آبگیری لجن

در تانك ته نشيني ثانويه فاضلاب شهري مقادير زيادي لجن بيولوژيكي مازاد توليد مي شود که آبگیری لجن باید انجام شود. این لجن داراي مقادير بالاي تركيبات آلي و ميكروارگانيسم هاي مختلف بوده كه آبگيري لجن را دشوار مي كنند. روش هاي آمايش فيزيكي و شيميايي مختلفي جهت آمايش لجن استفاده مي شوند. از جمله روش هاي آمايش فيزيكي مي توان فرآيند انجماد را نام برد كه موجب تغيير در ساختار لخته هاي لجن شده و آب پيوندي آن را كاهش مي دهد. تاثير آمايش گرهاي فيزيكي را مي توان با كاربرد آمايش گرهاي شيميايي ارتقاء بخشيد. فرآيند الكتروفنتون يك روش آمايش الكتروشيميايي مي باشد كه از طريق اكسيداسيون تركيبات آلي لجن، به بهبود خواص آبگيري آن كمك مي كند.

جامدات و جامدات بيولوژيكي كه روي هم رفته لجن ناميده مي شوند، عمدتاً متشكل از جامداتي است كه در طي فرآيندهاي تصفيه فاضلاب توليد شده و به شكل مايع يا نيمه مايع هستند كه با توجه به عمليات و فرآيندهاي مورد استفاده، معمولاً به لحاظ وزني داراي 0.25تا %12جامدات مي باشند. اصطلاح جامدات زيستي همان طور كه به وسيله انجمن آب و محيط زيست WEF تعريف شده بيانگر اين حقيقت است كه مواد جامد فاضلاب فرآورده هاي آلي هستند كه مي توان آنها را پس از تصفيه با فرآيندهايي نظير تثبيت و كمپوست كردن مورد استفاده مفيد قرار داد. اجزاء يا مواد حذف شده در تصفيه، جامدات و جامدات زيستي عمدتاً داراي حجم بالايي بوده و پردازش، استفاده مجدد و دفع آنها امروزه پيچيده ترين مشكلي است.

مقدار لجن توليد شده در يك تصفيه خانه فاضلاب که باید آبگیری لجن بشود تقريباً معادل 1درصد فاضلاب تصفيه شده است. در حالي كه تصفيه فاضلاب چند ساعت وقت نياز دارد، تصفيه لجن توليد شده و آماده كردن آن براي دفع يا استفاده سودمند چند روز يا حتي چند هفته وقت لازم داشته و مستلزم استفاده از تجهيزات پيچيده تر است. اين مسئله باعث مي شود كه مديريت لجن 40تا 50درصد كل هزينه تصفيه فاضلاب را به خود اختصاص دهد. بنابراين تصفيه، استفاده مجدد و دفع لجن فاضلاب بايد توسط مقامات مسئول به روش هزينه كاه و با لحاظ كردن مقررات محلي، ايالتي و ملي انجام شود.

يكي از دغدغه هاي مهم در تصفيه آب و فاضلاب، حمل و نقل و آبگیری لجن حاصل از فرآيندهاي تصفيه فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي مي باشد. اين لجن داراي آب زياد، درصد جامدات معلق پايين، مقاومت بالا در مقابل آبگيري و ساير مشكلات مربوط به حمل و نقل و در نهايت دفع آن مي باشد كه هر كدام از اين خصوصيات، هزينه هاي فني و اقتصادي را افزايش مي دهد. آبگيري عبارت از حذف آب از لجن براي دستيابي به كاهش حجم بيشتر از آن است. آبگيري لجن منجر به ايجاد موادجامد يا نيمه جامد شده كه مديريت آن آسان تر مي باشد. آبگيري لجن قبل از كمپوست كردن آن ضروري است، تا جريان هوا راحت تر در آن نفوذ نمايد. هم چنين لجن قبل از خشك كردن حرارتي يا سوزاندن بايد آبگيري شده تا سوخت مورد نياز براي تبخير رطوبت
اضافي كاهش يابد. آبگيري لجن قبل از دفع در محل هاي دفن بهداشتي نيز ضروري است تا توليد شيرابه در محل هاي دفن بهداشتي كاهش يابد.لجن به وسيله صاف سازي، گريز از مركز، خشك كردن روي بستر يا در لاگون ها آبگيري مي شود.

