بررسی و امکان‌سنجی کاربرد فرآیند پیشرفته IDEA در تصفیه فاضلاب شهری

در سیستم‌های تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی از فرآیندهای مختلفی استفاده می‌شود. یکی از مشهورترین این فرآیندها، لحن فعال (یا به‌صورت خاص لجن فعال از نوع هوادهی گسترده) است که در بیشتر نقاط دنیا به‌کار گرفته می‌شود.
با تحقیقات گسترده‌‌ای که بر روی این سیستم صورت گرفته است. فرآیندهای تکمیل شده مختلفی از لجن فعال معرفی گردیده است. یکی از این فرآیندهای تکمیل شده لجن فعال SBR و در سال‌های اخیر سیستم پیشرفته‌ای به‌نام IDEA می‌باشد.
IDEA فرآیند ساده، پیشرفته و اقتصادی است که برای تصفیه فاضلاب جوامع کوچک به‌کار می‌رود و استانداردهای زیست‌محیطی پساب خروجی را با شرایط مناسبی برآورده می‌سازد. در واقع IDEA که نوع پیشرفته‌ای گسترده می‌باشد.
از مزایای این سیستم علاوه بر اکسیداسیون مواد آلی گزینه می‌توان به نیترات‌زائی، نیترات‌زدائی، ته‌نشینی جامدات، عدم نیاز به حوض ته‌نشینی اولیه و جداسازی پساب تصفیه‌شده از لجن ته‌نشین شده اشاره کرد.
هوادهی دوره‌ای فاضلاب رشد باکتری‌ها را تسریع کرده و سبب تجزیه مواد آلی به محصولاتی از قبیل آب، دی‌اکسیدکربن، سلول‌های جدید و نمک‌های نیتراته می‌گردد.
در این فرآیند تصفیه کامل شامل سه مرحله پیوسته‌ هوادهی، ته‌نشینی جامدات و جداسازی جریان خروجی می‌باشد.
امروزه همزمان با رشد فزاینده فناوری زیستی، سیستم‌های تصفیه فیزیکی، شیمیائی و بیولوژیکی فاضلاب نیز به‌صورت قابل‌ملاحظه‌ای توسعه یافته‌اند. از این میان، فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب با توجه به ماهیت خاص آن و تنوع انواع ارگانیزم‌های دخیل در انجام واکنش‌های بیولوژیکی شکل و ابعاد مختلفی را به خود گرفته است.
فرآیندهائی از قبیل فرآیندهای مختلف لجن فعال، صافی چکنده، لاگوت‌های هوادهی، برکه‌های تثبیت، فیلترهای بی‌هوازی و هوازی و ... از جمله مواردی می‌باشند که می‌توان به آنها اشاره نمود.
همزمان با شناخت واکنش‌های بیولوژیکی و اصول کینتیکی مربوطه، استفاده از فرآیندهای مناسبتر به‌منظور کاهش و حذف آلاینده‌های خاص و مشکل‌ساز مطرح گردید، فسفر و نیتروژن که به‌عنوان عناصر محدودکننده رشد موجودات ریز گیاهی در منابع آب سطحی شناخته می‌شوند، از جمله آلاینده‌هائی می‌باشند که از طریق فرآیندهای متعارف تصفیه فاضلاب به‌طور مناسب قابل حذف نبوده و همراه با پساب خروجی از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب به منابع زیست‌محیطی وارد شده و باعث مشکلات خاصی نظیر حذف اکسیژن محلول آب، رشد سریع توده‌های گیاهی، تهدید زندگی موجودات آبزی، پدیده مغذی شدن منابع آبی و ... را فراهم می‌نمایند.
از سوئی عدم توانائی فرآیندهای متعارف تصفیه فاضلاب در حذف ترکیب سنتتیک سخت تجزیه‌پذیر یا غیرقابل تجزیه بیولوژیکی موجود در فاضلاب نظیر انواع ترکیبات داروئی و سایر ترکیبات شیمیائی و نفتی لزوم دستیابی به فرآیندهای پیشرفته و مناسب را در جهت حذف اینگونه آلاینده‌ها با اهمیت می‌سازد.
ضمن آنکه افزایش جمعیت و توسعه سریع کلان شهرها در شرایط کنونی وضعیتی را ایجاد کرده است که به‌علت عدم دسترسی به زمین ارزان قیمت و مناسب، افزایش ظرفیت هیدرولیکی و فرآیندی تصفیه‌خانه‌ها از طریق توسعه فیزیکی ابعاد تصفیه‌خانه عملاً میسر نبوده یا با مشکلات بسیار حادی روبرو است و در نتیجه جوامع انسانی به‌ویژه در شهرهای بزرگ را با معضلات زیست‌محیطی متعددی مواجه نموده است.
