تصفیه فاضلاب بهداشتی

  1. خانه
  2. chevron_right
  3. تصفیه فاضلاب بهداشتی

تصفیه فاضلاب بهداشتی

در تصفیه فاضلاب بهداشتی و تصفیه فاضلاب صنعتی هدف های زیر مد نظر هستند:

  1.  تامین شرایط بهداشتی برای زندگی مردم: فاضلاب های بهداشتی ( فاضلاب های شهری ) همیشه دارای میکروب های گوناگونی هستند که قسمتی از آن ها را میکروب بیماری زا تشکیل می دهند.
    ورود فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست و منبع های طبیعی آب، چه آن هایی که روی زمین و چه آن هایی 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.
  2.  پاک نگهداری محیط زیست: وارد کردن فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست موجب آلودگی این محیط شده که بجز خطرهای مستقیمی که برای بهداشت مردم دارد، نتایجی دیگر از قبیل ایجاد منظره زشت، بوهای ناخوشایند و سرانجام تولید حشرات بخصوص مگس و پشه را به همراه دارد. این حشرات خود وسیله ای برای جابه جا شدن میکروب های بیماری زا و آلوده سازی محیط زیست با این میکروب ها هستند.
  3.  بازیابی فاضلاب: امروزه در تصفیه خانه های فاضلاب بازیابی های گوناگونی از فاضلاب انجام می گیرد که مهمترین ها به قرار زیر هستند:
    • کاربرد دوباره فاضلاب: با توجه به اینکه مقدار نمک های معدنی محلول در فاضلاب به مراتب کمتر از آب دریاهای آزاد است و فاضلاب جزو آب های شیرین ولی آلوده به حساب می آید، کاربرد دوباره ی فاضلاب تصفیه شده به جای آب شیرین برای آبیاری کشاورزان و فضای سبز دور شهرها به مراتب ارزان تر از شیرین کردن آب دریاهای شور است.
    • تولید کود: لجنی که از تصفیه ی زیستی فاضلاب بدست می آید، دارای مقداری زیادی از ترکیبات شیمیایی نظیر نیترات ها، سولفات ها، و فسفات ها است، که ارزش کودی برای رشد گیاهان دارند.
    • تولید انرژی: نزدیک به 70 درصد گازهای تولید شده در انباره های هضم لجن را گاز متان تشکیل می دهد که ارزش سوختی آن در حدود ارزش سوختی گاز طبیعی در شبکه ی شهری است. در تصفیه خانه ها می توان با سوزانیدن آن و گرم کردن دیگ های بخار گرمای مورد نیاز یکان های تصفیه خانه را برآورده کرد.

اثرات مهم تخلیه فاضلاب های بهداشتی و شهری به محیط زیست عبارتند از:

  • اکسیداسیون مواد آلی و در نتیجه کم شدن اکسیژن محلول آب ها و احتمال از بین رفتن ماهی ها و آبزیان
  • میکروارگانیسم های بیماری زا از طریق تخلیه فاضلاب های بهداشتی و شهری به جریان های آب داخل شده و مصرف این آب ها در اجتماعات با بروز همه گیری های خطرناک باعث مرگ و میرهای وحشتناکی خواهد شد.
  • مواد کف زا که با ایجاد کف در سطح آب ها مانع اکسیژن گیری آنها خواهد گردید.
  • ممکن است میزان ازت و فسفر در اثر تخلیه فاضلاب ها در جریان های آب به شدت افزایش یابد و قابلیت استفاده این آب ها برای اجتماعات و صنایع زایل گردد.
  • وجود مقادیر قابل توجهی مواد معلق شناور آلی و معدنی که در اثر فعالیت باکتری های هوازی و بی هوازی تجزیه و مواد ثانوی سمی برای زندگی موجودات آبی آزاد می نمایند.

