شرکت فنون آردا سبز - نماینده رسمی آردا فرانسه

FROM TRUE PROFESSIONALS

روشهای تصفیه شیرابه

گسترش شهرنشيني و صنعتي شدن، به ويژه در کشورهاي در حال توسعه، باعث انباشته شدن حجم عظيمي از زباله هاي شهري مي‍گردد. شیرابه محل دفن (leachate) یکی از آلوده ترین انواع فاضلاب می باشد و به­دلیل استفاده وسیع از انواع خاکچال یا دفنگاه­های زباله (Landfill) شهری برای دفع نهایی پسماندها نگرانیهای بهداشتی و زیست محیطی فراوانی ایجاد کرده است، شیرابه مايعي است بد بو به رنگ قهوه اي تيره كه از داخل مواد زائد به خارج تراوش كرده وحاوي انواع مواد آلی به شکل معلق و محلول و همچنین انواع عوامل بیماریزا و ترکیبات سمی (فلزات سنگین و مواد آلی سنگین) می­باشد. در ایران تنها 8% پسماندهای شهری بازیافت ، کمپوست و استفاده مجدد می شوند و  حدود 92% مواد زائد دفن می شوندکه از این روش مدیریتی مواد زائد جامد ، حدود 25% دفن اصولی و تقریبا بهداشتی است و مابقی به شکل غیر بهداشتی دفن و تلنبار می شوند. دراغلب زمينهاي دفن ، شيرابه ازتجزيه مواد آلي ومايعي كه ممكن است از منابع خارجي مثل زهكشي آبهاي سطحي،آب باران،آبهاي زيرزميني،آبهاي ناشي ازمنابع زيرزميني كه وارد مواد زائد شده باشد ، ناشي مي شود. نفوذ شیرابه به داخل خاک و رسیدن آن به سفره های آب زیرزمینی بعلت وجود آلاینده هایی نظیر هیدروکربورها ، فلزات سنگین و نظایر آنها باعث آلودگی خاک و آبهای زیرزمینی  می گردد همچنین حرکت افقی شیرابه در اماکن دفن زباله های شهری و خروج شیرابه از سطح خاک در نقاط کم ارتفاع ، باعث آلودگی آبهای سطحی می شود و چنانچه این آبها مورد استفاده عموم قرار گیرند ، شیوع بیماریهای خطرناک بسیار محتمل است.

بررسي هاي انجام شده در مورد ترکيب شيرابه زباله نشان داده است که شيرابه علاوه بر مقدار زيادي مواد آلي، داراي عناصر ازت، فسفر و پتاسيم و فلزات سنگين از جمله نيکل، کروم، کاديوم، آهن، سرب، مس، روي، منگنز به عنوان مواد سمي و مضر و نمک هاي محلول و همچنين آلودگي هاي بالاي ميکروبي مي‌باشند. تحقیقات متعدد نشان می دهد که فلز روي بالاترين غلظت و پس از آن به ترتيب نيکل، مس، کروم، کاديوم بيشترين غلظت را در شيرابه دارا مي باشند.لذا مدیریت صحیح کنترل شیرابه ، پتانسیل آلوده ساز بودن محل دفن برای منابع آب زیرزمینی و سطحی را منتفی خواهد کرد.بررسي هاي به عمل آمده در بسیاری از كشورها نشان مي دهد كه منابع آب زير زميني و سطحي در اطراف محلهاي دفن آلوده شده اند.

توليد شيرابه و گازهاي حاصل از آن يكي از معضلات  اساسي محلهاي دفن بهداشتي زباله مي باشد. با افزايش حجم، پيچيدگي و تنوع ترکيبات مواد زائد، شيرابه توليدي آن ها هم بالطبع افزايش مي يابد. تصفيه شيرابه حاصل از محل هاي دفن مواد زايد شهري، به عنوان يکي از مهمترين مسائل زيست محيطي در همه نقاط دنیا بوده که در ایران کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است.از روشهای مختلفی  همچون  گردش مجدد شيرابه به سلول دفن (تصفیه در جا)،تبخير شيرابه، تخليه به تصفيه خانه فاضلاب وتصفيه شيرابه به روشهای مختلف فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی و سپس دفع جهت سامان دهی و مدیریت شیرابه استفاده می شود. این روشها وابستگی زیاد به ترکیبات شیرابه دارد. از سوی دیگر محدودیت­های هر روش به استفاده مجدد از پساب و به مسائلی مانند انرژی مصرفی و پیچیدگی راهبری سیستم وابسته می­ باشد.

