پیشگفتار مولفین
صنعت لبنیات، عموماً در بسیاری از کشورها به عنوان بزرگ ترین منبع مولد فاضلاب صنایع غذایی محسوب می‌شود. به طور کلی پساب‌های تولیدی در صنعت لبنیات، حاوی مقادیر بالایی از مواد آلی مانند پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها و لیپیدها و نیز واجد غلظت بالایی از جامدات معلق، BOD5، COD، نیتروژن، چربی معلق و یا مقادیری از گریس بوده و دارای نوسانات زیاد PH می‌باشند. این ویژگی‌ها، اهمیت تصفیه اختصاصی فاضلابهای لبنی را جهت جلوگیری از انتشار آلودگی و یا کمینه سازی آنها قبل از دفع، مورد تاکید قرار می‌دهد.
در همین راستا، موضوع اصلی کتاب حاضر، طرح ریزی یک فرآیند جامع، فراگیر و سیستماتیک به منظور بسترسازی مناسب جهت تصمیم سازی و مدیریت راهبردی سیستم تصفیه پساب صنایع لبنی به روش لجن فعال بوده است که در این راستا و به منظور مدل سازی مورد نظر، از توانمندی‌های تکنیک لکسیکوگراف و نرم افزار MATLAB، استفاده شایسته به عمل آمده است. برای دستیابی به هدف مزبور، در ابتدای امر، پس از گردآوری و تدوین آمار و مستندات پایه مورد نیاز پژوهش، تجزیه و تحلیل ویژگی‌های فنی، طراحی و فرآیندی صنایع لبنی و همچنین تجزیه و تحلیل ویژگی‌های فنی و طراحی روش لجن فعال در تصفیه پساب صنایع لبنی، به انضمام تجزیه وتحلیل ویژگی‌های تکنیک لکسیکوگراف و نرم افزارMATLAB به عمل آمده و در مرحله بعد، معیارها و زیرمعیارهای موثر در تصمیم سازی و مدیریت راهبردی سیستم‌های تصفیه پساب صنایع لبنی با استفاده از رویکرد دلفی و نظرسنجی خبرگان، تعیین شده اند.
در گام پی آیند مطالعات، جهت تحلیل معیارهای کیفی موثر در فرآیند تصمیم سازی تصفیه پساب صنایع لبنی، تکنیک لکسیکوگراف، پیاده سازی گردیده و آنگاه به منظور تحلیل سناریوهای راهبردی تصفیه پساب صنایع لبنی، در محیط نرم افزاری MATLAB ، بر پایه شاخص‌های استراتژیک خروجی پرسشنامه‌های دلفی، چندین ماتریس تصمیم ، تشکیل شده و بر این مبنا، مولفه‌ها، معیارها، زیرمعیارها و استراتژی‌های راهبردی تصفیه خانه مورد مطالعه، اولویت‌بندی شده اند و برنامه‌های اقدام(Action plan) مورد نظر با رویکرد التزام به اصول مهندسی و مدیریت زیست محیطی جهت پیاده سازی در سه بازه زمانی کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت، طرح ریزی و تبیین گردیده است.وجوه تمایز برجسته و بارز کتاب حاضر در قیاس با سایر کتب تخصصی مرتبط با تصفیه پساب به طور عام و سیستم های لجن فعال، به طور خاص ، عبارت است از اینکه در این کتاب ،از یک طرف ،رویکرد مدل سازی و اصول فرآیندی مورد نظر در راستای چگونگی پیاده سازی گام به گام آن، برای خوانندگان محترم تبیین و تشریح گردیده و از سوی دیگر ، به گونه ای به رشته تحریر درآمده است که طیف بسیار متنوعی از خوانندگان و مخاطبین محترم، اعم از جامعه دانشگاهی، جامعه مهندسی مشاور، جامعه شرکت های پیمانکاری، مهندسین حرفه ای ، شرکت های بهره بردار ، کارشناسان HSE شاغل در صنعت آب و فاضلاب و امور تصفیه خانه ها ، هم چنین دستگاه‌های اجرایی مرتبط و کلیه علاقه مندان این علم و حرفه را به شکل فراگیر و انعطاف پذیر، تحت پوشش قرار می دهد. امید که مورد استفاده مطلوب و کاربردی یکایک خوانندگان محترم و گروه‌های هدف برشمرده شده ، قرار گرفته و گامی سازنده در راستای اعتلای دانش تخصصی و فنی مهندسی پساب در گستره ملی باشد.
مقدمه
تولید فاضلاب و اثرات آلایندگی آن بر روی منابع آب و خاک، یکی از چالش‌های عمده زیست محیطی جوامع شهری و صنعتی در دهه‌های اخیر به شمار می‌رود. به گونه‌ای که دفع و یا استفاده از فاضلابهای خام و یا نیمه تصفیه شده، علاوه بر اتلاف منابع عظیم آبی، موجبات آلودگی شدید و فزآینده محیط‌های زیست تحت تاثیر را فراهم می‌آورد.
