انتخاب یک دستگاه مناسب برای آبگیری لجن، تنها بر اساس ظرفیت اسمی یا مشخصات فنی سازنده، نمی‌تواند موفقیت یک پروژه را تضمین کند. تجربه بهره‌برداری از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری و صنعتی نشان داده است که مهم‌ترین عامل در عملکرد واقعی دستگاه‌های آبگیری، ویژگی‌های لجن است، نه صرفاً نوع دستگاه. به همین دلیل ممکن است دو تصفیه‌خانه با استفاده از یک مدل مولتی دیسک اسکروپرس، نتایج کاملاً متفاوتی از نظر درصد خشکی کیک، مصرف پلیمر و ظرفیت عملیاتی به دست آورند.

رفتار لجن تحت تأثیر عواملی مانند نوع لجن، مقدار مواد آلی، غلظت جامدات، مقدار چربی و روغن، سن لجن، میزان مواد پلیمری خارج‌سلولی، کیفیت فلوکولاسیون و خواص رئولوژیکی آن قرار دارد. بنابراین پیش از انتخاب دستگاه یا حتی تغییر شرایط بهره‌برداری، لازم است قابلیت آبگیری لجن با چند آزمایش ساده اما کاربردی بررسی شود.

خوشبختانه برای ارزیابی رفتار لجن، همیشه به تجهیزات پیشرفته و گران‌قیمت نیاز نیست. بسیاری از اطلاعات مورد نیاز را می‌توان با آزمایش‌هایی ساده، کم‌هزینه و قابل انجام در آزمایشگاه تصفیه‌خانه به دست آورد. این آزمایش‌ها علاوه بر کمک به انتخاب صحیح دستگاه مولتی دیسک اسکروپرس، در انتخاب پلیمر، تعیین دوز بهینه پلیمر، پیش‌بینی ظرفیت واقعی دستگاه و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری نیز نقش مهمی دارند.

در این مقاله، مهم‌ترین آزمایش‌های اولیه و کاربردی که باید قبل از خرید یا بهره‌برداری از دستگاه مولتی دیسک اسکروپرس انجام شوند، معرفی و نحوه تفسیر نتایج هر یک به زبان ساده بیان می‌شود.

اهداف انجام آزمایش‌های اولیه لجن

هدف از انجام این آزمایش‌ها تنها تعیین کیفیت لجن نیست، بلکه پیش‌بینی رفتار آن در داخل دستگاه آبگیری است. هرچه شناخت دقیق‌تری از ویژگی‌های لجن وجود داشته باشد، انتخاب تجهیزات و تنظیم شرایط بهره‌برداری نیز با دقت بیشتری انجام خواهد شد.

مهم‌ترین اهداف انجام آزمایش‌های اولیه عبارت‌اند از:

• ارزیابی قابلیت آبگیری لجن
• انتخاب مناسب‌ترین نوع دستگاه آبگیری
• انتخاب نوع و دوز مناسب پلیمر
• پیش‌بینی درصد خشکی کیک لجن
• برآورد مصرف پلیمر
• کاهش هزینه‌های بهره‌برداری
• جلوگیری از خرید تجهیزات نامناسب
• افزایش راندمان مولتی دیسک اسکروپرس
• کاهش مشکلاتی مانند Clogging، Blinding  و Slippage

برای افزایش راندمان آبگیری و انتخاب تنظیمات مناسب دستگاه، ابتدا باید ویژگی‌ها و رفتار لجن به‌درستی بررسی شود. برای آشنایی با عوامل مؤثر بر فرایند آبگیری، مقاله رفتارشناسی لجن با هدف آبگیری مؤثر در دستگاه مولتی‌دیسک اسکروپرس را مطالعه کنید.

ترتیب پیشنهادی انجام آزمایش‌ها

اگرچه بسته به امکانات آزمایشگاهی ممکن است همه آزمون‌ها در دسترس نباشند، اما توصیه می‌شود بررسی لجن بر اساس یک ترتیب منطقی انجام شود. ابتدا ویژگی‌های ظاهری لجن ارزیابی شده، سپس آزمایش‌های ساده و در نهایت آزمون‌های تخصصی‌تر انجام شوند. در جدول 1، آزمایشات مورد نیاز به همراه برخی از شرایط حاکم بر انها درج شده است.

