راه حل های تصفیه فاضلاب و راهنمای تجهیزات تصفیه فاضلاب

محلول‌های موثر تصفیه فاضلاب، ترکیب پیچیده‌ای از عوامل بیماری‌زا، مواد جامد معلق، مواد آلی محلول، مواد مغذی و ردیابی آلاینده‌ها را تا کیفیت پسابی که استانداردهای تخلیه یا استفاده مجدد را برآورده می‌کند، کاهش می‌دهند. هیچ فناوری واحدی در طیف کاملی از ویژگی‌های فاضلاب و حجم جریان به این امر دست نمی‌یابد - تصفیه موفقیت‌آمیز به انتخاب و توالی ترکیب مناسب فرآیندهای فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی و تجهیز هر مرحله به تجهیزات تصفیه فاضلاب با اندازه مناسب و بادوام بستگی دارد.

مقیاس چالش قابل توجه است. سازمان ملل تخمین می زند که بیش از 80 درصد از فاضلاب جهان بدون تصفیه تخلیه می شود ، به بیماری های منتقله از آب، اوتروفیکاسیون و کمبود آب شیرین کمک می کند. با تشدید چارچوب‌های نظارتی در اقتصادهای در حال توسعه و محدودیت‌های تخلیه در کشورهای توسعه‌یافته سخت‌تر می‌شود، تقاضا برای زیرساخت‌های فاضلاب شهری و سیستم‌های تصفیه فاضلاب صنعتی در همه مناطق رو به رشد است.

فرآیند درمان: مراحل و آنچه که هر کدام حذف می‌کند

تصفیه فاضلاب حول مراحل متوالی ساختار یافته است که هر کدام دسته خاصی از آلاینده ها را هدف قرار می دهند. درک آنچه که هر مرحله حذف می‌کند، روشن می‌کند که کدام تجهیزات برای یک پروفایل فاضلاب معین در مقابل اختیاری ضروری است.

درمان مقدماتی و اولیه

فاضلاب ورودی ابتدا از صفحه‌ها و محفظه‌های شن عبور می‌کند که جامدات بزرگ، پلاستیک‌ها، کهنه‌ها و ذرات ساینده را که به تجهیزات پایین دست آسیب می‌رسانند، حذف می‌کند. سپس زلال‌کننده‌های اولیه اجازه می‌دهند تا جامدات معلق قابل ته‌نشینی (معمولاً 50 تا 70 درصد از کل جامدات معلق) به عنوان لجن اولیه ته نشین شوند در حالی که مواد قابل شناور ریخته می‌شوند. این مرحله نیازی به فعالیت بیولوژیکی ندارد و پساب تولید می کند که بار BOD به میزان قابل توجهی کاهش یافته و به سمت تصفیه ثانویه می رود.

درمان ثانویه (بیولوژیکی).

تصفیه ثانویه جایی است که اکثر مواد آلی محلول و کلوئیدی - که به صورت BOD و COD اندازه گیری می شوند - توسط میکروارگانیسم ها تجزیه می شوند. فن آوری های غالب عبارتند از:

• سیستم های لجن فعال - زیست توده معلق در مخازن هوادهی نگهداری می شود و از زلال سازهای ثانویه بازیافت می شود. لجن فعال معمولی (CAS) راندمان حذف BOD بالاتر از 95٪ را به دست می آورد و گسترده ترین فرآیند تصفیه ثانویه در سطح جهان است.
• راکتورهای دسته ای توالی یابی (SBR) - یک مخزن منفرد هوادهی، ته نشینی و تخلیه را در چرخه های زمان بندی شده انجام می دهد و نیاز به زلال سازهای جداگانه را از بین می برد. سیستم های SBR به ویژه برای شرایط جریان متغیر و ردپای فشرده سایت مناسب هستند.
• راکتورهای بیوفیلم بستر متحرک (MBBR) - رسانه‌های حامل پلاستیکی معلق در مخزن هوادهی، سطوح اتصال بیوفیلم را فراهم می‌کنند، غلظت زیست توده را در واحد حجم افزایش می‌دهند و امکان مقاوم‌سازی مخازن موجود را با ظرفیت بالاتر فراهم می‌کنند.
• بیوراکتورهای غشایی (MBR) - غشاهای اولترافیلتراسیون جایگزین زلال‌کننده‌های ثانویه می‌شوند و پساب شفافی را با کیفیت بالا و مناسب برای کاربردهای استفاده مجدد مستقیم تولید می‌کنند. هزینه سرمایه بالاتر از سیستم های معمولی است، اما ردپای کوچکتر و کیفیت برتر پساب از مزایای قوی در سایت های محدود یا پروژه های استفاده مجدد است.