صنایع غذایی، یکی از گسترده ترین و متنوع ترین طبقات صنعتی را به خود اختصاص می‌دهند و پساب‌های آنها در میان صنایع مختلف، معمولاً حاوی مقادیر قابل توجهی از هیدروکربن‌ها، پروتئین‌ها، چربی‌ها، رنگ‌ها، اسانس‌ها و مواد نگهدارنده می‌باشد. این ترکیبات، با افزایش مقادیر بار آلی روغن و چربی، مواد معلق و کدورت، به شدت تصفیه پذیری آنها را پیچیده و پرهزینه می‌نماید.
آنچه مسلم است اینکه تنوع زیاد در تولید محصولات غذایی و به ویژه محصولات لبنی، تنوع در ماهیت، ترکیب، شدت و دامنه آلایندگی پساب‌های تولیدی را به همراه دارد. (وانگ و همکاران، 1391)
امروزه صنایع غذایی نقش به سزایی را در تامین منابع غذایی جوامع انسانی ایفا می‌نمایند و حتی به عنوان یکی از طرق تجارت خارجی کشورها به شمار می‌روند. از طرفی صنایع لبنی، یکی از مهم ترین بخش‌های صنعتی مولد فاضلاب محسوب شده و به دلیل ماهیت شدیدا" آلاینده خود، در فرآیند آلوده سازی منابع آب دخالت جدی دارند. شایان ذکر است که برخی از محتویات قبلی پساب‌های صنایع لبنی به دلیل ماهیت ارزشمند خود، امروزه کمتر به همراه این پساب، تخلیه و به منابع پذیرنده دفع می‌شوند. لیکن معمولا" پساب صنایع لبنی، محتوی مقادیر قابل توجهی بار مواد آلی است و مراحل مختلف فرآیند تولید محصولات لبنی، اعم از آب شست و شوی مخازن، تاسیسات، ماشین آلات، آب شست و شوی رزین‌های تبادل یونی، لجن‌های خروجی از ته نشینی‌های تصفیه خانه، آب تخلیه دیگ‌های بخار، آب شست وشوی ذرات کازئین، پنیر و...، حاوی مقادیر قابل توجهی آلاینده‌های تولیدی ناشی از پساب در این صنعت می‌باشد. (علوی مقدم، 1373)
پساب صنایع لبنی ، معمولا" خنثی یا کمی قلیایی بوده ولی ممکن است به سرعت، کمی حالت اسیدی یابد. چرا که قند شیر می‌تواند به اسید لاکتیک تبدیل گردد. به عبارتی دیگر، لاکتوز موجود در فاضلابهای لبنی، به علت کمبود اکسیژن ممکن است به اسید لاکتیک تبدیل شده و در اثر افت PH کازئین رسوب نماید. به علاوه فاضلابهای لبنی، حاوی مقادیری مواد معلق بوده و در آنها ممکن است بوی ناشی از اسید بوتیریک حاصل از متلاشی شدن کازئین، مشکلات پساب آنها را مضاعف نماید. (خسروی و همکاران، 1388)
