تصفیه فاضلاب

جداسازی آلاینده های موجود در فاضلاب را با استفاده از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و یا بیولوژیکی را تصفیه فاضلاب می گویند. امروزه انسان براي رفع نيازهاي روزمرة خود در بخش‌هاي خانگي، بهداشتي و صنعت بصورت روزافزون آب را مورد مصرف قرار مي‌دهد كه حجم عمده‌اي از آن بصورت فاضلاب دفع مي‌گردد.

چرا تصفیه فاضلاب ضروری است؟

فاضلاب‌ها معمولاً بصورت مستقيم يا غيرمستقيم به منابع پذيرنده‌اي چون خاك، آبهاي زيرزميني، دريا و رودخانه‌ها تخليه مي‌گردند. هركدام از اين منابع پذيرنده برحسب مشخصات خود داراي يك قدرت خودپالايي و تصفيه محدودی مي‌باشند. به عبارتي ديگر اين منابع قادرند تا حدودي آلودگي را پذيرفته و در سيستم خود تصفيه نمايند.

همين قدرت خودپالايي براي ساليان بسيار دراز در حيات بشر به انسان در حفظ سلامت و پاكي محيط زيست وي كمك كرد. اما رفته رفته حجم آلودگي چنان بالارفت كه ديگر اين منابع پذيرنده قادر به تصفيه و پالايش آن نبودند و بدين صورت تجمع آلودگي در منابع پذيرنده آغاز شده و محيط زيست هرروز آلوده‌تر گرديد. در دهه‌هاي گذشته ادامه آلودگي محيط زيست سبب بروز تأثيرات منفي در سلامت انسان شد. شيوع بيماري‌هاي مسري، پيدايش بيماري‌هاي نو و اثبات بيماري‌زا بودن برخي تركيبات در دراز مدت همه و همه موجب شد كه انسان به دنبال راه‌حلي براي حفظ سلامت خود حركتهاي جديدي را به انجام رساند.

به عنوان اولين قدم به تدريج قوانين و مقرراتي براي دفع فاضلاب در سراسر دنيا تدوين گرديده و به مرور توليدكنندگان فاضلاب و مديران آنها مجبور به رعايت آنها شدند. با گسترش هرچه بييشتر آلودگي، جديت در اجراي مقررات و استانداردهاي زيست محيطي هم بالا گرفته است به گونه‌اي كه امروزه عدم رعايت استانداردهاي زيست محيطي در دفع فاضلاب‌هاي بهداشتي و صنعتي حتي باعث تعطيلي واحدهاي توليدكننده نيز مي‌گردد. بنابراين امروزه بايد بحث دفع مناسب فاضلاب و پسابهاي صنعتي بسيار مورد توجه قرارگرفته و اقدامات لازم براي تصفية آن صورت پذيرد.

تعاریف

به آبی که کیفیت آن در اثر استفاده از آن به نحوی تغییر کرده است که دیگر قابل استفاده نباشد، فاضلاب می­گویند. چنانچه منشأ تولید فاضلاب فعالیت­های انسانی باشد به آن فاضلاب ((انسانی)) گفته می­شود. با توجه به اینکه مهمترین هدف از مصرف آب در فعالیت­های انسانی تأمین شرایط بهداشتی است، بنابراین به فاضلاب انسانی گاهی فاضلاب ((بهداشتی)) هم گفته می­شود.

برای انجام تقریباً تمامی فعالیت­های صنعتی به مصرف آن نیاز است که همین مسئله باعث تولید ((فاضلاب صنعتی)) می­شود. کیفیت فاضلاب­های صنعتی به طور کلی با فاضلاب­های بهداشتی متفاوت بوده بطوریکه در برخی موارد مقدار آلاینده­های موجود در فاضلاب­های صنعتی بیش از 100 برابر فاضلاب­های بهداشتی است.