لذا انجام مطالعات لازم و بررسی‌های دقیق کارشناسی به‌منظور دسترسی به راهکارهای مناسب و فرآیند جدید و مطلوب جهت مرتفع ساختن مشکلات زیست‌محیطی به‌عنوان یک اصل مهم و غیرقابل انکار باید در دستور کار کلیه سازمان‌ها و نهادهای درگیر با این موضوع قرار گیرد.
● توصیف فرآیند
روش متعارف تصفیه فاضلاب شامل انواع مختلفی از فرآیندهای لجن فعال بود که در بیشتر نقاط دنیا به‌کار گرفته می‌شد. در بیشتر نقاط دنیا، نیاز برای ساختن واحدهای کوچک تصفیه فاضلاب بسیار بیشتر از واحدهای بزرگ می‌باشد. در این میان سیستم هوادهی گسترده می‌تواند گزینه مناسبی باشد. یک زنجیره معمولی تصفیه فاضلاب برای سیستم هواده یگسترده شامل پیش ته‌نشینی مکانیکی؛ هوادهی، ته‌نشینی و کلززنی می‌باشد.
یکی از سیستم‌هائی که در تصفیه‌خانه‌های کوچک می‌تواند به‌کار گرفته شود فرآیند راکتورهای ناپیوسته متوالی (SER) می‌باشد. فرایند SBR یکی از روش‌های اصلاح شده لجن فعال است. در بعضی از نقاط دنیا مطالعات زیادی در تبدیل راکتورهای ناپیوسته متوالی به واحدهای هوادهی گسترده انجام شده است (به‌خصوص استرالیا). در فرآیند SBR تنها از یک حوضچه استفاده می‌گردد و فاضلاب بعد از ورود به حوضچه هوادهی شده، با ایجاد شرایط مسکون (در همان حوضچه) پساب جدا می‌گردد.
در سال ۱۹۷۰، استفان جونز در استرالیا سیستم پیشرفته‌ای از SBR را معرفی کرد که با نام فرآیند IDEA مشهور شد. اولین واحد IDEA ساخته شده در انگلستان به‌نام ”Bathurst-Box“ معروف شده بود. استفاده از این روش باعث می‌شود که جریان بتواند به‌صورت مستمر وارد سیستم شود. در این حالت، نیاز به هیچ بخش مکانیکی خاصی برای تغییر جریان به حوضچه‌های متعدد نمی‌باشد.
در سیستم IDEA پس از عبور فاضلاب از واحد اشغالگیری، جریان از طریق بخش‌های مشخص‌شده‌ای مستقیماً وارد حوضچه راکتور می‌گردد که تصفیه بیولوژیکی و جداسازی جامدات در آن به‌صورت متناوب انجام می‌گیرد. در این حالت احتیاجی به یکنواخت‌سازی جریان و حوضچه‌های متعدد نمی‌باشد.
هر چرخه عملیات تصفیه در هر روز ۴ تا ۶ بار اتفاق می‌افتد. هر کدام از این چرخه‌ها شامل سه فاز می‌باشد: هوادهی، ته‌نشینی و جداسازی. این چرخه‌ها ممکن است برای حصول درجه بالاتری از حذف نیتروژن و فسفر تغییراتی بیابد (۱ و ۲).
▪ تصفیه مقدماتی
مانند هر سیستم تصفیه دیگر، سیستم IDEA وقتی خوب کار می‌کند که جامدات غیرآلی از فاضلاب جداسازی شده باشند. در بیشتر سیستم‌های تصفیه IDEA کوچک از واحد آشغالگیر میله‌ای استفاده می‌کنند معمولاً در واحدهای بزرگتر از واحدهائی مانند سپتیک تانک استفاده می‌شود که قادر به جداسازی جامدات معلق و شناور می‌باشد.
▪ کالکتر یکنواخت‌کننده سرعت جریان ورودی (IVE) این بخش سرعت جریان ورودی را تنظیم و از تلاطم‌های ایجاد شده جلوگیری می‌کند. علاوه بر این کالکتر IVE سرع‌های هیدرولیکی جریان رو به پائین را که به واسطه جریان ورودی ایجاد می‌گردد، تغییر می‌دهد بنابراین از اغتشاش بیومس در تمام الگوهای جریان د طی فاز ته‌نشینی و جداسازی جلوگیری می‌کند.
▪ بخش Omni-Flow
بخش Omni-Flow (ناحیه پیش‌واکنش) شکل مکعبی یا استوانه‌ای دارد و جریان از کف حوضچه به طرف بالا قرار داده می‌شود این حالت باعث می‌گردد که تا ۳۶۰ درجه فضای باز بین کنار قسمت انتهائی بخش Omni-Flow و کف حوضچه وجود داشته باشد. این نوع طراحی باعث ایجاد نسبت پائینی از جریان هیدرولیکی به سطح مقطع حوضچه می‌گردد (عموماً کمتر از ۳:۱). آهنگ انتقال پائین بین ناحیه پیش‌واکنش و راکتور باعث می‌گردد که جریان به آرامی از میان زیست توده عبور کند و در هنگام فاز ته‌نشینی و جداسازی، شستشوی جامدات اتفاق نیافتند.
