تصفیه فاضلاب

افزایش جمعیت و مسئله کمبود آب و آلودگی محیط زیست در جوامع امروز سبب گردیده تا اهمیت تصفیه فاضلاب و راه اندازی آن در همه زمینه ها از اهمیت زیادی برخوردار گردد.

شرکت مهندسی آب پالایش آرا کیا (آب پاک) نیز با نگاه مهندسی و علمی در زمینه تصفیه آب و فاضلاب و تجربه بیش از 15 سال در پروژه های مختلف افتخار دارد که نقش بسزایی در جهت رفع این بحران ایفا می نماید.

در این مقاله سعی داریم تا با روند طراحی تصفیه خانه فاضلاب شهری بیشتر آشنا شویم.

لازم به ذکر است که طراحی تصفیه خانه فاضلاب تابعی از کیفیت فاضلاب ورودی و خروجی می باشد و هر واحدی در تصفیه خانه با هدفی مشخص طراحی می گردد.

بدون تصفیه فاضلاب امکان تخلیه فاضلاب ( WasteWater )، به محیط زیست نمی باشد.

اهداف تصفیه فاضلاب

الف – تامین شرایط بهداشتی برای زندگی مردم 

فاضلاب های شهری همیشه دارای میکروب های گوناگونی هستند که قسمتی از آنها را میکروب های بیماری زا تشکیل می دهند.

ورود فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست و منبع های طبیعی آب، چه آنهایی که روی زمین و چه آنهائی که در زیرزمین قرار دارند، موجب آلوده شدن این منبع ها به میکروب های بیماری زا می شود و بر اثر تماس انسان با این منبع ها خطر گسترش بیماری ها میان مردم به وجود می آید.

ب – پاک نگهداری محیط زیست 

وارد کردن فاضلاب های تصفیه نشده به محیط زیست موجب آلودگی این محیط شده که بجز خطرهای مستقیمی که برای بهداشت مردم دارد، نتایجی دیگر از قبیل ایجاد مناظر زشت، بوهای ناخوشایند و سرانجام تولید حشرات بخصوص مگس و پشه را به همراه دارد.

این حشرات خود وسیله ای برای جابجا شدن میکروب های بیماری زا و آلوده سازی محیط زیست با این میکروب ها هستند.

ج – بازیابی فاضلاب 

امروزه در تصفیه فاضلاب بازیابی های گوناگونی از فاضلاب انجام می گیرد که مهمترین ها به قرار زیر هستند :

1. کاربرد دوباره فاضلاب
2. تولید کود طبیعی
3. تولید انرژی

انواع فاضلاب و منشاء آن

فاضلاب ها بسته به شکل پیدایش و ویژگی آنها به سه گروه تقسیم می شوند :

خانگی، صنعتی و سرانجام فاضلاب های سطحی

فاضلاب های خانگی

فاضلاب های خانگی خالص تشکیل شده اند از فاضلاب دستگاه های بهداشتی خانه ها مانند : توالت ها، دستشویی ها، حمام ها، ماشین های لباسشویی و ظرفشویی، پساب آشپزخانه ها و یا فاضلاب بدست آمده از شستشوی قسمت های گوناگون خانه.

خواص فاضلاب های خانگی در سطح یک کشور تقریباً یکسان و تنها غلظت آنها بسته به مقدار مصرف سرانه آب در شهرها تغییر می کند.

آنچه در شبکه های گردآوری فاضلاب شهری، به نام فاضلاب خانگی جریان دارد بجز فاضلاب خانگی خالص دارای مقداری فاضلاب بدست آمده از مغازه ها، فروشگاه ها، تعمیرگاه ها، کارگاه ها، رستوران ها و موسسه های مانند آنها نیز است که اجباراً در سطح شهر و به طور پراکنده وارد کانال های گردآوری فاضلاب می شوند. چنین فاضلابی را فاضلاب خانگی ناخالص نیز می نامند.

فاضلاب های صنعتی

فاضلاب حاصل از صنایع و کارخانجات مختلف حاوی مواد سمی، فلزات سنگین و آلاینده های گوناگون می باشد که به آن فاضلاب صنعتی گفته می شود.

خواص فاضلاب های صنعتی و پساب کارخانه ها کاملاً به نوع فرآورده کارخانه بستگی دارد.

با توجه به این موضوع مهمترین تفاوتی که می تواند فاضلاب کارخانه ها با فاضلاب های خانگی داشته باشد عبارتند از :

الف : امکان وجود مواد و ترکیب های شیمیایی سمی در فاضلاب کارخانه ها بیشتر است.

ب : غالبا خاصیت خورندگی بیشتری دارد.

ج : خاصیت قلیایی و یا اسیدی زیاد دارد.

د : امکان وجود موجودات زنده در آنها کمتر است.

تنها بخشی از فاضلاب کارخانه ها که تقریباً در تمام کارخانه ها خاصیتی یکسان دارند، فاضلاب بدست آمده از تشکیلات خنک کننده آنها است.

آلودگی این فاضلاب ها بسته به شمار دفعه هایی که آب برای خنک کردن کارخانه بکار برده شده است متفاوت می باشد و معمولاً آلودگی آنها کمتر از فاضلاب های دیگر است و بیشتر به صورت وجود مواد نفتی و روغن در آنها نمودار می شود.

تصفیه فاضلاب صنعتی به مراتب پیچیده تر از فاضلاب بهداشتی می باشد و شامل ترکیبی از فرآیند های مختلف و فرآیند های تصفیه پیشرفته می باشد.

در مقاله “پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی” درباره فاضلاب صنعتی صحبت کرده ایم.

فاضلاب های سطحی (آب های سطحی)

فاضلاب های سطحی ناشی از بارندگی و ذوب یخ ها و برف های نقاط بلند هستند.

این فاضلاب ها به علت جریان در سطح زمین و تماس با آشغال های روی زمین و شستن سطح خیابان ها و پشت بام ها آلوده شده و مقداری مواد آلی و معدنی در آنها وجود دارد.

از این رو در شروع بارندگی درجه آلودگی فاضلاب های سطحی زیاد و پس از پاک شدن سطح های بارش، مقدار آلودگی آنها کاسته می شود.

