فن آوری های داخلی و بین المللی دفع لجن و روند توسعه آینده

1. فن آوری تصفیه و دفع لجن
از پروژه های بین المللی تصفیه و دفع لجن، روش های متداول تصفیه لجن شامل تخمیر هوازی (کمپوست)، هضم بی هوازی، خشک کردن و سوزاندن است. روش های دفع لجن شامل کاربری زمین، دفن زباله و بهره برداری جامع می باشد. با توجه به شرایط مختلف ملی، روش های پردازش و فناوری های اتخاذ شده توسط هر کشور نیز متفاوت است.
1.1 تخمیر هوازی
فناوری تخمیر هوازی لجن یک فناوری جدید تصفیه بیولوژیکی است که از میکروارگانیسم‌های موجود در لجن برای تخمیر استفاده می‌کند. در کاربردهای عملی می تواند به اثرات بی ضرر، کاهش یافته و منبع آور دست یابد و دارای ویژگی های اقتصادی، کاربردی، عدم نیاز به انرژی خارجی و عدم آلودگی ثانویه باشد. در حال حاضر محققان داخلی و خارجی تحقیقات گسترده ای در زمینه کنترل شرایط، کنترل فلزات سنگین، فناوری حفظ نیتروژن و فرآیندهای فنی در فرآیند کمپوست انجام داده اند و به نتایج ارزشمند بسیاری دست یافته اند [2-7]. پس از چندین دهه توسعه، فناوری تخمیر هوازی لجن پیشرفت زیادی کرده است، اما هنوز در تئوری و فرآیند فنی تنگناهایی وجود دارد، مانند نیاز به مقدار زیادی مواد کمکی، مشکل در کنترل بو و وجود سلامت و بهداشت خطرات ایمنی برای انسان و حیوانات فناوری تخمیر هوازی هنوز پتانسیل زیادی برای بهبود دارد.
1.2 هضم بی هوازی
هضم بی هوازی لجن به فرآیندی اطلاق می شود که در آن باکتری های اختیاری و بی هوازی مواد آلی زیست تخریب پذیر موجود در لجن را به مواد پایداری مانند دی اکسید کربن، متان و آب در شرایط بی هوازی تجزیه می کنند و در عین حال حجم لجن را کاهش می دهند، بوها را از بین می برند، تخم های انگل را از بین می برند و بازیافت می کنند. بیوگاز تولید شده در طی فرآیند هضم هضم بی هوازی لجن در حال حاضر به دلیل بازیافت انرژی کارآمد و اثرات زیست محیطی کم، پرکاربردترین روش برای تثبیت لجن و استفاده از منابع در سطح بین المللی است. بسیاری از محققان در سطح بین المللی به تحقیق در مورد فناوری هضم بی هوازی [8] متعهد بوده اند که به طور گسترده ای مورد استفاده و توسعه قرار گرفته است. به طور کلی، فناوری هضم بی هوازی لجن پیشرفت چشمگیری در چین نداشته است. فناوری‌ها و تجهیزات کلیدی عمدتاً بر واردات متکی هستند، با سرمایه‌گذاری نسبتاً بالا و بازده عملیاتی ضعیف. موانعی در استفاده از بیوگاز وجود دارد که مجموعاً عوامل محدود کننده ترویج و کاربرد این فناوری در چین را تشکیل می دهند.

1.3 سوزاندن خشک کردن
سوزاندن لجن [9] به فرآیند گرم کردن لجن در شرایط تامین هوای بیش از حد و سپس اکسید شدن، پیرولیز کردن و از بین بردن کامل مواد آلی و عوامل بیماری زا در دمای بالا (850-1100 ℃) اشاره دارد. دستگاه های سوزاندن انواع مختلفی دارند و در حال حاضر پرکاربردترین آن ها عبارتند از: زباله سوز عمودی چند مرحله ای، زباله سوز چرخشی، زباله سوز سیال و غیره. میزان رطوبت آن قبل از سوزاندن بنابراین، پروژه های سوزاندن لجن فعلی به طور کلی فرآیند تصفیه ترکیبی خشک کردن و سوزاندن را اتخاذ می کنند.
1.4 کاربری
کاربری زمین به استفاده مستقیم یا غیرمستقیم از لجن (پس از تخمیر هوازی یا هضم بی هوازی) برای زمین های کشاورزی، مزارع سبزیجات، باغات، چمنزارها، سبز کردن و اصلاح خاک یا استفاده از لجن هایی که استانداردهای خاصی را رعایت می کند به عنوان خاک پوششی برای دفن زباله ها اطلاق می شود. در سال‌های اخیر، ایالات متحده، کانادا و برخی از کشورهای اتحادیه اروپا استفاده از فناوری کاربری زمین را برای تخمیر مستقیم یا هوازی لجن که الزامات لجن را برای سبز کردن، احیای زمین و اهداف دیگر برآورده می‌کند، تشویق کرده‌اند. این تحقیق عمدتاً بر روی روش‌های تثبیت و استفاده از زمین بی‌ضرر لجن، کارایی کود لجن و ارزش آن در افزایش عملکرد محصول متمرکز است. مطالعات مربوطه نیز در مورد تأثیر بالقوه لجن بر کیفیت خاک، گیاهان و کنترل آلودگی انجام شده است [10-14].