ناحیه پیش‌واکنش ایجاد شده در درون بخش Omni-Flow مجزا، با نسبت F:M بالا، بر مشکلات ناشی از بارگذاری هیدرولیکی و آلی پیک زودگذر غلبه می‌کند جذب BOD۵ اولیه تتا حدود ۷۰ الی ۸۰ درصد توسط بیومس‌ها به‌دست آمده است. به واسطه نسبت F:M بالا، رشد ارگانیسم‌های رشته‌ای کند می‌گردد و در نتیجه احتمال باکینگ لجن ضعیف می‌گردد (۳)
▪ سیستم هوادهی
سیستم هوادهی IDEA بسته به خصوصیات حوضچه، حجم فاضلاب و میزان آلودگی شامل چهار سیستم هوادهی است. از هر چهار نوع سیستم هوادهی دیفیوزری (حباب ریز، حباب درشت و ...) می‌توان در این سیستم استفاده نمود. ولی پرکاربردترین سیستم هوادهی، دیفیوزرهای با حباب ریز می‌باشد. مزیت عمده این سیستم‌ها نسبت به سیستم‌های تصفیه متداول مانند SBR به‌صورت زیر است:
- ساخت ساده
- هزینه سرمایه‌گذاری و راهبری پائین‌تر
- همه واکنش‌ها در یک راکتور رخ می‌دهد
- راهبری ساده به لحاظ تخصصی
- حداقل نیاز به حمایت‌های تکنیکی
- حذف BOD و جامدات معلق
- حذف مواد مغذی کمکی در طی فرآیند
- وجود چرخه خشک و مرطوب در راکتور
● خصوصیات فرآیندی سیستم IDEA
فاضلاب پیش تصفیه شده (آشغالگیر و شن‌گیر) مستقیماً وارد راکتور می‌گردد که در آن تصفیه بیولوژیکی و حذف جامدات به‌صورت همزمان صورت می‌گیرد و جامدات در یک تانک منفرد ته‌نشین می‌گردند؛ بنابراین نیازی برای تانک‌های ته‌نشینی مجزا نمی‌باشد. هوادهی دوره‌ای فاضلاب رشد باکتری‌ها را تسریع می‌کند و باعث تجربه مواد آلی به آب و سازمان‌های جدید و محصولات فرعی مانند دی‌اکسیدکربن و نمک‌های نیترات می‌گردد هوادهی به‌صورت منظم قطع می‌گردد، در نتیجه لجن و میکروارگانیسم‌ها ته‌نشین می‌شوند.
در این حالت مایع زلال روئی از آن خارج می‌گردد. یکی از مزایای قطع هوادهی، ایجاد شرایط مناسب برای رشد باکتری‌های بی‌هوازی و تبدیل نیترات به‌ گاز نیتروژن می‌باشد. به‌صورتی که نیتروژن از فاضلاب به‌خوبی حذف می‌گردد. برای کنترل نسبت F:M مقداری از لجن به‌صورت مرتب حذف می‌شود. جریان خروجی از تانک باید گندزدائی شود تا در پساب از نظر میکروبی شرایط مناسب را پیدا کند.
در یک واحد بزرگ ساخته شده در انگلستان که از هواده دیفیوزی استفاده می‌کردند بیش از ۹۰% جامدات و مواد آلی از فاضلاب حذف گردیدند. همچنین مقداری از موادمغذی کمکی مانند ازت و فسفر نیز حذف شدند.
حوضچه‌های راکتور IDEA، جمعیت MLSS از Img/I تا ۱۰،۰۰۰mg/I را در خود گسترش می‌دهند. غلظت DO در آنها بین (۳-۰) می‌باشد. بنابراین شوک بارگذاری‌های آلی در آن کمتر اثر گذارده و در نتیجه حذف فسفر و نیتروژن در سیستم به‌خوبی انجام می‌گیرد. از آنجائی‌که فرآیند IDEA مشابه با هوادهی گسترده در زمان مانند سلولی بالا راهبری می‌شود، بنابراین لجن کمتری تولید می‌گردد.
