فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار (RBC) روشی پیشرفته و کارآمد برای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است که به ویژه در کاهش آلایندههای آلی و مواد مغذی موثر است. دیسک بیولوژیکی چرخان به عنوان یک سیستم لایه ثابت، از مجموعهای از دیسکهای موازی و نزدیک به هم استفاده میکند که بر روی یک شفت چرخان نصب شده اند و تا حدی در فاضلاب غوطه ور هستند. این فرآیند، تجزیه هوازی آلایندهها را تسهیل میکند و تماس دهنده بیولوژیکی چرخان را به گزینهای قوی و کم هزینه برای تصفیه ثانویه در هر دو کاربرد فاضلاب شهری و صنعتی تبدیل میکند.
دیسک بیولوژیکی دوار (RBC) چیست؟
دیسک بیولوژیکی چرخان یا تماس دهنده بیولوژیکی چرخان (Rotating Biological Contactor) یک سیستم تصفیه فاضلاب با لایه ثابت پیشرفته است که برای تصفیه ثانویه پس از ته نشینی اولیه طراحی شده است. این سیستم شامل مجموعهای از دیسکهای پلاستیکی با قطر بزرگ و نزدیک به هم است که بر روی یک شفت افقی نصب شده اند و تا حدی در مخزنی حاوی فاضلاب غوطه ور هستند.
با چرخش آهسته شفت – معمولاً با سرعت ۲ تا ۵ دور در دقیقه – تقریباً ۴۰ درصد از هر دیسک در زیر آب باقی میماند و امکان قرار گرفتن متناوب در معرض فاضلاب و اکسیژن اتمسفر را فراهم میکند. این چرخش، رشد یک بیوفیلم متشکل از میکروارگانیسمها را روی سطوح دیسک تسهیل میکند که آلایندههای آلی و مواد مغذی موجود در فاضلاب را متابولیزه میکنند. این فرآیند به طور موثری نیاز بیوشیمیایی به اکسیژن (BOD)، مواد جامد معلق و سطح آمونیاک را کاهش میدهد و پسابی با کیفیت بالا و مناسب برای تخلیه یا تصفیه بیشتر تولید میکند.
اهمیت تصفیه فاضلاب با دیسک بیولوژیکی دوار (RBC)
دیسکهای بیولوژیکی چرخان روشی مؤثر و کارآمد برای تصفیه فاضلاب، به ویژه در جوامع کوچک تا متوسط و کاربردهای صنعتی هستند. آنها از مجموعهای از دیسکهای موازی و نزدیک به هم تشکیل شده اند که بر روی یک شفت چرخان نصب شده اند و تا حدی در فاضلاب غوطه ور هستند. با چرخش دیسک ها، میکروارگانیسمها روی سطوح آنها رشد میکنند و یک بیوفیلم تشکیل میدهند که آلایندههای آلی موجود در فاضلاب را متابولیزه میکند. این طراحی امکان راندمان بالای تصفیه را فراهم میکند، زیرا چرخش، قرار گرفتن مداوم بیوفیلم در معرض فاضلاب و اکسیژن اتمسفر را تضمین میکند و تجزیه هوازی آلایندهها را تسهیل میکند.
یکی از مزایای کلیدی سیستمهای RBC، مصرف انرژی پایین آنها در مقایسه با سایر روشهای تصفیه هوازی مانند فرآیندهای لجن فعال است. آنها همچنین به دلیل استحکام و توانایی خود در مدیریت نوسانات جریان و ترکیب فاضلاب شناخته شده اند و آنها را برای تاسیساتی با شرایط بارگذاری متغیر، مانند استراحتگاه ها، مناطق خدمات بزرگراه و جوامع کوچک، مناسب میکنند. علاوه بر این، RBCها فضای کمی اشغال میکنند، به حداقل نگهداری نیاز دارند و میتوانند با نیروی کار نسبتاً غیر ماهر کار کنند که به کاهش هزینههای عملیاتی کمک میکند. این ویژگی ها، RBCها را به انتخابی عملی و پایدار برای کاربردهای تصفیه فاضلاب غیرمتمرکز تبدیل میکند.
