روشهای تصفیه فاضلاب

روشهای تصفیه فاضلاب

بطورکلی روشهای تصفیه فاضلاب را می توان به سه دسته اصلی فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تقسیم بندی نمود. به ندرت اتفاق می افتد که یکی از روشهای گفته شده بتواند تمامی خواسته ها را از سیستم تصفیه برآورده سازد. بنابراین در اکثر موارد لازم است که ترکیبی از روشهای فوق استفاده شود. 
2-1- روشهای فیزیکی
روشهای فیزیکی روشهایی هستند که درآنها از نیروهای فیزیکی برای جداسازی مواداز جریان فاضلاب استفاده می شود. بدلیل سادگی فرآیندهای فیزیکی، روشهای فیزیکی اولین روشهای مورد استفاده در تصفیه فاضلاب بوده اند. همین سادگی در کارکرد سبب شده است که هزینه استفاده از آن در مقایسه با روشهای شیمیایی  و بیولوژیکی به مراتب کمتر باشد. بنابراین در انتخاب فرآیندهای تصفیه همواره سعی می گردد که از حداکثر توان روشهای فیزیکی برای تصفیه استفاده شود.
آشغالگیری، دانه گیری، ته نشینی، شناورسازی، چربی گیری و فیلتراسیون همگی نمونه هایی از روشهای فیزیکی درتصفیه فاضلاب می باشند.
الف: آشغالگیری
 اولین تصفیه ایست که در تصفیه خانه ها در مورد فاضلاب خام انجام می گیرد. در ضمن آن مواد معلق درشت را از فاضلاب جدا می سازند. اشغالگیری معمولاً با کمک صفحه های فلزی که سوراخ هائی به قطر چند میلیمتر تا چند سانتیمتر در آن ساخته شده و یا با کمک تورهای سیمی و به وسیله میله هائی که به صورت مایل در امتداد جریان فاضلاب قرار داده می شود انجام می گیرد.
این واحد برای حذف مواد جامد درشت مانند چوب و پلاستیک استفاده می شود.
آشغال گیرها برای حفاظت پمپها و سایر وسایل مکانیکی و جلوگیری از گرفتگی شیرها وسایر ملزومات در تصفیه  خانه فاضلاب استفاده می شود.

آنواع آشغال گیر

آشغال گیر دهانه درشت(Coarse Screen) این آشغال گیرها  شامل میله های عمودی با فاصله 1 سانتیمتر و بیشتر می باشد. جامدات زائد پشت میله ها در تصفیه خانه های کوچک به صورت دستی و در تصفیه خانه های بزرگ به صورت مکانیکی جمع آوری و دفع می گردد. 
 

آشغال گیر دهانه ریز (Fine Screen): از سیم های به هم پیچیده یا صفحه فلزی مشبک که بر روی یک دیسک دوار یا بشکه هایی سوار شده  و به شکل نیمه شناور درمسیر جریان قرار می گیرند.
 
ب:دانه گیری
برای حذف مواد دانه ای نظیر شن، ماسه، تفاله چای و قهوه و... از دانه گیری استفاده می شود.
سرعت جریان در حدی است که دانه ها ته نشین شوند ولی مواد آلی رسوب ننمایند (0.3 متر بر ثانیه)
اهمیت دانه گیری
-     نگهداری و حفاظت تجهیزات مکانیکی و اجتناب از فرسایش و تخریب زودرس آنها
-     جلوگیری از پرشدن و گرفتگی لوله ها و کانال ها که در اثر ته نشین شدن دانه ها ایجاد می شود.
-     جلوگیری از ازدیاد لجن اولیه و ثانویه به منظور کاهش ظرفیت تغلیظ و هضم لجن
-     تقلیل بوی فاضلاب
انواع دانه  گیری:
1-مکانیکی: حوض این نوع دانه گیر به صورت کانال های مستطیل شکل هستند و اکثرا دارای سیستمهای اندازه گیری دبی نظیر پارشال فلوم یا سرریز می باشند. فاضلاب اشغال گیری شده از یک طرف وارد کانال شده و در طول کانال عمل دانه گیری انجام می گیرد.معمولا یا تسمه بالابرنده مجهز به سطلک های جمع کننده یا جمع کننده های حلزونی دانه ها را از حوضچه دانه گیر جمع اوری می کند.
2-دانه گیری با هوادهی: در این روش جداسازی مواد دانه ای با کمک دمیدن هوا به فاضلاب انجام می شود. مقدار هوای ورودی بر مقدار دانه ها تنظیم گردد. این نوع دانه گیر معمولا بعد از آشغال گیر دهانه درشت و ایستگاه پمپاژ ورودی قرار می گیرد.
 
