تبدیل لجن فاضلاب به جامدات زیستی توسط XJY: سفری در تصفیه فاضلاب و فراتر از آن

معرفی تصفیه لجن XJY

قبل از سال ۱۹۵۰، اکثر جوامع در ایالات متحده، فاضلاب یا پساب خود را با تصفیه بسیار کم یا بدون تصفیه، به نهرها و رودخانه‌ها تخلیه می‌کردند. با افزایش جمعیت شهری، توانایی طبیعی نهرها و رودخانه‌ها برای مدیریت فاضلاب از بین رفت و باعث شد کیفیت آب در بسیاری از مناطق رو به وخامت بگذارد. در پاسخ به نگرانی‌ها در مورد تخریب کیفیت آب، هزاران جامعه در سراسر ایالات متحده در طول دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ سیستم‌های تصفیه فاضلاب ساختند. این امر منجر به بهبود چشمگیر کیفیت آب نهرها و رودخانه‌ها شد، اما ماده دیگری برای مقابله با آن ایجاد شد: لجن فاضلاب. تقریباً ۹۹٪ از جریان فاضلابی که وارد تصفیه‌خانه می‌شود، به عنوان آب احیا شده تخلیه می‌شود. باقیمانده آن، سوسپانسیون رقیقی از جامدات است که توسط فرآیند تصفیه جذب شده است. این جامدات تصفیه فاضلاب معمولاً لجن فاضلاب نامیده می‌شوند.

«لجن فاضلاب» یا «جامدات زیستی» - معنی اسمشان چیست؟

اصطلاح "بیوسولیدها" اخیراً توسط صنعت تصفیه فاضلاب معرفی شده است. این صنعت، بیوسولیدها را به عنوان لجن فاضلابی تعریف می‌کند که تحت تصفیه کافی برای تثبیت و کاهش عوامل بیماری‌زا قرار گرفته و از کیفیت بالایی برای استفاده در زمین برخوردار است. این اصطلاح برای تمایز لجن فاضلاب تصفیه شده با کیفیت بالا از لجن فاضلاب خام و از لجن فاضلابی که حاوی مقادیر زیادی آلاینده‌های زیست‌محیطی است، در نظر گرفته شده است. اصطلاح "بیوسولیدها" همچنین با تأکید بر اینکه اولی توسط یک فرآیند بیولوژیکی تولید می‌شود، به تمایز لجن فاضلاب از لجن صنعتی کمک می‌کند. برخی این اصطلاح را به عنوان تلاشی برای پنهان کردن ماهیت واقعی لجن فاضلاب مورد انتقاد قرار داده‌اند، در نتیجه استفاده از این ماده در زمین را برای عموم مردم کمتر قابل اعتراض می‌دانند. اگرچه "بیوسولیدها" بدون شک همان تصاویر منفی "لجن فاضلاب" یا به سادگی "لجن" را تداعی نمی‌کند، اما وقتی به درستی برای ایجاد تمایزی که در بالا توضیح داده شد استفاده شود، یک اصطلاح مشروع و کاربردی است. در این سند، "لجن فاضلاب" به طور کلی برای اشاره به جامدات تصفیه فاضلاب و "بیوسولیدها" به طور خاص برای اشاره به موادی که برای استفاده در زمین مناسب هستند، استفاده خواهد شد.

تصویر ۶لجن فاضلاب

تولید لجن فاضلاب شهری XJY

فاضلاب شهری یا فاضالب، به آبی گفته می‌شود که در خانه‌ها یا مشاغل مناطق شهری و حومه شهر برای شستشو، حمام کردن و سیفون توالت استفاده شده است. فاضلاب شهری همچنین ممکن است شامل آب از منابع صنعتی باشد. برای حذف مواد شیمیایی یا آلاینده‌های ناشی از فرآیندهای صنعتی، شرکت‌های صنعتی که در سیستم‌های فاضلاب شهری مشارکت دارند، باید فاضلاب خود را قبل از تخلیه به سیستم فاضلاب، پیش تصفیه کنند. فاضلاب از طریق سیستم فاضلاب بهداشتی به یک تصفیه‌خانه فاضلاب متمرکز (که گاهی اوقات تصفیه‌خانه‌های عمومی یا POTW نامیده می‌شود) منتقل می‌شود. در POTW، فاضلاب از یک سری مراحل تصفیه عبور می‌کند که از فرآیندهای فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی برای حذف مواد مغذی و جامدات، تجزیه مواد آلی و از بین بردن عوامل بیماری‌زا (ارگانیسم‌های بیماری‌زا) در آب استفاده می‌کنند. آب احیا شده به نهرها و رودخانه‌ها رها می‌شود یا ممکن است در مناطق وسیعی از زمین پاشیده شود.

