انتخاب فرآیند برای تصفیه خانه های فاضلاب بزرگ، متوسط و کوچک

1. تقسیم مقیاس تصفیه خانه های فاضلاب شهری

با توجه به وضعیت واقعی، می توان آن را تقریبا به تصفیه خانه های فاضلاب بزرگ، متوسط و کوچک.

مقیاس > 10×10^4 m3/d یک کارخانه فاضلاب در مقیاس بزرگ است که به طور کلی در یک شهر بزرگ با سرمایه گذاری زیرساختی 100 میلیون یوان و هزینه عملیاتی سالانه 10 میلیون یوان ساخته می شود.
مقیاس تصفیه خانه های فاضلاب متوسط (1~10)×10^4 m3/d، که به طور کلی در شهرهای کوچک و متوسط و شهرستان های حومه شهرهای بزرگ ساخته می شود، با سرمایه گذاری زیرساختی ده ها میلیون تا صدها میلیون یوان، و هزینه های عملیاتی سالانه میلیون ها تا ده ها میلیون یوان.
تصفیه خانه های فاضلاب کوچک با مقیاس < 1×10^4 m3/d به طور کلی در شهرهای کوچک ساخته می شوند، با سرمایه گذاری زیرساختی میلیون ها تا ده ها میلیون و هزینه های عملیاتی سالانه صدها هزار تا میلیون ها. به دلیل محدودیت های اقتصادی، چنین کارخانه های فاضلاب معمولا در شهرهای کوچک با اقتصاد توسعه یافته در مناطق ساحلی ظاهر می شوند.

2. فرآیند اصلی تصفیه خانه فاضلاب شهری

آلاینده اصلی فاضلاب شهری مواد آلی است ، بنابراین بیشتر آنها در حال حاضر بیولوژیکی هستند. همچنین روش های شیمیایی مانند استفاده از تصفیه اولیه پیشرفته شیمیایی وجود دارد، اما میزان حذف این فرآیند زیاد نیست، پساب با استانداردهای مشخص شده مطابقت ندارد و فقط برای برخی از مکان های خاص که الزامات کیفیت پساب زیاد نیست مناسب است.

در روش بیولوژیکی، دو دسته روش لجن فعال و فیلتر بیولوژیکی وجود دارد، راندمان تصفیه فیلتر بیولوژیکی بالا نیست، شرایط بهداشتی ضعیف است، تنها چند تصفیه خانه فاضلاب شهری فیلتر بیولوژیکی وجود دارد و روش لجن فعال اکثریت قریب به اتفاق را تشکیل می دهد.

انواع مختلفی از روش های لجن فعال وجود دارد و سه نوع اصلی لجن فعال وجود دارد که بیشترین کاربرد را دارند:

● (1) روش سنتی لجن فعال و فرآیندهای A/O و A2/O بهبود یافته آن

● (2) خندق های اکسیداسیون

● (3) فرآیندهای SBR

روش سنتی لجن فعال اولین فرآیند کاربرد است، راندمان بالایی در حذف مواد آلی دارد و لجن تولید شده در فرآیند تصفیه به طور پایدار توسط هضم بی هوازی تصفیه می شود که در از بین بردن آلودگی فاضلاب و لجن بسیار موثر است و مصرف انرژی و هزینه های عملیاتی نسبتا پایین است، بنابراین به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. در 20 سال گذشته، آسیب های اوتریفیکاسیون آب روز به روز جدی تر شده است و حذف نیتروژن و فسفر در هدف تصفیه فاضلاب گنجانده شده است، بنابراین روش A/O بهبود یافته و روش A2/O روش لجن فعال ظاهر شده است. دو نوع روش A/O وجود دارد، یکی فرآیند بی هوازی-هوازی برای حذف فسفر و دیگری یک فرآیند بی اکسیژن - هوازی برای نیترات زدایی است. قانون A2/O فرآیندی است که هم نیتروژن و هم فسفر را حذف می کند.

خندق اکسیداسیون گونه ای از روش لجن فعال است، که از نظر رژیم جریان هیدرولیکی با روش سنتی لجن فعال متفاوت است و نوعی جریان گردش سرتاسر است که معمولا از هوادهی تاخیری استفاده می کند و لجن در حین تصفیه فاضلاب تثبیت می شود. مخزن رسوب اولیه یا هضم لجن ندارد و امکانات تصفیه بسیار ساده شده است. خندق اکسیداسیون دارای مزایای روش سنتی لجن فعال است که کارایی بالایی در حذف مواد آلی دارد و همچنین عملکرد نیترات زدایی را دارد. اگر یک حوضچه بی هوازی در جلوی خندق اضافه شود، فسفر نیز می تواند همزمان حذف شود. راندمان و سادگی بالای خندق اکسیداسیون باعث می شود که به طور گسترده ای در تصفیه خانه های فاضلاب شهری کوچک و متوسط استفاده شود.