بیشترین بخش مواد خارجی را در این فاضلاب ها مواد معدنی مانند ماسه و شن تشکیل می دهند که بر اثر شستشوی خیابان ها وارد فاضلاب می شوند.

بجز آن پس ماند ذرات گیاهی و حیوانی و مواد نفتی و دوده، بخش های دیگری از مواد خارجی موجود در آب های سطحی را تشکیل می دهند.

انواع تصفیه فاضلاب

هدف از تصفیه فاضلاب جداسازی موادی است که آن را برای مصارف بعدی قابل استفاده نماید و یا رها سازی آن به منابع آب و یا محیط زیست صدمه ای وارد نسازد.

موادی که معمولاً باید از فاضلاب جدا شوند شامل:

• مواد معلق و شناور
• مواد کلوئیدی
• و مواد محلول

می باشد که برای حذف این مواد از عملیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی استفاده می شود.

معمولاً عملیات فیزیکی برای جداسازی مواد شناور و معلق و عملیات شیمیایی و بیولوژیکی برای جداسازی مواد کلوئیدی و محلول به کار برده می شوند.

فاضلاب از دو منبع آلاینده تولید شده است:

تصفیه ی فاضلاب چه وقتی که به صورت مصنوعی و در تصفیه خانه انجام می گیرد و چه وقتی که به صورت طبیعی و خودبخودی رخ می دهد به سه گونه ممکن است انجام شود:

اول – تصفیه مکانیکی یا تصفیه فیزیکی

دوم – تصفیه زیستی یا تصفیه بیولوژیکی

سوم – تصفیه شیمیایی

تصفیه مکانیکی یا تصفیه فیزیکی

تصفیه مکانیکی از یک رشته فرآیندهایی تشکیل شده است که در آنها تنها از خواص مکانیکی و فیزیکی برای جداسازی مواد خارجی معلق در فاضلاب استفاده می شود.

مهمترین روش های مکانیکی متداول در تصفیه خانه های فاضلاب عبارتند از:

الف – گذرانیدن فاضلاب از صافی ها و گرفتن مواد معلق موجود در آن

ب – ته نشین کردن مواد معلق در فاضلاب و جداسازی آنها

ج – شناور کردن مواد معلق و گرفتن آنها از سطح فاضلاب

باید توجه داشت که در هریک از روش های نامبرده کم و پیش تصفیه زیستی نیز به صورت خود بخودی و توام با تصفیه مکانیکی انجام می گیرد، ولی مقدار و اثر آن در برابر تصفیه مکانیکی ناچیز است.

تصفیه شیمیایی نیز تنها هنگامی با تصفیه مکانیکی توام انجام می گیرد که از مواد شیمیایی برای تند کردن و تشدید پدیده های مکانیکی استفاده شود.

تصفیه زیستی یا تصفیه بیولوژیکی

در طبیعت میان نمک های معدنی نظیر نیترات ها، فسفات ها، سولفات ها و… و ترکیبات آلی مانند پروتئین انواع اسیدهای آلی، الکل و جز آن سیکل بسته ای به صورت زیر وجود دارد :

مواد معدنی با گرفتن گرمای ناشی از تابش خورشید توسط موجودات گیاهی جذب و تبدیل به مواد آلی می شوند.

در این کنش و واکنش معمولاً گیاهان اکسیژن آزاد می سازند. این پدیده فتوسنتز نامیده می شود.

در مقابل حیوانات و از جمله باکتری ها با جذب اکسیژن مواد آلی ناپایدار را تبدیل به مواد پایدار معدنی کرده و دوباره به طبیعت باز می گردانند.

همچنین این اکسیداسیون گرما نیز تولید می شود. در اینجا لازم به ذکر است که قسمتی از مواد آلی جذب شده از سوی حیوانات (باکتری ها) و همچنین قسمتی از مواد معدنی جذب شده توسط گیاهان صرف خودسازی و تولید مثل آنها می شود.

در یک تصفیه خانه فاضلاب هرگاه تصفیه مکانیکی برای کاهش آلودگی فاضلاب کافی نباشد، از کار موجودات زنده ای بنام باکتری های هوازی و یا بی هوازی برای ادامه تصفیه ی فاضلاب یاری می گیرند.

کار یکان های تصفیه زیستی (مرحله دوم تصفیه فاضلاب) در تصفیه خانه همانند تشدید عملی است که به طور خودبخودی در طبیعت رخ می دهد؛ یعنی با ایجاد محیطی مناسب برای رشد و افزایش تعداد باکتری های نامبرده، مدت زمان تصفیه ی طبیعی را، که ممکن است به چندین روز برسد، به چند ساعت کاهش می دهند.

دو گروه باکتری های هوازی و بی هوازی جزو گروه باکتری های ساپروفیت هستند که مواد غذایی خود را بر خلاف باکتری های انگلی از اجساد و پس مانده موجوات زنده تأمین می کنند و به همین دلیل این دسته از باکتری ها کارگران تصفیه خانه فاضلاب نامیده می شوند.

انواع تصفیه زیستی به موارد زیر تقسیم بندی می گردد :

– تصفیه زیستی با کمک باکتری های هوازی.

– با کمک باکتری های بی هوازی.

– با کمک باکتری های هوازی نیترات ساز و باکتری های بی هوازی نیترات زدا

– و با کمک باکتری های فسفات زدا.

تصفیه شیمیایی

اساس کار در تصفیه شیمیایی بر کاربرد مواد شیمیایی در تصفیه فاضلاب قرار دارد.

در تصفیه خانه های فاضلاب، مواد شیمیایی مانند کلرور فرریک و انواع مختلف پلیمرها را برای تأثیر گذاشتن روی مواد خارجی نامحلول و کلوئیدی و یا مواد محلول در فاضلاب بکار می برند.

بجز این از مواد شیمیایی مانند کلر برای گندزدایی و کشتن میکروب های موجود در فاضلاب و نیز برای کاهش بر در تصفیه خانه فاضلاب استفاده می شود.

