روش های معمول برای تصفیه فاضلاب

اساس تصفیه فاضلاب بر مبنای روش های طبیعی مانند کنش های میکروبی می باشد. هنگامی که جریان ثابتی از هوا وارد مخزن فاضلابی می شود که تمام مواد شناور و غیر محلول موجود در فاضلاب بوسیله آشغال گیر جدا شده است، میکروب های موجود در آن را فعال می کند. این میکروب ها که بخش عمده ای از فاضلاب را تشکیل می دهند، به کمک هوای تزریق شده به مخزن شروع به رشد و تکثیر و مصرف آلاینده های موجود در فاضلاب می کنند.

این روش که یکی از قدیمی ترین و پرکاربردترین فرآیندها در تصفیه فاضلاب می باشد، “لجن فعال” نام دارد (ASP). تصفیه خانه ایی که بر مبنای این فرآیند هوازی بنا شده باشد، شامل مراحل تصفیه زیر می باشد :

• تصفیه اولیه: این مرحله شامل آشغال گیری و حذف آلاینده های شناور و نا محلول مانند کیسه های پلاستیکی، شاخه و برگ ها، کاغذ و … می باشد.
• تصفیه ثانویه: در این مرحله اکسیژن (هوا) با فاضلاب مخلوط شده و باعث فعال شدن میکروب هایی می شود که بار آلودگی موجود در فاضلاب را مصرف کرده و سپس تبدیل به لجن می کنند(بیومس). فاضلاب هوادهی شده و لجن از یکدیگر جدا شده و لجن پس از آبگیری از سیستم دفع می گردد. از لجن آب گیری شده می توان به عنوان کود در باغچه ها نیز استفاده نمود. آب عاری از لجن نیز به مخزن آب تمیز (مخزن زلال سازی) فرستاده می شود.
• تصفیه تکمیلی: آب زلال شده برای حذف ناخالصی های معلق باقی مانده و کاهش چشمگیر BOD و COD موجود، به فیلتر شنی و سپس در صورت نیاز به فیلتر کربن فعال فرستاده می شود. در پایان نیز برای از بین بردن باکتری های موجود، با استفاده از کلرزنی، ازن زنی یا اشعه فرابنفش گندزدایی می گردد. فاضلاب تصفیه شده به مخازن ذخیره پمپ می شوند و از آن ها برای فعالیت های غیر شرب متنوعی از قبیل شستشو، آبیاری و … استفاده می شود.

بسیاری از تصفیه خانه های فاضلاب در ایران بر مبنای فرآیند لجن فعال می باشند. این تصفیه خانه ها نسبت به نوسانات موجود در فاضلاب ورودی (که در ایران بسیار شایع است) بسیار حساس هستند، که این تغییرات در فاضلاب ورودی موجب کامل تصفیه نشدن حجم زیادی از فاضلاب و سایر مشکلات مربوطه می شود.

سایر فرآیندهای موجود :