SBR یک روش لجن فعال دسته ای متوالی است، ویژگی اصلی آن تکمیل واکنش بیوشیمیایی ، رسوب گذاری ، زهکشی و تخلیه لجن فاضلاب در مخزن واکنش است که نه تنها مخزن رسوب اولیه و هضم لجن را از بین می برد ، بلکه مخزن رسوب ثانویه و اتاق پمپ لجن رفلکس را نیز از بین می برد ، تسهیلات تصفیه ساده تر از خندق اکسیداسیون است و اثر تصفیه خوب است ، و برخی از فرآیندهای SBR نیز دارای عملکرد دنیتریفیکاسیون و حذف فسفر قوی هستند. در سال های اخیر، استفاده از فناوری کنترل خودکار و ابزار برای تصفیه فاضلاب سپری شده است، بنابراین فرآیند SBR به شدت ترویج شده است و به فرآیندی تبدیل شده است که صنعت بسیار نگران آن است.

3. فرآیند ترجیحی تصفیه خانه های فاضلاب شهری در مقیاس بزرگ

فرآیند ترجیحی برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری در مقیاس بزرگ، روش سنتی لجن فعال و روش A/O بهبود یافته و روش A2/O است. در حال حاضر اکثر کارخانه های فاضلاب در مقیاس بزرگ در اکثر کشورهای جهان (از جمله چین) از روش سنتی لجن فعال استفاده می کنند ، روش A / O و A2 / O که تصادفی نیست ، زیرا این فرآیند دارای مزایای جایگزینی برای کارخانه های فاضلاب در مقیاس بزرگ است:

(1)مصرف انرژی کم و هزینه های عملیاتی پایین
بزرگترین مزیت روش سنتی لجن فعال، روش های A/O و A2/O نسبت به فرآیندهای خندق اکسیداسیون و SBR، مصرف انرژی کمتر و هزینه های عملیاتی کمتر است و هر چه مقیاس بزرگتر باشد، این مزیت آشکارتر است. برای کارخانه های فاضلاب در مقیاس بزرگ، هزینه عملیاتی سالانه قابل توجه است، به عنوان مثال، یک کارخانه فاضلاب با مقیاس 40×10^4 متر مکعب در روز، فاضلاب 1 متر مکعب می تواند 1 سنت در هزینه های تصفیه صرفه جویی کند و 1.46 میلیون یوان در سال صرفه جویی کند.
دلایل پایین بودن مصرف انرژی و هزینه عملیاتی این فرآیند عبارتند از: الف- راه اندازی مخزن رسوب اولیه، استفاده از روش فیزیکی برای حذف بخش قابل توجهی از مواد آلی و مواد جامد معلق در فاضلاب با حداقل مصرف انرژی و هزینه، کاهش بار تصفیه ثانویه و صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی. ب. لجن هضم بی هوازی را اتخاذ می کند که در مقایسه با هضم هوازی همزمان خندق اکسیداسیون و فرآیند SBR به طور قابل توجهی در مصرف انرژی صرفه جویی می کند و یک فرآیند صرفه جویی در انرژی شناخته شده است.
سرمایه گذاری این فرآیند به طور کلی بیشتر از خندق اکسیداسیون و فرآیند SBR است، اما با افزایش مقیاس، هزینه سرمایه خندق اکسیداسیون و SBR نیز به طور تصاعدی افزایش می یابد، در حالی که سرمایه گذاری فرآیند لجن فعال معمولی به نسبت کمتری افزایش می یابد و شکاف بین این دو کمتر و کمتر می شود. هنگامی که کارخانه فاضلاب به مقیاس معینی می رسد، سرمایه گذاری روش لجن فعال معمولی کمتر از خندق اکسیداسیون و SBR است، بنابراین هرچه مقیاس کارخانه فاضلاب بزرگتر باشد، مزایای روش لجن فعال معمولی بیشتر است.