متوسط سرانه تولید مواد زائد شهری در ایران حدود800گرم به ازای هر نفر در روز می باشد که 60 تا 70 درصد آن را پسماندهای آلی تشکیل می دهند. آمار موجود نشان می­دهد کهروزانه 50000 تن زباله در کشور تولید می شود و خسارت ناشی از روشهای غلط و نابسامان جمع آوری و دفن زباله هادر کشور سالانه 37000 میلیارد تومان برآورد شده است.

شيرابه ممكن است حاوي غلظت بالاي چندين آلاينده خطرناك به صورت همزمان باشد. مواد آلي مقاوم به تجزيه زيستي و فلزات سنگين از اجزاي اصلي شيرابه زباله هستند كه اغلب به واسطه اثرات ناخوشايند بر انسان و محيط زيست نگران كننده مي باشند.  در كنترل، جمع آوري، دفع و تصفيه اين آلاينده بايستي دقت ويژه اي شود؛ چرا كه عدم تصفيه، جمع آوري و دفع صحيح آن موجب آلودگي شديد آب‌هاي زيرزميني و سطحي وهمچنین خاك به تركيبات آلي سمي و  مقاوم در برابر تجزيه بيولوژيكي مي‌گردد.

به دليل تركيب متفاوت شيرابه در مناطق مختلف، تاكنون روش يكنواختي براي تصفيه آن ارايه نشده است. فرايندهاي زيستي به تنهايي نمي توانند مواد آلي مقاوم را حذف نمايند، از اين رو براي تصفیه شیرابه استفاده از مراحل پيش تصفيه  و یا تصفیه تکمیلی ضروری  مي‌باشد.

روش هاي مختلفي جهت تصفيه شيرابه مورد استفاده قرارگرفته است که از جمله آنها می‌توان به روشهای تصفيه بي‌هوازي ، تصفيه هوازي (شامل فرايندهاي رشد چسبيده و غيرچسبيده)، روشهاي غشايي مانند اسمز معكوس، روش‌هاي فيزيكي و فيلتراسيون غشايي مانند نانو‌فيلتر  و روش جذب ، استفاده از منعقد‌كننده‌ها، روش‌هاي شيمياي و روش هاي مختلف اكسيداسيون پيشرفته مانند  ازن‌زنی اشاره‌کرد.

آمار منتشرشده از سوي سازمان بازيافت و تبديل مواد شهرداري تهران نشان مي دهد كه ايران از نظر توليد زباله در رتبه دهم جهان قرار دارد.

در مطالعه اخیر، تاثیر ازن‌زنی بر بروی خروجی تصفیه خانه شیرابه تهران مورد بررسی قرار گرفته است.

شيرابه تصفیه‌شده ممكن است از اين نظر آلودگی با فاضلاب خانگي برابري كند ، ولي حاوي تركيبات آلي مقاوم به تجزيه بيولوژيكي مي باشد. شيرابه توليد شده در مرحله اسيدي تجزيه زباله، حاوي مقدار زيادي از اسيدهاي چرب فرار است. اين مواد كه از وزن ملكولي كوچكي برخوردارند، بخش اعظم مواد آلي موجود در شيرابه را تشكيل داده و از لحاظ بيولوژيكي نيز به آساني تجزيه پذير هستند. نسبت اكسيژن خواهي بيوشيميايي به اكسيژن خواهي شيميايي است  در شيرابه تازه در مرحله اسيدي حدود 5/0 است و از آنجا که BOD  بسيار سريعتر از COD كاهش مي يابد، اين نسبت در شيرابه تصفیه‌ شده كم تر از 1/0 می‌باشد. شيرابه مي‌تواند مشكلات زيادي مانند تجمع فلزات سنگين در خاك ، اثر بر آب هاي زيرزميني و اثرات پاتوژني به وجود آورد. همچنين، تحقيقات نشان داده است كه اگرچه گاهي اورانيوم نيز در شيرابه زباله وجود دارد ، ولي مقدار آن نگران‌كننده نيست.

