در تصفیه ی بی هوازی فاضلاب، مواد آلی موجود در زباله ها و فاضلاب ها به بیوگاز، مخلوطی از متان و دی اکسید کربن و لجن غنی از مواد مغذی تبدیل می شوند. بیوگاز می تواند به گرما یا نیرو تبدیل شود و بنابراین پتانسیل زیادی به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر دارد. لجن غنی از مواد مغذی می تواند کمپوست شود و کمپوست بی هوازی به عنوان اصلاح کننده ی خاک در کشاورزی استفاده شود.

مراحل هضم بی هوازی به طور کلی عبارتند از :

هیدرولیز

 تخمیر

 اسیدی شدن (اسیدوژنز) و متانوژنز

 برای دستیابی به این توالی چهار مرحله ای، باکتری های مختلف (به عنوان مثال باکتری های تخمیر، استروژن و متان زا) باید با هم کار کنند. هیچ یک از این نوع باکتری ها قادر به تولید محصولات بیوگاز به تنهایی نیستند.

هیدرولیز

هیدرولیز، تجزیه ی یک ترکیب شیمیایی در واکنش با آب را توصیف می کند. هیدرولیز اولین مرحله هضم بی هوازی است که در آن مولکول های پیچیده نامحلول مانند کربوهیدرات ها و چربی ها به قندهای کوتاه، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه تجزیه می شوند.

تخمیر

تخمیر مرحله ی دوم هضم بی هوازی است. باکتری های تخمیری قندها و سایر محصولات آلی را از هیدرولیز به اسیدهای آلی، الکل ها، دی اکسید کربن، هیدروژن و آمونیاک تبدیل می کنند.

اسیدوژنز (اسید شدن)

اسیدوژنز مرحله ی سوم هضم بی هوازی است. محصولات حاصل از تخمیر (اسیدهای آلی، الکل ها) به هیدروژن، دی اکسید کربن و اسید استیک تبدیل می شوند. برای تولید اسید استیک، باکتری های استوژنیک به اکسیژن و کربن نیاز دارند. برای این منظور، آن ها از اکسیژن محلول استفاده می کنند. بدین وسیله، باکتری های تولید کننده ی اسید، شرایط بی هوازی ایجاد می کنند که برای میکروارگانیسم های تولید کننده ی متان در مرحله ی بعد ضروری است.

متانوژنز

متانوژنز چهارمین و آخرین مرحله ی هضم بی هوازی است. باکتری های متان زا (متانوژن ها) که کاملا بی هوازی هستند، اسید استیک، دی اکسید کربن و هیدروژن را به مخلوطی از متان، دی اکسید کربن و مقادیر مختلف نیتروژن، سولفید هیدروژن و سایر اجزای آن تبدیل می کنند. به این مخلوط بیوگاز گفته می شود.

پارامترهای مهم فرآیند بی هوازی

برای اینکه هضم موثر باشد باید شرایط بهینه برای رشد باکتری های مسئول هضم بی هوازی لجن فراهم شود. بنابراین، چندین فاکتور برای طراحی و پردازش واحدهای تصفیه ی بیوگاز باید در نظر گرفته شود. در زیر مهم ترین پارامترها شرح داده شده است:

دما

دما یکی از مهم ترین پارامترهای موثر بر عملکرد فرآیندهای هضم بی هوازی است. هضم بی هوازی از نظر تئوری تقریبا بین ۳ تا ۷۰ درجه سانتی گراد امکان پذیر است. همانند سایر فرآیندهای میکروبی، میزان متابولیسم همراه با دما افزایش می یابد. هرچه دما بیشتر باشد، مدت زمان نگهداری نیز کوتاه تر است.

میزان pH بهینه

از نظر pH بهینه دو گروه باکتری وجود دارد، یعنی اسیدزاها و متانوژن ها. بهترین محدوده ی pH برای اسیدزاها  ۵/۵ تا ۵/۶ و برای متانوژن ها ۲/۸ تا ۸/۸ است. از آنجا که متانوژنز به عنوان یک مرحله محدود کننده ی سرعت در نظر گرفته می شود، pH نزدیک به خنثی مطلوب است. در صورت مشاهده ی اختلال در عملکرد یک سیستم، یک pH نامناسب ممکن است دلیل ایجاد اختلال در روند میکروبی باشد.