(2) سطح مدیریت را بهبود بخشید
از معایب اصلی روش متداول لجن فعال، روش A/O و A2/O می توان به وجود واحدهای تصفیه و مدیریت عملیات پیچیده به ویژه هضم بی هوازی لجن نیاز به سطح بالایی از مدیریت دارد و بیوگاز تولید شده در فرآیند هضم یک گاز قابل اشتعال و انفجاری است که نیاز به عملکرد ایمن دارد که این امر دشواری مدیریت را افزایش می دهد. با این حال، با توجه به اینکه کارخانه فاضلاب بزرگ توسط یک شهر بزرگ پشتیبانی می شود، دارای نیروی فنی قوی و سطح مدیریتی بالایی است و می تواند این نیاز را برآورده کند، کاستی های روش لجن فعال معمولی به یک عامل محدود کننده تبدیل نخواهد شد.

با توجه به واقعیت موجود، به دلیل نقص سیستم شبکه زهکشی، ترکیب آلی اکثر فاضلاب های شهری زیاد نیست و مدیریت هضم بی هوازی لجن و بهره برداری از بیوگاز هنوز بالغ نیست، این عوامل باعث کاهش صرفه جویی در روش متداول لجن فعال، روش A/O و A2/O از جمله فرآیند هضم بی هوازی لجن شده است. بنابراین، برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری با مقیاس (10~20)×10^4 m3/d، ممکن است گاهی اوقات استفاده از فرآیندهای SBR و خندق اکسیداسیون مقرون به صرفه تر باشد، در این صورت لازم است یک مقایسه فنی-اقتصادی دقیق از فرآیندهای مختلف برای تعیین فرآیند بهینه انجام شود.

4. فرآیند ترجیحی تصفیه خانه های فاضلاب شهری کوچک و متوسط

فرآیندهای ترجیحی برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری کوچک و متوسط عبارتند از: خندق اکسیداسیون و SBR، و ویژگی های مشترک آنها عبارتند از:

(1)

راندمان حذف مواد آلی بسیار بالا است و برخی نیز می توانند نیتروژن و فسفر یا هر دو نیتروژن و فسفر را حذف کنند و امکانات تصفیه بسیار ساده است، مدیریت بسیار راحت است و در حال حاضر در سطح بین المللی به عنوان یک فرآیند تصفیه فاضلاب کارآمد و ساده شناخته شده است و همچنین فرآیند ترجیحی برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری کوچک و متوسط در کشورهای مختلف جهان است.
(2)

در زیر مقیاس 10×10^4 m3/d، هزینه زیرساختی خندق اکسیداسیون و روش SBR به طور قابل توجهی کمتر از روش لجن فعال معمولی، A/O و A2/O است. برای تصفیه خانه های فاضلاب با مقیاس (5 ~ 10) × 10 ^ 4 متر مکعب در روز ، هزینه ساخت سرمایه خندق اکسیداسیون و روش SBR معمولا 10 ~ 15 درصد کمتر است. هرچه مقیاس کوچکتر باشد، شکاف بین این دو بیشتر می شود که برای شهرهای کوچک و متوسط که فاقد بودجه لازم برای ساخت کارخانه های فاضلاب هستند، جذاب است.
حتی در زیر مقیاس 10×10^4 m3/d، توان مصرفی و هزینه بهره برداری سالانه خندق اکسیداسیون و روش SBR همچنان بالاتر از روش لجن فعال معمولی است، اما در مقایسه با هزینه سرمایه، کل هزینه سرمایه به اضافه 20 سال هزینه عملیاتی همچنان کمتر از روش لجن فعال معمولی است. هرچه مقیاس کوچکتر باشد، مقیاس کمتر است، مقیاس بزرگتر است، شکاف کوچکتر است و زمانی که مقیاس 10×104 متر مکعب در روز باشد، هزینه کل دو نوع فرآیند تقریبا قابل مقایسه است. بنابراین استفاده از خندق اکسیداسیون و روش SBR برای فاضلاب های کوچک و متوسط از نظر اقتصادی سودمند است.

(3)

خندق اکسیداسیون و فرآیند SBR معمولا مخزن رسوب اولیه و هضم لجن ندارند و کل واحد تصفیه بیش از 50 درصد کمتر از روش لجن فعال معمولی است و بهره برداری و مدیریت بسیار ساده شده است که برای تصفیه خانه های فاضلاب کوچک و متوسط با نیروی فنی نسبتا ضعیف و سطح مدیریت نسبتا پایین بسیار مناسب است.
(4)

تجهیزات خندق اکسیداسیون و فرآیند SBR اساسا بومی سازی شده است که می تواند نیازهای فرآیند را از نظر کیفیت برآورده کند و ارزان است.
(5)