در فرآیند IDEA، مانند همه فرآیندهای تصفیه هوازی، آلودگی توسط باکتری‌های هوازی با مصرف اکسیژن کاهش می‌یابد. در طی فاز هوادهی فرآیند IDEA، باکتری‌ها به‌صورت طبیعی رشد می‌کنند و از مواد آلی و اکسیژن استفاده می‌کنند. محصولات جانبی این فرآیند دی‌اکسیدکربن و آب می‌باشد. این فرآیند به‌صورت زیر می‌باشد:
(۱)
BoD۵+O۲ -----> CO۲+H۲o
▪ حذف ازت و فسفر در سیستم IDEA
۱) نیترات‌زائی
نیتروژن در فاضلاب به دو شکل نیتروژن آلی و نیتروژن آمونیاکی وجود دارد. در فرآیند IDEA، نیتروژن آمونیاکی و آلی به‌وسیله دو فرآیند طبیعی متوالی (باکتری‌های هوازی) به نیترات تبدیل می‌شوند. در اولین مرحله، نیتروزومونوس‌ها NH (مثبت ۴) را به نیتریت و در مرحله دوم نیتروباکترها نیتریت را به نیترات تبدیل می‌کنند.
(۲)
NH+۴ + ۳/۲O۲ -->NO-۲ + ۲H+H۲O
(۳)
NO-۲ + ۱/۲O۲ --> NO
۲) نیترات‌زدای
در فرآیند IDEA، باکتری‌ها از کربن آلی برای تبدیل نیترات به‌کار نیتروژن، آب و دی‌اکسیدکربن استفاده می‌کنند. این فرآیند در یک محیط آنوکسیک اتفاق می‌افتد که باکتری‌های نیترات‌زدا اکسیژن را از مولکول‌های نیترات تهیه می‌کنند و سبب تبدیل نیترات به گاز ازت می‌شوند.
(۴)
NO۳+ کربن --> N۲+H۲O+CO۲
۳) حذف فسفر
تحت شرایط ایجاد شده توسط فرآیندی IDEA، حذف فسفر از طریق بیولوژیکی صورت می‌گیرد. میکروارگانیسم‌های موجود در مایع مخلوط قادر به حذف مقداری از فسفر فاضلاب هستند.
▪ طراحی فرآیند
هر چرخه استاندارد IDEA، چهار ساعت طول می‌کشد که شامل فازهای زیر است:
۱) فاز هوادهی و واکنش (۲ ساعت)
۲) فاز ته‌نشینی (۱ ساعت)
۳) فاز جداسازی (۱ ساعت)
در تمام مراحل چرخه جریان ورودی قطع نمی‌گردد. در دو فاز انتهائی (ته‌نشینی و جداسازی) هوادهی قطع می‌گردد و جداسازی جامدات و پساب در طی چرخه در زمان قطع هوادهی اتفاق می‌افتد.بارگذاری BOD و غلظت آمونیاک در جریان ورودی، جرم زیست توده (MLSS) موردنیاز در حوضچه را تعیین می‌کند. عموماً از نسبت F:M در تعیین جرم زیست توده برای بارگذاری مشخص BOD علاوه بر الزامات زمان ماند سلولی برای فرآیند نیترات‌زائی استفاده می‌گردد.
نسبت F:M معمول در طراحی فرآیند F:M می‌باشد. شاخص حجمی لجن (SVI) برای تعیین حجم اشغال شده توسط جرم محاسبه شده زیست توده در حوضچه به‌کار می‌رود. مقدار SVI معمول استفاده شده در طراحی فرآیند IDEA در محدوده (Ib.BOD/Ib.MLSS/d (۰/۰۵-۰/۱۲ است. در هر سیکل مقدار مشخصی لجن دفع می‌شود. این به فرآیند IDEA امکان بهره‌برداری در حالت ثابت را به‌منظور حفظ غلظت طراحی فرآیند را می‌دهد که براساس دو عامل می‌تواند تعیین شود.
۱) بارگذاری هیدرولیکی
۲) بارگذاری آلی و نسبت F:M
در یک سیکل ۴ ساعته فرآیند با داشتن مقدار جریان حجمی ورودی می‌توان حجم حوضچه را نسبت به زمان مانند لازم در هر فاز تعیین نمود. عموماً طول و عرض حوضچه طوری محاسبه می‌شود که نسبت L:W=۳:۱ حفظ شود این نسبت یک الگوی جریان پیستونی در حوضچه IDEA ایجاد می‌کند.
براساس زمان هوادهی و درجه آلودگی فاضلاب به‌راحتی می‌توان اکسیژن موردنیاز روزانه را محاسبه نمود و با محاسبه آنها، قدرت‌دهنده‌ها یا دیفیوزها را تعیین کرد (۶، ۷، ۸ و ۹).
▪ مطالعه موردی
در یک سیستم IDEA ساخته شده در استرالیا ابعاد کامل و حجم واحدها به‌صورت زیر بود:
فاضلاب ورودی به تصفیه‌خانه ابتدا از اشغالگیر و دانه‌گیر عبور کرده و سپس وارد ایستگاه پمپاژ شده و از آنجا به دو تانک هوادهی پمپ هدایت می‌گردید. تانک‌ها به ابعاد ۶۶ متر طول، ۲ متر عرض، ۹/۲ متر عمق و تعداد دو واحد انتخاب گردید. در کف هرکدام از تانک‌ها از دیفیوزهای ثابت با حباب ریز استفاده شده است.
