تصفیه خانه فاضلاب

مقدمه:

در هر جامعه ای فاضلاب و آلاینده های هوا تولید می شود و فاضلاب تولید شده ضرورتا می بایست دوباره به آن بازگردد. از نقطه نظر تولید، فاضلاب بصورت ترکیبی از آب و یا هر مایع دیگر و مواد زائد موجود در آن که در مناطق مسکونی، تجاری و یا صنعتی تولید می شوند تعریف می شود. این مواد ممکن است به آبهای زیر زمینی و یا سطحی نیز نفوذ یابند.

هرگاه فاضلاب تصفیه نشده تجمع پیدا کند، تجزیه مواد ارگانیک موجود درآن منتهی به وضعیت آزاردهنده ای از جمله تولید گازهای بدبو می شود. به علاوه فاضلاب تصفیه نشده حاوی تعداد زیادی از میکروارگانیسم های بیماری زا است که می توانند در بدن انسان رشد کنند. فاضلاب همچنین حاوی مواد غذایی مناسب جهت رشد گیاهان بوده و ممکن است حاوی ترکیبات سمی و یا ترکیباتی با قابلیت ایجاد سرطان نیز باشد. به دلایل فوق حذف سریع و بدون مشکل فاضلاب از منابع تولیدکننده آن، تصفیه، آماده سازی جهت استفاده مجدد و یا دفع به محیط امری ضروری به جهت حفظ سلامتی افراد و نیز محیط زیست است.

مهندسی فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است که در آن اصول پایه دانش و مهندسی مرتبط با تصفیه فاضلاب بکاربرده می شود. انتخاب فرایند تصفیه و نیز نحوه توالی فرایندها به عوامل زیادی از جمله عوامل زیر وابسته است:

۱- خصوصیات فاضلاب از قبیل BOD ، TSS ، pH و مقدار مواد سمی موجود در فاضلاب.

۲- کیفیت مطلوب پساب تصفیه شده.

۳- هزینه ها و دسترسی .

۴- ملاحظات مربوط به ارتقا در کیفیت آب تصفیه شده، وابسته است.

در این قسمت اطلاعات کلی و مختصری در مورد انواع فرایندهایی که در تصفیه فاضلاب انجام می شود.

تصفیه اولیه:
تصفیه اولیه فاضلاب شامل حذف مواد جامد معلق از فاضلاب و یا آماده سازی فاضلاب جهت ورود به قسمت تصفیه ثانویه می باشد. بخش ها مختلف تصفیه اولیه عبارتند از :
۱- آشغالگیری،
۲- ته نشینی،
۳- شناورسازی،
۴- خنثی سازی و متعادلسازی.

آشغالگیری به منظور حذف مواد جامد در اندازه های مختلف بکار می رود. ابعاد مجرای شبکه آشغالگیری بسته به کاربرد متفاوت می باشد. عمل تمیز کردن شبکه آشغالگیر می تواند بصورت دستی و یا مکانیکی انجام شود. آشغالگیرها به دو دسته شبکه بندی ریز و شبکه بندی درشت تقسیم می شوند و وظیفه محافظت پمپ ها و سایر تجهیزات تصفیه خانه در مقابل مواد جامد شناور در فاضلاب را بر عهده دارند.

ته نشینی به منظور جداسازی ذرات شناور در فاضلاب با استفاده از اختلاف چگالی میان ذرات با جریان فاضلاب بکار می رود. ته نشینی در یک و یا چند بخش از تصفیه خانه از قبیل :۱- مخازن دانه گیری۲- ته نشینی اولیه که قبل از تصفیه بیولوژیک قرار دارد و مواد جامد را جدا می سازد ۳- ته نشینی ثانویه که بعد از تصفیه بیولوژیکی قرار داشته و لجن بیولوژیک تولید شده را از فاضلاب جدا می سازد٬ استفاده می شود.

شناورسازی به منظور جداسازی ذرات با چگالی پایین از فاضلاب بکار می رود. عمل جداسازی از طریق واردکردن حبابهای هوا به داخل فاز مایع انجام می شود. فاز مایع تحت فشاری بین ۲ تا ۴ اتمسفر قرار گرفته و سپس هوا تا حد اشباع در آن حل می شود. در ادامه فشار این محلول از طریق عبور از یک شیرفشارشکن به حد فشار اتمسفر می رسد. در نتیجه مقداری از هوای محلول تمایل به جدا شدن از فاز مایع پیدا می کند. ذرات جامد و یا مایع توسط هوای جدا شونده از فاز مایع به سطح مایع آمده و بر روی آن شناور می شوند.