روش های تصفیه شیمیایی، کمتر در تصفیه خانه های فاضلاب شهری مورد استفاده قرار می گیرند و این روش ها بیشتر در تصفیه فاضلاب های صنعتی بکار می روند.

اما به علت استفاده روز افزون از مواد شیمیایی در زندگی روزمره و ورود این مواد به فاضلاب های شهری، در تصفیه خانه های فاضلاب شهری نیز کم کم مورد توجه قرار می گیرد.

دسته بندی در این روش بصورت زیر می باشد :

– استفاده از مواد شیمیایی برای تأثیر روی مواد خارجی محلول در فاضلاب

– استفاده از مواد شیمیایی برای تأثیر روی مواد خارجی نامحلول در فاضلاب

– گندزدایی

مراحل تصفیه فاضلاب (اولیه، ثانویه، نهایی)

برای فراهم آوردن سطوح مختلف تصفیه، عملیات و فرایندهای واحد را با یکدیگر گروه بندی می کنند.

از لحاظ تاریخی، اصطلاح «مقدماتی» و یا «اولیه» به عملیات واحد فیزیکی، ثانویه به فرایندهای واحد زیست شناختی و شیمیایی، و «پیشرفته» یا «ثالث» به ترکیبی از هر سه نوع اطلاق می شد.

فرایند پالایش یا تصفیه فاضلاب را معمولاً به سه مرحله تقسیم می کنند.

مرحله یکم

این مرحله بنام تصفیه مقدماتی نامیده می شود و شامل است بر تصفیه فیزیکی از قبیل آشغال گیری، دانه گیری، ته نشینی مواد معلق، و بالاخره خشک کردن و دفع لجن.

تصفیه مقدماتی فاضلاب عبارت از جدا ساختن اجزایی از فاضلاب است که می توانند مشکلاتی در نگهداری با بهره برداری، فرایندها و سیستم های جنبی تصفیه ایجاد کنند.

آشغال گیری و خرد کردن نمونه هایی از عملیات مقدماتی برای جداسازی قطعه سنگ ها و تکه پارچه ها هستند؛ دانه گیری به منظور حذف مواد معلق درشتی انجام می شود که باعث فرسایش یا گرفتگی دستگاه ها می شوند و شناوری برای جداسازی مقادیر زیاد روغن و چربی انجام می شود.

در این بخش قسمتی از مواد آلی و مواد جامد معلق از فاضلاب جدا می شود.

این جداسازی معمولاً با عملیات فیزیکی چون آشغالگیری و ته نشینی انجام می شود.

خروجی تصفیه اولیه معمولاً حاوی مقدار قابل ملاحظه ای مواد آلی است و میزان BOD نسبتاً بالایی دارد.

با رعایت کامل شرایط تصفيه ثانویه سازمان حفاظت محیط زیست، به تدریج تصفیه خانه هایی که فقط از روش تصفیه اولیه استفاده می کنند تعطیل خواهند شد.

مرحله دوم

مرحله دوم تصفیه فاضلاب یا تصفیه ثانویه شامل است بر تصفیه زیستی با استفاده از باکتری های گوناگون هوازی موجود در فاضلاب و تصفیه زیستی با استفاده از باکتری های بی هوازی برای تصفیه فاضلاب و لجن راهبری تأسیسات تصفیه ثانوی نسبت به مرحله یکم نیاز به صرف انرژی و هزینه بیشتری دارد.

تصفيه ثانويه متداول فاضلاب هدف عمده تصفیه فاضلاب ثانویه جداسازی مواد آلی قابل تجزیه زیستی و مواد جامد معلق است.

اغلب در تعریف تصفیه ثانویه سنتی از روش ضدعفونی کردن نام می برند.

ترکیب فرآیندهای جداسازی اجزای مزبور را تصفیه ثانویه سنتی می خواند و در برگیرنده تصفیه زیست شناختی به وسیله لجن فعال شده، راکتورهای فیلم ثابت، یا سیستم های تالابی و ته نشینی است.

مرحله سوم

تصفیه پیشرفته فاضلاب اصطلاحی است که تعاریف فراوانی دارد.

تصفیه پیشرفته فاضلاب را به آن سطح از تصفیه اطلاق میکنیم که فراتر از تصفیه ثانویه سنتی باشد و منظور از آن جداسازی اجزایی مانند مواد مغذی، ترکیبات سمی و مقادیر زیاد مواد آلی و مواد جامد معلق است.

علاوه بر فرآیندهای جداسازی مواد مغذی، عملیات یا فرایندهای واحدی که اغلب در تصفیه پیشرفته فاضلاب مورد استفاده اند عبارت اند از لخته سازی شیمیایی، انعقاد و نه نشینی که پس از آن مراحل صاف کردن و کربن فعال شده انجام می شوند.

فرایندهایی که کمتر به کار می روند عبارت اند از تبادل یونی و اسمز معکوس که در مواد جامد محلول برای جداسازی یون خاص یا برای احیا مورد استفاده قرار می گیرند.

همچنین از تصفیه پیشرفته فاضلاب در کاربردهای مختلف برای بازیابی فاضلاب، مثلاً در هنگام نیاز به آب با کیفیت بالا برای سیستم های خنک کننده صنعتی و تزریق به منابع زیرزمینی استفاده می شود.

تصفیه پیشرفته و یا تصفیه نهایی شامل است بر زلال سازی و کاربرد یک یا چند روش از تصفیه های تکمیلی زیر:

• ادامه فرآیند نیترات زدایی
• گذرانیدن فاضلاب از صافی های ماسه ای و یا صافی های بسیار ریزگذر.
• استفاده از کربن فعال
• نمک زدایی با روش تعویض ين
• روش اسموزی وارونه

لازم به گفتن است که گندزدایی فاضلاب هنگام بیرون آمدن از تصفیه خانه (پساب)، فرایندی است اجباری و باید در هر حالتی که تصفیه خانه طرح شده باشد اجرا شود.

در صورتی که تمام تأسیسات یک تصفیه خانه به درستی کار کنند، می توان در مرحله دوم تصفیه آلودگی فاضلاب را ۹۰ تا ۹۶ درصد کاهش داد و این کاهش آلودگی برای برقراری ضوابط لازم جهت دفع فاضلاب به منبع های طبیعی آب، حفظ بهداشت و پاک نگه داشتن محیط زیست کافی است.

