تصفیه فاضلاب به روش EAAS (هوادهی گسترده)

مقدمه

تصفیه فاضلاب به روش EAAS (Extended Aeration Activated Sludge) یا هوادهی گسترده یکی از متداول‌ترین و کارآمدترین روش‌های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است که بر اساس فرآیند لجن فعال کار می‌کند. این سیستم به دلیل سادگی عملکرد، قابلیت اطمینان بالا و انعطاف‌پذیری در برابر تغییرات بار آلی، گزینه مناسبی برای جوامع کوچک تا متوسط، مجتمع‌های مسکونی، صنایع و حتی برخی شهرهای بزرگ محسوب می‌شود. در این مقاله به بررسی جامع اصول عملکرد، مزایا، معایب و کاربردهای این روش تصفیه می‌پردازیم.

اصول و مبانی روش EAAS

1. تعریف و تاریخچه

روش EAAS نوعی از فرآیند لجن فعال است که در دهه 1950 توسعه یافت. این روش بر اساس افزایش زمان ماند هیدرولیکی و جامدات در سیستم طراحی شده است که منجر به اکسیداسیون کاملتر مواد آلی و تثبیت بهتر لجن می‌شود.

2. تفاوت EAAS با سیستم‌های لجن فعال متعارف

• زمان ماند طولانی‌تر (18 تا 36 ساعت در مقایسه با 4-8 ساعت در سیستم‌های متعارف)

• نسبت غذا به میکروارگانیسم (F/M) پایین‌تر

• غلظت بالاتر مواد جامد معلق مخلوط (MLSS)

• تولید لجن مازاد کمتر

اجزای اصلی سیستم EAAS

1. حوضچه هوادهی

• وظیفه: اکسیداسیون مواد آلی و نیتریفیکاسیون

• ویژگی‌ها:

  • مجهز به سیستم هوادهی (دیفیوزرهای حباب ریز یا هواده‌های مکانیکی)

  • زمان ماند معمول: 18-30 ساعت

  • غلظت MLSS: 3000-6000 mg/L

2. حوضچه ته‌نشینی ثانویه

• وظیفه: جداسازی لجن از پساب تصفیه شده

• ویژگی‌ها:

  • زمان ماند: 2-4 ساعت

  • طراحی برای جلوگیری از مشکلات ته‌نشینی

3. سیستم برگشت لجن

• وظیفه: بازگرداندن لجن فعال به حوضچه هوادهی

• نرخ بازگشت: معمولاً 50-100% دبی ورودی

4. سیستم دفع لجن مازاد

• وظیفه: خارج کردن لجن مازاد تولید شده

• میزان تولید: 0.2-0.4 kg TSS/kg BOD₅ حذف شده

مکانیسم تصفیه در سیستم EAAS

1. فرآیندهای بیولوژیکی

• اکسیداسیون کربن آلی: تجزیه مواد آلی توسط باکتری‌های هتروتروف

• نیتریفیکاسیون: تبدیل آمونیاک به نیتریت و سپس نیترت توسط باکتری‌های نیتروزوموناس و نیتروباکتر

• دنتریفیکاسیون: در صورت وجود مناطق بی‌هوایی

2. فرآیندهای فیزیکی

• ته‌نشینی: جداسازی جامدات از مایع

• شناورسازی: حذف چربی‌ها و روغن‌ها

مزایای سیستم EAAS

1. مزایای فنی

• کیفیت بالای پساب خروجی (BOD₅ < 20 mg/L، TSS < 30 mg/L)

• نیتریفیکاسیون مؤثر (کاهش آمونیاک تا <5 mg/L)

• پایداری در برابر شوک بار آلی و هیدرولیکی

• کاهش بو و مشکلات عملیاتی

2. مزایای عملیاتی

• نیاز به نیروی متخصص کمتر

• کاهش دفعات تخلیه لجن مازاد

• انعطاف‌پذیری در برابر تغییرات دما

3. مزایای اقتصادی

• هزینه عملیاتی پایین‌تر نسبت به سیستم‌های متعارف

• کاهش هزینه‌های دفع لجن

• طول عمر بیشتر تجهیزات

معایب و محدودیت‌های سیستم EAAS

1. محدودیت‌های فنی

• نیاز به فضای بیشتر به دلیل زمان ماند طولانی

• مصرف انرژی بالاتر برای هوادهی

• حساسیت به مواد سمی و شوینده‌ها

2. چالش‌های عملیاتی

• نیاز به کنترل دقیق هوادهی

• احتمال رشد بیش از حد باکتری‌های رشتهای

• مشکلات ته‌نشینی در صورت طراحی نامناسب

کاربردهای سیستم EAAS

1. تصفیه فاضلاب شهری

• مناطق مسکونی کوچک تا متوسط (500-20,000 نفر)

