انواع راکتورهای مورد استفاده برای تصفیه فاضلاب

انواع واکنشگاه ها (راکتورها) که برای تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند، در شکل ۱، شامل موارد زیرند:

1. راکتور ناپیوسته
2. راکتور اختلاط کامل (دارای همزن) تحت عنوان راکتور همزن دار با جریان پیوسته (CFSTR) در کتابهای مهندسی شیمی
3. راکتور با جریان نهر گونه تحت عنوان راکتور جریان لوله ای
4. راکتورهای همزن دار متوالی
5. راکتور با بستر ثابت (آکنه)
6. راکتور با بستر متحرک

در زیر به مفاهیم کلی مربوط به این واکنشگاه ها اشاره گردیده است.

راکتور ناپیوسته

در راکتور ناپیوسته (شکل ۲a-1 ملاحظه شود)، جریان، نه وارد واکنشگاه می شود و نه از آن خارج می گردد (یعنی جریان ورودی تصفیه شده و سپس تخلیه می گردد و چرخه تکرار می شود. محتوای مایع واکنشگاه کاملاً مخلوط می گردد). به عنوان مثال آزمون BOD در واکنشگاه ناپیوسته انجام می گردد. اگرچه بایستی توجه نمود که محتویات در خلال اینکوباتور به طور کامل مخلوط نمی شوند. واکنشگاه های ناپیوسته، اغلب برای مخلوط کردن مواد شیمیایی یا رقیق سازی مورد استفاده واقع می گردند.

راکتور اختلاط کامل

در این واکنشگاه (شکل ۱-۲a ملاحظه شود)، فرض گردیده که اختلاط کامل به طور یکنواخت و به طور برخط در سراسر واکنشگاه بر روی ذرات سیال ورودی به واکنشگاه رخ می دهد. ذرات سیال خروجی واکنشگاه در تناسب با تراکم آماری آنهاست. اختلاط کامل در هر مرحله یا سطح مربع واکنشگاه ها، اگر محتویات واکنشگاه به طور یکنواخت و پیوسته، دوباره توزیع گردد، تکمیل خواهد شد. زمان واقعی مورد نیاز برای نایل شدن به شرایط اختلاط کامل، کاملاً به شکل هندسی و توان مصرفی بستگی خواهد داشت.

راکتور با جریان نهرگونه

ذرات سیال در سرتاسر واکنشگاه با اختلاط جزئی یا غیر طولی عبور می کنند و از واکنشگاه در همان زمانی که وارد می شوند، خارج می گردند. ذرات با حفظ یکنواختی خود در مدتی، معادل با زمان ماند نظری در واکنشگاه باقی می مانند. این نوع جریان در مخازن طویل و باز، با نسبت بالاییاز طول به عرض که در آن پراکندگی طولی حداقل بوده یا نباشد، (شکل ۱-۲c ملاحظه شود) یا واکنشگاه های لوله ای بسته باشند (مثل خطوط لوله، شکل ۱-۲d ملاحظه شود)؛ تقریبی است.

راکتورهای اختلاط کامل متوالی

واکنشگاه های متوالی (شکل ۱-۲e ملاحظه شود) برای مدل سازی نوع جریان که بین الگوهای جریان هیدرولیکی آرمانی که متناسب با واکنشگاه های اختلاط کامل و واکنشگاه های با جریان نهرگونه است، استفاده می گردد. اگر این مجموعه فقط یک واکنشگاه باشد، نوع جریان اختلاط کامل غالب می گردد.

راکتور با بستر ثابت (آکنه)

این واکنشگاه از چند نوع مواد مختلف مانند سنگ، سرامیک (سرباره و یا مواد متعارف مانند پلاستیک) پر می گردند. نسبت به جریان، این واکنشگاه هم با مُد جریان رو به پایین و هم رو به بالا در عملیات قرار می گیرد. عملیات تزریق به طور پیوسته یا متناوب صورت می گیرد (مثل صافی چکه ای). ماده آکنه در واکنشگاه های با بستر آکنه می تواند پیوسته (شکل ۱-۲f ملاحظه شود) و یا بصورت چند مرحله ای، با جریان از یک مرحله به مرحله بعدی باشد. یک جریان به سمت بالا در این واکنشگاه (بدون اکسیژن) در شکل (۱-۲g) نشان داده شده است.

راکتور با بستر متحرک

این واکنشگاه از جهات زیادی شبیه واکنشگاه با بستر آکنه است اما مواد انباشته شده در اثر جریان هوا یا آب در سرتاسر بستر منبسط می گردد (شکل ۱-۲h ملاحظه شود). فضای خالی مواد بستر منبسط شده با کنترل جریان سیال، تغییر می نماید.

کاربرد واکنشگاه ها

کاربردهای بنیادی انواع واکنشگاه ها برای بهره برداری تصفیه فاضلاب آبی در جدول ۱ اشاره گردیده است. عوامل عملیاتی ای که در انتخاب نوع واکنشگاه یا واکنشگاه هایی که برای فرآیند تصفیه لحاظ می گردند، شامل موارد زیرند:

1. طبیعت فاضلابی که تصفیه می شود
2. طبیعت واکنش (همگن سازی یا غیر همگن سازی)
3. سینتیک واکنش که بر فرآیند تصفیه حاکم است
4. نیازمندی های کارایی و فرآیند
5. شرایط محیطی مکان

در عمل هزینه های ساخت و هزینه های تعمیرات و عملیات بر روی انتخاب واکنشگاه تأثیر می گذارد. به دلیل اهمیت نسبی اینگونه عوامل که با هر کاربردی تغییر می نماید، هر عامل، بایستی برای هر نوع واکنشگاه جداگانه بررسی شود.

