آبگيري و تغليظ لجن

آبگيري و تغليظ لجن همان طور كه از نامش مشخص است، به فرآيند حذف آب و مايعات موجود در لجن ته نشين شده كف تصفيه خانه ها گفته ميشود كه در نهايت منجر به افزايش مقدار جامدات نسبت به مايعات در لجن خواهد شد. حذف مايعات از لجن موجود در استخرهاي تصفيه خانه منجر به جا به جايي و حمل آسان لجن و كاهش هزينه هاي اقتصادي مي گردد.

آبگيري و تغليظ لجن چيست؟

در طي فرآيندهاي بيولوژيكي و شيميايي تصفيه آب و فاضلاب، باكتري ها و ميكروارگانيسم هاي هوازي و بي هوازي، مواد آلي و معلق در پساب ها را تغذيه نموده و آنها را به مواد قابل تجزيه تبديل مي كند. اين ذرات به مرور در كف استخرهاي تصفيه خانه ته نشين شده و توليد لجن مي كنند. با توجه به مقدار و دبي مواد آلاينده موجود در فاضلاب، در بازه هاي زماني مشخص لجن موجود در تصفيه خانه ها تخليه شده و در برخي از مواقع مجدد مورد استفاده قرار ميگيرند. حذف مايعات موجود در اين لايه هاي لجن و افزايش مقدار جامدات نسبت به مايعات در آن، به عمل آبگيري و تغليظ لجن معروف مي باشد. حذف اين مايعات تاثير بسزايي در كاهش هزينه هاي حمل و نقل و همچنين افزايش راندمان در فرآيندهاي بعدي استفاده از لجن خواهند داشت و به همين دليل است كه اين عمل به عنوان بخش مهمي از فرآيند تصفيه فاضلاب مورد توجه قرار گرفته است.

روش هاي آبگيري و تغليظ لجن

با توجه به اهميت بسيار زياد حذف مايعات و آب موجود در لجن ته نشين شده در كف تصفيه خانه ها، روش هاي متعددي براي اين منظور طراحي و ارائه شده و در مورد استفاده قرار ميگيرند. با توجه به غلظت لجن، ميزان لجن توليد شده در يك بازه زماني مشخص، مقدار بودجه در نظر گرفته شده براي تهيه مواد شيميايي مي توان يكي از روش هاي زير را براي اين منظور انتخاب نمود:

آبگيري و تغليظ با روش هاي ثقلي

رايج ترين شيوه براي آبگيري و تغليظ لجن، استفاده از استخرهاي ته نشيني دايره اي مي باشد كه داراي پل هاي لجن روب دوار مي باشند. اين پل ها لجن تغليظ شده را به هوپر مركزي منتقل مي كنند تا از اين نقظه عمل تخليه صورت گيرد. با توجه به فرآيند بعدي كه از اين لجن استفاده ميشود، ممكن است براي آبگيري و غلظت بيشتر وارد واحد آبگيري گردند.

تغليظ لجن با شناورسازي و هوا دهي

يكي از تجهيزات بسيار كاربردي در تصفيه فاضلاب، شناورسازي DAF يا هوادهي فشرده مي باشد. در اين روش هواي فشرده از يك طرف وارد مخزن پساب ها شده و از طرف ديگر نيز مواد منعقدكننده شيميايي وارد مي شوند. در نهايت، مولكول هاي هوا به مواد معلق در فاضلاب چسبيده و به سمت بالا حركت مي كنند. فشار وارد شده به مخزن پساب باعث ايجاد تلاطم و خارج شدن هوا و مايعات موجود در لجن ته نشين شده در كف استخر مي گردد. از جمله معايب اين روش مي توان به هزينه بر بودن آن از نظر اقتصادي اشاره نمود.

سانترفيوژ

برايد تغليظ لجن فعال دفعي مي توان از روشي مشابه با تغليظ ثقلي استفاده نمود كه تاثير بسيار زيادي بر كاهش بو داشته و فضاي مورد نياز براي اين تجهيزات نيز كم مي باشد. در اين روش، به كمك دستگاهي صورت مي گيرد كه با نيروي 500 تا 3000 برابر نيروي جاذبه زمين تلاش مي كند تا مواد معلق موجود در فاضلاب ته نشين گردند.

تغليظ نواري ثقلي

از ديگر روش هاي رايج براي آبگيري و تغليظ لجن مي توان به روش نواري تقلي اشاره نمود. در اين دستگاه، پس از لخته سازي و انعقاد مواد معلق در پساب ها، بر روي نوار متحرك قرار گرفته و اصطلاحا زه كشي آب انجام ميشود. با استفاده از مواد منعقد كننده، لجن بيشتري توليد شده و با زه كشي آب آن، در نهايت از مقدار مايعات موجود در آن كاسته شده و عمل آبگيري با راندمان بالا صورت ميگيرد.

