
خاصیت قلیایی یا اسیدی فاضلاب صنعتی بیشتر است
احتمال کمتر وجود میکروارگانیسم ها در فاضلاب صنعتی
تشابه فاضلاب های صنعتی
تنها بخش مشابه فاضلاب های صنعتی، فاضلاب ناشی از سیستم خنک کننده می باشد
آلودگی موجود در فاضلابهای صنعتی
آلاینده های موجود در فاضلاب ناشی از معادن، کارخانه های فولاد سازی و… بیشتر از نوع معدنی هستند.
آلاینده های موجود در فاضلاب ناشی از کارخانه های تهیه مواد غذایی، کارخانه های نشاسته سازی و… بیشتر آلی هستند.
فاضلاب های ناشی از سیلاب ها
این فاضلاب ها در اثر برف، باران و ذوب یخ ها و روان شدن آنها در شهرها ایجاد می شوند.
در برخی موارد درجه آلودگی اینگونه فاضلاب ها از فاضلاب خانگی بیشتر است.
تصفیه فاضلاب
ناپایدار نمودن آلاینده های موجود در فاضلاب و ته نشین نمودن آنها اساس تصفیه فاضلاب را تشکیل می دهد.
باکتریهای موجود در فاضلاب
میکروارگانیسم های هوازی
میکروارگانیسم های بیهوازی
میکروارگانیسم های اختیاری
برخی میکروارگانیسم های موجود در فاضلاب
باکتریهای هوازی
مواد آلی
اکسیژن
دی اکسید کربن ، انرژی و باکتریهای جدید
تصفیه بیولوژیک هوازی
باکتریهای بی هوازی
مواد آلی
عدم وجود اکسیژن
متان، هیدروژن سولفید، باکتریهای جدید و…
تصفیه بیولوژیک بی هوازی
آزمایش های فاضلاب
برای نشان دادن درجه آلودگی فاضلاب از شاخص های مختلفی استفاده می گردد که با آزمایش های مختلف مشخص می گردند.
شاخص های آلودگی آب و فاضلاب
اکسیژن خواهی بیولوژیک (BOD)
اکسیژن خواهی شیمیایی (COD)
کل کربن آلی (TOC)
کل مواد معلق (TSS)
اکسیژن محلول (DO)
سایر روش ها
مقدار BOD به عوامل زیر وابسته است
مقدار مواد آلی موجود در آب
میزان فعالیت باکتری ها
درجه حرارت
توربولانس یا اختلاط فاضلاب
منحنی تغییرات BOD
مرحله اول: اکسیداسیون مواد آلی کربن دار
مرحله دوم: اکسیداسیون ترکیبات آلی ازت دار
مواد آلی ازته
نیتریت ها
نیترات ها
میکروارگانیسم ها
هفتاد درصد مواد آلی در پنج روز اول اکسید می شوند
بنابر این برای صرفه جویی در زمان از BOD5 (پنج روزه) استفاده می شود
میزان آلودگی فاضلاب های شهری
حدوداً بر حسب BOD5 برابر با 200 الی 300 میلی گرم بر لیتر می باشد
دستگاه BODمتر
دیجیتال
انجام آزمایش COD به روش تقطیر برگشتی
جامدات موجود در فاضلاب (TS)
جامدات معلق (TSS)
جامدات محلول (TDS)
قابل ته نشینی
غیر قابل ته نشینی
آلی
معدنی
آلی
معدنی
آلی
معدنی
مقصود از تصفیه فاضلاب
گرفتن مواد معلق و شناور از فاضلاب
تبدیل مواد ناپایدار موجود در فاضلاب به مواد پایدار
جداسازی مواد سمی محلول و نامحلول
گندزدایی و نابودی میکروب ها در فاضلاب
روشهای مختلف تصفیه آب و فاضلاب
روش های فیزیکی
روش های شیمیایی
روشهای بیولوژیکی
تصفیه فیزیکی
از خواص مکانیکی و فیزیکی برای جداسازی مواد خارجی معلق در فاضلاب استفاده می شود
مهمترین روشهای تصفیه فیزیکی
صافی ها
تانک های ته نشینی
سیستم های شناور سازی
صاف کردن فاضلاب
آشغالگیری
صاف کردن با کمک صافی های ماسه ای
ته نشین کردن مواد معلق
با کاهش سرعت جریان آب امکان ته نشینی مواد معلق در تصفیه خانه های آب و فاضلاب فراهم خواهد شد
حوضچه های ته نشینی
منطقه ورودی که توسط آن فاضلاب در استخر بخش می گردد.
