در سال 2011، شهر کوچک دیپورت(Deport)در جنوب غربی تگزاس(Texas ) دچار یک سری مشکلات با دستگاه تصفیه آب و فاضلاب چهار تالابی شد. در نتیجهی BOD بالا و انباشت TSS در تالاب ها، میزان تخلیه بیشتر از الزامات تخلیه مجاز برای باکتری E. coli بود و بوهای نامطبوع وجود داشت. شهر توسط دولت جریمه شد.
به عنوان یک راه حل موقتی، شهر یک راکتور 5000 دلاری را در حوضچه هوادهی جهت تصفیه آب و فاضلاب نصب کرد و دوم، هواده قدیمیتر را در یکی از تالاب ها نصب کرد. همچنین برای رسیدگی به موضوع، باکتری و آنزیم به تالاب ها اضافه شد.
این تلاشها باعث محدود شدن کارایی تصفیه آب و فاضلاب شد و مقامات دیپورت را مجبور کرد به دنبال راه حلهایی پایدار و طولانی مدت برای برآوردن نیازهای تخلیه مجاز و حذف بوهای آزاردهنده باشند. لایروبی پیوستهی لجن ایجاد شده همراه با امکان ساخت یک مکان جهت تصفیه آب به صورت مکانیکی کوچک مد نظر قرار گرفت، اما مشخص شد که هر دو روند مانع هزینهای دارند.
دستگاه تصفیه آب و فاضلاب چهار تالابی شهر دیپورت
طی پژوهش برای یافتن پاسخ، شرکت هوادهی ابسلوت(Absolute)، سیستم قورباغه آبی جهت تصفیه آب و فاضلاب را به تیم دیپورت معرفی کرد. این شرکت گریلی ادعا کرد که این دستگاه تصفیه آب آنها میتواند شهر را قادر کند محدودیتهای تخلیه خروجی را برآورده سازد (غیر از E. coli) ضمن اینکه لجن ورودی و انباشته شده را با نرخ کنترل شدهای هضم میکند تا بو را به حداقل رسانده و انتشار مغذی را کنترل کند.
در ژانویه 2012 شهر، سیستم قورباعه آبی را جهت تصفیه آب با هزینه 140000 دلار با هزینه عملیاتی و تعمیرنگهداری سالانه تقریبا 350 دلار نصب کرد. هدف طراحی این دستگاه تصفیه آب ، براساس بازده سرمایه گذاری دوازده ماهه بود.
فناوری هوادهی انقلابی هیبرید از فرایندهای بیولوژیکی طبیعی استفاده میکند تا هضم لجن ارگانیک در محل را ارتقا دهد. این پیشرفت علمی در تصفیه آب و فاضلاب که به لایروبی زیستی شناخته شده، مناسب باکتریهای بومی در تالاب و باکتریهایی است که قبلا در شرایط محلی و زیرلایه فاضلاب پذیرفته شدهاند.
تالاب 1 طی نصب دستگاه تصفیه آب و فاضلاب (ژانویه 2012)
این مکانیزم کنترل بیولوژیکی ارگانیک در دستگاه تصفیه آب ، مناسب نوسانات طبیعی در جریان که مشخصه تالاب های فاضلاب شهری مثل شهر دیپورت است، می باشد. به عنوان یک مزیت دیگر، کنترل بیولوژیکی در تصفیه آب به علت کاهش مصرف انرژی مربوط به راهبردهای افزایش اکسیژن، بسیار مقرون به صرفه است که به اسب بخار زیادی برای هوادهی نیاز دارد.
در دیپورت، راهبرد طراحی دستگاه تصفیه آب ، هضم لجنی که طی دو سال در کف تالاب ایجاد شده و مقابله با جامدات ورودی جدید بصورت روزانه است تا از هر گونه انباشت جدید جلوگیری شود، سرانجام ظرفیت نگهداری تالاب افزایش می یابد.
این دستگاه تصفیه آب به گونهای طراحی شد که مطابق الزامات تخلیهی مجازماهانه (BOD(30 mg/L) , TSS (90 mg/L), pH (6.5-9 و (DO (> 4 mg/L باشد.
تالاب 1 پس از یکسال نصب دستگاه تصفیه آب و فاضلاب (ژانویه 2013).
شهر اکنون 600 ساکن و چهار تالاب تصفیه آب و فاضلاب دارد که میتواند MGD 2/0 را تصفیه کند. این دستگاه تصفیه آب در نهر موستانگ تخلیه میشود که به رودخانه سولفور جریان مییابد. تالاب شماره 1 که با دستگاه تصفیه آب هوادهی شده بود، 10 پا عمق دارد درحالیکه تالاب 2 هشت پا عمق و دو تالاب دیگر حدود 4 پا عمق دارند و خاموش هستند. تالاب 3 و 4 بطور مشخص سطح بالایی از انباشت جامدات و بوی نامطبوع داشتند.
