تحقیق برکه های تثبیت فاضلاب

مقدمه:

برکه های تثبیت فاضلاب گودال های خاکی هستنند که فاضلاب خانگی و دیگر فاضلاب ها برای مدت طولانی در آن ها نگهداری شده و با عمل ته نشینی و به کمک نور،  حرارت، رشد جلبک ها و میکروارگانیسم ها مواد آلی موجود در فاضلاب تجزیه و تثبیت می گردند.

فرایند های طبیعی در تصفیه فاضلاب در برکه نقش اساسی  داشته و برکه ها جزء روش های ارزان قیمت تصفیه فاضلاب هستند. مهمترین معایب برکه ها تولید بو، پرورش حشرات ، بالا بودن غلظت جامدات معلق در پساب، نیاز به زمین زیاد و اتلاف آب به علت تبخیر و نشت والودگی اب های زیر زمینی
می باشد.

متداولترین نوع برکه ها برکه های اختیاری تثبیت فاضلاب هستند. که در آنها همزیستی میان جلبک ها و باکتری ها  در جریان است. برکه های اختیاری دو نوع می باشند یکی برکه های اختیاری اولیه که فاضلاب خام را دریافت می کنندو دیگری برکه های اختیاری ثانویه که فاضلاب ته نشین شده یا پساب برکه بی هوازی را دریافت میکنند و برکه تثبیت اختیاری مورد بررسی ما از نوع دوم است.

رنگ فاضلاب در برکه های اختیاری به رنگ سبز دیده می شود. غلظت جلبک ها در پساب برکه های اختیاری با توجه به میزان بار گذاری و درجه حرارت معمولا در محدوده 2000- .500 میکروگرم کلروفیل a در هر لیتر قرار دارد .گاهی رنگ برکه به صورت قرمز یا صورتی در می آید به ویژه زمانی که بار آلی ورودی به آنها بالاست و به سبب وجود باکتری های اکسید کننده سولفید می باشد.[1]

سیستم برکه های تثبیت فاضلاب:

گزارش بانک جهانی (Shuval .et. al 1986) مفهوم برکه های تثبیت فاضلاب را که سیستم بسیار مناسبی برای استفاده خروجی آن در کشاورزی است تصدیق کرد. جدول (1) مزایا و معایب برکه ها را در مقایسه با سایر فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب با سرعت زیاد و سرعت کم، فراهم کرده است. نکته اینکه لاگن های هوادهی شده و سیستم WSP به عنوان سیستم های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب با سرعت کم بررسی شده اند برکه های تثبیت، فرآیندهای تصفیه فاضلاب ترجیح داده شده اند در کشورهای در حال توسعه که زمین غالباً با هزینه و موقعیت معقول در دسترس است و نیروی کار متخصص اندکی وجود دارد.

کلیفرم های مدفوعی = Fc

جامدات معلق = SS

خوب = G

قابل قبول = F

بد یا ضعیف = P

سیستم های برکه تثبیت فاضلاب برای رسیدن به اشکال مختلف تصفیه در سطح بالا با سه مرحله به صورت سری، بسته به استحکام مواد آلی ورودی فاضلاب و کیفیت واقعی خروجی طراحی شده اند. به منظور سهولت راهبری و قابلیت انعطاف پذیری بهره برداری، حداقل دو سری از برکه های موازی در برخی طراحی ها ترکیب شده اند. فاضلاب های قوی، با BOD5 در غلظت بیش ازmg/l 300  (میلگرم بر لیتر) غالباً اولین مرحله برکه بیهوازی رایج شده است. که به یک سرعت بالای حذف از لحاظ حجم سنجی برسیم. فاضلاب های ضعیف تر یا جایی که برکه بیهوازی به لحاظ محیطی غیر قابل پذیرش است حتی فاضلاب های قوی تر (گفته می شود در حدود BOD5 1000mg/l) ممکن است مستقیماً در برکه اختیاری اولیه تخلیه شوند خروجی از برکه بیهوازی اولیه به برکه اختیاری ثانویه که شامل دومین مرحله تصفیه بیولوژیکی می باشد، سرریز خواهد شد. به دنبال برکه اختیاری اولیه یا ثانویه، اگر حذف بیشتر پاتوژن ها ضروری می باشد، برکه بلوغ برای رسیدن به تصفیه مرحله سوم (پیشرفته) رایج است. شکل های سیستم های برکه به لحاظ ترکیب ظاهری در شکل (1) داده شده است. اگر چه سایر ترکیب ها هم ممکن است استفاده شود.

برکه بیهوازی:

حذف نوترنیت ها

نیتروژن:

در سیستم های WSP چرخه نیتروژن در حال انجام است. احتمالاً به استثناء نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون، در برکه بیهوازی نیتروژن آلی به آمونیاک هیدرولیز می شود. به همین خاطر غلظت آمونیاک در خروجی برکه بیهوازی عمدتاً بالاتر از غلظت آن در فاضلاب خام است (بدون زمان انتقال در فاضلابرو که آنقدر طولانی است که همه‌ی اوره تبدیل می شود قبل از اینکه به WSP برسد) تبخیر آمونیاک به نظر می رسد که فقط مشابه به مکانیسم حذف نیتروژن باشد که تا حدی در برکه بیهوازی اتفاق می افتد.