منطقه ته نشینی که در آن ذرات معلق فاضلاب ته نشین می شوند.
منطقه جمع شدن لجن.
منطقه خروجی که توسط آن فاضلاب ته نشین شده از استخر بیرون می رود.
نمایی از یک حوضچه ته نشینی
تصفیه زیستی (بیولوژیکی)
زمانی که تصفیه فیزیکی جوابگو نباشد از تصفیه بیولوژیکی جهت حذف آلاینده ها استفاده می گردد.
در یکانهای تصفیه بیولوژیکی، فرایند تشدید شده که در طبیعت خود به خود ولی با سرعت پایین صورت می گیرد به کار گرفته می شود.
سیکل بسته مواد آلی و معدنی در طبیعت
نور
مواد معدنی
گیاهان
O2
حیوانات و باکتریها
مواد آلی
انواع میکروارگانیسم ها
هوازی
بی هوازی
اختیاری
میکروارگانیسم ها
انگل
ساپروفیت
از مواد آلی موجود در پسماندها و اجساد سایرموجودات استفاده می کنند به همین دلیل به آنها کارگران تصفیه خانه نیز می گویند.
باکتریهای ساپروفیت
از نظر ابعاد 1 الی 5 میکرومتر هستند.
دارای هسته، پلاسما و پوسته هستند.
نزدیک به 80 درصد وزن آنها را آب تشکیل می دهد.
تاثیر دما بر باکتریها
به ازاء هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما فعالیتهای باکتریها 2 برابر می شود. این عمل تا دمای 40 درجه سانتیگراد ادامه دارد.
تاثیر pH بر باکتریها
مناسب ترین pH برای رشد باکتریها 5/6 الی 5/7 می باشد اما برخی از آنها در pH های بسیار پایین همچون تیوباسیلوس تیواکسیدانس و یا محیط های بسیار قلیایی نیز می توانند رشد نمایند.
تغییرات ناگهانی pH می تواند منجر به توقف رشد و یا مرگ باکتریها شود.
مهمترین انواع تصفیه بیولوژیکی
تصفیه زیستی با کمک باکتریهای هوازی
تصفیه زیستی با کمک باکتریهای بی هوازی
تصفیه زیستی با کمک باکتریهای هوازی نیترات ساز و بی هوازی نیترات زدا
تصفیه زیستی با کمک باکتریهای فسفات زدا
تصفیه هوازی
اساس کار این روش رساندن اکسیژن به میکروارگانیسم های موجود در فاضلاب و تشدید رشد آنها است.
انواع تصفیه هوازی
رشد معلق: (لجن فعال)
رشد چسبیده: (صافی چکنده یا دیسکهای بیولوژیک گردان)
اکسیژن رسانی در تصفیه فاضلاب
وارد نمودن هوا به آب (با استفاده از هواپخشان)
وارد نمودن آب به هوا (ایجاد تلاطم با کمک هوادهی سطحی)
هوادهی طبیعی (برکه های تثبیت)
انواع هوادهی
انواع هوادهی
مواد غذایی مورد نیاز باکتریها
منبع کربن (C)
منبع نیتروژن (N)
منبع فسفر (P)
تقسیم بندی روشهای تصفیه بیولوژیکی هوازی
روشهای تصفیه بیولوژیکی طبیعی: وارد نمودن فاضلاب به رودخانه، دریاچه و دریا و…
روشهای نیمه مصنوعی تصفیه بیولوژیکی: ایجاد برکه های تثبیت، پخش فاضلاب در زمین و…
روشهای مصنوعی تصفیه بیولوژیکی: سیستم لجن فعال، صافی چکنده و…
میزان تصفیه
تصفیه کامل: راندمان تصفیه بیش از 80 درصد باشد
تصفیه ناقص: راندمان حذف کمتر از 80 درصد باشد
تصفیه بیولوژیک با کمک باکتریهای بی هوازی
توصیف فرایند:
در تصفیه بی هوازی مواد آلی احیاء شده و به ترکیبات آلی ناپایدار و برخی گازها همچون متان، دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن و… تبدیل می شوند.