جدول 1- آزمایشات مورد نیاز به همراه برخی از شرایط حاکم بر انها

انجام این آزمایش‌ها می‌تواند تا حد زیادی عملکرد احتمالی دستگاه آبگیری را پیش از خرید یا نصب پیش‌بینی کند.

1. بررسی ظاهری لجن (Visual Observation)

ساده‌ترین و در عین حال یکی از ارزشمندترین روش‌های ارزیابی اولیه لجن، مشاهده مستقیم آن است. یک کارشناس با تجربه می‌تواند تنها با بررسی رنگ، بو، بافت، وجود کف، چربی یا الیاف، اطلاعات ارزشمندی درباره رفتار احتمالی لجن در فرآیند آبگیری به دست آورد.

هرچند این روش جایگزین آزمایش‌های کمی نیست، اما می‌تواند بسیاری از مشکلات احتمالی را قبل از انجام آزمون‌های آزمایشگاهی مشخص کند. به عنوان مثال، وجود مقدار زیاد چربی معمولاً نشان‌دهنده نیاز به پلیمر بیشتر و احتمال گرفتگی منافذ دستگاه است، در حالی که وجود مقدار زیاد الیاف می‌تواند خطر انسداد بین دیسک‌ها را افزایش دهد.

در بررسی ظاهری، موارد زیر باید ارزیابی شوند:

• رنگ لجن
• بو
• میزان کف
• وجود چربی و روغن
• وجود الیاف
• وجود شن و ماسه
• یکنواختی لجن
• میزان روانی یا غلظت ظاهری

جدول 2 می‌تواند به تفسیر اولیه نتایج کمک کند.

جدول 2-تفسیر اولیه مشاهدات لجن

2. اندازه‌گیری درصد جامدات کل (Total Solids – TS)

یکی از نخستین آزمایش‌های کمی که باید انجام شود، تعیین درصد جامدات کل یا TS  است. این پارامتر نشان می‌دهد چه مقدار از نمونه لجن را مواد جامد و چه مقدار را آب تشکیل می‌دهد. اگرچه TS به‌تنهایی قابلیت آبگیری را مشخص نمی‌کند، اما اطلاعات بسیار مهمی درباره غلظت اولیه لجن ارائه می‌دهد و مبنای بسیاری از محاسبات طراحی و بهره‌برداری محسوب می‌شود. همچنین مقدار TS در انتخاب ظرفیت دستگاه، تعیین دبی مناسب تغذیه و تنظیم شرایط بهره‌برداری اهمیت زیادی دارد. در این آزمایش، نمونه لجن در دمای حدود ۱۰۵ درجه سلسیوس تا رسیدن به وزن ثابت خشک می‌شود و اختلاف وزن قبل و بعد از خشک شدن، درصد جامدات کل را مشخص می‌کند.

به طور کلی، تفسیر نتایج TS به صورت جدول 3 است:

جدول 3-تفسیر نتایج TS

البته این محدوده‌ها بسته به نوع لجن و فرآیند تصفیه ممکن است متفاوت باشند، اما به عنوان یک راهنمای اولیه کاربرد دارند.

3. اندازه‌گیری مواد جامد فرار (Volatile Solids – VS)

پس از تعیین TS، مهم‌ترین آزمایش بعدی اندازه‌گیری مواد جامد فرار (VS) است. این پارامتر بیانگر مقدار مواد آلی موجود در لجن بوده و یکی از مهم‌ترین شاخص‌های پیش‌بینی رفتار لجن در فرآیند آبگیری محسوب می‌شود. هرچه نسبت VS به TS بیشتر باشد، معمولاً مقدار زیست‌توده، مواد آلی و مواد پلیمری خارج‌سلولی   نیز بیشتر خواهد بود. این مواد مانند یک اسفنج، آب را در ساختار خود نگه می‌دارند و باعث می‌شوند فرآیند آبگیری دشوارتر شود. به طور معمول، لجن‌های با VS بالا دارای ویژگی‌های زیر هستند:

• آبگیری دشوارتر
• مصرف بیشتر پلیمر
• تشکیل کیک نرم‌تر
• احتمال بیشتر بروز  Blinding
• زمان بیشتر برای فلوکولاسیون

در مقابل، کاهش VS معمولاً با بهبود قابلیت آبگیری همراه است. جدول 4 راهنمای مناسبی برای تفسیر نسبت VS به TS برای لجن ارائه می‌دهد.

جدول 4-تفسیر نتایج TS برای قابلیت آبگیری لجن

باید توجه داشت که VS به تنهایی تعیین‌کننده عملکرد دستگاه نیست و همواره باید همراه با نتایج Jar Test، آزمون CST و سایر شاخص‌های کیفی لجن تفسیر شود.

آزمون جار (Jar Test)؛ مهم‌ترین آزمایش قبل از انتخاب پلیمر

آزمون Jar Test یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین آزمایش‌ها در فرآیند آبگیری لجن است. هدف این آزمایش، انتخاب مناسب‌ترین نوع پلیمر و تعیین دوز بهینه آن برای تشکیل فلوک‌های بزرگ، متراکم و پایدار است. در واقع، اگر پلیمر به‌درستی انتخاب نشود، حتی پیشرفته‌ترین دستگاه مولتی دیسک اسکروپرس نیز نمی‌تواند عملکرد مطلوبی داشته باشد.

ذرات لجن معمولاً دارای بار الکتریکی منفی هستند و به همین دلیل یکدیگر را دفع می‌کنند. پلیمر با خنثی کردن این بارها و ایجاد پل بین ذرات، باعث تشکیل لخته‌های بزرگ‌تر (Flocs) می‌شود. این فلوک‌ها آب را راحت‌تر آزاد کرده و در نتیجه راندمان آبگیری افزایش می‌یابد.

در آزمون جار، چند نمونه مشابه از لجن تهیه شده و به هر کدام نوع یا دوز متفاوتی از پلیمر اضافه می‌شود. پس از اختلاط سریع و سپس اختلاط آرام، رفتار لجن مورد بررسی قرار می‌گیرد. هدف، یافتن شرایطی است که بهترین فلوک با کمترین مصرف پلیمر تشکیل شود. در یک Jar Test موفق باید موارد زیر مشاهده شود:

• تشکیل فلوک‌های درشت و یکنواخت
• جدا شدن سریع آب از لجن
• شفاف شدن آب رویی
• ته‌نشینی مناسب فلوک‌ها
• عدم چسبندگی بیش از حد لجن
• عدم شکستن فلوک‌ها در اثر همزدن آرام

جدول 5 راهنمای ساده‌ای برای تفسیر نتایج Jar Test ارائه می‌دهد.

جدول 5- راهنمای ساده‌ای برای تفسیر نتایج Jar Test

آزمون زمان مکش موئینگی (Capillary Suction Time – CST)

آزمون CST یکی از سریع‌ترین روش‌های ارزیابی قابلیت آبگیری لجن است و در بسیاری از آزمایشگاه‌های تصفیه‌خانه‌ها برای مقایسه کیفیت لجن یا بررسی عملکرد پلیمر استفاده می‌شود. در این آزمون، سرعت حرکت آب آزاد موجود در لجن بر روی کاغذ مخصوص و تحت اثر خاصیت موئینگی اندازه‌گیری می‌شود. هرچه آب سریع‌تر از لجن جدا شود، مقدار CST کمتر بوده و قابلیت آبگیری لجن بهتر خواهد بود. یکی از مهم‌ترین کاربردهایCST، مقایسه عملکرد پلیمرهای مختلف است. در بسیاری از موارد، بهره‌بردار می‌تواند با انجام چند آزمون ساده، مناسب‌ترین پلیمر را انتخاب کند و از مصرف بی‌رویه مواد شیمیایی جلوگیری نماید.

