XJY تبدیل لجن فاضلاب به جامدات زیستی: سفری از طریق تصفیه فاضلاب و فراتر از آن

2024-09-09 12:40:11

معرفی تصفیه لجن XJY

قبل از سال 1950، اکثر جوامع در ایالات متحده، فاضلاب یا فاضلاب خود را بدون هیچ گونه تصفیه و تصفیه به نهرها و رودخانه ها تخلیه می کردند. با افزایش جمعیت شهری، توانایی طبیعی نهرها و رودخانه ها برای مدیریت فاضلاب تحت تاثیر قرار گرفت و باعث شد کیفیت آب در بسیاری از مناطق بدتر شود. در پاسخ به نگرانی‌ها در مورد تخریب کیفیت آب، هزاران جامعه در سراسر ایالات متحده در طول دهه‌های 1950 و 1960 سیستم‌های تصفیه فاضلاب را ساختند. این منجر به بهبود بسیار کیفیت آب رودخانه و رودخانه شد، اما ماده دیگری برای مقابله با آن ایجاد کرد: لجن فاضلاب. تقریباً 99 درصد از جریان فاضلابی که وارد تصفیه خانه می شود به عنوان آب جوان تخلیه می شود. باقیمانده یک سوسپانسیون رقیق از مواد جامد است که در فرآیند تصفیه گرفته شده است. این جامدات تصفیه فاضلاب معمولاً به عنوان لجن فاضلاب شناخته می شوند.

"لجن فاضلاب" یا "بیوسولیدها" - نام آن چیست؟

اصطلاح بیوسولیدها اخیراً توسط صنعت تصفیه فاضلاب معرفی شده است. صنعت جامدات زیستی را به عنوان لجن فاضلابی تعریف می کند که برای تثبیت و کاهش پاتوژن، تصفیه کافی را پشت سر گذاشته است و از کیفیت کافی برای استفاده در زمین برخوردار است. این اصطلاح برای تشخیص لجن فاضلاب تصفیه شده با کیفیت بالا از لجن فاضلاب خام و از لجن فاضلابی که حاوی مقادیر زیادی آلاینده های زیست محیطی است در نظر گرفته شده است. اصطلاح "بیوسولید" همچنین با تأکید بر اینکه لجن فاضلاب توسط یک فرآیند بیولوژیکی تولید می شود، به تشخیص لجن فاضلاب از لجن صنعتی کمک می کند. این اصطلاح توسط برخی به عنوان تلاشی برای پنهان کردن ماهیت واقعی لجن فاضلاب مورد انتقاد قرار گرفته است و در نتیجه کاربرد این ماده در زمین کمتر مورد اعتراض عموم مردم قرار می گیرد. اگرچه بیوسولیدها بدون شک همان تصاویر منفی را به عنوان «لجن فاضلاب» یا به سادگی «لجن» ایجاد نمی کنند، اما زمانی که به درستی برای ایجاد تمایز شرح داده شده در بالا به کار برده شوند، اصطلاحی مشروع و کاربردی است. در این سند، از "لجن فاضلاب" برای اشاره به جامدات تصفیه فاضلاب به طور کلی استفاده می شود، و "بیوسولید" به طور خاص برای اشاره به مواد مناسب برای کاربرد زمین استفاده می شود.

تصویر 6لجن فاضلاب

تولید لجن فاضلاب شهری XJY

فاضلاب شهری یا فاضلاب به آبی اطلاق می شود که در منازل یا مشاغل مناطق شهری و حومه شهر برای شستن، حمام کردن و شستشوی توالت ها استفاده شده است. فاضلاب شهری نیز ممکن است شامل آب منابع صنعتی باشد. برای حذف مواد شیمیایی یا آلاینده های حاصل از فرآیندهای صنعتی، مشارکت کنندگان صنعتی در سیستم های فاضلاب شهری باید پساب خود را قبل از تخلیه به سیستم فاضلاب، پیش تصفیه کنند. فاضلاب از طریق سیستم فاضلاب بهداشتی به یک تصفیه خانه متمرکز فاضلاب منتقل می شود (گاهی اوقات به عنوان کارخانه تصفیه عمومی یا POTW نامیده می شود). در POTW، فاضلاب از یک سری مراحل تصفیه عبور می کند که از فرآیندهای فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی برای حذف مواد مغذی و جامدات، تجزیه مواد آلی و از بین بردن پاتوژن ها (ارگانیسم های ایجاد کننده بیماری) در آب استفاده می کند. آب جوان شده به نهرها و رودخانه ها رها می شود یا ممکن است در مناطق وسیعی از زمین اسپری شود.