تصویر ۷ لجن فاضلاب شهری

تصفیه مقدماتی فاضلاب خام شامل غربالگری برای حذف اشیاء بزرگ مانند چوب، بطری، کاغذ و پارچه و مرحله حذف شن و ماسه است که طی آن جامدات معدنی (شن، ماسه، خاکستر) به سرعت از آب ته نشین می‌شوند. غربالگری‌ها و شن و ماسه حذف شده در این مرحله از تصفیه معمولاً دفن می‌شوند و به بخشی از لجن فاضلاب تبدیل نمی‌شوند.

تصفیه اولیه شامل فرآیندهای رسوب‌گذاری ثقلی و شناورسازی است که تقریباً نیمی از مواد جامدی را که وارد این مرحله می‌شوند، حذف می‌کند. مواد جامد (اعم از آلی و معدنی) که در طول این مرحله از تصفیه ته‌نشین می‌شوند، از کف گرفته شده و لجن اولیه را تشکیل می‌دهند. در بیشتر تصفیه‌خانه‌های فاضلاب عمومی، مواد شناور (روغن، گریس، چوب و مواد گیاهی) که در طول تصفیه اولیه از سطح آب جدا می‌شوند، جداگانه دفع می‌شوند و به بخشی از لجن اولیه تبدیل نمی‌شوند.

تصفیه ثانویه یک فرآیند بیولوژیکی با دقت کنترل شده و تسریع شده است که در آن از میکروارگانیسم‌های طبیعی برای تجزیه (تجزیه یا هضم) مواد آلی معلق و محلول در فاضلاب استفاده می‌شود. این مواد به دی اکسید کربن تبدیل می‌شوند که به جو آزاد می‌شود و به توده سلولی میکروبی تبدیل می‌شود.

در حوضچه‌های رسوب ثانویه، توده سلولی میکروبی در کف حوضچه ته‌نشین شده و حذف می‌شود. این ماده عمدتاً آلی، لجن ثانویه نامیده می‌شود.

برخی از تصفیه‌خانه‌ها همچنین شامل مراحل تصفیه ثالثیه هستند که برای کاهش بیشتر مواد مغذی گیاهی (نیتروژن و فسفر)، مواد جامد معلق یا نیاز بیولوژیکی به اکسیژن در فاضلاب طراحی شده‌اند. فسفر رسوب‌شده شیمیایی و فیلتراسیون، لجن ثالثیه تولید می‌کنند.

در نهایت، آب برای از بین بردن میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا، ضدعفونی می‌شود. سپس آب احیا شده به نهر یا رودخانه رها می‌شود یا ممکن است در مناطق وسیعی از زمین اسپری شود.

روش‌های تصفیه XJY برای لجن فاضلاب شهری

لجن‌های اولیه، ثانویه و ثالثیه معمولاً با هم ترکیب می‌شوند و مخلوط حاصل که حاوی ۱ تا ۴ درصد جامدات است، لجن فاضلاب "خام" نامیده می‌شود. لجن فاضلاب خام به دلیل محتوای پاتوژن و ماهیت ناپایدار و تجزیه‌پذیر آن، یک خطر بالقوه برای سلامتی و محیط زیست است. با این حال، اکنون چندین فرآیند تصفیه برای تثبیت لجن فاضلاب، کاهش محتوای پاتوژن آن و افزایش محتوای جامدات آن استفاده می‌شود. برخی از فرآیندهای رایج‌تر برای تثبیت و کاهش سطح پاتوژن در لجن فاضلاب در جدول ۱ فهرست شده و به طور خلاصه توضیح داده شده‌اند.

چه چیزی در لجن فاضلاب وجود دارد؟?

لجن فاضلاب از مواد معدنی و آلی، غلظت‌های زیادی از برخی مواد مغذی گیاهی، غلظت‌های بسیار کمتری از عناصر کمیاب متعدد¹ و مواد شیمیایی آلی و برخی از عوامل بیماری‌زا تشکیل شده است. ترکیبات لجن فاضلاب بسته به ترکیب فاضلاب و فرآیندهای تصفیه مورد استفاده، به طور قابل توجهی متفاوت است. جدول 2 غلظت‌های میانه و صدک 95 مواد مغذی گیاهی و برخی از عناصر کمیاب موجود در لجن فاضلاب را نشان می‌دهد. این داده‌ها از یک بررسی گسترده از لجن‌های فاضلاب تولید شده در پنسیلوانیا در طول سال‌های 1996 و 1997 به دست آمده است.