3-دانه گیری با جریان گردابی (سیکلونی)
دستگاه دانه گیر سیکلونی مخروطی شکل است. با نیروی گریز از مرکز دانه ها را جدا می کند. یعنی یک پمپ جریان را به شدت وارد سیکلون می کند. در اثر سرعت فاضلاب ورودی یک جریان گردابی در سیکلون ایجاد می شود. در قسمت پایین سیکلون لجن جمع می شود و از قسمت بالا فاضلاب خارج می شود. فاضلاب ورودی بر اساس دستورالعمل سیکلون و با توجه به حجم دانه های فاضلاب ورودی تعیین می گردد. میزان بازشدگی دریچه های  خروجی را بر اساس نیاز می توان تغییر داد.
ج-یکنواخت سازی جریان
•      نوساناتی آهنگ جریان و میزان آلودگی فاضلاب ورودی به اکثر تصفیه  خانه های فاضلاب مشاهده می شود.
•     یکنواخت سازی جریان برای برای غلبه بر مشکلات بهره برداری ناشی از نوسانات جریان، بهبود عملکرد واحدهای پایین دست و کاهش ابعاد و هزینه های ساخت واحدهای پایین دست مورد استفاده قرار می گیرد.
 کاربردهای یکنواخت سازی
1.    جریان های فاضلاب در دوره خشک
2.     جریان های دوره مرطوب در شبکه فاضلاب بهداشتی مجزا
3.     جریان های درهم فاضلاب بهداشتی و آبهای سطحی

د‌-    حوض ته نشینی اولیه
ته نشینی عبارت است از جدا کردن ذرات معلق سنگین تر از آب از طریق نیروی ثقلی است. لجن حاصله را اصطلاحا لجن اولیه یا  خام می نامند که توده زنده نمی باشد.   ته نشینی فیزیکی پرکاربردترین عملیات واحد تصفیه فاضلاب است.    مخازن ته نشینی اولیه به صورت مخازن ته نشینی مستطیل شکل یا بیشتر دایروی می باشند.
 

 2-2- روشهای شیمیایی
در روشهای شیمیایی فرآیند جداسازی یا تبدیل مواد آلاینده، به کمک افزودن موادشیمیایی ودر نتیجه واکنش های شیمیایی آن مواد صورت می گیرد. پیچیدگی در این فرآیندها به مراتب بیش از روشهای فیزیکی می باشد. همین پیچیدگی سبب دشواری نسبی در بهره برداری از روشهای شیمیایی می گردد. از این رو تا حدامکان سعی می شود که کمتر از روشهای شیمیایی در سیستم تصفیه استفاده شود. به علاوه هزینه خرید و نگهداری مواد شیمیایی مورد نیاز در برخی موارد مانع بزرگی در کاربرد فرآیندهای شیمیایی است.
ترسیب (انعقاد و لخته سازی) شیمیایی و گندزدایی با کلر وترکیبات آن جزء مهمترین روشهای شیمیایی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب هستند.
انعقاد و لخته سازی
در این واحد ماده منعقد کننده به فاضلاب اضافه شده و پیش از تشکیل لخته ها فاضلاب باید کاملا و به سرعت بهم زده شود و سپس وارد مخزن لخته سازی شود.در این مخزن ماده منعقد کننده توسط پمپ تزریق به داخل فاضلاب تزریق شده و به کمک یک همزن الکتریکی با دور تند با فاضلاب مخلوط می شود.
در این واحد همزن با دور کند ماده منعقد کننده را با فاضلاب مخلوط می کند. با به هم خوردن ملایم فاضلاب، رشد لخته ها شروع می شود. زمان توقف در این مخزن حدود 20-60 دقیقه است. لخته های ایجاد شده، ذرات رنگ و کدورت را در خود حبس می کنند آنگاه فاضلاب وارد حوضچه های ته نشینی شده تا در آنجا لخته ها و ذرات رسوب ته نشین شوند.
گندزدایی
1-کلرزنی
 برای از بین بردن کلیفرم ها و میکرواگانیسم ها انجام می گیرد
•     راندمان حذف بستگی به میزان کلر مورد استفاده (1.5 •   4 mg Cl/l) و زمان تماس (15 تا 30 دقیقه)دارد.
•     غلظت کلر باقی ماندهمیلی گرم بر لیتر (جریان لوله ای)
•     کلرآمین ها نمی توانند ویروس ها را غیر فعال سازند
•     کلرزنی یک تکنولوژی اثبات شده، ساده، ارزان قیمت است اما منجر به تشکیل محصولات جانبی در اثر واکنش با مواد آلی می گردد.
2-ازن زنی
•     اوزون یک گاز ناپایدار است (O3)
•     کلیه مواد آلی را اکسیده می کند
•     اثربخشی آن بستگی دارد به:
•       میزان ازن مورد استفاده (15-10 میلی گرم بر لیتر)
•       زمان تماس  (10-5 دقیقه)
•     حذف بالای ویروس ها و باکتری ها (99.999%)

