تماسدهنده چرخان زیستی (RBC) که با عنوان تماسدهنده چرخان بیولوژیکی نیز شناخته میشود، یکی از فناوریهای نوین و کارآمد در حوزه تصفیه فاضلاب به شمار میرود. این فرآیند عمدتاً در مرحله تصفیه ثانویه و در برخی موارد در تصفیه پیشرفته مورد استفاده قرار میگیرد و بر پایه رشد چسبیده میکروارگانیسمها عمل میکند.
در سیستم RBC مجموعهای از دیسکهای دایرهای شکل، معمولاً از جنس پلیوینیل کلراید (PVC) یا پلیاستایرن، بر روی یک شفت افقی نصب شده و به وسیله موتور با سرعت کم درون یک حوضچه یا تانک بتنی به چرخش درمیآیند. بخش قابل توجهی از این دیسکها در فاضلاب غوطهور است و با چرخش مداوم، بهصورت متناوب در معرض فاضلاب و هوا قرار میگیرد. این ویژگی باعث ایجاد شرایط مناسب برای رشد لایه زیستی (بیوفیلم) بر سطح دیسکها میشود.
برخلاف فرآیند لجن فعال که در آن میکروارگانیسمها بهصورت معلق در توده فاضلاب حضور دارند، در روش RBC میکروارگانیسمها به سطح مدیا متصل شده و به شکل چسبیده رشد میکنند. این بیوفیلم با مصرف مواد آلی موجود در فاضلاب، نقش اصلی را در کاهش بار آلودگی ایفا میکند.
بهمنظور عملکرد صحیح سیستم، استفاده از واحد پیشتصفیه برای حذف مواد درشت و آشغالگیر الزامی است و پس از واحد RBC نیز معمولاً یک حوض تهنشینی ثانویه برای جداسازی تودههای زیستی جداشده از سطح دیسکها در نظر گرفته میشود. همچنین برای جلوگیری از رشد جلبک و گرفتگی بستر، باید از تابش مستقیم نور به سیستم جلوگیری شود.
در مجموع، فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار (Rotating Biological Contactor) به دلیل ساختار نسبتاً ساده، بهرهبرداری پایدار و کارایی مناسب در حذف آلایندههای آلی، به عنوان یکی از روشهای مؤثر تصفیه بیولوژیکی فاضلاب شناخته میشود.
توصیف فرآیند تماس دهنده بیولوژیکی چرخان (RBC)
تودههای رشد یافته زیستشناختی، در مرحله کار تماس دهندهها، به سطوح صفحهها میچسبند و سرانجام لایهای لزج را در تمامی سطح مرطوب صفحهها تشکیل میدهند. چرخش صفحهها، این توده زنده را بهطور متناوب با مواد آلی درون فاضلاب و سپس برای جذب اکسیژن، با هوا در تماس قرار میدهند. چرخش صفحهها به انتقال اکسیژن کمک کرده و توده زنده را در شرایط هوازی نگه میدارد. این چرخش، با نیروهای برشی که ایجاد میکند مکانیزمی برای جداسازی مواد جامد اضافی از صفحهها و حفظ مواد جامد ریزش کرده به حالت تعلیق نیز میباشد تا آنکه این مواد از این واحد به زلال ساز منتقل شوند. تماس دهندههای زیستشناختی چرخان را میتوان در تصفیه ثانویه به کاربرد، همچنین در حالتهای شورهسازی فصلی، پیوسته و شورهزدایی میتوان از آنها بهرهبرداری کرد.
تحلیل عملکرد فرآیند تماس دهنده بیولوژیکی چرخان
تماس دهندههای زیستشناختی چرخان را معمولاً بر پایه ضرایب بارگذاری بهدستآمده از واحدهای پیشاهنگ و صنعتی طراحی میکنند، اگرچه عملکرد آنها را میتوان با استفاده از رهیافتی شبیه به صافیهای چکنده نیز تحلیل کرد. هر دو معیار آهنگ بارگذاری هیدرولیکی و آلی را میتوان برای تعیین اندازههای واحدهای تصفیه ثانویه بکار برد. آهنگهای بارگذاری برای شورهسازی در هوای گرم و در طول سال بسیار کمتر از آهنگهای لازم برای تصفیه ثانویه است.