مراحل تصفیه فاضلاب بهداشتی

فرآیند پالایش یا تصفیه فاضلاب بهداشتی را معمولا به سه مرحله تقسیم می کنند:
• مرحله ی یکم: این مرحله بنام تصفیه مقدماتی نامیده می شود و شامل تصفیه فیزیکی از قبیل آشغال گیری، دانه گیری، ته نشینی مواد معلق و بالاخره خشک کردن و دفع لجن
• مرحله ی دوم: مرحله ی دوم تصفیه فاضلاب شامل 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
• مرحله ی سوم: این مرحله که تصفیه پیشرفته و یا تصفیه ی نهایی نیز نامیده می شود، شامل است بر زلال سازی و کاربرد یک یا چند روش از تصفیه های تکمیلی زیر:

  • ادامه ی 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 یون
  • روش اسموزی وارونه
  • در برخی از موارد و بسته به نوع مصرف پساب کلرزدایی و …

گندزدایی فاضلاب هنگام بیرون آمدن از تصفیه خانه فرآیندی است اجباری و باید در هر حالتی که تصفیه خانه طرح شده باشد اجرا شود.
در صورتیکه تمام تاسیسات یک تصفیه خانه به درستی کار کنند، می توان در مرحله ی دوم تصفیه آلودگی فاضلاب را 90 تا 96 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 صورتیکه بخواهیم از فاضلاب تصفیه شده برای آبیاری فضاهای سبز درون شهرها استفاده کنیم، یک تصفیه ی پیشرفته که مرحله ی سوم را تشکیل دهد، لازم است.

انواع و ویژگی های فاضلاب ها

1: فاضلاب خانگی ( فاضلاب بهداشتی )

فاضلاب های بهداشتی خالص تشکیل شده اند از فاضلاب دستگاه های بهداشتی خانه ها مانند: توالت ها، دستشویی ها، حمام ها، ماشین لباس شویی و ظرف شویی، پس آب آشپزخانه ها و یا فاضلاب بدست آمده از شستشوی قسمت های گوناگون خانه
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 هایی مانند آن ها نیز است که اجبارا در سطح شهر و به طور پراکنده وارد کانال های گردآوری فاضلاب می شوند.

  • رنگ فاضلاب: رنگ فاضلاب خانگی نشان دهنده ی عمر آن است. فاضلاب تازه دارای رنگ خاکستری است. پس از مدتی که فاضلاب گندید و کهنه شد رنگ آن تیره و سیاه می شود.
  •  بوی فاضلاب: بوی فاضلاب ناشی از گازهایی است که بر اثر متلاشی شدن مواد آلی بوجود می آید. بوی فاضلاب تازه قابل تحمل تر از فاضلاب کهنه است. بوی فاضلاب کهنه بیشتر ناشیاز گاز هیدروژن سولفوره است که بر اثر فعالیت باکتری های بی هوازی و در نتیجه احیای سولفات ها به سولفیت ها تولید می شود.در صورتی که به فاضلاب هوا و اکسیژن کافی برسد باکتری های بی هوازی از فعالیت بازایستاده و بجای آن ها باکتری های هوازی مواد آلی فاضلاب را تجزیه می کنند و گاز کربنیک مهمترین گازی است که از کار این باکتری ها تولید می شود.
  •  درجه اسیدی:فاضلاب های خانگی خالص و تازه معمولا حالتی خنثی و یا متمایل به قلیایی دارند. تنها بر اثر ماندن و شروع عمل گندیدگی گازهای اسیدی تولید شده و درجه ی اسیدی فاضلاب کاهش یافته، خاصیت اسیدی پیدا می کند. هر چه درجه ی گرمای محیط بیشتر باشد عمل گندیدن و تعفن زودتر رخ می دهد.
  •  دمای فاضلاب: به علت اعمال زیستی باکتری های موجود در فاضلاب، درجه ی گرمای فاضلاب معمولا بیشتر از درجه ی گرمای آب در همان محیط است.
  •  مواد خارجی در فاضلاب: در فاضلاب همیشه مقداری مواد خارجی به صورت محلول و یا نامحلول و معلق وجود دارد. مقدار مواد خارجی فاضلاب در حدود 0/1 درصد و بقیه ی آنرا آب تشکیل می دهد.
  •  وزن مخصوص فاضلاب: با توجه به سبک بودن مواد خارجی موجود در فاضلاب و نیز وجود برخی گازهای محلول در آن، وزن مخصوص فاضلاب کمی کمتر از وزن مخصوص آب است.
  •  موجودات زنده در فاضلاب: بجز مواد خارجی، همیشه فاضلاب مقدار زیادی موجودات زنده ی ذره بینی مانند ویروس ها و میکروب ها را به همراه دارد. تنها بخش کمی از این موجودات زنده ممکن است بیماری زا باشند. از این گروه می توان باسیل ، حصبه، اسهال و وبا که جز باکتری های انگلی هستند را نام برد.

