ارکان گستر

فناوری‌های نوین تصفیه فاضلاب

فناوری‌های نوین تصفیه فاضلاب  به روش‌ها و تکنیک‌هایی اطلاق می‌شود که به منظور کاهش یا حذف مواد مغذی اضافی مانند مواد آلی نیترات، فسفات و آمونیوم از پساب‌ها و آب‌های آلوده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد مغذی می‌توانند باعث آلودگی محیط زیست و ایجاد مشکلاتی نظیر رشد جلبک‌ها و کمبود اکسیژن در آب‌ها شوند.

انواع فناوری‌های تصفیه فاضلاب:

  1. تصفیه فیزیکی فاضلاب:
    • فیلتراسیون:حذف ذرات معلق و برخی از مواد مغذی فاضلاب با استفاده از فیلترها.
    • تعمیم‌زدایی:استفاده از روش‌های متفاوت برای جداسازی مواد از آب و فاضلاب.
  2. تصفیه شیمیایی فاضلاب:
    • انعقاد:افزودن مواد شیمیایی به آب برای تجمع و ته‌نشینی مواد مغذی.
    • نگهداری PH:تنظیم pH آب برای بهینه‌سازی حذف مواد مغذی.
  3. تصفیه زیستی فاضلاب:
    • گزارش‌دهی انفعالی:استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه مواد مغذی.
    • سامانه‌های بیوراکتور:طراحی سیستم‌هایی که از میکروب‌ها برای حذف مواد مغذی استفاده می‌کنند.
  4. فناوری‌های نوین:
    • تصفیه با استفاده از نانو فناوری:استفاده از نانو ذرات برای حذف مؤثر مواد مغذی.
    • فناوری تصفیه غشایی:استفاده از غشای نیمه نفوذپذیر برای جداسازی مواد مغذی.

سایر فناوریهای نوین :

  • فرآیندهای تصفیه فیزیکی
  • دنیتریفیکیشن پس از تصفیه ثانویه
  • حذف بیولوژیکی مواد مغذی با لجن فعال (BNR)
  • فناوری تشدید شده تأسیس شده
  • فناوری نوظهور

1- فرآیند تصفیه فیزیکی برای حذف نیتروژن از فاضلاب

در این بخش، به توضیح فناوری‌های اسمز معکوس (RO)، تبادل یونی و تصفیه مبتنی بر کربن فعال (CBAT) یا فناوری‌های اکسیداسیون پیشرفته پرداخته شده است. تمامی این فناوری‌ها برای حذف نیتروژن و مواد الی از پساب‌ها به روش‌های فیزیکی اتکاء دارند.

1-1- اسمز معکوس

اسمز معکوس فرآیندی است که در آن آب از طریق غشای نیمه‌نفوذپذیر تحت فشار قرار می‌گیرد. این غشاء اجازه عبور فقط به مولکول‌های آب می‌دهد و ذرات و مواد حل‌شده مانند نمک‌ها و آلاینده‌ها را جدا می‌کند. این فناوری به طور گسترده‌ای در تصفیه آب و حذف مواد مغذی مانند نیتروژن از پساب‌ها استفاده می‌شود. اسمز معکوس می‌تواند به بهبود کیفیت آب و دستیابی به استانداردهای زیست‌محیطی کمک کند. سیستم‌های غشای اسمز معکوس (RO) برای حذف جامدات محلول از آب طراحی شده‌اند. آب ورودی از طریق یک غشای نیمه‌نفوذپذیر پمپ می‌شود که به عنوان مانعی برای جامدات محلول عمل می‌کند.فشار کاری مورد نیاز بستگی به میزان جامدات محلول در آب ورودی و ویژگی‌های غشای مورد استفاده دارد.این فرآیند به راحتی می‌تواند 90 درصد یا بیشتر از ترکیبات نیتروژن محلول را حذف کند. از آنجا که تولید (یا بازیابی) یک غشای RO معمولاً 80 درصد است، سیستم‌ها معمولاً با دو یا چند مرحله طراحی می‌شوند که در آن پساب مرحله قبلی در مراحل بعدی متمرکز می‌شود و آب اضافی بازیابی می‌شود تا تولید افزایش یابد.

مزایا:

  • تولید آب بسیار خالص بدون جامدات معلق و غلظت بسیار پایین جامدات محلول.

