فرآیند تماس‌دهنده‌های­ بیولوژیکی چرخان (RBCs)

یکی از فرآیندهای بیولوژیکی هوازی تصفیه فاضلاب که در آن از رشد چسبیده برای فعالیت میکروارگانیسم­ها و باکتری­ها استفاده می­شود، فرآیند RBC است. برخلاف فرآیند لجن فعال که در آن باکتری­ها در درون فاضلاب غوطه ­ورند در این فرآیند باکتری­ها به یکسری از صفحات چرخان چسبیده و بر روی آنها فعالیت­های بیولوژیکی خود را که منجر به تصفیه فاضلاب می­شوند، انجام می­دهند.

این فرآیند برای اولین بار در سال ۱۹۶۰ در آلمان مورد استفاده قرارگرفت و بعدها در آمریکا نیز بکار برده شد. تا سال ۱۹۷۰ میلادی صدها نمونه از این سیستم ساخته و راه اندازی شده و مطالعات گسترده­ای در سال­های ۲۰۰۰ – ۱۹۸۴ میلادی بر روی آن انجام گردید. هم اکنون انواع مختلفی از این فرآیند در سراسر جهان و به خصوص در اروپا و آمریکا مورد بهره­ برداری قرارگرفته است. در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی نوعی از این فرآیند که در آن صفحات بیش از ۷۰ درصد در فاضلاب مستغرق بودند، بکار برده شد.(Metcalf; Eddy, 2003)
تا به امروز فرآیند RBC نسبت به فرآیند لجن فعال نتوانسته کارایی مناسبی را از خود نشان دهد و تجربیات عملی از نصب سیستم­های مختلف RBC مشکلاتی را در ساخت و بهره‌برداری از آنها نمایان ساخته است. همین معایب و مشکلات سبب کندی پیشرفت این سیستم و کاربرد محدود آن چه در ایران و چه در نقاط دیگر دنیا شده است.

شرح فرآیند

فرآیند RBC از تعداد زیادی صفحات دایره­ ای نزدیک به هم تشکیل شده است که بخشی از آن­ها در درون فاضلاب قرارگرفته و می­چرخند. جنس این صفحات معمولاً از پلی­استر یا PVC است که همگی آنها بر روی یک شفت افقی نصب شده ­اند. قطر این صفحات معمولاً کمتر از ۵/۳ متر و طول هر واحد این صفحات به ۵/۷ متر می‌رسد. سطح تماس هر واحد استاندارد از این صفحات ۹۳۰۰ مترمربع (۱۰۰۰۰۰ فوت مربع) است که البته واحدهای با سطح تماس ۱۳۹۰۰ مترمربع (۱۵۰۰۰۰ فوت مربع) نیز ساخته می­شود.

صفحات RBC معمولاً تا ۴۰ درصد از ارتفاعشان در فاضلاب مستغرق شده و با سرعت ۶/۱-۱ دور در دقیقه در درون فاضلاب می­چرخند. در اغلب موارد نیروی لازم جهت چرخاندن صفحات توسط موتورهای الکتریکی تأمین می­شود اما در برخی موارد با اضافه کردن قطعاتی به صفحات RBC از نیروی هوای تزریق شده برای حرکت آنها استفاده می­گردد.

با فراهم بودن محیط مناسب و مواد آلی، باکتری­ها و میکروارگانیسم­ها بر روی این صفحات رشد کرده و تکثیر می­یابند و به تدریج یک لایه نازک را روی صفحه تشکیل می­دهند. هر باکتری چسبیده بر روی صفحه دو مرحله عملکرد را داراست. زمانی­که این باکتری در درون فاضلاب قرار دارد با انجام فعالیت­های بیولوژیکی و ترشح آنزیم­های مختلف، مواد آلی فاضلاب را تجزیه کرده و جذب می­کند. با چرخیدن صفحه و خروج باکتری از درون محیط فاضلاب، هوا (اکسیژن) مورد نیاز باکتری در دسترس وی قرار گرفته و شرایط را برای ادامه فعالیت­های بیولوژیکی باکتری و تصفیه فاضلاب فراهم می­کند.
با ادامه این فرآیند، به تدریج ضخامت لایه بیولوژیکی روی صفحه افزایش یافته به گونه­ ای که باکتری­های موجود در زیر سطح لایه و  چسبیده به صفحه، دیگر قادر به جذب اکسیژن و مواد آلی برای تغذیه نیستند. این مسئله سبب مرگ آنها شده و نیروی چسبندگی بین لایه بیولوژیکی و صفحه را کاهش می­دهد. از طرف دیگر ریزش فاضلاب به سمت پایین در زمان چرخیدن و بالا آمدن صفحه باعت کنده شده لایه بیولوژیکی از صفحه و سقوط آن به کف مخزن می­شود.
در عمل هر فرآیند RBC نیاز به یک پیش تصفیه برای حذف آشغال و ذرات درشت دانه و یک واحد ته ­نشینی ثانویه برای حذف لجن ناشی از توده­های بیولوژیکی کنده شده از صفحات دارد. به منظور جلوگیری از رشد جلبک بر روی صفحات و گرفتگی آنها باید از تابش نورخورشید به صفحات جلوگیری کرد. همچنین با پوشش این صفحات می­توان مانع از هدررفت گرمای سیستم شد.

