تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال

مقدمه: آشنایی با روش لجن فعال

روش لجن فعال (Activated Sludge Process) یکی از متداول‌ترین و کارآمدترین روش‌های بیولوژیکی تصفیه فاضلاب است که اولین بار در سال 1914 در انگلستان توسعه یافت. این روش که مبتنی بر تجزیه هوازی مواد آلی توسط میکروارگانیسم‌ها است، قادر است 85 تا 95 درصد از مواد آلی فاضلاب را حذف کند. امروزه بیش از 70% تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری در جهان از این روش استفاده می‌کنند.

اصول علمی روش لجن فعال

مکانیسم‌های اصلی تصفیه

1. اکسیداسیون مواد آلی:

   • تبدیل ترکیبات کربن به دی‌اکسید کربن و آب

   • تولید انرژی برای رشد میکروارگانیسم‌ها

2. نیتریفیکاسیون:

   • تبدیل آمونیاک به نیتریت و سپس نیترات

   • نیاز به اکسیژن اضافی

3. فسفرزدایی بیولوژیکی:

   • جذب فسفر توسط میکروارگانیسم‌های خاص

معادله کلی فرآیند

مواد آلی + O₂ + مواد مغذی → سلول‌های جدید (لجن) + CO₂ + H₂O + انرژی

اجزای اصلی سیستم لجن فعال

1. مخزن هوادهی (Aeration Tank)

• محل اصلی تجزیه مواد آلی

• مجهز به سیستم هوادهی

• زمان ماند معمول: 4-8 ساعت

2. مخزن تهنشینی ثانویه (Secondary Clarifier)

• جداسازی لجن از پساب تصفیه شده

• زمان ماند معمول: 2-4 ساعت

3. سیستم بازگردش لجن (Return Activated Sludge)

• بازگرداندن بخشی از لجن به مخزن هوادهی

• معمولاً 25-100% دبی ورودی

4. سیستم دفع لجن مازاد (Waste Activated Sludge)

• خارج کردن لجن اضافی از سیستم

• کنترل زمان ماند سلولی

پارامترهای کلیدی طراحی و عملیات

1. بارگذاری آلی (F/M Ratio)

• محدوده بهینه: 0.2-0.5 kg BOD/kg MLSS.day

• محاسبه: F/M = (Q × BOD)/(V × MLSS)

2. زمان ماند سلولی (SRT)

• معمولاً 5-15 روز

• تأثیر مستقیم بر کیفیت پساب

3. غلظت لجن معلق (MLSS)

• محدوده معمول: 1500-4000 mg/L

• رابطه معکوس با F/M Ratio

4. شاخص حجمی لجن (SVI)

• محدوده مطلوب: 50-150 mL/g

• نشانگر کیفیت تهنشینی لجن

انواع سیستم‌های لجن فعال

1. هوادهی کامل (Complete Mix)

• یکنواختی کامل در مخزن

• مقاومت خوب در برابر شوک بار

2. هوادهی پلکانی (Plug Flow)

• جریان یکطرفه بدون اختلاط کامل

• راندمان بالاتر در حذف BOD

3. هوادهی با اکسیژن خالص

• استفاده از اکسیژن خالص به جای هوا

• مناسب برای فاضلاب‌های قوی

4. سیستم‌های SBR (راکتورهای ناپیوسته)

• انجام تمام مراحل در یک مخزن

• انعطاف‌پذیری عملیاتی بالا

مزایای روش لجن فعال

✔ راندمان بالا در حذف BOD (تا 95%)
✔ انعطاف‌پذیری در برابر تغییرات بار آلی
✔ امکان حذف همزمان نیتروژن و فسفر
✔ فضای نسبتاً کم مورد نیاز
✔ دانش فنی گسترده و در دسترس

معایب و محدودیت‌ها

✖ مصرف انرژی بالا برای هوادهی
✖ تولید حجم قابل توجهی لجن مازاد
✖ حساسیت به مواد سمی و شوک بار
✖ نیاز به کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی
✖ هزینه بالای بهره‌برداری و نگهداری

کاربردهای صنعتی و شهری

1. تصفیه فاضلاب شهری:

   • جوامع کوچک و بزرگ

   • مجتمع‌های مسکونی

2. صنایع غذایی:

   • کارخانه‌های لبنی

   • صنایع گوشت و طیور

   • کارخانه‌های تولید نوشابه

3. صنایع شیمیایی:

   • پالایشگاه‌ها

   • صنایع پتروشیمی

   • تولید مواد شوینده

4. صنایع کاغذ و خمیرکاغذ:

   • بازیابی الیاف

   • کاهش رنگ پساب

کنترل و بهینه‌سازی عملکرد

1. پایش پارامترهای کلیدی

• DO (حداقل 2 mg/L)

• MLSS (1500-4000 mg/L)

• SVI (50-150 mL/g)

• pH (6.5-8.5)

2. مدیریت لجن مازاد

• کنترل SRT در محدوده بهینه

• دفع صحیح لجن اضافی

• بررسی روزانه ظاهر لجن

3. بهینه‌سازی هوادهی

• استفاده از سیستم‌های کنترل خودکار

• انتخاب نوع مناسب هواده

• تعمیر و نگهداری دوره‌ای

مشکلات متداول و راهکارها

1. تهنشینی ضعیف لجن

علل:

• رشد رشته‌ای

• SRT بسیار کم یا زیاد

• کمبود مواد مغذی

راهکارها:

• تنظیم F/M Ratio

• افزودن مواد مغذی

• کنترل رشد رشته‌ای

2. کف کردن سیستم

علل:

• بار آلی بسیار بالا

• حضور مواد فعال سطحی

• میکروارگانیسم‌های خاص

راهکارها:

• اسپری آب روی کف

• استفاده از مواد ضدکف

• تنظیم بار آلی

3. بوی نامطبوع

علل:

• شرایط بی‌هوازی

• زمان ماند طولانی

• تجمع لجن

راهکارها:

• افزایش هوادهی

• تخلیه به موقع لجن

• کنترل pH

نوآوری‌های اخیر در فناوری لجن فعال

1. سیستم‌های MBR (راکتورهای غشایی):

   • حذف نیاز به تهنشینی ثانویه

   • کیفیت پساب عالی

2. هوادهی هوشمند:

   • کنترل خودکار DO

   • صرفه‌جویی در انرژی

3. سیستم‌های IFAS:

   • ترکیب با رسوب متحرک

   • افزایش راندمان

4. راکتورهای گرانولی:

   • تولید لجن کمتر

   • پایداری بالاتر

نتیجه‌گیری: آینده روش لجن فعال

روش لجن فعال با سابقه بیش از یک قرن کاربرد موفق، همچنان به عنوان یکی از پایدارترین و قابل اطمینان‌ترین روش‌های تصفیه فاضلاب شناخته می‌شود. با وجود ظهور فناوری‌های نوین، این روش حداقل در دهه‌های آینده نیز جایگاه اصلی خود را در صنعت تصفیه فاضلاب حفظ خواهد کرد.

تلفیق دانش سنتی با فناوری‌های پیشرفته مانند سیستم‌های کنترل هوشمند و راکتورهای غشایی، آینده‌ای را نوید می‌دهد که در آن راندمان بالاتر، مصرف انرژی کمتر و کیفیت پساب بهتر به طور همزمان محقق خواهند شد. سرمایه‌گذاری در بهینه‌سازی سیستم‌های لجن فعال موجود و توسعه روش‌های نوین مبتنی بر این تکنولوژی، راهی استراتژیک برای مواجهه با چالش‌های فزاینده آلودگی آب‌ها محسوب می‌شود.