ولی در صورتی که بخواهیم از فاضلاب تصفیه شده برای آبیاری فضاهای سبز درون شهرها استفاده کنیم، یک تصفیه پیشرفته که مرحله سوم را تشکیل دهد، لازم است.

در موارد استثنایی که منبع های طبیعی آب قدرت تصفیه خود به خودی فاضلاب را داشته باشند، پس از مطالعات کامل حتی ممکن است تنها به تصفیه مقدماتی نیز اکتفا کرده و بقیه فرایند تصفیه را به عهده طبیعت واگذار کرد.

فرآیندهای تصفیه فاضلاب

آلاینده های موجود در فاضلاب را با روش های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی جداسازی می شود.

هر یک از این روش ها را معمولاً تحت عنوان عملیات واحد فیزیکی، فرآیندهای واحد شیمیایی و فرآیند های بیولوژیکی دسته بندی می شود.

عملیات واحد فیزیکی

روش های تصفیه ای که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی غالب است را عملیات واحد فیزیکی می نامند.

واحد هایی نظیر آشغال گیری ، دانه گیری، اختلاط، انعقاد، ته نشینی، شناور سازی، صافی سازی و انتقال گاز از واحد های فیزیکی هستند .

آشغالگیر

همانند پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی، لازم است به عنوان پیش تصفیه ، ذرات جامد معلق در پساب ها را جمع آوری نمود.

انجام این عمل با تجهیزات مختلفی قابل انجام است که از مهم ترین آنها می توان به آشغال گیرها اشاره نمود.

انواع آشغال گیر دستی، مکانیکی و زوج توری در این پکیج در نظر گرفته شده اند که از ورود ذرات جامد معلق به سایر تجهیزات تصفیه جلوگیری می کند.

انتخاب و استفاده از این آشغالگیرها در مرحله اول به مقدار ذرات معلق و اندازه آنها بستگی دارد.

آشغال گیرهایی که برای فاضلاب شهری بکار می روند معمولاً از میله هایی با سطح مقطع دایره به قطرهای ۱۶ تا ۳۰ میلی متر و یا از تسمه های فولادی با سطح مقطع مستطیل و به پهنای ۳۰ تا ۸۰ میلی متر و کلفتی ۱۰ تا ۲۰ میلیمتر ساخته می شوند.

انواع آشغال گیر 

بسته به شکل کاربردشان به آشغال گیرهای دستی و آشغال گیرهای مکانیکی تقسیم می کنند.

نوع دستی آشغال گیرها برای تصفیه خانه های کوچک قابل استفاده هستند.

به عنوان مثال، اگر مقدار ذرات کم باشد می توان از نوع دستی استفاده نمود که جمع آوری ذرات انباشته توسط نیروهای انسانی قابل انجام است.

آشغال گیر مکانیکی

برای پالایشگاه های فاضلاب شهرهای بزرگ (بزرگتر از ۳۰۰۰۰ نفر) به علت زیاد بودن حجم آشغال و مشکلات نیروی انسانی از یک سو و احتمال آلودگی محیط زیست تصفیه خانه و حفظ بهداشت کارکنان آن از سوی دیگر بهتر است آشغال گیرهای مکانیکی بکار گرفته شود.

آشغال گیر مکانیکی معمولاً به صورت متناوب و خودکار عمل می کند.

مطابق با اصول تصفیه وجود آشغال گیر موجب کاهش سطح مقطع جریان و ایجاد افت فشار و در نتیجه اختلاف ارتفاع در دو طرف آن می شود.

هر چه مقدار آشغال در آشغال گیر بیشتر شود، سطح مقطع جریان کمتر و در نتیجه ارتفاع سطح فاضلاب پیش از آشغال گیر افزایش می یابد.

افزایش ارتفاع نامبرده موجب می شود که شناوری به موتور آشغال گیر فرمان کار داده، چنگک آشغال گیر شروع به حرکت کرده و پس از تمیز کردن میله های آشغال گیر موتور دوباره از کار می افتد.

لازم به ذکر است که در این بخش تنها ذرات جامد قابل حذف بوده و امکان تصفیه مواد آلی و غیرآلی و شیمیایی وجود ندارد.

حوض دانه گیر (ماسه گیر)

حوض دانه گیر نخستین یکانی است در تصفیه خانه که عمل ته نشینی در آن انجام می گیرد.

هدف از ته نشین سازی در این حوض ها جداسازی مواد دانه ای و تجزیه ناپذیر معدنی مانند ذرات ماسه به قطرهای بزرگتر و یا مساوی 0.1 تا 0.2 میلیمتر است.

بجز جداسازی مواد دانه ای باید ساختمان این حوض ها و سرعت جریان در آنها به گونه ای باشد که مواد سبک آلی تجزیه پذیر ته نشین نشده و وارد تصفيه خانه شوند.

یکنواخت سازی جریان

روشی برای غلبه بر مشکلات عملیاتی حاصل از نوسانات دبی ارتقا کارایی فرآیندهای پایین دست جریان و کاهش اندازه و هزینه تاسیسات تصفیه مورد استفاده قرار می گیرد.

یکنواخت سازی جریان در واقع عبارت است از کاهش نوسانات دبی به منظور رسیدن به یک دبی یکنواخت و یا تقریبا یکنواخت و این امر با توجه به ویژگی های سیستم جمع آوری؛ در شرایط مختلف قابل انجام است.

کاربردهای اصلی عبارتند از یکنواخت سازی در :

1. جریان های آب و هوای خشک به منظور کاهش جریان ها و بارهای ‍‍‍پیک
2. جریان آب و هوای مرطوب در سیستم های جمع آوری بهداشتی که دارای جریان های ورودی و نفوذی می باشند.
3. و جریان شبکه های جمع آوری و بهداشتی و سیلابی ترکیبی

تصفیه مقدماتی فاضلاب

تصفیه مقدماتی فاضلاب را می توان مرحله صاف کردن فاضلاب یا همان تصفیه فیزیکی دانست که هدف از آن ؛ عبوردادن فاضلاب از صافی هایی است که بتوانند مواد معلق اضافی را در خود نگه داشته و مایعات را از خود عبور دهند.