درمان سوم و پیشرفته

در مواردی که پساب ثانویه استانداردهای تخلیه یا استفاده مجدد را برآورده نمی کند، تصفیه سوم مواد جامد معلق باقیمانده، مواد مغذی (نیتروژن و فسفر) و عوامل بیماری زا را حذف می کند. فرآیندها شامل فیلتراسیون شن و ماسه، رسوب شیمیایی فسفر، حذف بیولوژیکی نیتروژن از طریق نیتریفیکاسیون/دنیتریفیکاسیون، گندزدایی با اشعه ماوراء بنفش، کلرزنی و اکسیداسیون پیشرفته برای آلاینده های آلی کمیاب است. تصفیه سوم برای پساب ورودی به آبهای حساس دریافتی یا بازیافت برای آبیاری و استفاده مجدد صنعتی الزامی است.

هسته تجهیزات تصفیه فاضلاب دسته بندی ها

هر مرحله درمان به انواع تجهیزات خاص بستگی دارد. موارد زیر دسته های تجهیزات اولیه ای را که در تصفیه خانه های فاضلاب شهری و صنعتی با آن مواجه می شوند پوشش می دهد.

صفحه نمایش و تجهیزات حذف شن

صفحه های میله ای (درشت، ریز و میکرو) اولین خط دفاعی هستند که مواد جامد بالاتر از اندازه دیافراگم مشخص را حذف می کنند. صفحه نمایش های مکانیکی حذف غربالگری را برای کاهش مداخله اپراتور به طور خودکار انجام می دهند. طبقه بندی گریت و محفظه های شن گردابی، ماسه، شن و ذرات معدنی را که باعث سایش سریع پمپ ها، پروانه ها و تجهیزات هوادهی پایین دست می شوند، حذف می کنند.

زلال سازها و مخازن ته نشینی

زلال‌کننده‌های دایره‌ای و مستطیلی با مکانیسم‌های خراشنده با حرکت آهسته، لجن ته‌نشین شده را در پایه و کف را در سطح جمع‌آوری می‌کنند. ته نشینان لاملا (صفحه مایل). به طور چشمگیری رد پای مورد نیاز برای عملکرد ته نشینی معادل را با استفاده از صفحات شیبدار با فاصله نزدیک برای کوتاه کردن فاصله نشست موثر کاهش می دهد - گزینه ای ارزشمند در جایی که مساحت زمین محدود است.

سیستم های هوادهی

هوادهی 50 تا 60 درصد از مصرف انرژی در یک کارخانه لجن فعال معمولی را به خود اختصاص می دهد و انتخاب تجهیزات را برای هزینه عملیاتی حیاتی می کند. سیستم های پخش کننده حباب ریز به راندمان انتقال اکسیژن (OTE) 20 تا 35 درصد در شرایط استاندارد دست می یابند - به طور قابل توجهی بهتر از هواده های حباب درشت یا سطحی - و انتخاب استاندارد برای تاسیسات جدید هستند. فن آوری دمنده به طور قابل توجهی به سمت دمنده های توربو با راندمان بالا و درایوهای با سرعت متغیر تغییر کرده است که عرضه هوا را دقیقاً با تقاضای اکسیژن بیولوژیکی در زمان واقعی مطابقت می دهد.

