فرایند تصفیه فاضلاب به روش RBC (دیسک بیولوژیکی دوار)

در بسیاری از پروژه‌های تصفیه فاضلاب صنعتی یا شهری، دستیابی به راندمان بالا با مصرف انرژی کم و نگهداری ساده، چالش اصلی مهندسان و بهره‌برداران است. روش دیسک بیولوژیکی دوار یا Rotating Biological Contactor (RBC) یکی از فناوری‌هایی است که در دهه‌های اخیر توانسته با عملکرد پایدار و طراحی فشرده، جایگاه خاصی در میان سیستم‌های هوازی پیدا کند. اما این سیستم دقیقاً چگونه کار می‌کند؟ چه اجزایی دارد و در چه شرایطی بهترین بازده را ارائه می‌دهد؟

فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار چیست؟

فرآیند تصفیه فاضلاب به روش دیسک بیولوژیکی دوار یا RBC یکی از روش‌های تصفیه بیولوژیکی هوازی فاضلاب است که در دسته فرآیندهای رشد چسبیده (Attached Growth) قرار می‌گیرد. در این روش از صفحات دیسکی شکل برای رشد میکروارگانیسم‌ها و حذف آلاینده‌های آلی استفاده می‌شود. دیسک‌های بزرگ از جنس پلاستیک مقاوم، روی یک شافت افقی نصب شده‌اند و با سرعت کم می‌چرخند. بخشی از دیسک‌ها در فاضلاب غوطه‌ور شده و بخشی دیگر در معرض هوا قرار می‌گیرد، که این امر موجب تأمین اکسیژن مورد نیاز برای فرآیند نیتریفیکاسیون و حذف مواد آلی می‌شود. این تماس متناوب باعث اکسیژن‌رسانی و فعال‌سازی فرایند بیولوژیکی می‌شود.

اجزای تشکیل‌دهنده‌ی فرآیند دیسک بیولوژیکی دوار RBC

فرآیند RBC از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش مهمی در عملکرد سیستم ایفا می‌کنند:

• دیسک‌ها (Discs): صفحات گردی از جنس پلی‌اتیلن یا PVC هستند و قطر آن‌ها معمولاً بین ۲ تا ۳ متر است. سطح این دیسک‌ها زبر طراحی می‌شود تا امکان چسبندگی و رشد بهتر بیوفیلم میکروبی فراهم شود. این دیسک‌ها به محور مرکزی متصل شده و به‌صورت متوالی در تانک فاضلاب نصب می‌شوند.
• شفت مرکزی (Central Shaft): تمام دیسک‌ها روی یک شافت فولادی نصب می‌شوند. نقش اصلی این محور، انتقال حرکت چرخشی به دیسک‌ها است. این شافت به موتور متصل بوده و باعث چرخش یکنواخت دیسک‌ها در حوضچه فاضلاب می‌شود. طراحی باید به‌گونه‌ای باشد که بتواند وزن دیسک‌ها و لایه بیوفیلم را تحمل کند.
• موتور و سیستم انتقال قدرت (Motor & Drive System): برای چرخاندن دیسک‌ها از موتوری با سرعت پایین و مصرف انرژی کم استفاده می‌شود. سرعت کم باعث می‌شود اکسیژن‌رسانی مؤثر و بدون اختلال در بیوفیلم انجام گیرد. سرعت چرخش دیسک‌ها معمولاً بین ۱ تا ۲ دور در دقیقه طراحی می‌شود تا توازن مناسبی بین تماس و هوادهی ایجاد گردد. انتقال قدرت معمولاً به کمک تسمه یا گیربکس انجام می‌شود.
• حوضچه فاضلاب (Basin): این بخش شامل یک تانک یا کانال مستطیلی شکل است که دیسک‌ها به‌صورت جزئی در آن غوطه‌ور هستند. فاضلاب ورودی از یک سر وارد حوضچه شده و پس از طی مراحل تصفیه، از سمت دیگر خارج می‌شود. این حوضچه باید طراحی هیدرولیکی مناسبی برای تماس یکنواخت فاضلاب با بیوفیلم داشته باشد.
• بیوفیلم میکروبی (Microbial Biofilm): لایه‌ای از میکروارگانیسم‌ها که روی سطح دیسک‌ها رشد می‌کنند و مسئول حذف BOD، COD و سایر مواد آلی هستند. ضخامت این لایه بسته به بار آلودگی، دما و نرخ چرخش دیسک‌ها متغیر است.
• سیستم تهویه طبیعی (Natural Aeration): از آنجایی که بخشی از دیسک‌ها در تماس با هوا هستند، اکسیژن‌رسانی به‌صورت طبیعی انجام می‌شود. در برخی موارد نیز از دمنده‌ها برای افزایش هوادهی استفاده می‌شود.
• سیستم تخلیه لجن (Sludge Removal): با گذشت زمان، بخشی از بیوفیلم ممکن است جدا شده و در کف حوضچه ته‌نشین شود. این لجن باید به‌صورت منظم تخلیه شود.