1.5 تخلیه اقیانوس
عملیات تخلیه اقیانوس ساده است و هزینه درمان برای شهرهای ساحلی نسبتا پایین است. با این حال، با تقویت آگاهی اکولوژیکی، مردم به طور فزاینده ای نگران تأثیر احتمالی تخلیه لجن اقیانوس بر محیط زیست اکولوژیکی دریایی هستند. ایالات متحده در سال 1988 ریختن لجن به اقیانوس را ممنوع کرد و از اواخر سال 1998، قانون تصفیه فاضلاب شهری جامعه اروپا (91/271/EC) کشورهای عضو خود را از ریختن لجن به اقیانوس منع کرد. دولت چین در اوایل سال 1994 سه توافقنامه بین‌المللی را پذیرفت و قول داد از 20 فوریه 1994 زباله‌های صنعتی و لجن فاضلاب را در دریا دفع نکند.
1.6 دفن زباله بهداشتی
محل دفن بهداشتی لجن در دهه 1960 با عملیات ساده دفن زباله، هزینه کم و سازگاری قوی آغاز شد. لجن را می توان به طور جداگانه یا همراه با سایر زباله های جامد (مانند زباله های شهری) دفن کرد. اما مشکلاتی وجود دارد [15]: با توجه به آب زیاد لجن و اینکه شیرابه، پساب آلی با غلظت بالا است، باید جمع آوری و تصفیه شود تا از آلودگی ثانویه جلوگیری شود. دشواری ماشین آلات فشرده سازی در سایت های دفن زباله افزایش یافته است. وضعیت بهداشتی محل دفن زباله نامناسب است.

وضعیت فعلی تصفیه لجن در داخل و خارج از کشور
2.1 وضعیت فعلی تصفیه و دفع لجن در خارج از کشور
تصفیه و دفع لجن فاضلاب شهری در کشورهای خارجی سابقه ای نزدیک به 100 ساله دارد. هدف از تصفیه لجن خواه برای استفاده مؤثر یا دفع دفن زباله باشد، هدف از تصفیه لجن مانند سایر تصفیه پسماندها است که کاهش، تثبیت، بی ضرر و منابع است. برای دستیابی به این هدف، تشکیل یک سیستم تصفیه و دفع لجن از طریق ترکیب آلی ماشین آلات مختلف و سازه های فرآوری ضروری است. مراحل اولیه دفع لجن عبارتند از تغلیظ، آبگیری، خشک کردن، سوزاندن و غیره که همگی می توانند در تغلیظ لجن نقش داشته باشند. در شرایط عادی، جریان فرآیند سیستم های تصفیه لجن در شهرهای خارجی به طور کلی شامل چهار دسته زیر است [16]: (1) لجن اصلی → غلظت → آبگیری → دفع کیک فیلتر آبگیری. (2) لجن خام → غلظت → کم آبی → سوزاندن → دفع محتوای خاکستر. (3) لجن خام → غلظت → هضم → کم آبی → دفع کیک فیلتر کم آب. (4) لجن خام → غلظت → هضم → کم آبی → سوزاندن → دفع محتوای خاکستر. طبق آمار 318 تصفیه خانه فاضلاب در ژاپن [17]، روش تصفیه لجن (1) 34 درصد را به خود اختصاص داده است. روش (2) 8.8 درصد است. روش (3) 26% را به خود اختصاص می دهد. روش (4) 5.7 درصد است. روش اصلی برای دفع نهایی لجن در ژاپن سوزاندن است که حدود 55 درصد از کل دفع لجن را تشکیل می دهد. بر اساس برآورد آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، از زمانی که دولت در سال 1972 مقررات تصفیه آب را صادر کرد، میزان لجن سال به سال به سرعت افزایش یافته است و در سال 2010 به 8.2 میلیون تن رسیده است. طبق داده ها در انگلستان [18, 19]، تولید سالانه لجن تولید شده از تصفیه فاضلاب 1.107 میلیون تن لجن خشک است. روش اصلی دفع نهایی لجن در انگلستان کشاورزی (46.6%) و پس از آن تخلیه لجن به دریا (33.5%) است. با افزایش مشکلات زیست محیطی جدی، جامعه اروپا در توافقنامه تصریح کرد که آخرین مهلت تخلیه لجن فاضلاب به دریا 31 دسامبر 1998 است، به این معنی که 33.5 درصد از لجن در بریتانیا به سمت دفع زمین منحرف خواهد شد. در حال حاضر، نسبت لجن مورد استفاده برای دفن زباله در انگلستان نسبتاً کم است و تنها 8 درصد از ظرفیت تصفیه لجن را تشکیل می دهد. در دراز مدت، جهت توسعه دفع لجن در انگلستان استفاده مجدد از لجن تصفیه شده با هضم بی هوازی، عملیات شیمیایی یا حرارتی و ذخیره سازی طولانی مدت در زمین های کشاورزی است. در