پمپ و میکسر

پمپ های سانتریفیوژ غوطه ور و چاه خشک فاضلاب خام، لجن فعال برگشتی (RAS) و لجن فعال ضایعاتی (WAS) در سرتاسر کارخانه جریان می یابد. طراحی های پروانه بدون گرفتگی از تجمع پارچه جلوگیری می کند. میکسرهای شناور جامدات را در مناطق بدون اکسیژن و حوضه های یکسان سازی بدون وارد کردن اکسیژن به حالت تعلیق نگه می دارند و از حذف بیولوژیکی نیتروژن پشتیبانی می کنند.

تجهیزات تصفیه لجن

مدیریت لجن نشان دهنده یک مرکز هزینه قابل توجه در هر تصفیه خانه است. غلیظ کننده های گرانشی و غلیظ کننده های شناور هوای محلول (DAF) غلظت لجن جامد را قبل از هضم یا آبگیری افزایش می دهند. هاضم‌های بی‌هوازی لجن را تثبیت می‌کنند و بیوگاز را بازیابی می‌کنند – یک تأسیسات با 100000 متر مکعب در روز می‌تواند بیوگاز کافی برای پوشش 30 تا 50 درصد نیاز برق خود تولید کند. تجهیزات آبگیری - فیلتر پرس های تسمه ای، سانتریفیوژها و پرس های پیچی - حجم لجن را برای دفع یا کاربرد مفید زمین کاهش می دهد.

تصفیه فاضلاب صنعتی در مقابل شهری: مشکلات مختلف، راه حل های متفاوت

تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری، فاضلاب خانگی با ترکیب نسبتاً قابل پیش‌بینی - BOD بالا، جامدات معلق، عوامل بیماری‌زا و مواد مغذی - را در جریان‌هایی که در طول روز متفاوت هستند، اما از الگوهای قابل پیش‌بینی پیروی می‌کنند، مدیریت می‌کنند. فاضلاب صنعتی چالش اساسی متفاوتی را ارائه می دهد: ترکیب بر حسب بخش متفاوت است، جریان می تواند بسیار متناوب باشد و مشخصات آلاینده اغلب شامل موادی است که تصفیه بیولوژیکی را مهار می کنند یا به فرآیندهای حذف تخصصی نیاز دارند.

پردازش مواد غذایی و آشامیدنی

بارگذاری آلی بالا (BOD 1000-5000 میلی گرم در لیتر رایج است)، چربی ها، روغن ها و گریس ها (FOG) و pH نوسان، مشخصه فاضلاب فرآوری مواد غذایی است. سیستم های DAF برای حذف FOG قبل از تصفیه بیولوژیکی ضروری هستند. پیش تصفیه بی هوازی با استفاده از راکتورهای UASB (پتوی لجن بی هوازی بالارونده) از نظر اقتصادی جذاب است با توجه به بار آلی بالا - یک پساب تصفیه‌کننده UASB می‌تواند بیوگاز کافی برای جبران بخش قابل توجهی از تقاضای انرژی سایت تولید کند.

صنایع نساجی و رنگرزی

فاضلاب نساجی حاوی رنگ های مصنوعی، سورفکتانت ها و مواد شیمیایی کمکی است که در برابر تخریب بیولوژیکی معمولی مقاوم هستند. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) -ازن زنی، واکنش فنتون، UV/H2O2- برای شکستن ساختارهای کروموفور قبل یا بعد از درمان بیولوژیکی لازم است. حذف رنگ اغلب محدودیت الزام آور برای انطباق تخلیه است، نه BOD.