تعریفی دیگر از تماس دهندههای بیولوژیکی چرخان (Hammer&Hammer)
یک تماس دهندهی بیولوژیکی چرخان (RBC) از مجموعهای از بستههای پلاستیکی که بهصورت شعاعی در یک غلاف قرارگرفتهاند تشکیل شده است که به شکل استوانههایی از بستر میباشد. غلاف بهگونهای است که محیط پایین مخزن را پوشش میدهد بهگونهای که تقریباً 40 درصد بستر در فاضلاب غوطهور باشد. سطح تماس دهندهها در مدتی که در فاضلاب مستغرق است میتواند بهعنوان فضاهای خالی مورداستفاده قرار گیرد.
هنگامیکه بستر در خارج از مخزن میچرخد، فاضلاب مایع از فضاهای خالی سطح میچکد و توسط هوا جایگزین میشود. در ادامه یک رشد بیولوژیکی با فیلم ثابت شبیه به آنچه در یک صافی چکنده دیده شد روی سطح بستر رخ میدهد.
متغیرهایی که در خصوص مواد آلی فاضلاب و اکسیژن هوا در طول چرخش تأثیرگذارند شبیه متغیرهای صافی چکنده هستند. بیومس (جرم) اضافی از سطح بستر ریزش پیدا میکند (کنده میشود) و به بیرون حمل شده و جهت جداسازی ثقلی به جریان خروجی وارد میشود. یک سیستم تصفیه شامل یک واحد تهنشینی اولیه قبل از RBC و یک تهنشینی نهایی پس از RBC میباشد.
چون برگشت جریان در واحدهای RBC معمول نیست، فقط یک جریان زیرگذر از تهنشینی نهایی کافی است تا به حذف بیشتر جامدات بیولوژیکی در تهنشینی اولیه کمک نماید. لجن دفعی، خصوصیاتی مشابه لجن صافی چکنده دارد و دفع لجن در زلالساز اولیه انجام میگیرد.
در تصفیه فاضلاب شهری جهت کاهش BOD معمولاً یک سری چهار مرحلهای از این واحدها ساخته میشود، مراحل اضافی ممکن است جهت آغاز شورهسازی به سیستم اضافه شوند. هر مرحله بهعنوان یک حوضچهی اختلاط کامل عمل میکند و حرکت فاضلاب از میان مجموعهی مخازن بر اساس جریان پیستونی شبیهسازی میشود.
مهمترین ویژگیهای استفاده از دیسکهای بیولوژیکی چرخان (RBC)
- کاهش سطح زمین موردنیاز.
- کاهش برق مصرفی موردنیاز.
- افزایش راندمان تصفیهخانه تا 90% و افزایش توانایی حذف آلودگی تا 99%.
- مقاومت بیشتر در برابر شوکهای هیدرولیکی، آلی و سمی.
- تسریع در شکلگیری توده بیولوژیکی جهت عملیات تصفیه.
- مناسب جهت تصفیه پسابهای صنعتی.
فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار (RBC) چیست؟
فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار یا Rotating Biological Contactor (RBC) یکی از روشهای مؤثر تصفیه بیولوژیکی فاضلاب بر پایه رشد چسبیده میکروارگانیسمها است. در این روش، شرایط مناسبی برای فعالیت باکتریهای هوازی و در برخی لایهها بیهوازی فراهم میشود تا مواد آلی موجود در پساب تجزیه و حذف شوند.
در ساختار این سیستم، مجموعهای از دیسکهای دایرهای شکل از جنس پلیاستایرن یا پلیوینیل کلراید (PVC) با قطر تقریبی ۰٫۵ تا ۳ متر، بر روی یک شافت فولادی نصب میشوند. این دیسکها بهصورت موازی و با فاصلهای در حدود ۳ سانتیمتر از یکدیگر قرار گرفته و یک مدیای منسجم با سطح تماس بالا ایجاد میکنند. شافت به یک موتور الکتریکی متصل بوده و با سرعتی در حدود ۱ تا ۱٫۵ دور در دقیقه به چرخش درمیآید.
