فرآیند IDEA در تصفیه فاضلاب: هوادهی گسترده متناوب دوفاز به زبان ساده
آنچه میخوانید...
در سیستمهای تصفیه فاضلاب، فرآیند لجن فعال یکی از پایهایترین روشهای بیولوژیکی برای حذف مواد آلی و در بعضی موارد مواد مغذی (نیتروژن و فسفر) است. با گذشت زمان، روشهای بهینهسازی و اصلاح بر پایه لجن فعال معرفی شدند تا راندمان، پایداری و هزینههای عملیاتی کاهش یابد. یکی از روشهای نوین و کارآمد در این حوزه، تصفیه فاضلاب به روش هوادهی گسترده متناوب دوفاز یا همان فرآیند IDEA (Intermittent Decanted Extended Aeration) است که ابتدا در نیو ساوت ولز استرالیا توسعه یافت و سپس توسط مؤسسه علوم و فناوری کره در سال ۱۹۹۸ به ثبت رسید.
فرآیند تصفیه پساب به روش IDEA شاخهای از سیستمهای لجن فعال با هوادهی گسترده به شمار میآید که جدایی فازها (هوادهی، تهنشینی، تخلیه) را به شکل متناوب در یک یا چند مخزن اجرا میکند.
ویژگی متمایز فرآیند IDEA در تصفیه فاضلاب این است که فرآیندها در یک مخزن ترکیبی انجام میشوند و نیاز به مخزن تهنشینی جداگانه و پمپ بازگشت لجن وجود ندارد. علاوه بر آن، فرآیند حذف نیتروژن و فسفر نیز در شرایط مناسب قابل انجام است، که برای کنترل آلودگی مواد مغذی اهمیت بسیاری دارد.
در ادامه، به بررسی کامل این روش، مزایا، محدودیتها، طراحی و نکات عملی پرداخته خواهد شد.
پکیج تصفیه فاضلاب مبتنی بر IDEA
اصول و عملکرد فرآیند IDEA
فرآیند تصفیه پساب به روش IDEA ترکیبی است از:
- هوادهی (Aeration)
- توقف هوادهی و تهنشینی (Settling)
- تخلیه (Decanting)
اما تفاوت مهم با سیستم SBR (راکتور دستهای متوالی) این است که ورودی فاضلاب به صورت پیوسته است، اما خروجی تصفیه شده و تخلیه در فواصل زمانی خاص انجام میشود.
در واقع، IDEA یک مخزن (یا دو مخزن در نوع دو فاز) دارد که به دفعات (به طور معمول ۶ تا ۸ بار در روز) چرخههای هوادهی → تهنشینی → تخلیه را انجام میدهد.
در هر چرخه:
- هوادهی: هوا وارد مخزن شده، میکروارگانیسمها با اکسیژن تغذیه میکنند و مواد آلی را تجزیه میکنند.
- توقف هوادهی + تهنشینی: هوادهی قطع میشود، اجازه داده میشود لجن و جامدات معلق تهنشین شوند، و فاز مایع بالایی آرام میماند.
- تخلیه (Decant): بخش مایع تصفیه شده از بالای مخزن به صورت متناوب تخلیه میشود.
این چرخه تکرار میشود و در طی یک روز ممکن است ۶ تا ۸ بار اجرا گردد.
نوع تکمخزن (Single Tank IDEA) و نوع دو فاز یا دو مخزن ترکیبی (Dual Tank IDEA) وجود دارد. در حالت دو مخزن، یک مخزن هوادهی دائمی و یک مخزن متناوب وجود دارد که برخی از مشکلات تک مخزن را کاهش میدهد.
مراحل تصفیه فاضلاب با روش هوادهی گسترده متناوب دو فاز (IDEA)
۱. تصفیه مقدماتی در فرآیند IDEA
در فرآیند تصفیه فاضلاب به روش IDEA، همانند سایر روشهای تصفیه، عملکرد مطلوب سیستم زمانی حاصل میشود که جامدات غیرآلی و معلق از فاضلاب جدا شوند.
