لجن چیست؟

لجن ماده‌ای نیمه جامد یا دوغابی است که در طول فرایند تصفیه فاضلاب به صورت محصول جانبی فرایندهای تصفیه تولید می‌شود. لجن‌ها با توجه به این که در طی چه فرایندی تولیده شده‌اند، حاوی مواد مختلفی مانند جامدات معلق، فلزات سنگین، پاتوژن‌ها، مواد آلی، مواد مغذی و ... می‌باشند. بخش عمده لجن‌ها را آب تشکیل می‌دهد که این آب به سه شکل مختلف زیر می‌باشد:
آب آزاد یا بی پیوند (Free or Unboud Water): آب آزاد به آبی اطلاق می‌شود ربطی به ذرات جامد و لخته‌ها ندارد و تنها بستری است که ذرات در آن غوطه ور می‌باشند. آب آزاد را با استفاده از فرایندهای مکانیکی (تغلیظ و آبگیری) به راحتی می‌توان جدا کرد. آب آزاد بخش عمده‌ای از آب موجود در لجن را تشکیل می‌دهد. برای نمونه حدود 70 درصد از آب موجود در لجن فاضلاب شهری، آب آزاد است. 
آب بینابینی (Interstitial Water): منظور از آب بینابینی آبی است که در اثر نیروهای ضعیفی لخته‌های موجود در لجن را به یکدیگر وصل می‌کند و یا در حفرات بین لخته‌های لجن به دام افتاده است. یکی از روش‌های آزاد سازی آب بینابینی از هم گسستگی لخته‌ها در اثر نیروی برشی می‌باشد. با استفاده از سانتریفیوژ نیز میتوان آب بینابینی را آزاد کرد. 
آب سطحی (Surface Water): به آبی که مستقیما با ذرات جامد در تماس است و با پیوند هیدروژنی به سطح ذرات چسبیده، آب سطحی گفته می‌شود. باید توجه داشت که آب سطحی را نمی‌توان با روش‌های مکانیکی حذف نمود.
آب بین سلولی (Intercellular Water): آب بین سلولی به آبی اطلاق می‌شود که درون سلول‌های میکروارگانیسم‌ها نگهداری می‌شود یا با استفاده از پیوند شیمیایی در ساختار ذرات قرار گرفته است. آب بین سلولی مشابه آب سطحی با استفاده از روش‌های مکانیکی حذف نمی‌شود و تنها روش‌های حرارتی که ذرات و سلول‌ها را از بین می‌برند، قادر هستند که آب بین سلولی را به صورت بخار جدا کنند. 

انواع لجن

مشخصات لجن‌ها بسته به کیفیت پساب ورودی به تصفیه‌خانه تغییر می‌کند اما به طور کلی لجن‌های ایجاد شده در تصفیه خانه‌های فاضلاب را می‌توان به سه دسته لجن اولیه، لجن ثانویه و لجن ثالثیه تقسیم بندی کرد که در ادامه معرفی خواهند شد. 

لجن اولیه (Primary Sludge)

لجن اولیه به لجنی گفته می‌شود که از فرایندهای تصفیه مکانیکی و اولیه حاصل می‌شود. به طور کلی لجن اولیه دارای مقادیر زیاد مواد آلی قابل تجزیه است، در صورت تصفیه در فرایندهای هضم بی هوازی، پتانسیل تولید بیوگاز بالایی دارد و عموما دارای قابلیت آب گیری خوبی نیز می‌باشد. واحدهای تصفیه اولیه در تصفیه خانه‌های فاضلاب عموما شامل آشغالگیرها، دانه گیرها، چربی‌گیرها، تانک ته نشینی اولیه یا کلریفایرها می‌باشند. باید توجه داشت که آشغالگیرها، دانه گیرها و چربی گیرها به ترتیب جامدات بزرگ، دانه‌ها و جامدت روغنی را از پساب حذف می‌کنند که این پسماندها، لجن محسوب نمی‌شوند. منظور از لجن اولیه جامداتی هستند که در واحدهای ته نشینی اولیه یا زلال سازها در اثر نیروی گرانش ته نشین می‌شوند. این لجن‌ها باید به صورت مناسبی مدیریت شوند زیرا لجن‌های اولیه علاوه بر بوی نامطلوب قوی، حاوی جامدات قابل شناسایی هستند و ظاهر زیبایی ندارند. ویژگی مهم‌تر لجن‌های اولیه این است که عمدتا دارای ارگانیسم‌های بیماری‌زا می‌باشند زیرا پاتوژن‌ها به ذرات جامد موجود در فاضلاب می‌چسبند. در نتیجه مدیریت اصولی لجن‌های اولیه از اهمیت بالایی برخوردار است. 