• سیستم دیگری که بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، بیوراکتور غشایی (MBR) است. این فرآیند یک سیستم تصفیه بسیار متراکم و ترکیبی از تجزیه بیولوژیکی و جداسازی غشایی لجن (بیومس) می باشد. در این روش فشرده سازی و تغلیظ لجن بوسیله غشا انجام می شود که این امر باعث کوچکتر شدن این سیستم نسبت به روش ذکر شده در بالا می گردد (در این روش، تصفیه ثانویه و تکمیلی در یک مرحله انجام می شود). از مزایای دیگر این سیستم می توان به کاهش تولید لجن و حساسیت کمتر به نوسانات جریان ورودی اشاره نمود. برای راهبری سیستم MBR نیاز به نیروی متخصص می باشد که این مسئله را می توان با هوشمند سازی سیستم و حذف اشتباهات انسانی و راهبردی نادرست، برطرف نمود.
• سیستم تصفیه غیرمتمرکز (DEWATS) که ترکیبی از تصفیه هوازی و بی هوازی می‌باشد. این سیستم بسیار کم هزینه بوده و برخلاف سیستم لجن فعال نیازی به مداخله اپراتور ندارد. این فرآیند هیچ بخش متحرکی ندارد و از گاز متان تولید شده در قسمت هوازی سیستم نیز می توان برای مصارفی مانند پخت و پز استفاده کرد. این روش برای حل مشکل نیاز به اپراتور ماهر که در فرآیندهایی مانند لجن فعال وجود داشت، در اقتصادهای در حال توسعه، رشد و گسترش یافت. فاضلاب تصفیه شده با این روش برای استفاده مجدد نیاز به تصفیه تکمیلی خواهد داشت و این بخش از سیستم (تصفیه تکمیلی) نیز به اپراتور نیازمند است.
• سیستم تصفیه فاضلاب با استفاده از گیاهان (روش نیزاری) که با محیط زیست بسیار سازگار می باشد. در این روش فاضلاب وارد مخزن آبی از پیش ساخته می شود که درون آن نوع خاصی از گیاهان آبی قرار گرفته اند. این گیاهان با جذب اکسیژن موجود در اتمسفر و خارج کردن آن از ریشه های خود، اکسیژن مورد نیاز برای تغذیه میکروب هایی که وظیفه پاکسازی فاضلاب را دارند، تامین می کنند. برای استفاده از فاضلاب تصفیه شده با این روش به غیر از مصارف آبیاری، نیاز به تصفیه تکمیلی می‌باشد. نقص اصلی این سیستم، نیاز آن به فضای زیاد برای کارکرد مناسب می‌باشد. مزیت اصلی آن نیز عدم نیاز به برق برای کار سیستم می باشد (این مورد در صورتی مححق می شود که با طراحی مناسب بتوان از نیروی جاذبه برای ورود فاضلاب خام و خروج فاضلاب تصفیه شده از سیستم استفاده نمود).

همان طور که در بالا توضیح داده شد فرآیند هوازی فرآیندیست که در آن باکتری هایی که باعث تصفیه فاضلاب می شوند، برای رشد و تکثیر، نیاز به اکسیژن (هوا) دارند. اما در فرآیند بی هوازی باکتری های متفاوتی وارد عمل می شوند که نیاز به هوا ندارند و در شرایط بدون هوا عمل می کنند. این باکتری ها متان تولید می کنند و در حیطه مهندسی فاضلاب و محیط زیست با نام “متانوژن ها” شناخته می شوند.

در اکثر مواقع پس از تصفیه بی هوازی، از فرآیند هوازی نیز استفاده می شود که این ترکیب غالبا برای فاضلاب هایی با مقادیر بسیار بالای BOD و COD مورد استفاده قرار می گیرد. در این سیستم ها فرآیند بی هوازی میزان BOD و COD را تا حد بسیار زیادی پایین آورده و سپس فرآیند هوازی این مقدار را دوباره تا حدی که تصفیه تکمیلی توانایی حذف کامل آن را داشته باشد، پایین می آورد.

فاضلاب چیست ؟

فاضلاب، آبی است که پس از استفاده انسان ها از آب شیرین برای مصارف خانگی، تجاری و صنعتی بوجود می آید. ما نیز در این مقاله تنها به فاضلاب حاصل از مصارف خانگی خواهیم پرداخت.

در حالت کلی برای تمام مصارف خانگی مانند شستشو، استحمام و فلاش تانک های سرویس های بهداشتی از آب شیرین استفاده می شود. شستشو شامل شستن ظروف آشپزی، شستن سبزیجات و سایر مواد غذایی، استحمام، شستن دست ها و شستن لباس ها می باشد.

آب تولید شده ی حاصل از این نوع مصارف حاوی آلاینده هایی از قبیل تکه های سبزیجات، روغن های خوراکی پخت و پز، چربی و روغن موجود در مو، شوینده ها، آلودگی های شسته شده از کف خانه، صابون ها و شامپوهای مورد استفاده در حمام به همراه چربی های شسته شده از بدن می باشد. به این نوع آب “آب خاکستری” یا گندآب می گویند.