بعد از عبور جریان از میان حوض منقسم، جریان وارد یک کانال توزیع‌کننده شده که در آن از دیفیوزهای حباب درشت استفاده می‌شود. فاضلاب از طریق این کانال وارد ۴ تانک لجن فعال می‌گردد. هر تانک دارای ۶۸ متر طول، ۲۷ متر عرض و ۶/۴ متر عمق است. عمق نرمال کارکردی هر واحد ۱/۳ تا ۸/۳ متر می‌باشد. فرآیند چرخه‌ای ۴ ساعته در آنها شامل دو ساعت هوادهی، یک ساعت ته‌نشینی و یک ساعت جداسازی می‌باشد که باز چرخه از نوع شروع می‌گردد. مکانیسم جداسازی شامل ردیفی از لوله‌های بازومانند است که در سرتاسر خروجی‌های تانک قرار گرفته است.
از طریق یک سیستم سیفون، جریان خروجی کنترل می‌گردد. بدین‌صورت که هنگامی‌که جریان به ارتفاع ۸/۳ متر سیفون شروع به عمل می‌کند و جریان خارج می‌گردد و هنگام رسیدن به عمق ۲/۳ متر جریان خروجی متوقف می‌گردد. لجن ایجاد شده از طریق ۲ پمپ مستغرق خارج شده و از طریق پلیمرهای کاتیونی تصفیه می‌گردد.
در عمل، نسبت F:M بهترین ابزار طراحی بری تعیین مقدار MLSS که باید در حوض هوادهی نگهداری شود، می‌باشد. یکی از تمایزهای مهم سیستم هوادهی گسترده نسبت به لجن فعال پائین بودن نسبت F:M آن می‌باشد (کمتر از KgBOD۵۰/۱ در هر روز به‌ازاء هر MLSS kg تولید شده)، ولی یکی از مهمترین تمایزهای آنها درصد سلول فعال در راکتور می‌باشد. در راکتور لجن فعال این نسبت حدود ۵۰ درصد و در راکتور هوادهی گسترده حدود ۱۰ درصد می‌باشد.
نسبت F:M پذیرفته‌شده برای سیستم IDEA برابر با ۰۴/۰(kg BOD۵/Kg MLSS/day) می‌باشد. غلظت MLSS طراحی حدود ۴۰۰ mg/l می‌باشد. در عمل بسته به بارگذاری لجن و خصوصیات ته‌نشینی لجن، غلظت MLSS در دامنه ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰mg/l می‌باشد. در طراحی واحد هوادهی استفاده از غلظت MLSS برابر با ۴۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر حجم مناسبی را از حوض هوادهی ایجاد می‌کند (۱۰، ۱۱ و ۱۲).
▪ زمان ماند سلولی (SRT)
سن لجن پارامتر بهتری نسبت به F:M برای طراحی می‌باشد. در ابتدا، سن لجن انتخاب شده باید بزرگتر از سرعت رشد بیومس مدنظر باشد. برای مثال، اگر مدنظر است که در سیستم باکتری‌های نیترات ساز رشد کنند باید سن لجن بیشتر از ۱۰ روز باشد. از طرف دیگر برای سوبستراتی که به‌صورت معلق در سیستم وجود دارد، تجربه بهتر مستلزم به‌کارگیری زمان ماند بالاتر می‌باشد. برای فاضلاب‌های خانگی با سرعت ثابت واکنش BOD۵ برابر با ۱/۰ d^&#۷۱۳;۱ ارتباط بین سن لجن و سوبستره مصرف شده از طریق زیر نشان داده می‌شود:
(۵)
(Sa=BODt=BODu(۱-۱۰^&#۷۱۳;۰.۱
Sa= اکسیژن معادل با سوبستره کربن مصرف‌شده (Kg/d)
BOD=BODu کربنه نهائی (Kg/d)
ّBOD=BODT کربنه مصرف‌شده در زمان Kg/d)T)
بنابراین در فرآیند متعارف لجن فعال در زمان ماند برابر ۵ روز، تنها حدود ۷۰ درصد سوبستره کربنه می‌تواند مصرف شود، ۳۰ درصد باقیمانده در لجن باقی می‌ماند. برای یک فرآیند IDEA در زمان ماند برابر با ۳۰ روز یا بیشتر، بیش از ۹۹ درصد سوبستره کربنه ممکن است مصرف شود (۱۳ و ۱۴).
▪ اکسیژنه کربنه مورد نیاز (Rc):
Rc فرآیند باید مستقیماً متناسب با مقدار سوبستره کربنه مصرف شده باشد که تابعی از سن لجن است در فرآیند هوادهی گسترده Rc کمتر از BOD نهائی می‌باشد. زیرا اکسیژن مربوط به MLVSS قابل تجزیه از سیستم حذف می‌گردد که برابر با ۴۲/۱ kgO۲/KgMLVSS می‌باشد.
