مفاهیم تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

فرآیند نیتریفیکاسیون (Nitrification)

این فرآیند اکسیداسیون زنجیره ای آمونیاک به نیتریت، توسط نیتروزومونا و اکسیداسیون نیتریت به نیترات توسط نیتروباکتر می باشد. به طور ساده می توان گفت که نیتریفیکاسیون، اکسیداسیون آمونیاک به نیترات است. در این فرآیند پذیرنده الکترون اکسیژن محلول می باشد.

فرآیند دنیتریفیکاسیون (Denitrification)

دنیتریفیکاسیون فرآیند دو مرحله ای است که در آن ابتدا نیترات به نیتریت احیا می شود و در مرحله بعد نیتریت به گاز ازت توسط مراحل میانی تبدیل می شود. در این فرآیند پذیرنده الکترون نیترات است نه اکسیژن محلول و لذا دنیتریفیکاسیون باید در فقر اکسیژن یا شرایط اَن اکسیک صورت گیرد.

سوبستریت (Substrate)

سوبستریت یا مواد بنیادی به مواد آلی یا مغذی اطلاق می شود که در حین تصفیه بیولوژیکی تبدیل شده و به عنوان منبع کربن و انرژی مورد استقاده میکروارگانیسم ها قرار می گیرند و کمبود آنها تصفیه بیولوژیکی را محدود می کند.

فرآیند رشد معلق (Suspended growth process)

فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی هستند که در آنها میکروارگانیسم های عامل تبدیل مواد آلی به گاز یا بافت سلولیدر مایع به حالت معلق نگه داشته می شوند. مانند فرآیند لجن فعال

فرآیند رشد چسبیده (Attached growth process)

فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی هستند که در آنها میکروارگانیسم های عامل تبدیل مواد آلی به گاز یا بافت سلولی، به ماده دیگری مانند سنگ، مواد سرامیکی، پلاستیکی و یا سایر مواد جامد مخصوص چسبیده اند. این فرآیندها را فرآیندهای لایه ثابت نیز می گویند. مانند سیستم صافی های چکنده

مواد جامد معلق مایع مخلوط (Mixed liquor suspended solids)

مجموعه مواد جامد معلق موجود در مایع را MLSS گویند. به عبارت دیگر، MLSS مقدار کل مواد جامد معلق آلی و معدنی بانضمام میکروارگانیسم ها در یک مایع مخلوط است و مقدار آن توسط صاف کردن مخلوط مایع و خشک کردن آن در دمای ۱۰۵ درجه سانتیگراد می گردد.

مواد جامد معلق فرار مایع مخلوط (Mixed liquor volatile suspended solids)

این پارامتر به عنوان نماینده تقریبی سلول های بیولوژیکی موجود در تانک هوادهی است. به عبارت دیگر، بخشی از مواد آلی (MLSS) متعلق به مواد فرار می باشد که در MLVSS مشخص می گردد. برای محاسبه (MLVSS) مواد حاصل از مخلوط مایع را در دمای ۶۵۰ – ۶۰۰ درجه سانتیگراد خشک می کنند و عدد حاصل را از مقدار MLSS کم می کنند. می توان گفت که MLVSS 65 الی ۷۵ درصد MLSS می باشد.

نسبت غذا به میکروارگانیسم (Food to microorganism ratio)

این پارامتر بار آلی داخل سیستم لجن فعال را نشان می دهد و به صورت زیر محاسبه می گردد:

که در این رابطه:

Q = میزان جریان فاضلاب بر حسب میلیون گالن در روز

BOD = اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی ۵ روزه بر حسب میلی گرم در لیتر

MLSS = غلظت مواد جامد معلق مخلوط در مایع بر حسب میلی گرم در لیتر

V = حجم تانک هوادهی بر حسب گالن

زمان ماند هیدرولیکی (Hydraulic retention time)