1-  فرآیندهای فیزیکی در تصفیه فاضلاب

به فرآیندهايي كه در آن براي جداسازي و حذف مواد آلاينده از نيروها و مكانيزم­هاي فيزيكي استفاده مي­شود، فرآیندهاي فيزيكي مي­گويند. برخي از فرآیندها مانند آشغالگيري، دانه گيري، ته­نشيني و فيلتراسيون از جمله فرآیندهاي فيزيكي تصفية فاضلاب هستند.

ویژگیهای اصلی فرآیندهای فیزیکی تصفیه فاضلاب عبارتند از:

1- معمولاً در مقابل فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی بسیار کم هزینه و مقرون به صرفه هستند.

2- حساسیت آنها نسبت به  دما و pH کم است.

3- نسبت به نوسانات کیفیت فاضلاب مقاوم هستند.

4- نیاز به بهره برداران با دانش و تجربه بالا ندارند.

مهمترین فرآیندهای فیزیکی تصفیه فاضلاب عبارتند از:

• آشغالگیری
• دانه گیری
• ته نشینی
• فیلتراسیون
• شناورسازی

1-1- آشغالگیری

اولین فرآیندی که معمولاً از آن در سیستم های تصفیه فاضلاب استفاده می شود، فرآیند آشغالگیری است. آشغالگیر وسیله ای است که مشابه یک الک می تواند ذرات درشت را از جریان فاضلاب جدا نماید. مهمترین اهداف استفاده از یک آشغالگیر عبارتند از:
1- جلوگیری از آسیب رسانی به تأسیسات و تجهیزات سیستم تصفیه مانند پمپها
2- پیشگیری از گرفتگی و انسداد مسیرهای انتقال فاضلاب در سیستم تصفیه
3- ممانعت از ایجاد اختلال در فرآیندهای تصفیه ای بعد از آشغالگیر

    امروزه انواع مختلفی از آشغالگیرها از نظر قطرذرات، جنس و سیستم تمیزکاری طراحی و ساخته شده اند که با توجه به شرایط هرپروژه باید بهترین گزینه را از بین آنها انتخاب نمود. اصلی ترین معیارهایی که در انتخاب یک آشغالگیر در نظر گرفته می شود عبارتند از:
1- راندمان مورد نظر جهت حذف ذرات به دلیل تأثیر بر نوع آشغالگیر و تجهیزات مربوطه
2- سهولت و ایمنی در بهره برداری و نگهداری سیستم
3- مشکلات احتمالی ناشی از بوی آشغال ها و ذرات جمع آوری شده
4- الزامات مربوط به جمع آوری، حمل و دفع آشغال ها
5- جداسازی موادآلی از آشغال ها به کمک شستشو و آبگیری مجدد آنها
6- روش دفع آشغال ها

انواع آشغالگیر

     معمولاً آشغالگیرها را براساس اندازه چشمه های آنها به سه دسته زیر تقسیم می کنند.
1- درشت دانه (میله ای) که اندازه چشمه های آن بزرگتر از 6 میلیمتر است.
2- ریزدانه که اندازه چشمه های آن 6 – 0.5 میلیمتر است.
3- بسیارریزدانه (میکرواسترینر) که اندازه چشمه های آن کمتر از 0.5 میلیمتر است.

2-1- دانه گیری

به منظور جداسازی مواد دانه­ای و تجزیه ناپذیر زیستی مانند ذرات ماسه به قطرهای بزرگتر یا مساوی 200 میکرون  از فرایند دانه گیری استفاده می­شود. ساختمان دانه­ گیرها باید به گونه­ای باشد که مواد قابل تجزیه سبک در آنها ته نشین نشده و وارد تصفیه خانه گردند. فرآیند دانه­ گیری نیز به عنوان یک فرآیند پیش تصفیه فاضلاب شناخته می­شود. برخی از انواع دانه گیرها عبارتند از:

1- کم عمق

2- عمیق (پیستا)

3- دایره­ای شکل

4- همراه با هوادهی

3-1- شناورسازی (چربیگیری)

در فاضلاب بهداشتی و برخی از فاضلابهای صنعتی مقادیر قابل توجهی از ذرات روغن و چربی وجود دارد. این ذرات به سبب چگالی کمتر نسبت به فاضلاب تمایل به شناور شدن بر روی سطح فاضلاب را دارند. از این رو برای حذف روغن و چربی­های نامحلول در فاضلاب از انواع مختلف سیستم­های شناورسازی استفاده می­شود. در این سیستم­های با ایجاد شرایط آرام در جریان فاضلاب و فراهم ساختن زمان ماند کافی چربی و روغن­های نامحلول فاضلاب بر روی سطح شناور شده و سپس بوسیله یک کف روب جمع­آوری می­شود.

