در صورتیکه تصفیه اولیه فاضلاب و پساب و یا تصفیه شیمیایی آن ها نتواند فاضلاب تصفیه شده در حد استاندارهای موجود تولید نماید، بایستی تصفیه زیستی به منظور کاهش هرچه بیشتر مواد آلی فاضلاب یا پساب مخصوصا آن قسمت از این مواد که بصورت خیلی ریز و کلوئیدی هستند و تشکیل دهنده درصد عمده ای از آلودگی های فاضلاب و پساب می باشند انجام گیرد. تصفیه بیولوژیکی پساب ها علاوه بر تقلیل مواد آلی در کاهش مواد معدنی ممکن است موثر باشد.
بدیهی است در تصفیه بعضی پساب های صنعتی چون مواد آلی و معدنی موجود احتمالا کفاف نیازهای فعالیت میکروارگانیسم های موثر در تصفیه بیولوژیکی را ندهد افزودن دستی آنها به محیط تصفیه ضرورت خواهد داشت. همچنین در صورتیکه در پساب مورد تصفیه مواد سمی برای فعالیت باکتری های شرکت کننده در تصفیه زیستی موجود باشد حذف این مواد قبل از تصفیه بیولوژیکی ضرورت خواهد داشت.
فاضلاب و پساب که منبع مهمی از مواد غذایی هستند میزبان زندگی و فعالیت تعداد زیادی میکروارگانیسم باشند که فعالیت آنها در تصفیه زیستی فاضلاب قابل توجه است. باکتری ها مانند هر موجود زنده دیگری برای ادامه حیات و تکثیر به اکسیژن و مواد غذایی نیاز دارند.
دو منبع مهمی که میکروارگانیسم ها از آن کربن لازم برای فعالیت های حیاتی خود را تامین می کند گاز کربربنیک، هوا و مواد آلی هستند.
حذف و کاهش آلودگی فاضلاب یا پساب بر حسب BOD در روش تصفیه بیولوژیکی در دو مرحله زیر قابل توجیه است.
1. حذف مقدار زیاد و سریع مواد کلوئیدی و معلق و BOD
2. ادامه حذف مواد مذکور بصورت بطئی
در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب و پساب همواره مقدار ناچیزی از مواد آلی به صورت تجزیه نشده و محلول یا معلق باقی خواهد ماند که در حقیقت این مواد لجن های اضافی حاصل از تجزیه زیستی هستند.
1. غذای مورد نیاز به اندازه کافی
2. اکسیژن محلول
3. تشکیل توده های بیولوژیکی و تماس آن ها با فاضلاب ورودی به واحد تصفیه زیستی
4. زمان لازم برای اکسیداسیون مواد آلی
اگر تجزیه بیولوژیکی با استفاده از اکسیژن محلول یا اکسیژنی که مصنوعا به فاضلاب تزریق می شود، انجام گیرد، اکسیداسیون بیولوژیکی را هوازی گویند. و اگر این عمل با استفاده از اکسیژن ترکیبی باشد اکسیداسیون را بی هوازی می نامند. مواد حاصل از اکسیداسیون هوازی اغلب بی بو ولی مواد حاصل از اکسیداسیون بی هوازی بو داری نظیر آمونیاک، فسفین، هیدروژن سولفوره است.
دو ماده مغذی مهمی که در فعالیت باکتری های هوازی از سایر مواد اهمیت بیشتری دارد ازت و فسفر است
فرآیندهای بیولوژیکی بی هوازی که در ابتدا برای تثبیت و کاهش حجم لجن فاضلاب توسعه پیدا کرد اکنون برای تصفیه فاضلاب صنعتی شامل مواد زاید آلی به کار می رود. این روش ها همچنین برای تصفیه فاضلاب خانگی موثرند.
این فرآیندها را می توان به شکل گسترده ای به دو گروه طبقه بندی کرد • فرآیندهای بی هوازی رشد چسبیده
• و فرآیندهای رشد معلق
1. راکتورهای بستری بسته ای جریان بالا رو و پایین رو
2. راکتور بستری گسترده
3. راکتور بستری مایع
4. راکتور با بستر لجن و حریان بالا رو
1. راکتور بی هوازی ترکیبی
2. راکتور بی هوازی تماسی
در کنار این موارد، شکل های دیگر فرآیندهای بی هوازی برای تصفیه فاضلاب صنعتی خاص و لجن معروف می باشند.
