مقدمهای بر ماهیت زیستتوده لجن و پارامترهای کلیدی بیولوژیکی
لجن حاصل از فرآیندهای تصفیهخانههای فاضلاب ترکیبی پیچیده از زیستتوده میکروبی، مواد آلی کلوئیدی، پلیمرهای زیستی، ترکیبات معدنی، باکتریهای رشتهای و محصولات جانبی تجزیه بیولوژیکی است. رفتار رئولوژیکی و آبگیرپذیری این لجن به شدت تحت تأثیر ساختار فیزیکی فلوک، نسبت مواد محلول به معلق (SMP/VSS)، چگالی فلوک، قابلیت تراکمپذیری و مقدار آب بینفلوکی (inter-floc water) و درونسلولی (intracellular water) قرار دارد.
از مهمترین شاخصهای بیولوژیکی مؤثر بر آبگیری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
EPS (Extracellular Polymeric Substances)
تعیینکننده اصلی چسبندگی فلوک، ظرفیت نگهداری آب و مقاومت لجن در برابر فشار مکانیکی است.SMP (Soluble Microbial Products)
ترکیبات محلولی که ویسکوزیته فاز مایع را افزایش داده و مانع جدایش آزادسازی آب میشوند.ترکیب جمعیت میکروبی
تکثیر باکتریهای رشتهای، جلبکها و میکروارگانیسمهای مولد EPS، ساختار آبگیرپذیری را تحت تأثیر قرار میدهد.درصد مواد فرار (VSS)
هرچه سهم زیستتوده فعال بیشتر باشد، میزان آب متصل (bound water) افزایش مییابد.
نقش EPS و SMP در ساختار فلوک و مقاومت در برابر آبگیری
EPS به عنوان ماتریس بیولوژیکی اطراف سلولها، از پروتئینها، پلیساکاریدها، اسیدهای نوکلئیک و لیپیدها تشکیل شده و تا بیش از 90٪ آب را در ساختار خود میتواند نگه دارد. این ترکیبات باعث ایجاد پیوندهای هیدروژنی قوی با مولکولهای آب شده و نیروی فشاری واردشده در دستگاههای آبگیری نظیر فیلترپرس، درامتیکنر، دکانتر سانتریفیوژ یا پرس کمربندی را خنثی میکنند.
ویژگیهای کلیدی EPS که باعث کاهش آبگیرپذیری میشود:
افزایش viscoelasticity لجن
افزایش compressibility index
کاهش capillary suction time (CST) در شرایط EPS بالا
کاهش نفوذپذیری فلوک و انسداد مسیرهای تخلیه آب
SMPها نیز به دلیل محلول بودن در فاز مایع، با افزایش آلودگی شیمیایی در جریان آزادشده (centrate/filtrate) مانع از شفافیت پساب خروجی سیستم آبگیری شده و سبب افزایش مقاومت در برابر جدایش آب میشوند.
اثر جمعیت میکروبی و باکتریهای رشتهای بر راندمان آبگیری
حضور باکتریهای رشتهای (filamentous bacteria) مانند Nocardia, Microthrix parvicella و Type 021N باعث گسترش ساختار شبکهای در فلوک و ایجاد لجن پفکرده یا شناور میشود. ویژگیهای این نوع زیستتوده:
تشکیل فلوکهای با تخلخل بالا و چگالی کم
افزایش مقاومت هیدرولیکی در بستر آبگیری
کاهش سرعت تهنشینی اولیه (SVI بالا)
افزایش نیاز به پلیمرهای کاتیونی برای تثبیت ساختار فلوک
در مقابل، حضور باکتریهای تولیدکننده EPS در شرایط بارگذاری غذایی بالا (F/M زیاد) موجب افزایش شدید لزجت لجن شده و با ایجاد ماتریس ژلهای، آبگیری مکانیکی را بهطور محسوسی تضعیف میکند.
برای دریافت مشاوره تخصصی و رایگان در زمینه تصفیه فاضلاب، لجن و سیستمهای آبگیری، میتوانید با مشاوران فنی ما تماس بگیرید. تیم کارشناسی ما آماده است تا با ارائه راهکارهای حرفهای و مبتنی بر دانش روز، شما را در انتخاب بهترین فناوریها و بهینهسازی فرآیندها همراهی کند.