در سیستمهای کوچکتر IDEA معمولاً از آشغالگیر میلهای برای جداسازی مواد درشت استفاده میشود، در حالی که در واحدهای بزرگتر، سپتیک تانک بهکار میرود تا مواد شناور و معلق را از فاضلاب حذف کند.
کالکتور یکنواختکننده سرعت جریان (IVE)
واحد IVE وظیفه دارد سرعت جریان ورودی را تنظیم کرده و از ایجاد تلاطم در مخزن جلوگیری کند. این بخش با تغییر سرعت جریان رو به پایین، از اغتشاش بیومس در فازهای تهنشینی و جداسازی جلوگیری کرده و به پایداری فرآیند کمک میکند.
۲. بخش Omni-Flow (ناحیه پیشواکنش)
بخش Omni-Flow که بهعنوان ناحیه پیشواکنش عمل میکند، معمولاً بهصورت مکعبی یا استوانهای طراحی میشود و جریان فاضلاب از کف حوضچه به سمت بالا حرکت میکند. این طراحی موجب ایجاد گردش کامل (۳۶۰ درجه) جریان و افزایش یکنواختی توزیع فاضلاب در محیط راکتور میشود.
بهدلیل نسبت پایین جریان هیدرولیکی به سطح مقطع حوضچه (کمتر از ۳:۱)، حرکت فاضلاب بهآرامی انجام شده و در فاز تهنشینی از شستشوی جامدات جلوگیری میشود.
در این ناحیه، جذب اولیه BOD₅ تا حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد توسط بیومسها انجام میگیرد. همچنین بهدلیل نسبت بالای F:M، رشد ارگانیسمهای رشتهای محدود شده و احتمال بروز پدیده بالکینگ لجن کاهش مییابد.
۳. سیستم هوادهی IDEA
در سیستم هوادهی فرآیند IDEA بسته به حجم فاضلاب، نوع آلودگی و ویژگیهای حوضچه، از چهار نوع سیستم هوادهی دیفیوزری (حباب ریز، حباب درشت و …) استفاده میشود.
پرکاربردترین نوع هوادهی در این روش، دیفیوزرهای حباب ریز هستند که با تأمین اکسیژن مؤثر، موجب بهبود فرآیند تصفیه بیولوژیکی میشوند.
ویژگیهای فرآیند هوادهی گسترده متناوب دو فاز IDEA
- طراحی ساده و سریع راکتورهای بیولوژیکی با شکل مربع یا مستطیل
- عدم نیاز به مخزن تعادل و زلالساز ثانویه، در نتیجه کاهش فضای مورد نیاز نسبت به فرآیند SBR
- صرفهجویی در هزینه ساخت و بهرهبرداری
- تولید لجن تثبیتشده با سن لجن بیش از ۲۰ روز، بدون نیاز به هضم ثانویه
- مقاومت بالا در برابر نوسانات بار آلی و شوکهای هیدرولیکی
- شاخص حجم لجن (SVI) در سیستم IDEA حدود ۱۰۰ میلیلیتر بر گرم است که نشاندهنده تهنشینی مناسب لجن است
- جریان ورودی فاضلاب بهصورت پیوسته (Continuous) و تخلیه خروجی بهصورت متناوب (Intermittent) انجام میشود
- سیستم IDEA دارای چرخههای ۶ تا ۸ ساعته در روز است که طی آن چندین مرتبه فرایند نیتریفیکاسیون و نیتراتزدایی صورت گرفته و از تجمع نیتروژن در خروجی جلوگیری میشود
طراحی مهندسی فرآیند IDEA
در طراحی فرآیند IDEA باید پارامترها و فاکتورهای متعددی در نظر گرفته شوند:
| پارامتر طراحی | مقدار معمول یا بازه پیشنهادی | توضیحات |
|---|---|---|
| غلظت MLSS طراحی | ~ 4000 mg/L (دامنه عملی بین 2000 تا 5000 mg/L) | انتخاب مناسب برای پایداری لجن و راندمان تصفیه |