مزایای آزمون CST عبارت‌اند از:

• انجام سریع آزمایش
• هزینه پایین
• نیاز به حجم کم نمونه
• قابلیت تکرار مناسب
• مناسب برای مقایسه پلیمرها
• ارزیابی سریع تغییرات کیفیت لجن

به طور کلی، تفسیر نتایج به صورت جدول 6 انجام می‌شود.

جدول 6- راهنمای ساده‌ای برای تفسیر نتایج CST

نکته: این محدوده‌ها تنها به عنوان راهنمای عمومی هستند و بسته به نوع لجن، فرآیند تصفیه و شرایط بهره‌برداری ممکن است متفاوت باشند. بنابراین، مقایسه نتایج بین نمونه‌های مشابه معتبرتر از تکیه بر یک عدد مطلق است.

آزمون مقاومت ویژه فیلتراسیون (Specific Resistance to Filtration – SRF)

آزمونSRF  مقاومت لجن را در برابر عبور آب هنگام فیلتراسیون اندازه‌گیری می‌کند. برخلاف CST که بیشتر سرعت آزاد شدن آب را نشان می‌دهد، SRF میزان انرژی یا مقاومت لازم برای خروج آب از ساختار لجن را مشخص می‌کند.هرچه مقدار SRF بیشتر باشد، آب سخت‌تر از لجن جدا شده و فرآیند آبگیری دشوارتر خواهد بود. به همین دلیل، این آزمون به‌ویژه در طراحی تجهیزات آبگیری و مقایسه رفتار انواع مختلف لجن اهمیت زیادی دارد.

از مهم‌ترین کاربردهای SRF می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مقایسه قابلیت آبگیری لجن‌های مختلف
• بررسی تأثیر پلیمر
• انتخاب مناسب‌ترین شرایط بهره‌برداری
• پیش‌بینی عملکرد تجهیزات آبگیری

به طور کلی:

• SRF پائین آبگیری آسان
• SRF متوسط آبگیری قابل قبول
• SRF بالا آبگیری دشوار

در بسیاری از پروژه‌های صنعتی، استفاده هم‌زمان از نتایج CST و SRF، تصویر دقیق‌تری از رفتار واقعی لجن نسبت به استفاده از هر آزمون به‌تنهایی ارائه می‌دهد.

 آزمون آبگیری با قیف بوخنر (Büchner Funnel Test)

یکی از کاربردی‌ترین و در عین حال کمتر شناخته‌شده‌ترین آزمایش‌های آبگیری لجن، آزمون قیف بوخنر است. بسیاری از شرکت‌های معتبر سازنده تجهیزات آبگیری، قبل از پیشنهاد دستگاه به مشتری، از این آزمون برای ارزیابی اولیه رفتار لجن استفاده می‌کنند.در این روش، لجن پس از انجام فرآیند فلوکولاسیون روی کاغذ صافی داخل قیف بوخنر قرار گرفته و با استفاده از خلأ، فرآیند فیلتراسیون انجام می‌شود. سپس حجم آب جداشده، سرعت فیلتراسیون و رطوبت کیک تشکیل‌شده اندازه‌گیری می‌شود.اگرچه شرایط این آزمون دقیقاً مشابه عملکرد مولتی دیسک اسکروپرس نیست، اما نتایج آن می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره قابلیت آبگیری لجن، عملکرد پلیمر و کیفیت کیک تولیدی ارائه دهد.

مزایای آزمون قیف بوخنر عبارت‌اند از:

• تجهیزات ساده و ارزان
• اجرای سریع
• امکان مقایسه پلیمرهای مختلف
• ارزیابی کیفیت کیک لجن
• بررسی کیفیت آب خروجی
• کاهش ریسک انتخاب نامناسب تجهیزات

در این آزمون معمولاً پارامترهای زیر ثبت می‌شوند:

• زمان فیلتراسیون
• حجم آب جداشده
• رطوبت کیک
• ضخامت کیک
• کیفیت فلوک
• شفافیت فیلتریت

به همین دلیل، آزمون قیف بوخنر یکی از بهترین روش‌های آزمایشگاهی برای شبیه‌سازی اولیه رفتار لجن در فرآیند آبگیری محسوب می‌شود و توصیه می‌شود پیش از خرید یا طراحی سیستم آبگیری، در کنار Jar Test، CST  و SRF انجام شود.