حال حاضر، روش‌های متداول دفع لجن در سراسر جهان شامل استفاده کشاورزی، دفن زباله، دفع دریا، سوزاندن و غیره است. استرالیا عمدتاً بر دفن زباله لجن و دفع لجن متکی است. کشورهای اتحادیه اروپا تحلیل جامعی از روند توسعه دفع لجن انجام دادند [20]. با توجه به عواملی مانند مساحت زمین در دسترس، هزینه های تصفیه، استانداردهای زیست محیطی سختگیرانه فزاینده، و رایج شدن سیاست های بازیابی منابع، و همچنین تغییرات قابل توجه در خواص لجن در 10-20 سال آینده، نسبت روش های دفع لجن اتخاذ شده توسط کشورهای اتحادیه اروپا در سال 2005 به شرح زیر بود: بازیافت 45 درصد، سوزاندن 38 درصد و دفن زباله 17 درصد بود.

2.2 وضعیت فعلی تصفیه و دفع لجن خانگی
برخی از شهرهای کوچک و متوسط ​​چین اساساً تأسیسات تصفیه فاضلاب ساخته نشده اند و حتی در شهرهای بزرگ و متوسط ​​با تصفیه خانه فاضلاب بیش از 90 درصد از تأسیسات تصفیه لجن آنها مطابقت ندارد. بیش از 70 درصد از تصفیه خانه های فاضلاب ساخته شده به طور مستقیم از لجن تصفیه نشده برای اهداف کشاورزی استفاده می کنند. حتی در تصفیه خانه های فاضلاب با مخازن هضم، لجن هضم شده قبل از استفاده مستقیم برای مصارف کشاورزی فقط اندکی آب می شود و رعایت استانداردهای بهداشتی برای استفاده از لجن را دشوار می کند. فن آوری دفع لجن در مقایسه با کشورهای توسعه یافته نسبتاً عقب مانده است. از منظر تصفیه خانه های فاضلاب شهری که در حال حاضر در چین فعال هستند، فرآیند تصفیه لجن شامل چهار فرآیند اصلی است: غلظت لجن، تثبیت، آبگیری و دفع نهایی. در حال حاضر، چین شروع به استفاده از لجن تصفیه خانه فاضلاب برای دفن زباله و سبز شدن شهری و استفاده از لجن به عنوان بستری برای تولید کودهای مرکب برای کشاورزی و سایر اهداف کرده است. اما وضعیت کلی هنوز عمدتاً به صورت استفاده از لجن زمین، استفاده از لجن برای کشاورزی است. با توجه به عدم توجه کافی به کنترل شاخص های فیزیکی و شیمیایی مانند عوامل بیماری زا، فلزات سنگین، ترکیبات آلی سمی و شاخص های حسی مانند بو در مدیریت لجن در چین، دفع و استفاده بیشتر از لجن محدود شده است. نسبت فن آوری های دفع لجن خانگی به شرح زیر است: بهره برداری کشاورزی 44.83 درصد، دفن زباله 31.03 درصد، دفع غیر لجن 13.79 درصد، سبزی 3.45 درصد، سوزاندن 3.45 درصد و دفن زباله مخلوط با زباله است. 3.45 درصد است. 13.79 درصد از لجن های خانگی دفع نشده است که تهدیدی بزرگ برای محیط زیست خواهد بود. بوی بد منتشر شده از لجن به طور جدی آلوده است، باکتری های بیماری زا تهدیدی بالقوه برای سلامت انسان هستند و فلزات سنگین و ترکیبات آلی سمی و مضر سیستم های آب های سطحی و زیرزمینی را آلوده می کنند. دلایل این پدیده عبارتند از: به دلیل شروع دیرهنگام تصفیه و دفع لجن در چین، بسیاری از شهرها مکان های دفع لجن را در برنامه ریزی کلی شهری خود لحاظ نکرده اند، در نتیجه بسیاری از تصفیه خانه های فاضلاب پیدا کردن روش های دفع لجن مناسب را با مشکل مواجه می کنند. سایت های دفع؛ اساس بهره برداری از لجن در کشور ما ضعیف است و درک مردم از استفاده از لجن به طور جدی ناکافی است. عدم توجه به دفع نهایی لجن وجود دارد که خطرات پنهانی را برای دفع نهایی برخی از لجن های مضر ایجاد کرده است. میزان استفاده از لجن خیلی زیاد نیست و هنوز هم بخشی از لجن تصفیه خانه فاضلاب وجود دارد که فقط توسط اداره بهداشت محیط ذخیره شده و برای چیدن مستقیم به حومه شهر منتقل می شود. انباشته شدن خودسرانه لجن به راحتی می تواند باعث آلودگی ثانویه و هدر رفتن منابع لجن شود. بنابراین مشکل فعلی کشور ما توسعه فناوری دفع لجن در اسرع وقت برای حل لجن رو به رشد فاضلاب است.