معایب:

  • هزینه‌های بالا سرمایه‌گذاری و عملیاتی مرتبط با پمپینگ آب ورودی، تمیز کردن غشاء و دفع شورابه.
  • سیستم‌های RO همچنین نیاز به پیش‌تصفیه غشاء با استفاده از میکرو یا اولترافیلتراسیون دارند تا از کثیف شدن سیستم RO جلوگیری کنند.

2-1– تبادل یونی

تبادل یونی یک فرآیند تصفیه است که در آن یون‌های محلول با یون‌های دیگر که دارای بار الکتریکی مشابه و مطلوب‌تری هستند، جایگزین می‌شوند. این تبادل معمولاً روی یک رزین پلیمری جامد که برای نوع آلاینده‌ای که باید حذف شود طراحی شده است، صورت می‌گیرد.

تبادل یونی فناوری مؤثری برای حذف نیترات از آب است و معمولاً در کاربردهای آب شرب استفاده می‌شود.

یکی از معایب این فرآیند این است که معمولاً کلریدها را به عنوان فرآورده جانبی اضافه می‌کند. این موضوع می‌تواند باعث افزایش کل جامدات محلول (TDS) در خروجی شود که برای نهادهای بهداشتی مطلوب نیست.

تبادل یونی

در تصویر بالامراحل مختلف تصفیه نیترات با استفاده از تبادل یونی (IX) نمایش داده شده

3-1- تصفیه مبتنی بر کربن فعال

تصفیه مبتنی بر کربن فعال (CBAT) شامل اوزون، اکسیداسیون پیشرفته کربن فعال بیولوژیکی و کربن فعال گرانولی است. تصفیه  با اوزون در CBAT باعث تجزیه ترکیبات مواد شیمیایی پر و پلی‌فلوروالکلی (PFAS) با زنجیره‌های بلند می‌شود و تصفیه با کربن فعال، این ترکیبات را جذب کرده و آنها را از پساب حذف می‌کند.

این روش می‌تواند یک روش مؤثر برای حذف ترکیبات آلی فاضلاب باشد که به راحتی با سیستم‌های تصفیه بیولوژیکی قابل حذف نیستند. در حالی که استفاده از CBAT برای حذف PFAS یا سایر ترکیبات آلی سودمند است، این روش نیترات یا نیتروژن را حذف نمی‌کند ولی در حذف COD فاضلاب بسیار موثر است

یک نمودار فرآیند جریان سیستم CBAT معمولی را نشان می‌دهد.

2- دنیتریفیکاسیون

در این بخش، فیلترهای دنیتریفیکاسیون، فیلترهای فعال بیولوژیکی (BAFs)، راکتورهای فیلم بیولوژیکی با بستر متحرک (MBBR) و فناوری‌های لجن فعال مرحله دوم توصیف شده‌اند. این فناوری‌ها بر روی کاهش نیترات در پساب ثانویه متمرکز هستند که در نتیجه، نیتروژن غیرآلی کل (TIN) در خروجی نهایی را نیز کاهش می‌دهد.

تمام فناوری‌های پس از ثانویه نیاز به افزودن کربن اضافی و عملکرد در شرایط بی‌هوازی دارند که برای کاهش نیترات به گاز نیتروژن (دنیتریفیکاسیون) ضروری است. تمامی این فناوری‌ها قادر به دستیابی به نیترات در خروجی کمتر از 1 میلی‌گرم در لیتر (mg/L) هستند.

1-2- صافی چکنده ( فیلتر چکنده)

فیلتر دنیتریفیکاسیون از نظر ساختاری شبیه به فیلتر شن است. اندازه ذرات معمولاً 2-3 میلی‌متر (mm) و عمق آن معمولاً 6-8 فوت است. رسانه (مدیا) در فیلتر دنیتریفیکاسیون سطحی را فراهم می‌کند که برای رشد بیومس (زیست‌توده) مورد نیاز است تا نیترات را به گاز نیتروژن تبدیل کند. این فیلتر همچنین نیاز به شستشوی مکرر برای تمیز کردن رسانه و حفظ بیومس سالم دارد.

