تصفیه فاضلاب حذف ناخالصی‌ها از پساب قبل از رسیدن به سفره‌های زیرزمینی یا توده‌های آبی طبیعی مانند رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها است. از آنجایی که آب خالص در طبیعت یافت نمی شود، هرگونه تمایز بین آب تمیز و آب آلوده به نوع و غلظت ناخالصی های موجود در آب و همچنین استفاده مورد نظر از آن بستگی دارد. زمانی به آب آلوده می گویند که به مقدار کافی ناخالصی در آن باشد که برای مصارف خاصی مانند نوشیدن، شنا یا ماهیگیری نامناسب است.
فهرست مطالب
انواع فاضلاب
فاضلاب خانگی: ناشی از فعالیت های بهداشتی مربوط به انسان (سیستم های بهداشت عمومی و پساب آشپزخانه ها)
پساب صنعتی: فاضلاب بدست آمده از انواع صنایع (داروسازی، آبکاری، غذایی و…)
فاضلاب و پساب های صنعتی حاوی مواد شیمیایی و خطرناک و سمی هستند که میتوانند برای محیط زیست و انسان خطرناک باشند. بنابراین قبل از ورود به محیط زیست و استفاده مجدد باید تصفیه شوند. تصفیه فاضلاب و پساب شامل فرایند تبدیل فاضلاب (آبی که برای استفاده مناسب نیست) به آب شیرینی که بتوان از آن دوباره استفاده کرد و یا تبدیل به آبی که بتوان به محیط زیست تخلیه کرد. فاضلاب ناشی از فعالیت هایی مانند شست و شو، حمام کردن، فعالیت های صنعتی و… می باشد. آلاینده های موجود در فاضلاب آلاینده هایی شامل باکتری ها، مواد شیمیایی و مواد سمی دیگر می باشد. تصفیه فاضلاب درواقع فرایندی برای کاهش این آلاینده ها از آب است
فاضلاب حاصل از طوفان: آب حاصل از باران و سیلاب یکی دیگر از منابع فاضلاب است که از طریق سیستم فاضلاب خیابان ها تخلیه و وارد سیستم تصفیه می شود.
انواع آلاینده ها آب
مواد آلی
مقدار مواد آلی قابل تجزیه در فاضلاب با BOD نشان داده می شود. هرچه مواد آلی بیشتری در فاضلاب وجود داشته باشد، BOD بالاتر استاین فاکتور مقدار اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم ها برای تجزیه مواد آلی در فاضلاب است. فاضلاب صنعتی ممکن است سطوح BOD چندین برابر فاضلاب خانگی داشته باشد. اکسیژن محلول یک عامل مهم کیفیت آب برای دریاچه ها و رودخانه ها است. هر چه غلظت اکسیژن محلول بیشتر باشد، کیفیت آب بهتر است. هنگامی که فاضلاب وارد دریاچه یا رودخانه می شود، تجزیه مواد آلی آغاز می شود. اکسیژن مصرف می شود زیرا میکروارگانیسم ها از آن در متابولیسم خود استفاده می کنند. این می تواند به سرعت اکسیژن موجود در آب را کاهش دهد. وقتی سطح اکسیژن محلول خیلی کم می شود، آبزیان به سرعت از بین می روند. در واقع اگر سطح اکسیژن به صفر برسد، آب سپتیک می شود.
جامدات معلق
یکی دیگر از آلاینده ها مواد جامد معلق است. حجم لجن تولید شده در تصفیه خانه با کل مواد معلق موجود در فاضلاب رابطه مستقیم دارد. فاضلاب صنعتی و طوفانی ممکن است حاوی غلظت بیشتری از مواد جامد معلق نسبت به فاضلاب خانگی باشد.
یکی از محصولات شیمیایی که برای حذف جامدات معلق مخصوصا فلزات استفاده می شود ادتا است؛ شما می توانید برای خرید ادتا با بهترین قیمت به اینجا مراجعه نمایید.
مواد شیمیایی و فلزات سنگین
فاضلاب خانگی حاوی ترکیباتی از نیتروژن و فسفر است که دو عنصر ضروری برای رشد گیاهان هستند. در دریاچه ها، مقادیر بیش از حد نیترات و فسفات می تواند باعث رشد سریع جلبک ها شود. جلبک ها که اغلب در اثر تخلیه فاضلاب ایجاد می‌شوند، دریاچه‌ها را در فرآیندی به نام اوتروفیکاسیون گرفتار می کنند.