بیشتر بخوانید:‌ آنتی اسکالانت چیست؟

مراحل تصفیه فاضلاب به روش دیسک بیولوژیکی دوار

فرآیند RBC معمولاً در چند مرحله متوالی اجرا می‌شود که بسته به سطح آلودگی ممکن است شامل ۲ تا ۶ مرحله باشد:

• ورود فاضلاب به حوضچه RBC: فاضلاب پس از عبور از پیش‌تصفیه (مانند آشغال‌گیر و دانه‌گیر) یا ته‌نشینی اولیه، وارد واحد RBC می‌شود.
• تماس فاضلاب با بیوفیلم روی دیسک‌ها: با چرخش دیسک‌ها، لایه‌ای از میکروارگانیسم‌ها با فاضلاب تماس پیدا می‌کنند و مواد آلی را تجزیه می‌کنند. دیسک‌ها به‌صورت نیمه‌غوطه‌ور می‌چرخند و بیوفیلم را در تماس متناوب با فاضلاب و هوا قرار می‌دهند.
• هوادهی طبیعی یا مکانیکی: دیسک‌ها با حرکت در هوا اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم‌ها را فراهم می‌کنند.
• فرآیند نیتریفیکاسیون و حذف BOD و COD: مواد آلی و نیتروژن آمونیاکی توسط بیوفیلم تجزیه و به ترکیبات بی‌ضررتر تبدیل می‌شوند. میکروارگانیسم‌ها، BOD و سایر آلاینده‌ها را به مواد بی‌ضرر (مثل CO2 و نیتروژن) تجزیه می‌کنند.
• ته‌نشینی و خروج پساب تصفیه‌شده: پساب خروجی به حوض ته‌نشینی ثانویه منتقل می‌شود تا ذرات باقی‌مانده جدا شوند.
• مرحله نهایی: در صورت نیاز، پساب از واحد گندزدایی عبور کرده و برای تخلیه یا استفاده مجدد آماده می‌شود.

طراحی سیستم تصفیه فاضلاب به روش RBC چگونه است؟

طراحی صحیح یک سیستم RBC نیازمند در نظر گرفتن چند فاکتور کلیدی است:

• دبی فاضلاب (Q): برای طراحی باید دبی میانگین و حداکثر فاضلاب مشخص شود. در سیستم‌های با دبی پایین یا فاضلاب‌هایی با BOD متوسط، RBC انتخابی اقتصادی و پایدار است.
• بار آلی (BOD/COD): میزان بار آلی ورودی برای تعیین تعداد مراحل RBC و مساحت موردنیاز دیسک‌ها ضروری است. بارگذاری BOD معمولاً بین ۶ تا ۲۰ گرم BOD/m²/روز پیشنهاد می‌شود.
• تعداد مراحل (Stages): سیستم‌های RBC معمولاً در چند مرحله متوالی طراحی می‌شوند (معمولاً ۴ تا ۶ مرحله) که در هر مرحله آلودگی کمتری باقی می‌ماند. با افزایش تعداد مراحل، راندمان حذف BOD تا ۹۵٪ نیز افزایش می‌یابد.
• نسبت سطح دیسک به حجم فاضلاب: سطح کل دیسک‌ها بر حسب مترمربع و نسبت آن به حجم فاضلاب تعیین‌کننده راندمان سیستم است.
• سرعت چرخش دیسک‌ها: معمولاً بین ۱ تا ۲ دور در دقیقه طراحی می‌شود تا توازن مناسبی بین تماس و هوادهی ایجاد گردد.
• دمای فاضلاب: دمای پایین ممکن است رشد میکروارگانیسم‌ها را کند کرده و نیاز به طراحی محافظه‌کارانه‌تری باشد. دمای بهینه عملکرد معمولاً بین ۱۵ تا ۳۵ درجه سانتی‌گراد است. در مناطق سردسیر، ممکن است نیاز به فضای سرپوشیده باشد.
• زمان ماند هیدرولیکی (HRT): زمان ماند هیدرولیکی پیشنهادی معمولاً ۱.۵ تا ۴ ساعت است.
• نسبت غوطه‌وری دیسک‌ها: حدود ۴۰٪ سطح دیسک باید در فاضلاب باشد.