شکل ۱ – تعریف نقشه ساده برای انواع مختلف واکنشگاه ها جهت تصفیه فاضلاب: (a) راکتور ناپیوسته ، (b) راکتور اختلاط کامل ، (c) راکتور با جریان نهرگونه باز ، (d) راکتور با جریان نهرگونه بسته ، نیز معروف به راکتور لوله ای ، (e) راکتورهای اختلاط کامل متوالی ، (f) راکتور با بستر ثابت (آکنه) ، (g) راکتور با بستر ثابت رو به بالا و (h) راکتور با بستر منبسط شده رو به بالا.

جدول ۱ – کاربردهای بنیادی انواع واکنشگاه های مورد استفاده برای تصفیه فاضلاب

مشخصات هیدرولیکی واکنشگاه ها

واکنشگاه های با جریان نهرگونه و اختلاط کامل، عموماً دو نوع واکنشگاهی هستند که در زمینه تصفیه فاضلاب به کار گرفته می شوند. مشخصات جریان هیدرولیکی واکنشگاه های با جریان نهرگونه و اختلاط کامل به دلیل تغییرات در نوع آرمانی و غیر آرمانی و وابستگی به ارتباط جریان ورودی و جریان خروجی سیال توصیف می گردد.

جریان آرمانی در واکنشگاه های اختلاط کامل و جریان نهرگونه

مشخصات جریان هیدرولیکی آرمانی واکنشگاه های با جریان نهرگونه و اختلاط کامل در شکل ۲ نشان داده شده اند که در آنها، منحنی های پاسخ ردیاب رنگی برای مقدار پالس و شدت های متفاوت تزریق پیوسته بیان گردیده است. در شکل ۲، t زمان واقعی است و τ معادل زمان ماند هیدرولیکی نظری تعریف شده به صورت زیر است.

رابطه ۱

که در آن:

خواهد بود.

اگر یک پالس ورودی غیر فعال به سامانه تزریق گردد و به طور برخط در واکنشگاه اختلاط کامل جریان آرمانی پراکنده گردد [به همراه جریان آب تمیز پیوسته ورودی غلظت ردیاب خروجی در شکل ۲ (a-1) نشان داده شده است]. اگر یک ردیاب با شدت ورودی پیوسته در غلظت C_۰ به ورودی واکنشگاه اختلاط کامل تزریق گردد، که ابتدا با آب تمیز پر گردیده است، ظهور ردیاب در خروجی در شکل ۲ (a-2) به نمایش گذاشته شده است.

درمورد واکنشگاه با جریان نهرگونه آرمانی، واکنشگاه، قبل از اینکه در معرض پالس یا مرحله ورودی یک ردیاب قرار گیرد، ابتدا با آب تمیز پر شده است. اگر یک ناظر در خروجی واکنشگاه قرار گرفته باشد، ظهور ردیاب در خروجی نسبت به پالس ورودی، در سرتاسر سطح مقطع واکنشگاه به طور یکنواخت توزیع می گردد که در شکل ۲ (b-1) نشان داده شده است. اگر مرحله پیوسته ورودی یک ردیاب با غلظت C_۰ اولیه به چنین واکنشگاهی تزریق گردد، ردیاب، در خروجی آشکار می گردد [شکل ۲ (b-2) ملاحظه شود].

شکل ۲ – منحنی های پاسخ ردیاب خروجی از واکنشگاه در معرض پالس ورودی های مرحله ای، یک ردیاب: (a) واکنشگاه با اختلاط کامل (b) واکنشگاه با جریان نهرگونه

جریان غیر آرمانی در واکنشگاه های با جریان نهرگونه و اختلاط کامل

در عمل، جریان در واکنشگاه های با جریان نهرگونه و اختلاط کامل، به ندرت، آرمانی است. به عنوان مثال، وقتی که یک واکنشگاه طراحی گردید، چطور جریانی وارد می شود که الزامات نظری برای پراکندگی کامل و برخط تطابق داشته باشد؟ در عمل، همواره انصراف از شرایط آرمانی موجود است. اقدامات احتیاط آمیز برای به حداقل رساندن چنین تأثیراتی که مهم است، انجام می گیرد. جریان غیر آرمانی در بخشی از جریان ورودی به واکنشگاه در طی زمانی که اثر خروجی آن عبور می نماید، قبل از توده جریانی که وارد واکنشگاه می گردد (در طی همان زمان وارد می شود) عبور می نماید. جریان غیر آرمانی در شکل ۲a و ۲b اشاره شده است. مسئله مهم با جریان غیر آرمانی، این است که بخشی از جریان در واکنشگاه تا حد امکان برای واکنش شیمیایی یا بیولوژیکی مورد نیاز برای تکاملشان حضور ندارند.

مشخصات منبع مورد استفاده:

[restrict level=1]
نام کتاب: مهندسی فاضلاب تصفیه و استفاده مجدد (جلد اول)

مؤلف: شرکت متکف و ادی

مترجم: مهندس محمدرضا نفری

ناشر: انتشارات انجمن خوردگی ایران

ویرایش: چهارم

نوبت چاپ: اول

تاریخ نشر: تابستان ۱۳۸۹

صفحات مورد استفاده: ۴۱۸ تا ۴۲۶ (فصل چهارم)

[/restrict]