05135231610 – 09157677361
تأثیر فرآیندهای بیولوژیکی بر ساختار لجن و رفتار آبگیری
هر فرآیند بیولوژیکی ویژگی خاصی در تشکیل و بلوغ فلوک ایجاد میکند که اثر مستقیم بر کیفیت لجن خروجی و آبگیری آن دارد:
4.1 لجن فعال هوادهی گسترده
زیستتوده پیر
EPS کم، اما ساختار بسیار پایدار
آبگیری نسبتا مناسب در مقایسه با لجن جوان
4.2 SBR (Sequencing Batch Reactor)
شوک بارگذاری سریع و دورههای آستانهای
نوسانات گسترده EPS و SMP
کیفیت لجن متغیر و وابسته به زمان سیکل
4.3 فرآیندهای بیهوازی و هضم لجن
تخریب ساختمان فلوک و لیز سلولی
افزایش مواد محلول و SMP
کاهش چگالی فلوک
کاهش کیفیت آبگیری پس از هضم مگر با افزودن کمکمنعقدهایی مانند فریک یا پلیمرهای خاص
4.4 فرآیندهای IFAS و MBBR
زیستتوده رشدچسبیده معمولاً EPS کمتری دارد، اما در بخش رشد معلق، بار میکروبی ناپایدار بوده و آبگیری خروجی وابسته به ترکیب لجن چسبیده و معلق است.
عوامل بیولوژیکی مؤثر بر کارایی تجهیزات آبگیری مکانیکی
آبگیری مکانیکی به عملکرد سهگانه زیر وابسته است:
هندسه و فشار سیستم (نیروی گریز از مرکز، فشار صفحه، فشار تسمه)
کیفیت فلوک و ساختار بیولوژیکی آن
تعامل پلیمر با لجن
پارامترهای زیستی که سبب افت راندمان آبگیری میشوند:
افزایش EPS → نیاز بیشتر به پلیمر → کیک مرطوبتر
افزایش SMP → بالا رفتن چسبندگی کیک → گرفتگی سریع پارچه فیلتر
افزایش درصد آب میانفلوکی → کاهش آزادسازی آب حتی تحت فشار بالا
رشد بیش از حد باکتریهای رشتهای → کاهش چگالی لجن و تخلیه ضعیف آب
هضم ناقص بیهوازی → افزایش ترکیبات محلول و اختلال در عملکرد دکانتر
در سانتریفیوژها، میزان EPS بالا باعث ایجاد کیک با ساختار الاستیکـژلهای شده و توان جداسازی (G-force separation efficiency) را کاهش میدهد.
در فیلترپرسها، لجن با SMP زیاد باعث کاهش دبی آب خروجی و افزایش زمان سیکل (cycle time) میشود.
راهکارهای بهبود آبگیری بر اساس مدیریت رفتار بیولوژیکی لجن
6.1 کنترل زیستتوده و کاهش EPS/SMP
بهینهسازی نسبت F/M و جلوگیری از شوک بارگذاری
افزایش سن لجن برای کاهش EPS در شرایط پایدار
استفاده از پیشتصفیه شیمیایی جهت شکستن ساختار پلیساکاریدی EPS
تزریق یونهای دوظرفیتی (Ca²⁺, Mg²⁺) برای کاهش بار الکتریکی و تراکم فلوک
6.2 مدیریت رشد باکتریهای رشتهای
تنظیم نسبت COD/N
کلرزنی کنترلشده یا استفاده از پر اکسیدها
بهینهسازی هوادهی برای حذف شرایط کماکسیجنی
بهبود شرایط تغذیهای مخزن هوادهی
6.3 اصلاح فلوک قبل از آبگیری
استفاده از پلیمرهای کاتیونی با وزن مولکولی بالا
افزودن کمکمنعقدهای معدنی (FeCl₃, PAC)
کاربرد روشهای پیششرطسازی مانند:
thermal conditioning
ultrasonic treatment
oxidative conditioning (O₃, H₂O₂)
6.4 طراحی مناسب سیستم آبگیری
انتخاب دستگاه متناسب با رئولوژی لجن
تنظیم سرعت چرخش سانتریفیوژ مطابق با CST و SRF
شستشوی دورهای فیلترها برای جلوگیری از گرفتگی ناشی از SMP
نتیجهگیری
رفتار بیولوژیکی لجن تأثیری بسیار قوی و تعیینکننده بر کارایی آبگیری مکانیکی دارد. ساختار فلوک، مقدار و کیفیت EPS و SMP، ترکیب جمعیت میکروبی، سن لجن و نوع فرآیند زیستی، همگی در تعیین میزان آب آزادشدنی و مقاومت رئولوژیکی لجن اهمیت اساسی دارند. مدیریت این پارامترهای بیولوژیکی میتواند بهرهوری تجهیزات آبگیری را به شکل قابلتوجهی افزایش داده و هزینههای بهرهبرداری را کاهش دهد.
Alireza 
