تفاوت بین فرآیندهای بی هوازی IC و UASB

1.1 راکتور UASB

1.1.1 مقدمه ای بر UASB

راکتور بی هوازی لجن بالارونده (UASB) یک روش بیولوژیکی بی‌هوازی برای تصفیه فاضلاب است که به عنوان راکتور لجن بی‌هوازی بالارونده نیز شناخته می‌شود که توسط پروفسور لتینگا از هلند در سال 1977 اختراع شد.

فاضلاب از پایین به بالا از طریق UASB جریان می یابد. در پایین راکتور یک بستر لجن با غلظت بالا و بسیار فعال وجود دارد که در آن اکثر آلاینده های آلی در فاضلاب تحت تخمیر بی هوازی و تجزیه به متان و دی اکسید کربن قرار می گیرند. در اثر هم زدن جریان آب و حباب های هوا، یک لایه معلق لجن در بالای بستر لجن تشکیل می شود. یک جداکننده سه فاز در بالای راکتور برای جداسازی گاز هاضم، مایع هاضم و ذرات لجن نصب شده است. گاز هاضم از بالای راکتور تخلیه می شود. ذرات لجن به طور خودکار به پایین می لغزند و در بستر لجن در پایین راکتور قرار می گیرند. مایع هاضم از ناحیه شفاف سازی خارج می شود.

UASB ظرفیت بارگیری بالایی دارد و برای تصفیه- فاضلاب آلی با غلظت بالا مناسب است. یک UASB با عملکرد خوب (فوق-ساختار لجن بی‌هوازی) سرعت حذف آلاینده‌های آلی بالایی را نشان می‌دهد، نیازی به هم زدن ندارد و می‌تواند با ضربه‌های بار، دما و تغییرات pH قابل توجه سازگار شود.

1.1.2 ساختار UASB

UASB با واکنش بیولوژیکی یکپارچه و سیستم ته نشینی خود مشخص می شود و آن را به یک راکتور بی هوازی فشرده تبدیل می کند. راکتور عمدتاً از یک سیستم توزیع ورودی، یک منطقه واکنش، یک جداکننده سه فاز، یک اتاق گاز و یک سیستم تخلیه آب تصفیه شده تشکیل شده است.

1.1.3 اصل کاری UASB

فرآیند واکنش بی هوازی در راکتور UASB مشابه سایر فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی بی هوازی از جمله هیدرولیز، اسیدی شدن، تولید اسید استیک و متانوژنز است. میکروارگانیسم‌های مختلف در فرآیند تبدیل بستر شرکت می‌کنند و بستر را به محصولات نهایی{1}}بیوگاز، آب و سایر مواد معدنی تبدیل می‌کنند.

UASB از سه بخش تشکیل شده است: یک منطقه واکنش لجن، یک جداکننده گازی{0}مایع-جامد سه فاز-(شامل منطقه ته نشینی) و یک محفظه گاز. مقدار زیادی لجن بی هوازی در ناحیه واکنش کف باقی می ماند و لجن با خاصیت ته نشینی و لخته سازی خوب، یک لایه لجن در پایین تشکیل می دهد. فاضلابی که باید تصفیه شود به کف بستر لجن بی هوازی جریان می یابد و با لجن موجود در لایه لجن مخلوط می شود. میکروارگانیسم های موجود در لجن، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و آن را به بیوگاز تبدیل می کنند. بیوگاز به طور مداوم به شکل حباب های ریز آزاد می شود. وقتی این حباب ها بالا می آیند، ادغام می شوند و به تدریج حباب های بزرگتری را تشکیل می دهند. در بالای بستر لجن، بیوگاز لجن را به هم می زند و یک لجن نسبتا رقیق-مخلوط آب ایجاد می کند که همراه با آب به جداکننده سه فازی می رود. هنگامی که بیوگاز با صفحه بازتابنده در پایین جداکننده مواجه می شود، به اطراف صفحه منحرف می شود و سپس از لایه آب به داخل محفظه گاز می رود و در آنجا متمرکز می شود. سپس بیوگاز از طریق مجرای تخلیه می شود. مخلوط جامد{14}}مایع پس از بازتاب وارد منطقه ته نشینی جداکننده سه فاز می‌شود. لجن موجود در فاضلاب لخته می شود، ذرات به تدریج در اندازه افزایش می یابند و تحت نیروی جاذبه ته نشین می شوند. لجنی که روی دیواره شیبدار می نشیند به ناحیه واکنش بی هوازی برمی گردد و باعث تجمع زیادی لجن در ناحیه واکنش می شود. پساب تصفیه شده جدا شده از لجن، از بالای سرریز منطقه ته نشینی سرریز می شود و سپس از بستر لجن تخلیه می شود.