صافی چکنده

2-2- راکتور فیلم بیولوژیکی بستر متحرک (MBBR)

MBBRها راکتورهایی هستند که دارای رسانه‌های پلاستیکی شناور هستند که سطحی را برای رشد بیومس فراهم می‌کنند. رسانه‌های پلاستیکی با استفاده از صفحه‌های خروجی در راکتور نگه‌داری می‌شوند و خروجی نیاز به جداسازی جامدات دارد تا هدف را برآورده کند. معمولاً از شناورسازی با هوای محلول یا فیلترهای با نرخ بالا (مانند فیلترهای رسانه‌ای پارچه‌ای) برای جداسازی جامدات استفاده می‌شود. مانند فیلترهای بیولوژیکی فعال (BAF)، این فرآیند می‌تواند به صورت نیتریفیکاسیون (با هوا) یا دنیتریفیکاسیون (بدون هوا با مخلوط‌کردن و کربن اضافی) عمل کند.

مزایای این فرآیند شامل:

  • جمع و جورترین و ساده‌ترین روش برای راه‌اندازی نسبت به دیگر فناوری‌های دنیتریفیکاسیون ، زیرا نیازی به شستشوی معکوس ندارد.

معایب آن :

  • نیاز به جداسازی جامدات
  • تعداد کمی موارد موافق در مقایسه با سایر فناوری‌های دنیتریفیکاسیون وجود دارد.
تصویر زیر فیلم بیولوژیکی MBBR و نمودار جریان فرآیند را نشان می‌دهد.

3-2- لجن فعال مرحله دوم

سیستم‌های لجن فعال می‌توانند برای دامنه‌ای از ویژگی‌های کیفیت آب ورودی طراحی شوند. این رویکرد شامل سیستم لجن فعالی است که برای کاهش بیشتر نیترات در پساب طراحی شده است. مانند هر سیستم لجن فعال دیگری، این سیستم دارای ته‌نشینی‌کننده‌های خاصی برای جداسازی جامدات و همچنین پمپ‌های لجن فعال برگشتی (RAS) است. این راکتور به صورت مخلوط و بدون هوا عمل می‌کند و نیاز به کربن اضافی مانند دیگر فناوری‌های پس از ثانویه دارد.

مزایای این رویکرد:

  • فناوری آشنایی است.

معایب:

  • فضای بزرگ مرتبط با ته‌نشینی‌کننده‌ها.

3- حذف مواد مغذی بیولوژیکی فاضلاب با لجن فعال

این بخش به خلاصه‌ای از پیکربندی‌های مختلف لجن فعال برای حذف مواد مغذی می‌پردازد. پیکربندی‌های زیر سطوح مختلف حذف نیتروژن و فسفر را منعکس می‌کنند.

1-3- پیکربندی اصلاح‌شده لودزاک-اکتینجر (MLE)

پیکربندی اصلاح‌شده لودزاک- اکتینجر (MLE) رایج‌ترین پیکربندی برای حذف نیـتروژن است و قادر به تـولید پساب TIN بین 8-12 میلی‌گرم در لیتر (mg/L) تصفیه فاضلاب بهداشتی می‌باشد. به جز جذب تصادفی برای بیومس، هیچ حذف بیولوژیکی فسفر در حال انجام نیست. در پیکربندی MLE، بیوراکتور‌ها به مناطق آنوکسیک و هوازی جدا می‌شوند. نیتریفیکاسیون در ناحیه هوازی و دنیتریفیکاسیون در ناحیه آنوکسیک رخ می‌دهد.

پمپ‌های بازگشت مخلوط داخلی (IMLR) نیترات را از ناحیه هوازی به ناحیه آنوکسیک می‌برند که دنیتریفیکاسیون در آنجا انجام می‌شود. پمپ‌های RAS جامدات معلق با غلظت بالاتر را به ناحیه آنوکسیک باز می‌گردانند. در بیشتر موارد، نیاز به کربن اضافی نیست، اما در صورت وجود محدودیت‌های کربنی می‌توان آن را به ناحیه آنوکسی افزود.

2-3- بی‌هوازی، آنوکسیک و هوازی (A2O)

پیکربندی بی‌هوازی، آنوکسیک و هوازی (A2O) مشابه MLE است، زیرا دارای ناحیه آنوکسیک و هوازی با بازچرخانی IMLR است. علاوه بر این، یک ناحیه بی‌هوازی وجود دارد که رشد ارگانیسم‌های انباشته‌کننده فسفر (PAOs) را برای حذف فسفر تحریک می‌کند.

