تصفیه فاضلاب به روش EGSB

 بیوراکتور بستر لجن گرانولی توسعه یافته EGSB (Expanded Granular Sludge Bed)

شرح کلی فرآیند Expanded Granular Sludge Bed:

 تصفیه پساب به روش EGSB یا همان بیوراکتور بستر لجن گرانولی توسعه یافته، نوع اصلاح شده‌ای از سیستم UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) می‌باشد. این روش به دلیل مزیت‌هایی که دارد در سالیان اخیر به عنوان گزینه‌ای پایدار و مناسب برای تصفیه فاضلاب به روش بی‌هوازی مورد استفاده قرار گرفته است. فرآیند EGSB برای تصفیه فاضلاب‌هایی با بار آلی بالا طراحی شده است و در ادامه به شرح این سیستم می‌پردازیم:

ابتدا فاضلاب به وسیله‌ی یک سیستم پمپاژ پیوسته به قسمت پایینی راکتور EGSB وارد می‌شود. تجزیه مواد آلی درون فاضلاب به وسیله‌‌ی میکروارگانیسم‌های موجود در بستر لجن گرانولی انجام می‌گیرد. در این سیستم حرکت جریان از پایین به سمت بالا می‌باشد و نسبت ارتفاع به قطر در آن بین ۴ تا ۵ است که این ویژگی امکان تماس کافی گرانول‌ها با فاضلاب را فراهم می‌سازد. وجود گازهایی از جمله متان و دی اکسید کربن به صورت حباب در بستر لجن گرانولی، سبب ایجاد فشار درون راکتور خواهد شد. سپس ذرات لجن گرانولی به سمت بالا حرکت نموده و سبب افزایش فضاهای خالی بیشتر بین ذرات خواهند شد و در نتیجه کارایی فرایند تصفیه به دلیل افزایش برخورد فاضلاب با ذرات لجن گرانولی(AGS)، افزایش می‌یابد و لجن‌های معلق را از راکتور خارج می‌کند. در نهایت، گازهای تولید شده در سیستم توسط تجهیزاتی جمع آوری می‌شود و که می‌توان از این گازها در مصارف دیگر به عنوان منابع تامین انرژی استفاده نمود.

عوامل موثر برعملکرد و طراحی روش تصفیه پساب EGSB

pH : pH .1 یکی از عوامل کلیدی در بیوراکتور بی هوازی EGSB است. pH به دلایلی مانند پایداری فرایند، پیشرفت هضم و فعالیت میکروارگانیسم هایی مانند( هیدرولیتیک، باکتری های اسیدزا و آرکئای متان زا) که در فرایند هضم بی هوازی نقش دارند تاثیرگذار است، بنابراین حفظ یک دامنه بهینه برای pH حائز اهمیت است. محدوده مناسب برای عملکرد بهینه راکتور 7.4-6.7 می‌باشد. نوسانات شدید pH می‌تواند منجر به اختلال در فرایند هضم، کاهش تولید گاز متان و افزایش زمان ماند مواد شود. در برخی فاضلاب‌ها مانند فاضلاب‌های صنعتی یا کشاورزی که ممکن است دارای pH بالا یا پایین باشند pH با مواد شیمیایی از جمله NaOH، NaHCO3 و Ca(OH)2 نیاز به تنظیم دارد.

2. دما: این پارامتر نقش مهمی در سیستم EGSB ایفا می‌کند و تاثیر به سزایی بر رشد و فعالیت میکروارگانیسم‌ها دارد. اگر دما در محدوده بهینه قرار نداشته باشد، جنبه های متفاوت عملیاتی نظیر کیفیت پساب، کارایی حذف ماده آلی و تولید گاز (بیومتان) کاهش می‌یابد.

3. زمان ماند (RT): به زمان متوسطی اطلاق می‌گردد که ذره‌ای از سیال در حجمی مشخص در یک فرایند پیوسته باقی می‌ماند. SRT و HRT  دو نوع مهم از زمان ماند  (RT) هستند که در ادامه به توضیح این دو پارامتر پرداخته شده است.