خنثی سازی در برخی از قسمتهای تصفیه خانه کاربرد دارد. از جمله: ۱- قبل از تخلیه آب تصفیه شده به محیط زیست. چراکه حیات موجودات آبزی به شدت نسبت به تغییرات هرچند ناچیز pH محیط از عدد ۷ به شدت وابسته است. ۲- قبل از شروع تصفیه بیولوژیک. برای انجام عمل تصفیه بیولوژیک pH محیط بین ۶٫۵ تا ۸٫۵ نگه داشته می شود تا حیات بیولوژیکی محتویات فاضلاب را تضمین نماید. عمل خنثی سازی را با افزودن اسید یا باز به جریان قلیایی یا اسیدی فاضلاب می توان انجام داد.

تصفیه ثانویه:

عبارت تصفیه ثانویه به تمامی فرایندهای تصفیه بیولوژیکی انجام شده در تصفیه خانه اعم از هوازی و غیرهوازی اطلاق می شود. روشهای رایج در تصفیه ثانویه فاضلاب عبارتند از:

۱- روش لجن فعال،

۲- هوادهی ممتد،

۳- لاگونهای هوادهی،

۴- استخرهای متعادلسازی،

۵- تصفیه بی هوازی،

روش لجن فعال بصورت یک فرایند پیوسته و با بازگشت مجدد لجن بیولوژیک شناخته می شود. سیستم لجن فعال از سه بخش اصلی تشکیل یافته است.

۱- یک راکتور که در آن میکروارگانیسم های موجود در فاضلاب بصورت معلق و در معرض هوادهی قرار دارند.

۲- جداسازی فاز جامد از مایع که معمولا در یک تانک جداسازی انجام می شود.

۳- یک سیستم برگشتی برای بازگرداندن مواد جامد جدا شده از فاز مایع در تانک جداسازی به راکتور. ویژگی مهم روش لجن فعال شکل گیری مواد جامد لخته شده و قابل ته نشینی است که این مواد در تانکهای ته نشینی از فاضلاب جدا می شوند.

هوادهی ممتد (Extended) شبیه روش لجن فعال متعارف بوده اما از جهاتی با آن متفاوت است. ایده اصلی در این روش که آنرا از روش لجن فعال متعارف متمایز می کند، به حداقل رساندن میزان لجن اضافی تولید شده می باشد. این امر از طریق افزایش زمان ماند تامین می شود. بنابراین حجم راکتورها در این روش از حجم راکتورهای لازم برای روش لجن فعال بزرگتر است.

لاگونهای هوادهی حوضهایی با عمق ۱٫۵ تا ۴٫۵ متر هستند که در آنها اکسیژن دهی به کمک واحدهای هوادهی انجام می شود. جریان در لاگنهای هوادهی بصورت یکطرفه بوده و لجن دوباره به آن بازنمی گردد.

استخرهای متعادلسازی از هیچ تجهیزی جهت هوادهی استفاده نمی کنند. اکسیژن مورد نیاز این استخرها از طریق هوای عبوری از سطح فاضلاب و نیز جلبکها که با انجام عمل سنتز اکسیژن تولید می کنند، تامین می شود. استفاده از این روش زمانی امکان پذیر است که مساحت زیاد زمین با قیمت پایین در دسترس بوده و کیفیت مطلوب پساب تصفیه شده چندان بالا نباشد.

تصفیه بی هوازی علاوه بر تصفیه فاضلاب در هضم لجن نیز بکار می رود. این فرایند شامل دومرحله است:
۱- تخمیر اسید،

۲- تخمیر متان. در مرحله تخمیر اسید، مواد آلی به اسیدهای آلی و عمدتا اسید استیک می شکنند. در مرحله تخمیر متان، میکروارگانیسمهای متان اسیدهای آلی را به متان، دی اکسیدکربن و یک اسید با زنجیره کربن کوتاهتر تبدیل می کنند.

روش تصفیه بی هوازی به دلیل اینکه از هیچ تجهیزی استفاده نمی کند، روشی ارزان است. از طرف دیگر زمان ماند مورد نیاز آن در مقایسه روشهای هوازی بسیار بیشتر است. بوی بد حاصل از فرایند بی هوازی، که عمدتا ناشی از تولید H2S می باشد، سبب شده تا استفاده از این روش بخصوص در مناطق شهری با محدودیت مواجه شود .

تصفیه نهایی :

تصفیه نهایی شامل فرایندهایی است که به منظور دستیابی به پساب تصفیه شده با کیفیت بالاتر از آنچه در قسمت تصفیه ثانویه انجام می شود، اعمال می گردد. در این بخش به برخی از روشهای معمول در تصفیه نهایی اشاره می شود.