برخی از انواع سیستم­های شناورسازی عبارتند از:

1- API

2- (Corrugated Plate Interceptors) CPI

3- DAF (Dissolved Air Flotation)

2- فرآیندهای شیمیایی در تصفیه فاضلاب

در برخي از موارد جهت حذف مواد آلاينده در فاضلاب لازم است كه از يك فرآيند شيميايي استفاده شود. از اين رو به روشهايي كه در آنها از فرآيندهاي شيميايي جهت تصفيه بكاربرده مي­شود، روشهاي شيميايي تصفية فاضلاب مي­گويند. چنين روشهايي گاه بصورت مستقيم و گاه بصورت غيرمستقيم سبب جداسازي مواد آلاينده از فاضلاب مي­گردند. تنظيم pH، انعقاد و لخته­سازي، ترسيب و اكسيداسيون شيميايي نمونه­هايي از روشهايي شيميايي تصفية فاضلاب مي­باشند.

خنثی سازی

حذف خاصیت اسیدی یا قلیایی به وسیله یک عامل شیمیایی متناسب را خنثی سازی می­گویند. بطورکلی هرگونه پساب که دارای pH خارج از محدوده خنثی باشد، باید قبل از دفع به محیط زیست خنثی سازی شود چراکه در غیراینصورت شرایط زیست موجودات زنده از بین رفته و باعث به مخاطره افتادن حیات آنها می­شود.به عنوان نمونه مطابق استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست ایران مقدار pH مجاز برای تخلیه پساب به آبهای سطحی و رودخانه­ها در محدوده 5/8-5/6 قراردارد.

همچنین به دلیل اینکه اکثر باکتریها و میکروارگانیسم­های تصفیه فاضلاب در شرایط خنثی قادر به فعالیت هستند، اگر بخواهیم پسابی را به کمک فرآیندهای بیولوژیکی مورد تصفیه قراردهیم، لازم است که قبلاٌ خنثی سازی شود. برای خنثی سازی یک فاضلاب قلیایی مقدار مشخصی اسید و برای خنثی سازی یک فاضلاب اسیدی مقدار مشخصی باز به آن افزوده می­شود.

کنترل اتوماتیک pH برای فاضلاب­ها بنا به دلایل زیر یکی از مشکل­ترین عملیات­ها در تصفیه فاضلاب است. این دلایل عبارتند از:

1- همانطور که در شکل 3-1 دیده می­شود، ارتباط بین pH و غلظت یا جریان معرف برای خنثی سازی اسید قوی- بازقوی به ویژه در هنگام رسیدن به 7=pH کاملاً غیرخطی است. همین مسئله ایجاب می­نماید که عملیات خنثی سازی بصورت چند مرحله­ای به انجام برسد.

2- pH ورودی می­تواند با سرعت 1 واحد pH در دقیقه تغییر کند.

3- نرخ شدت جریان می­تواند در عرض چند دقیقه دو برابر شود.

4- مقدار نسبتاً کمی معرّف باید بطور کامل با حجم زیادی از مایع و در مدتی کوتاه مخلوط شود.