لجن ثانويه آبگیری لجن با توجه به اينكه محتواي مواد آلي بالايي دارد، داراي مقادير زيادي آب باند شده و پيوندي است كه اين امر آبگيري مستقيم آن را دشوار مي كند. علت ديگر دشواري آبگيري لجن فعال مرتبط با حضور پليمرهاي خارج سلولي مي باشد. اين مواد با مقادير متنوعي در لجن فاضلاب حضور دارند و مقدار زيادي از آن به عنوان كپسول هيدراته در اطراف ديواره سلولي باكتري و مقدار كمتري به عنوان پليمرهاي لزج در لجن فعال حضور دارند. همچنين پلي ساكاريد، پروتئين و DNAكه تركيبات اصلي ECPهستند، آب را در خود نگه مي دارند و موجب افزايش ويسكوزيته و دشواري آبگيري لجن مي شوند.

آمايش لجن به فرآيند جداسازي جامد-مايع گفته مي شود و بخش مهمي قبل از تغليظ و آبگيري مكانيكي لجن مي باشد. آمايش لجن مي تواند توسط مواد شيميايي آلي يا غير آلي يا فرآيندهاي فيزيكي نظير حرارت دهي يا انجماد/گرمايش انجام شود. انجماد و به دنبال آن گرمايش لجن منجر به تغيير در ساختار آن و كاهش آب پيوندي مي گردد. اين روش لجن را به شكل فشرده تري تغيير داده و محتواي آب باند شده آن را به آب آزاد تبديل مي كند. بنابراين فيلتراسيون و ته نشيني آن آسان مي شود. اين پديده در بسترهاي لجن خشك كن در آب و هواي سرد مشاهده شده است. از اين رو روش انجماد گرمايش به عنوان يك روش آمايش فيزيكي كم هزينه در آب و هواي سرد در نظر گرفته مي شود.

پراكسيد هيدروژن يا H2O2نيز يك اكسيد كننده قوي جهت اكسيداسيون تركيبات آلي و آمايش لجن قبل از آبگیری لجن مي باشد. از طرفي سرعت واكنش اين ماده به تنهايي پايين مي باشد. فرآيند فنتون يكي از متداول ترين فرآيندهاي اكسيداسيون پيشرفته مي باشد كه از تركيب H2O2با يون فرو +Fe2در شرايط اسيدي بوجود مي آيد. يون فرو به عنوان كاتاليزور پراكسيدهيدروژن عمل كرده و راديكال هاي هيدروكسيل توليد مي كند كه پتانسيل اكسيد كنندگي آنها 2.8ولت مي باشد و قدرت اكسيد كنندگي قوي تري نسبت به H2O2به تنهايي (1.8ولت) دارد. راديكالهاي هيدروكسيل مي توانندتركيبات آلي را به طور كامل به تركيبات غير آلي نهايي مثل آب، كربن دي اكسيد و نمك هاي معدني تبديل كنند. همچنين فرآيند فنتون موجب تخريب EPS شده و ميزان مواد آلي لجن را كاهش مي دهد و از اين طريق به بهبود آبگيري لجن كمك مي كند. اما از طرفي ميزان مصرف H2O2و + Fe2در اين فرآيند بسيار زياد مي باشد. (آبگیری لجن)

به منظور افزايش كارايي فرآيند آبگیری لجن فنتون، امروزه فرآيند الكتروشيميايي به صورت الكتروفنتون به كمك اين روش آمده است. از مزاياي اين روش احياي كاتدي يون فريك و در نتيجه باز توليد يون فرو مي باشد. فرآيند الكتروفنتون با توليد يون فرو در محيط، در حقيقت فرآيند تركيبي است كه مزاياي هر دو فرآيندهاي الكتروشيميايي و اكسيداسيون فنتون را دارا مي باشد. كاربرد الكتروفنتون جهت بهبود آبگيري لجن مي تواند راندمان بالاتري نسبت به اكسيداسيون فنتون به تنهايي داشته باشد و در عين حال مقدار مصرفي H2O2را كاهش داده و مدت زمان واكنش را كوتاه تر مي كند.