Rc=BODu-۱.۴۲FBVSS(MLVSS
FBVSS= نسبت MLVSS قابل تجزیه
به واسطه زمان ماند سلولی بالا در فرآیند FBVSS, IDEA به واسطه تجمع VSS غیرقابل تجزیه از SS ورودی و تجزیه سلول باقیمانده نسبتاً پائین می‌باشد. FBVSS برابر با ۳۵/۰ توسط Chong در سال ۱۹۸۷ براساس بالانس جرمی برای فرآیند IDEA با ۳۰ روز سن لجن به‌دست آمده است. از طریق RC، BOD۵ می‌تواند به‌صورت زیر بیان گردد:
(RC= ۱.۴۶BOD۵-۱.۴۲FBVSS(MLVSS)(V
▪ اکسیژن مورد نیاز نیتروژنه (Rn)
Rn از طریق زیر محاسبه می‌گردد:
(Rn=۴.۶PN(NT)-۲.۹PDNPN(NT
Rn= اکسیژن مورد نیاز خالص
NT= کل نیتروژن ورودی در دسترس
PN= نسبت ازت ورودی اکسیدشده
PDN= نسبت نیترات دنیزه شده
در محاسبه NT باید نیتروژنی را که از طریق لجن مازاد و پساب خروجی خارج می‌گردد مورد محاسبه قرار بگیرد، به‌طور معمول این مقدار ۳۰ درصد در نظر گرفته می‌شود.
۵.۲.۳) اکسیژن مورد نیاز در فرآیند:
اکسیژن مورد نیاز کل در فرآیند حاصل مجموع اکسیژن مورد نیاز کربنه و نیتروژنه می‌باشد:
(۹)
RT=RC+Rn
▪ اکسیژن موردنیاز پیک دوره‌ای
ظرفیت سیستم هوادهی باید به‌گونه‌ای باشد که اکسیژن موردنیاز یک دوره‌ای را پاسخگو باشد بارگذاری سوبستره پیک دوره‌ای در یک واحد کوچک می‌تواند تا سه برابر بارگذاری متوسط بالا باشد. در این سیستم ظرفیت انتخاب شده تا حدی از این نوسانات پیشگیری می‌کند. نسبت پیک به متوسط ۲۵/۱ برای تعیین میزان اکسیژن در فرآیند IDEAA انتخاب می‌گردد.
▪ ویژگی تجهیزات هوادهی
اکسیژن انتقال‌یافته در هر حالت وابسته به خصوصیات فاضلاب است. از آنجائی که محاسبه این عوامل مشکل است. ظرفیت تجهیزات هوادهی معمولاً براساس نرخ انتقال اکسیژن استاندارد (SOTR) مشخص می‌گردد.
نرخ انتقال اکسیژن در حالت عملی، OTR می‌تواند به SOTR از طریق زیر تبدیل گردد:
SOTR= C۲۰٭&#۹۲۰;۲۰-TOTR^۱ / &#۹۴۵;(&#۹۴۶;CT* - C^۱)
SOTR= نرخ انتقال اکسیژن در آب تمیز در شرایط استاندارد KgO۲/h
OTR= نرخ انتقال اکسیژن در مایع مخلوط و شرایط آزمایشی، KgO۲/h
C۲۰ = غلظت اشباع DO در آب تمیز در دمای کاری، mg/۱
&#۹۴۵; = KLa ۱/KLa، نسبت KLa در مایع مخلوط به آب تمیز
*&#۹۴۶;= Cs۱/C، نسبت غلظت اشباع DO در مایع مخلوط به آب تمیز
&#۹۲۰;= ضریب تصحیح‌ دمای محیط
C= غلظت DO در مایع مخلوط، mg/l
در فرآیند هوادهی گسترده، غلظت DO در مایع مخلوط در طی شرایط بارگذاری پیک ۱mg/l فرض می‌گردد که برای انجام فرآیند کافی می‌باشند.
با فرض T=۲۰,&#۹۲۰;=۱.۰۲۴,&#۹۴۶;=۰.۹,&#۹۴۵;=۰.۸۵ در نتیجه SORT=۱.۵OTR^۱. اگر هوادهی مکانیکی طرحی مورد استفاده قرار بگیرد، هواده‌های شناور باید براساس تغییرات سطح آب در داخل حوضچه تعیین گردد (۱۵، ۱۶ و ۱۷).
● مزایا و معایب کلی فرآیند IDEA
▪ مزایا
۱) فرآیند بهبودیافته‌ای است که سیستم SBR استاندارد را توسط هزینه راهبردی و مزایای بهره‌برداری و بیولوژیکی ارتقاء می‌دهد.
۲) جریان ورودی پیوسته، امکان بارگذاری متعادل را به تمام حوضچه‌ها فراهم و بهره‌برداری و کنترل فرآیند را تسهیل می‌کند. در این مورد، امکان بهره‌برداری تک‌حوضچه‌ای هنگام تعمیرات و شرایط کم جریان وجود دارد.