فرآیندهای واحد شیمیایی

روش های تصفیه ای که در آنها جداسازی یا تبدیل آلاینده ها بر اثر افزودن مواد شیمیایی یا در نتیجه واکنش های شیمیایی انجام می شود را فرآیند های واحد شیمیایی می نامند.

ترسیب شیمیایی، جذب سطحی و ضد عفونی کردن از رایج ترین فرایند های تصفیه در تصفیه خانه فاضلاب هستند.

تصفیه زیستی یا بیولوژیکی فاضلاب

به فرآیندهایی که در آن میکروارگانیسم ها و باکتری های هوازی و بی هوازی به مصرف مواد آلی موجود در فاضلاب می پردازند و منجر به حذف آنها می گردند اصطلاحاً فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب گفته می شود.

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب از اصلی ترین روش‌ها در تصفیه فاضلاب صنعتی و بهداشتی می‌باشد که بر پایه انتقال مواد آلاینده آلی از حالت محلول به جامد معلق( بیومس یا لجن) استوار است.

از تصفیه بیولوژیکی تحت عنوان تصفیه ثانویه فاضلاب نیز یاد می‌شود که هدف آن تصفیه زیستی پساب خروجی از تصفیه اولیه توسط میکروارگانیسم های هوازی و بی هوازی می‌باشد.

فرآیند های متداول فاضلاب بر اساس نوع میکروارگانیسم های فعال ، به سه گروه اصلی تقسیم می گردند :

• هوازی
• بی هوازی
• بیولوژیکی ترکیبی (هوازی، بی هوازی، انوکسیک ) که بعنوان فرآیند های پیشرفته فاضلاب در حذف ازت و فسفر می باشند .

مراحل طراحی تصفیه خانه فاضلاب

در مرحله اول برای احداث تصفیه خانه فاضلاب باید مکان یابی گردد.

این موضوع به خصوص در طراحی تصفیه خانه فاضلاب شهری از اهمیت بالایی برخوردار است. این امر به وسیله شناسایی و بررسی عوامل موثر بر مکان یابی تصفیه خانه بر اساس ضوابط و آئین نامه ها، توپوگرافی زمین، جنس خاک، راه های دسترسی و … همچنین به وسیله نرم افزار هایی مانند Idrisi، Super decision، GIS و … صورت می گیرد.

پس از مکان یابی تصفیه خانه موضوع دیگر تعیین ظرفیت یا دبی فاضلاب ورودی می باشد.

برای تعیین میزان فاضلاب تولیدی بر اساس میزان مصرف آب خانگی و در پی آن محاسبه میزان مصرف مجتمع های تجاری و عمومی و با استفاده از ضریب تبدیل آب به فاضلاب، می توان میزان فاضلاب شهری تولیدی را محاسبه نمود.

بر اساس نشریه 3-117 میزان سرانه مصرف آب خانگی به صورت زیر می باشد.

همچنین میزان سرانه تولید فاضلاب در مراکز اداری نیز به صورت زیر می باشد.

واحد آشغال گیری

آشغال گیری یکی از واحدهای تصفیه فیزیکی می باشد که برای حذف مواد جامد و معلق موجود در جریان فاضلاب طراحی و اجرا می شود.

آشغال گیر های فاضلاب انواع مختلفی دارند که بسته قطر جامدات موجود در فاضلاب، نوع آن متفاوت می باشد.

اغلب برای حذف مواد جامد بزرگتر از 1-0.5 سانتی متر از آشغال گیرهای میله ای استفاده می شود.

انواع آشغال گیر فاضلاب

• سبدی (Basket Screen)
• میله ای (Bar Screen)
• مکانیکی (Mechanical Screen)
• روتاری (Rotary Screen)

طراحی واحد آشغال گیری

همانطور که گفته شد آشغال گیر دارای انواع مختلفی می باشد.

رایج ترین نوع آشغال گیر ها در تصفیه خانه های شهری، آشغال گیر میله ای دهانه درشت و دهانه ریز می باشد.

نکاتی که در طراحی این نوع آشغال گیر ها اهمیت دارد عبارتند از:

با رعایت پارامتر های طراحی فوق، تعداد آشغال گیر های مورد نیاز، سطح مقطع جریان و عرض آشغال گیر به راحتی قابل محاسبه و طراحی خواهد بود.

نکات طراحی واحد آشغال گیر فاضلاب

• اغلب در تصفیه خانه های بزرگتر بعد از آشغال گیر میله ای دهانه درشت، آشغال گیر مکانیکی با فاصله تسمه های 20 تا 50 میلی متر گذاشته می شود.
• معمولاً فاصله آزاد بین میله های آشغال گیر را یک سوم قطر بزرگترین ذره ای که پمپ می تواند از خود عبور دهد، انتخاب می کنند، بنابراین اگر مجرای عبور پمپی 9 سانتی متر باشد، فاصله آزاد بین میله ها 3 سانتی متر انتخاب می شود.
• اگر به جای میله از تسمه برای آشغال گیرها استفاده شود، باید به عمق و عرض کانال توجه نمود. معمولاً از تسمه های 50×10 (ضخامت 10و عرض 50 میلیمتر) برای کانال های تا عمق 2 متر و تسمه های 65×15 برای کانال های تا عمق 3.5 متر استفاده می شود.

واحد دانه گیری

واحد دانه گیری در تصفیه خانه فاضلاب نیز یکی از واحد های تصفیه مقدماتی می باشد. 

هدف از طراحی این واحد، جداسازی مواد دانه ای و عمدتاً غیر آلی از جریان فاضلاب می باشد.

دانه گیر در تصفیه خانه فاضلاب جهت جداسازی دانه ها با قطر بیش از 0.21 میلی متر طراحی می شوند. 

طراحی دانه گیر باید به گونه ای باشد تا دانه هایی با چگالی 1.5 تا 2.7 جداسازی شوند و مواد آلی (که دارای چگالی حدود 1.02 هستند) ته نشین نگردند.

