لجن فعال یکپارچه فیلم ثابت IFAS

IFAS

(Integrated Fixed Film Activated Sludge)

لجن فعال یکپارچه فیلم ثابت (IFAS)

استفاده از سطوح جامد و محیط‌های چسبنده فیلم ثابت در راکتورهای هوادهی یک مفهوم قدیمی است که در ابتدا عمدتاً برای طراحی‌های جدید به کار می‌رفت، اما در سال‌های اخیر به طور فزاینده‌ای به عنوان وسیله‌ای برای افزایش ظرفیت تصفیه و قابلیت حذف مواد مغذی تأسیسات لجن فعال موجود استفاده می شود. برخی از کارهای اولیه با پکینگ مدیای ثابت غوطه ور با توسعه فرآیند هوادهی تماسی آغاز شد که در دهه های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ به طور گسترده در ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفت.

در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰، کار سیستم کاربردی (لجن فعال یکپارچه فیلم ثابت) IFAS در ایالات متحده آمریکا به‌ویژه در زمینه ادغام و اصلاح فناوری‌های فیلم ثابت و لجن فعال آغاز شد. متناسب با مشکل امروزی مانند نیازهای سخت‌گیرانه‌تر در کیفیت پساب خروجی، هزینه بالای افزایش حجم مخزن هوادهی و راههای با بودجه کمتر،منجر به توسعه فناوری IFAS(لجن فعال یکپارچه فیلم ثابت) برای ارائه راه‌حلی جذاب برای کاربردهای فاضلاب معرفی شد.

مدیا های پلاستیکی شناور آزاد در ابتدا توسط Kaldnes-Miljoteknologi در نروژ برای کاربرد در چیزی که آنها به عنوان راکتور بیوفیلم بستر متحرک KMT نامگذاری کردند، توسعه یافت. محیط شامل عناصر استوانه‌ای بیوفیلم کوچکی بود که از پلی اتیلن یا پلی پروپیلن ساخته شده بودند. فرآیند MBBR با استفاده از این مدیا با موفقیت در فاضلاب نسبتاً رقیق و سرد در چندین تصفیه خانه در نروژ برای حذف کربن و نیتروژن اعمال شد. چندین تصفیه خانه با انعطاف پذیری قابل توجهی در پیکربندی و عملکرد خود ساخته شدند.

تحولات اخیر در IFAS (لجن فعال یکپارچه فیلم ثابت) چند مزیت را برای این سیستم برجسته کرده است. یکی از رایج ترین مشکلات عملیاتی در سیستم های تصفیه فاضلاب لجن فعال مرسوم در سراسر جهان، ته نشینی ضعیف جامدات بیولوژیکی است،

فرآیند تصفیه فاضلاب IFAS (لجن فعال یکپارچه فیلم ثابت)

این فرآیند یک روش تصفیه هیبریدی است و تصفیه فاضلاب توسط MLSS و بیوفیلم چسبیده روی مدیای بیولوژیکی انجام می شود. از طرفی یک توسعه در فرایند لجن فعال است با این تفاوت که مدیا ( ثابت یا معلق) به مخزن هوادهی اضافه شده است و از طرفی یک فرآیند رشد چسبیده شبیه MBBR یا RBC می باشد. کلمه هیبرید می تواند هر نوع فرآیند تصفیه را توصیف کند که ویژگی های چندین فناوری مختلف را ترکیب می کند.

این فرآیند بیشتر برای افزایش ظرفیت هیدرولیکی تصفیه خانه های موجود استفاده می شود و بدون ساخت مخزن جدید با اضافه کردن مدیای ثابت یا معلق به مخزن هوادهی لجن فعال همزمان با ارتقای سیستم هوادهی میسر می شود. البته هدف مهم دیگر از استفاده از فرآیند IFAS افزایش حذف مواد مغذی درفاضلاب می باشد از مزایای جنبی دیگر این سیستم بهبود وضعیت ته نشینی لجن در کلاریفایر می باشد.

فرآیند IFAS گاهی اوقات با فرآیند راکتور بیوفیلم بستر متحرک (MBBR) اشتباه گرفته می شود، زیرا هر دو فرآیند از یک نوع مدیا استفاده می کنند. با این حال، MBBR از لجن فعال برگشتی (RAS) استفاده نمی کند و بنابراین یک فرآیند فیلم ثابت خالص است. فرآیند IFAS دارای لجن برگشتی است و غلظت‌های مایع مخلوط را حفظ می‌کند که نمونه‌ای از فرآیند لجن فعال معمولی است.