3- تصفیه فاضلاب – فرآیندهای بیولوژیکی

فرآیندی را كه در آن براي تصفية فاضلاب از ميكروارگانيسم ها و فرآيندهاي بيولوژيكي مرتبط با آنها استفاده شده باشد، فرآیند بيولوژيكي تصفية فاضلاب مي گويند. ميكروارگانيسم ها و به خصوص باكتريها هريك در شرايط محيطي خاصي قادر به فعاليت و ادامة حيات مي باشند. بطوريكه برخي از آنها در حضور اكسيژن و برخي ديگر در غياب اكسيژن مي توانند فعاليتهاي حياتي داشته باشند. برهمين اساس فرآیندهاي بيولوژيكي را از نظر حضور و يا عدم حضور اكسيژن در فرآيند به دو دسته كلي فرآیندهاي هوازي و بي هوازي تقسيم بندي مي نمايند.

فرآیندهايي چون لجن فعال، لجن فعال با هوادهي گسترده، RBC و صافي هاي چكنده از جمله فرآیندهايي هوازي و فرآیندهايي مانند UASB و  ASBRاز جمله فرآیندهاي بي هوازي بيولوژيكي تصفية فاضلاب هستند. فرآیندهای بیولوژیکی را از جنبه نوع سیستم رشد میکروارگانیسم ها نیز تقسیم بندی می کنند. براین اساس چنانچه رشد میکروارگانیسم ها و باکتری ها در حالت معلق در درون فاضلاب به انجام برسد، به آن رشد معلق و در صورتیکه رشد آنها بر روی یک بستر (Media) اتفاق بیافتد، به آن رشد چسبیده  می گویند. با ترکیب این دو روش دسته بندی می توان فرآیندهای بیولوژیکی را به چهار دسته 1- هوازی با رشد معلق 2- هوازی با رشد چسبیده 3- بی هوازی با رشد معلق و 4- بی هوازی با رشد چسبیده تقسیم بندی نمود.

1-3- تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال

 فرآیند لجن فعال : يک فرآیند بيولوژيكي هوا دي تصفیه  فاضلاب از نوع رشد معلق است. در این فرآیند باکتری­ها و دیگر میکروارگانیسم­ها در مجاورت آب و اکسیژن کافی، مواد آلاینده موجود در  فاضلاب را جذب و سپس تجزیه نموده و باعث تصفیه فاضلاب می­شوند. اين فرآیند از حدود 100 سال پيش بطور مؤثر و گسترده­اي براي تصفية انواع فاضلاب هاي شهري و صنعتی بكار گرفته شده است. با اثبات كارايي بسيار خوب اين فرآیند مطالعات و بررسي ­ها براي بهبود هرچه بيشتر اين فرآیند به انجام رسيد بطوري كه به تدريج انواع مختلفي از اين فرآیند طراحي و به اجرا درآمد.

تاریخچه

سابقه فرآیند لجن فعال به اوایل دهه 1880 میلادی برمی­گردد که در آن دکتر  Dr. Angus Smithتحقیقاتی را بر روی هوا دهی فاضلاب در یک تانک و تأثیر آن بر تسریع اکسیداسیون مواد آلی انجام داد. در ادامه این امر تحقیقات مختلفی بر روی هوا دهی فاضلاب انجام شد تا اینکه در سال 1910 میلادی Black & Phelps گزارش کردند که با تزریق هوا در مخزن فاضلاب می­توان بطور قابل ملاحظه­ای از فساد فاضلاب جلوگیری کرد.
در خلال سالهای 1913-1912 میلادی Clark &Gageدر مرکز پژوهشی Lawrenceبه این نتیجه رسیدند که با هوا دهی فاضلاب می­توان توده میکروارگانیسم­ها در بطری کشت کرد. این  پدیده در تانک نیز تا حدودی با تشکیل یک لایه یک اینچی مجزا روی سطح فاضلاب اتفاق افتاده که نقش قابل توجهی در تصفیه فاضلاب دارد. نتایج برجسته این پژوهش باعث شد که Dr. Fowler از دانشگاه منچستر انگلستان پیشنهاد تحقیقات مشابهی را در این خصوص بر روی سیستم فاضلاب شهر منچستر بدهد.
در سال 1914 و در نتیجه این پژوهش­ها Arden & Lockett دریافتند که لجن بدست آمده طی هوا دهی فاضلاب نقش بسیار مهمی را در تصفیه فاضلاب به عهده دارد. Arden & Lockettنام این فرآیند را ((لجن فعال)) گذاشتند. چرا که این نام بیانگر تولید یک توده فعال از میکروارگانیسم ­هایی بود که می­توانستند باعث تثبیت هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب شوند.