این پیکربندی قادر به دستیابی به TIN (نیتروژن غیرآلی کل) در خروجی بین 8-12 میلی‌گرم در لیتر (mg/L) و اورتوفسفات کمتر از 1 میلی‌گرم در لیتر (mg/L) تصفیه فاضلاب بهداشتی است. یکی از چالش‌های راه‌اندازی یک پیکربندی طراحی‌شده برای حذف بیولوژیکی فسفر و نیتروژن این است که گاهی اوقات محدودیت‌های کربنی وجود دارد و ممکن است نیاز به افزودن کربن اضافی یا مدیریت فعال‌تر کربن باشد. در صورت نیاز، کربن اضافی می‌تواند به نواحی بی‌هوازی و/یا آنوکسی اضافه شود.

3-3-پیکر بندی مرحله ای Bardenph

پیکربندی Bardenpho  مرحله‌ای مشابه MLE است، زیرا دارای ناحیه آنوکسیک و هوازی با بازچرخانی IMLR می‌باشد. علاوه بر این، یک ناحیه آنوکسیک دوم (که معمولاً به آن آنوکسی پس از ثانویه گفته می‌شود) وجود دارد که در آن کربن اضافی برای دستیابی به دنیتریفیکاسیون بیشتر از آنچه که فرآیند MLE معمولاً انجام می‌دهد، اضافه می‌شود.

ناحیه هوازی نهایی برای اصلاح و بیوفلاکاراسیون جامدات قبل از ورود به ته‌نشینی‌کننده‌های نهایی طراحی شده است. این پیکربندی قادر است TIN (نیتروژن غیرآلی کل) در خروجی برابر با 1 میلی‌گرم در لیتر یا کمتر تولید کند و به عنوان حد فناوری (LOT) برای تصفیه بیولوژیکی نیتروژن از فاضلاب شناخته می‌شود. به جز جذب تصادفی برای بیومس( هر نوع ماده‌ی آلی که از موجودات زنده به دست می‌آید، اطلاق می‌شود )، هیچ حذف بیولوژیکی فسفر از فاضلاب در حال انجام نیست.

پیکر بندی مرحله ای Bardenph

4-3-پیکر بندی مرحله ای Bardenph

پیکربندی مرحله‌ای شامل همه عناصر پیکربندی 4 مرحله‌ای Bardenpho همراه با یک ناحیه بی‌هوازی در ابتدای فرآیند است. مانند فرآیند A2O،هدف ناحیه بی‌هوازی تحریک رشد ارگانیسم‌های انباشته‌کننده فسفر (PAOs برای حذف فسفراز فاضلاب است.

این پیکربندی به عنوان حد فناوری (LOT) برای حذف بیولوژیکی نیتروژن و فسفر شناخته می‌شود و قادر است TIN (نیتروژن غیرآلی کل) و اورتوفسفات کمتر از 1 میلی‌گرم در لیتر (mg/L) تولید کند. با افزودن مواد شیمیایی و فیلتراسیون در مراحل پایین‌دست، می‌توان به غلظت‌های پایین‌تر برای اورتوفسفات دست یافت.

مانند A2O، یکی از چالش‌های راه‌اندازی یک پیکربندی طراحی‌شده برای حذف بیولوژیکی فسفر و نیتروژن این است که گاهی اوقات محدودیت‌های کربنی وجود دارد و ممکن است نیاز به افزودن کربن اضافی یا مدیریت فعال‌تر کربن باشد.

5-3- تغذیه مرحله‌ای (Step Feed)در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

پیکربندی تغذیه مرحله‌ای شامل مجموعه‌ای از نواحی آنوکسی است که در آن‌ها پساب ورودی معرفی می‌شود و پس از آن نواحی هوازی قرار دارند. نیترات تولید شده در نواحی هوازی (از نیتریفیکاسیون) در ناحیه آنوکسیک پایین‌دست دنیتریفیکاسیون می‌شود، جایی که تأمین کربن از تغذیه ورودی انجام می‌شود.

