روش های جدید تصفیه فاضلاب تنوع بالایی دارند و طی تحقیقات گسترده به صورت مداوم به تعداد آنها افزوده می شود. در تمام این روش ها هدف کاهش هزینه ها، پایین آوردن مصرف انرژی و افزایش راندمان در روند تصفیه است و برخی از آنها نسبت به بقیه نتایج بهتری را ارائه داده اند. به طوریکه می توان از آنها در پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی و غیره استفاده کرد. در ادامه روش های نوین تصفیه فاضلاب که با استقبال بیشتری مواجه شده اند را معرفی خواهیم کرد.
تصفیه فاضلاب با فیلتراسیون غشایی
یکی از بهترین روش های جدید تصفیه فاضلاب، استفاده از سیستم های فیلتراسیون غشایی است. این روش در بسیاری از انواع پکیج تصفیه فاضلاب بهداشتی قابل اجرا است و نوعی تصفیه بیولوژیکی را اجرا می کند. در این روش از سیستم های فیلتراسیون غشایی بعد از مخزن تصفیه بیولوژیکی استفاده می شود. در واقع در این روش به جای زلال سازی فاضلاب با قرار دادن آن در حالت ماند و سکون، فاضلاب تصفیه شده توسط باکتری ها را از فیلترهای غشایی عبور می دهند.
فیلتراسیون غشایی دارای منافذ بسیار ریزی است و ذرات معلق در فاضلاب نمی توانند از آن عبور کنند. به همین دلیل سرعت زلال سازی فاضلاب افزایش یافته و راندمان دستگاه تا حد مطلوبی بهبود پیدا می کند. این روش در فرآیند تصفیه فاضلاب به روش MBR اجرا می شود.
تصفیه فاضلاب با هیدرولیز حرارتی
باکتری، انگل و ویروس و پاتوژن های موجود در فاضلاب در برابر افزایش دما استقامت پایینی داشته و از این طریق می توان نسبت به حذف آنها اقدام کرد. در هیدرولیز حرارتی دمای مخازن تصفیه فاضلاب تا 165 درجه سانتی گراد افزایش پیدا می کند. برای بهبود روند تجزیه میکروارگانیسم های موجود در فاضلاب، فشار داخل مخزن را تا 12 بار می توان افزایش داد. در این شرایط بسیاری از باکتری ها تجزیه شده و در نهایت به بیوگاز تبدیل می شوند.
از مزایای هیدرولیز حرارتی می توان به سرعت بالا در تصفیه فاضلاب، تولید بیوگاز و کاهش مصرف انرژی اشاره کرد. با اجرای این روش در تصفیه خانه های بزرگ بیوگاز تولیدی به عنوان سوخت استفاده شده و نیاز به سوخت های فسیلی را کاهش می دهد.
بهترین روش های هیدرولیز حرارتی برای تصفیه فاضلاب شامل BioThelys و Exelys می شود. این روش ها هر یک مزایا و معایب خاصی داشته اما هر دو تاثیر چشمگیری در کاهش حجم لجن دارند:
تصفیه فاضلاب به روش BioThelys
BioThelys یک فرآیند هیدرولیز حرارتی است که برای بهبود کارایی هضم بی‌هوازی لجن فاضلاب استفاده میشود. این روش توسط شرکت Veolia Water Technologies توسعه داده شده و به منظور افزایش تولید بیوگاز و کاهش حجم لجن طراحی شده است.
ویژگی‌ها و مراحل فرآیند BioThelys
- پیش‌تصفیه حرارتی: لجن فاضلاب در دماهای بالا (حدود 150-170 درجه سانتی‌گراد) و فشار بالا (حدود 6-9 بار) به مدت 20 تا 30 دقیقه تحت حرارت قرار می‌گیرد.
- تجزیه مواد آلی پیچیده: در این مرحله، پلیمرها و مولکول‌های بزرگتر به اجزای کوچکتر و قابل‌هضم‌تر تجزیه میشوند.
- افزایش تولید بیوگاز: تجزیه حرارتی مواد آلی موجب افزایش قابلیت تجزیه‌پذیری بیولوژیکی و در نتیجه افزایش تولید بیوگاز در مراحل بعدی هضم بی‌هوازی میشود.
- کاهش حجم لجن: پس از هیدرولیز حرارتی، حجم لجن کاهش می‌یابد که به کاهش هزینه‌های دفع لجن کمک می‌کند.
- بهبود کیفیت لجن نهایی: لجن حاصل از فرآیند BioThelys با کاهش بوی نامطبوع و افزایش پایداری، کیفیت بهتری دارد و می‌تواند برای کاربردهای مختلفی مانند کوددهی مورد استفاده قرار گیرد.