3-1. زمان ماند لجن (SRT): پارامتری تاثیرگذار بر لجن گرانولی فعال(AGS) بوده که در طراحی نیز بسیار مهم می‌باشد. می‌توان گفت عملکرد راکتور EGSB عمدتا به پارامتر SRT وابسته است. این پارامتر عامل حیاتی تعیین‌کننده میزان نهایی میکروارگانیسم‌هایی مانند هیدرولیتیک در بیوراکتور EGSB تحت شرایط دمایی مختلف میباشد. محاسبه SRT در سیستم‌های EGSB به صورت زیر محاسبه می‌شود:

3-2: زمان ماند هیدرولیکی (HRT): زمان ماند هیدرولیکی، یکی از مهم ترین پارامترها برای طراحی راکتور EGSB است. در مورد پساب‌هایی با بار آلی کم معمولا زمان ماند هیدرولیکی 2 روز یا کمتر در نظر گرفته می‌شود و برای پساب‌هایی با بار آلی بالا مانند پساب های کشاورزی یا صنعتی، زمان ماند هیدرولیکی بهینه را تا 10 روز در نظر می‌گیرند. و طبق فرمول زیر محاسبه می‌گردد:

 4. نرخ بار آلی (OLR): پارامتری مهم که به میزان ورودی ماده آلی در واحد حجم و زمان به بیوراکتور وارد می‌شود مربوط است و همچنین عاملی موثر بر اکولوژی میکروبی و عملکرد فرایند بیوراکتور EGSB می‌باشد. در مورد بیوراکتور EGSB، معمولاً OLR در محدوده 1 تا 40 کیلوگرم COD به ازای هر مترمکعب در روز اعمال می‌شود. این فاکتور با استفاده از معادله زیرمحاسبه می‌گردد:

5. سرعت جریان رو به بالا(V_upflow): از دیگر عوامل تاثیرگذار بر عملکرد بیوراکتورها، سرعت جریان رو به بالا می‌باشد. برای محاسبه سرعت جریان رو به بالا می‌توانید از معادله زیر استفاده نمایید:

6. توزیع اندازه ذرات ( Particle size distribution - PSD):

توزیع اندازه ذرات در فاضلاب بر سرعت و عملکرد بیوراکتور EGSB تاثیر گذار است. بر اساس مطالعات انجام شده، هر چقدر اندازه ذرات در فاضلاب کوچک‌تر باشد، بیوراکتور EGSB  عملکرد بهتری خواهد داشت. مدل هایی از بیوراکتور EGSB در جدول زیر آورده شده است:

جدول پیشنهادی ابعاد و مشخصات برخی سیستم‌های پیش ساخته فرایند EGSB (پکیج EGSB)

مزایای به کارگیری سیستم تصفیه فاضلاب به روش EGSB

+ این سیستم با به‌کارگیری از یک بستر متراکم متشکل از گرانول‌های بی‌هوازی، توانایی بالایی در حذف مواد آلی از خود نشان می‌دهد.

+ راکتور EGSB توانایی جداسازی سه فاز متفاوت جامدات، مایعات، گازها را بدون نیاز به هرگونه سیستم اختلاط اضافی، سیستم‌های جداسازی یا سیستم‌های شستشوی معکوس، را دارد.

+ این سیستم بسیار ساده می‌باشد و نیازمند تجهیزات پیچیده‌ای وجود ندارد.

+ این سیستم نسبت به سیستم‌های مشابه دیگر می‌تواند زمان ماند لجن(SRT) طولانی‌تری داشته باشد.

+ نرخ‌های بارگذاری آلی در این مدل فرآیندهای بی‌هوازی می‌توانند ۵-۱۰ برابر بیشتر از فرآیندهای هوازی باشند.

معایب به کارگیری سیستم تصفیه فاضلاب به روش EGSB

* به منظور رسیدن به غلظت کافی بیومس، زمان راه اندازی سیستم، طولانی‌تر(Long start-up time) از سیستمهای هوازی خواهد بود.

* اگر سیستم بی‌هوازی دچار اختلالاتی مانند شوک بار آلی شود، ممکن است سیستم برای بازگشت به وضعیت عملیاتی عادی (Long recovery time) به زمان طولانی‌تری احتیاج داشته باشد.

* مواد مغذی در متابولیسم میکروارگانیسم‌های بی هوازی ضروری است، کمبود این مواد مغذی باعث کاهش کارایی و عملکرد سیستم‌های بی‌هوازی می‌شود.

* میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی نسبت به تغییرات شرایط محیطی حساسیت بیشتری دارند. تغییرات شرایط محیطی می‌تواند منجر به کاهش فعالیت‌های بیولوژیکی شود و در نتیجه چالش‌هایی برای عملکرد بهینه سیستم ایجاد نماید.

تفاوت روش‌های UASB و EGSB

نکات کلیدی در طراحی و عملکرد این دو سیستم بی‌هوازی