هضم بی هوازی برای پروژه تصفیه شیرابه محل دفن زباله

• چالش شیرابه:شیرابه محل دفن زباله بسیار سمی، فاضلاب متغیر و غنی از فلزات سنگین، اسیدهای آلی و تقاضای شدید اکسیژن شیمیایی (COD) است که به پیش تصفیه بیولوژیکی و فیزیکی پیشرفته نیاز دارد.

• هضم بی هوازی (AD):به عنوان مرحله بیولوژیکی بهینه عمل می کند و مواد آلی پیچیده را به متان تجزیه می کند.CH4) و دی اکسید کربن (CO2) با مصرف انرژی کم و حداقل بازده لجن.

• فناوری راکتور:پتوی لجن بی هوازی بالارونده (UASB) و راکتورهای مخزن همزده پیوسته (CSTR) که با پانل های شیشه ای ذوب شده به فولاد (GFS) بسیار انعطاف پذیر ساخته شده اند، راه حل ظروف مقاوم در برابر خوردگی ایده آلی را ارائه می دهند.

• بازیابی منابع:سیستم‌های AD موثر، یک تعهد زیست‌محیطی خطرناک را از طریق جذب بیوگاز به یک دارایی انرژی پاک تبدیل می‌کنند و هزینه‌های عملیاتی تأسیسات را جبران می‌کنند.

شیرابه های دفن زباله - مایع بسیار آلوده ای که از طریق رسوبات زباله های جامد شهری (MSW) نفوذ می کند - تهدیدی جدی برای خاک های اطراف، آب های زیرزمینی و اکوسیستم های محلی است. حاوی مخلوط پیچیده ای از مواد آلی قابل تجزیه و نسوز، نمک های معدنی، فلزات سنگین و غلظت های بالای آمونیاک-نیتروژن است.$NH_4^+-N$).

به دلیل غلظت شدید شیمیایی آن، درمان فیزیکی یا هوازی به تنهایی اغلب از نظر اقتصادی غیر قابل دوام است.هضم بی هوازی (AD)یک مرحله بیولوژیکی بسیار کارآمد و مقرون به صرفه را فراهم می کند.

کنسرسیوم‌های بی‌هوازی تخصصی (شامل اسیدوژن‌ها، استوژن‌ها و متانوژن‌ها) با فعالیت در محیط‌های خالی از اکسیژن، غلظت‌های بالای مواد آلی زیست تخریب‌پذیر را متابولیزه می‌کنند. این فرآیند COD را به شدت کاهش می دهد و در عین حال جریان ارزشمندی از بیوگاز را تولید می کند.

طراحی یک هاضم بی هوازی برای شیرابه دفن زباله مستلزم کنترل دقیق پارامترهای محیطی و عملیاتی است. راندمان تخریب بیولوژیکی به نوسانات در ترکیب نفوذگر بسیار حساس است.

نرخ بارگذاری آلی ظرفیت تغذیه بیولوژیکی سیستم بی هوازی را تعیین می کند. از نظر ریاضی به صورت زیر تعریف می شود:

کجا:

• $\text{OLR}$نرخ بارگذاری آلی است که بر حسب بیان می شود$\text{kg COD}/(\text{m}^3 \cdot \text{day})$.

• $\text{COD}_{\text{in}}$تقاضای اکسیژن شیمیایی شیرابه ورودی است ($\text{kg/m}^3$).

• $Q$دبی حجمی روزانه است ($\text{m}^3/\text{day}$).

• V_R$حجم مایع فعال راکتور بی هوازی است ($\text{m}^3$).

فراتر رفتن از OLR بهینه می تواند منجر به "ترش کردن راکتور" شود، جایی که تولید اسیدهای چرب فرار (VFA) از مصرف متانوژن پیشی گرفته و باعث کاهش سریع pH می شود.

میکروارگانیسم های بی هوازی در هر دو مزوفیل ($35^\circ\text{C}$به$38^\circ\text{C}$) یا گرما دوست ($50^\circ\text{C}$به$55^\circ\text{C}$) محدوده ها. از آنجایی که دمای شیرابه دفن زباله خام به طور پویا با آب و هوای فصلی در نوسان است، یکپارچه سازی مبدل های حرارتی و عایق مخزن برای جلوگیری از شستشوی باکتری ها بسیار مهم است.

شیرابه قدیمی تر و بالغ محل دفن زباله حاوی آمونیاک بسیار غلیظ است.$NH_4^+-N$) گاهی اوقات بیش از حد$3,000 \text{ mg/L}$. سطوح بالای آمونیاک آزاد برای متانوژن ها بسیار سمی است. پروژه‌های تصفیه شیرابه اغلب باید استراتژی‌های پیش از هوادهی، حذف هوا یا رقیق‌سازی را برای حفظ غلظت آمونیاک زیر آستانه بازدارندگی (معمولاً) ادغام کنند.$< 1500 \text{ mg/L}$داخل راکتور).