جریان لجن فعال برگشتی (RAS) به ناحیه آنوکسیک اول بازمی‌گردد و معمولاً بالاتر از سایر فرآیندهای حذف مواد مغذی بیولوژیکی (BNR) است تا مقدار بیشتری نیترات به ناحیه آنوکسیک اول معرفی شود. نیترات خروجی از فرآیندهای تغذیه مرحله‌ای متغیر است و دامنه آن بین 5 تا 15 میلی‌گرم در لیتر (mg/L) متغیر است و بستگی به تعداد مکان‌های تغذیه ورودی دارد. فرآیند تغذیه مرحله‌ای معمولاً دارای سه مکان تغذیه است و نیترات خروجی آن بین 5 تا 8 میلی‌گرم در لیتر (mg/L) است.

مزایای تغذیه مرحله‌ای:

  • عدم نیاز به گردش IMLR
  • نیاز به حجم راکتور کمتر نسبت به سایر پیکربندی‌های BNR

معایب:

  • فرآیند گاهی اوقات ممکن است به شکست آمونیاک حساس باشد
  • این پیکربندی قادر به دستیابی به سطوح بالا برای حذف نیتروژن نیست (مگر اینکه تغییرات دیگری اعمال شود)
  • دستیابی به حذف بیولوژیکی فسفر در این پیکربندی چالش‌برانگیزتر است.

6-3- نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون همزمان

به جای تقسیم‌بندی راکتور به نواحی بی هوازی، آنوکسیک یا هوازی با نواحی مخصوص مانند سایر پیکربندی‌های لجن فعال، این فرایند بر اساس کارکرد در غلظت‌های پایین اکسیژن محلول (DO) و ایجاد گرادیان‌های اکسیژن در حوضچه یا در فلاک تکیه دارد. وقتی که در مایعات با غلظت‌های پایین DO عمل می‌شود، لایه‌های بیرونی فلاک هوازی و نیتریفیکاسیون می‌کنند، در حالی که لایه‌های درونی آن آنوکسیک بوده و دنیتریفیکاسیون انجام می‌دهند. این فرایند می‌تواند در هر پیکربندی لجن فعال انجام شود و معمولاً در پیکربندی‌های میکس کامل یا راکتورهای گودال اکسیداسیون عمل می‌کند. این فرایند نشان داده است که عملکرد آن به خوبی یا حتی بهتر از فرایند MLE است و به طور کلی، در استفاده از کربن موجود در فاضلاب برای دنیتریفیکاسیون مؤثرتر است. برخی از تأسیسات گودال اکسیداسیون که در زمان‌های مانده بالای لجن (SRTs) (بیش از 20 روز) عمل می‌کنند، داده‌های نیترا‌تریت خروجی به اندازه ۲-۳ میلی‌گرم در لیتر گزارش کرده‌اند.

با وجود این مزایا، برخی از معایب کارکرد در DO پایین شامل این است که فرایند به نقطه بحرانی نیتروژن نزدیک‌تر است و خطر تولید لجن با ته‌نشینی ضعیف بیشتر می‌شود، که به معنای افزایش خطر اختلال در فرایند است. علاوه بر این، کارکرد با DO پایین همچنین فرایند را در معرض رشد بیولوژیکی فسفر قرار می‌دهد، که می‌تواند منجر به تشکیل استروویت در تأسیسات مدیریت جامدات گردد. شکل دیاگرامی از یک استراتژی کنترل نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون همزمان (SND) است، که در آن DO و آمونیاک برای تعیین نقطه تنظیم جریان هوادهی پایش می‌شوند.

نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون همزمان

4- فناوری‌های تقویت شده با غلظت بیوماز بالا در فرآیند لجنی فعال

تقویت کردن (Intensification) به روشی اشاره دارد که در آن ظرفیت بیشتری در یک واحد حجم راکتور نسبت به یک فرایند لجن فعال متعارف به دست می‌آید. این کار با کار کردن با موجودی بیشتر بیومس (یعنی پوند بیومس) در مقایسه با راکتور لجن فعال متعارف انجام می‌شود. رویکردهای مختلفی برای کار کردن با بیومس بیشتر و تقویت کردن در این بخش توضیح داده شده است. لازم به ذکر است که هر یک از پیکربندی‌های لجن فعال که در بالا توصیف شده است، می‌تواند با هر یک از رویکردهای تقویتی که در اینجا توصیف شده‌اند، استفاده شود. این به معنای آن است که عملکرد مشابهی با لجن فعال دارد و به پیکربندی بستگی دارد.