میکروب ها
فاضلاب خانگی حاوی میلیون ها میکروارگانیسم در هر گالن است فاضلاب خانگی حامل میکروب‌های بسیاری است. بیشتر باکتری‌های کلیفرم از مجرای روده انسان هستند. کلیفرم ها به عنوان شاخص آلودگی فاضلاب استفاده می شوند.
فاکتور های مهم در تصفیه فاضلاب
فاضلاب دارای طیف گسترده ای از آلاینده ها در غلظت های مختلف است. سه ویژگی اصلی فاضلاب در زیر طبقه بندی می شود.
ویژگی های فیزیکی فاضلاب
خصوصیات فیزیکی شامل کدورت، رنگ، بو، کل مواد جامد و درجه حرارت است.
- رنگ فاضلاب تازه معمولاً قهوه ای و مایل به زرد است اما با گذشت زمان به رنگ سیاه در می آید.
- بو فاضلاب معمولا تند و قوی است.
- دما فاضلاب دمای بالایی به دلیل فعالیت بیولوژیکی دارد.
- کدورت در فاضلاب، فاضلاب کدورت بالایی به دلیل مواد جامد معلق دارد.
خصوصیات شیمیایی ناشی از ناخالصی های شیمیایی
فاضلاب حاوی مواد شیمیایی مختلف به اشکال مختلف است که در زیر ذکر شده است.
- اکسیژن خواهی شیمیایی (COD) اندازه گیری مواد آلی در فاضلاب از نظر اکسیژن مورد نیاز برای اکسید شدن مواد آلی است.
- کل کربن آلی (TOC) اندازه گیری کربن در مواد آلی است.
- نیتروژن آلی مقدار نیتروژن موجود در ترکیبات آلی است.
- فسفر آلی (در پروتئین) و فسفر معدنی (فسفات ها، PO4-)
- کلریدها
- سولفات ها
- میزان قلیایی بودن
- فلزات سنگین
- عناصر کمیاب
- آلاینده های اولویت دار
خصوصیات بیولوژیکی ناشی از آلاینده ها
- اکسیژن خواهی بیوشیمیایی (BOD) مقدار اکسیژن مورد نیاز برای تثبیت مواد آلی با استفاده از میکروارگانیسم ها است.
- اکسیژن خواهی نیتروژنی (NOD)مقدار اکسیژن مورد نیاز برای تبدیل نیتروژن آلی و آمونیاک به نیترات با نیتریفیکاسیون باکتری ها است.
- فاضلاب حاوی میکروب هایی مانند باکتری ها، تک یاخته، قارچ، ویروس ها، جلبک، روتیفره و نماتدها است.
- روغن و گریس از ضایعات مواد غذایی و فرآورده های نفتی منشاء می گیرند. مقدار روغن و گریس در فاضلاب خام از 10 تا 109 میلی گرم در لیتر متغیر است.
فرآیند تصفیه فاضلاب
تصفیه اولیه فاضلاب
حذف اقلام بزرگ برای جلوگیری از ورود به پمپ ها، شیرها و سایر تجهیزات تاسیسات. مواد شناور به راحتی توسط گرانش ته نشین و حذف می شوند. این شامل فرآیندهای فیزیکی غربالگری، خرد کردن، حذف شن و رسوب است. صفحه نمایش ها از میله های فلزی بلند، با فاصله نزدیک و باریک ساخته شده اند. آنها زباله‌های شناور مانند چوب، کهنه‌ها و دیگر اجسام حجیم را که میتوانند لوله‌ها یا پمپ‌ها را مسدود کنند، مسدود می‌کنند. در کارخانه های مدرن، صفحه ها به صورت مکانیکی تمیز می شوند. برای خرد کردن زباله‌هایی که عبور می‌کنند، می‌توان از یک خردکننده استفاده کرد. از طریق صفحه هایی مواد خرد شده با فرآیندهای ته نشینی یا فلوتاسیون حذف می شوند.
محفظه های شن مخازن باریکی هستند که برای کاهش سرعت جریان طراحی شده اند تا مواد جامد مانند ماسه، تفاله قهوه و پوسته تخم مرغ خارج از آب ته نشین شوند. شن باعث سایش و پارگی بیش از حد پمپ ها و سایر تجهیزات کارخانه می شود. حذف آن به ویژه در شهرهایی با سیستم‌های فاضلاب ترکیبی، که حاوی مقدار زیادی گل و لای، ماسه و شن هستند بسیار مهم است.