انواع فرآیند RBC

انواع واحدهای RBC را از سه نظر عمق استغراق صفحات، تزریق هوا و تأمین نیروی چرخش می­توان تقسیم بندی نمود. اما معمولترین روش تقسیم بندی آنها براساس عمق استغراق است. واحدهای RBC را از این نظر به دو دسته متعارفی و مستغرق تقسیم می­کنند.

– تماس‌دهنده‌های­ متعارفی بیولوژیکی چرخان (CRBC)

در این نوع RBC معمولاً ۴۰-۳۵ درصد از صفحات در درون فاضلاب قرارگرفته بطوریکه شفت گرداننده صفحات خارج از فاضلاب قرار می­گیرد. همچنین در این حالت نیروی لازم برای چرخاندن صفحات به کمک یک سیستم الکترومکانیکال تأمین می­شود. در برخی موارد برای جلوگیری از بروز مشکل کمبود اکسیژن سیستم هوا از طریق دیفیوزرها به مخزن RBC تزریق می­گردد.

– تماس‌دهنده‌های­ مستغرق بیولوژیکی چرخان (SRBC)

عمق استغراق صفحات در این نوع RBC 90-70 درصد بوده و شفت گرداننده صفحات بطور کامل در داخل فاضلاب قرار می­گیرد. عمق استغراق زیاد صفحات باعث می­شود که زمان تماس باکتری­ با هوا کاهش یافته و درنتیجه مقدار اکسیژن کمتر توسط آنها جذب شود. برای رفع این مشکل معمولاً با کمک یک سیستم هوادهی عمقی، هوای مورد نیاز را به سیستم تزریق می­کنند.
همچنین در این نوع RBC قطعات اضافه­ ای به صفحات متصل شده تا از انرژی صعودی هوا برای چرخش صفحات کمک گرفته شود.

عمده ­ترین مزایای فرآیند RBCعبارتند از:
۱- مصرف انرژی کمتر نسبت به سایر روشهای بیولوژیکی هوازی به خصوص لجن فعال
۲- تولید صدای بسیار کمتر نسبت به فرآیند لجن فعال

درمقابل مهمترین معایب فرآیند RBC عبارتند از:
۱- عدم تولید صفحات RBC در داخل کشور و محدودیت دسترسی به آنها
۲- قیمت بالای تهیه صفحات RBC و سیستم چرخاننده صفحات و افزایش هزینه کل سیستم تصفیه
۳- مشکلات بهره­ برداری ناشی از گرفتگی بین صفحات RBC
۴- شکستن صفحات در صورت یخ زدن سطح فاضلاب در فصول سرد
۵- مشکلات ناشی از خوردگی محور چرخاننده صفحات به سبب تماس با محیط فاضلاب

معایب فرآیند RBC و عدم اطمینان از کارکرد این سیستم باعث شده که در سال­های اخیر کمتر از این روش در کشور برای تصفیه فاضلاب استفاده شود. حتی در برخی موارد سیستم­ های RBC نصب شده در گذشته با دیگر فرآیندهای تصفیه به خصوص لجن فعال جایگزین شده است. نمایان­تر شدن مشکلات نگهداری و بهره­ برداری از این سیستم  در اروپا و آمریکا نیز استفاده از  این روش را محدودتر از گذشته کرده است.