3 روند توسعه فن آوری های تصفیه و دفع لجن
در سال های اخیر، برخی از فناوری های نوظهور مانند فناوری تصفیه پلاسما لجن که به تدریج در تصفیه زباله های آلی شهری به کار گرفته می شود، ظهور کرده است. سوئد، ایالات متحده، آلمان، ژاپن و سایر کشورها کارخانه های تصفیه پلاسما در مقیاس خاصی ساخته اند و همچنین در سال های اخیر در چین توسعه یافته اند [21]. فناوری تصفیه لجن اولتراسونیک جدید توسعه یافته به دلیل کارایی و مصرف انرژی استفاده از انرژی صوتی به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است، اما چشم انداز گسترده ای برای استفاده مشترک با سایر فرآیندهای تصفیه لجن دارد. فناوری‌های متعددی برای استفاده از لجن به‌عنوان مصالح ساختمانی در کشورهای پیشرفته جهان به بلوغ نسبی رسیده‌اند، از جمله فناوری‌هایی مانند آجر ساختمانی، مواد سبک وزن و مواد سیمانی تولید و کاربرد در مقیاس بزرگ را آغاز کرده‌اند یا در حال برنامه‌ریزی برای تولید در مقیاس بزرگ هستند. استفاده مجدد در کشورهایی مانند ژاپن و آلمان. سایر روش‌های تصفیه و دفع لجن مانند اصلاح لجن برای تولید جاذب، کربن فعال، استفاده به عنوان چسب، روغن‌کاری لجن و تجزیه ترکیبات کلردار تا حدودی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما هنوز در مرحله تحقیقات اکتشافی هستند. پس از دهه‌ها توسعه، کشورهای توسعه‌یافته مانند اروپا، آمریکا و ژاپن مسیرهای فناوری تصفیه و دفع لجن نسبتاً کاملی را ایجاد کرده‌اند [22] و کاربرد تجهیزات مرتبط نیز بالغ شده است. قوانین، مقررات و استانداردهای مربوطه نسبتاً کامل شده است. در سال‌های اخیر، ژاپن تنظیمات استراتژیک را در مسیر فناوری تصفیه و دفع لجن انجام داده است و به تدریج به سمت استفاده از منابع لجن تغییر می‌کند و محتوای خاکستر سوزاندن لجن نیز برای تولید مصالح ساختمانی استفاده می‌شود. به طور خلاصه، رویکرد کلی برای تصفیه و دفع لجن در کشورهای توسعه یافته مانند اروپا، آمریکا و ژاپن، استفاده از منابع لجن است که استفاده از زمین به عنوان روش اصلی و جهت تشویقی برای دفع لجن است. بنابراین، فناوری‌های استفاده از منابع مانند هضم بی‌هوازی، تخمیر هوازی، استفاده از زمین و تولید مصالح ساختمانی، تمرکز تحقیقاتی تصفیه و دفع لجن در سطح بین‌المللی خواهد بود. ضمن حصول اطمینان از تصفیه بی ضرر لجن، دستیابی به حداکثر استفاده از لجن به یک روند در توسعه میدان بین المللی تصفیه و دفع لجن تبدیل شده است.

4 نتیجه گیری
در حال حاضر، لجن تولید شده در چین حدود 48 درصد است، 28 درصد برای کاربری زمین و دفن زباله 48 درصد، سوزاندن 3، 45 درصد، 13،79 درصد به درستی دفع نشده است و وضعیت کلی عمدتا به صورت کاربری زمین است. ، با اکثریت مورد استفاده برای کشاورزی [23]. هنوز مقدار زیادی لجن وجود دارد که به درستی دفع نشده است که ممکن است خطرات بالقوه ای برای محیط زیست ایجاد کند. در ترکیب با شرایط اساسی ملی چین با جمعیت زیاد و منابع و انرژی نسبتا کمیاب، فناوری استفاده مجدد از لجن برای توسعه بسیار ارزشمند است. مشاهده می شود که استفاده از منابع و استفاده از انرژی لجن یک جهت توسعه مهم برای صنعت لجن داخلی در آینده خواهد بود.