| نسبت F:M (بار به میکروارگانیسم) | ~ 0.004 kg BOD₅ / (kg MLSS · day) | برای پایداری عملکرد سیستم |
| سن لجن (Sludge Age یا SRT) | ≥ 20 روز | باعث تثبیت لجن و کاهش نیاز به هضم ثانویه میشود |
| تعداد چرخه در روز | 6 تا 8 بار | امکان انجام چند دوره نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون در یک روز |
| نسبت طول به عرض مخزن | معمولاً ~3:1 | برای جریان پیستونی مطلوب در مخزن |
| زمان هر سیکل | معمولاً ~ 4 ساعت | مدولاسیون انواع فازها در طول سیکل |
| شاخص حجم لجن (SVI) مطلوب | ≤ ~100 mL/g | برای اطمینان از تهنشینی مطلوب لجن |
نکته: طراحی دقیق باید با شبیهسازی دینامیکی، آزمایشهای میدانی و ارزیابی بار ورودی فاضلاب (BOD, COD, نیتروژن، فسفر و جریان هیدرولیکی) انجام شود.
هوادهی گسترده متناوب دو فاز – IDEA
مزایای فرآیند IDEA در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی
فرآیند IDEA چندین مزیت برجسته نسبت به فرآیندهای مشابه دارد:
-
تولید لجن تثبیتشده
سن لجن بالا (≥ 20 روز) باعث میشود لجن تولیدی به حالت تثبیت نزدیک باشد و غالباً نیاز به هضم جداگانه نداشته باشد. -
پایداری در مقابل نوسانات بار
وجود چرخههای متعدد در روز (هوادهی-تهنشینی-تخلیه) به سیستم اجازه میدهد شوکهای بار آلی یا هیدرولیکی را بهتر تحمل کند. -
کاهش نیاز به تجهیزات تکمیلی
نیازی به مخزن تهنشینی ثانویه جداگانه یا بالانسینگ تانک بزرگ نخواهد بود. -
راندمان حذف بالا
در پروژههای میدانی، راندمان حذف BOD ~95.5٪ و حذف کل نیتروژن ~90٪ گزارش شده است.
همچنین حذف فسفر بهبودپذیر است به شرط کنترل مناسب شرایط فازی و pH سیستم (در بعضی روشهای کنترلی) -
طراحی و بهرهبرداری سادهتر
سیستم نسبت به SBR پیچیدگی کمتری در راهبری و زمانبندی دارد. -
کاهش footprint و هزینه ساخت و ساز
حذف مخازن بینابینی و ادغام عملکردها به کاهش فضا و هزینه کمک میکند.
محدودیتها، چالشها و راهکارها
با این حال، مانند هر فناوری، IDEA نیز دارای محدودیتهایی است و در بهرهبرداری نیاز به توجه و راهبری دارد:
| چالش | توضیح | راهکار پیشنهادی |
|---|---|---|
| مشکلات تهنشینی لجن (Bulking / Poor settling) | در شرایط بار طراحی بالا یا زمان توقف هوادهی طولانی، رشد میکروارگانیسمهای رشتهای ممکن است باعث بالا رفتن SVI شود. | استفاده از سیستم دو مخزن، کنترل دقیق DO، مدیریت بار آلی، افزودن مواد شیمیایی کمکی (در موارد اضطراری) |
| عدم کنترل کامل حذف فسفر | اگر شرایط فازهای آنوکسی/هوایی و pH مناسب فراهم نباشد، جذب فسفر ممکن است ضعیف باشد. | روشهای کنترلی مثل تنظیم pH در فاز هم زدن (refer to پتنتهای ژاپنی) |
| اختلال در تخلیه مایع (Decanting) | جریان ناخواسته از لجن ممکن است رخ دهد اگر سطح تخلیه و ساختار دکانت بهینه نباشد. | طراحی صحیح دکانت (مثلاً siphon lock gas-locked siphon) |