تغليظ استوانه اي چرخان

RDT يا استوانه چرخان روشي مشابه با نوار ثقلي مي باشد كه ابتدا مواد پليمري و منعقد كننده به درون فاضلاب وارد ميشوند و عمل لخته سازي انجام ميشود. سپس فاضلاب منعقد شده وارد استوانه اي چرخان با ديواره هاي سرشار از منفذ مي گردد. در اثر چرخش استوانه، مايعات و آب موجود در لجن از منافذ آن عبور نموده و لجن آبگيري شده از استوانه تخليه مي شود.

از ديگر روش هاي مورد استفاده براي آبگيري و تغليظ لجن مي توان به تغليظ با فيلترهاي تحت فشار و تغليظ با فيلتر پرس و همچنين روش هاي تركيبي و لاگون هاي تصفيه فاضلاب اشاره نمود. لاگون هاي تصفيه يكي از ارزان ترين روش ها براي آبگيري و تغليظ لجن مي باشد كه با حفر حوضچه و چاه هاي بزرگ در طبيعت عما تصفيه بيولوژيكي با هزينه اندك در آنها انجام ميشود.

دستگاه هاي مورد استفاده براي آبگيري و تغليظ لجن

براي آبگيري و تغليظ لجن و حذف مايعات موجود در آن، از دستگاه هاي متعددي مي توان استفاده نمود از قبيل:

• دستگاه هاي فيلتراسيون مانند فيلتر پرس، بلت فيلتر پرس و اسكرو پرسف تغليظ كننده نواري
• دستگاه سانترفيوژ
• درايرهاي حرارتي
• نوارهاي ثقلي
• آبگيري لجن با لاگون ها

مواد مورد استفاده در آبگيري و تغليظ لجن كه در هر يك از روش هاي فوق به كار گرفته ميشوند، اغلب مواد منعقد كننده و لخته ساز مي باشند. از رايج ترين آنها مي توان به مواد پليمري اشاره نمود كه تاثير بسيار مطلوبي بر لخته سازي مواد معلق موجود در فاضلاب خواهند داشت.

طراحي و توليد تجهيزات آبگيري و تغليظ لجن

گروه مهر آذر يكي از تيم هاي بسيار موفق در زمينه توليد و طراحي تجهيزات مورد استفاده براي تغليظ و آبگيري لجن مي باشد كه كيفيت و كارايي بالا و طول عمر مناسب از مهم ترين ويژگي هاي در نظر گرفته شده براي آنها است.

مهمترين فعاليت شركت مهرآذرماشين انجام فرايند هاي تغليظ و آبگيري لجن تصفيه خانه هاي آب و فاضلاب و لجن هاي صنعتي با همكاري كمپاني Bellmer آلمان بوده  است و در مدت حدود 20 سال تجارب بسيار گران بهايي در اين زمينه كسب نموده است
فرآيند تغليظ لجن به فرآيندي اطلاق مي شود كه لجن مايع رقيق  كه معمولاً حاوي  ماده جامد با غلظت 0.1% تا 0.2%  مي باشدبعد از جداسازي مقداري آب  از آن غليظ تر گرديد و معمولاً غلظت جامدات به 4 تا 6 درصد و گاهي حتي تا 14 درصد مي رسد ولي لجن هنوز مايع مي باشد 
در اين فرآيند صرفاً با جداسازي آب بدون فشار مكانيكي صرفاً به صورت ثقلي  با دو روش متداول  انجام مي شود:

1-    استانيك تيكنر  (Static Thickener) كه مخا زني خاص جهت ته نشيني هستند و در كف مخزن نيز تجهيزات لجن روب يا خروجي تخليه لجن تعبيه شده اند كه در اين  فرايند حداكثر غلظت تا حد محدودي تا دو يا سه برابر مقدار اوليه افزايش مي يابد. فلوكولانت در اين فرايند جهت لجن فعال تصفيه خانه هاي فاضلاب شهري  معمولا اضافه نمي شود. ولي براي لجن هاي صنعتي گاهي مواد منعقد كننده  و يا لخته كننده قبل از ته نشيني اضافه مي گردند
2-    تغليظ كننده هاي مكانيكي ،  در اين روش  ها فلوكولانت ها همواره لازم است كه در ابتدا به لجن اضافه تا پس از گذشت زمان ماند لازم لخته سازي انجام شود و سپس فرايند تغليظ انجام شود. سه نوع تكنو لوژي اصلي در فرايند تغليظ مكانيكي لجن به كار مي روند .