کلرزنی روشی است که بصورت گسترده در تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی بکار می رود. برخی صنایع که می بایست پسابهای خود را قبل از تخلیه به محیط تصفیه کنند، عبارتند از : کنسروسازی، لبنیات، کاغذ، نساجی، پتروشیمی و فلزی. عمده دلایل کلرزنی پساب عبارتند از:

۱- گندزدایی، به دلیل ظرفیت بالای اکسیدکنندگی کلر ،رشد باکتریها و جلبکها را متوقف ساخته و از بین می برد.

۲- کاهش BOD .

۳- حذف یا کاهش رنگ و بوی پساب.

۴- اکسایش یونهای فلزی.

۵- اکسایش سیانیدها به مواد بی ضرر.

خواص میکروب کشی تشعشعات ناشی از پرتو فرابنفش سبب شده تا از بدو آشنایی با آن در اوایل قرن بیستم، کاربردهای گسترده ای بیابد. برای گندزدایی از فاضلاب اولین بار در دهه ۹۰ میلادی از اشعه فرابنفش استفاده گردید. در صورت استفاده از شدت مناسب پرتوهای تابیده شده، تشعشع فرابنفش قابلیت کشتن ویروسها و باکتریهای موجود در فاضلاب را بدون تولید مواد خطرناک دیگر را دارد.

سیستمهای کربن فعال یکی دیگر از روشهای معمول در حذف مواد ارگانیک عامل ایجاد رنگ و بو در تصفیه خانه های آب می باشد. وقتی که این مواد در تماس سطحی با کربن فعال قرار می گیرند، لایه ای از مولکولهای این مواد آلی بر روی سطح کربن به دلیل عدم تعادل نیرویی بین مولکولهای سطح کربن، انباشته می شود.

فرآوری و دفع لجن :

در مراحل مختلف تصفیه مقادیری لجن تولید می شود که می بایست آنها را به طریق مناسبی دفع نمود. هضم هوازی و بی هوازی، تغلیظ لجن، استفاده از سیستم های تحت فشار، تغلیظ به روش گریز از مرکز، بسترهای خشک کننده لجن و سوزاندن لجن راههای موجود برای دفع لجن می باشد.

هضم هوازی فرایندی است که در آن لجن تولید شده در قسمتهای مختلف تصفیه خانه برای مدت طولانی هوادهی می شود. هدف از هضم هوازی کاهش میزان لجنی است که در مراحل بعدی دفع می شود. هضم بی هوازی بر این واقعیت استوار است که اگر لجن ته نشین شده برای مدتی در یک تانک در بسته نگهداری شود، به مایع و گازی که عمدتا شامل متان است تبدیل می شود.

تغلیظ لجن یکی از روشهای ابتدایی و متداول در فرآوری لجن می باشد. این امر از طریق ۱- گرانشی؛ که در آن از تانکهای استوانه ای مجهز به چنگک دوار استفاده می شود. و یا ۲- شناورسازی با استفاده از هوای فشرده انجام می شود.

برای جداسازی مایعات با چگالی متفاوت، تغلیظ مواد آبکی و یا جداسازی، از روش گریز از مرکز به طور گسترده استفاده می شود. در یک واحد گریز از مرکز، لجن جامد بوسیله نیروی گریز از مرکز به دیواره داخلی یک محفظه استوانه ای که توسط الکتروموتور به چرخش در می آید، فشرده شده و سپس از طریق یک تسمه نقاله از دستگاه خارج می شود. مایعی که لجن از آن گرفته شده نیز از سمت دیگر دستگاه خارج می شود.

خشک کردن لجن بر روی بسترهای شنی بوسیله جریان هوا یکی از روشهای اقتصادی جهت آبگیری از لجن می باشد. این روش برای تصفیه خانه های کوچک شهری و صنعتی قابل استفاده می باشد. آبگیری از لجن توسط دو مکانیزم آنجام می شود. ۱- جذب سطحی آب به داخل بستر شنی ، ۲- تبخیر آب. عملی بودن این روش منوط به دسترسی ارزان به سطح وسیعی از زمین و نیز آب و هوای مناسب ( آب و هوای گرم و خشک) می باشد.

سوزاندن لجن شامل تبدیل مواد آلی به مواد اکسید شده یعنی دی اکسیدکربن ، خاکستر و آب می باشد. سوزاندن لجن عمدتا در تصفیه خانه های با ظرفیت متوسط به بالا که از انتخابهای محدودی جهت دفع لجن برخوردارند، انجام می شود. لجن قبل از سوزانده شدن معمولا نیازی به انجام عملیات تثبیت لجن ندارد .

روشهای جدید در تصفیه فاضلاب ( SBR, UASB,….. ) :
واحد SBR

واحد SBR از یک راکتور پر و خالی شونده تشکیل شده که در آن اختلاط کامل صورت می گیرد و علاوه بر آن هوادهی و ته نشینی که بعد از مرحله واکنش می باشد،در یک تانک انجام می شود. در تمام سیستمهای SBR عمل تصفیه در قالب ۵ مرحله ای که در ادامه می آید، بصورت متوالی انجام می شود.