مزایای BioThelys
- افزایش تولید بیوگاز تا 30-50 درصد
- کاهش حجم لجن تا 40-50 درصد
- بهبود کیفیت لجن نهایی
- کاهش بوی نامطبوع و آلودگی‌های زیست‌محیطی
تصفیه فاضلاب به روش هیدولیز حرارتی Exelys
Exelys نیز یک فرآیند هیدرولیز حرارتی پیشرفته است که توسط شرکت SUEZ Water Technologies & Solutions توسعه داده شده است. این روش نیز به منظور بهبود کارایی هضم بی‌هوازی و کاهش حجم لجن طراحی شده است.
ویژگی‌ها و مراحل فرآیند Exelys
- پیش‌تصفیه حرارتی: لجن در دماهای بالا (حدود 160-180 درجه سانتی‌گراد) و فشار بالا (حدود 6-12 بار) به مدت حدود 30 دقیقه تا 1 ساعت تحت حرارت قرار می‌گیرد.
- تجزیه مواد آلی: مواد آلی پیچیده به مولکول‌های کوچکتر و قابل‌هضم‌تر تجزیه میشوند که موجب افزایش قابلیت تجزیه‌پذیری بیولوژیکی میشود.
- فرآیند نیمه‌پیوسته: Exelys به صورت نیمه‌پیوسته عمل می‌کند، به این معنی که لجن به صورت متناوب به سیستم اضافه میشود و فرآیند هیدرولیز و تخلیه به صورت دوره‌ای انجام میشود.
- افزایش تولید بیوگاز: تجزیه حرارتی مواد آلی موجب افزایش تولید بیوگاز در مراحل هضم بی‌هوازی میشود.
- کاهش حجم لجن: فرآیند Exelys باعث کاهش حجم لجن نهایی میشود که هزینه‌های حمل و نقل و دفع لجن را کاهش می‌دهد.
- یکپارچگی با سایر فرآیندها: Exelys می‌تواند به راحتی با سایر فرآیندهای تصفیه و مدیریت لجن یکپارچه شود.
مزایای Exelys
- افزایش تولید بیوگاز تا 50 درصد
- کاهش حجم لجن تا 30-50 درصد
- کاهش هزینه‌های عملیاتی و نگهداری
- بهبود کیفیت لجن نهایی و کاهش بوی نامطبوع
مقایسه BioThelys و Exelys
- دمای عملیات: BioThelys در دماهای حدود 150-170 درجه سانتی‌گراد و Exelys در دماهای حدود 160-180 درجه سانتی‌گراد عمل می‌کند.
- فشار: فشار مورد نیاز برای BioThelys حدود 6-9 بار و برای Exelys حدود 6-12 بار است.
- کارایی: هر دو روش به طور قابل‌توجهی تولید بیوگاز را افزایش داده و حجم لجن را کاهش می‌دهند، اما Exelys ممکن است به دلیل دما و فشار بالاتر، کارایی کمی بیشتر داشته باشد.
- یکپارچگی با سیستم‌های موجود: هر دو روش می‌توانند به راحتی با سیستم‌های موجود تصفیه فاضلاب و مدیریت لجن یکپارچه شوند، اما Exelys به دلیل فرآیند نیمه‌پیوسته‌اش ممکن است انعطاف‌پذیری بیشتری داشته باشد.
تصفیه فاضلاب با اکسیداسیون
در فاضلاب های صنعتی مقدار بسیار زیادی فلزات سنگین وجود دارد که با ورود به محیط زیست باعث بروز بیماری های متعدد می شوند. یکی از بدترین انواع این فلزات، کروم است که به شیوه های گوناگون می توان آن را حذف کرد. یکی از روش های جدید تصفیه فاضلاب، استفاده از اکسیداسیون برای حذف فلزات سنگین از قبیل کروم است.
در روش های نوین تصفیه فاضلاب برای حذف این فلزات به کمک اکسیداسیون از اکسید تیتانیوم، فنتون و آب اکسیژنه استفاده می شود. از مزایای این روش می توان به عدم تولید ترکیبات مضر جانبی اشاره کرد و تنها منجر به اکسید شدن فلزات سنگین و ته نشینی آنها در کف مخزن می شود.
تصفیه فاضلاب با جذب سطحی
در این روش با جذب متابولیکی مواد آلی به سمت زیست توده بیولوژیکی شناور در فاضلاب هدایت می شوند. در نتیجه در زمان کوتاه مقدار زیادی از آلاینده ها به کمک این زیست توده تجزیه و در نهایت فاضلاب تصفیه می شود.