تصویر 7 لجن فاضلاب شهری

تصفیه اولیه فاضلاب خام شامل غربالگری برای حذف اجسام بزرگ مانند چوب، بطری، کاغذ و پارچه و مرحله حذف شن است که در طی آن مواد جامد معدنی (ماسه، شن، خاکستر) به سرعت از آب ته نشین می شوند. غربالگری ها و شن های برداشته شده در این مرحله از تصفیه معمولاً دفن می شوند و به بخشی از لجن فاضلاب تبدیل نمی شوند.

تصفیه اولیه شامل فرآیندهای رسوب گرانشی و شناورسازی است که تقریباً نیمی از مواد جامد وارد شده به این مرحله را حذف می کند. مواد جامد (اعم از آلی و معدنی) که در این مرحله از تصفیه ته نشین می شوند، از پایین کشیده می شوند و لجن اولیه را تشکیل می دهند. در اکثر POTW ها، مواد شناور (روغن، گریس، چوب و مواد گیاهی) که در طی تصفیه اولیه از سطح آب حذف می شوند، به طور جداگانه دفع می شوند و به بخشی از لجن اولیه تبدیل نمی شوند.

تصفیه ثانویه یک فرآیند بیولوژیکی با دقت کنترل شده و تسریع شده است که در آن از میکروارگانیسم های طبیعی برای تجزیه (تجزیه یا هضم) مواد آلی معلق و محلول در فاضلاب استفاده می شود. این ماده به دی اکسید کربن تبدیل می شود که به اتمسفر آزاد می شود و به توده سلولی میکروبی تبدیل می شود.

در حوضه های ته نشینی ثانویه، توده سلولی میکروبی به پایین نشسته و حذف می شود. این ماده عمدتاً آلی را لجن ثانویه می نامند.

برخی از تصفیه خانه ها همچنین شامل مراحل تصفیه ثالثی هستند که برای کاهش بیشتر مواد مغذی گیاه (نیتروژن و فسفر)، مواد جامد معلق، یا نیاز بیولوژیکی اکسیژن در فاضلاب طراحی شده اند. فسفر رسوب شیمیایی و فیلتراسیون یک لجن سوم تولید می کند.

در نهایت، آب برای از بین بردن میکروارگانیسم های بیماری زا تحت عملیات ضد عفونی قرار می گیرد. سپس آب جوان شده به یک نهر یا رودخانه رها می شود یا ممکن است در مناطق وسیعی از زمین اسپری شود.

روش های تصفیه XJY برای لجن فاضلاب شهری

لجن های اولیه، ثانویه و سوم معمولاً با هم ترکیب می شوند و مخلوط حاصل که حاوی 1 تا 4 درصد مواد جامد است، لجن فاضلاب "خام" نامیده می شود. به دلیل محتوای پاتوژن و ماهیت ناپایدار و قابل تجزیه آن، لجن فاضلاب خام یک خطر بالقوه برای سلامتی و محیط زیست است. با این حال، چندین فرآیند تصفیه در حال حاضر برای تثبیت لجن فاضلاب، کاهش محتوای پاتوژن آن و افزایش محتوای جامد آن استفاده می شود. برخی از فرآیندهای رایج تر مورد استفاده برای تثبیت و کاهش سطوح پاتوژن در لجن فاضلاب فهرست شده و به اختصار در جدول 1 توضیح داده شده است.