۱- پرشدن،

۲- واکنش(هوادهی)،

۳- ته نشینی،

۴- تخلیه ،

۵- آزاد.

در طی مرحله پرشدن، فاضلاب به سیستم وارد می شود. در طی فرایند پر شدن سطح مایع موجود در راکتور از ۷۵درصد در انتهای مرحله آزاد به ۱۰۰درصد می رسد. در خلال پرشدن، محتویات راکتور در حال مخلوط شدن و یا مخلوط و هوادهی شدن توامان هستند تا به واکنشهای بیولوژیکی در حال انجام در داخل راکتور سرعت ببخشند.

در طی فرایند واکنش، واکنشهای آلی تحت شرایط کنترل شده محیطی بر روی مواد آلی موجود در فاضلاب انجام می شود.

در طی فرایند ته نشینی، مواد جامد تحت شرایط سکون شروع به ته نشینی می کنند و نتیجه آن پساب تصفیه شده ایست که آماده تخلیه از سیستم SBR است.

پساب تصفیه شده در طی مرحله تخلیه از سیستم خارج می شود. برای تخلیه پساب تصفیه شده از مکانیزمهای متعددی از جمله دریچه های سرریز می توان استفاده نمود.

مرحله آزاد در یک سیستم SBR که از چند تانک استفاده می کند، زمان لازم را برای پرشدن یک تانک قبل از اینکه مرحله بعدی (واکنش) شروع شود، فراهم می سازد. به دلیل اینکه این مرحله چندان ضروری نیست، گاهی از سیستم SBR حذف می شود.

در مورد فاضلابهای با جریان دائمی، حداقل به ۲ تانک نیاز است تا زمانی که یک تانک در حال پرشدن است، تانک دیگر در حال انجام مرحله تصفیه باشد.

واحد UASB

یکی از پیشرفت های قابل توجه در تکنولوژی مربوط به سیستمهای تصفیه بی هوازی راکتور UASB می باشد که در اواخر دهه ۷۰ میلادی در هلند شکل گرفت. در این فرایند، فاضلاب از انتهای راکتور UASB وارد آن شده و از میان واحد روکش لجن به سمت بالا جریان پیدا می کند. اجزای اصلی راکتور UASB سیستم توزیع فاضلاب ورودی، جداکننده فازگاز از جامد و طرح خروج پساب تصفیه شده می باشد.

ویژگی اصلی سیستمهای UASB که به آن این امکان را می دهد تا در مقایسه با سایر فرایندهای بی هوازی از فاضلاب با بار COD بسیاربالاتری استفاده کند، تولید لجن به صورت گرانوله می باشد. تولید لجن بصورت دانه دانه در سیستمهای UASB به چندماه زمان احتیاج دارد که این زمان را با برخی افزودنی ها به آن، می توان کاهش داد.

پیوست :
pH

میزان غلظت یونهای هیدروژن است که پارامتر کیفی مهمی درمورد آبهای طبیعی و همین طور فاضلاب بشمار می رود. محدوده مناسب این پارامتر برای وجود حیات بیولوژیکی، بازه کوچک ۶ تا ۹ می باشد. به همین دلیل تصفیه فاضلاب با تمرکز بیش حد یون هیدروژن به روشهای بیولوژیکی دشوار می باشد و اگر میزان آن کاهش نیابد، پساب تخلیه شده به محیط ممکن است pH آبهای طبیعی را نیز تغییر دهد. محدوده مناسب pH پساب تخلیه شونده به محیط بین ۶٫۵ تا ۸٫۵ می باشد.

BOD

میزان اکسیژن مورد نیاز جهت اکسید کردن مواد آلی قابل تجزیه در حجم معینی از فاضلاب، به روش هوازی.

ThOD
میزان تئوریک اکسیژن مورد نیاز جهت اسیدکردن کامل یک ترکیب.
COD

مقدار اکسیژن لازم جهت اکسیدکردن مواد آلی موجود در حجم معینی از فاضلاب که می تواند به صورت شیمیایی با استفاده از دی کرومات محلول در اسید اکسید شود.

TOC
تمام مقدار کربن آلی موجود در یک نمونه فاضلاب آبدار.
TS
تمام ذرات جامد موجود در فاضلاب از ذرات درشت تا ذرات ریز کلوییدی.
TVS
مواد جامدی که در طی سوزاندن TS فاضلاب بخار شده و از بین می روند.
VSS
مواد جامدی که در طی سوزاندن TSS فاضلاب بخار شده و از بین می روند.