مهمترین کاربردها:
هاضم های بی هوازی، تصفیه خانه های کوچک مانند سپتیک تانکها و ایمهاف تانکها، چاههای فاضلاب خانگی، فاضلابهای قوی (دارای آلودگی بالا).
مراحل هضم بی هوازی لجن
مرحله تخمیر اسیدی
در این مرحله لجن در شرایط بی هوازی قرار گرفته و اکثر مواد آلی پیچیده موجود در آن به ترکیبات آلی ساده تبدیل می شود و pH آن به شدت کاهش می یابد. این بخش توسط باکتریهای اسید ساز انجام می پذیرد.
مرحله متانی یا تخمیر قلیایی
pH مجدداً متعادل می شود و مواد آلی ساده تولید شده در مرحله قبل به گاز متان تبدیل می شوند. در این مرحله گاز کربنیک و گاز نیتروژن نیز تولید می گردد. این مرحله توسط باکتریهای متان ساز که در برابر تغییرات محیطی بسیار حساس هستند انجام می شود.
ترکیب بیوگاز تولیدی در فرایند بی هوازی
65 الی 70 درصد گازمتان
35 الی 30 درصد گازکربنیک
1 درصد سولفید هیدروژن (خورنده و بد بو)
درصد ناچیزی از سایر گازها
تاثیر دما بر تولید گاز
افزایش دما منجر به افزایش فعالیت میکروبی شده و تولید بیوگاز را نیز افزایش می دهد.
تقسیم بندی باکتریها از لحاظ دمای مناسب برای رشد
ساکروفیل: باکتریهای سرما دوست (کمتر از 20 درجه)
مزوفیل: باکتریهای معتدل دوست (20 الی 40 درجه)
ترموفیل: باکتریهای گرما دوست (بیش از 40 درجه)
نیترات سازی یا آمونیاک زدایی (نیتریفیکاسیون)
آمونیاک
نیتریت
نیترات
نیترو باکتر
نیتروزومانوس
نیترات ایجاد BOD نمی کند و تجزیه هوازی آن ممکن نیست، بنابر این باعث کاهش DO آب نمی شود. ولی منجر به تحریک شدید رشد جلبکها می گردد و مجدداً پس از مرگ جلبکها مواد آلی به آبهای پذیرنده وارد می شود.
مراحل تصفیه فاضلاب برای تخلیه به آبهای سطحی
اکسیداسیون مواد کربنه
فرایند نیتریفیکاسیون
فرایند دنیتریفیکاسیون
لجن برگشتی
لجن برگشتی
لجن برگشتی
حوضچه های ته نشینی
اکسیداسیون مواد کربنه و فرایند نیتریفیکاسیون می تواند در یک مخزن و با زمان ماند بیشتر انجام گیرد.
حذف فسفات از فاضلاب
فسفر نیز همانند نیتروژن منجر به تحریک رشد جلبکها می گردد.
حذف فسفر و نیتروژن جزء تصفیه پیشرفته فاضلاب محسوب می شود.
تصفیه شیمیایی
اساس کار در تصفیه شیمیایی استفاده از مواد شیمیایی برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در آب و فاضلاب می باشد. این روش بیشتر در تصفیه آب و همچنین فاضلابهای صنعتی کاربرد دارد.
عمده ترین روشهای تصفیه شیمیایی مواد نامحلول در فاضلاب
انعقاد و لخته سازی (کاربرد کلرور فریک)
شناور سازی (کاربرد دامولسیفایرها در جداسازی ترکیبات نفتی)
جذب سطحی1 (استفاده از کربن فعال)
1- جذب سطحی می تواند برای حذف مواد و ترکیبات محلول همچون ترکیبات تولید کننده رنگ و بو نیز به کار گرفته شود.
تصفیه طبیعی فاضلاب
وارد نمودن فاضلاب به رودخانه
وارد نمودن فاضلاب به دریا
وارد نمودن فاضلاب به مرداب های طبیعی
پخش فاضلاب در زمین
وارد نمودن فاضلاب در چاه
دریاچه های تصفیه فاضلاب (روش نیمه مصنوعی تصفیه فاضلاب)
نکات مهم در طراحی سیستم های رها سازی فاضلاب در دریا
فاضلاب بایستی در چند نقطه و به صورت نا متمرکز در دریا رها شود.
هنگام ورود فاضلاب به دریا باید جریان آن همراه با سرعت زیادی باشد تا آمیختگی خوبی ایجاد گردد.