تجزیه بیولوژیکی، یکی از کارآمدترین گزینه‌های حذف مواد آلی از پساب‌های لبنی می‌باشد. چرا که سیستم‌های بیولوژیکی، قادر به تجزیه میکروبی مواد آلی پیچیده بوده و توانایی جذب فلزات سنگین توسط میکروب‌های مناسب را دارند. در این میان، فرآیند لجن فعال، به عنوان یک فرآیند تصفیه پیوسته با استفاده از مجموعه میکروب‌های معلق موجود در فاضلاب، به منظور جذب و تجزیه بیولوژیکی آلاینده‌های آلی در یک تانک هوادهی تعریف می‌شود. به طوری که بخشی از ترکیبات آلی، به طور کامل به محصولات نهایی بی‌ضرر و بخش دیگر مواد آلی به منظور فراهم سازی انرژی مورد نیاز فرآیند رشد میکروبی و تشکیل جرم سلولی (لخته)، اکسید خواهد شد. (وانگ و همکاران، 1391)
ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﮔﺴﺘﺮﺩﮔﻲ ﺻﻨﺎﻳﻊ ﻟﺒﻨﻲ ﻭ ﻛﺎﺭﺧﺎﻧﺠﺎﺕ ﺷﻴﺮ ﭘﺎﺳﺘﻮﺭﻳﺰﻩ ﺩﺭ ﻛﺸﻮﺭ, ﺟﻬﺖ ﺟﻠﻮﮔﻴﺮﻱ ﺍﺯ ﺁﻟﻮﺩﮔﻲ ﻣﺤﻴﻂ ﺯﻳﺴﺖ، ضروری است ﮔﺎﻣﻲ اصولی ﺩﺭ ﺭﺍﺳﺘﺎﻱ بهینه سازی سیستم ﺗﺼﻔﻴﻪ ﭘﺴﺎﺑﻬﺎﻱ ﺗﻮﻟﻴﺪﻱ این صنایع ﺑﺮﺩﺍﺷﺘﻪ ﺷﻮﺩ. چراکه ﻓﺎﺿﻼﺑﻬﺎﻱ ﺻﻨﺎﻳﻊ ﻟﺒﻨﻲ، ﻣﻌﻤﻮﻻً ﺣﺎﻭﻱ ﺷﻴﺮ، ﺁﻣﻮﻧﻴﻮﻡ ﻭ ﻓﺴﻔﺎت بوده و ﺑﻨﺎﺑﺮﺍﻳﻦ، ﺣﺎﻭﻱ ﻓﺎﻛﺘﻮﺭﻫﺎﻱ ﺍﻭﺗﺮﻭﻓﻴﻜﺎﺳﻴـﻮﻥ (Eutrophication) ﺩﺭ ﻣﻨﺎﺑﻊ پذیرنده ﻃﺒﻴﻌﻲ اند. ﺍﻭﺗﺮﻭﻓﻴﻜﺎﺳﻴﻮﻥ، موجب ﺻﺪﻣﻪ رسانی ﻭ ایجاد ﺗﻐﻴﻴﺮ در ﺍﻛﻮﺳﻴﺴﺘﻢ ﺁﺑﻲ گردیده ﻭ ﺗﻬﺪﻳﺪﻱ ﺑﺮای ﺳﻼﻣﺖ ارگانیزم‌های ﺁﺑﻲ به شمار می رود ﻭ ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ موجبات ﺻﺪﻣﻪ رسانی ﺑﻪ ﺍﻗﺘﺼﺎﺩ ﺍﺟﺘﻤﺎﻋﻲ ﻭﺍﺑﺴﺘﻪ را فراهم می سازد. ﭘﺴﺎﺑﻬﺎﻱ ﺻﻨﺎﻳﻊ ﻛﺸﺎﻭﺭﺯﻱ ﻭ ﻟﺒﻨﻲ ﺑﺎ ﻭﻳﮋﮔﻲ ﺧﺎﺻﺸﺎﻥ ﻛﻪ ﺩﺍﺷﺘﻦ ﻣﻴﺰﺍﻥ ﺑﺎﺭ آﻟﻲ ﺑﺎﻻ ﺍﺳﺖ، ﺍﺯ ﺁﻟﻮﺩﻩ ﻛﻨﻨﺪﻩ ﺗﺮﻳﻦ ﭘﺴﺎﺑﻬﺎ ﺑﻪ ﺷﻤﺎﺭ ﻣﻲ ﺭﻭﻧﺪ ﻭ ﺗﺼﻔﻴﻪ ﺍﻳﻦ ﮔﻮﻧﻪ فاضلاب‌ها، ﺑﺨﺎﻃﺮ ﺑﺎﺭ آﻟﻲ ﺑﺎﻻ، ﻫﻤﻮﺍﺭﻩ ﺑﺎ ﻣﺸﻜﻞ ﻣﻮﺍﺟﻪ ﺑﻮﺩﻩ ﻭ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺑﺎﻻ ﺑﻮﺩﻥ ﻣﻮﺍﺩ ﺁﻟﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺠﺰﻳﻪ ﺑﻴﻮﻟﻮﮊﻳﻜﻲ ﺩﺭ ﺍﻳن گونه فاضلاب‌ها، ﺗﺼﻔﻴﻪ ﺑﻴﻮﻟﻮﮊﻳﻜﻲ ﺟﻬﺖ ﻛﺎﻫﺶ ﺑﺎﺭ ﺁﻟﻮﺩﮔﻲ آنها، ﺑﺴﻴﺎﺭ ﻣﺆﺛﺮ ﺑﻮﺩﻩ ﻭ ﻣﻲ ﺗﻮﺍﻧﺪ ﻣﻔﻴﺪ ﻋﻤﻞ ﻧﻤﺎﻳﺪ. (ترابیان و همکاران 1385)
روش لجن فعال، یك روش بیولوژیكی هوازی تصفیه فاضلاب است که در اوایل دهه 1880 میلادی، توسط دکتر اسمیت ابداع گردیده و پس از مدتی و از حدود 100 سال پیش، بطور مؤثر و گسترده‌ای برای تصفیه فاضلابهای بهداشتی و شهری بكارگرفته شده است. با اثبات كارآیی بسیار خوب این روش، تاکنون مطالعات و بررسی‌های گسترده ای برای بهبود هرچه بیشتر آن به انجام رسیده، بطوریكه به تدریج، انواع مختلفی از این روش طراحی شده و به اجرا درآمده است. (مسافری، 1377).