منظور از دانه در جریان فاضلاب چیست؟

در جریان فاضلاب به موادی دانه گفته می شود که دارای ویژگی های زیر باشند:

• سرعت ته نشینی آن ها از سرعت ته نشینی مواد آلی که قابلیت فاسد شدن دارند، بیشتر باشد.
• دانه ها قابلیت جذب و اتصال به یکدیگر را ندارند و به صورت مستقل ته نشین می شوند. (به عبارتی تشکیل توده نمی دهند.)
• در حین عملیات تصفیه، تجزیه و گندیده نمی شوند. مانند: شن، ماسه، زغال، پوست تخم مرغ، هسته میوه و …

چرا در تصفیه خانه واحد دانه گیری طراحی می کنیم؟

در تصفیه خانه فاضلاب شهری و اغلب تصفیه خانه های فاضلاب صنعتی، به چند دلیل واحد دانه گیری طراحی و اجرا می گردند:

1- جلوگیری از اشغال حجم مفید واحد ها به علت تجمع دانه ها در کف حوض

2- حفاظت وسایل مکانیکی در برابر سایش : مانند پمپ ها، همزن ها و …

3- حفاظت دیفیوزرهای هوادهی در برابر گرفتگی

4- کاهش گرفتگی لوله ها و اتصالات

طراحی واحد دانه گیری

طراحی واحد دانه گیر از نظر عملکرد آن ها در حذف دانه ها و با توجه به فرآیند های بعدی صورت می گیرد.

این واحد به سه نوع طراحی و اجرا می گردد:

1- واحد دانه گیر با جریان گردابی

این نوع دانه گیر در واقع همان هیدروسیکلون ها هستند که به صورت پکیج توسط سازندگان، طراحی و ساخته و تحویل کارفرما می شوند.

این نوع دانه گیر ها با ایجاد نیروی گریز از مرکز باعث جداسازی دانه ها از جریان فاضلاب می شود.

2- واحد دانه گیر با جریان افقی

در این نوع دانه گیر جریان فاضلاب به آرامی در کانال حرکت کرده و دانه ها ته نشین می گردند.

در طراحی این نوع دانه گیر پارامترهای زیر باید مد نظر قرار گیرد:

3- واحد دانه گیر به کمک هوادهی

این نوع دانه گیر فاضلاب، اغلب در تصفیه خانه ها با ظرفیت بالاتر مورد استفاده قرار می گیرد.

چرا که در ظرفیت های بالا ثابت نگه داشتن جریان عبور فاضلاب دشوار است.

در این نوع دانه گیر با دمیدن هوا به فاضلاب حرکت گردشی و سرعتی در حدود 0.3 متر بر ثانیه ایجاد می شود.

نکته ای که در طراحی این واحد وجود دارد این است که میزان هوای دمیده شده به اندازه و وزن مخصوص دانه ها وابسته است.

درصورتی که میزان هوا بیش از اندازه باشد، دانه ها به همراه مواد آلی از واحد خارج و در صورتی که میزان هوای دمیده شده کم باشد، دانه ها به همراه مواد آلی ته نشین و باعث گندیدگی می شوند.

واحد ته نشینی

واحد ته نشینی در تصفیه فاضلاب جهت حذف مواد معلق و شناور موجود در فاضلاب طراحی و اجرا می شود.

در این واحد جهت ته نشینی با کیفیت ذرات، جریان آرام یکنواخت باید ایجاد گردد تا به دلیل افزایش سرعت ذرات از مخزن خارج نگردند.

حوض های ته نشینی به دو صورت دایره ای و مستطیل شکل ساخته می شوند که هر کدام دارای ویژگی هایی می باشد و بسته به مشخصات هر پروژه در انتخاب نوع آن تصمیم گیری می شود.

طراحی واحد ته نشینی

در طراحی واحد ته نشینی در تصفیه فاضلاب، عوامل زیر اهمیت دارد که باید مهندس طراح به دقت آن ها را در محاسبات خود مد نظر قرار دهد:

• بار سطحی

بار سطحی یا هیدرولیکی یکی از عوامل بسیار مهم در طراحی می باشد.

این پارامتر در واقع به معنای میزان جریان فاضلاب عبوری از واحد سطح در زمان مشخص بوده و واحد اندازه گیری آن متر مکعب بر متر مربع در روز می باشد.

در جدول زیر پارامتر بار سطحی و ارتباط آن با عمق را برای طراحی واحد ته نشینی ثانویه آورده ایم:

• ابعاد حوض

در طراحی واحد ته نشینی ابعاد حوض باید با نسبت استاندارد طراحی گردد چرا که از ایجاد جریان های میان بر، کاهش افت در ورودی، ایجاد فضای مرده و … جلوگیری گردد و از راندمان بالایی برخوردار باشد.

تعدادی از پارامترهای طراحی حوض ته نشینی مستطیلی و دایره ای در زیر آورده شده است که علاوه بر این موارد نیز باید دیگر جوانب را در نظر گرفت تا طراحی به بهترین نحو صورت گیرد.

• زمان ماند

زمان ماند نیز از عوامل مهم طراحی می باشد.

بیشتر مواقع زمان ماند ته نشینی نباید کمتر از 1 ساعت باشد.

در جدول زیر زمان ماند بر اساس بار سطحی مختلف آمده است.

در طراحی واحد ته نشینی اولیه بار سطحی، عمق و زمان ماند به صورت زیر با یکدیگر نسبت دارند :

واحد تصفیه بیولوژیکی

واحد تصفیه بیولوژیکی، قلب تصفیه خانه فاضلاب می باشد. به عبارتی اصلی ترین و بیشترین درصد عمل تصفیه فاضلاب در این بخش صورت می گیرد.

تصفیه بیولوژیکی توسط فرآیند های مختلفی صورت می گیرد. انتخاب نوع فرآیند تصفیه فاضلاب به کیفیت فاضلاب ورودی و سایر عوامل وابسته می باشد.

به طور کلی فرآیندهای بیولوژیکی شامل حضور تعداد بسیاری از میکروارگانیسم ها می باشد.

