1. עקרונות תהליך כור UASB ו-IC
כור 1.1 UASB
1.1.1 מבוא ל-UASB
כור שמיכת בוצה בזרימה מעלה (UASB) הוא שיטה ביולוגית אנאירובית לטיפול בשפכים, הידועה גם בתור כור שמיכת בוצה אנאירובית בזרימה, שהומצאה על ידי פרופסור לטינגה מהולנד ב-1977.
מי שפכים זורמים מלמטה למעלה דרך UASB. בתחתית הכור יש מצע בוצה פעיל בריכוז גבוה-שבו רוב המזהמים האורגניים במי השפכים עוברים תסיסה אנאירובית ופירוק למתאן ופחמן דו חמצני. עקב התסיסה של זרימת מים ובועות אוויר, נוצרת שכבת תרחיף בוצה מעל מצע הבוצה. מפריד תלת-פאזי מותקן בחלק העליון של הכור כדי להפריד בין גז מעכל, נוזל מעכל וחלקיקי בוצה. גז מעכל יוצא מהחלק העליון של הכור; חלקיקי בוצה מחליקים אוטומטית למטה ומתיישבים למצע הבוצה בתחתית הכור; נוזל המעכל מופרש מאזור הבירור.
ל-UASB יכולת טעינה גבוהה והוא מתאים לטיפול בשפכים אורגניים בריכוז גבוה-. UASB (UASB (Ultra-Ultra-Sludge Bunker) מתפקד היטב, מציג קצב הסרת מזהמים אורגני גבוה, אינו דורש ערבול ויכול להסתגל לזעזועי עומס משמעותיים, טמפרטורה ושינויי pH.
1.1.2 מבנה UASB
ה-UASB מאופיין במערכת התגובה הביולוגית והשיקוע המשולבת שלו, מה שהופך אותו לכור אנאירובי קומפקטי. הכור מורכב בעיקר ממערכת הפצת שפע, אזור תגובה, מפריד תלת-פאזי, תא גזים ומערכת הזרמת מים מטופלים.
1.1.3 עקרון העבודה של UASB
תהליך התגובה האנאירובית בכור UASB דומה לתהליכי טיפול ביולוגי אנאירובי אחרים, כולל הידרוליזה, החמצה, ייצור חומצה אצטית ומתנוגנזה. מיקרואורגניזמים שונים משתתפים בתהליך הפיכת המצע, והופכים את המצע לתוצרים הסופיים-ביוגז, מים וחומרים אנאורגניים אחרים.
ה-UASB מורכב משלושה חלקים: אזור תגובה לבוצה, מפריד גז-נוזל-מוצק תלת-פאזי- (כולל אזור שיקוע) ותא גזים. כמות גדולה של בוצה אנאירובית נשארת באזור התגובה התחתון, והבוצה בעלת תכונות שיקוע וצנופות טובות יוצרת שכבת בוצה בתחתית. שפכים לטיפול זורמים לתחתית מצע הבוצה האנאירובית ומתערבבים עם הבוצה בשכבת הבוצה. מיקרואורגניזמים בבוצה מפרקים את החומר האורגני בשפכים, וממירים אותם לביוגז. הביוגז משתחרר ללא הרף בצורה של בועות זעירות. כשהבועות הללו עולות, הן מתמזגות, ויוצרות בהדרגה בועות גדולות יותר. בחלק העליון של מצע הבוצה, הביו-גז מעורר את הבוצה, ויוצר תערובת מים- מדוללת יחסית שעולה יחד עם המים למפריד התלת--פאזי. כאשר הביו-גז נתקל בלוחית המשקף בתחתית המפריד, הוא מוסט סביב הצלחת ולאחר מכן עובר דרך שכבת המים אל תא הגזים, שם הוא מתרכז. הביוגז נשפך לאחר מכן דרך צינור. התערובת הנוזלית המוצקה, לאחר השתקפות, נכנסת לאזור השקיעה של מפריד התלת--שלבי. הבוצה בשפכים מתנקזת, החלקיקים גדלים בהדרגה בגודלם, ומתיישבים תחת כוח הכבידה. הבוצה השוקעת על הקיר המשופע גולשת חזרה לאזור התגובה האנאירובי, וגורמת להצטברות גדולה של בוצה באזור התגובה. השפכים המטופלים, המופרדים מהבוצה, עולים על גדותיהם מהחלק העליון של תעלת הגלישה של אזור השקיעה ולאחר מכן נשפכים ממצע הבוצה.
כור 1.2 IC
1.2.1 מבוא ל-IC
עם הסתירות ההולכות וגוברות בין פיתוח הייצור לבין גורמים כמו הון, צריכת אנרגיה ושימוש בקרקע, עובדי טיפול במים חייבים לשאוף למצוא תהליכים אנאירוביים אופטימליים יותר מבחינה טכנית וכלכלית, במיוחד בהתמודדות עם שפכים אורגניים בריכוז גבוה- שנוצרו כתוצאה מפיתוח הייצור. הכור האנאירובי במחזור הדם (IC) הוא סוג חדש של כור שצמח ברקע זה. זהו תוצר של השילוב של תיאוריית טיפול בשפכים אנאירוביים ופרקטיקה הנדסית, המשקף את דרישות הפיתוח של תהליכים אנאירוביים עצמם. בשנת 1985, החברה ההולנדית PAQUES הקימה את כור ה-IC בקנה מידה פיילוט- הראשון, ובשנת 1988 הופעל כור ה-IC הראשון לייצור בקנה מידה-. נכון לעכשיו, כורי IC יושמו בהצלחה לטיפול בשפכים תעשייתיים בתעשיות כמו ייצור בירה ועיבוד מזון. בשל יכולת הטיפול הגבוהה, ההשקעה הנמוכה, טביעת הרגל הקטנה והתפעול היציב, היא משכה את תשומת הלב של אנשי טיפול במים ברחבי העולם, ויש הרואים בה אחת הטכנולוגיות המייצגות של הדור השלישי של כורים ביולוגיים אנאירוביים. מחקר ופיתוח נוסף של כורי IC וקידום היישום שלהם הפכו לאחד הנושאים החמים בטיפול בשפכים אנאירוביים.