توجه به ضریب خودپالایی و کمبود اکسیژن دریاها و دریاچه ها
وارد نمودن فاضلاب در چاه
فاضلاب پس از ورود به چاه تحت شرایط بی هوازی مورد تجزیه قرار گرفته و آلودگی و مواد معلق آن به شدت کاهش می یابد
دریاچه های تصفیه فاضلاب (برکه تثبیت)
فاضلاب در این دریاچه ها برای مدت زمانی نسبتاً طولانی در مجاورت هوا و نور خورشید به صورت طبیعی تصفیه می گردند.
نمایی از یک برکه تثبیت فاضلاب
محاسن استفاده از برکه های تثبیت
بی نیاز بودن از وسائل مکانیکی و افراد متخصص
عدم مصرف انرژی در تصفیه فاضلاب
ارزانتر بودن هزینه ساخت تاسیسات تصفیه فاضلاب به این روش
معایب استفاده از برکه های تثبیت فاضلاب
خطر آلودگی محیط زیست در اثر راهبری یا طراحی غلط
نیاز به زمین زیاد در مقایسه با سایر روشها
لزوم ساخت اینگونه تاسیسات در فاصله زیاد از شهر 5/1 تا 4 کیلومتر
انواع برکه های تثبیت
برکه تثبیت هوازی
برکه تثبیت اختیاری
برکه تثبیت بی هوازی
برکه های تثبیت تکمیلی
برکه های تثبیت مقدماتی
برکه های تثبیت هوادهی شده
برکه تثبیت هوازی
عمق این برکه ها کم و حدود 3/0 متر الی 5/1 متر است.
تنها در لایه نازکی از رسوبات کف ممکن است شرایط بی هوازی رخ دهد.
درصورت بهره برداری صحیح بوی تولید شده در برکه ها حداقل ممکن است.
گیاهان رشد نموده در برکه باید بطور منظم چیده شوند.
کمترین مقدار اکسیژن محلول مورد نیاز این برکه ها معمولاً 3 میلی گرم در لیتر انتخاب می شود تا جانوران آبزی نیز در آنها زندگی کنند.
فاصله این دریاچه برابر استاندارد باید حداقل 500 متر باشد ولی در ایران این فاصله 5/1 کیلومتر پیشنهاد می شود.
تصفیه زیستی فاضلاب
در مواردی که تصفیه فیزیکی (اولیه) جوابگوی کاهش آلودگی نباشد از تسویه زیستی (تصفیه ثانویه) استفاده می گردد
انواع تصفیه زیستی فاضلاب
تصفیه هوازی
تصفیه بی هوازی
تصفیه هوازی
مهمترین روشهای تصفیه هوازی فاضلاب عبارتند از:
انواع سیستم های صافی چکنده
انواع سیستم های لجن فعال
صافی های چکنده
بنا به دلایل اقتصادی از این روش برای تصفیه فاضلابهای شهرهای کوچک تا متوسط به کار می روند.
این سیستم از یک استوانه که درون آن قطعات قلوه سنگ و یا پلاستیک وجود دارد تشکیل شده است که فاضلاب بر روی آنها پخش می گردد.
میکروارگانیسم ها بر روی قطعات موجود در استوانه رشد کرده و مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه می نمایند.
نمایی از یک سیستم صافی چکنده
نمایی از یک صافی چکنده
انواع قطعات پلاستیکی به تهیه شده برای صافی چکنده
طبقه بندی صافی های چکنده از نظر شکل ساختمانی
صافی های ایستاده و ثابت
صافی های استوانه ای گردان
طبقه مندی صافی های چکنده از نظر میزان آلودگی قابل تصفیه
صافی های پربار
صافی های کم بار
معایب صافی های چکنده در برابر سیستم لجن فعال (هوادهی)
افت فشار زیاد
امکان رشد و نمو و تکثیر مگس، پشه و حشرات دیگر
ایجاد بوی تعفن در نزدیکی صافی
نیاز به زمین بیشتر به ویژه برای شهرهای بزرگ
هزینه ساخت بیشتر نسبت به سیستم های هوادهی
امکان یخ زدگی سطح صافی در روزهای سرد زمستان
اجبار در تصفیه مقدماتی فاضلاب (آشغالگیری، دانه گیری و…)
باتشکر از توجه همه شما