مقاومت بار ضربه ای خندق اکسیداسیون و فرآیند SBR بسیار بهتر از روش لجن فعال معمولی است که برای کارخانه های فاضلاب کوچک و متوسط با تغییرات شدید در کیفیت و کمیت آب بسیار مفید است.
به همه این دلایل است که خندق های اکسیداسیون و SBR ها به سرعت توسعه می یابند. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) فرآیندی را فهرست کرده است که بیش از 15 درصد از هزینه های ساخت یا بهره برداری از تصفیه خانه های فاضلاب را به عنوان یک فناوری جایگزین نوآورانه صرفه جویی می کند، با بودجه مالی فدرال، که منجر به ترویج SBR و فرآیندهای خندق اکسیداسیون شده است، و صدها کارخانه فاضلاب ساخته شده است. هزاران تصفیه خانه فاضلاب خندق اکسیداسیون در اروپا وجود دارد و نزدیک به 600 کارخانه فاضلاب فرآیند SBR در 10 سال گذشته در استرالیا ساخته شده است. در چین، فرآیندهای خندق اکسیداسیون و SBR به فرآیندهای ترجیحی برای تصفیه خانه های فاضلاب کوچک و متوسط تبدیل شده اند.

5. طبقه بندی و ویژگی های اصلی فرآیند خندق اکسیداسیون

فرآیند خندق اکسیداسیون را می توان به طور کلی به چهار دسته تقسیم کرد:

(1)خندق اکسیداسیون متناوب چند شیار
این ویژگی با یک نوع ساخت و ساز ترکیبی ، بدون مخزن رسوب ثانویه جداگانه مشخص می شود و هوادهی برس چرخشی را تصویب می کند. دارای انواع تک خندق، دو خندق و سه خندق است که نمونه ترین آنها خندق اکسیداسیون سه خندق هاندان است. این خندق اکسیداسیون دارای ویژگی های فرآیند SBR است و همچنین می تواند به عنوان نوعی SBR در نظر گرفته شود، اثر نیترات زدایی و حذف فسفر آن ناپایدار است، در صورت نیاز به حذف نیتروژن و فسفر، نیاز به اضافه کردن برخی امکانات است.

(2) خندق اکسیداسیون چرخ فلک
این یک نوع جداگانه است، یک مخزن رسوب ثانویه جداگانه وجود دارد، استفاده از هوادهی هوادهی سطحی، عمق خندق بیشتر از خندق اکسیداسیون متناوب چند خندق است، کارخانه تصفیه آب چانگشا II این فرآیند است، اثر نیترات زدایی و حذف فسفر آن ایده آل نیست، اگر الزامات نیترات زدایی و حذف فسفر باشد، همچنین نیاز به اضافه کردن برخی از امکانات.

(3) خندق اکسیداسیون اوبل
همچنین به دو مخزن رسوب گذاری تقسیم می شود، با استفاده از هوادهی دیسک دوار، عمق خندق نیز بزرگتر است، اکنون سیچوان، پکن، شاندونگ، ژجیانگ و مکان های دیگر در حال اتخاذ هستند، اثر نیترات زدایی آن بسیار خوب است، اما راندمان حذف فسفر به اندازه کافی بالا نیست و در صورت نیاز به حذف فسفر، باید اقداماتی انجام شود.

(4) خندق اکسیداسیون یکپارچه
این یک نوع مشترک است و مخزن ته نشینی در خندق اکسیداسیون ساخته شده است. این نه تنها یک ورودی و خروجی مداوم آب است ، بلکه یک نوع ساخت و ساز مشترک است و نیازی به تغییر عملکرد ندارد ، از نظر تئوری مقرون به صرفه ترین و معقول ترین است ، اما در برخی از مسائل فنی خاص چندان بالغ نیستند ، بنابراین بر محبوبیت و استفاده از آن تأثیر می گذارد.

6. طبقه بندی و ویژگی های اصلی فرآیند SBR

چندین نوع اصلی از فرآیندهای SBR وجود دارد:

(1) فرآیند سنتی SBR
تمام عملیات آن متناوب و چرخه ای است. اثر نیترات زدایی و حذف فسفر آن به اندازه کافی پایدار نیست، مانند نیاز به نیترات زدایی و حذف فسفر، برخی از بهبودها باید انجام شود.

(2) فرآیند ICEAS
یعنی روش لجن فعال شده با هوادهی تاخیری در گردش متناوب که مخزن واکنش را به دو قسمت با دیواره پارتیشن تقسیم می کند، جلو ناحیه قبل از واکنش است و پشت ناحیه واکنش اصلی است که مصرف آب مداوم، هوادهی متناوب، رسوب، زهکشی و تخلیه لجن را اتخاذ می کند که در کارخانه های فاضلاب سوم و چهارم در کونمینگ استفاده شده است. این می تواند نیتروژن و فسفر را از بین ببرد، اما اثر آن ایده آل نیست.