۳) سیستم کنترلی بر پایه زمان - نه جریان - را به‌کار می‌گیرد که رابطه‌ای ثابت بین هوادهی، ته‌نشینی و تخلیه ایجاد می‌کند. زمان هوادهی یکسان در طول روز، بدون توجه به مدت زمان سیکل، فراهم می‌شود.
۴) پساب دارای BOD۵ و TSS زیر است.
۵) نتیجه حذف نوترنیت‌ها؛ زیر ۱mg/I-N آمونیاک، ۱mg/I-P فسفر و ۵mg/I ازت کل می‌باشد.
۶) حجم لجن تولیدی کم و تثبیت شده بوده و به سادگی آبگیری می‌شود.
۷) امکان بهره‌برداری پیوسته و بدون میان بر زدن جریان را فراهم می‌کند.
۸) نیازی به‌اضافه نمودن مواد شیمیائی و یا فیلتراسیون نیست.
۹) برای تصفیه فاضلاب‌های شهری و صنعتی مناسب است.
۱۰) تحمل پیک‌های هیدرولیکی و آلی
۱۱) نصب ساده و بادوام
۱۲) حجم سرمایه‌گذاری اولیه کمتر، بتن‌ریزی کمتر، حفاری کمتر، سطح زمین کمتر
۱۳) هزینه بهره‌برداری پائین
▪ معایب
۱) مصرف انرژی در طی فرآیند بهره‌برداری زیاد می‌باشد.
۲) ته‌نشینی لجن تولیدی به‌سختی صورت می‌گیرد.
۳) مانند فرآیند SBR برای مقادیر زیاد دبی فاضلاب و شهرهای بزرگ مناسب نمی‌باشد (۱۸، ۱۹، ۲۰ و ۲۱)
● نتیجه‌گیری
امروزه کاربرد روش‌های مختلف تصفیه فاضلاب بسته به خصوصیات مختلف فرهنگی، اجتماعی، زیست‌محیطی، اقتصادی و ... هر منطقه‌ای انتخاب و برحسب دانش و فناوری قابل دسرس یک فرآیند خاص مطالعه و به مرحله اجراء درمی‌آید. خوشبختانه رشد چشمگیر فناوری‌های زیست‌محیطی به‌ویژه در بخش آب و فاضلاب از رشد بسیار چشمگیری برخوردار بوده است و در این راستا توجه مسئولیت به این امر و برخورداری از دیدگاه‌های نوین زیست‌محیطی می‌تواند در مرتفع ساختن معضلاب زیست‌محیطی جامعه نقش اساسی ایفاء نماید.
سیستم IDEA نسبت به دیگر سیستم‌های اصلاح‌یافته لجن فعال مزایای بیشتری را دارا است. این سیستم در واقع نوع پیشرفته‌ای از سیستم SBR است که مهمترین مزیت آن پیوستگی جریان در سیستم می‌باشد. از لحاظ اقتصادی انسبت به سیستم‌های مشابه لجن فعال و حتی فرآیند SBR هزینه بسیار کمتری را دارد.
از طرفی راهبری سیستم بسیار ساده‌تر از سیستم‌های مشابه خود می‌باشد. از مزایای مهم دیگر این سیستم حذف ازت و فسفر می‌باشد. در کنار بالا بودن راندمان حذف مواد آلی کربنه این سیستم راندمان خوبی را در حذف ازت و فسفر دارا است. در حال حاضر در سطح استان تهران کاربرد فرآیند SBR که فناوری مربوط به دهه ۱۹۶۰ میلادی می‌باشد برای شهرهای اوشان، قشم و میگون توسط یک کنسرسیوم مشترک از یک شرکت داخلی و خارجی در دست مطالعه می‌باشد که بهینه است در ارتباط با به‌کارگیری روش‌های نوین و پیشرفته به‌منظور جایگزینی روش‌های جدید اقدام مناسب به‌عمل آید.
لازم به توضیح است که پس از فرآیند IDEA، فرآیندهای مدرن و جدیدتری با همین مکانیزم و مزایای بسیار مطلو‌ب‌تر طراحی و به مرحله اجراء درآمده است که از این میان می‌توان به فرآیندهای ICEAS,A-IDEA, AAT, ICEAS و آخرین فناوری SBR، که تحت عنوان UNFED مشهور می‌باشد اشاره نمود.