1.2 راکتور آی سی

1.2.1 مقدمه ای بر آی سی

با افزایش تناقضات بین توسعه تولید و عواملی مانند سرمایه، مصرف انرژی و استفاده از زمین، کارگران تصفیه آب باید تلاش کنند تا فرآیندهای بی هوازی بهینه‌شده‌تری از نظر فنی و اقتصادی پیدا کنند، به‌ویژه در برخورد با فاضلاب آلی با غلظت بالا-که در نتیجه توسعه تولید تولید می‌شود. راکتور بی هوازی گردش داخلی (IC) نوع جدیدی از راکتور است که در این زمینه پدید آمده است. این محصول ترکیبی از تئوری تصفیه فاضلاب بی هوازی و عمل مهندسی است که منعکس کننده الزامات توسعه خود فرآیندهای بی هوازی است. در سال 1985، شرکت هلندی PAQUES اولین رآکتور IC آزمایشی-در مقیاس را تأسیس کرد، و در سال 1988، اولین راکتور IC در مقیاس تولید-به بهره برداری رسید. در حال حاضر، راکتورهای آی سی با موفقیت در تصفیه فاضلاب صنعتی در صنایعی مانند تولید آبجو و فرآوری مواد غذایی استفاده شده اند. به دلیل ظرفیت بالای تصفیه، سرمایه گذاری کم، ردپای کم و عملکرد پایدار، توجه پرسنل تصفیه آب در سراسر جهان را به خود جلب کرده است و برخی آن را یکی از فناوری های نماینده نسل سوم راکتورهای بیولوژیکی بی هوازی می دانند. تحقیق و توسعه بیشتر راکتورهای IC و ارتقای کاربرد آنها به یکی از موضوعات داغ در تصفیه فاضلاب بی هوازی تبدیل شده است.

1.2.2 ساختار آی سی

راکتور IC از دو راکتور UASB تشکیل شده است که به صورت عمودی به صورت سری روی هم چیده شده‌اند، به ارتفاع 16 تا 25 متر با نسبت ارتفاع-به{3}}معمولاً بین 4 تا 8 می‌رسند. این راکتور شامل پنج بخش اصلی است: یک منطقه اختلاط، یک لجن دانه‌بندی شده بستر منبسط شده، یک منطقه فرآوری داخلی، یک منطقه فرآوری داخلی، یک منطقه پایانی. سیستم گردش داخلی ساختار اصلی فرآیند IC است که از یک جداکننده اولیه سه فازی، یک رایزر بیوگاز، یک جداکننده گاز-مایع و یک پایین‌آمده لجن تشکیل شده است.