هدف اساسی یک فرآیند IFAS، فراهم کردن بیومس اضافی در حجم راکتور یک فرآیند لجن فعال، به منظور افزایش ظرفیت سیستم یا ارتقاء عملکرد آن است، در واقع، غلظت موثر جامدات معلق مایع مخلوط (MLSS) اساساً می‌تواند با استفاده از مدیا در یک فرآیند IFAS دو برابر شود. از آنجایی که زیست توده بر روی یک سیستم مدیا ثابت است، غلظت مایع مخلوط با رشد معلق افزایش نمی‌یابد و عملکرد زلال‌کننده‌های نهایی پایین‌دست تحت‌تاثیر منفی افزایش نرخ بارگذاری جامدات قرار نمی‌گیرد. در واقع، در بسیاری از موارد، عملکرد کلاریفایر با کاهش شاخص حجم لجن (SVI)، در نتیجه رشد فیلم ثابت، بهبود می‌یابد.

 

فرآیند IFAS(لجن فعال یکپارچه فیلم ثابت) را می توان تقریباً برای هر نوع طرح جریان فرآیند اعمال کرد. پیکربندی شماتیک و راکتور عمدتاً در مناطق هوازی فرآیندهای تصفیه برای افزایش حذف نیاز بیوشیمیایی اکسیژن (BOD) و نیتریفیکاسیون استفاده شده است بنابراین، بسیاری از کاربردهای IFAS اصلاح شده اند فرآیند از نوع Ludzack-Ettinger (MLE یا MLE پیشرفته از آن جمله است.

اصل یک سیستم IFAS افزایش حذف BOD و نیتروژن بیش از حذفی است که می‌توانست تنها با استفاده از MLSS انجام شود. ترکیب حذف در بیوفیلم و مایع مخلوط، پیچیدگی طراحی سیستم های IFAS را نسبت به لجن فعال و MBBR ها افزایش می دهد.

بیوفیلم هیبریدی/سیستم های لجن فعال

معرفی یک محیط پشتیبانی بیوفیلم می تواند برای افزایش عملکرد سیستم های لجن فعال مورد استفاده قرار گیرد. این سیستم ها به عنوان سیستم های هیبریدی یا سیستم های لجن فعال با فیلم ثابت (IFAS) نامیده می شوند. یک سیستم هیبریدی با هر دو بیوفیلم و لجن فعال کار می کند. مواد پکینگ بیوفیلم باید به گونه ای انتخاب شود که توسط لجن فعال معلق در راکتور مسدود نشود. مواد پکینگ شامل مدیا‌های معلق (مانند MBBR) یا مواد پکینگ ثابت از جمله رشته‌های پلاستیکی، پکینگ PVC ساختاریافته یا کنتاکتورهای بیولوژیکی دوار غوطه‌ور است. به طور کلی، باکتری هایی که کندتر رشد می کنند ترجیحاً در بیوفیلم تجمع می یابند. به این ترتیب یک تصفیه خانه با بار زیاد یا بیش از حد (با SRT کوتاه) را می توان به نیتریفیکاسیون ارتقا داد.

با گذشت زمان سیستم های IFAS با مدیای معلق به گسترده ترین سیستم های هیبریدی مورد استفاده تبدیل شده اند. آنها به دلایل مختلفی استفاده می شوند، از جمله: افزایش نیتریفیکاسیون. حذف افزایش یافته کربن، نیتروژن و فسفر بیولوژیکی؛ بهبود ته نشینی و ثبات عملیاتی؛ ردپای کاهش یافته و غیره است. با این حال، بیشترین هدف مورد استفاده، تقویت نیتریفیکاسیون است، با این هدف که بتوان به طور کامل در سن لجن هوازی زیست توده معلق کمتر از سیستم های لجن فعال معمولی نیتریفیک کرد. این منجر به کاهش ردپای برای تصفیه خانه نیتریف کننده، حذف نیتروژن و حذف بیولوژیکی مواد مغذی (BNR) می شود. عوارض جانبی بهبود ته نشین شدن زیست توده و پایداری عملیاتی است. بنابراین سیستم‌های IFAS اغلب برای ارتقای تصفیه خانه‌های لجن فعال معمولی (CAS) استفاده می‌شوند .

از مزایای سیستم های IFAS می توان به موارد زیر اشاره کرد:

(۱) قابلیت اضافه کردن ظرفیت اضافی یا بهبود عملکرد با افزودن مدیای بیشتر.

(۲) بیومس اضافی برای تصفیه بدون افزایش بارگذاری جامدات در زلال سازهای نهایی.

(۳)فرآیندهای تصفیه ی با نرخ بالاتر امکان پذیر است، بنابراین امکان تصفیه بیشتر در فضای کوچکتر را فراهم می کند.

(۴) بهبود ویژگی های ته نشینی (کاهش SVI).

(۵) کاهش تولید لجن.

(۶) نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان و بهبود یافته از اختلالات فرآیند.

 

از معایب سیستم های IFAS می توان به موارد زیر اشاره کرد:

(۱) پتانسیل برای بو (هنگام آبگیری مخزن)، مدیاهای ثابت

(۲) لوازم عملیاتی اضافی،

(۳) نیاز به جابجایی مدیاهای ثابت

(۴) افزایش افت هد مرتبط با مدیا ترپ نگهداری مدیا.