1.2.2 מבנה IC
כור ה-IC מורכב משני כורי UASB מוערמים אנכית בסדרה, מגיעים לגובה של 16-25 מ' עם יחס גובה-ל-קוטר בדרך כלל בין 4 ל-8. הוא מורכב מחמישה חלקים בסיסיים: אזור ערבוב, אזור מיטה מורחבת של בוצה גרעינית, אזור גימור, מערכת זרימה פנימית ומערכת ספיגה פנימית. מערכת הסירקולציה הפנימית היא מבנה הליבה של תהליך ה-IC, המורכב ממפריד תלת- ראשי, מגבר ביו-גז, מפריד נוזלי גז- ומורד בוצה.
1.2.3 עיקרון עבודה של IC
שפכי הייצור, לאחר התאמות pH וטמפרטורה, נכנסים לראשונה לאזור הערבוב בתחתית הכור. שם הוא מעורב ביסודיות עם תערובת המים -הבוצה המופצת הפנימית מהמפלט לפני הכניסה למצע המורחב של הבוצה הגרגירית לצורך פירוק ביוכימי COD. העומס הנפחי של COD גבוה מאוד כאן, כאשר רוב ה-COD המושפע מתכלה, ומייצר כמות גדולה של ביוגז. הביו-גז נאסף על ידי המפריד התלת---פאזי הראשי. עבודת ההרחבה הנעשית על הנוזל במהלך היווצרות בועות ביו-גז יוצרת אפקט של הרמת גז, הגורמת לתערובת של ביו-גז, בוצה ומים לעלות לאורך צינור הרמת ביו-גז אל מפריד הנוזלים של הגז- בחלק העליון של הכור. כאן, הביוגז נפרד מהבוצה והמים ומוזרם ממערכת הטיפול. לאחר מכן, תערובת המים- של הבוצה נכנסת לאזור הערבוב בתחתית הכור לאורך מפל הבוצה, שם היא מתערבבת ביסודיות עם ההשפעה לפני שהיא נכנסת לאזור המיטה המורחבת של הבוצה, ויוצרת את מה שמכונה-מחזור פנימי. בהתאם לעומס ה-COD המושפע ולמבנה הכור, קצב זרימת המחזור הפנימי יכול להגיע לפי 0.5 עד פי 5 מקצב זרימת ההשפעה. לאחר טיפול במיטה המורחבת, חלק מהשפכים משתתף במחזור הפנימי; מי השפכים הנותרים עוברים דרך מפריד תלת{15}} ראשי ונכנסים לאזור מיטת הבוצה הגרגרית של אזור הטיפול העדין לצורך פירוק שיורי COD והפקת ביוגז, שיפור והבטחת איכות הקולחים. מכיוון שרוב ה-COD הושחת, עומס ה-COD באזור הטיפול העדין נמוך, וגם ייצור הביו-גז קטן. הביוגז המיוצר כאן נאסף על ידי מפריד תלת{18}}משני, נכנס למפריד הנוזלים-בגז דרך צינור איסוף גז, ונפלט ממערכת הטיפול. לאחר הטיפול באזור הטיפול העדין, מי השפכים עוברים דרך מפריד דו--תלת-שלבי-. הסופרנטנט מוזרם דרך אזור הקולחים, בעוד הבוצה הגרגירית מוחזרת למצע הבוצה באזור הטיפול העדין.
2. סיכום ואאוטלוק
בהשוואה לכורים אנאירוביים מהדור השני- כגון UASB, לכורי IC יש את היתרונות הבאים:<1>קצב טעינה אורגנית גבוה וזמן שמירה הידראולי קצר;<2>יחס גובה-ל-קוטר גדול, טביעת רגל קטנה והשקעה נמוכה יותר בתשתית;<3>קולחים יציבים ועמידות חזקה בעומסי זעזועים. יותר ויותר יצרנים בסין משתמשים כעת בכורי IC, וגם ערך השחזור והניצול של ביו-גז שלהם משמעותי. התכונה הגדולה ביותר של כורי IC היא שיש להם שני תאי תגובה אנאירוביים, המאפשרים את זרימת תערובת המים-הבוצה בתוך הכור. זה פותר את ההשפעה השלילית של מגע לא מספיק של בוצה-עם מים בכורי UASB, מה שמחליש את יכולת הטיפול הביוכימי של בוצה גרגירית.
לכן, כורי IC מייצגים פריצת דרך בכורים אנאירוביים מודרניים ויש להם סיכויי פיתוח רחבים בטיפול בשפכים תעשייתיים של מזהמים אורגניים. הם יחליפו יותר ויותר את כורי UASB וראויים למחקר, פיתוח וקידום נוספים.