سوارس 1996 و دیگران دریافته اند که حذف نیتروژن در برکه اختیاری خیلی کم اتفاق می افتد.

فسفر:

مکانیسم حذف فسفر اغلب شبیه جابجایی در برکه بلوغ است (maraetal 1992).

ملاحظات محیطی:

فاکتورهای فیزیکی به اندازه فاکتورهای شیمیایی بر محل زندگی میکروارگانیسم ها و با این حساب در فرآیند تصفیه بی هوازی فاضلاب مؤثرند. فاکتورهای محیطی خیلی مهم که در ملاحظات داده شده اند عبارتند از: دما، PH، درجه اختلاط، نوترنیت های مورد نیاز کنترل آمونیاک و سولفید و حضور ترکیبات سمی در ورودی (van Haandel amdle ttinga 1994)

دما:

با افزایش دما، سرعت واکنش ها هم افزایش می یابد، به منظور داشتن یک سرعت قابل قبول تولید متان، دما بایستی بالای 20 درجه سانتیگراد حفظ شود. سرعت تولید متان برای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما در رنج مزوفیلیک دو برابر می شود. (Droste. 1997).

PH:

بر اساس مطالعات Zehnder 1982 و دیگران، رنج PH بهینه برای همه‌ی باکتری های متانوژنیک بین 6 تا 8 است اما مقدار PH برای سایر گروه ها در حدود 7 است. Van Haadel and lettinga 1994 مشاهده نموده مشاهدات و همچنین یادآور شده است که، چون جمعیت اسیدوژنیک ها کمتر به PH های مختلف حساس هستند، تخمیر اسید در آنها بیشتر از تخمیر متانوژنیک ها خواهد بود. بعد ممکن است نتیجه آن اسیدی شدن محتویات ظرف واکنش باشد. بنابراین سیستم، اغلب حاوی ظرفیت بافری مناسب برای خنثی کردن تولید اسیدهای فرارو دی اکسید کربن، که در فشار واقعی حل شده اند، خواهد بود.

درجه اختلاط:

جداسازی هظم از سایر فرآیندها و به کار بردن اختلاط اولین پیشرفت ها عمده در تصفیه بیهوازی بودند. اختلاط یک فاکتور مهم در کنترل PH و حتی راهبری شرایط محیطی است. پخش عوامل یا فرعی در حجم رآکتور و پیشگیری در تجمع به صورت ساختار محلی از غلظت های      بالای تولیدات میانه متابولیک که ممکن است از فعالیت متانوژنیک ها ممانعت به عمل آورد. بر عکس، اختلاط ناکافی شرایط مساعد توسعه ریز محیط های نامطلوب را فراهم می کند.

نوتیرنت های مورد نیاز:

باکتری های متانوژنیک و اسیدوژنیک سرعت های رشد آهسته ای برای تولید مقداری سوبسترا دارند و این بیشتر نتیجه کمبود نوترنیت های مورد نیاز در مقایسه با سیستم های هوازی است. به عبارت دیگر، در سیستم های بی هوازی تولید لجن 20% کمتر از مقدار لجن تولید شده در سیستم های هوازی برای مقدار مشابه سوبسترا است و همچنین P و N مورد نیاز باید به نسبت کاهش یابد.

کنترل سولفید و آمونیاک:

باکتری های بیهوازی می توانند با غلظت های بالای آمونیاک سازگار شوند، اما نوسانات زیاد می تواند برای فرآیندها زیان آور باشد. آمونیاک آزاد خیلی سمی تر از یون آمونیوم است و در مقادیر PH بالا ایجاد می شوند. فاضلاب های با محتوی مقادیر بالای پروتئین مقادیر مشخص آمونیاک تولید می کنند که باعث بالا رفتن قلیائیت می شود. فاضلاب های محتوی خون می تواند بیکربنات آمونیوم کافی برای افزایش PH بیش از حد رنج اپتیموم را تولید کند و این برای تصحیح PH شرایط اسیدی مورد نیاز است. در بیشتر موارد محتوای پروتئین فاضلاب به قدر کافی بالا نیست تا باعث مشکلات سمیتی آمونیاکی شود.

در برخی موارد، سولفید می تواند در فرآیندی که منجر به کاهش سولفات ها می شود تغییر شکل یابد. سولفیدها خود برای متانوژنزها و کاهنده های سولفات جلوگیری شده است. اما بر طبق نتایج Rinzema (1988)، غلظت سولفات بالای mg/l 50 (معمولاً در سیستم های تصفیه خانه فاضلاب بی هوازی پذیرفته شده است) پایینتر از حداقل غلظت ایجاد شده مشکلات سیستمی است.

