بارگذاری BOD و غلظت آمونیاک در جریان ورودی، جرم زیست توده (MLSS) موردنیاز در حوضچه را تعیین می کند. عموماً از نسبت F:M در تعیین جرم زیست توده برای بارگذاری مشخص BOD علاوه بر الزامات زمان ماند سلولی برای فرآیند نیترات زائی استفاده می گردد.

نسبت F:M معمول در طراحی فرآیند F:M می باشد. شاخص حجمی لجن (SVI) برای تعیین حجم اشغال شده توسط جرم محاسبه شده زیست توده در حوضچه به کار می رود. مقدار SVI معمول استفاده شده در طراحی فرآیند IDEA در محدوده (Ib.BOD/Ib.MLSS/d (۰/۰۵ ۰/۱۲ است. در هر سیکل مقدار مشخصی لجن دفع می شود. این به فرآیند IDEA امکان بهره برداری در حالت ثابت را به منظور حفظ غلظت طراحی فرآیند را می دهد که براساس دو عامل می تواند تعیین شود.

۱) بارگذاری هیدرولیکی

۲) بارگذاری آلی و نسبت F:M

در یک سیکل ۴ ساعته فرآیند با داشتن مقدار جریان حجمی ورودی می توان حجم حوضچه را نسبت به زمان مانند لازم در هر فاز تعیین نمود. عموماً طول و عرض حوضچه طوری محاسبه می شود که نسبت L:W=۳:۱ حفظ شود این نسبت یک الگوی جریان پیستونی در حوضچه IDEA ایجاد می کند.

براساس زمان هوادهی و درجه آلودگی فاضلاب به راحتی می توان اکسیژن موردنیاز روزانه را محاسبه نمود و با محاسبه آنها، قدرت دهنده ها یا دیفیوزها را تعیین کرد (۶، ۷، ۸ و ۹).

▪ مطالعه موردی

در یک سیستم IDEA ساخته شده در استرالیا ابعاد کامل و حجم واحدها به صورت زیر بود:

فاضلاب ورودی به تصفیه خانه ابتدا از اشغالگیر و دانه گیر عبور کرده و سپس وارد ایستگاه پمپاژ شده و از آنجا به دو تانک هوادهی پمپ هدایت می گردید. تانک ها به ابعاد ۶۶ متر طول، ۲ متر عرض، ۹/۲ متر عمق و تعداد دو واحد انتخاب گردید. در کف هرکدام از تانک ها از دیفیوزهای ثابت با حباب ریز استفاده شده است.

بعد از عبور جریان از میان حوض منقسم، جریان وارد یک کانال توزیع کننده شده که در آن از دیفیوزهای حباب درشت استفاده می شود. فاضلاب از طریق این کانال وارد ۴ تانک لجن فعال می گردد. هر تانک دارای ۶۸ متر طول، ۲۷ متر عرض و ۶/۴ متر عمق است. عمق نرمال کارکردی هر واحد ۱/۳ تا ۸/۳ متر می باشد. فرآیند چرخه ای ۴ ساعته در آنها شامل دو ساعت هوادهی، یک ساعت ته نشینی و یک ساعت جداسازی می باشد که باز چرخه از نوع شروع می گردد. مکانیسم جداسازی شامل ردیفی از لوله های بازومانند است که در سرتاسر خروجی های تانک قرار گرفته است.

از طریق یک سیستم سیفون، جریان خروجی کنترل می گردد. بدین صورت که هنگامی که جریان به ارتفاع ۸/۳ متر سیفون شروع به عمل می کند و جریان خارج می گردد و هنگام رسیدن به عمق ۲/۳ متر جریان خروجی متوقف می گردد. لجن ایجاد شده از طریق ۲ پمپ مستغرق خارج شده و از طریق پلیمرهای کاتیونی تصفیه می گردد.