به همین دلیل در هر فرآیند باید شرایط مورد نیاز برای فعالیت باکتری ها فراهم شود تا عمل تصفیه فاضلاب به طور کامل صورت گیرد.

فرآیند های بیولوژیکی را از منظرهای مختلف می توان دسته بندی نمود.

انواع فرآیند های بیولوژیکی

الف) فرآیندهای بیولوژیکی از نظر نیاز به اکسیژن به سه دسته زیر تقسیم می شوند :

1- فرآیندهای هوازی

در فرآیند هوازی تصفیه فاضلاب تجزیه مواد آلی توسط میکروارگانیسم ها در حضور اکسیژن صورت می گیرد.

فرآیند لجن فعال، لاگون هوادهی، برکه های هوازی، صافی چکنده، IFAS، MBBR و … از نوع فرآیندهای هوازی می باشند.

2- فرآیندهای بیهوازی

فرآیندهای بی هوازی شامل نوع دیگری از میکروارگانیسم ها می باشد که در غیاب اکسیژن به فعالیت می پردازند.

از جمله فرآیندهای این دسته می توان به UASB، UABR، UAFB و … اشاره نمود.

3- فرآیندهای غیر هوازی

در فرآیندهای غیر هوازی تصفیه فاضلاب، برخی از مواد توسط میکروارگانیسم ها و با مصرف اکسیژن ترکیبی موجود تجزیه می شوند.

واحد آنوکسیک تصفیه خانه دارای فرآیند غیر هوازی می باشد که در این واحد دنیتریفیکاسیون صورت گرفته و نیترات به گاز نیتروژن تبدیل می گردد.

ب) فرآیند های بیولوژیکی از نظر نحوه قرارگیری میکروارگانیسمها به دو دسته تقسیم می شوند :

1- فرآیندهای رشد معلق

در این نوع فرآیندها میکروارگانیسم ها در تمام حجم فاضلاب پخش خواهند شد. (مانند فرآیند لجن فعال در تصفیه فاضلاب)

2- فرآیندهای رشد چسبیده

در این حالت میکروارگانیسم ها بر روی یک بستر (مدیا) تشکیل و رشد خواهند کرد. (مانند فرآیند IFAS)

از آن جاییکه در این مقاله طراحی تصفیه خانه فاضلاب بهداشتی مدنظر می باشد، در ادامه با نحوه طراحی رایج ترین فرآیند تصفیه فاضلاب از این نوع که فرآیند لجن فعال می باشد آشنا می شویم.

فرآیند لجن فعال

این فرآیند از متداول ترین فرآیند های تصفیه فاضلاب می باشد.

برای تعیین نوع فرآیند مطابق دسته بندی بالا، فرآیند لجن فعال جزء فرآیند های هوازی و از نوع رشد معلق می باشد.

دلیل نامگذاری فرآیند لجن فعال چیست؟

یک سیستم تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال به طور کلی شامل مراحل هوادهی، ته نشینی ثانویه و جمع آوری لجن می باشد.

در واحد هوادهی، اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم ها به توسط بلوئر تامین و به وسیله دیفیوزرها منتشر می شود.

عمل تجزیه و تصفیه در این مرحله انجام و فاضلاب به مرحله بعد منتقل می شود.

در این حین مقداری از میکروارگانیسم ها به همراه جریان فاضلاب به واحد ته نشینی برده می شوند.

در واحد ته نشینی به دلیل زمان ماند و جریان آرام، میکروارگانیسم ها تشکیل توده بیولوژیکی می دهند و ته نشین می شوند.

حال طبق استاندارد طراحی فرآیند می دانیم که باید همواره غلظت میکروارگانیسم ها در واحد هوادهی ثابت نگه داشته شود، به همین دلیل مقداری از توده بیولوژیکی (لجن) را به وسیله ایرلیفت پمپ به ابتدای واحد هوادهی باز می گردانیم.

به همین علت که همواره از لجن تشکیل شده در این فرآیند می توان استفاده کرد، فرآیند “لجن فعال“ گفته می شود.

انواع فرآیند لجن فعال

کلیت فرآیند لجن فعال به یک صورت می باشد اما حسب بار هیدرولیکی، بار آلی، زمان ماند، نوع جریان و سایر پارامتر ها به انواع مختلفی تقسیم می شود.

انواع فرآیند لجن فعال تصفیه فاضلاب عبارت است از:

• لجن فعال متعارف
• لجن فعال با هوادهی گسترده
• هوادهی تدریجی
• اختلاط کامل
• تثبیت تماسی
• کراس
• اکسیژن خالص و …

طراحی فرآیند لجن فعال

در طراحی فرآیند لجن فعال تصفیه فاضلاب پارامترهای مختلفی اهمیت دارند که در طراحی یک تصفیه خانه فاضلاب باید در نظر گرفته شود. از جمله:

زمان ماند هیدرولیکی (HRT)

پارامتر Hydraulic Retention Time یا به اختصار HRT مدت زمانی است که فاضلاب در یک واحد باقی می ماند.

در جدولی که در انتهای این مطلب آورده شده است، مدت زمان مناسب جهت طراحی فرآیند تصفیه فاضلاب آورده شده است.

زمان ماند سلولی (SRT)

پارامتر Solids Retention Time و به اختصار SRT میزان متوسط زمان ماند جامدات در سیستم لجن فعال می باشد.

نسبت غذا به میکروارگانیسم (F/M)

این نسب بیان کننده میزان بار آلی و در واقع همان بار BOD ورودی به تصفیه خانه (غذا) نسبت به میکروارگانیسم های موجود یا همان جامدات معلق فرار مایع مخلوط (MLVSS) می باشد.

مقدار این نسبت در طی فصول مختلف متفاوت می باشد.

برای مثال در فصل های گرم این مقدار بیشتر و در فصول سرد رقم کمتری دارد.

در فرآیندهای لجن فعال این نسبت باید در بازه مشخصی باشد که در جدول ذیل آمده است.