در واقع، تمامی این تغییرات اصلاحی، برای سازگار نمودن هرچه بیشتر این روش با نیازمندیهای مختلف سیستم تصفیه می باشد، به طوری كه امروزه از این روش، حتی برای تصفیه انواع فاضلابهای صنعتی كه قابلیت تصفیه بیولوژیكی دارند، استفاده می‌شود. تثبیت تماسی، هوادهی گسترده، اكسیژن خالص، تغذیه مرحله‌ای و نهر اكسیداسیون، همگی انواع مختلفی از روش لجن فعال هستند. (حسنی و همکاران، 1385)
یکی از مهم ترین موضوعات، قبل از طراحی و اجرای هر تصفیه خانه فاضلاب، انتخاب بهترین فرآیند تصفیه است. در سالهای اخیر، مطالعات و مدل‌های بهینه سازی زیادی برای یافتن بهترین گزینه تصفیه فاضلاب ارائه شده که بیشتر آنها، تنها هزینه‌های سرمایه گذاری و بهره‌برداری را مورد توجه قرار داده اند. اما گزینه واجد حداقل هزینه، ممکن است بهترین گزینه نباشد. از طرفی، انتخاب بهترین فرآیند تصفیه، معمولاً پیچیده بوده و دارای عدم قطعیت‌های زیادی است. این شرایط برای تصفیه خانه‌های صنایع لبنی که از تنوع کمی و کیفی قابل ملاحظه ای، برخوردار بوده و عدم قطعیت‌های بیشتری در پی دارند، از اهمیت بالاتری برخوردار است. اگرچه تنوع تصفیه خانه‌های فاضلاب، به خصوص از نظر ظرفیت و شرایط خاص محلی اجازه‌نمی دهد که در انتخاب فرآیند تصفیه، یک حکم کلی مطرح شود که در تمامی موارد، صادق و کاربردی باشد، ولی از نظر اولویت در انتخاب فرآیند تصفیه ممکن است نکاتی ملاک عمل قرار گیرد که در بیشتر تصفیه خانه‌ها قابل استفاده باشد.
فهرست مطالب
فصل 1 ویژگی‌های فنی، طراحی و فرآیندی صنایع لبنی 7
1.1 ویژگی‌های فنی و طراحی صنایع لبنی 8
1.2 ویژگی‌های فرآیندی صنایع لبنی 17
فصل 2 روش شناسی فرآیند لجن فعال در تصفیه پساب لبنی 23
2.1 منابع تولید پساب در صنایع لبنی 24
2.2 انواع فرآیندها و سیستم‌های متداول تصفیه به روش لجن فعال 29
2.3 روشهای مختلف تصفیه به کمک لجن فعال 43
2.4 کارآیی انواع سیستم‌های لجن فعال در صنایع لبنی 43
2.5 عملکرد سیستم‌های لجن فعال به لحاظ محدودیت‌ها و قابلیت ها 48
2.6 مبانی طراحی سیستم تصفیه خانه‌های لجن فعال 53
فصل 3 روش شناسی تصمیم سازی و مدیریت راهبردی سیستم‌های تصفیه پساب 59
3.1 فرآیند متدولوژیک تحقیق 60
3.2 روش ها و تکنیک های بکار رفته در تحقیق 64
فصل 4 نمونه کاربست عملی فرآیند مدل سازی جهت ارتقاء عملکرد زیست محیطی سیستم تصفیه پساب لبنی به روش لجن فعال 79
4.1 نمونه مبانی طراحی سیستم تصفیه پساب صنعتی یک کارخانه صنایع لبنی 80
4.2 تعیین تعداد جامعه آماری منتخب 89
4.3 مشخصات گروه‌های هدف پرسشنامه 90
4.4 تجزیه و تحلیل پارامترهای شاخص عملکردی سیستم تصفیه پساب صنعتی کارخانه لبنی مورد مطالعه 91
4.5 تجزیه و تحلیل آماری نتایج تکمیل پرسشنامه دلفی 98
4.6 تجزیه و تحلیل معیارهای کیفی موثر و سناریوهای راهبردی در فرآیند تصمیم‌سازی سیستم‌های تصفیه پساب صنایع لبنی با استفاده از تکنیک لکسیکوگراف و نرم‌افزار MATLAB 102
4.7 دسته‌بندی انواع استراتژی‌های راهبردی تصفیه پساب صنایع لبنی با محوریت کارخانه مورد مطالعه 110
4.8 تعیین برنامه های اقدام مبتنی بر اصول مدیریت و مهندسی زیست محیطی تصفیه پساب لبنی با محوریت کارخانه تحت بررسی 114
4.9 فهرست منابع و مراجع مورد استفاده 119