فرآیندهای تصفیه فاضلاب چگونه صورت میگرد؟ بیشتر بخوانید…

شرح 

    در فرآیند لجن فعال، بخش عمده­ای از مواد آلاینده فاضلاب را مواد آلی تشکیل می­دهند که باکتری­ها می­توانند با تغذیه و مصرف آن­ها باعث تصفیه فاضلاب شوند. بنابراین اصول تصفیه در این فرآیند بر مصرف مواد آلی توسط میکروارگانیسم­ها و به خصوص باکتری­ها استوار است. از این رو در این فرآیند برای پیشبرد روند تصفیه فاضلاب، ضروری­ است که تمامی شرایط برای رشد و تکثیر هرچه بهتر آنها فراهم گردد.
باکتری­ها برای ادامه حیات و فعالیت خود دارای سه نیاز اساسی غذا، آب و اکسیژن هستند. غذای آنها در واقع همان موادآلی است که در فاضلاب وجود دارد و باکتری­ها با مصرف آنها باعث تصفیه فاضلاب می­شوند. آب نیز به وفور در دسترس آنها قرار دارد چراکه محیط زیست آنها محیط فاضلاب بوده که یک محیط کاملا آبی است. بنابراین با تأمین اکسیژن می­توان شرایط اساسی رشد باکتری­ها را فراهم کرد. به منظور تأمین اکسیژن مورد نیاز باکتری­ها نیز معمولاً هوا به درون فاضلاب به صورت عمقی یا سطحی تزریق می­شود.

اجزا

1- یک رئاکتور که در آن میکروارگانیسم­های مؤثر در فرآیند تصفیه بصورت معلق نگهداری شده و به کمک هوادهی اکسیژن مورد نیاز آنها تأمین می­شود. به این رئاکتور معمولاً مخزن هوادهی نیز گفته می­شود.
2- یک واحد جداسازی جامدات (لجن) از آب که به آن معمولاً مخزن ته­نشینی یا زلال سازی می­گویند.
3- یک سیستم برگشت لجن از مخزن ته­نشینی به مخزن هوادهی

  بر این اساس در فرآیند لجن فعال فاضلاب ابتدا وارد مخزن هوا دهی (واکنش) می­شود. در این مخزن فاضلاب در مجاورت و دسترس باکتری­ها قرار می­گیرد. باکتری­ها با استفاده از اکسیژن تزریق شده و انجام فعالیت­های بیولوژیکی خود، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و به داخل بدن خود جذب می­کنند. جذب مواد آلی به داخل باکتری سبب حذف مواد آلی از جریان فاضلاب وتصفیه آن می­گردد. باکتری­ها بخشی از این مواد غذایی را بصورت انرژی به مصرف خود رسانده و بخشی دیگر را برای تکثیر و تولید باکتری­های جدید مورد استفاده قرار می­دهند.

مکانیزم عملکرد

  پس از فرآیند جذب و تجزیه مواد در مخزن هوا دهی ((مخلوط فاضلاب و میکروارگانیسم­ها)) وارد مخزن ته­ نشینی ثانویه می­شوند. در این مخزن برخی فعالیتهای بیولوژیکی سبب چسبیدن میکروارگانیسم­ها و باکتری­ها به یکدیگر و ایجاد لخته می­شود. این لخته­ ها به سبب وزن مخصوص بیشتر از آب به سمت پایین حرکت کرده و به تدریج در کف مخزن ته ­نشین شده و توده لجن بیولوژیکی را تشکیل می­دهند. بخش عمده­ ای از راند مان تصفیه فرآیند لجن فعال، به راند مان جداسازی لجن از آب در مخزن ته­ نشینی بستگی دارد. عدم جداسازی مناسب باعث می­شود که بخشی از لجن از سیستم خارج شده و بار آلودگی پساب خروجی را افزایش دهد.
پس از مرحله ته ­نشینی ،بخشی از لجن که حاوی مقادیر بسیار زیادی از میکروارگانیسم­ها و باکتری­های مؤثر در تصفیه فاضلاب است، به مخزن هوا دهی برای ادامه فرآیند برگشت داده می­شود که به آن ((لجن فعال برگشتی)) گفته می­شود. بخش دیگر لجن نیز که مازاد بر نیاز تصفیه است از سیستم دفع می­گردد.