لجن ثانویه (Secondary Sludge)

در تصفیه خانه‌های فاضلاب، پساب پس از واحدهای تصفیه اولیه وارد واحدهای تصفیه بیولوژیکی که تصفیه ثانویه نام دارند، می‌شود. هدف از تصفیه ثانویه فاضلاب، کاهش مقدار جامدات آلی قابل تجزیه بیولوژیکی که با نام BOD شناخته می‌شوند، است. فرایندهای بیولوژیکی مختلفی برای تصفیه ثانویه وجود دارد که فرایند لجن فعال (Activated Sludge Process) معروف‌ترین آن‌ها می‌باشد. در طی فرایند لجن فعال، فاضلاب با زیست توده (Biomass) ترکیب می‌شود. درنتیجه زیست توده فعال، مواد آلی موجود در پساب را مصرف می‌کند و میزان اکسیژن خواهی فاضلاب را کاهش می‌دهد. این فرایند منجر به تولید بیش از حد بیومس می‌گردد که به آن لجن ثانویه (Secondary Sludge) یا لجن فعال شده با زائدات (Waste-Activated Sludge= WAS) گفته می‌شود. لجن ثانویه مشخصات کاملا متفاوتی از لجن اولیه دارد، به طوری که لجن ثانویه عمدتا از  طیف پیچیده‌ای از میکروارگانیسم‌های آبی تشکیل شده است. لجن ثانویه یا WAS حاوی 99 درصد آب می‌باشد که بخشی از آن شامل آبی است که توسط پیوندهای فیزیکی و شیمیایی به سطح ذرات لخته شده چسبیده‌اند. همچنین لجن ثانویه مقادیر زیادی جامدات فرار (Volatile Solids= VS) دارد که آبگیری از این لجن‌ را دشوار می‌کنند. میزان زیست تخریب پذیری لجن‌های WAS متغیر است و به شدت به سن لجن بستگی دارد. لازم به ذکر است که میزان پاتوژن‌های موجود در لجن ثانویه در مقایسه با لجن اولیه کمتر می‌باشد. 

لجن ثالثیه یا شیمیایی (Tertiary/Chemical Sludge)

لجن ثالثیه در طی فرایندهای تصفیه پیشرفته و یا فرایندهای شیمیایی حذف مواد مغذی ایجاد می‌شود. واحدهای تصفیه پیشرفته عموما پس از واحد ته نشینی می‌آیند و لجن حاصل از آن‌ها را باید به صورت جداگانه از سایر لجن‌ها مدیریت کرد. مشخصات لجن‌های ثالثیه بسیار متفاوت است و به روش تصفیه آن‎ها وابسته می‌باشد. لازم به ذکر است که آخرین مراحل تصفیه در تصفیه خانه‌های فاضلاب معمولا ضدعفونی با کلر یا اشعه یووی است که این فرایندها لجنی را تولید نمی‌کنند.

تصفیه لجن به چه معنا است؟

کار تصفیه خانه‌های فاضلاب پس از تصفیه پساب و تخلیه آن به بدنه‌های آبی تمام نمی‌شود. همانگونه که در بخش‌های پیشین ذکر شد در طی مراحل مختلف تصفیه فاضلاب، لجن‌های مختلفی در حجم زیاد و با بار آلودگی بالا تولید می‌شوند. در نتیجه یکی از اقدامات ضروری و مهم در هر تصفیه خانه فاضلاب، تصفیه لجن تولید شده در بخش‌های مختلف است. تصفیه لجن منجر به کاهش حجم لجن می‌شود که این خود کاهش مشکلات و هزینه‌های دفع را به همراه دارد. هدف نهایی از تصفیه لجن کاهش مقدار آب موجود در آن تا حدی است که لجن به جامد تبدیل شود و بتوان به صورت زائدات جامد با آن رفتار کرد. امروزه بخش بزرگی از تصفیه خانه‌های فاضلاب به مدیریت و تصفیه لجن اختصاص داده می‌شود که این بیانگر اهمیت تصفیه لجن می‌باشد.
یکی از پارامترهایی که کارایی فرایندهای تصفیه لجن یا به عبارت دیگر کیفیت لجن را نشان می‌دهد، درصد مواد جامد خشک (Dry Solids= DS) است. برای محاسبه این پارامتر کافی است که درصد آب موجود در لجن را از 100% کم کرد. درصد DS میزان تراکم لجن را نشان می‌دهد و هر چه فرایند تصفیه لجن بهتر انجام شود، میزان DS نیز افزایش می‌یابد زیرا در فرایندهای تصفیه لجن، آب لجن و حجم آن کاهش می‌یابد که این امر افزایش درصد مواد جامد خشک را در پی دارد. 