در عمل، نسبت F:M بهترین ابزار طراحی بری تعیین مقدار MLSS که باید در حوض هوادهی نگهداری شود، می باشد. یکی از تمایزهای مهم سیستم هوادهی گسترده نسبت به لجن فعال پائین بودن نسبت F:M آن می باشد (کمتر از KgBOD۵۰/۱ در هر روز به ازاء هر MLSS kg تولید شده)، ولی یکی از مهمترین تمایزهای آنها درصد سلول فعال در راکتور می باشد. در راکتور لجن فعال این نسبت حدود ۵۰ درصد و در راکتور هوادهی گسترده حدود ۱۰ درصد می باشد.

نسبت F:M پذیرفته شده برای سیستم IDEA برابر با ۰۴/۰(kg BOD۵/Kg MLSS/day) می باشد. غلظت MLSS طراحی حدود ۴۰۰ mg/l می باشد. در عمل بسته به بارگذاری لجن و خصوصیات ته نشینی لجن، غلظت MLSS در دامنه ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰mg/l می باشد. در طراحی واحد هوادهی استفاده از غلظت MLSS برابر با ۴۰۰۰ میلی گرم در لیتر حجم مناسبی را از حوض هوادهی ایجاد می کند (۱۰، ۱۱ و ۱۲).

▪ زمان ماند سلولی (SRT)

سن لجن پارامتر بهتری نسبت به F:M برای طراحی می باشد. در ابتدا، سن لجن انتخاب شده باید بزرگتر از سرعت رشد بیومس مدنظر باشد. برای مثال، اگر مدنظر است که در سیستم باکتری های نیترات ساز رشد کنند باید سن لجن بیشتر از ۱۰ روز باشد. از طرف دیگر برای سوبستراتی که به صورت معلق در سیستم وجود دارد، تجربه بهتر مستلزم به کارگیری زمان ماند بالاتر می باشد. برای فاضلاب های خانگی با سرعت ثابت واکنش BOD۵ برابر با ۱/۰ d^&#۷۱۳;۱ ارتباط بین سن لجن و سوبستره مصرف شده از طریق زیر نشان داده می شود:

(۵)

(Sa=BODt=BODu(۱ ۱۰^&#۷۱۳;۰.۱

Sa= اکسیژن معادل با سوبستره کربن مصرف شده (Kg/d)

BOD=BODu کربنه نهائی (Kg/d)

ّBOD=BODT کربنه مصرف شده در زمان Kg/d)T)

بنابراین در فرآیند متعارف لجن فعال در زمان ماند برابر ۵ روز، تنها حدود ۷۰ درصد سوبستره کربنه می تواند مصرف شود، ۳۰ درصد باقیمانده در لجن باقی می ماند. برای یک فرآیند IDEA در زمان ماند برابر با ۳۰ روز یا بیشتر، بیش از ۹۹ درصد سوبستره کربنه ممکن است مصرف شود (۱۳ و ۱۴).

▪ اکسیژنه کربنه مورد نیاز (Rc):

Rc فرآیند باید مستقیماً متناسب با مقدار سوبستره کربنه مصرف شده باشد که تابعی از سن لجن است در فرآیند هوادهی گسترده Rc کمتر از BOD نهائی می باشد. زیرا اکسیژن مربوط به MLVSS قابل تجزیه از سیستم حذف می گردد که برابر با ۴۲/۱ kgO۲/KgMLVSS می باشد.

Rc=BODu ۱.۴۲FBVSS(MLVSS

FBVSS= نسبت MLVSS قابل تجزیه

به واسطه زمان ماند سلولی بالا در فرآیند FBVSS, IDEA به واسطه تجمع VSS غیرقابل تجزیه از SS ورودی و تجزیه سلول باقیمانده نسبتاً پائین می باشد. FBVSS برابر با ۳۵/۰ توسط Chong در سال ۱۹۸۷ براساس بالانس جرمی برای فرآیند IDEA با ۳۰ روز سن لجن به دست آمده است. از طریق RC، BOD۵ می تواند به صورت زیر بیان گردد:

(RC= ۱.۴۶BOD۵ ۱.۴۲FBVSS(MLVSS)(V

▪ اکسیژن مورد نیاز نیتروژنه (Rn)

Rn از طریق زیر محاسبه می گردد:

(Rn=۴.۶PN(NT) ۲.۹PDNPN(NT

Rn= اکسیژن مورد نیاز خالص

NT= کل نیتروژن ورودی در دسترس

PN= نسبت ازت ورودی اکسیدشده

PDN= نسبت نیترات دنیزه شده

در محاسبه NT باید نیتروژنی را که از طریق لجن مازاد و پساب خروجی خارج می گردد مورد محاسبه قرار بگیرد، به طور معمول این مقدار ۳۰ درصد در نظر گرفته می شود.