فرآيند اكسيداسيون پيشرفته عبارت است از اكسيداسيوني كه براي تصفيه موثر فاضلاب به اندازه كافي راديكال هيدروكسيل توليد كند. اين فرايند براي تصفيه فاضلابهاي داراي تركيبات آلي مقاوم و به‌صورت موفق براي پيش

تصفيه به منظور كاهش غلظت تركيبات آلي سمي كه مزاحم فرايندهاي تصفيه بيولوژيكي فاضلاب مي شوند، استفاده مي شود.

ازن و راديكالهاي هيدروكسيل در رديف قوي ترين عوامل اكسيد كننده قرار دارند . ازن مي تواند به طور مستقيم با يك تركيب شيميايي واكنش دهد يا راديكال هيدروكسيلي توليد نمايد كه بعدا با آن ماده واكنش دهد. راديكال هيدروكسيل داراي پتانسيل اكسيداسيوني 2 ولت است و از اكسيد كننده هاي متداول بسيار سريع تر عمل مي كند.

اطلاعات كمي در مورد تاثير روش اكسيداسيون پيشرفته در تصفيه شيرابه زباله وجود دارد. به‌نظر مي رسد كه حتي اگر اين روش نتواند شيرابه را تا حد قابل قبولي تصفيه كند، مي‌تواند تركيبات پيچيده‌اي را كه در شيرابه

وجود دارد به تركيبات قابل تصفيه بيولوژيكي تبديل نمايد. در اين صورت مي توان از اين روش به عنوان پيش تصفيه‌اي براي تصفيه‌هاي بيولوژيكي شيرابه استفاده نمود.

به منظور بررسی کارایی ازن روی شیرابه تصفیه خانه تهران، یک مطالعه تجربی روی این پساب انجام گرفته‌است که شرح آن در ادامه ارائه می‌گردد.

اين مطالعه تجربي بر روي شيرابه زباله محل دفن كهريزك تهران در مقياس آزمايشگاهي و در سيستم بسته انجام شده‌است.

نمونه‌هاي گرفته شده از محل دفن در دماي 4 درجه سانتي - گراد به آزمايشگاه منتقل شد‌ه و مورد آزمايش قرار گرفت‌.  برای انجام آزمایشات رآكتوری با حجم 1 لیتر و ارتفاع 20 سانتي متر درنظرگرفته شد.

نازلهايي براي ورود گاز ازن در كف رآكتور تعبيه شده بود و براي انجام اختلاط كامل از يك همزن در كف رآكتور استفاده مي شد. براي توليد ازن از دستگاه ازن ساز ساخت شركت ARDA فرانسه با ظرفيت 5 گرم ازن در ساعت استفاده شد.

روش كار به اين صورت بود كه ابتدا pH بهينه براي تصفيه به دست آمد. سپس با تغییر دادن مكرر پارامترهاي زمان و و دوز ازن  بهترين مقدار این پارامترها برای بدست آوردن بهترین TS ،COD ،BOD5 خروجی تعيين شد. بعد از تکمیل ازن زنی، پساب از یک لایه فیلتر 45/0 میکرونی عبور داده‌می‌شود.

تصفيه شيرابه در شرايط بهينه با 4 بار تكرار در چهار زمان صفر، 10، 30 و 60 دقيقه ، انجام شد.

با توجه به اطلاعات بدست‌آمده، استفاده از ازن در pH بهينه  در زمان‌های 10 ، 30 و 60 دقیقه، به‌ترتیب  81 ، 85 و 87 درصدCOD  را حذف كرده است.

با توجه به کمیت و کیفیت شیرابه روشهای بسیار متنوعی برای تصفیه آن قابل استفاده است که مهمترین آنها را می­توان به صورت زیر آنها را دسته­بندی کرد:

  • تصفیه همزمان با فاضلاب شهری

تصفیه همزمان با فاضلاب شهری گزینه­ای دارای برتری نسبی راهبری کم هزینه و آسان خواهد بود. مشکل اصلی آن هم وجود ترکیبات دیرتجزیه پذیر، فلزات سمی و مواد بازدارنده در شیرابه است که باعث کاهش بازده تصفیه خواهد شد. لازم است تا نسبت شیرابه به فاضلاب بهینه شود. روشهای توصیه شده برای ترکیب شیرابه و فاضلاب روشهای با قابلیت حذف نیتروژن و فسفر مانند روش SBR می­باشد. هم­چنین تصفیه تکمیلی مانند استفاده از کربن فعال (PAC) لازم می­باشد.