1-4- لجن فعال بالاست‌دار

لجن فعال بالاست‌دار (Ballasted Activated Sludge – BAS) به روشی اشاره دارد که در آن بالاست به راکتور اضافه می‌شود تا ته‌نشینی را بهبود بخشد، که این امکان را می‌دهد که راکتور در غلظت‌های بالاتری از MLSS کار کند، بدون اینکه بارگذاری بیش از حد بر روی کلاریفایرهای ثانویه صورت گیرد. با کار کردن در MLSS بالاتر در راکتورها، بیومس بیشتری می‌تواند در راکتور نگهداری شود که منجر به ظرفیت تصفیه  بیشتر (و تقویت) می‌شود. ماده‌ای که معمولاً به عنوان بالاست استفاده می‌شود، مگنتیت است. برای کاهش از دست دادن مگنتیت، تجهیزات بازیابی به راکتورها اضافه می‌شود تا ته‌نشینی را بهبود بخشد. فلاک‌هایی که مگنتیت در آن‌ها گنجانده شده، متراکم‌تر هستند و سریع‌تر از فلاک‌های معمولی ته‌نشین می‌شوند.

مزیت اصلی BAS این است که سطح اشغال راکتور نسبت به لجن فعال کوچکتر است (کاهش 30 تا 40 درصدی). معایب این روش این است که فرایند به تجهیزات مکانیکی زیادی برای بازیابی مگنتیت نیاز دارد و هزینه‌ی مداومی برای تأمین مگنتیت اضافی وجود دارد زیرا بازیابی 100 درصدی ممکن نیست. علاوه بر این، از آنجا که مایع مخلوط در غلظت‌های بالاتر و متراکم‌تری قرار دارد، نیاز به هوادهی و انرژی اختلاط بیشتری در مقایسه با لجن فعال متعارف دارد.

2-4- لجن فعال با مدیای ثابت یکپارچه

لجن فعال فیلم ثابت یکپارچه (Integrated Fixed Film Activated Sludge – IFAS) به عنوان یک سیستم هیبریدی در نظر گرفته می‌شود که از بیومس رشد معلق یک سیستم لجن فعال و بیوفیلمی که بر روی بسترهای ثابت در یک بیوراکتور رشد می‌کند، استفاده می‌کند. بستر می‌تواند ثابت یا شناور باشد، اما رایج‌ترین نوع مورد استفاده در حال حاضر، بستر شناور هستند. صفحات نگه‌دارنده بستر شناور را در بیوراکتور حفظ می‌کنند در حالی که مایع مخلوط به کلاریفایرهای ثانویه برای جداسازی جامدات منتقل می‌شود. از آنجا که بخشی از موجودی بیولوژیکی مورد نیاز می‌تواند با بیومس رشد متصل تأمین شود، نیاز به بیومس رشد معلق و حجم بیوراکتور کمتر از یک فرایند لجن فعال متعارف است.

مزیت اصلی: این است که سطح اشغال راکتور نسبت به لجن فعال کوچکتر است. در آب و هوای سرد، ممکن است کاهش حجم 30 تا 40 درصدی وجود داشته باشد زیرا بیوفیلم در رشد بیومس چسبیده مؤثرتر از بیومس رشد معلق است .

معایب اصلی: این است که فرایند به هوادهی بیشتری نسبت به لجن فعال متعارف نیاز دارد، زیرا غلظت اکسیژن محلول (DO) مایع مخلوط باید افزایش یابد (2-4 میلی‌گرم بر لیتر) تا به اندازه کافی به بیوفیلم نفوذ کند. علاوه بر این، سیستم‌هایی که بستر شناور دارند، قادر به استفاده از پخش‌کننده‌های حباب ریز نیستند که این موضوع، نیاز به هوای بیشتری را افزایش می‌دهد

3-4-سیستم بیوراکتور غشایی (MBR )

سیستم‌های بیوراکتور غشایی (Membrane Bioreactor – MBR) شامل بیوراکتورهایی هستند که پس از آن‌ها فیلترهای غشایی برای جداسازی جامدات قرار دارند. پمپ‌های مکنده برای ایجاد مکش به مایع مخلوط و فیلتر کردن آن از طریق غشای میکرو یا اولترا-فیلتر استفاده می‌شوند. این فیلترها با منافذ متخلخل به قطر 0.01 تا 0.4 میکرومتر، این فیلترها به طور فیزیکی جامدات معلق را از مایع جدا می‌کنند تا بار بیوشیمیایی اکسیژن، جامدات، نیتروژن و فسفر موجود در مایع مخلوط حذف شوند. انواع غشاها به طور کلی به صورت الیاف توخالی یا پیکربندی صفحه‌تخت دسته‌بندی می‌شوند. پیکربندی‌های صفحه‌تخت قادر به مدیریت غلظت‌های بالاتر MLSS هستند، اما به تانک‌های غشایی بزرگتری نیاز دارند.