گندزدایی با اشعه UV
•     طول موج مناسب UV بین nm 280-200
•     مختل کننده تکثیر  RNA  و  DNA
•     آلترناتیو بسیار مناسب برای  کلرزنی
•     اثربخشی  آن بستگی به
•      دبی راکتور
•       عمر لامپ UV 
•      تناوب نظافت
•     تجریه بالا در استفاده از این روش به دلیل استفاده زیاد ازآن
•     خطر آتش سوزی و  تشکیل موتاژن ها
2-3- روشهای بیولوژیکی
به آن دسته از روشهایی که درآنها از فرآیندهای بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب استفاده می شود، روشهای بیولوژیکی می گویند. در این روشها میکروارگانیسم ها (بویژه باکتریها) نقش اصلی را درفرآیند تصفیه برعهده دارند چراکه آنها با استفاده از مکانیزم های درونی خود مواد آلی موجود در فاضلاب را جذب کرده و از آن برای تولید سلول جدید و کسب انرژی استفاده می کنند.
از آنجا که سهم عمده ای از آلاینده های فاضلاب ها را مواد آلی تشکیل می دهند، استفاده از روشهای بیولوژیکی امروزه بطور گسترده ای برای تصفیه فاضلابها متداول شده است. روشهای بیولوژیکی قادرند با هزینه ای پایین، طیف گسترده ای از آلاینده ها را مورد تصفیه قرار دهند.

تصفیه بیولوژیکی معمولا به دو روش انجام می شود:
 هوازی: توسط باکتری های هوازیی انجام می شود.
 بیهوازی: توسط باکتری های بیهوازی صورت می گیرد.
عوامل اصلی تصفیه موجودات زنده میکروسکوپی هستند که در شرایط مناسب با وجود اکسیژن رشد و نمو داشته و موجب انجام فعل و انفعالاتی در فاضلاب می شوند که در طی آن مواد آلی تجزیه پذیر فاضلاب تبدیل به مواد پایدار قابل ته نشینی به صورت لجن می شود.

انواع باکتری تصفیه بیولوژیکی:

رشد معلق میکروبی
رشد چسبیده میکروبی
رشد هیبریدی (دوگانه)





انواع روش های لجن فعال
با توجه به نوع رژیم هیدرولیکی موجود، وجود یا عدم وجود هوادهی، نحوه ورود فاضلاب و مدت زمان هوادهی به انواع مختلفی تقسیم  می شوند که هر یک شرایط خاص خودشان را دارند.
معروف ترین این روش ها که در تصفیه فاضلاب شهری کاربرد دارند عبارتند از:
1.    سیستم لوله ای شکل
2.    اختلاط کامل
سیستم  لوله ای شکل
رژیم هیدرولیکی از نوع لوله ای شکل (Plug flow)  می باشد.
فاضلاب خام ورودی با لجن برگشتی مخلوط شده و هوادهی به صورت یکسان صورت می گیرد
  غلظت ماده غذایی ورودی به راکتور در ابتدا زیاد است اما به طور تدریجی کم می شود چون توسط میکروارگانیزم ها مصرف می گردد. یعنی میزان ماده غذایی کاهش می یابد ولی میزان تزریق اکسیژن تفاوتی نکرده است. یعنی این سیستم از نظر تامین اکسیژن سیستم مناسبی نیست.  عیب دیگر سیستم حساسیت این روش نسبت به شوک مواد آلی است.
 