گزینه‌هایی برای مقابله با لجن فاضلاب

لجن فاضلاب را می‌توان یا به عنوان یک منبع آلی و مغذی برای استفاده مفید یا به عنوان یک ماده زائد برای دفع در نظر گرفت. قبل از سال ۱۹۹۱، مقادیر زیادی لجن فاضلاب، از جمله مقداری از لجن فاضلاب پنسیلوانیا، از طریق تخلیه به اقیانوس دفع می‌شد. نگرانی‌ها در مورد بارگذاری بیش از حد مواد مغذی در آب‌های اقیانوس منجر به ممنوعیت این عمل شد. در حال حاضر، تقریباً تمام لجن فاضلاب تولید شده در پنسیلوانیا تصفیه شده و از کیفیت بالایی برخوردار است تا به عنوان جامدات زیستی طبقه‌بندی شود. تقریباً کمتر از نیمی از این مواد از طریق دفن زباله یا سوزاندن دفع می‌شوند، در حالی که جامدات زیستی باقی مانده با استفاده در کشاورزی، احیای معادن، محوطه‌سازی یا باغبانی به خاک بازیافت می‌شوند. هر یک از این گزینه‌ها دارای مزایا، مشکلات و خطرات اقتصادی و زیست‌محیطی مرتبط با خود هستند.

دفع زباله در محل دفن زباله

از دیدگاه مدیریت و جابجایی مواد، دفن زباله شاید ساده‌ترین راه حل باشد. از نظر اقتصادی، دفن زباله در حال حاضر در مقایسه با سایر گزینه‌ها مطلوب‌تر است. با این حال، بدون شک این وضعیت تغییر خواهد کرد، زیرا فضای دفن زباله محدودتر می‌شود و هزینه‌های تخلیه (هزینه‌های تخلیه زباله) افزایش می‌یابد. از نظر زیست‌محیطی، دفن زباله با متمرکز کردن لجن در یک مکان واحد، از انتشار هرگونه آلاینده یا پاتوژن ناشی از لجن جلوگیری می‌کند. اگر محل دفن زباله به درستی ساخته و نگهداری شود، خطرات زیست‌محیطی به حداقل می‌رسد.

با این حال، خطراتی مرتبط با دفع لجن فاضلاب در محل‌های دفن زباله وجود دارد. زباله‌های آلی در محل‌های دفن زباله تجزیه بی‌هوازی می‌شوند و گاز متان تولید می‌کنند که می‌تواند در جو آزاد شود. متان یک گاز گلخانه‌ای است که در گرمایش جهانی نقش دارد. سایر گازهای آزاد شده از محل‌های دفن زباله می‌توانند بوهای نامطبوعی ایجاد کنند. مقادیر زیاد مواد مغذی که لجن فاضلاب به محل دفن زباله اضافه می‌کند، خطری برای محیط زیست محلی محسوب می‌شود. در صورت بروز نقص در آستر محل دفن زباله یا سیستم جمع‌آوری شیرابه، این مواد مغذی می‌توانند آب‌های زیرزمینی و سطحی محلی را آلوده کنند. دفن لجن فاضلاب همچنین فضای ارزشمند محل دفن زباله را اشغال می‌کند و مزایای بالقوه مواد آلی و مواد مغذی گیاهی موجود در لجن را از بین می‌برد.

تصویر ۸دفع زباله در محل دفن زباله

دفع زباله‌های ناشی از سوزاندن

سوزاندن لجن فاضلاب، حجم مواد دفعی را کاهش می‌دهد، عوامل بیماری‌زا را به طور کامل از بین می‌برد، بیشتر مواد شیمیایی آلی را تجزیه می‌کند و مقدار کم ارزش حرارتی موجود در لجن فاضلاب را بازیابی می‌کند. خاکستر باقیمانده، ماده‌ای پایدار، نسبتاً بی‌اثر و معدنی است که تنها 10 تا 20 درصد از حجم لجن اصلی را دارد. بیشتر فلزات کمیاب موجود در لجن فاضلاب در خاکستر متمرکز می‌شوند (افزایش پنج تا ده برابری در غلظت). این ماده معمولاً دفن می‌شود، اگرچه به طور بالقوه می‌تواند در مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار گیرد.

سوزاندن همچنین دی اکسید کربن (یکی دیگر از گازهای گلخانه‌ای) و احتمالاً سایر آلاینده‌های فرار (کادمیوم، جیوه، سرب، دیوکسین‌ها) را در جو آزاد می‌کند. عملکرد زباله‌سوز نیاز به سیستم‌های پیشرفته‌ای برای حذف ذرات ریز (خاکستر بادی) و آلاینده‌های فرار از گازهای دودکش دارد. این امر، سوزاندن را به یکی از گزینه‌های گران‌تر برای دفع لجن فاضلاب تبدیل می‌کند. همانند دفن زباله، مزایای بالقوه مواد آلی و مواد مغذی گیاهی موجود در لجن فاضلاب از بین می‌رود.

تصویر ۹ سوزاندن و دفع زباله