| مصرف انرژی و دهی هوا | در حالت هوادهی مکرر، تأمین اکسیژن و کارکرد دمنده اهمیت دارد. | بهینهسازی زمان هوادهی، استفاده از دیفیوزرهای کارآمد و انتخاب مناسب دمندهها |
| کنترل زمانبندی دقیق و اتوماسیون | نیاز به سیستم کنترل PLC دقیق برای برنامهریزی فازها و مدیریت تغییرات بار دارد. | استفاده از سامانههای کنترل هوشمند و سنسورهای DO، pH، ORP |
مقایسه فرایند IDEA و SBR
برای درک بهتر جایگاه IDEA، مقایسهای بین آن و SBR (Sequencing Batch Reactor) ارائه میکنیم:
| معیار مقایسه | IDEA | SBR |
|---|---|---|
| ورودی فاضلاب | پیوسته (در طول روز) | ورودی دستهای |
| نیاز به مخازن کمکی | کمتر | ممکن است نیاز به مخازن متعادلکننده داشته باشد |
| پیچیدگی راهبری | متوسط / سادهتر | پیچیدهتر در زمانبندی دقیق فازها |
| مقاومت در برابر نوسانات بار | بالا (چند سیکل روزانه) | ممکن است حساس به تغییرات ناگهانی باشد |
| تهنشینی لجن | امکان تهنشینی بهتر به شرط طراحی مناسب | ممکن است در شرایط بار بالا دچار Bulking شود |
| حذف نیتروژن / فسفر | قابلیت بهتر با طراحی مناسب | قابل دستیابی در سیستمهای بهینه، اما نیاز به تنظیم بیشتر |
بدیهی است که انتخاب بین IDEA و SBR بستگی به شرایط پروژه، بار ورودی، بودجه و حداقل کیفیت خروجی مورد انتظار دارد.
طراحی عملیاتی و نکات راهبری فرآیند تصفیه پساب به روش IDEA
برای موفقیت فرآیند IDEA در مقیاس عملیاتی، توجه به نکات زیر اهمیت دارد:
-
پایش مداوم پارامترها
کنترل DO، pH، دما، MLSS، SVI، COD / BOD و نیتروژن در نقاط مختلف ضروری است. -
تنظیم زمان فازها
بر اساس بار ورودی و کیفیت دلخواه پساب خروجی، زمان هوادهی، توقف و تخلیه باید بهینه شوند. -
مدیریت لجن برگشتی (RAS) و لجن اضافی (WAS)
حفظ نسبت مناسب راس تا میکروارگانیسمها و تخلیه لجن اضافی به موقع باعث پایداری عملکرد میشود. -
کنترل رشد میکروارگانیسمهای رشتهای
در صورت رشد رشتهای، میتوان زمان توقف هوا را کوتاهتر کرد، شوک بار کاهش داد یا مواد شیمیایی کنترل لجن را استفاده نمود. -
کنترل pH در حذف فسفر
استفاده از روشهای کنترل pH در فاز هم زدن میتواند جذب فسفر را تقویت کند (مطابق پتنتها) -
سیستم دکانت مناسب
انتخاب و طراحی دکانت با ساختار قفل گازی (gas-locked siphon) یا روش مناسب دیگر برای جلوگیری از جریان لجن به خروجی مهم است. -
پیش راهاندازی تدریجی و آزمون بار افزایشی
در فاز راهاندازی، بار ورودی را به تدریج افزایش دهید تا میکروارگانیسمها سازگار شوند و از شوک اجتناب گردد.
پرسشهای متداول
۱. فرآیند IDEA برای چه نوع فاضلابی مناسب است؟
IDEA برای فاضلابهای بهداشتی، شهری و صنعتی با بار آلی متوسط تا بالا مناسب است، به ویژه زمانی که نیاز به حذف نیتروژن و فسفر نیز وجود دارد.