به طور خلاصه یک تصفیه خانه فاضلاب شهری در مرحله مقدماتی شامل فرآیندهای آشغالگیری به منظور حذف ذرات درشت، دانه گیری جهت حذف دانه و در برخی موارد، چربی گیر برای حذف روغن و چربی می باشد. پس از تصفیه مقدماتی، تصفیه اولیه قرار دارد که شامل زلال سازهای اولیه یا آشغالگیرهای دهانه متوسط تا ریز جهت حذف ذرات کوچک تر می باشد. تصفیه ثانویه نیز معمولا شامل یک فرآیند بیولوژیکی هوازی نظیر فرآیند لجن فعال است. سیستم های بیولوژیکی اغلب شامل تانک یا تانک هایی جهت انجام واکنش های بیولوژیکی و پس از آن، زلال سازی ثانویه جهت حذف لجن فعال از پساب تصفیه شده، می باشند.

هدف اصلی از به کارگیری فرآیند بیولوژیکی، حذف مواد محلول و کلوییدی از فاضلاب می باشد. با توجه به محدودیت های تخلیه فاضلاب در خصوص میزان آمونیاک پساب خروجی، فرآیند بیولوژیکی می تواند به منظور تبدیل آمونیاک به نیترات ( نیتریفیکاسیون یا نیترات سازی ) به کار گرفته شود. در نهایت پساب تصفیه شده قبل از تخلیه گندزدایی می شود و لجن مازاد به صورت بی هوازی در تصفیه خانه های بزرگ و یا به صورت هوازی در تصفیه خانه های کوچک، تحت عمل هضم قرار گرفته و سپس آبگیری و دفع می گردد.

ماهیت این لجن عمدتا آلی است. در برخی موارد لازم است مواد مغذی ( نیتروژن و فسفر ) نیز حذف شوند. برای حذف نیتروژن، فرآیند بیولوژیکی را می توان به گونه ای طراحی کرد نت در طی آن، فرآیند دنیتریفیکاسیون یا نیترات زدایی انجام پذیرفته و نیترات در طی اکسیداسیون بیولوژیکی فاضلاب به گاز نیتروژن تبدیل شود. حذف فسفر نیز به روش تجمع زیستی در توده سلولی و سپس حذف آن از طریق دفع لجن اضافی، امکان پذیر می باشد. حذف بیولوژیکی فسفر به همراه فرآیند ترسیب شیمیایی با استفاده از آهک یا آلوم، افزایش می یابد. به کارگیری فرآیند ترسیب شیمیایی، کمیت و ماهیت لجن تولید شده دفعی را تغییر می دهد. در این صورت، مقدار لجن تا حد زیادی افزایش یافته و این لجن، با توجه به ماده منعقد کننده ای که به کار گرفته شده، حاوی مقادیر زیادی از آهک یا آلومینیوم می باشد.

2:  فاضلاب های صنعتی

خواص فاضلاب های صنعتی و پس آب کارخانه ها کاملا به نوع فرآورده ی کارخانه بستگی دارد. با توجه به این موضوع مهمترین تفاوتی که می تواند فاضلاب کارخانه ها با فاضلاب های خانگی داشته باشند عبارتند از:

  •  امکان وجود مواد و ترکیب های شیمیایی سمی در فاضلاب کارخانه ها بیشتر است.
  •  غالبا خاصیت خورندگی بیشتری دارد.
  • خاصیت قلیایی و یا اسیدی زیاد دارد.
  • امکان وجود موجودات زنده در آن ها کمتر است.
تصفیه فاضلاب بهداشتی