در حین عملکرد، حدود ۴۰ درصد از سطح دیسکها در فاضلاب غوطهور است و بخش دیگر بهصورت متناوب در معرض هوا قرار میگیرد. این چرخش پیوسته، اکسیژن مورد نیاز باکتریهای هوازی را تأمین کرده و امکان تشکیل و رشد لایه زیستی (بیوفیلم) بر سطح دیسکها را فراهم میسازد. بیوفیلم ایجادشده با مصرف مواد آلی محلول در فاضلاب، موجب کاهش BOD و بهبود کیفیت پساب خروجی میشود.
اجزای اصلی سیستم RBC
اجرای فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار مستلزم بهکارگیری مجموعهای از اجزای مکانیکی و زیستی است که هر کدام نقش مشخصی در عملکرد سیستم دارند:
۱. دیسکهای دوار
دیسکها مهمترین بخش سیستم محسوب میشوند و معمولاً از جنس PVC یا پلیاستایرن ساخته میشوند. این صفحات با چیدمان متراکم و فاصله استاندارد، سطح تماس بسیار بالایی (در برخی طراحیها بین ۹۳۰۰ تا ۱۶۷۰۰ مترمربع) برای رشد میکروارگانیسمها فراهم میکنند. میزان سطح ویژه تابعی از قطر، تعداد و فاصله دیسکها است.
۲. شافت فلزی
شافت، محور اصلی نگهدارنده دیسکها بوده و از فولاد مقاوم در برابر خوردگی ساخته میشود. طول و قطر آن بر اساس دبی فاضلاب ورودی و ظرفیت طراحی سیستم تعیین میگردد.
۳. موتور محرک
نیروی لازم برای چرخش یکنواخت دیسکها توسط موتور الکتریکی تأمین میشود. تنظیم سرعت چرخش اهمیت زیادی دارد، زیرا سرعت بیش از حد میتواند موجب جدا شدن بیوفیلم و سرعت کم باعث کاهش راندمان اکسیژنرسانی شود.
۴. بیوفیلم (لایه زیستی)
بیوفیلم تشکیلشده روی سطح دیسکها معمولاً ضخامتی بین ۱ تا ۴ میلیمتر دارد و شامل دو ناحیه عملکردی است:
-
لایه بیرونی هوازی برای اکسیداسیون مواد آلی
-
لایه داخلی با شرایط کماکسیژن یا بیهوازی
این ساختار لایهای امکان تجزیه مؤثر ترکیبات آلی و در برخی شرایط انجام فرآیندهای تکمیلی مانند نیتریفیکاسیون را فراهم میکند.
۵. پوشش یا محفظه محافظ
بهمنظور جلوگیری از ورود اجسام خارجی، کاهش اثرات تغییرات دمایی و جلوگیری از تابش مستقیم نور خورشید (که میتواند موجب رشد جلبک شود)، واحد RBC معمولاً درون یک سازه یا پوشش محافظ قرار میگیرد.
عملکرد RBC در تصفیه فاضلاب
در فرآیند RBC، با چرخش مداوم دیسکها، تماس متناوب میان فاضلاب و هوا برقرار میشود. این شرایط باعث میشود میکروارگانیسمهای مستقر بر سطح دیسکها، مواد آلی محلول را جذب و اکسید کنند. با افزایش ضخامت بیوفیلم، بخشی از آن بهطور طبیعی جدا شده و به واحد تهنشینی ثانویه منتقل میشود تا از جریان خروجی حذف گردد.
بهطور کلی، فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار به دلیل ساختار ساده، مصرف انرژی نسبتاً پایین، بهرهبرداری آسان و پایداری عملکرد، یکی از گزینههای مناسب برای تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی با بار آلی متوسط محسوب میشود.
مراجع
-
- مهندسی آب و فاضلاب، جلد اول، متکف
- تکنولوژی آب و فاضلاب، همر و همر