به آب مورد استفاده در فلاش تانک های سرویس های بهداشتی نیز “آب سیاه” یا فاضلاب می‌گویند.

تصفیه آب خاکستری در مقایسه با فاضلاب بسیار ساده تر می باشد. با این حال در ایران و بسیاری از کشورهای دیگر آسیایی در اغلب مواقع هر دوی این آب ها با یکدیگر مخلوط شده و به شبکه فاضلاب یا تصفیه خانه موجود در محل تخلیه می شود.

چه مقدار فاضلاب در یک مجتمع مسکونی تولید می شود؟

با توجه به استاندارد تعیین شده از سوی سازمان مهندسی و بهداشت عمومی محیط (CPHEEO) مصرف آب شیرین برای هر فرد در روز بایستی بین ۱۳۵ تا ۱۵۰ لیتر باشد که به آن “لیتر سرانه در هر روز” (lpcd) می گویند.

فاضلاب تولیدی در یک مجتمع مسکونی :

سرانه ی مقدار آب استفاده شده توسط اهالی یک مجتمع مسکونی که به سیستم فاضلاب زیرزمینی دسترسی ندارد، ۱۳۵ لیتر در روز در نظر گرفته می شود. مقدار کلی این فاضلاب (تعداد اهالی ضرب در ۱۳۵ لیتر) وارد سیستم تصفیه فاضلاب موجود در محل شده و در آنجا تصفیه خواهد شد.

در اکثریت قریب به اتفاق مواقع مقدار فاضلاب تولیدی، بسیار بیشتر از این عدد بوده که این امر موجب بارگذاری بیش از حد بر روی تصفیه خانه می شود. یکی از مهم ترین دلایل این اتفاق، عادات و الگوهای نادرست در مصرف آب می باشد و برای جلوگیری از بروز این مشکل می بایست بررسی ها و محاسبات دقیقی برای تخمین صحیح از میزان آب مصرفی مجتمع مسکونی مورد مطالعه، صورت گیرد. در بیشتر مواردی که تصفیه خانه ها فاقد محاسبات طراحی دقیق و ساخت نامناسب هستند، میزان واقعی مصرف آب و تولید فاضلاب ۲ تا ۳ برابر بیشتر از استاندارد در نظر گرفته شده (سرانه ی ۱۳۵ لیتر در روز)، می باشد.

فاضلاب تولیدی در یک مجتمع تجاری :

مصرف آب در این نوع ساختمان ها غالبا تنها در ساعات اداری که چیزی حدود ۸ تا ۱۰ ساعت در هر شیفت می باشد، است. استاندارد سرانه مصرف آب برای این موارد ۵۰ لیتر در روز برای هر نفر در هر شیفت کاری می باشد.

اجزای اصلی تشکیل دهنده فاضلاب چه چیزهایی هستند؟

فاضلاب شامل تمام مواد معدنی محلول موجود در آب شیرین (در صورتی که استفاده نشده باشند) و سایر آلودگی های ذکر شده در بالا می باشد که شامل پروتئین ها، کربوهیدرات ها، چربی ها و روغن ها است. این آلایندها تجزیه پذیر هستند و طی فرآیند تخریب، اکسیژن مصرف می کنند.

بنابراین میزان نیاز این آلایندها به اکسیژن باید به صورت دقیق محاسبه گردد که این کار توسط آزمایش های دقیقی در آزمایشگاه ها صورت می گیرد. به این مقدار اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی یا BOD می گویند. برخی مواد شیمیایی که در حین مصارف خانگی وارد آب می شوند و آن را آلوده می کنند نیز تجزیه پذیر هستند و اکسیژن مصرف می کنند. مقدار این اکسیژن نیز در آزمایشگاه ها قابل اندازه می باشد که به آن اکسیژن شیمیایی مورد نیاز یا COD می‌گویند.