مزیت اصلی سیستم بیوراکتور غشایی: این رویکرد این است که سطح اشغال راکتور معمولاً 50 درصد کمتر از آنچه برای لجن فعال مورد نیاز است، است. فضای مورد نیاز برای فیلترها و تانک‌های غشایی معمولاً کمتر از آن چیزی است که برای کلاریفایرهای ثانویه در یک فرایند لجن فعال لازم است. به این ترتیب، بیوراکتورهای غشایی، کوچک‌ترین اندازه را در میان تمام فناوری‌های تقویتی توصیف شده در اینجا دارند. علاوه بر این، MBRها مزیت اضافی ارائه آب با کیفیت بالاتررا فراهم می‌کنند که کیفیت بالاتری نسبت به هر یک از گزینه‌های دیگر توصیف شده دارد.

معایب اصلی سیستم بیوراکتور غشایی: این روش شامل نیاز به غربالگری دقیق آب ورودی، هزینه سرمایه‌گذاری بالا و هزینه‌های بالای هوادهی و پمپاژ است. علاوه بر هوادهی فرآیند، تهویه برای تمیز کردن غشاء نیز قابل توجه است و همچنین جریانات بالای RAS که نیاز است ( 200-400 درصد از )Q  وجود دارد . 

5- فناوری‌های نوظهورتصفیه فاضلاب

فناوری‌های نوظهور به طور مداوم در تلاش برای بهبود عملکرد، کاهش هزینه‌ها یا افزایش ظرفیت قابل تصفیه با استفاده از فناوری‌های تأسیس شده در حال توسعه هستند.

1-5- روش راکتوری ناپیوسته متوالی (SBR)

تصفیه فاضلاب به روش (SBR) ولجن گرانولی هوازی (Aerobic Granular Sludge – AGS) در 10-15 سال گذشته به عنوان یک گزینه برای حذف مواد مغذی با فضای اشغالی کمتر نسبت به سیستم‌های BNR لجن فعال توسعه یافته است. AGS از همان باکتری‌ها (یعنی باکتری‌های هتروتروف، باکتری‌های اکسید کننده آمونیاک و نیتریت، و ارگانیسم‌های انباشته کننده فسفر) که در لجن فعال وجود دارند، استفاده می‌کند، با این تفاوت که بیومس به صورت گرانول‌های ناهمگن رشد می‌کند و نه به شکل فلاک‌های فردی.

فرایندهای لجن فعال از تقسیم‌بندی‌ها درون راکتورها و جریان‌های بازگشتی برای ایجاد محیط مناسب جهت رشد انواع مختلف باکتری‌ها در یک سیستم حذف مواد مغذی استفاده می‌کنند. اما AGS به جای آن از راکتورهای دسته‌ای متوالی (Sequencing Batch Reactors – SBRs) استفاده می‌کند. زمان‌های چرخی معمولی برای راکتور در محدوده 3 تا 8 ساعت است و شامل یک دوره مخلوط/هوادهی و سپس یک دوره ته‌نشینی می‌باشد. در طول دوره ته‌نشینی، ابتدا لجن هدر می‌رود و سپس آب ورودی به پایین راکتور تغذیه می‌شود. چرخه تغذیه، آب ته‌نشین شده را بر روی سرریزی‌های خروجی در بالای راکتور جا به جا می‌کند.