مزایای روش تصفیه فاضلاب RBC (دیسک بیولوژیکی دوار)

این فناوری به دلیل مزایای متعددش در پروژه‌های کوچک و متوسط بسیار مورد توجه قرار گرفته است:

• مصرف انرژی کم: به دلیل هوادهی طبیعی، این روش نسبت به هوادهی گسترده انرژی کمتری مصرف می‌کند.
• عملکرد پایدار: سیستم قادر به تحمل شوک‌های بار آلی و نوسانات دبی است.
• نیاز به فضای کم: طراحی RBC بسیار فشرده بوده و مناسب برای مناطق با محدودیت فضاست.
• سازگاری با شرایط آب و هوایی متنوع: امکان استفاده در مناطق سرد یا گرم با طراحی مناسب وجود دارد.
• هزینه‌های نگهداری پایین: اجزای مکانیکی ساده و عدم نیاز به تجهیزات پیشرفته، هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد. هزینه نگهداری آن پایین و اقتصادی‌تر از سیستم‌های هوادهی گسترده است. نگهداری عمدتاً شامل بررسی موتور، روانکاری شافت و تخلیه لجن است.
• امکان ارتقاء تدریجی: می‌توان در صورت افزایش بار، مراحل جدید به سیستم اضافه کرد.
• عدم نیاز به اپراتور دائمی و سادگی بهره‌برداری.
• تولید لجن کمتر نسبت به سیستم‌های لجن فعال.
• پایداری در برابر شوک‌های هیدرولیکی و بار آلودگی.
• امکان اجرای چند مرحله‌ای برای افزایش راندمان.

معایب روش تصفیه فاضلاب RBC (دیسک بیولوژیکی دوار)

در عین حال، RBC دارای محدودیت‌هایی نیز هست که در طراحی و انتخاب باید به آن توجه شود:

• خطر لایه‌برداری بیش از حد بیوفیلم: در صورت عدم تنظیم مناسب سرعت یا بار، لایه زیستی ممکن است به‌صورت توده‌ای جدا شده و عملکرد را مختل کند.
• محدودیت در تصفیه فاضلاب‌های بسیار چرب یا سمی: مواد چرب یا سمی می‌توانند رشد بیوفیلم را مختل کنند.
• آسیب‌پذیری مکانیکی دیسک‌ها: در صورت طراحی ضعیف یا مواد بی‌کیفیت، دیسک‌ها ممکن است دچار شکستگی شوند.
• سر و صدای احتمالی موتور یا شافت: در مناطق مسکونی، این صدا ممکن است مزاحمت ایجاد کند مگر با نصب عایق صوتی.
• نیاز به پیش‌تصفیه مؤثر: اگر آشغال‌گیری و دانه‌گیری به‌درستی انجام نشود، ذرات معلق به دیسک‌ها آسیب می‌زنند.
• محدودیت در تصفیه فاضلاب‌های با TSS یا چربی بالا.
• کارایی پایین‌تر نسبت به سیستم MBR یا SBR در تصفیه کامل نیتروژن و فسفر.
• نیاز به فضای سرپوشیده در مناطق سردسیر.

نتیجه‌گیری

روش دیسک بیولوژیکی دوار (RBC) یکی از کارآمدترین سیستم‌های بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب‌های دارای BOD متوسط و دبی کم تا متوسط است. این سیستم با سادگی بهره‌برداری، مصرف انرژی پایین و عملکرد پایدار، انتخابی مناسب برای تصفیه فاضلاب شهری، بیمارستانی یا صنعتی سبک محسوب می‌شود. با این حال، در طراحی باید محدودیت‌ها و شرایط محلی به دقت بررسی شود تا بهینه‌ترین عملکرد حاصل شود.

سوالات متداول درباره دیسک بیولوژیکی دوار