تصفیه فاضلاب صنعتی

تنها بخشی از فاضلاب کارخانه ها که تقریبا در تمام کارخانه ها خاصیت یکسان دارند، فاضلاب بدست آمده از تشکیلات خنک کننده ی آن ها است.
در فاضلاب برخی از کارخانه ها مانند کارخانه های بهره برداری از معادن، کارخانه های فولادسازی و کارخانه های شیمیایی بیشتر مواد خارجی را مواد معدنی تشکیل می دهند، در صورتی که در برخی دیگر از کارخانه ها مانند کارخانه های تهیه ی مواد غذایی و کارخانه ی نشاسته سازی بیشتر مواد خارجی در فاضلاب، مواد آلی هستند.
درجه ی آلودگی این فاضلاب ها می تواند گاهی چندین برابر و حتی ده ها برابر آلودگی فاضلاب های خانگی باشد.

3:  فاضلاب 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 ها و کثافت های روی زمین و شستن سطح خیابان ها و پشت بام ها آلوده شده و مقداری مواد آلی و معدنی در آن ها وجود دارد.
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 مانده های ذرات گیاهی و حیوانی و مواد نفتی و دوده، بخش های دیگری از مواد خارجی موجود در آب های سطحی را تشکیل می دهند.
درجه ی آلودگی فاضلاب های شهری
درجه ی آلودگی فاضلاب های شهری بسته به غلظت آن ها و مقدار مصرف سرانه ی آب میان 200 تا 400 میلی گرم در لیتر BOD تغییر می کند. غلظت BOD در فاضلاب شهری که مصرف سرانه ی آب در آن 200 لیتر در شبانه روز است نزدیک به 300 میلی گرم در لیتر می رسد.در صورتی که مصرف سرانه ی آب ساکنان شهر کمتر از 200 لیتر در شبانه روز باشد، معمولا غلظت فاضلاب برحسب BOD افزوده می شود.

اصول کلی تصفیه فاضلاب بهداشتی

تفاوت اصلی فاضلاب با آب تمیز همانا فراوانی مواد خارجی و به ویژه مواد آلی در آن است. از این رو هدف از تصفیه فاضلاب عبارتست از :

  1.  گرفتن مواد معلق و شناور از فاضلاب
  2.  اکسیداسیون مواد ناپایدار آلی موجود در فاضلاب و تبدیل آن ها به موادی پایدار مانند نیترات، سولفات ها و فسفات ها و سپس ته نشین ساختن و جداسازی آن مواد
  3.  جداسازی مواد سمی محلول و نامحلول از فاضلاب نظیر ترکیبات فلزهای سنگین
  4.  گندزدایی و کشتن میکروب ها در فاضلاب
    تمام کارهای نامبرده در طبیعت و در مدت نسبتا طولانی و نزدیک به چندین روز خود بخود انجام می گیرد. هدف از ساختن تاسیسات تصفیه خانه فاضلاب و تکامل دادن آن از یک سو سرعت بخشیدن به کارهای نامبرده و کوتاه کردن مدت زمان تصفیه تا نزدیک به چند ساعت است و از سوی دیگر جلوگیری از آلوده شدن منبع های طبیعی آب و محیط زیست است.
    تصفیه فاضلاب چه وقتی که به صورت مصنوعی و در تصفیه خانه انجام گیرد و چه وقتی که به صورت طبیعی و خودبخودی رخ می دهد به سه گونه ممکن است انجام شود:
    تصفیه مکانیکی یا تصفیه فیزیکی
    تصفیه زیستی یا تصفیه بیولوژیکی
    تصفیه شیمیایی

1:  تصفیه مکانیکی یا تصفیه فیزیکی 

تصفیه مکانیکی از یک رشته فرآیندهایی تشکیل شده است که در آن ها 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:

  • گذرانیدن فاضلاب از صافی ها و گرفتن مواد معلق موجود در آن
  • ته نشین کردن مواد معلق در فاضلاب و جداسازی آن ها
  • شناور کردن مواد معلق و گرفتن آن ها از سطح فاضلاب