با کنترل زمان و مکانی که لجن از راکتور هدر می‌رود، بیومس فلکولنت که به آرامی ته‌نشین می‌شود، به طور انتخابی از سیستم هدر می‌رود، در حالی که بیومس متراکم‌تر و سریع‌تر ته‌نشین شونده (یا گرانول‌ها) حفظ می‌شود. با انتخاب بیومس با سرعت ته‌نشینی بالا، بیوراکتور می‌تواند در غلظت‌های موثر مایع مخلوط و زمان نگهداری جامدات (SRT) بسیار بالاتری نسبت به لجن فعال کار کند. معیارهای طراحی معمولاً SRT بین 20 تا 40 روز و MLSS موثر برابر با 8000 میلی‌گرم در لیتر است. حجم بیوراکتور برای فرایند روشSBR مشابه یک فرایند BNR با لجن فعال متعارف است، اما نیازی به کلاریفایرهای ثانویه نیست زیرا ته‌نشینی در بیوراکتورها AGS حاصل می‌شود.

مزیت اصلی لجن گرانولی : این فناوری، فضای اشغالی کوچکتر آن است. 

معایب اصلی لجن گرانولی: آن این است که به ساخت تمام تانک‌های جدید نیاز دارد و نمی‌توان به راحتی در راکتورهای لجن فعال موجود بازسازی کرد.

2-5- لجن گرانولی هوازی با جریان مداوم

این یک تغییر در سیستم AGS سنتی است که بر پایه تغذیه متناوب به راکتورهای دسته‌ای (SBRs) استوار است. در یک سیستم با جریان مداوم، فاضلاب به طور مداوم به راکتورها تغذیه می‌شود، مانند فرایندهای متعارف لجن فعال و سایر فرایندهای معمولی. یکی از مزیت‌های این رویکرد این است که به راحتی می‌تواند به تانک‌های هوادهی موجود اضافه شود. در حال حاضر تحقیقات و فرصت‌های آزمایشی در صنعت در حال انجام است، اما یک معایب این است که هیچ سیستم کاملاً عملی در حال حاضر وجود ندارد.

6- بیوراکتور با فیلم بیولوژیکی هوادهی غشایی

بیوراکتور با فیلم بیولوژیکی هوادهی غشایی (Membrane Aerated Biofilm Reactor – MABR) یک فناوری است که در آن ماژول‌های غشایی در مناطق آنوکسیک یک فرایند لجن فعال نصب می‌شوند. اکسیژن محلول (DO) از طریق ماژول غشایی تأمین می‌شود که سطحی برای رشد بیوفیلم تحت شرایط هوازی فراهم می‌کند. بیوفیلم هوازی که در مناطق آنوکسیک رشد می‌کند، بیومس کلی سیستم، نیتریفیکیشن و ظرفیت کلی درمانی را افزایش می‌دهد.

مزایای اصلی بیوراکتور با فیلم بیولوژیکی هوادهی غشایی: این فناوری مشابه با IFAS هستند، به این معنی که سطح اشغال راکتور کوچکتر از لجن فعال است. در کاربردهای آب و هوای سرد، ممکن است کاهش 20 تا 30 درصدی در حجم راکتور وجود داشته باشد.

معایب اصلی بیوراکتور با فیلم بیولوژیکی هوادهی غشایی :این فناوری که فرایند به شدت بالغ نیست و رویکردهای طراحی هنوز به خوبی تثبیت نشده‌اند.

7- فرایند A/B

فرایند A/B یک فرایند دو مرحله‌ای است که در آن مرحله A شامل زمان نگهداری هیدرولیکی بسیار کوتاه و فرایند لجن فعال با SRT (زمان ماند جامدات) است که به منظور حداکثر کردن حذف کربن طراحی شده است. پیکربندی مرحله B بستگی به اهداف درمانی دارد و معمولاً فرایند لجن فعال با SRT طولانی‌تر است که برای حذف آمونیاک یا نیتروژن کل طراحی شده است. این فرایند همچنین با تلاش‌های نوظهور یا آزمایشی به منظور پیاده‌سازی کاهش نیتریت یا دماسیون اصلی ترکیب شده است.

مزیت فرایند A/B : این فرایند این است که به منظور حداکثر کردن حذف کربن در مرحله A طراحی شده است، که این موضوع در تأسیسات دارای هضم بی‌هوازی و بازیابی انرژی مفید است.

معایب فرایند A/B : این فرایند این است که چندان رایج نیست و راه‌اندازی دو مرحله به پیچیدگی کل و فضای مورد نیاز می‌افزاید. برخی از این فضا می‌تواند با استفاده از کلاریفایرهای اولیه برای استفاده در مرحله A بازیابی شود.