معمولا BOD و COD در فاضلاب خانگی به طور میانگین بین ۳۰۰ تا ۴۵۰ میلی گرم بر لیتر می‌باشد. فاضلاب هم چنین دارای باکتری های کلیفرم است که مصرف آبی که دارای این باکتری می باشد، برای انسان به شدت مضر و خطرناک می باشد. این باکتری ها در روده جانداران خون گرم مانند انسان ها، حیوانات و پرندگان رشد می کنند.

ویژگی دیگر فاضلاب ها مقدار بالای جامدات معلق یا همان TSS در آنهاست، که دلیل رنگ سیاه آن و اطلاق نام “آب سیاه” به فاضلاب نیز می باشد. هم چنین سپتیک شدن (بی هوازی شدن) فاضلاب باعث ایجاد بوی شدید و نامطلوبی می گردد.

تصفیه فاضلاب چه لزومی دارد؟

عمده ی آبی که برای مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرد، نیازی به داشتن کیفیت و استانداردهای آب آشامیدنی ندارد. برای مثال نیازی به آشامیدنی بودن آبی که برای فلاش تانک های سرویس های بهداشتی یا شستن سطوح و حیاط ها و آبیاری باغچه ها استفاده می شود، نیست. در مناطقی مانند ایران که با بحران جدی آب مواجه هستیم و از طرف دیگر فاضلاب تولیدی نیز با تخلیه به رودخانه ها، دریاچه ها و چاه ها باعث آلوده شدن منابع آبی موجود می‌گردند، نیاز به تصفیه، بازیابی و استفاده مجدد از فاضلاب بسیار ضروری و حائز اهمیت می‌باشد.

خوشبختانه در سال های اخیر با وضع قوانین جدید در رابطه با آب و فاضلاب، تخلیه هر گونه فاضلاب خام (تصفیه نشده) به چاه ها، رودخانه و یا حتی زمین های باز خلاف قانون شناخته شده و مستلزم پیگرد قانونی می باشد.

تصفیه صحیح فاضلاب پیش از استفاده مجدد برای موارد متعددی که نیاز به کیفیت آب آشامیدنی ندارند، ضروری و بسیار حیاتی می باشد چرا که بازیابی و استفاده مجدد از فاضلاب تصفیه شده، نیاز به استفاده از منابع آب شیرین را ۶۰ – ۵۰ درصد کاهش می دهد.

فاضلاب تصفیه شده را چگونه می توان به سیکل بازگرداند و از آن استفاده مجدد نمود؟

یکی از راهکارهای ساده برای این امر قرار دادن دو مخزن مجزا بر روی پشت بام مجتمع های تجاری و مسکونی می باشد. یکی از این مخازن آب شرب را در خود ذخیره نموده و از طریق سیستم لوله کشی تعبیه شده آن را به حمام، آشپزخانه و سایر محل هایی که نیاز به آب شرب دارند منتقل می کند. مخزن دوم نیز فاضلاب تصفیه شده را در خود ذخیره نموده و از طریق سیستم لوله کشی آن را به فلاش تانک ها، شیرهای شستشو ی سطوح، آبیاری باغچه ها و سایر مصارفی که نیاز به آب شرب ندارند، متصل می شود.

فاضلاب چگونه تصفیه می شود؟

همانطور که در بالا اشاره شد محوریت بحث ما فاضلاب خاکستری می باشد. اگر فاضلاب خاکستری را در بوسیله سیستم لوله کشی مورد نیاز در مخزنی جداگانه ذخیره کنیم، می توان با استفاده از مراحل زیر آن را تصفیه نمود : ابتدا برای جلوگیری از سپتیک شدن بایستی هوادهی صورت گیرد، سپس منعقد کننده و بعد از آن کلر به آن اضافه می شود، در پایان نیز بوسیله فیلتر شنی و فیلتر کربن فعال، فیلتراسیون خواهد شد. آب خاکستری پس از تصفیه، به مخزن تعبیه شده (معمولا در ارتفاع) منتقل شده و تامین کننده ی آب مصارفی که نیاز به آب آشامیدنی ندارند، خواهد بود.