• راکتور ناپیوسته متوالی
• لاگون های بی هوازی
• جداسازی غشا
عملا تصفیه بی هوازی فاضلاب بیشتر با تصفیه هوازی همراه است. در مورد فاضلاب با بار آلودگی صنعتی، مشاهده می شود که تصفیه بی هوازی اقتصادی تر از تصفیه هوازی تبدیلی است اگرچه کیفیت پساب به دست آمده در تصفیه بی هوازی معمولا ضعیف است و همراه با غلظت بیشتر مواد جاند معلق است
حذف محتوای آلی در فاضلاب با میکروارگانیسم های اختیاری و بی هوازی با تثبیت ماده آلی به مایع، گازها ( اغلب متان و دی اکسید کربن) و دیگر فرآورده های نهایی ثابت با عدم حضور اکسیژن انجام می شود. بعضی از مولکول های آلی در برابر احیای زیستی مقاومند و تثبیت نمی شوند.اکثر آن ها مانع آبگیری از لجن شده و موجب حذف مواد آلی مزاحم می شوند.
سه مرحله پایه ای در تثبیت کلی ماده آلی به شرح زیر می باشد.
ترکیبات آلی پیچیده با جرم مولکولی بالا اول به ترکیبات مولکولی سبک مناسب برای استفاده به عنوان منبع انرژی و کربن سلولی در میکروارگانیسم ها مورد استفاده قرار می گیرند.
این مواد توسط آنزیم های تولید شده از باکتری تجزیه می شوند.
ترکیبات مولکولی سبک حاصل شده از هیدرولیز با تخمیر به اسیدهای فرار واسطه معین مثل اسید استیک، اسید پروپیونیک و اسیدهای چرب، تبدیل می شوند.
این فرآیند توسط باکتری بی هوازی و اختیاری انجام می شود که روی هم اسید سازها نامیده می شوند. در این مرحله تثبیت بسیار کم BOD یا COD انجام می گیرد.
ترکیبات اسیدی حد واسط تشکیل شده توسط اسیدسازها در مرحله 2 به ترکیبات نهایی ساده تری مانند Co2 و CH4 از طریق تثبیت با باکتری بی هوازی مستقیم که متان ساز نامیده می شود تبدیل می گردد.
سیستم معمولا شامل یک مخزن با هوای فشرده است که در آن فاضلاب به صورت مستمر وارد می شود.
گاز تولیدی از طریق سیستم جمع آوری گاز، جمع می شود و به عنوان منبع انرژی استفاده می گردد در حالی که لجن تولیدی برای تصفیه بیشتر نگه داشته می شوند.
براساس نوع بسته بندی مواد و نوع عملکرد،چهار نوع راکتور بی هوازی مرتبط رشد کاربرد دارند. این راکتورها معمولا شامل مخزن های استوانه ای یا مستطیلی پر شده از مدیا های مختلف می باشند.
این راکتورها فیلترهای بی هوازی هستند و ممکن است از نوع جریان بالا رو یا پایین رو باشند. مواد بستر ممکن است شامل سنگ یا پلاستیک با شکل های مختلف باشد. بسترها معمولا ثابت هستند و مواد خروجی تصفیه شده معمولا برگشت نمی شوند.
این یک نوع راکتور با جریان بالا رو است .معمولا ماده بکار رفته در بستر مورد استفاده شن ریز است. پساب تصفیه شده معمولا برگشت داده می شود .
این یک نوع راکتور جریان بالا رو است. مواد مورد استفاده هم، شن ریز است.پساب تصفیه شده برگشت داده می شود.
این یک راکتور با جریان بالا رونده است. در این راکتور لایه که در آن لایه بیولوژیکی گرانول ها را شکل می دهد که به عنوان بستر لجن کار می کنند.
هنگامی که فاضلاب توزیع شده هماهنگ از انتهای مخزن تغذیه شوند مایع از میان منطقه گوارشب راکتور عبور می کند و جداسازی جامد - مایع رخ می دهد. مواد جامد تصفیه شده جدا شده به منطقه لایه ای فعال بر می گردند. و پساب تصفیه شده از بالا خارج می شود. مواد معلق به سنگهای بستر می چسبند و تثبیت می شوند و گاز تولیدی در اثر تجزیه مواد آلی جمع می شوند.
این سیستم شامل یک تانک بسته و فاضلاب تصفیه نشده با جریان پیوسته و با اختلاط کامل می باشد.
از آنجایی که پساب خروجی باز چرخانی نمی شود، مدت زمان ماند مواد جامد و زمان ماند هیدرولیکی در سیستم یکسان می باشد. که برای فاضلاب هایی با محتوای مواد آلی محلول بالا ،مناسب می باشد.
این سیستم، مشابه راکتور اختلاط کامل بی هوازی می باشد با این تفاوت که بایومس راکتور در زلال ساز که در قسمت پایین قرار گرفته جدا می باشد و نسبتی از مواد جامد ته نشین شده باز چرخانی می شود.
از آنجایی که لجن راکتور تولید گاز متان می کند، کاربرد جداکننده های گاز در جداسازی مواد جامد ضروری است.