 

مدیا  در IFAS

در  IFAS انواع مدیا مورد استفاده قرار گرفته اند. به طور کلی، انواع مدیاها ممکن است به صورت ثابت یا شناور آزاد متمایز شوند. مدیاهای ثابت شامل مدیاهایی است که به صورت صفحات مواج پی وی سی باشند. محیط ثابت بر روی قاب ها نصب می شود و در حوضه لجن فعال ثابت می ماند. محیط شناور آزاد ممکن است از عناصر حامل پلاستیکی کوچک شبیه چرخ های واگن تشکیل شده باشد.

اساساً هر نوع مدیا را می توان در یک سیستم IFAS استفاده کرد. در اوایل توسعه IFAS، ورقه‌های مواد پلاستیکی و محیط‌های فیلتر چکنده به‌صورت تجربی مورد استفاده قرار گرفتند. ویژگی هایی که بر سودمندی بالقوه یک مدیای خاص تأثیر می گذارد عبارتند از: سطح ویژه آن (SSA)، آسیب پذیری در برابر گرفتگی، توانایی کنترل رشد روی مدیا، دوام، الزامات نصب و الزامات اپراتوری آن است.

کاربردهای متعددی از یک محیط پلاستیکی ثابت، مانند مدیای فیلتر چکنده یا مواد بسته بندی در قفس، در فرآیند لجن فعال وجود داشته است. مشکلی که معمولاً با این نوع مدیا تجربه می‌شود، پتانسیل گرفتگی درون مدیا است که در نتیجه پارچه‌ها و سایر مواد جامد درشت وجود دارد. اگرچه برخی کاربردهای متداول و موفقیت‌آمیز از مدیاهای پلاستیکی ثابت در کاربردهای صنعتی وجود دارد، اما گرایش در کاربردهای شهری استفاده از نوعی مدیا پلاستیکی شناور آزاد بوده است که به عنوان عناصر حامل پلاستیک نیز شناخته می‌شود.

سیستم های IFAS با مدیاهای پلاستیکی ممکن است با درصد پر شدن تا ۶۵ درصد طراحی شوند. کسر مجاز پرکننده محیط پلاستیکی بالاتر از حد مجاز با سایر انواع مدیا های شناور آزاد است، زیرا محیط پلاستیکی پتانسیل پایین تری برای اتصال مدیا ترپ دارد و به این دلیل که در شرایط اختلاط کامل در راکتور راحت تر نگهداری می شود. در طول نصب اولیه، مدیا تمایل دارد تا روی سطح آب شناور شود تا زمانی که کاملاً “خیس” شود،

 

سطح اکسیژن محلول در  IFAS

فرآیندهای لجن فعال معمولاً با سطح اکسیژن محلول ۲.۰ میلی گرم در لیتر یا کمی بیشتر عمل می کنند. فرآیندهای فیلم ثابت از سطوح بالاتری از اکسیژن محلول بهره می برند.

سطح هوادهی نه تنها سطح اکسیژن محلول را کنترل می کند، بلکه میزان اختلاط و تمیز کردن زیست توده را نیز کنترل می کند. سطح مناسبی از هوادهی برای حفظ اختلاط و هدایت مشروب مخلوط که حاوی اکسیژن محلول است به داخل و در سراسر بخش مدیا مورد نیاز است. مقدار معینی از آبشستگی زیست توده مطلوب است، اما تلاطم بیش از حد باعث حذف بیش از حد زیست توده و کاهش راندمان تصفیه می شود.

 

دسترسی به دیفیوزرها در IFAS

دسترسی به شبکه دیفیوزرهای هوادهی واقع در زیر یک بخش مدیا ای به صورت دوره ای برای نگهداری مورد نیاز است. دسترسی را می توان با تهیه وسیله ای برای جابجایی قفسه های مدیا ای در داخل مخزن، مانند لغزش آنها روی ریل، یا با بلند کردن قفسه ها با جرثقیل سقفی به دست آورد. از آنجا که دسترسی به دیفیوزرها اغلب مورد نیاز نیست، ممکن است حذف مدیا با جرثقیل مقرون به صرفه تر و ساده تر باشد. در این حالت باید کابل های بالابر متصل به قاب ها و متصل به کناره های حوضچه ارائه شود. توجه داشته باشید که در صورت قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، محیط ممکن است خراب شود، بنابراین هنگام آبگیری یک مخزن، مدیا باید از قرار گرفتن در معرض نور خورشید محافظت شود.

 

بو در IFAS

بوها مشکلی ندارند مگر اینکه یک مخزن آبگیری شود و بخش مدیا ای با زیست توده در معرض هوا قرار گیرد. در این شرایط، بوها می توانند بسیار شدید باشند. پیشنهاد می شود که قبل از آفلاین کردن مخزن، جریان زباله به مخزن متوقف شود و هوادهی برای مدتی ادامه یابد تا زیست توده فعال “سوزاند”. این کار هیچ منبع بالقوه بو را از بین نمی برد، اما ممکن است پتانسیل را کاهش دهد.