نویسندگان: بهنام هوشیاری
دکترای مهندسی عمران محیط زیست - دانشگاه تهران
احمد سبزعلی
۱) Intermittent Decanting Extended Aeration References
۱) Eckenfelder, W.W. Jr., Goronszy, M.C., and Quirk, T.P., The activated sludge Process: state of the art, CRC Crit. Rev. Environ. Control. ۱۵, ۱۱۱, ۱۹۸۵
۲) Irvine, R.L>, Technology assessment of sequencing batch reactors, Natl. Tec. Inf. Serv., PB۸۵-۱۶۷۲۴۵/AS, ۱۹۸۵
۳) Irvine, R.L., Ketchum, L.H., Jr., Breyfogle, R.E., and Barth, E.F., Municipal application of sequencing batch treatment at Culver, Indiana, J.Water Pollut. Control Fed., ۵۵. ۴۸۴, ۱۹۸۳
۴) Irvine, R.L., Ketchum, L.H., Jr.,Arora, M.L.and Barth, E.F., An organic loading study of full-scale sequencing batch reactors, J.Water Pollut, Control Fed, ۵۷, ۸۴۷,۱۹۸۵
۵) Irvine, R.L.,Murthy, D.V.S., Aurora, M.L., Copeman, J.L.,and Heidman, J.A.,An analysis of the full-scale SBR at Grundy Center, lowa, J.Water Pollut. Control Fed, ۵۹,۱۳۲,۱۹۸۷
۶) Herzbrun, P.A.,Irvine, R.L.,and Malinowski, K.C.,Biological treatment of hazardous waste in sequencing batch reactors, J.Water Pollut. Control Fed., ۵۷,۱۱۶۳,۱۹۸۵
۷) Staszack, C.N., Full-Scale Demonstration of a Sequencing Batch Reactor for a Hazardous Waste Disposal Site, Report ۸۵-۲۱, New York State Energy Research and Development Authority, Albany, NY ۱۹۸۵
۸) Irvine, R.L.۵۰jka, ۵.A., and Colarruotolo, J.F., Enhanced biological treatment of leachates from industrial landfills, Hozardous Wastes, ۱,۱۲۳,۱۹۸۴
۹) Irvine, R.L., Applications of Sequencing Batch Reactors for Treatment of Municipal and Industrial Wastewaters, Research Grant, National Sciece Foundation&#۰۳۹;s Program of Research Applided to National Needs, July ۱۹۷۶ to April ۱۹۷۹
۱۰) Alleman, J.E.and Irvine, R.L., Nitrification in the sequencing batch biological reactor J.water Pollut. Control Fed., ۵۳.۲۷۴۷.۱۹۸۰
۱۱) Alleman, J.E, and Irvine, R.L., Storage-induced denitrification using sequencing batch reactor operation, Water Res., ۱۴,۱۴۸۳.۱۹۸۰
۱۲) Ketchum, L.H., Jr.,Irvine, R.L.,Breyfogle, R.E.,and Manning, J.F., Jr.,A comparison of biological and Chemical phosphorus removals in continuous and sequencing batch reactors.J.Water Pollut. Control Fed., ۵۹, ۱۳.۱۹۸۷
۱۳) Manning, J.F., Jr.and Irvine, R.L., The biological removal of phosphorus in a sequencing batch reactor, J.Water Pollut. Control Fed., ۵۷, ۸۷, ۱۹۸۵
۱۴) Dennis, R.W. and Irvine, R.L. Effect of fill to react ratio on sequencing batch biological reactors, J.ater Pollut. Control Fed., ۵۱, ۲۵۵, ۱۹۷۹
۱۵) Chiesa, S.C., and Irvine, R.L., Growth and Control of filamentous microbes in activated sludge:an integrated hypothesis, Water es, ۱۹, ۴۷۱, ۱۹۸۵
۱۶) Chiesa, S.C., Irvine, R.L., and Manning, J.F., Jr., Feast/ famine growth requirements and activated sludge population selection, Biotechnol, Bioeny., ۲۷.۵۶۲.۱۹۸۵
۱۷) Murthy, D.V.S., Irvine, R.L.,and Hallas, L.E., Biodegradation of a herbicide wastestream in a sequencing batch reactor, paper presented at the Am. Inst. Chem. Eng. Annu. Met., New York City, November, ۱۹۸۷
۱۸) Brenner, A., Irvine, R.L., Ketchum, L.H., Jr., Kulpa, C.F., Jr., and Moreau, J.P., Treatabiity studies for on - site biological remediation of soils and leachates.
contaminated by coal conversion residuals and by-products.J.Hozordous Mater.,in press.۱۹) Irvine, R.L.and Busch, A.W., Sequencing batch biological reactors - an overview, J. Water Pollut. Control Fed., ۵۱, ۲۳۵, ۱۹۷۹
۲۰) Palis, J.C. and Irvine, R.L., Nitrogen removal in a low loaed single tank sequencing batch reactor, J.Water pollut. Control Fed., ۵۷, ۸۲, ۱۹۸۵
۲۱) Superfund Strategy (Washington, DC:U.S. Congress, Office of Technology Assessment, OTA-ITE-۲۵۲,April (۱۹۸۵)

منبع : ماهنامه مهرآب