۵.۲.۳) اکسیژن مورد نیاز در فرآیند:

اکسیژن مورد نیاز کل در فرآیند حاصل مجموع اکسیژن مورد نیاز کربنه و نیتروژنه می باشد:

(۹)

RT=RC+Rn

▪ اکسیژن موردنیاز پیک دوره ای

ظرفیت سیستم هوادهی باید به گونه ای باشد که اکسیژن موردنیاز یک دوره ای را پاسخگو باشد بارگذاری سوبستره پیک دوره ای در یک واحد کوچک می تواند تا سه برابر بارگذاری متوسط بالا باشد. در این سیستم ظرفیت انتخاب شده تا حدی از این نوسانات پیشگیری می کند. نسبت پیک به متوسط ۲۵/۱ برای تعیین میزان اکسیژن در فرآیند IDEAA انتخاب می گردد.

▪ ویژگی تجهیزات هوادهی

اکسیژن انتقال یافته در هر حالت وابسته به خصوصیات فاضلاب است. از آنجائی که محاسبه این عوامل مشکل است. ظرفیت تجهیزات هوادهی معمولاً براساس نرخ انتقال اکسیژن استاندارد (SOTR) مشخص می گردد.

نرخ انتقال اکسیژن در حالت عملی، OTR می تواند به SOTR از طریق زیر تبدیل گردد:

SOTR= C۲۰٭&#۹۲۰;۲۰ TOTR^۱ / &#۹۴۵;(&#۹۴۶;CT* C^۱)

SOTR= نرخ انتقال اکسیژن در آب تمیز در شرایط استاندارد KgO۲/h

OTR= نرخ انتقال اکسیژن در مایع مخلوط و شرایط آزمایشی، KgO۲/h

C۲۰ = غلظت اشباع DO در آب تمیز در دمای کاری، mg/۱

&#۹۴۵; = KLa ۱/KLa، نسبت KLa در مایع مخلوط به آب تمیز

*&#۹۴۶;= Cs۱/C، نسبت غلظت اشباع DO در مایع مخلوط به آب تمیز

&#۹۲۰;= ضریب تصحیح دمای محیط

C= غلظت DO در مایع مخلوط، mg/l

در فرآیند هوادهی گسترده، غلظت DO در مایع مخلوط در طی شرایط بارگذاری پیک ۱mg/l فرض می گردد که برای انجام فرآیند کافی می باشند.

با فرض T=۲۰,&#۹۲۰;=۱.۰۲۴,&#۹۴۶;=۰.۹,&#۹۴۵;=۰.۸۵ در نتیجه SORT=۱.۵OTR^۱. اگر هوادهی مکانیکی طرحی مورد استفاده قرار بگیرد، هواده های شناور باید براساس تغییرات سطح آب در داخل حوضچه تعیین گردد (۱۵، ۱۶ و ۱۷).

● مزایا و معایب کلی فرآیند IDEA

▪ مزایا

۱) فرآیند بهبودیافته ای است که سیستم SBR استاندارد را توسط هزینه راهبردی و مزایای بهره برداری و بیولوژیکی ارتقاء می دهد.

۲) جریان ورودی پیوسته، امکان بارگذاری متعادل را به تمام حوضچه ها فراهم و بهره برداری و کنترل فرآیند را تسهیل می کند. در این مورد، امکان بهره برداری تک حوضچه ای هنگام تعمیرات و شرایط کم جریان وجود دارد.