چرا تصفیه آب خاکستری به صورت جدی به عنوان یک راهکار در ساختمان ها در نظر گرفته نمی شود؟

از دیدگاه ساکنان یک ساختمان، توجه به کیفیت و هزینه آب مصرفی بسیار مهم می باشد. اما اولویت برای سازندگان ساختمان ها کاملا متفاوت می باشد، چرا که آن ها قادر به فروش و کسب درآمد از فضای اشغال توسط پکیج تصفیه فاضلاب نخواهند بود. لذا برای صرفه جویی در هزینه ها و کسب درآمد بیشتر، آن را در نظر نمی گیرند و فاضلاب خاکستری را با سایر فاضلاب‌ها مخلوط می کنند.

تصفیه فاضلاب

به دلیل کمبود آب در دنیا تصفیه فاضلاب و بازگرداندن آب مصرف شده به چرخه اهمیت پیدا کرده است. توسعه تصفیه‌خانه‌های فاضلاب مستلزم رفع موانع موجود و ارائه راه‌کارهای جدید است. قدیمی بودن لوله‌های انتقال و فناوری‌های به کار رفته یکی از مهمترین چالش‌های پیش روی صنعت تصفیه فاضلاب است.

فاضلاب چیست؟

به زبان ساده فاضلاب، به آبی گفته می‌شود که در نتیجه مصرف شدن آلوده شده و دیگر قابل استفاده نیست. فاضلاب‌ها را می‌توان به صورت زیر تقسیم بندی کرد.

• فاضلاب بهداشتی: شامل فاضلاب خانگی، فاضلاب اماکن تجاری و فاضلاب مؤسسات عمومی؛
• فاضلاب خانگی: شامل فاضلاب سرویس‌های بهداشتی خانه‌ها، مغازه‌ها، فروشگاه‌ها؛
• فاضلاب صنعتی: آب تولید شده از مصرف کارخانه‌ها، کارگاه‌ها و مجموعه‌های صنعتی؛
• فاضلاب کشاورزی: فاضلاب‌های بوجود آمده از فعالیت‌های کشاورزی؛
• فاضلاب سطحی یا سیلاب: شامل آب‌های ناشی از ذوب برف و یخ و یا بارندگی

در این بین فاضلاب‌های صنعتی به دلیل مصرف بالا و تنوع نوع آلاینده‌ها از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و همواره تصفیه فاضلاب‌های صنعتی چالش‌های بیشتری دارد.

فاضلاب‌های صنعتی، محصولات جانبی کارخانجات تولیدی هستند. کارخانجات مختلفی که می‌توانند مواد غذایی، پوشاک، نوشیدنی، کاغذ و انواع مواد شیمیایی مورد نیاز ما را تولید کنند. در تمامی این محصولات آب بعنوان یک ماده مصرفی در بخشی از فرایند تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با توجه به تنوع کارخانجات صنعتی و حجم بالای فاضلاب صنعتی در کشور نیازمند شناسایی روش‌های مناسب برای مدیریت فاضلاب‌های صنعتی هستیم.

اهمیت تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب به فرایندی گفته می‌شود که در آن فاضلاب تبدیل به آبی می‌شود که بتوان از آن استفاده مجدد کرده یا بدون آسیب و خطر در محیط رها کرد.

آب پاک و سالم یکی از اساسی‌ترین منابع انسان‌ها برای زندگی بر روی کره زمین است. یکی از روش‌های دست‌یابی به آب سالم تصفیه فاضلاب است. فاضلاب‌ها امروزه یکی از منابع با ارزش و ضروری تامین آب به شمار می‌آیند. در گذشته فاضلاب‌ها به دلایل مختلف به عنوان زباله‌های به درد نخور و بی ارزش شمرده می‌شدند.

روش‌های مختلف تصفیه فاضلاب

در فناوری‌های تصفیه آب، فرایندهای پیش تصفیه فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلفی بر روی فاضلاب اولیه انجام می‌شود. از جمله روش‌های فیزیکی-شیمیایی می‌توان فیلتراسیون، منعقد کردن، ته نشین سازی، شناور سازی ، جذب، تبادل یون، اکسیداسیون پیشرفته، الکترولیز و احیای شیمیایی را نام برد.