 

  • تصفیه بیولوژیک

تصفیه بیولوژیک چه به صورت هوازی و چه بیهوازی در حذف مواد آلی از شیرابه می­تواند کارآ باشد به­ شرطی که نسبت BOD/COD بیشتر از 0.5 باشد. هم­چنین وجود ترکیبات بازدارنده مانند اسید فولویک و اسید هیومیک در شیرابه می­تواند بازده تصفیه را بسیار کاهش دهد.

تصفیه هوازی: روشهای متعدد هوازی مانند SBRو MBBR به صورت قابل قبولی در تصفیه شیرابه به کار گرفته شده اند. در سالهای اخیر نیز مانند روشهای غشایی مانند MBR آزمایش شده­اند. قبلا روشهای کم هزینه مانند لاگون­های هوادهی برای شیرابه­های رقیق نیز آزمایش شده اما بازده کم آنها همراه با مشکلات بهره­برداری به اثبات رسیده است. روشهای لجن فعال خصوصا به صورت تصفیه همزمان برای تصفیه شیرابه به­کار رفته است. مهمترین مشکلات این روش را می­توان به صورت زیر فهرست کرد:

-         ایجاد لجن تثبیت نشده

-         تولید لجن مازاد زیاد

-         نیاز به انرژی زیاد

-         بازدارندگی نیتروژن آمونیاکی برای رشد میکروبی

تصفیه بیهوازی: با توجه به بارآلی زیاد شیرابه استفاده از روشهای بیهوازی در بخش­های پایانی تصفیه ضروری خواهد بود. برخلاف روشهای هوازی، در روش بیهوازی انرژی تولید شده و می­تواند برای نگه­داشت فرایند در دمای 35 °C و یا حتی فروش انرژی استفاده شود. از میان روشهای موجود روش UASB بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. پیچیدگی راهبری و حساسیت به دما محدودیت اصلی این روشها می­باشد.

 

 

 

 

 

  • تصفیه فیزیکی- شیمیایی

معمولا روشهای فیریکی- شیمیایی به همراه روشهای بیولوژیک درتصفیه شیرابه به کار رفته است. در این میان روشهای انعقاد و شناورسازی برای ترسیب برخی ترکیبات شیرابه بیشتر به­کار فته است. این روشها معمولا به عنوان پیش تصفیه برای شیرابه­های کهنه به­کار رفته­اند. سولفات آهن ، سولفات آلومینیوم،  کلرید و سولفات آهن (III) معمول­ترین منعقدکننده­ها بوده­اند. ترسیب شیمایی نیز جزء روشهای پرکاربرد پیش تصفیه قلمداد می­گردد. هم­چنین استفاده از جاذب مانند کربن فعال در تکمیل روشهای تصفیه متعارف کاربرد فراوان دارد.

زلال سازی شامل فرایند های انعقاد، لخته سازی و ته نشینی است. در عمل انعقاد، با اضافه کردن مواد شیمیایی ، ذرات را آماده چسبیدن به یکدیگر و تشکیل ذرات درشت­تر می­کنند که می­تواند به دلیل خنثی شدن بارهای الکتریکی باشد.  بی­بارشدن ذرات ریز سبب حذف نیروی دافعه بین ذرات می­شود. در ضمن فرایند انعقاد می­تواند تیرگی ناشی از مواد آلی و مواد معدنی، انواع میکرو اورگانیسم­ها، رنگ و فسفات را کاهش دهد و یا حذف نماید. مرحله بعدی زلال­سازی لخته­سازی است. در این مرحله مواد منعقد شده از طریق بهم زدن آرام به یکدیگر نزدیک می­شوند  و  ذرات بزرگتری را بوجود می­آورند که راحت­تر ته­نشین می­شوند. بعد از لخته سازی نوبت به مرحله ته­نشینی می­رسد. در این مرحله ذراتی که منعقد و لخته شده­اند دارای شرایط مناسبی برای رسوب­کردن می­شوند و آب زلال شده به دست می­آید.

مواد و تجهیزات مورد استفاده در فرآیند زلال سازی باید به شیوه مناسبی به کار گرفته شود تا این عمل کارایی خوبی داشته باشد. موفقیت در این فرآیند به موارد زیر بستگی دارد:

1-         مقدار صحیح مواد شیمیایی اضافه شده.

2-         نقطه مناسب تزریق در سیستم.

3-         میزان و سرعت بهم خوردن شیرابه.