پروژه های مختلف تصفیه شیرابه بسته به سن محل دفن زباله و زیست تخریب پذیری شیرابه نیاز به فناوری های راکتور مناسب دارند.$\text{BOD}/\text{COD}$نسبت).

شیرابه دفن زباله از نظر شیمیایی تهاجمی است. حاوی اسیدهای آلی فرار، غلظت کلرید بالا، جامدات معلق ساینده و سولفید هیدروژن بسیار خورنده است.$H_2S$) گاز در فضای اصلی راکتور. مخازن استاندارد بتن یا فولاد کربنی جوش داده شده در این شرایط به شدت مستعد تخریب شیمیایی، ترک خوردگی ساختاری و خوردگی موضعی هستند.

برای پروژه های مدرن تصفیه شیرابه،ذوب شیشه به فولاد (GFS)مخازن پیچ شده استاندارد صنعتی هستند.

با ذوب حرارتی یک فریت شیشه سیلیسی به صفحات فولاد کربنی در دماهای بین$820^\circ\text{C}$و$930^\circ\text{C}$، تولید کنندگان یک ماده کامپوزیت فیزیکی ایجاد می کنند. هسته فولادی استحکام کششی فیزیکی فوق العاده ای را ارائه می دهد، در حالی که لایه شیشه ای مقاومت شیمیایی کاملی را ارائه می دهد.

• تحمل pH گسترده:پوشش های تخصصی GFS برای مقاومت در برابر مقادیر pH شدید از 1 تا 14 مهندسی شده اند و مراحل اسیدی شیرابه جوان را به خوبی مدیریت می کنند.

• مونتاژ مدولار:پانل های پیچ و مهره ای GFS با استفاده از جک های تخصصی در محل مونتاژ می شوند. این امر نیاز به کار گرم (جوشکاری) و جرثقیل های سنگین را از بین می برد و زمان ساخت را به کسری از ریختن بتن کاهش می دهد.

• نشتی ساختاری صفر:مهر و موم های ماستیک مهندسی شده و اتصالات پیچ و مهره ای با کشش بالا از نفوذ شیرابه سمی به داخل خاک محلی یا جداول آب زیرزمینی در طول تصفیه جلوگیری می کند.

الف:شیرابه خام معمولاً دارای بار آلی بسیار بالایی است (COD$> 10000 \text{ mg/L}$). درمان هوازی این امر به ورودی های انرژی عظیم برای هوادهی مداوم نیاز دارد و مقادیر زیادی لجن بیولوژیکی تولید می کند که نیاز به دفع دارد. هضم بی هوازی بارهای آلی بالا را با انرژی هوادهی صفر تحمل می کند، حداقل لجن زباله تولید می کند و گاز متان تجدید پذیر تولید می کند.

الف:محل های دفن زباله "جوان" (زیر 5 سال) شیرابه های غنی از اسیدهای چرب فرار (VFAs) تولید می کند که منجر به افزایش$\text{BOD}/\text{COD}$نسبت ($> 0.5 دلار) که بسیار زیست تخریب پذیر است و برای هضم بی هوازی ایده آل است. محل های دفن زباله "بالغ" (بیش از 10 سال) شیرابه تثبیت شده با کم تولید می کنند$\text{BOD}/\text{COD}$نسبت ها ($<0.1$) حاوی اسیدهای هیومیک و فولویک نسوز. شیرابه بالغ نیاز به پیش تصفیه فیزیکی-شیمیایی پیشرفته (مانند اکسیداسیون فنتون یا فیلتراسیون غشایی) در کنار یا قبل از هضم بیولوژیکی دارد.

الف:جداکننده سه فاز یک جزء داخلی حیاتی است که در بالای یک راکتور UASB قرار دارد. این مایع پساب تصفیه شده، حباب های بیوگاز رو به بالا و لجن بی هوازی دانه ای فعال را جدا می کند. این جداسازی تضمین می کند که زیست توده حیاتی به جای شستشو با پساب تصفیه شده تخلیه شده، در بستر راکتور ته نشین می شود.

الف:فضای بالای هاضم بی هوازی سطوح بالایی از سولفید هیدروژن مرطوب را انباشته می کند.$H_2S$) و دی اکسید کربن (CO_2 دلار) باعث ایجاد اسیدهای گوگردی و کربنیک بسیار خورنده می شود. در حالی که فلزات استاندارد در این محیط مرطوب و اسیدی به سرعت فرسایش می‌یابند، پوشش شیشه‌ای بی‌اثر پانل‌های GFS کاملاً در برابر خوردگی اسیدی گازی مصون است و یکپارچگی ساختاری را برای بیش از 30 سال حفظ می‌کند.