تصفیه فاضلاب با جلبک
در فاضلاب های حاوی مواد رادیواکتیو روش های بیولوژیکی کاربرد ندارد، چون باکتری ها نمی توانند این مواد را تجزیه کنند. یکی از روش های جدید تصفیه فاضلاب که با هزینه کم و بودن نیاز به مواد شیمیایی مواد رادیواکتیو را حذف می کند، استفاده از جلبک Spirogyra است. این نوع جلبک قدرت بالایی در تجزیه مواد رادیواکتیو دارد.
در این روش تصفیه بیولوژیکی با جلبک Spirogyra انجام می شود و به همین دلیل برای تصفیه فاضلاب بیمارستانی و سایر انواع پکیج تصفیه فاضلاب قابل اجرا است.
تصفیه فاضلاب با فتوکاتالیستی خورشید
در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب لجن زیادی تولید می شود و هزینه بالایی برای تخلیه آنها باید صرف شود. به همین دلیل در روش های جدید تصفیه فاضلاب تلاش می شود تا وزن لجن تا حد زیادی کاهش یابد. یکی از روش های موثر در این زمینه، استفاده از فتوکاتالیست خورشیدی (Solar Photocatalytic Wastewater Treatment) است. علاوه بر از بین رفتن باکتری و مواد آلی موجود در فاضلاب، لجن مقدار زیادی از رطوبت خود را از دست داده و وزن آن کاهش پیدا می کند.
تصفیه فاضلاب با پلاسما
در فاضلاب های حاوی فلزات سنگین می توان از اشعه پلاسما برای تصفیه استفاده کرد. در این روش اشعه پلاسما به فاضلاب تابیده شده و باعث اکسید شدن فلزات می شوند. دلیل اکسید شدن فلزات در فاضلاب، آزاد شدن رادیکال های آزاد O و OH بعد از تابش اشعه پلاسما است.
از مزایای این روش می توان به اجرای سریع، عدم نیاز به مواد شیمیایی، عدم تولید ترکیبات مضر جانبی اشاره کرد. از دیگر مزایای آن می توان به گندزدایی فاضلاب به صورت همزان با اکسید کردن فلزات اشاره کرد.
تصفیه فاضلاب با پیل های سوختی الکترونی
یکی دیگر از روش های جدید تصفیه فاضلاب بیولوژیکی، استفاده از پیله های سوختی الکترونی (Microbial Fuel Cells) است. در این روش از باکتری های اگزوالکتریکی استفاده میشود که نقش مهمی در تولید جریان برق در روند تصفیه دارند. در این روش پیله های سوختی الکترونی وارد فاضلاب شده و الکترولیز رخ می دهد. باکتری های اگزوالکتریکی مواد آلی را اکسید می کنند. در نتیجه الکترون ها با سرعت بسیار بالایی به سمت آند حرکت می کنند و در نهایت به تولید جریان برق منتهی می شود.
تصفیه فاضلاب به روش AVF
از بهترین روش های نوین تصفیه فاضلاب می توان به AVF اشاره کرد. در این روش بدون نیاز به سیستم های فیلتراسیون جانبی و پمپ و غیره همزان تصفیه فاضلاب و پاکسازی فیلتر لایه میانی مخزن انجام می شود. فاضلاب حاوی مواد آلاینده از انتهای مخزن رو به بالا حرکت کرده و از فیلترهای مخصوص عبور می کند. به طور همزمان جریان دیگری از بالا به پایین حرکت کرده و باعث جداسازی ذرات تجمع یافته روی فیلتر می شود.
تصفیه فاضلاب به روش EFLOX
همان طور که اشاره شد، کاهش وزن لجن یکی از موارد مهم در روند تصفیه است تا هزینه های تخلیه آن کم شود. برای کاهش وزن لجن روش EFLOX معرفی شده است. در این روش تجزیه به کمک انرژی برق انجام شده و در نهایت لخته ها به حوضچه دایره ای انتقال داده میشوند. لجن ته نشین شده در کف این حوضچه ها وزن کمی دارد و با هزینه کم قابل تخلیه هستند.
جمع بندی
در روش های جدید تصفیه فاضلاب بیشتر به استفاده از فرآیندهای بیولوژیکی تاکید شده و از مواد شیمیایی به ندرت استفاده می شود. از بهترین این روش ها می توان به AVF، EFLOX، فتوکاتالیستی خورشیدی، جذب سطحی و تصفیه با پلاسما اشاره کرد.