تولید دارو و مواد شیمیایی

ردیابی مواد فعال دارویی (API)، حلال‌ها و ترکیبات آلی پیچیده نیاز به جذب کربن فعال، فیلتراسیون غشایی، یا سوزاندن جریان‌های متمرکز دارند. تصفیه بیولوژیکی به تنهایی نمی تواند به کیفیت پساب مورد نیاز برای بسیاری از جریان های فاضلاب دارویی دست یابد و خطر مهار زیست توده با ترکیبات سمی نیاز به یکسان سازی دقیق و پیش تصفیه قبل از هر مرحله بیولوژیکی دارد.

راه حل های غیرمتمرکز و بسته بندی تصفیه فاضلاب

همه چالش های تصفیه فاضلاب مناسب زیرساخت های متمرکز بزرگ نیستند. جوامع دورافتاده، استراحتگاه‌ها، مناطق خدماتی بزرگراه‌ها، سایت‌های صنعتی، و توسعه‌های مسکونی در مناطق بدون فاضلاب نیازمند راه‌حل‌های فشرده و مستقل تصفیه فاضلاب هستند که می‌توانند به سرعت نصب شوند، با حداقل کارکنان آموزش دیده کار کنند و بدون امکانات کارگاه تخصصی در محل نگهداری شوند.

کارخانه های تصفیه بسته بندی - واحدهای مونتاژ شده در کارخانه که در مخازن فولادی یا GRP حمل می شوند - تصفیه ثانویه کامل را به یک ردپای واحد تبدیل می کنند. تنظیمات رایج عبارتند از:

• لجن فعال یکپارچه فیلم ثابت (IFAS) - محیط بیوفیلم را با رشد معلق در یک راکتور منفرد ترکیب می کند و حجم مخزن مورد نیاز را 30 تا 40 درصد در مقایسه با لجن فعال معمولی در حذف معادل BOD کاهش می دهد.
• کنتاکتورهای بیولوژیکی دوار (RBC) - دیسک هایی که به آرامی می چرخند تا حدی در بیوفیلم متصل به فاضلاب غوطه ور شده اند که به طور متناوب با فاضلاب و هوای بالای آن تماس می گیرد. گلبول های قرمز مصرف انرژی پایینی دارند و با حداقل نظارت به طور قابل اعتماد عمل می کنند، که آنها را برای مکان های بدون سرنشین یا مکان هایی که به ندرت بازدید می شود مناسب می کند.
• سیستم های هوادهی توسعه یافته - زمان نگهداری طولانی هیدرولیک و نرخ بارگذاری آلی پایین، پساب پایدار و نیتریت شده با بازده لجن کم را تولید می کند و دفعات حذف لجن را کاهش می دهد - یک مزیت مهم در جایی که دسترسی تانکرها محدود است.

تصفیه خانه های کانتینری تبدیل به یک قالب به طور فزاینده ای محبوب برای استقرار سریع در بازسازی پس از فاجعه، عملیات نظامی، و مدیریت آب اردوگاه ساخت و ساز شده است. یک سیستم MBR کانتینری می‌تواند جریان‌های 50 تا 500 متر مکعب در روز را در یک ردپای کانتینری استاندارد 20 فوتی درمان کند و پساب تولید کند که استانداردهای استفاده مجدد آبیاری را برآورده می‌کند.

بهره وری انرژی و بازیابی منابع در تصفیه خانه های مدرن

چارچوب تصفیه فاضلاب در دهه گذشته از یک مشکل دفع زباله به یک فرصت بازیابی منابع تغییر کرده است. تصفیه خانه های انرژی خنثی و انرژی مثبت اکنون در مقیاس شهری از طریق ترکیبی از بهینه سازی فرآیند و استفاده از بیوگاز قابل دستیابی هستند.