روش درمان	توضیحات	اثرات بر لجن
ضخیم شدن	جامدات لجن یا با ته نشین شدن در اثر گرانش یا با وارد کردن هوا، غلیظ می شوند که باعث شناور شدن جامدات لجن می شود.	لجن خواص مایع را حفظ می کند، اما میزان مواد جامد به 5 تا 6 درصد افزایش می یابد.
آبگیری	آبگیری خشک کردن هوا روی بسترهای شنی سانتریفیوژ پرس تسمه (فیلتراسیون)	میزان مواد جامد را به 15 تا 30 درصد افزایش می دهد. خشک کردن هوا عوامل بیماری زا را کاهش می دهد سانتریفیوژ و فیلتراسیون منجر به از دست دادن برخی از مواد مغذی می شود
هضم بی هوازی	یکی از پرکاربردترین روش های تصفیه لجن است. لجن در غیاب هوا به مدت 15 تا 60 روز در دمای 68 تا 131 درجه فارنهایت نگهداری می شود. باکتری های بی هوازی از لجن تغذیه می کنند و متان و دی اکسید کربن تولید می کنند. در برخی از تصفیه خانه ها، متان برای حفظ دمای تصفیه جمع آوری و سوزانده می شود.	میزان مواد جامد را افزایش می دهد بوها را کاهش می دهد مواد جامد فرار را کاهش می دهد پاتوژن های زنده را کاهش می دهد مواد مغذی گیاه را حفظ می کند
هضم هوازی	لجن با هوا یا اکسیژن به مدت 40 تا 60 روز در دمای 59 تا 68 درجه فارنهایت هم زده می شود. باکتری های هوازی از لجن تغذیه می کنند و دی اکسید کربن تولید می کنند.	میزان مواد جامد را افزایش می دهد بوها را کاهش می دهد مواد جامد فرار را کاهش می دهد پاتوژن های زنده را کاهش می دهد معمولا مقداری از دست دادن نیتروژن رخ می دهد
تثبیت قلیایی	مواد قلیایی کافی، معمولاً آهک (CaO) به لجن اضافه می شود تا pH آن حداقل به 12 به مدت 2 ساعت افزایش یابد. pH باید برای 22 ساعت بیشتر بالای 11.5 باقی بماند	مواد جامد فرار را کاهش می دهد پاتوژن های زنده را کاهش می دهد از دست دادن آمونیاک (NH3) فسفر ممکن است به اشکالی تبدیل شود که به آسانی در دسترس گیاهان نیستند
کمپوست سازی	لجن برای افزایش محتوای جامد تا حدود 20 درصد آبگیری می شود و سپس با مواد آلی با کربن بالا مانند خاک اره مخلوط می شود. این مخلوط در شرایط هوازی در دمای حداقل 131 درجه فارنهایت به مدت چند روز در طول فرآیند کمپوست سازی کمپوست می شود.	کاهش حجم لجن بوها را کاهش می دهد مواد جامد فرار را کاهش می دهد مواد آلی را تثبیت می کند اکثر عوامل بیماری زا را از بین می برد ارزش غذایی گیاه را کاهش می دهد

آنچه در لجن فاضلاب است?

لجن فاضلاب از هر دو مواد معدنی و آلی، غلظت‌های زیاد برخی از مواد مغذی گیاهی، غلظت‌های بسیار کمتر از عناصر کمیاب متعدد و مواد شیمیایی آلی و برخی عوامل بیماری‌زا تشکیل شده است. ترکیبات لجن فاضلاب بسته به ترکیب فاضلاب و فرآیندهای تصفیه مورد استفاده به طور قابل توجهی متفاوت است. جدول 2 غلظت متوسط و صدک 95 عناصر غذایی گیاه و برخی از عناصر کمیاب موجود در لجن فاضلاب را نشان می دهد. این داده ها از یک بررسی گسترده از لجن فاضلاب تولید شده در پنسیلوانیا طی سال های 1996 و 1997 است.