اختلاط کامل
در این روش رژیم هیدرولیکی مخزن اختلاط کامل است و محتویات راکتور یا مخزن هوادهی کاملا با یکدیگر مخلوط می شوند و فرض بر این است که در هر نقطه از راکتور هوادهی غلظت BOD یکسان است.
مزیت عمده سیستم انعطاف پذیری نسبی آن در مقابل شوک مواد سمی است. غلظت ماده سمی بلافاصله بعد از ورود به راکتور پخش شده و کاهش می یابد.
غلظت اکسیژن ورودی متناسب با میزان بار مواد آلی است.
راندمان سیستم نسبت به سیستم نهرگونه کمتر است و زمان ماند بالاتری دارد
 
و- عملیات و فرآیندهای تصفیه لجن
الف: تغلیظ لجن
با توجه به بالابودن حجم لجن در اولین مرحله باید لجن غلیظ شود تا حجم سایر تاسیسات فرآوری لجن کم شود.
روش های تغلیظ لجن:
•    روش ثقلی:در یک حوض ته نشینی به لجن زمان داده می شود تا جامدات آن ته نشین شود.
•      روش شناورسازی: این روش برای لجنی که دانسیته کمی دارد نظیر لجن ثانویه مناسب است. با کم کردن فشار و دمیدن هوا لجن به سطح آمده و می توان آنرا جدا نمود.
•      روش مکانیکی: استفاده از سانتریفیوژ یا انواع فیلترها (نواری، تحت خلا و تحت فشار).
هضم لجن: عملیات کاهش مواد آلی در این مرحله انجام می گیرد و با این کار پتانسیل تولید بو کاهش داده می شود.
معمولا غلظت لجن از 3-1 درصد به 10-7 درصد در تغلیظ کننده های لجن قبل از اینکه وارد هاضم لجن شوند رسیده است.
زمان ماند لجن در هاضم بیهوازی لجن مابین 60-30 روز برای بارگذاری کم  و 20-10 روز برای بارگذاری زیاد می باشد.
دو نوع هاضم بیهوازی موجود:
هاضم یک مرحله ای
هاضم دو مرحله ای
در این هاضم ها مواد آلی به گازهای متان و دی اکسید کربن تبدیل می شود.
پ- فرآوری لجن
لجن پس از اینکه هضم شد (سلول های زنده خود را از دست داد براحتی آب خود را از دست خواهد داد
در این مرحله برای فرآوری لجن روش هایی نظیر افزودن اهک، آلوم، کلرید آهن و پلیمرها یا استفاده از روش های حرارتی یا فرآوری حرارتی استفاده می شود.
ت) آبگیری لجن:
•       آبگیری مکانیکی: استفاده از سانتریفیوژ یا انواع فیلتر
•       استفاده از بستر لجن (به دلیل اینکه لجن هضم شده است یعنی فاقد مواد آلی است مشکل تولید بو یا حشرات ندارد).
•     خشک کن های لجن: در صورتی که لجن کاملا ابگیری نشده باشد از این روش برای خشک کردن کامل لجن استفاده می شود.
•     دفع نهایی: لجن خشک شده می تواند به عنوان کود به مصرف کشاورزی برسد یا اینکه برای ساختن مصالح ساختمانی نظیر موزائیک یا سیمان استفاده شود به ویژه در حالتی که از خشک کن استفاده شده باشد.
تغلیظ لجن
•     تغلیظ کننده ثقلی
•     فیلتر بسترمانند
•     تغلیظ کننده استوانه ای
•     ته نشین کننده
•     شناورسازی
 
استانداردها و نکات مصرف فاضلاب تصفیه شده در کشاورزی
نحوه استفاده از فاضلاب و لجن در کشاورزی و استاندارد های موجود در این زمینه به قرار زیر هستند: 
•       حداکثر تعداد کلی فرم در یکصد میلی لیتر فاضلاب نباید بیشتر از یکصد عدد باشد . این رقم در 80 درصد نمونه های فاضلاب احیا شده باید برقرار باشد. در مورد آبیاری جنگل تعداد کلی فرم در هر یکصد میلی لیتر فاضلاب تا 1000 عدد قابل قبول است.
•    BOD5   فاضلاب مصرفی برای کشاورزی و  آبیاری فضای سبز را تا 80 میلی گرم در لیتر تعیین نموده اند.
•    COD   فاضلاب مصرفی برای کشاورزی و  آبیاری فضای سبز را تا 160 میلی گرم در لیتر تعیین نموده اند.
•      PH فاضلاب برای آبیاری بین 6 تا 8 مجاز است.
•       حداقل تماس کلر با فاضلاب تصفیه شده مصرفی کمتر از یک ساعت نباشد.
•      فاضلاب  تصفیه شده مصرفی در کشاورزی نباید در موارد شرب به کار رود.
•       کلر موجود در فاضلاب تصفیه شده مصرفی برای آبیاری نباید از 10 میلی گرم در لیتر تجاوز نماید.