مراحل تصفیه فاضلاب با دیسک بیولوژیکی چرخان (RBC)
در ادامه به فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار (RBC) در تصفیه فاضلاب در مراحل مختلف اشاره میکنیم:
1. تصفیه مقدماتی و اولیه
قبل از ورود فاضلاب به سیستم RBC، تصفیه مقدماتی و اولیه برای حذف جامدات بزرگ و مواد قابل ته نشینی انجام میشود. تصفیه مقدماتی شامل غربالگری برای از بین بردن زبالهها و شن و ماسه، و محافظت از تجهیزات پایین دست است. تصفیه اولیه معمولاً از مخازن رسوب گذاری برای ته نشینی جامدات معلق و کاهش بار آلی روی RBC استفاده میکند. این مرحله برای جلوگیری از گرفتگی و تضمین عملکرد کارآمد مراحل تصفیه بیولوژیکی بسیار مهم است. با حذف مواد درشت و بخش قابل توجهی از جامدات معلق، این فرآیند زمینه را برای تصفیه ثانویه مؤثر در سیستم RBC فراهم میکند.
2. توسعه بیوفیلم روی دیسکهای چرخان
هسته سیستم RBC شامل مجموعهای از دیسکهای با قطر بزرگ و نزدیک به هم است که بر روی یک شفت افقی نصب شده اند. این دیسکها تا حدی – معمولاً حدود ۴۰٪ – در فاضلاب غوطه ور هستند. با چرخش آهسته شفت، حدود ۱ تا ۲ دور در دقیقه، دیسکها به طور متناوب بیوفیلم متصل را در معرض فاضلاب و هوای اتمسفر قرار میدهند. این چرخش، رشد میکروارگانیسمهای هوازی را روی سطوح دیسک تسهیل میکند و بیوفیلمی را تشکیل میدهد که آلایندههای آلی موجود در فاضلاب را متابولیزه میکند. قرار گرفتن متناوب در معرض این عوامل تضمین میکند که بیوفیلم هم مواد مغذی را از فاضلاب و هم اکسیژن را از هوا که برای فعالیت میکروبی ضروری است، دریافت کند.
۳. تخریب بیولوژیکی مواد آلی
با جریان فاضلاب از طریق واحد RBC، دیسکهای پوشیده از بیوفیلم میچرخند و میکروارگانیسمها را در تماس با آلایندههای آلی قرار میدهند. میکروبها این آلایندهها را متابولیزه میکنند و آنها را به دی اکسید کربن، آب و زیست توده اضافی تبدیل میکنند. چرخش، اختلاط و اکسیژن رسانی مداوم را تضمین میکند و کارایی فرآیند تخریب بیولوژیکی را افزایش میدهد. با گذشت زمان، زیست توده اضافی به دلیل نیروهای برشی ناشی از چرخش، جمع شده و از دیسکها جدا میشود. این زیست توده جدا شده در فاضلاب تصفیه شده معلق میشود و برای جلوگیری از انتقال به پساب نهایی، باید در مراحل بعدی تصفیه حذف شود.
۴. زلال سازی ثانویه
پس از فرآیند RBC، فاضلاب حاوی زیست توده جدا شده وارد یک زلال ساز ثانویه میشود. در این مخزن ته نشینی، جامدات بیولوژیکی معلق در کف ته نشین میشوند و لجن تشکیل میدهند. پساب زلال شده، که اکنون به طور قابل توجهی از نظر محتوای آلی و جامدات معلق کاهش یافته است، برای تصفیه بیشتر یا تخلیه از سیستم خارج میشود. لجن ته نشین شده معمولاً حذف شده و یا به مرحله تصفیه اولیه بازگردانده میشود یا به فرآیندهای مدیریت لجن هدایت میشود. زلال سازی ثانویه برای اطمینان از مطابقت پساب نهایی با استانداردهای تخلیه زیست محیطی و حفظ راندمان کلی فرآیند تصفیه فاضلاب ضروری است.