1-2- تغليظ كننده نواري   (Belt Thickener)تقريباً  در 80 درصد كاربرد ها
2-2- درام تيكنر (Drum Thickener)
3-2-  سانتريفوژ-دكانتر

درام تيكنر ها بعلت اينكه آب شستشو به لجن غليظ شده مجددا اضافه مي شود و دكانتر ها نيز بعلت انرژي الكتريكي مصرفي  زياد مورد نياز و همچنين كيفيت بد آب جدا شده از لجن، معمولاً كاربردهاي محدودي دارند و عمداً تغليظ كننده هاي نواري جهت تغليظ لجن به كار ميروند. 


تغليظ كننده هاي نواري  شبيه يك نوار نقاله عريض با نوار مشبك از جنس منسوج  پلي استر مي باشد كه آب لجن پس از فرآيند لخته سازي به طور يكنواخت توزيع مي گردد و با حركت نوار به تدريج آب لجن جدا و به طور كلي به مخزن زير دستگاه هدايت مي گردد و در انتها لجن تغليظ شده به طور ثقلي خارج مي گردد.
ضمنا تعدادي قطعات مخروطي شكل روي نوار نصب شده كه لجن را شخم زده و از ماندن مواد جامد روي نوار و بسته شدن عبور آب از نوار جلوگيري مي كند.
قسمتي از آب جدا شده از لجن جهت شستشو نوار در زير دستگاه با فشار 4 بار به كار مي رود

فرآيند تغليظ لجن در شكل روبرو نشان داده شده است.

آبگيري مكانيكي به فرايندي اطلاق مي شود كه آب لجن مايع بوسيله فشار مكانيكي يا نيروي گريز مركز گرفته و لجن جامد مي گردد در اين روش معمولاً لجن با غلظت حداقل  3 درصد به دستگاه آبگيري تغذيه و  با توجه به به نوع لجن و درصد جامدات آلي آن لجن جامده و غلظت جامدات به 17 تا 40 درصد مي رسد (درمورد بعضي از لجن هاي فلزي و معدني غلظت ماده جامد لجن گاهي تا 90 درصد نيز مي رسد)
آبگيري لجن  به خصوصدر گذشته به صورت غير مكانيكي به صورت قراردادن لجن در بسترهاي كه در زير آن براي تخليه آب زهكشي شده است در فضاي آزاد نيز انجام مي شود(Drying Beds) كه بعلت وابسته بودن آن به وضعيت آب و هوا باران و آفتاب و همچنين جمع شدن حشرات  بر روي بسترها ديگر صرفاً در ظرفيتهاي كم يا سايتهاي دور از شهر بدون محدوديت فضا انجام مي گردد.
ولي در حال حاضر آبگيري لجن صرفاً با روشهاي مكانيكي انجام مي گردد و فلوكولانت ابتدا بايستي به لجن در مخازن اختلاط يا ميكسرهاي ديناميك آن لاين اضافه شود تا بعد از گذشتن زمان ماند كافي فلاك لخته و فلاك ايجاد شود سپس عمل آبگيري با  چهار تكنولوژي عمده مختلف انجام مي شود :


1-    پرسهاي نواري (Belt Press) 
2-    پرسهاي حلزوني (Screw Press)
3-    دكانتر (سانتريفيوژ) (Decanters)
4-    فيلتر پرس (Chamber Filter Press)
دكانتر ها سيستمي پيچيده با دور بالا مي باشند و نگهداري آنها مشكل تر مي باشد ضمناً مصرف پلي الكتروليت در انها معمولاً به حدود 8-15  gr/kg DS مي رسد و ضمناً توان انرژي الكتريكي مور نياز زياد معمولاً بين 20 تا 200 كيلووات در ظرفيت هاي مختلف مي باشد ولي دكانترها با وجود عدم نياز به (Wear Part) (مانند نوار و پارچه تميز) بعلت نياز به تعميرات اساسي اساس در هر 5 سال در نهايت هزينه بهره برداري بالاتري در پريود 5 تا 7 ساله دارند . نكات مثبت اين سيستم عدم نياز به آب شستشو و رسيدن به غلظت بالاتر جامدات براي لجن هاي با مقدار VSS زياد مانند لجن فعال خالص مي باشند . 
فيلتر پرس ها نيز داراي فرايند  Batch  و غير پيوسته هستند و نياز به نيروي انساني زياد و فضاي زيادي دارند و تخليه آنها با مشكل ميباشد و اكنون در حال حاضر صرفاً در ظرفيت هاي كم يا در مواردي كه غلظت مواد  جامد ربسيار بللا در لجن هاي صنعتي مورد نياز باشد، به كار مي روند
دياگرام مراحل مختلف فرايند آبگيري در فيلتر پرس ها در زير نشان داده شده است:

در حال حاضر حدود 40 تا  درصد پروژهاي آبگيري لجن در دنيا ا استفاده از پرس هاي نواري انجام مي شوند.
مصرف پليمر جهت فلوكولانسيون قبل از پرس هاي نواري بين 2-10 gr/kg DS  مي باشد و تقريباً 40 درصد از دكانترها كمتر است، سيستم آنها ساده، دور آنها كم و مصرف انرژي الكتريكي آنها نيز ناچيز مي باشد جهت لجن معدني و هضم شده لجن آبگيري شده غلظت ماده خشك بسيار بالا حتي بيش از دكانترها مي باشدو براي لحن هاي آلي با VSS بالا نيز درصد ماده جامد قابل قبولي معمولاً تا دو درصد كمتر از دكانتر هاي نسل جديد را بدست م يآورند كه با توجه به ساير مزايا و بخصوص براي كشور ايران كه هزينه دفع لجن آبگيري شده در آن كم است، روش اپتيمم و بهينه محسوب مي گردند. 
اين پرس ها ازدو نوار مشبك منسوج از جنس پلي استر تشكيل شده است كه از بين تعدادي غلطك فولادي عبور و با فشار مكانيكي آب از لجن جدا شده و در نهايت به صورت پيوسته لجن آبگيري شده در انتهاي مسير هنگامي كه دو نوار از هم جدا مي گردند، تخليه مي شود.
دياگرام فرآيند آبگيري در پرس هاي نواري در  شكل زير  نشان داده شده است:

پرس حلزوني با اسكروپرس ها نيز اخيراً با تغييراتي كه در آنها انجام شده است بسيار كاربرد پيدا كرده اند زيرا مصرف پليمر در انها مشابه پرس نواري و غلظت بدست آمده در مورد لجن هاي فعال با ماده VSS بالا نيز زياد مي باشند مصرف انرژي الكتريكي آنها نيز كم و هزينه بهره برداري آنها پايين ميباشد و براي ظرفيتهاي پايين بسيار اقتصادي م يباشد. از معايب آنها مي توان به كيفيت پايين تر آب جدا شده از لجن ميباشد . ضمناً مصرف مصرف آب شستشو توري نيز بسيار كمتر از پرس نواري مي باشد . 
در اين روش نيز ابتدا به لجن در مخزن اختلاط محلول پليمر اضافه تا لخته و فلاك ايجاد شود سپس لجن وارد پرس حلزوني مي گردد و توسط حلزوني بالابربه   درام خروجي هدايت و در بين راه بين صفحات داخل اسكرو با امكان تنظيم فشار آبگيري مي شود. مقدار غلظت جامدات در خروجي با توجه به نوع لجن به 18 تا 25 درصد مي رسد. 
آب جداشده نيز از توري درام تخليه و توري دستگاه به وسيله موتور 0.09 كيلوواتي  در هر 15 دقيقه  60ثانيه شستشو تا توري بسته نشود.

لذا اين شركت با توجه به تجارب ساليان گذشته خود روشهاي زير را جهت پروژه هاي محتلف در كشور ايران توصيه مي نمايد: 
1-    در  ظرفيت هاي متوسط و بالا جهت لجن هاي معدني يا هضم شده صرفاً استفاده از پرس نواري  
2-    جهت ظرفيت هاي پايين تر و لجن هاي با VSS بالا استفاده از اسكرو پرس 
3-    جهت ظرفيت هاي خيلي كم استفاده از فيلتر پرس 

ولي استفاده از سانتريفيوژ با توجه به پيچيدگي ساختمان انها و هزينه بهره برداري بالاتر جهت كشور ايران به هيچ وجه توصيه نمي گردد. 
ضمناً گاهي پروسس تعليظ و آبگيري با هم با پرس هاي با قسمت افقي بلندتر، سيستم Cascade (قراردادن تغليظ دهنده برروي پرس نواري) يا Combi  (ساخت پرس و تغليظ كننده با هم با دو درايو ولي در يك فريم) نيز انجام مي گيرد كه هركدام از روش با توجه به ظرفيت نوع و غلظت لجن ورودي قابل انتخاب و طراحي است در جدول زير پارامترهاي تقريبي تعليظ و آبگير,  و همچنين هضم لجن كه در اكثر فرايندها بدست مي ايند ليست گرديده اند.