(3) فرآیند DAT-IAT
یعنی فرآیند ترکیب هوادهی مداوم و هوادهی متناوب، قسمت میانی مخزن واکنش به دو قسمت با دیواره پارتیشن تقسیم می شود، DAT در جلو به طور مداوم هوادهی می شود و IAT در عقب به طور متناوب هوادهی، رسوب، زهکشی و تخلیه می شود که در تصفیه خانه فاضلاب منطقه توسعه تیانجین استفاده شده است. عملکرد نیترات زدایی و حذف فسفر آن متوسط است و برای بهبود کارایی حذف نیتروژن و فسفر به امکانات بیشتری نیاز است.

(4) فرآیند ریخته گری
یعنی روش لجن فعال در گردش، مخزن واکنش آن به یک ناحیه انتخاب و یک منطقه واکنش اصلی با دیواره پارتیشن تقسیم می شود و آبگیری، هوادهی، رسوب، زهکشی و تخلیه لجن همگی عملیات دوره ای متناوب هستند. این اثر حذف نیتروژن و فسفر خوب و عملکرد خوبی برای جلوگیری از انبساط لجن دارد.

(5) فرآیند UNITANK
این سه استخر مستطیل شکل به صورت موازی است که مطابق با حالت عملکرد دوره ای مشابه خندق اکسیداسیون سه خندق کار می کنند، اما هوادهی برس دوار به هوادهی انفجار تغییر می کند که می تواند عمق استخر را افزایش دهد و سرریز قابل تنظیم خروجی آب به یک سرریز ثابت تغییر می کند که زهکشی را ساده می کند. و عملکرد آن شبیه به خندق اکسیداسیون سه خندق است.

7. مقایسه خندق اکسیداسیون و فرآیند SBR

فرآیندهای خندق اکسیداسیون و SBR دارای ویژگی های مشترک بسیاری و همچنین ویژگی ها و کاربرد خاص خود هستند که هنگام انتخاب محلول باید به دقت مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند.

(1)از منظر سرمایه گذاری زیرساختی
به طور کلی، هزینه تملک زمین و هزینه ساخت و ساز عمرانی کمتر از هزینه خندق اکسیداسیون است و هزینه تجهیزات بالاتر از خندق اکسیداسیون است و هزینه کل بستگی به وضعیت خاص دارد.
a. قیمت بالای زمین برای خندق اکسیداسیون خوب نیست. b. غلظت بالای BOD آب ورودی و نسبت بالای حجم واکنش به حجم بارش برای خندق اکسیداسیون مفید است. غلظت پایین BOD و نسبت پایین حجم واکنش به حجم بارش برای SBR مفید است.

(2) از منظر هزینه های عملیاتی
فرآیند SBR معمولا با هوای انفجار هوادهی می شود و فرآیند خندق اکسیداسیون معمولا به صورت مکانیکی هوادهی می شود. به طور کلی، تحت همان منبع اکسیژن، هوادهی انفجار نسبت به هوادهی مکانیکی از نظر انرژی کارآمدتر است. در جنبه دوم، فرآیند SBR یک نوع ساخت و ساز مشترک است، بدون رفلاکس لجن (مقداری مقدار کمی رفلاکس) و فرآیند خندق اکسیداسیون یک نوع ساخت و ساز جداگانه با مقدار زیادی رفلاکس است و مصرف برق زیاد است. ثالثا، فرآیند SBR یک عملیات سطح آب متغیر است که باعث افزایش هد ایستگاه پمپاژ بالابر آب ورودی می شود. با در نظر گرفتن همه چیز، مصرف برق فرآیند خندق اکسیداسیون معمولا بیشتر از فرآیند SBR است و هزینه عملیاتی بالاتر است.

(3) از منظر تفاوت های عملیاتی
فرآیند خندق اکسیداسیون عملکرد مداوم دارد و نیازی به کنترل خودکار ندارد، بلکه فقط در صورت نیاز به صرفه جویی در انرژی از کنترل خودکار استفاده می کند. فرآیند SBR در طول چرخه متناوب است و فرآیندهای مختلف به طور مکرر تغییر می کنند و باید به طور خودکار کنترل شوند.

(4) از منظر تفاوت های رسوب گذاری
فرآیند SBR بارش استاتیکی است و فرآیند خندق اکسیداسیون بارش دینامیکی است، بنابراین راندمان رسوب SBR بالاتر و کیفیت پساب بهتر است.