فرایند نصب قورباغه آبی در دستگاه تصفیه آب با رونق شناور مهندسی شده به نام راکتور مخزن جنبشی پیوسته (CSTR) آغاز شد که برای ایجاد دیوارهای هیدرولیکی برای مسیردهی آب جاری افقی به سمت ناحیه غیرهوازی استفاده شد. CSTR به عنوان یک مخزن مهندسی که باکتری ها و جامدات را در کف تالاب متمرکز میکند عمل میکند. CSTR روی جریان ورودی نصب شده و به عنوان یک مخزن برابرسازی عمل می کند که جریان ورودی را برابر میکند، مخزن سلکتور که باکتریهای هضم کننده لجن را انتخاب میکند و یک مخزن دوره نهفتگی که جمعیت بالایی از میکروبهای با کیفیت را تولید میکند.
تالاب شماره 3
باکتریها، زیستفیلم های غیرهوازی در گرانولهای سفت معدنی تشکیل داده، راکتوری با بستر لجن گرانولی روی کل کف تالاب میسازد. زیست جامدات سطح به بستر لجن فرستاده شده، مایع شده و سپس توسط باکتریهای ازکار افتاده در و روی گرانولها به گاز تبدیل میشوند. گاز تولید شده افزایش یافته و به آرامی آب را ترکیب کرده، بصورت پیوسته گرانولها را تغذیه می کند تا تولید آنها را بیشتر کند. وقتی راکتور با بستر لجن گرانولی ایجاد شد، باکتریها در پاسخ مستقیم به سطح مغذیهای ورودی به تالاب رشد کرده و میمیرند.
طی چند هفته پس از نصب دستگاه تصفیه آب ، سیستم قورباغه آبی، لجن انباشته را تا حد قابل توجهی کاهش داد. پس از 18 ماه، سطح BOD و TSS به نصف حدمجاز رسیدند. طی دو سال، لجن انباشته شده 79 درصد کاهش یافت و BOD و TSS به موازنه جدید و بسیار پایینتری رسیده بودند. و با اینکه این دستگاه تصفیه آب برای برآوردن حد مجاز E. coli طراحی نشده بود، فرایند تخریب باکتریها باعث کاهش غلظت E. coliزیر حد مجاز MPN 126 شد.
تقریبا سه سال پس از نصب دستگاه تصفیه آب ، تغییری تکان دهنده رخ داد هنگامی که تالابهای با عمق چهار پا ناگهان تمیز شدند و بالای رویه لجن از مشکی به قهوهای تغییر کرد.
تالابهای اختیاری در دیپورت دارای الگوی جریان اصلاح شدهای به نام «جریان پیرامونی» هستند که آب کم انرژی سطح تالاب را به خاکریز، سپس پایین خاکریز در مقابل لجن آورده و سپس به ورودی چرخش دهنده میآورد. اثر آن افزودن اکسیژن محدود به سطح پیرامونی است نه افزودن اکسیژن به وسط تالاب. محدود کردن اکسیژن برای باکتریهای اختیاری روی میکروارگانیزمهای هوازی است. با افزایش تولید اختیاری در سطح لجن، لجن میتواند سریعتر هضم شود. وقتی هوازیها انتخاب نشدهاند، TSS تولید نشده و تالاب روشن می شود.
عملا، رویه لجن غیرهوازی با یک پوشش هوازی پوشانده شده و سطح رویه از مشکی به قهوهای تبدیل شده، شناوری تمیز باقی میگذارد. وقتی سطح لجن هوازی و شناور تمیز باشد، جلبک ته آب در سطح جمع شده و اکسیژن بیشتری به سطح رویه لجن اضافه میکند. این تغییر چشمگیر است و در یک دوره 7 روزه رخ میدهد.
معیارهای دستگاه تصفیه آب و فاضلاب دیپورت هرساله بهبود مییابند. در ژوئن 2016، عمق لجن تقریبا به شش اینچ کاهش یافت.
ریک رابرتز، مدیرعامل و یکی از موسسان شرکت هوادهی ابسلوت گفت: «در دیپورت، طی چند ماه به نتایج بسیار تاثیرگذاری دست یافتیم و چهارسال بعد، بصورت یک بررسی باقی میماند که چگونه شهرداریها میتوانند مشکل انباشت لجن را بدون استفاده از مواد شیمیایی یا لایروبی گران قیمت مکانیکی حل کنند. سیستم قورباغه آبی در دستگاه تصفیه آب برای کارخانههای شهری، تغییری در تصفیه آب و فاضلاب ایجاد کرده است. با مهار قدرت طبیعت برای هضم لجن ارگانیک در محل، ما پول شهرها را صرفهجویی کرده، به حفظ محیط زیست کمک کرده و مانع از نیاز به جایگزینی سیستمهای تالاب آنها با تاسیسات لجن فعال میشویم.»