ترکیبات سمی:

سایر ترکیبات از قبیل فلزات سنگین و مواد آلی کلره بر سرعت هضم بی هوازی حتی در غلظت های خیلی پایین مؤثر هستند. بخشی از سولفید، اکسیژن همچنین بالقوه ترکیبات سمی هستند که می توانند به همراه جریان      وارد رآکتور شوند. اگرچه حضور این ترکیبات در فاضلاب خانگی به اندازه‌ی غلظت های ممانعت کننده نمی باشد. اگر اکسیداسیون در لایه های بالایی برکه وجود نداشته باشند، گازهای بدبو می توانند پخش شوند.

برکه اختیاری:

حذف نوترنیت ها:

نیتروژن:

در برکه های اختیاری و بلوغ، آمونیاک بوسیله جرم بیولوژیکی جلبک های جدید تشکیل می شود. در نهایت آلگ ها نابود شده و در ته برکه ته نشین می شوند، در حدود 20 درصد جرم سلول های جلبک ها غیر قابل تجزیه بیولوژیکی است و نیتروژن با این ذرات باقیمانده که در ته برکه ساکن می شوند، ارتباط دارد این با ذرات قابل تجزیه بیولوژیکی که در نهایت به داخل مایع برکه منتشر می شوند، ارتباط دارد و چرخه بازگشت مجدد به سلول های جلبک برای شروع دوباره‌ی فرآیند است.در PH بالا، مقداری از آمونیاک برکه را به صورت تبخیر ترک می کند. Mara and pear som 1986 تصدیق کردند که در تحت شرایط معینی برخی از جلبک های بخصوص می توانند تطابق یابند و غلظت های بالای mg/l 50 را تحمل کنند.

شواهد اندکی برای نیتریفیکلاسیون وجود دارد (و از اینجا دنیتریفیکاسیون، بدون اینکه فاضلاب دارای غلظت بالای نیترات باشد)، جمعیت باکتری های نیتریفایر در WSP  خیلی کم است، اولاً در نتیجه‌ی عدم وجود محل های فیزیکی جهت چسبیدن باکتری ها در منطقه هوازی، اگرچه خودخوری به وسیله‌ی جلبک های برکه ممکن است همچنان اتفاق بیفتد. کل نیتروژن حذف شدن در سیستم های WSP
می تواند 80% یا بیشتر، و حذف آمونیاک می تواند بالای 95 درصد باشد.

فسفر:

قابلیت حذف کل فسفر در WSP به اینکه چه مقدار ستون آب برکه را ترک و وارد برکه ته نشینی
می شود، بستگی دارد. این در نتیجه ته نشینی فسفر آلی در جرم بیولوژیکی جلبکی و ترسیب فسفر آلی (اساساً هیدروکسیل آپاتیت در سطح PH بالای 5/9) در مقایسه با مقداری که به حالت معدنی بر
می گردد و مجدداً حل می شود، اتفاق می افتد. به همراه نیتروژن، فسفر در رابطه با ذرات غیر قابل تجزیه بیولوژیکی سلول جلبکها که در رسوبات ته نشین شده باقیمانده اند، است. بنابراین بهترین راه افزایش حذف فسفر در WSP افزایش تعداد برکه های بلوغ است، چنانکه به تدریج بیشتر و بیشتر فسفر به صورت ته نشین ساکن می شود. از عملکرد خوب سیستم دو برکه ای، حذف جرم 70% از فسفر کل ممکن است قابل پیش بینی باشد.

فلزات سنگین:

Polprasrasert and Champratheep (1989) and kaplan (1987) و دیگران سرنوشت فلزات سنگین در هر برکه ای را مورد بررسی قرار دادند. جذب فلزات در برکه های بار شد چسبیده در مقایسه با برکه های بدون رشد چسبیده افزایش می یابد. گزارشات کاپلن و دیگران فقط یک کاهش جزئی در کل غلظت فلزات نشان می داد، اگر چه ذرات به خصوصی بیشتر حل پذیر بودند. مطالعه به وسیله Moshe (1972) نشان داد که غلظت بالای یون های فلزی (d, cu, zn, Ni) بخصوص برای کلرلا سمی هستند، که از گونه های رایج برکه های تثبیت است و این فلزات توانایی تأثیر نامساعد در برکه را دارند. اگرچه، PH بالا (بیش از 8) باعث می شود یون های فلزی رسوب کنند و به فرآیند تصفیه که به طور معمول اتفاق می افتد در برکه اجازه می دهند.

حذف جلبک ها از خروجی برکه اختیاری:

روش های زیادی برای حذف جلبک ها از خروجی ها توسعه یافته اند، که شامل فیلتراسیون یا بستر سنگ و چمنزارها و ماکروفایتهای شناور و ماهی های گیاه خوار. همچنین استفاده از برکه بلوغ می تواند بطور قابل ملاحظه ای غلظت جلبک ها را کاهش داده، سیستم هایی را که بار اضافی ندارند بهبود بخشد.

برکه های با بار زیاد آلگ ها