استراتژی های کلیدی که این تغییر را هدایت می کند عبارتند از:

• به حداکثر رساندن جذب لجن اولیه - هدایت مواد آلی به هضم بی هوازی به جای اکسید شدن در هوادهی ثانویه، محتوای انرژی آن را حفظ می کند. تصفیه اولیه پیشرفته با استفاده از ته نشینی اولیه تقویت شده شیمیایی (CEPS) باعث افزایش تولید لجن اولیه و کاهش بار هوادهی ثانویه به طور همزمان می شود.
• هضم همزمان بی هوازی - تکمیل لجن فاضلاب با بسترهای خارجی پرانرژی (ضایعات مواد غذایی، چربی های حاصل از تله های مه، بقایای کشاورزی) می تواند تولید بیوگاز را 50 تا 150 درصد با حداقل سرمایه اضافی اضافی در جایی که ظرفیت هاضم مورد استفاده قرار نمی گیرد، افزایش دهد.
• بازیابی مواد مغذی - سیستم های کریستالیزاسیون استروویت (منیزیم آمونیوم فسفات) فسفر را از مایعات لجن به عنوان کود آهسته رهش بازیابی می کنند و به طور همزمان بار بازیافت فسفر را کاهش می دهند که در غیر این صورت نیاز به دوز شیمیایی اضافی در قطار تصفیه مایع دارد.
• کنترل دمنده پیشرفته - سنسورهای آمونیاک و اکسیژن محلول در زمان واقعی همراه با درایوهای دمنده با سرعت متغیر، مصرف انرژی هوادهی را 20 تا 35 درصد در مقایسه با سیستم‌های سرعت ثابت در جریان هوای ثابت کاهش می‌دهند.

انتخاب تجهیزات تصفیه فاضلاب: ورودی های مشخصات حیاتی

تهیه تجهیزات بدون توصیف کافی از فاضلاب تصفیه شده یکی از دلایل اصلی عملکرد ضعیف کارخانه ها و مقاوم سازی پرهزینه است. یک مشخصات قابل اعتماد حداقل به موارد زیر نیاز دارد:

1. طراحی نرخ جریان - میانگین جریان روزانه، اوج جریان ساعتی و حداقل جریان. نسبت بین پیک و میانگین اندازه صفحه نمایش ها، پمپ ها و شفاف کننده ها را تعیین می کند.
2. خصوصیات فاضلاب - BOD، COD، TSS، TN، TP، pH، دما، و هر پارامتر خاص صنعت (فلزات سنگین، مواد آلی خاص، TDS) که بر انتخاب فرآیند یا مواد ساخت‌وساز تأثیر می‌گذارند.
3. الزامات کیفیت پساب - رضایت تخلیه یا استاندارد استفاده مجدد پساب تصفیه شده باید مطابق با حداکثر غلظت و هر شرایط فصلی یا دریافتی مربوط به بدنه آبی باشد.
4. محدودیت های سایت - ردپای موجود، محدودیت‌های فضای سر، محدودیت‌های دسترسی برای تجهیزات تعمیر و نگهداری، نزدیکی به گیرنده‌های حساس (صدا، بو) و شرایط زمینی که بر پایه‌های عمرانی تأثیر می‌گذارد.
5. در دسترس بودن ابزار - ظرفیت تامین برق، در دسترس بودن آب برای رقیق‌سازی یا شستشوی معکوس، و وجود یا عدم وجود زیرساخت گاز طبیعی که بر گزینه‌های مدیریت لجن تأثیر می‌گذارد.
6. مدل عملیاتی - عملیات مستمر کارکنان، نیمه خودکار با حضور و غیاب دوره ای، یا کنترل از راه دور کاملاً خودکار؛ این پیچیدگی قابل قبول سیستم های کنترل و الزامات افزونگی برای تجهیزات حیاتی را تعیین می کند.

ارائه اطلاعات کامل مشخصات، تامین‌کنندگان تجهیزات و مهندسان فرآیند را قادر می‌سازد تا طرح‌هایی را تولید کنند که از همان ابتدا اندازه مناسبی داشته باشند - هم از اتلاف سرمایه تجهیزات بزرگ و هم از خطر انطباق سیستم‌هایی که نمی‌توانند شرایط رضایت را در جریان طراحی برآورده کنند، جلوگیری می‌کند.