نسبت لجن برگشتی

برای اینکه غلظت میکروارگانیسم ها در واحد هوادهی کافی باشد، لازم است مقداری لجن را از واحد ته نشینی ثانویه به وسیله پمپ برگردانیم.

غلظت لجن برگشتی در فرآیند لجن فعال معمولاً بین 1000 تا 1500 میلی گرم بر لیتر در نظر گرفته می شود.

میزان اکسیژن محلول (DO)

اکسیژن محلول یا Dissolved oxygen مقدار اکسیژن موجود در فاضلاب می باشد.

در صورتی که میزان اکسیژن کم باشد، توسط مواد آلی موجود جذب و میکروارگانیسم از بین می رود.

در مقابل اگر میزان اکسیژن محلول بالا باشد، باعث مصرف انرژی اضافه و متحمل شدن هزینه برای تهیه دستگاه های هوادهی می گردد.

همچنین افزایش بیش از اندازه اکسیژن در واحد هوادهی، سبب رشد باکتری های فیلامنتوس که همان باکتری های رشته ای هستند، می گردد.

پارامترهای حائز اهمیت در طراحی تصفیه خانه فاضلاب

در تصفیه خانه های فاضلاب، بر حسب نوع فرآیند تصفیه فاضلاب و ظرفیت تصفیه خانه از انواع واحد ها، سازه ها، قطعات، لوازم و تجهیزات، لوله کشی ها و متعلقات استفاده می شود. برای طراحی تصفیه خانه فاضلاب علاوه بر در نظر گرفتن ضوابط فنی و پارامترهای طراحی باید نکات زیر را نیز مورد توجه قرار داد:

• کیفیت مطلوب فاضلاب تصفیه شده
• دقت به لزوم کار بدون وقفه تصفیه خانه
• توجه به محدودیت های بازار در انتخاب تجهیزات و مواد مصرفی
• توجه به این موضوع که در دوره نگهداری و تعمیرات برخی اجزا از مدار خارج می شوند و دارای جایگزین باشند.

از آنجایی که کیفیت فاضلاب ورودی به تصفیه خانه به دلایل مختلفی مانند نوسانات بار هیدرولیکی، بار آلی یا شرایط محیطی متغیر باشد، بنابراین باید تصفیه خانه به گونه ای طراحی گردد که کیفیت پساب خروجی در تمام شرایط در حد قابل قبولی باشد.

کتاب طراحی تصفیه خانه فاضلاب قسیم جلد 1 و 2 ورژن 2018

(Wastewater Treatment And Reuse Syed R.Qasim)

یکی از معتبرترین هندبوک های طراحی تصفیه فاضلاب که به عنوان یک مرجع قابل استناد در بین مهندسین آب و فاضلاب شناخته شده است.

کتاب طراحی تصفیه خانه فاضلاب قسیم  بسیار ارزشمند بوده و در هر بخش از فرآیند تصفیه فاضلاب، ابتدا شرح مختصری از مباحث فرآیند مربوطه را ارائه می دهد.

سپس با بیان روابط کاربردی در بخش مربوطه به تفصیل جداول مربوط به استانداردها و مبانی طراحی واحدهای فرآیندی می پردازد.

نکته ای که کتاب قسیم را از سایر کتاب های مرتبط متمایز می کند، مثال های بسیار کاربردی حل شده در هر بخش کتاب می باشد.

در واقع روش آموزش این کتاب در قالب مثال های حل شده هر بخش می باشد.

جلد اول  

فصل 1: مقدمه و تعاریف کلی

2 : استوکیومتری و کینتیک واکنش

3 : موازنه جرمی رآکتورهای بیوشیمی

4 : منابع تولید فاضلاب شهری

5 : ماهیت (کیفیت) فاضلاب شهری

6 : اهداف تصفیه فاضلاب ، ملاحظات طراحی و فرآیند تصفیه

7 : آشغالگیری

8 : دانه گیری

9 : ته نشینی و زلال ساز اولیه

فصل 10 : تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

10-1- اساس تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

10-2- رشد معلق هوازی در تصفیه فاضلاب

10-3- رشد چسبیده هوازی در تصفیه فاضلاب

10-4- تصفیه بی هوازی فاضلاب

10-5- حذف بیولوژیکی نیتروژن

10-6- حذف بیولوژیکی فسفر

10-7- حذف بیولوژیکی مواد مغذی

10-8- ته نشینی ثانویه

جلد دوم

فصل 11: گندزدایی فاضلاب

11-1- کلرزنی

11-2- کلرزدایی

11-3- گندزدایی با گاز ازن

11-4- گندزدایی با پرتو UV

فصل 12: استفاده مجدد از فاضلاب

فصل 13: حذف و استفاده مجدد از پسماند

13-1- ماهیت لجن فاضلاب شهری

13-2- فرآیندهای متعارف هضم لجن

13-3- آبگیری لجن

13-4- تثبیت لجن

فصل 14: مبانی هیدرولیکی و لوله کشی و تجهیزات

فصل 15: تصفیه پیشرفته فاضلاب

15-1- حذف مواد مغذی

15-2- انعقاد شیمیایی فسفر

15-3- آهک زنی

15-4- نقطه شکست کلرزنی در حذف آمونیاک

15-5- افشانک های آب جهت حذف گازهای محلول

15-6- فیلتراسیون عمقی

15-7- فیلتراسیون سطحی

15-8- کربن فعال

15-9- رزین های تعویض یونی

15-10- سیستم های ممبران

با کلیک بر روی آیکون های زیر می توانید به صورت رایگان آخرین نسخه از این کتاب ارزشمند را دانلود نمایید.

دانلود جلد اول کتاب طراحی تصفیه خانه فاضلاب قسیم

دانلود جلد دوم کتاب طراحی تصفیه خانه فاضلاب قسیم

شرکت آب پالایش آرا کیا طراح و مجری تصفیه خانه های فاضلاب شهری و صنعتی، آماده همکاری با کارفرمایان محترم می باشد.

جهت کسب اطلاع و مشاوره با کارشناسان مجموعه تماس حاصل فرمایید:

026-34249245

026-34283958

شماره تلگرام و واتس آپ مجموعه “آب پاک“

09012362018