۳) سیستم کنترلی بر پایه زمان نه جریان را به کار می گیرد که رابطه ای ثابت بین هوادهی، ته نشینی و تخلیه ایجاد می کند. زمان هوادهی یکسان در طول روز، بدون توجه به مدت زمان سیکل، فراهم می شود.

۴) پساب دارای BOD۵ و TSS زیر است.

۵) نتیجه حذف نوترنیت ها؛ زیر ۱mg/I N آمونیاک، ۱mg/I P فسفر و ۵mg/I ازت کل می باشد.

۶) حجم لجن تولیدی کم و تثبیت شده بوده و به سادگی آبگیری می شود.

۷) امکان بهره برداری پیوسته و بدون میان بر زدن جریان را فراهم می کند.

۸) نیازی به اضافه نمودن مواد شیمیائی و یا فیلتراسیون نیست.

۹) برای تصفیه فاضلاب های شهری و صنعتی مناسب است.

۱۰) تحمل پیک های هیدرولیکی و آلی

۱۱) نصب ساده و بادوام

۱۲) حجم سرمایه گذاری اولیه کمتر، بتن ریزی کمتر، حفاری کمتر، سطح زمین کمتر

۱۳) هزینه بهره برداری پائین

▪ معایب

۱) مصرف انرژی در طی فرآیند بهره برداری زیاد می باشد.

۲) ته نشینی لجن تولیدی به سختی صورت می گیرد.

۳) مانند فرآیند SBR برای مقادیر زیاد دبی فاضلاب و شهرهای بزرگ مناسب نمی باشد (۱۸، ۱۹، ۲۰ و ۲۱)

● نتیجه گیری

امروزه کاربرد روش های مختلف تصفیه فاضلاب بسته به خصوصیات مختلف فرهنگی، اجتماعی، زیست محیطی، اقتصادی و ... هر منطقه ای انتخاب و برحسب دانش و فناوری قابل دسرس یک فرآیند خاص مطالعه و به مرحله اجراء درمی آید. خوشبختانه رشد چشمگیر فناوری های زیست محیطی به ویژه در بخش آب و فاضلاب از رشد بسیار چشمگیری برخوردار بوده است و در این راستا توجه مسئولیت به این امر و برخورداری از دیدگاه های نوین زیست محیطی می تواند در مرتفع ساختن معضلاب زیست محیطی جامعه نقش اساسی ایفاء نماید.

سیستم IDEA نسبت به دیگر سیستم های اصلاح یافته لجن فعال مزایای بیشتری را دارا است. این سیستم در واقع نوع پیشرفته ای از سیستم SBR است که مهمترین مزیت آن پیوستگی جریان در سیستم می باشد. از لحاظ اقتصادی انسبت به سیستم های مشابه لجن فعال و حتی فرآیند SBR هزینه بسیار کمتری را دارد.

از طرفی راهبری سیستم بسیار ساده تر از سیستم های مشابه خود می باشد. از مزایای مهم دیگر این سیستم حذف ازت و فسفر می باشد. در کنار بالا بودن راندمان حذف مواد آلی کربنه این سیستم راندمان خوبی را در حذف ازت و فسفر دارا است. در حال حاضر در سطح استان تهران کاربرد فرآیند SBR که فناوری مربوط به دهه ۱۹۶۰ میلادی می باشد برای شهرهای اوشان، قشم و میگون توسط یک کنسرسیوم مشترک از یک شرکت داخلی و خارجی در دست مطالعه می باشد که بهینه است در ارتباط با به کارگیری روش های نوین و پیشرفته به منظور جایگزینی روش های جدید اقدام مناسب به عمل آید.

لازم به توضیح است که پس از فرآیند IDEA، فرآیندهای مدرن و جدیدتری با همین مکانیزم و مزایای بسیار مطلو ب تر طراحی و به مرحله اجراء درآمده است که از این میان می توان به فرآیندهای ICEAS,A IDEA, AAT, ICEAS و آخرین فناوری SBR، که تحت عنوان UNFED مشهور می باشد اشاره نمود.