در تصفيه ي بي هوازي فاضلاب، مواد آلي موجود در زباله ها و فاضلاب ها به بيوگاز، مخلوطي از متان و دي اكسيد كربن و لجن غني از مواد مغذي تبديل مي شوند. بيوگاز مي تواند به گرما يا نيرو تبديل شود و بنابراين پتانسيل زيادي به عنوان يك منبع انرژي تجديد پذير دارد. لجن غني از مواد مغذي مي تواند كمپوست شود و كمپوست بي هوازي به عنوان اصلاح كننده ي خاك در كشاورزي استفاده شود.

مراحل هضم بي هوازي به طور كلي عبارتند از :

هيدروليز

 تخمير

 اسيدي شدن (اسيدوژنز) و متانوژنز

 براي دستيابي به اين توالي چهار مرحله اي، باكتري هاي مختلف (به عنوان مثال باكتري هاي تخمير، استروژن و متان زا) بايد با هم كار كنند. هيچ يك از اين نوع باكتري ها قادر به توليد محصولات بيوگاز به تنهايي نيستند.

هيدروليز

هيدروليز، تجزيه ي يك تركيب شيميايي در واكنش با آب را توصيف مي كند. هيدروليز اولين مرحله هضم بي هوازي است كه در آن مولكول هاي پيچيده نامحلول مانند كربوهيدرات ها و چربي ها به قندهاي كوتاه، اسيدهاي چرب و اسيدهاي آمينه تجزيه مي شوند.

تخمير

تخمير مرحله ي دوم هضم بي هوازي است. باكتري هاي تخميري قندها و ساير محصولات آلي را از هيدروليز به اسيدهاي آلي، الكل ها، دي اكسيد كربن، هيدروژن و آمونياك تبديل مي كنند.

اسيدوژنز (اسيد شدن)

اسيدوژنز مرحله ي سوم هضم بي هوازي است. محصولات حاصل از تخمير (اسيدهاي آلي، الكل ها) به هيدروژن، دي اكسيد كربن و اسيد استيك تبديل مي شوند. براي توليد اسيد استيك، باكتري هاي استوژنيك به اكسيژن و كربن نياز دارند. براي اين منظور، آن ها از اكسيژن محلول استفاده مي كنند. بدين وسيله، باكتري هاي توليد كننده ي اسيد، شرايط بي هوازي ايجاد مي كنند كه براي ميكروارگانيسم هاي توليد كننده ي متان در مرحله ي بعد ضروري است.

متانوژنز

متانوژنز چهارمين و آخرين مرحله ي هضم بي هوازي است. باكتري هاي متان زا (متانوژن ها) كه كاملا بي هوازي هستند، اسيد استيك، دي اكسيد كربن و هيدروژن را به مخلوطي از متان، دي اكسيد كربن و مقادير مختلف نيتروژن، سولفيد هيدروژن و ساير اجزاي آن تبديل مي كنند. به اين مخلوط بيوگاز گفته مي شود.

پارامترهاي مهم فرآيند بي هوازي

براي اينكه هضم موثر باشد بايد شرايط بهينه براي رشد باكتري هاي مسئول هضم بي هوازي لجن فراهم شود. بنابراين، چندين فاكتور براي طراحي و پردازش واحدهاي تصفيه ي بيوگاز بايد در نظر گرفته شود. در زير مهم ترين پارامترها شرح داده شده است:

دما

دما يكي از مهم ترين پارامترهاي موثر بر عملكرد فرآيندهاي هضم بي هوازي است. هضم بي هوازي از نظر تئوري تقريبا بين 3 تا 70 درجه سانتي گراد امكان پذير است. همانند ساير فرآيندهاي ميكروبي، ميزان متابوليسم همراه با دما افزايش مي يابد. هرچه دما بيشتر باشد، مدت زمان نگهداري نيز كوتاه تر است.

ميزان pH بهينه

از نظر pH بهينه دو گروه باكتري وجود دارد، يعني اسيدزاها و متانوژن ها. بهترين محدوده ي pH براي اسيدزاها  5/5 تا 5/6 و براي متانوژن ها 2/8 تا 8/8 است. از آنجا كه متانوژنز به عنوان يك مرحله محدود كننده ي سرعت در نظر گرفته مي شود، pH نزديك به خنثي مطلوب است. در صورت مشاهده ي اختلال در عملكرد يك سيستم، يك pH نامناسب ممكن است دليل ايجاد اختلال در روند ميكروبي باشد.