• مجتمع‌های مسکونی و تجاری

• پادگان‌ها و شهرک‌های نظامی

2. تصفیه فاضلاب صنعتی

• صنایع غذایی و لبنی

• صنایع نوشابه‌سازی

• صنایع دارویی با بار آلی متوسط

3. کاربردهای خاص

• تصفیه فاضلاب بیمارستانی

• تصفیه فاضلاب روستایی

• سیستم‌های تصفیه در مناطق سردسیر

طراحی سیستم EAAS

1. پارامترهای کلیدی طراحی

• بار آلی: معمولاً 0.05-0.15 kg BOD₅/kg MLSS.d

• زمان ماند سلولی (θc): 15-30 روز

• غلظت MLSS: 3000-6000 mg/L

• نیاز اکسیژن: 1.2-1.8 kg O₂/kg BOD₅ حذف شده

2. محاسبات طراحی

الف) حجم حوضچه هوادهی

V = (Q × θ) / 24

که در آن:

• V: حجم حوضچه (m³)

• Q: دبی فاضلاب (m³/d)

• θ: زمان ماند هیدرولیکی (h)

ب) بارگذاری آلی

F/M = (Q × BOD₅) / (V × MLSS)

ج) نیاز هوادهی

OTR = (Q × (BOD₅_in - BOD₅_out) × 1.5) / (24 × 0.23)

کنترل و بهره‌برداری از سیستم EAAS

1. پارامترهای پایش روزانه

• pH: محدوده مطلوب 6.5-8.5

• اکسیژن محلول (DO): 1.5-3 mg/L

• MLSS و MLVSS

• شاخص حجمی لجن (SVI): مطلوب 50-150 mL/g

2. مشکلات عملیاتی و راهکارها

مقایسه EAAS با سایر روش‌های تصفیه

1. مقایسه با سیستم لجن فعال متعارف

2. مقایسه با سیستم SBR

• مزیت EAAS: پیوسته بودن فرآیند

• مزیت SBR: انعطاف‌پذیری بیشتر در تغییرات بار

توسعه‌های جدید در سیستم‌های EAAS

1. ادغام با فرآیندهای غشایی (EAAS-MBR)

• افزایش کیفیت پساب

• کاهش فضای مورد نیاز

• کنترل بهتر لجن فعال

2. بهینه‌سازی مصرف انرژی

• استفاده از هواده‌های کارآمد

• به کارگیری سیستم‌های کنترل هوشمند

• بازیابی انرژی از لجن

3. سیستم‌های EAAS با نیتریفیکاسیون/دنتریفیکاسیون پیشرفته

• حذف نیتروژن بهینه‌تر

• کاهش نیاز به مواد شیمیایی

ملاحظات زیست‌محیطی

1. کاهش ردپای کربن

• کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای

• بهینه‌سازی مصرف انرژی

2. مدیریت لجن

• کمیت کمتر لجن تولیدی

• پایداری بیشتر لجن

3. استفاده مجدد از پساب

• قابلیت استفاده در آبیاری فضای سبز

• کاربردهای صنعتی غیرحساس

نتیجه‌گیری

سیستم تصفیه فاضلاب به روش هوادهی گسترده (EAAS) با مزایای متعددی از جمله سادگی عملکرد، کیفیت بالای پساب خروجی و پایداری در برابر تغییرات بار آلی، گزینه مناسبی برای بسیاری از کاربردهای تصفیه فاضلاب محسوب می‌شود. اگرچه این سیستم به فضای نسبتاً زیاد و انرژی قابل توجهی برای هوادهی نیاز دارد، اما هزینه‌های عملیاتی پایین‌تر و کاهش مشکلات لجن مازاد، آن را به ویژه برای جوامع کوچک تا متوسط اقتصادی می‌کند. با پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های هوادهی و سیستم‌های کنترل، کارایی و مقرون‌به‌صرفه بودن این روش در حال بهبود مستمر است.

کلمات کلیدی: تصفیه فاضلاب، هوادهی گسترده، EAAS، لجن فعال، نیتریفیکاسیون، طراحی تصفیه خانه، بهره‌برداری از سیستم‌های تصفیه، مدیریت لجن مازاد.