سیستم‌های تصفیه بیولوژیکی به طور موثری باعث از بین بردن آلاینده‌های سمی می‌شوند. این روش‌ها نسبتاً ارزان قیمت بوده و نسبت به سایر روش‌ها ارجحیت دارند. از جمله روش‌های بیولوژیکی می‌توان جذب بیولوژیکی، اضمحلال بیولوژیکی به صورت هوا زی، بی هوا زی یا فرایندهای ترکیبی با استفاده از باکتری‌، مخمر، گیاهان، جلبک، قارچ و آنزیم‌ها.

عمدتاً فاضلاب‌ها بسیار رنگی بوده و حاوی اکسیژن بیولوژیکی و شیمیایی بالایی هستند؛ هدایت الکتریکی بالایی داشته و از نظر شیمیایی قلیایی محسوب می‌شوند. بر همین اساس پارامترهای مختلفی بر روی هزینه تمام شده برای انتخاب روش تصفیه فاضلاب اثر گذار هستند.

فاکتورهای مختلفی بر روی انتخاب روش اثر گذار هستند. فاکتورهایی همچون نوع آلاینده‌هایی که باید تصفیه شوند، ترکیب شیمیایی فاضلاب، هزینه مواد شیمیایی مورد نیاز، هزینه عملیاتی، هزینه جمع آوری زباله تولید شده در اثر فرایند تصفیه.

در ادامه به بررسی چند فناوری جدید در تصفیه فاضلاب می‌پردازیم:

استفاده از ازن و ازن ژنراتور

از بین فناوری های متعدد موجود در فرایندهای تصفیه آب و فاضلاب، استفاده از فناوری ازن به دلیل قابلیت گندزدایی بالاتر و سایر مزایایی که نسبت به کلر دارد در صنایع مختلف بسیار رواج یافته است.

ازن مولکولی با ۳ اتم اکسیژن، گازی آبی رنگ با بوی زننده است که به دلیل دارا بودن خاصیت اکسیدکنندگی قوی به صورت یک ضدعفونی کننده در فرایند تصفیه آب و فاضلاب در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. خاصیت گندزدایی و ضدعفونی کنندگی ازن بسیار بیشتر از کلر، دی اکسید کلر، کلروآمین ها و سایر ضدعفونی کننده ها می باشد که به همین دلیل از بین برنده‌ی بسیاری از باکتری ها، ویروس ها، تخم ها و کیست های انگلی می باشد که بسته به نوع صنعت و ترکیبات فاضلاب، کاربردهای مختلفی می‌یابد.

ازن کمک می‌کند تا مواد مضر، رنگ، بو و میکروارگانیسم‌ها مستقیما و بدون ایجاد محصولات جانبی مضر یا مواد باقی مانده از بین روند. عدم توانایی کلر در حذف کامل آلودگی های میکروبی، تغییر در کیفیت آب و اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از استفاده از کلر، سبب گردید تا استفاده از گاز ازن بیشتر مورد توجه قرار گیرد.

روش‌های غشایی

غشاهای پلیمری شامل انواع اولترا فیلتراسیون (UF)، نانو فیلتراسیون (NF)، میکرو فیلتراسیون (MF)، اسمز معکوس (RO) است که کاربردهای بسیاری در صنایع آب و فاضلاب دارند. در اغلب موارد طراحی و ساخت تصفیه خانه های آب و فاضلاب با استفاده از سیستم‌های تصفیه غشایی به صورت پکیج تصفیه فاضلاب غشایی و سیستم های اسمز معکوس RO می باشد.

استفاده از این فرایندها به دلیل دارا بودن مزایایی مانند کاهش مصرف انرژی، انتقال جرم با راندمان بالا و سهولت کاربرد ، اهمیت بسزایی در صنایع مختلف از جمله تصفیه خانه‌های صنعت آب و فاضلاب صنعتی همچون تصفیه فاضلاب‌ پتروشیمی‌ها دارند.