جامدات معلقی که از روی صفحه ها و محفظه های سنگ ریزه عبور می کنند در مخازن ته نشینی از فاضلاب خارج می شوند. این مخازن که زلال‌کننده‌های اولیه نیز نامیده می‌شوند، حدود دو ساعت زمان نگهداری را برای ته‌نشینی جاذبه فراهم می‌کنند. همانطور که فاضلاب به آرامی در آنها جریان می یابد، مواد جامد به تدریج به پایین فرو می روند. جامدات ته نشین شده یا لجن ها خام در یک قیف جمع آوری می شود و به خارج پمپاژ می شود. دستگاه های مکانیکی لایه بردار، چربی و سایر مواد شناور را حذف می کنند.
تصفیه ثانویه فاضلاب
مواد آلی محلول را که از مرحله اول عبور می کنند و همچنین مقدار بیشتری از جامدات معلق را حذف می کند. حذف معمولاً با فرآیندهای بیولوژیکی انجام می شود که در آن میکروب ها ناخالصی های آلی را به عنوان غذا مصرف می کنند و آنها را به دی اکسید کربن، آب و انرژی برای رشد و تولید مثل خود تبدیل می کنند.
سه روش اصلی تصفیه بیولوژیکی وجود دارد: فیلتر چکنده، فرآیند لجن فعال و حوضچه اکسیداسیون. روش چهارم که کمتر رایج است، کنتاکتور بیولوژیکی دوار است.
تصفیه فاضلاب توسط فیلترهای چکنده یا MBR
فیلتر چکنده مخزنی است که با بستری از سنگ پر شده است. فاضلاب ته نشین شده به طور مداوم در بالای سنگ ها پاشیده می شود و به سمت پایین چکه می کند و در آنجا برای تصفیه بیشتر جمع آوری می شود. وقتی فاضلاب به سمت پایین چکه می کند، باکتری ها روی سنگ ها جمع شده و تکثیر می شوند. جریان ثابت فاضلاب بر روی این رشد به میکروب ها اجازه می دهد تا مواد آلی محلول را جذب کنند، در نتیجه نیاز اکسیژن بیوشیمیایی (BOD) فاضلاب را کاهش می دهد. گردش هوا به سمت بالا از طریق فضاهای بین سنگ ها اکسیژن کافی برای فرآیندهای متابولیک فراهم می کند.
مخازن ته نشینی که زلال سازهای ثانویه نامیده می شوند میکروب‌هایی را که توسط جریان فاضلاب از سنگ‌ها شسته می‌شوند را حذف می‌کنند. دو یا چند فیلتر چکنده ممکن است به صورت سری به هم متصل شوند.
تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال یا MBBR
سیستم تصفیه لجن فعال شامل یک مخزن هوادهی و به دنبال آن یک زلال کننده ثانویه است. فاضلاب ته نشین شده مخلوط با لجن تازه ای که از زلال کننده ثانویه به گردش در می آید، به مخزن هوادهی وارد می شود. سپس هوای فشرده از طریق دیفیوزرهای متخلخلی که در پایین مخزن قرار دارد به مخلوط تزریق می شود. با حباب زدن به سطح، هوای منتشر شده اکسیژن و یک عمل اختلاط سریع را فراهم می کند. همچنین می‌توان هوا را با عملکرد میکسرهای ملخ مانند مکانیکی که در سطح مخزن قرار دارند اضافه کرد.
در مجاورت اکسیژن، میکروارگانیسم‌ها رشد می‌کنند و یک سوسپانسیون فعال و سالم از جامدات بیولوژیکی به نام لجن فعال تشکیل می‌دهند. این پروسه حدود شش ساعت در مخزن هوادهی زمان می برد. این زمان به میکروب ها فرصت کافی برای جذب مواد آلی محلول از فاضلاب را می دهد و باعث کاهش BOD می شود. سپس مخلوط از مخزن هوادهی به زلال‌کننده ثانویه می‌ریزد، جایی که لجن فعال بر اثر گرانش ته نشین می‌شود. آب زلال از سطح زلال ساز، ضد عفونی شده و به عنوان پساب ثانویه تخلیه می شود. لجن از قیف در پایین مخزن خارج می شود. حدود 30 درصد از لجن به مخزن هوادهی بازگردانده می شود و در آنجا با پساب اولیه مخلوط می شود. این چرخش یک ویژگی کلیدی در فرآیند لجن فعال است. میکروب های بازیافتی به خوبی با محیط فاضلاب سازگار هستند و به راحتی مواد آلی موجود در پساب اولیه را متابولیزه می کنند. 70 درصد باقیمانده لجن ثانویه باید به روش قابل قبولی تصفیه و دفع شود.