1.2.3 اصل کاری آی سی

پساب تولیدی پس از تنظیم pH و دما، ابتدا وارد منطقه اختلاط در پایین راکتور می شود. در آنجا، قبل از ورود به بستر منبسط شده لجن دانه ای برای تجزیه بیوشیمیایی COD، به طور کامل با لجن گردش داخلی-مخلوط آب از پایین آمدن مخلوط می شود. بارگذاری حجمی COD در اینجا بسیار زیاد است و بیشتر COD ورودی تجزیه می شود و مقدار زیادی بیوگاز تولید می کند. بیوگاز توسط جداکننده سه فاز اولیه جمع آوری می شود. کار انبساط انجام شده بر روی مایع در حین تشکیل حباب بیوگاز، یک اثر بالابرنده گاز ایجاد می کند، که باعث می شود مخلوط بیوگاز، لجن و آب در امتداد لوله بالابر بیوگاز به سمت جداکننده گاز{6}}مایع در بالای راکتور بالا برود. در اینجا بیوگاز از لجن و آب جدا شده و از سیستم تصفیه خارج می شود. لجن{9}}مخلوط آب سپس وارد منطقه اختلاط در پایین راکتور در امتداد پایین‌روی لجن می‌شود، جایی که قبل از ورود به منطقه بستر منبسط شده لجن، کاملاً با پساب مخلوط می‌شود و به اصطلاح گردش داخلی را تشکیل می‌دهد. بسته به بار COD ورودی و ساختار راکتور، نرخ جریان گردش داخلی می تواند به 0.5 تا 5 برابر نرخ جریان ورودی برسد. پس از تصفیه توسط بستر منبسط شده، بخشی از فاضلاب در گردش داخلی شرکت می کند. فاضلاب باقیمانده از یک جداکننده{15} سه فاز اولیه عبور می‌کند و برای تخریب COD باقیمانده و تولید بیوگاز، بهبود و اطمینان از کیفیت پساب، وارد ناحیه بستر لجن دانه‌ای منطقه تصفیه خوب می‌شود. از آنجا که بیشتر COD تخریب شده است، بار COD در منطقه تصفیه خوب کم است و تولید بیوگاز نیز کم است. بیوگاز تولید شده در اینجا توسط یک جداکننده سه فاز ثانویه جمع‌آوری می‌شود، از طریق یک لوله جمع‌آوری گاز وارد جداکننده گاز{19}مایع می‌شود و از سیستم تصفیه تخلیه می‌شود. پس از تصفیه در منطقه تصفیه خوب، فاضلاب از یک جداکننده دو مرحله‌ای-سه مرحله‌ای- عبور می‌کند. مایع رویی از طریق منطقه پساب تخلیه می شود، در حالی که لجن دانه ای به بستر لجن در منطقه تصفیه خوب بازگردانده می شود.

در مقایسه با راکتورهای بی هوازی{0} نسل دوم مانند UASB، راکتورهای IC دارای مزایای زیر هستند:<1>نرخ بارگذاری آلی بالا و زمان نگهداری هیدرولیکی کوتاه؛<2>نسبت ارتفاع بزرگ-به-قطر، ردپای کوچک و سرمایه‌گذاری کمتر در زیرساخت.<3>پساب پایدار و مقاومت قوی در برابر بارهای شوک. اکنون تولیدکنندگان بیشتری در چین از راکتورهای آی سی استفاده می کنند و ارزش بازیابی و استفاده بیوگاز آنها نیز قابل توجه است. بزرگترین ویژگی راکتورهای IC این است که آنها دارای دو محفظه واکنش بی هوازی هستند که امکان گردش لجن{2}}مخلوط آب در راکتور را فراهم می کند. این کار تأثیر منفی تماس ناکافی لجن{4}}آب در راکتورهای UASB را برطرف می‌کند، که ظرفیت تصفیه بیوشیمیایی لجن دانه‌ای را تضعیف می‌کند.

بنابراین، راکتورهای IC نشان دهنده یک پیشرفت در راکتورهای بی هوازی مدرن هستند و چشم انداز توسعه گسترده ای در تصفیه فاضلاب صنعتی آلاینده های آلی دارند. آنها به طور فزاینده ای جایگزین راکتورهای UASB خواهند شد و مستحق تحقیق، توسعه و ارتقاء بیشتر خواهند بود.