برای آشنایی با کاهش لجن فاضلاب شهری با فناوری اولتراسونیک از این مقاله دیدن کنید.

اندازه‌گیری رطوبت و درصد خشکی کیک لجن

یکی از مهم‌ترین شاخص‌های ارزیابی عملکرد هر دستگاه آبگیری لجن، درصد خشکی کیک (Cake Dry Solids)  یا به عبارت دیگر رطوبت باقی‌مانده در کیک لجن است. هدف اصلی از فرآیند آبگیری، کاهش حجم لجن و افزایش درصد جامدات آن است؛ زیرا هرچه کیک خشک‌تر باشد، هزینه حمل، دفن، سوزاندن یا استفاده مجدد از آن کاهش می‌یابد.

برای اندازه‌گیری درصد خشکی، نمونه‌ای از کیک لجن توزین شده، سپس در آون با دمای 105 درجه سانتی‌گراد تا رسیدن به وزن ثابت خشک می‌شود. اختلاف وزن قبل و بعد از خشک کردن، مقدار رطوبت و درصد جامدات خشک را مشخص می‌کند.

البته باید توجه داشت که درصد خشکی مطلوب به نوع لجن وابسته است و نباید همه لجن‌ها را با یک معیار ارزیابی کرد. به عنوان مثال، دستیابی به ۲۵ درصد جامدات خشک در یک لجن بیولوژیکی ممکن است عملکرد بسیار خوبی باشد، در حالی که برای برخی لجن‌های شیمیایی این مقدار پایین تلقی شود.

جدول 7 یک راهنمای عمومی برای ارزیابی کیک لجن ارائه می‌دهد.

جدول 7 – راهنمای عمومی برای ارزیابی DS

*مقادیر فوق بسته به نوع لجن، فرآیند تصفیه و نوع دستگاه آبگیری متغیر هستند.

بررسی کیفیت آب خروجی (Filtrate Quality)

در بسیاری از پروژه‌ها، توجه تنها به درصد خشکی کیک معطوف می‌شود، در حالی که کیفیت آب خروجی از دستگاه آبگیری نیز یکی از شاخص‌های مهم عملکرد است. اگر مقدار زیادی از ذرات جامد همراه آب خروجی از دستگاه خارج شوند، علاوه بر کاهش راندمان آبگیری، بار اضافی به واحدهای تصفیه بازمی‌گردد و هزینه‌های بهره‌برداری افزایش می‌یابد.

به همین دلیل، پس از انجام آزمایش‌های آبگیری، باید کیفیت فیلتریت نیز بررسی شود.

شاخص‌های مهم عبارت‌اند از:

• شفافیت آب خروجی
• کدورت (Turbidity)
• غلظت جامدات معلق (TSS)
• رنگ
• وجود فلوک‌های ریز
• وجود پلیمر آزاد

جدول 8 می‌تواند به ارزیابی اولیه کمک کند.

جدول 8 – راهنمای عمومی برای ارزیابی وضعیت آب خروجی

بررسی خواص رئولوژیکی لجن

در پروژه‌های بزرگ یا لجن‌های صنعتی خاص، بررسی خواص رئولوژیکی لجن نیز می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در اختیار طراح قرار دهد.

لجن برخلاف آب، یک سیال نیوتنی نیست و رفتار آن تحت تأثیر غلظت جامدات، مقدار مواد آلی،EPS  و ساختار فلوک‌ها قرار دارد. به همین دلیل، انتقال و آبگیری آن تنها به دبی وابسته نیست و پارامترهایی مانند Yield Stress و ویسکوزیته نیز اهمیت پیدا می‌کنند.