محتواي كل جامدات (TS)

هضم كننده هايي با نرخ كم را مي توان براي عملكرد در هضم لجن با مواد جامد بالا (خشك) يا هضم لجن با مواد جامد كم (مرطوب) طراحي كرد. در حالت كلي مفهوم هاضم خشك بي هوازي و مرطوب در سيستم هاي بي هوازي با نرخ بالا قابل استفاده نيست.

اختلاط

مخلوط كردن بايد توسط همزن مكانيكي انجام شود و گردش گاز يا جابجايي تحت نيروي نيروي جاذبه فراهم شود. اختلاط فشرده براي فرآيند مهم است كه به باكتري ها امكان تماس با هر ماده ي تجزيه پذير را مي دهد. بنابراين مخلوط كردن باعث بهبود سرعت پردازش سيستم رآكتور مي شود.

پتانسيل توليد متان: COD و تجزيه ي بيولوژيكي بي هوازي

در انواع فن آوري هاي بيوگاز، COD ميزان اكسيژن شيميايي مورد نياز است كه به طور كلي براي تعيين مقدار مواد آلي موجود در جريان هاي زباله و پيش بيني پتانسيل توليد بيوگاز مورد استفاده قرار مي گيرد. پارامترهاي بسيار مفيد ديگر براي ارزيابي هضم بي هوازي بسترها شامل تجزيه ي بيولوژيكي بي هوازي و ثابت هيدروليز است.

پردازش يك مرحله اي و چند مرحله اي

هضم يك مرحله اي، جايي كه تمام مراحل در يك راكتور انجام مي شود، باعث صرفه جويي در هزينه ها مي شود و عملكرد آن آسان تر است. سيستم ها در مقياس كوچك به طور كلي به عنوان فرآيندهاي يك مرحله اي طراحي مي شوند. سيستم ها در مقياس بزرگ، اغلب فرآيندهاي دو يا چند مرحله اي را اعمال مي كنند. ايده ي فرآيندهاي چند مرحله اي اين است كه هضم توسط توالي واكنش هاي بيوشيميايي انجام مي شود، كه لزوما از شرايط محيطي مطلوب يكساني برخوردار نيستند. در اين سيستم ها مي توان عوامل اصلي فرآيند (اكسيژن، دما و pH) را به طور دقيق تري كنترل كرد كه بر عملكرد باكتري هاي هضم موثر هستند.

مزايا

  • توليد انرژي هاي تجديد پذير (گرما، نور، برق)
  • كاهش انتشار گازهاي گلخانه اي از طريق بازيابي متان
  • توليد لجن اضافي كمتر
  • تبديل ضايعات آلي به كود با كيفيت بالا
  • بهبود شرايط بهداشتي از طريق كاهش عوامل بيماري زا همچون تخم هاي كرم و مگس ها
  • پايداري فرآيند (بارهاي زياد قابل تصفيه هستند در حاليكه لجن بي هوازي نيز مي تواند براي مدت طولاني بدون هيچ تغذيه اي حفظ شود)
  • هزينه هاي ساخت نسبتا كم
  • نيازهاي فضايي تصفيه بي هوازي كمتر از سيستم هاي تصفيه ي فاضلاب هوازي است.

معايب

  • براي طراحي، ساخت و حتي بهره برداري ممكن است به متخصص نياز باشد. (معمولا با افزايش مقياس، پيچيدگي ها افزايش مي يابد.)
  • وابسته به دما
  • براي استفاده مجدد از انرژي توليد شده ممكن است به تصفيه ي بيشتري نياز باشد.
  • حساسيت زياد باكتري هاي متان زا به تعداد زيادي از تركيبات شيميايي
  • شروع كار به دليل عملكرد كم رشد باكتري هاي بي هوازي ممكن است طولاني باشد.

قابليت اجرايي

هضم بي هوازي تقريبا براي هر نوع زباله ي آلي قابل استفاده است. در مواردي كه تقاضا براي گاز به عنوان منبع انرژي تجديدپذير وجود داشته باشد و لجن هاي باقي مانده به عنوان كود قابل استفاده باشد، مورد توجه است.

كارشناسان شركت پرتو كنترل هوشمند در پروژه هاي متعددي از فرآيند تصفيه ي بي هوازي فاضلاب بهره گرفته اند و آماده اند تا مشاوره ي لازم در اين خصوص را در اختيار مشتريان قرار دهند.