گزینه هایی برای مقابله با لجن فاضلاب

لجن فاضلاب را می توان به عنوان یک منبع آلی و مغذی برای استفاده مفید و یا به عنوان مواد زائد برای دفع در نظر گرفت. قبل از سال 1991، مقادیر زیادی از لجن فاضلاب، از جمله برخی از پنسیلوانیا، توسط تخلیه اقیانوس دفع می شد. نگرانی در مورد بارگذاری بیش از حد مواد مغذی آب اقیانوس ها منجر به ممنوعیت این عمل شد. در حال حاضر، تقریبا تمام لجن فاضلاب تولید شده در پنسیلوانیا تصفیه شده است و به اندازه کافی کیفیت بالایی دارد که به عنوان جامدات زیستی طبقه بندی می شود. تقریباً کمتر از نیمی از این مواد توسط دفن زباله یا سوزاندن دفع می شود، در حالی که جامدات زیستی باقی مانده با استفاده در کشاورزی، احیای معادن، محوطه سازی یا باغبانی به خاک بازیافت می شوند. هر یک از این گزینه ها دارای مزایای اقتصادی و زیست محیطی، مشکلات و خطرات مرتبط با آن است.

دفع دفن زباله

از منظر مدیریت و مدیریت مواد، دفن زباله شاید ساده ترین راه حل باشد. از نقطه نظر اقتصادی، دفن زباله در حال حاضر به طور مطلوب با گزینه های دیگر مقایسه می شود. این بدون شک تغییر خواهد کرد، اما با محدودتر شدن فضای دفن زباله و افزایش هزینه های انعام (هزینه های تخلیه زباله). از منظر زیست محیطی، دفن زباله با تمرکز لجن در یک مکان، از انتشار هر گونه آلاینده یا پاتوژن ناشی از لجن جلوگیری می کند. اگر محل دفن زباله به درستی ساخته و نگهداری شود، خطرات زیست محیطی به حداقل می رسد.

با این حال، خطرات مرتبط با دفع لجن فاضلاب در محل دفن زباله وجود دارد. زباله های آلی در محل های دفن زباله تحت تجزیه بی هوازی قرار می گیرند و گاز متان تولید می کنند که می تواند در جو منتشر شود. متان یک گاز گلخانه ای است که در گرم شدن زمین نقش دارد. سایر گازهای منتشر شده از محل های دفن زباله می توانند باعث ایجاد بوی نامطبوع شوند. مقادیر زیادی از مواد مغذی که لجن فاضلاب به محل دفن زباله اضافه می کند، خطری برای محیط زیست محلی است. در صورت خرابی لاینر محل دفن زباله یا سیستم جمع آوری شیرابه، این مواد مغذی می توانند آب های زیرزمینی و سطحی محلی را آلوده کنند. لجن فاضلاب دفن زباله نیز فضای ارزشمند دفن زباله را اشغال می کند و مزایای بالقوه مواد آلی و مواد مغذی گیاهی در لجن را از دست می دهد.

تصویر 8دفع دفن زباله

دفع سوزاندن

سوزاندن لجن فاضلاب حجم موادی را که باید دفع شود کاهش می دهد، عوامل بیماری زا را کاملاً از بین می برد، اکثر مواد شیمیایی آلی را تجزیه می کند و مقدار کمی از ارزش حرارتی موجود در لجن فاضلاب را بازیابی می کند. خاکستر باقیمانده یک ماده غیرآلی پایدار، نسبتاً بی اثر است که فقط 10 تا 20 درصد حجم لجن اصلی را دارد. بیشتر فلزات کمیاب در لجن فاضلاب در خاکستر متمرکز می شوند (افزایش غلظت پنج تا ده برابری). این ماده معمولاً دفن می شود، اگرچه می توان از آن در مصالح ساختمانی استفاده کرد.

سوزاندن همچنین دی اکسید کربن (یکی دیگر از گازهای گلخانه ای) و احتمالاً سایر آلاینده های فرار (کادمیم، جیوه، سرب، دیوکسین ها) را در جو آزاد می کند. عملیات زباله سوز به سیستم های پیچیده ای برای حذف ذرات ریز (خاکستر بادی) و آلاینده های فرار از گازهای پشته ای نیاز دارد. این امر، سوزاندن را به یکی از گزینه‌های گران‌تر برای دفع لجن فاضلاب تبدیل می‌کند. مانند دفن زباله، مزایای بالقوه مواد آلی و مواد مغذی گیاهی در لجن فاضلاب از بین می رود.