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.