تصفیه بی هوازی فاضلاب

تصفیه بی هوازی فاضلاب روشی است که در آن میکروارگانیسم ها بدون اکسیژن محلول کار می کنند. در فرآیند تصفیه بی هوازی مواد آلی (مواد مولد BOD و COD ) در چند مرحله به بیوگازی تبدیل می شود که قسمت اصلی آن متان و دی اکسید کربن است و همزمان مقدار کمی جرم بیولوژیکی که در واقع باکتری جدید است در محیط تصفیه ظاهر می شود.
هضم بی هوازی در اکوسیستم های طبیعی مانند باتلاق ها و رسوبات بستر دریا یا در سیستم های غیر طبیعی مانند تصفیه خانه های فاضلاب، سیستم های هضم لجن و کود نیز اتفاق می افتد. به طور معمول، تولید متان آخرین مرحله تصفیه فاضلاب بی هوازی است که از تولید و تجمع مقادیر زیادی مواد آلی در سیستم بی هوازی جلوگیری می کند. متان، محصول نهایی تصفیه بی هوازی ، آنقدر ماده ارزشمندی است که انسان از آن به عنوان سوخت استفاده می کند. متان بسیار نامحلول است و خود به خود از فاز مایع جدا می شود.

عوامل موثر بر تصفیه بی هوازی فاضلاب
عوامل متعددی می توانند بر فرآیند تصفیه در راکتورهای بی هوازی فاضلاب تأثیر بگذارند. بنابراین لازم است به طور منظم مهم ترین عواملی که بر هضم بی هوازی فاضلاب تأثیر منفی می گذارند و فرآیند تصفیه را مختل می کنند، اندازه گیری و شناسایی شوند. این عوامل شامل گزینه های زیر می باشد:
pH  فاضلاب
دما: افزایش یا کاهش دما بر فعالیت میکروارگانیسم ها تأثیر می گذارد. بنابراین دما باید در حد مطلوب (3-40 درجه سانتیگراد) باشد.
مواد مغذی برای انجام عملکردهای بیولوژیکی
وجود مواد بازدارنده و سمی مانند سولفیدها که مانع تصفیه مناسب می شود.
تفاوت بین تصفیه هوازی و هوازی
نتیجه فرآیند تصفیه فاضلاب بی هوازی لجن، فاضلاب زلال و گاز متان می باشد، اما فرآیند هوازی گاز متان تولید نمی کند و تلفات حرارتی بالایی دارد.
بهره برداری، نگهداری و تعمیر پکیج های تصفیه فاضلاب بی هوازی نسبت به روش های هوازی به هزینه کمتری نیاز دارد.
لجن تولید شده با روش های بی هوازی کمتر از هوازی است.
فرآیندهای هوازی و لجن فعال نسبت به فرآیندهای بی هوازی نسبت به دمای محیط انعطاف پذیرتر هستند.

مراحل تصفیه بی هوازی

تبدیل مواد آلی معلق در فاضلاب به گاز متان که خلاصه ای از فرآیند تصفیه با روش های بی هوازی است، در سه مرحله اصلی انجام می شود:

مرحله اول: هیدرولیز(Hydrolysis )

مواد آلی در فاضلاب ها به صورت توده ای به هم چسبیده هستند، برای تبدیل شدن به منبع انرژی کربن سلولی باید جرم مولکولی آنها کاهش یافته و به قطعات کوچک تبدیل شود. برای این منظور مهمترین و اولین مرحله تصفیه بی هوازی ، تبدیل مواد آلی با جرم مولکولی بالا به مواد محلول است. این فرآیند هیدرولیز نامیده می شود که فرآیندی زمان بر می باشد. معمولاً 5 تا 10 روز بسته به نوع فاضلاب برای هیدرولیز فاضلاب زمان لازم است. پس از عبور از این مرحله، چربی ها، کربوهیدرات ها، روغن ها و پروتئین ها به مواد محلول در آب تبدیل خواهند شد.
مرحله دوم: اسیدی شدن و تولید استات
مرحله اسیدی شدن( Acidification) شامل فرمانتاسیون اسیدهای آمینه و قند و تولید هیدروژن، استات، اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه فرار و الکل است. اسیدهای چرب با زنجیره بلند نیز می توانند در این مرحله از تجزیه بی هوازی تشکیل شوند. همچنین تولید استات (  Acetogenesis  ) نیز انجام می شود که در آن تمام محصولات به دست آمده از دو مرحله 1 و این مرحله به استات تبدیل می شوند.
در این مرحله، هضم بی هوازی یا تصفیه بی هوازی یک فرآیند ترکیبی اسیدی شدن و تولید استات است که به موجب آن ماده آلی ساده تولید شده در مرحله هیدرولیز، به اسیدهای چرب فرار و احتمالاً اسید استیک و سرکه تبدیل می شود. این مرحله از هضم بی هوازی گاهی اوقات به عنوان ترش کردن نیز توصیف می شود.
با تشکیل اسیدهای چرب فرار، PH محیط واقعا پایین می آید و مدت زمان مرحله دوم هضم بی هوازی به کیفیت فاضلاب بستگی دارد. اگر فاضلاب حاوی قندهای ساده باشد، این مرحله به سرعت انجام می شود و اگر فاضلاب حاوی پروتئین و مواد آلی پیچیده باشد، مرحله دوم تصفیه بی هوازی زمان می برد.
مرحله سوم تولید متان
مرحله سوم تولید متان (Methanogenesis) که در آن گاز متان از استات و ترکیبات (H2, Co2) آزاد می شود و مواد آلی به متان تبدیل می شوند. در طول این مرحله، اپراتور باید به طور مداوم pH، گرما، سموم و مواد مغذی موجود در سیستم را کنترل کند. همچنین در این مرحله BOD تا حد زیادی کاهش می یابد. در اکثر راکتورهای بی هوازی این مرحله حدود 5 ساعت طول می کشد. اگر میزان سولفات فاضلاب در طی تصفیه بی هوازی زیاد باشد،  امکان احیای سولفات به S H2 نیز وجود خواهد داشت. لازم به ذکر است که در برخی  نام گذاری ها به مراحل هیدرولیز و اسیدوژنز اصطلاحا فاز ثابت BOD و به آخرین مرحله، فاز کاهش BOD نیز گفته میشود.