فرآیند انعقاد وته نشینی را می توان به سه مرحله شیمیایی-فیزیکی تقسیم کرد:

1-         مخلوط کردن سریع برای انعقاد ذرات.

2-         مخلوط کردن متوسط برای ایجاد لخته­ها.

3-         جداسازی لخته­ها از شیرابه.

در گذشته هر یک از مراحل زلال سازی در وسایل جداگانه ای انجام می­شد ولی امروزه سعی شده تا تمام این مراحل در یک واحد انجام گیرد. یک نوع مرسوم از تجهیزات زلال سازی، حوضچه ای است که شامل 2 یا 3 قسمت است و هر مرحله از زلال سازی در یک قسمت انجام می شود. جریان آب در این گونه وسایل افقی است.برای مخلوط کردن سه تا پنج دقیقه وقت کافیست و برای اختلاط آهسته زمان 30 دقیقه در نظر گرفته شده است. ولی قسمت عمده زمان مصرفی صرف ته­نشین شدن لخته می­شود. به طور کلی زمان لازم برای کامل شدن فرایند در این دستگاه  6 ساعت است. امروزه دستگاه هایی به کار می رود که با حداقل فضا و مصالح ساختمانی، حداکثر بازدهی را داشته باشد.

  

  • اکسیداسیون شیمیایی و روش­های اکسیداسیون پیشرفته (AOP)

در تصفیه فاضلاب معمولا وقتی از روشهای شیمایی استفاده می­شود که مواد آلی محلول، مواد غیرقابل تجزیه زیستی و مواد سمی زیاد باشند. چنین ترکیباتی در شیرابه زباله به مقدار زیاد وجود داشته و از اینرو انواع روشهای AOP تا کنون برای تصفیه شیرابه به­کار رفته است.

فرایند اکسیداسیون پیشرفته عبارت است از اکسیداسیونی که برای تصفیه موثر فاضلاب به اندازه کافی رادیکال هیدروکسیل تولید کند. این فرایند برای تصفیه فاضلاب های دارای ترکیبات آلی مقاوم و به صورت موفق برای پیش تصفیه به منظور کاهش غلظت ترکیبات آلی سمی که مزاحم فرایندهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب می شوند، استفاده می شود. این فرایندباعث تولید رادیکالهای آزاد OH می شود که می تواند آلاینده های آلی و غیر آلی را حذف کند. ازن و رادیکال­های هیدروکسیل در ردیف قوی­ترین عوامل اکسید کننده قرار دارند. ازن می تواند به طور مستقیم با یک ترکیب شیمیایی واکنش دهد یا رادیکال هیدروکسیلی تولید نماید که بعدا با آن ماده واکنش دهد. رادیکال هیدروکسیل دارای پتانسیل اکسیداسیونی برابر 33/2 ولت است و از اکسیدان های متداول بسیار سریع تر عمل می کند.

روشهای AOP معمولا یا به صورت ترکیبی همگن (Homogenous) یا ناهمگن (Heterogeneous) استفاده شده اند (جدول شماره 4).با توجه به تحقیقات انجام شده توسط شرکت فنون آردا سبزمی­توان نتیجه گیری نمود که روش O3/UV می­تواند تجزیه پذیری بیولوژیکی شیرابه را افزایش دهد و از این رو می تواند به عنوان پیش تصفیه ای برای تصفیه بیولوژیکی شیرابه استفاده شود. بهترین شرایط برای این روش pH 5/8 و دز ازن به میزان 5/3 گرم به ازای هر لیتر شیرابه در ساعت می باشد و بهترین زمان ماند برای این روش از لحاظ راندمان و هزینه 10 دقیقه می باشد.

در روشهای AOP تنها به دلیل مصرف بالای انرژی برای مثلا لامپ­های UV یا تولید امواج مافوق صوت بالنسبه گران تمام می­شوند. 

نتیجه

با توجه به يافته‌هاي اين تحقيق مي‌توان نتيجه‌گيري نمود كه روش ازن زنی مي‌تواند تجزيه‌پذيري بيولوژيكي شيرابه افزايش دهد. علاوه بر این، شفافسازی این پساب نیز به وضوح قابل ملاحظه‌است.

بهترين شرايط براي اين کار، 5/3 گرم ازن به ازاي هر ليتر شيرابه در ساعت مي‌باشد.

بهترين زمان واكنش براي اين روش از لحاظ راندمان و هزينه 10 دقيقه مي‌باشد.