محاسن تصفیه لجن

تصفیه درست و کارآمد لجن محاسن زیر را به همراه دارد:
• کاهش حجم لجن
• کاهش قابل توجه هزینه‌های دفع لجن
• بازیابی آب برای استفاده مجدد
• کاهش یا از بین رفتن کامل خطرات بهداشتی لجن‌ها
• قابلیت تولید کود کشاورزی
• کاهش بوی نامطلوب لجن

مراحل مختلف تصفیه لجن

مراحل مختلف تصفیه لجن در هر تصفیه خانه فاضلاب به میزان و کیفیت لجن موجود در آن تصفیه خانه بستگی دارد و این مراحل باید با توجه به شرایط خاص هر پروژه طراحی و تعیین ‌شوند. با این حال سه مرحله تغلیظ لجن، تثبیت لجن و آبگیری از لجن در بسیاری از تصفیه خانه‌های فاضلاب وجود دارد که در ادامه توضیحاتی در رابطه با هر کدام ارائه می‌شود.

تغلیظ لجن (Sludge Thickening)

عموما تغلیظ لجن اولین مرحله از تصفیه لجن است که در آن، آب لجن را تا حدی کاهش می‌دهند که لجن از حالت دوغابی خارج شده اما همچنان به صورت مایع باقی می‌ماند. هدف از تغلیظ لجن، ساده شدن کار کردن با لجن در تصفیه خانه فاضلاب است. لازم به ذکر است که تغلیظ لجن به بهبود راندمان سایر فرایندهای تصفیه لجن نیز کمک می‌کند. برای تغلیظ لجن از دستگاه‌ها و روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. برخی از دستگاه‌های تغلیظ کننده لجن عبارتند از تغلیظ کننده ثقلی، تغلیظ کننده ثقلی نواری، تغلیظ کننده درام دوار، تغلیظ کننده شناور سازی هوای محلول (DAF)، تغلیظ کننده سانتریفیوژی و تغلیظ کننده ممبرانی. برای آشنایی کامل با تغلیظ لجن و انواع روش‌های آن به بخش تغلیظ لجن سایت آبکالا مراجعه نمایید.

تثبیت لجن (Sludge Stabilization)

در تصفیه خانه‌های فاضلاب، فرایند تثبیت لجن عموما پس از تغلیظ لجن انجام می‌شود. هدف از این کار نیز تثبیت واکنش‌های بیولوژیکی در لجن است که در نتیجه آن میزان گندیگی، بو و ارگانیسم‌های بیماری‌زا (پاتوژن‌ها) موجود در لجن کاهش می‌یابد. برای تثبیت لجن دو روش بیولوژیکی و قلیایی وجود دارد. در روش‌های بیولوژیکی از میکروارگانیسم‌ها برای تخریب بیوشیمیایی مواد آلی موجود در لجن استفاده می‌شود که این فرایندها به صورت هوازی (در حضور اکسیژن) و بی هوازی (عدم حضور اکسیژن) صورت می‌گیرند. در فرایند تثبیت قلیایی لجن نیز یک عامل شیمیایی (عموما آهک) که گاهی با یک ماده پودری یا گرانولی جامد همراه می‌شود، به لجن تزریق می‌گردد. برای آشنایی بیشتر با روش‌های تثبیت لجن به بخش تثبیت لجن آبکالا مراجعه نمایید. 

آبگیری از لجن (Sludge Dewatering)

آبگیری از لجن عمدتا آخرین مرحله در تصفیه لجن است و پس از آن لجن خشک و آماده دفع می‌گردد. هدف از انجام فرایندهای آبگیری این است که آب موجود در لجن به حدی کاهش یابد که لجن به یک جامد تبدیل شود و دفع آن ساده‌تر گردد. به عبارت دیگر فرایندهای آبگیری از لجن علاوه بر کاهش حجم لجن، به کاهش هزینه‌های حمل و نقل و دفع لجن نیز کمک می‌کنند. برای آبگیری از لجن، دستگاه‌های مختلفی با تکنولوژی‌های متنوعی در بازار موجود هستند که برخی از آن‌ها عبارتند از بلت فیلتر پرس، فیلتر پرس، اسکرو پرس، سانتریفیوژ، بستر لجن خشک کن، لاگون، وکیوم فیلتر، پرس چرخشی و آبگیری الکتریکی. برای آشنایی بیشتر با دستگاه‌های آبگیری از لجن به بخش آبگیری از لجن سایت آبکالا مراجعه نمایید.