محتوای کل جامدات (TS)

هضم کننده هایی با نرخ کم را می توان برای عملکرد در هضم لجن با مواد جامد بالا (خشک) یا هضم لجن با مواد جامد کم (مرطوب) طراحی کرد. در حالت کلی مفهوم هاضم خشک بی هوازی و مرطوب در سیستم های بی هوازی با نرخ بالا قابل استفاده نیست.

اختلاط

مخلوط کردن باید توسط همزن مکانیکی انجام شود و گردش گاز یا جابجایی تحت نیروی نیروی جاذبه فراهم شود. اختلاط فشرده برای فرآیند مهم است که به باکتری ها امکان تماس با هر ماده ی تجزیه پذیر را می دهد. بنابراین مخلوط کردن باعث بهبود سرعت پردازش سیستم رآکتور می شود.

پتانسیل تولید متان: COD و تجزیه ی بیولوژیکی بی هوازی

در انواع فن آوری های بیوگاز، COD میزان اکسیژن شیمیایی مورد نیاز است که به طور کلی برای تعیین مقدار مواد آلی موجود در جریان های زباله و پیش بینی پتانسیل تولید بیوگاز مورد استفاده قرار می گیرد. پارامترهای بسیار مفید دیگر برای ارزیابی هضم بی هوازی بسترها شامل تجزیه ی بیولوژیکی بی هوازی و ثابت هیدرولیز است.

پردازش یک مرحله ای و چند مرحله ای

هضم یک مرحله ای، جایی که تمام مراحل در یک راکتور انجام می شود، باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود و عملکرد آن آسان تر است. سیستم ها در مقیاس کوچک به طور کلی به عنوان فرآیندهای یک مرحله ای طراحی می شوند. سیستم ها در مقیاس بزرگ، اغلب فرآیندهای دو یا چند مرحله ای را اعمال می کنند. ایده ی فرآیندهای چند مرحله ای این است که هضم توسط توالی واکنش های بیوشیمیایی انجام می شود، که لزوما از شرایط محیطی مطلوب یکسانی برخوردار نیستند. در این سیستم ها می توان عوامل اصلی فرآیند (اکسیژن، دما و pH) را به طور دقیق تری کنترل کرد که بر عملکرد باکتری های هضم موثر هستند.

مزایا

  • تولید انرژی های تجدید پذیر (گرما، نور، برق)
  • کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از طریق بازیابی متان
  • تولید لجن اضافی کمتر
  • تبدیل ضایعات آلی به کود با کیفیت بالا
  • بهبود شرایط بهداشتی از طریق کاهش عوامل بیماری زا همچون تخم های کرم و مگس ها
  • پایداری فرآیند (بارهای زیاد قابل تصفیه هستند در حالیکه لجن بی هوازی نیز می تواند برای مدت طولانی بدون هیچ تغذیه ای حفظ شود)
  • هزینه های ساخت نسبتا کم
  • نیازهای فضایی تصفیه بی هوازی کمتر از سیستم های تصفیه ی فاضلاب هوازی است.

معایب

  • برای طراحی، ساخت و حتی بهره برداری ممکن است به متخصص نیاز باشد. (معمولا با افزایش مقیاس، پیچیدگی ها افزایش می یابد.)
  • وابسته به دما
  • برای استفاده مجدد از انرژی تولید شده ممکن است به تصفیه ی بیشتری نیاز باشد.
  • حساسیت زیاد باکتری های متان زا به تعداد زیادی از ترکیبات شیمیایی
  • شروع کار به دلیل عملکرد کم رشد باکتری های بی هوازی ممکن است طولانی باشد.

قابلیت اجرایی

هضم بی هوازی تقریبا برای هر نوع زباله ی آلی قابل استفاده است. در مواردی که تقاضا برای گاز به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر وجود داشته باشد و لجن های باقی مانده به عنوان کود قابل استفاده باشد، مورد توجه است.

کارشناسان شرکت پرتو کنترل هوشمند در پروژه های متعددی از فرآیند تصفیه ی بی هوازی فاضلاب بهره گرفته اند و آماده اند تا مشاوره ی لازم در این خصوص را در اختیار مشتریان قرار دهند.