اگرچه اندازه‌گیری این پارامترها به تجهیزات تخصصی نیاز دارد، اما در پروژه‌های بزرگ می‌تواند به انتخاب صحیح پمپ، طراحی خطوط انتقال، تعیین سرعت اسکرو و پیش‌بینی عملکرد واقعی دستگاه کمک کند.

چگونه نتایج آزمایش‌ها را تفسیر کنیم؟

یکی از اشتباهات رایج، تصمیم‌گیری بر اساس تنها یک آزمایش است. برای مثال، ممکن است یک لجن مقدار CST  مناسبی داشته باشد اما به دلیل VS بالا یا تشکیل فلوک ضعیف، عملکرد مطلوبی در دستگاه آبگیری نداشته باشد. بنابراین، تفسیر نتایج باید بر اساس مجموعه‌ای از شاخص‌ها انجام شود.

جدول 9 نمونه‌ای از این تحلیل را نشان می‌دهد.

جدول 9 – تفسیر اولیه نتایج آزمایشات مختلف

جمع‌بندی

شناخت رفتار لجن، مهم‌ترین گام در طراحی و بهره‌برداری موفق از سیستم‌های آبگیری لجن است. بسیاری از مشکلاتی که در عملکرد دستگاه‌های مولتی دیسک اسکروپرس مشاهده می‌شود، نه به دلیل نقص تجهیزات، بلکه ناشی از عدم شناخت کافی ویژگی‌های لجن و انجام ندادن آزمایش‌های اولیه است.

خوشبختانه، بخش عمده‌ای از این اطلاعات را می‌توان با مجموعه‌ای از آزمایش‌های ساده و کم‌هزینه شامل بررسی ظاهری، اندازه‌گیری TS وVS، آزمونJar Test، آزمونCST، آزمونSRF، آزمون قیف بوخنر و اندازه‌گیری درصد خشکی کیک به دست آورد. نتایج این آزمایش‌ها، در کنار تجربه بهره‌برداری، امکان انتخاب صحیح دستگاه، تعیین نوع و مقدار پلیمر، پیش‌بینی عملکرد سیستم و کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری را فراهم می‌کند. نکته مهم آن است که هیچ آزمایش واحدی به‌تنهایی قادر به پیش‌بینی کامل رفتار لجن نیست. تصمیم‌گیری صحیح زمانی حاصل می‌شود که نتایج همه آزمون‌ها در کنار یکدیگر تحلیل شوند. این رویکرد، ریسک انتخاب نامناسب تجهیزات را کاهش داده و باعث افزایش راندمان، کاهش مصرف پلیمر، تولید کیک خشک‌تر و بهره‌برداری پایدارتر از دستگاه مولتی دیسک اسکروپرس خواهد شد.

شرکت تکنوزیست تجهیز ملل علاوه بر ارائه خدمات فنی و مهندسی، تأمین‌کننده انواع تجهیزات تصفیه فاضلاب و آبگیری لجن از جمله مولتی دیسک اسکروپرس، پرس اسکرو، سیستم آماده‌سازی و تزریق پلیمر، آشغالگیر مکانیکی، دانه‌گیر، تجهیزات ته‌نشینی، تجهیزات هوادهی، تجهیزات انتقال لجن، تجهیزات تصفیه فاضلاب صنعتی و شهری و سایر تجهیزات مورد نیاز تصفیه‌خانه‌ها است.

برای دریافت مشاوره رایگان، بررسی فنی پروژه، انتخاب تجهیزات مناسب، استعلام قیمت، خرید تجهیزات تصفیه فاضلاب، خرید دستگاه آبگیری لجن، خرید مولتی دیسک اسکروپرس و دریافت راهکارهای تخصصی متناسب با شرایط پروژه، همین امروز با کارشناسان شرکت تکنوزیست تجهیز ملل تماس بگیرید. هدف ما ارائه راهکارهایی است که ضمن کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری، بیشترین راندمان و بالاترین کیفیت عملکرد را برای پروژه شما فراهم کند.