طراحی

از نظر سیستم رشد میکروارگانیسم­ها فرآیند لجن فعال از نوع رشد معلق می­باشد. چراکه لخته­ های ناشی از توده باکتری­ها و میکروارگانیسم­ها در فضای مخزن هوا دهی معلق بوده و دائماً در حال حرکت و شناوری هستند.
به منظور کاهش بار وارده بر فرآیند لجن فعال در اغلب موارد از یک واحد پیش تصفیه که شامل یک واحد ته ­نشینی اولیه است، استفاده می­شود. در این واحد بخش عمده­ ای از مواد معلق قابل ته­ نشینی از فاضلاب جدا می­شوند. از آنجا که فرآیند لجن فعال اساساً برای حذف آلاینده­ های محلول مناسب می­باشد، لذا حذف مواد معلق قابل ته­ نشینی در واحد ته ­نشینی اولیه می­تواند کمک قابل توجهی به افزایش راند مان کند.
برای امکان طراحی یک سیستم لجن فعال علاوه بر حجم فاضلاب باید مقدار پارامترهای COD، sCOD، BOD₅، TSS، VSS و pH مشخص باشد.

انواع لجن فعال

از نظر رژیم جریان

 پس از اثبات کارایی بسیار خوب فرآیند لجن فعال در تصفیه انواع فاضلاب­ ها، اصلاحات و تغییرات مختلفی بر روی فرآیند انجام گرفته و انواع مختلفی از فرآیند لجن فعال بکارگرفته شد. در واقع تمامي اين تغييرات براي سازگار كردن اين فرآیند با نيازمندي هاي مختلف از سيستم تصفيه بود.  بطوريكه امروزه از اين فرآیند حتي براي تصفية انواع فاضلابهاي صنعتي كه قابليت تصفية بيولوژيكي دارند، استفاده مي­شود.
فرآیند لجن فعال را از نظر رژیم جریان در مخزن هوادهی نیز به دو دسته اختلاط کامل و قالبی تقسیم بندی می­نمایند. در رژیم اختلاط کامل غلظت میکروارگانیسم­ها و غذای در دسترس آنها در تمام بخش­های مخزن هوادهی یکسان است. این در حالی است که در رژیم قالبی غلظت در مخزن یکسان نیست.به علت عدم انجام اختلاط در رژیم قالبی، هر میکروارگانیسم در ابتدای مخزن هوادهی با مقدار مشخصی از غذا روبرو شده و همپای آن در طول مخزن هوادهی حرکت می­ نماید. در نتیجه در ابتدای مخزن هوادهی میکروارگانیسم­ها و غذای آنها در مجاورت یکدیگر قرارداشته و با حرکت به سمت خروجی، میکروارگانیسم­ها این غذا را جذب خود می­ کند.

از نظر فرآیند

براین اساس فرآیندهای لجن فعال اختلاط کامل، لجن فعال متعارفی با جریان قالبی، هواد هي گسترده، SBR، تثبيت تماسي، اكسيژن خالص، تغذية مرحله­ اي و نهراكسيداسيون همگي شکل­های مختلفی از فرآیند لجن فعال هستند.

    برای دریافت اطلاعات بیشتر درخصوص مشخصات و طراحی انواع فرآیندهای لجن فعال به لینکهای زیرمراجعه فرمایید.

1- اختلاط کامل

2-  متعارفی

3- هوادهی گسترده

4- تثبیت تماسی

پکیج  لجن فعال با هوادهی گسترده (EAAS)