۲. چرا باید از فرآیند IDEA به جای SBR استفاده کنیم؟
چون ورودی فاضلاب بیشتر به صورت پیوسته است، راهبری سادهتر، پایداری بالاتر در برابر نوسانات و نیاز به تجهیزات جانبی کمتر دارد.
۳. در تصفیه فاضلاب به روش هوادهی گسترده متناوب دوفاز چگونه حذف فسفر انجام میشود؟
حذف فسفر از طریق جذب زیستی (باکتریهای جذبکننده فسفر) در شرایط فازی کنترلشده انجام میشود؛ کنترل pH و زمان فاز هم زدن اهمیت دارد.
۴. آیا لجن تولیدی نیاز به هضم دارد؟
غالباً نه؛ به دلیل سن لجن بالا (> 20 روز)، لجن تقریباً تثبیت شده است و نیازی به هضم اضافی ندارد.
۵. چگونه میتوان با مشکلات تهنشینی لجن در تصفیه فاضلاب مبتنی بر IDEA مقابله کرد؟
با طراحی مناسب دکانت، کنترل DO و بار ورودی، یا در صورت لزوم افزودن مواد شیمیایی جهت بهبود تهنشینی.
۶. در فرآیند IDEA چند چرخه در روز توصیه میشود؟
معمولاً بین ۶ تا ۸ چرخه در روز برای دستیابی به عملکرد مطلوب انتخاب میشود.
۷. مصرف انرژی در فرآیند IDEA چقدر است؟
انرژی اصلی مصرفی در دمندهها و تأمین اکسیژن است. با بهینهسازی زمان هوادهی و استفاده از تجهیزات کارآمد میتوان مصرف انرژی را کاهش داد.
۸. آیا امکان توسعه یا ارتقای یک سیستم موجود به IDEA وجود دارد؟
بله، معمولاً میتوان سیستمهای SBR یا راکتورهای لجن فعال را با تغییر زمانبندی، افزودن تجهیزات دکانت و کنترل مناسب به IDEA تبدیل کرد.
۹. چه سیستم کنترلی برای فرآیند IDEA مناسب است؟
استفاده از PLC، سنسور DO، pH و کنترهای اتوماتیک برای زمانبندی فازها ضروری است.
۱۰. طول عمر تجهیزات و نگهداری چگونه است؟
تجهیزات مانند دیفیوزرها، دمندهها و سیستم دکانت باید به صورت دورهای بازدید، تمیز و نگهداری شوند تا عملکرد مطلوب حفظ شود.
فرآیند IDEA یا هوادهی گسترده متناوب دو فاز یک فناوری بهینه و ترکیبی در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب و یکی از گزینههای مدرن و کارآمد در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است. با ارائه چرخههای متعدد هوادهی، تهنشینی و تخلیه در یک یا چند مخزن، امکان حذف مواد آلی، نیتروژن و حتی فسفر با راندمان بالا فراهم میشود. در عین حال سادگی طراحی، پایداری در برابر نوسانات و هزینههای ساخت پایینتر از مزایای مهم آن است. با این وجود، موفقیت در پیادهسازی فرآیند IDEA به طراحی مهندسی دقیق، کنترل عملیاتی هوشمند و مدیریت لجن و شرایط واکنش بستگی دارد.
اگر قصد دارید یک پکیج تصفیه فاضلاب مبتنی بر IDEA طراحی یا اجرا کنید، یا نیاز به تأمین تجهیزات، مشاوره فنی یا قطعات دارید، شرکت آرتا انرژی پایدار آماده همکاری با شماست.
برای دریافت مشاوره فنی و طراحی پکیج تصفیه فاضلاب مبتنی بر IDEA، ارتباط مستقیم با کارشناسان فروش و دریافت مشاوره فنی، با شماره 09305059168 یا دیگر شمارههای درج شده در وبسایت ما تماس بگیرید.
منتظر تماستان هستیم تا پروژه شما را به بهترین شکل ممکن اجرا کنیم.