متوسط مدت زمانی که طول می کشد تا فاضلاب ورودی از تانک هوادهی (در سیستم لجن فعال) خارج شود، زمان ماند هیدرولیکی می نامند و به صورت زیر محاسبه می شود:

که در این رابطه:

V = حجم تانک هوادهی

Q = میزان جریان فاضلاب ورودی به تانک هوادهی

سن لجن (Sludge age)

متوسط زمان ماند میکروارگانیسم ها (لجن) را در سیستم سن لجن می نامند. مدت زمانی که میکروارگانیسم ها برای شکستن مواد آلی و تبدیل آن به فرآورده های زاید دفعی فرصت دارند در کیفیت پساب خروجی تأثیر بسزایی دارد، لذا سن لجن پارامتر مهمی می باشد.

به طور کلی می توان گفت که باید به میکروارگانیسم ها فرصت کافی جهت تصفیه مواد آلی موجود در فاضلاب داده شود، اگر زمان ماند کافی نباشد میکروارگانیسم هاقادر به هضم کلیه مواد زاید نبوده و کیفیت پساب خروجی رضایت بخش نخواهد بود.

اگر زمان ماند میکروبی خیلی زیاد باشد میکروارگانیسم ها کلیه مواد غذایی موجود را هضم نموده و شروع به مردن می کنند، درنتیجه بخش بیشتری از مواد بیولوژیکی غیرفعال در لجن باقی می مانند و ذرات ریز جامد در پساب خروجی ظاهر می شود.

شایان ذکر است که در مرحله رشد سریع (مرحله لگاریتمی) لجن جوان و فعال بوده و رشد جمعیت بیولوژیکی آن پراکنده بوده و ته نشینی ضعیف است، در حالی که مشخصه لجن کهنه این است که فعالیت آن کم، فلوک سنگین و متراکم و ته نشینی با مختصر عمل صاف کردن به سرعت انجام می گیرد. بنابراین سن لجن با کنترل کردن میزان لجن مازاد در حد مناسب حفظ می گردد. سن لجن را می توان از رابطه زیر محاسبه نمود:

در کتاب میکروبیولوژی فاضلاب تألیف گابریل بیتون، سن لجن با استفاده از رابطه زیر محاسبه شده است:

که در این رابطه:

MLSS = غلظت مواد جامد معلق مایع مخلوط بر حسب میلیگرم در لیتر

V = حجم تانک هوادهی

SS_e = غلظت مواد جامد معلق پساب خروجی بر حسب میلی گرم در لیتر

Q_e = میزان جریان پساب خروجی بر حسب متر مکعب در روز

SS_w = غلظت مواد جامد معلق در لجن دفعی بر حسب میلی گرم در لیتر

Q_w = میزان لجن دفعی بر حسب متر مکعب در روز

سن لجن در سیستم لجن فعال مداوم بین ۵ تا ۱۵ روز متغیر می باشد. مقدار آن با فصل سال تغییر کرده و در زمستان بیشتر از تابستان است.

اندیکس حجمی لجن (Sludge volume index)

قابلیت ته نشینی لجن را با اندازه گیری اندیکس حجمی آن می توان تعیین نمود و مقدار آن را با استفاده از رابطه زیر محاسبه می کنند:

که در این رابطه:

V = حجم لجن ته نشین شده بعد از ۳۰ دقیقه بر حسب میلی لیتر در لیتر

MLSS = غلظت مواد جامد معلق مایع مخلوط بر حسب میلی گرم در لیتر

SVI = اندیکس حجمی لجن بر حسب میلی لیتر در گرم

حداکثر مقدار SVI، ۱۵۰ میلی لیتر در گرم در شرایط بالکینگ می باشد. در صورتی که فلوک های متشکله ریز باشند مقدار SVI کمتر از ۷۰ میلی لیتر در گرم خواهد بود.

برای تعیین اندیکس حجمی لجن می توان از آزمایش ته نشینی ۳۰ دقیقه ای MLSS در یک استوانه مدرج یک لیتری یا دستگاه ته نشینی سنج دو لیتری استفاده نمود.