۵. بهینه سازی و نگهداری سیستم
عملکرد یک سیستم RBC به چندین پارامتر عملیاتی، از جمله سرعت چرخش دیسک، عمق غوطه وری و پیکربندی مرحله بستگی دارد. معمولاً دیسکها با سرعتی بین ۱ تا ۲ دور در دقیقه میچرخند و حدود ۴۰٪ از سطح آنها در آب غوطه ور است. تنظیم این پارامترها میتواند انتقال اکسیژن و زمان تماس بین بیوفیلم و فاضلاب را بهینه کند و راندمان تصفیه را افزایش دهد. نگهداری منظم برای رسیدگی به مسائلی مانند رشد بیش از حد بیوفیلم، سایش مکانیکی و گرفتگی احتمالی بسیار مهم است. بازرسیها و تمیزکاری دوره ای، طول عمر و قابلیت اطمینان سیستم RBC را تضمین میکند و عملکرد تصفیه مداوم را در طول زمان حفظ میکند.
نکات مهم در طراحی دیسک بیولوژیکی دوار (RBC) در تصفیه فاضلاب
طراحی یک سیستم موثر دیسک بیولوژیکی چرخان (RBC) برای تصفیه فاضلاب شامل ملاحظات حیاتی متعددی برای تضمین عملکرد، دوام و کارایی بهینه است. در ادامه به عناصر مهم در طراحی فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار (RBC) در تصفیه فاضلاب اشاره میکنیم:
طراحی ساختاری و مکانیکی
- جنس و پیکربندی دیسک: دیسکها معمولاً از پلاستیکهای بادوام مانند پلی اتیلن یا PVC ساخته میشوند. آنها روی یک شفت افقی نصب میشوند و از هم فاصله دارند تا سطح کافی برای توسعه بیوفیلم فراهم شود.
- سطح غوطه وری: تقریباً 40٪ از هر دیسک در فاضلاب غوطه ور است و امکان قرار گرفتن متناوب در معرض هوا و آب را فراهم میکند که اکسیژن رسانی و جذب مواد مغذی را تسهیل میکند.
- سرعت چرخش: دیسکها با سرعت کنترل شده ای، معمولاً بین 2 تا 5 دور در دقیقه (RPM)، میچرخند تا انتقال اکسیژن، ضخامت بیوفیلم و نیروهای برشی را متعادل کنند.
-
پارامترهای بیولوژیکی و فرآیندی
- توسعه بیوفیلم: میکروارگانیسمها یک بیوفیلم روی سطوح دیسک تشکیل میدهند و با چرخش دیسکها در فاضلاب، آلایندههای آلی را تجزیه میکنند.
- زمان ماند هیدرولیکی (HRT): HRT کافی، زمان تماس کافی بین فاضلاب و بیوفیلم را تضمین میکند و راندمان حذف آلایندهها را افزایش میدهد.
- نرخ بارگذاری آلی: سیستم باید به گونهای طراحی شود که بار اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD) مورد انتظار را مدیریت کند و تصفیه مؤثر را بدون بارگذاری بیش از حد بیوفیلم تضمین کند.
ملاحظات عملیاتی
- پیکربندی مرحله: چندین مرحله (معمولاً ۴ تا ۵) به صورت سری برای دستیابی به سطوح تصفیه مطلوب، از جمله نیتریفیکاسیون در مراحل بعدی، استفاده میشوند.
- حساسیت به دما: عملکرد سیستم میتواند تحت تأثیر دمای فاضلاب قرار گیرد؛ تنظیمات طراحی ممکن است برای آب و هوای سردتر ضروری باشد.
- دسترسی به تعمیر و نگهداری: طراحی باید امکان دسترسی آسان به دیسکها و اجزای مکانیکی را برای بازرسی و نگهداری معمول فراهم کند.
یکپارچه سازی قبل و بعد از تصفیه
- تصفیه اولیه: حذف اولیه شن، زباله و روغن اضافی برای جلوگیری از گرفتگی و محافظت از سیستم RBC ضروری است.
- زلال سازی ثانویه: از یک زلال ساز در پایین دست برای ته نشینی و حذف بیوفیلم جدا شده و سایر جامدات معلق از پساب تصفیه شده استفاده میشود.