حوضچه اکسیداسیون
حوضچه های اکسیداسیون که تالاب یا حوضچه های تثبیت نیز نامیده می شوند، حوضچه های بزرگ و کم عمقی هستند که برای تصفیه فاضلاب از طریق تعامل نور خورشید، باکتری ها و جلبک ها طراحی شده اند. جلبک ها با استفاده از انرژی خورشید و دی اکسید کربن و ترکیبات معدنی آزاد شده توسط باکتری ها در آب رشد می کنند. در طول فرآیند فتوسنتز، جلبک ها اکسیژن مورد نیاز باکتری های هوازی را آزاد می کنند. گاهی اوقات هواده های مکانیکی برای تامین اکسیژن بیشتر نصب می شوند و در نتیجه اندازه مورد نیاز حوضچه کاهش می یابد. رسوبات لجن در حوضچه در نهایت باید با لایروبی حذف شوند. جلبک های باقی مانده در پساب حوضچه را می توان با فیلتراسیون یا ترکیبی از عملیات شیمیایی و ته نشینی حذف کرد.
کنتاکتور بیولوژیکی دوار
در این سیستم تصفیه یک سری از دیسک های پلاستیکی بزرگ که بر روی یک محور افقی نصب شده اند تا حدی در پساب اولیه غوطه ور می شوند. با چرخش شفت، دیسک ها به طور متناوب در معرض هوا و فاضلاب قرار می گیرند و به لایه ای از باکتری ها اجازه می دهند روی دیسک ها رشد کنند و مواد آلی موجود در فاضلاب را متابولیزه کنند.
مرحله پیشرفته تصفیه فاضلاب
این مرحله بسیار شبیه مراحل تصفیه آب اشامیدنی می باشد. در این مرحله 99 درصد از ناخالصی های فاضلاب حذف می شوند. پس از این مرحله کیفیت آب پساب نزدیک به کیفیت آب آشامیدنی است. این مرحله نیاز به مواد شیمیایی ،تجهیزات ویژه دارد.
ضد عفونی کردن
بعد از اینکه مرحله دوم تصفیه کامل شد ،فاضلاب به مخزن ضدعفونی وارد می شود .در این مخزن پساب با کلر،هیپوکلریت کلسیم یا سایر مواد ضد عفونی کننده مخلوط می شود.کلر برای از بین بردن باکتری های بیماریزا و کم کردن بوی پساب استفاده می شود. کلرزنی بیش از 99% باکتری های مضر را از پساب از بین می برد. گاهی لازم است میزان کلر اضافی قبل از تخلیه پساب به آب های سطحی از پساب خنثی شود که این فرایند را دکلره کردن می نامند.
گاهی به جای ضدعفونی کردن با کلر، از نور ماوراء بنفش یا ازن، استفاده می شود زیرا کلر باقی مانده در پساب فاضلاب تصفیه شده ممکن است برای ماهی و دیگر حیوانات آبزی مضر باشد.
حذف مواد شیمیایی
حذف مواد شیمیایی اغلب در مرحله سوم انجام می شود. فسفر در فاضلاب به شکل ترکیبات آلی و فسفات وجود دارد که به راحتی با رسوب شیمیایی حذف می شود. اما این فرآیند باعث افزایش حجم و وزن لجن می شود. نیتروژن، یکی دیگر از مواد شیمیایی در فاضلاب است که به صورت آمونیاک و نیترات وجود دارد. آمونیاک برای ماهی سمی است و همچنین با تبدیل شدن به نیترات سطح اکسیژن بالایی در آب را دریافت می کند. نیترات‌ها مانند فسفات‌ها باعث رشد جلبک‌ها و اوتروفیکاسیون‌ها می‌شوند. برای حذف نیترات ها از روش نیتریفیکاسیون استفاده می شود. این یک فرآیند بیولوژیکی دو مرحله ای است که در آن نیتروژن آمونیاکی ابتدا توسط میکروارگانیسم ها به نیترات تبدیل می شود. نیترات ها توسط گونه دیگری از باکتری ها متابولیزه می شوند و گاز نیتروژن را تشکیل می دهند که به هوا می رود. این فرآیند مستلزم ساخت مخازن هوادهی و ته نشینی بیشتر بوده و هزینه تصفیه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.