صاف کردن فاضلاب

هدف از صاف کردن فاضلاب عبارتست از گذرانیدن آن از صافی هایی که بتوانند مواد معلق فاضلاب را در خود نگاه داشته و مایع آن را از خود عبور دهند.
مهمترین روش های متداول در تصفیه خانه های فاضلاب برای صاف کردن فاضلاب عبارتند از:

  • آشغال گیری: آشغال گیری نخستین تصفیه ایست که در تصفیه خانه ها در مورد فاضلاب خام انجام می گیرد و در ضمن آن مواد معلق درشت را از فاضلاب جدا می سازند.
    آشغال گیری معمولا با کمک صفحه های فلزی که سوراخ هایی به قطر چند میلی متر تا چند سانتی متر در آن ساخته شده و یا با کمک تورهای سیمی و یا به وسیله ی میله هایی که به صورت قائم در امتداد جریان فاضلاب قرار داده می شوند انجام می گیرد.
    قرار دادن آشغال گیر در مسیر جریان فاضلاب موجب کاهش سطح مقطع جریان، ایجاد افت فشار و افت انرژی شده که به صورت اختلاف سطح در دو سوی آشغال گیر نمودار می شود. وجود آشغال گیر سبب کاهش مقدار مواد معلق در فاضلاب و در نتیجه کاهش BOD موجود در فاضلاب خام می شود. مقدار کاهش آلودگی فاضلاب تابعی است از بزرگی سوراخ ها و یا فاصله ی میله های آشغال گیر. هرچه سوراخ های آشغال گیر ریزتر باشند مقدار کاهش آلودگی بیشتر شده و افت انرژی نیز افزایش می یابد.
  • صاف کردن با کمک ماسه: این روش بیشتر برای تصفیه ی پیش رفته ی فاضلاب و زلال سازی آن در تصفیه خانه ها بکار می رود. در این روش مواد معلق بسیار ریز مانند خاکشیرها و تخم انگل ها که غالبا در برابر تجزیه بسیار مقاوم هستند گرفته می شوند. کاربرد صافی های ماسه ای در تصفیه ی فاضلاب های شهری به علت هزینه ی زیاد آن کمتر متداول است و تنها به عنوان تصفیه ی تکمیلی بکار برده می شود.

ته نشین کردن مواد معلق

روش ته نشین کردن مواد معلق در فاضلاب مهمترین روش تصفیه ی مکانیکی است که در بیشتر تصفیه خانه های فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرد. اساس کار روش ته نشینی بر این هدف قرار دارد که با کاهش سرعت جریان در استخرهایی امکان ته نشین شدن مواد معلق در فاضلاب به وجود آید. حجم یک استخر ته نشینی را می توان به چهار منطقه تقسیم کرد.

  1.  منطقه ی وارد شونده که توسط آن فاضلاب در استخر پخش می شود.
  2.  منطقه ی ته نشینی که در آن ذرات معلق فاضلاب ته نشین می شوند.
  3.  منطقه ی جمع شدن لجن که در آن ذرات ته نشین شده متراکم گشته و تشکیل لجن را می دهند.
  4.  منطقه ی خارج شونده که توسط آن فاضلاب ته نشین شده از استخر بیرون می روند.

شناور سازی مواد معلق

در فاضلاب های شهری همیشه مقداری از مواد معلق، سبک بوده و دارای وزن مخصوصی کوچکتر از وزن مخصوص فاضلاب هستند. برای جداسازی چنین موادی باید از روش شناور سازی و بالا آموردن آنها تا سطح فاضلاب در استخر استفاده کرد.
مواد سبکی که ممکن است در فاضلاب های شهری یافت شوند عبارتند از چربی های حیوانی، روغن نباتی و ترکیبات گوناگون نفتی. مقدار مواد نامبرده در فاضلاب های شهری کم و پیرامون یک لیتر در شبانه روز برای هر هزارنفر است.

2:  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 خورشیدتوسط موجودات گیاهی جذب و تبدیل به مواد آلی می شوند. در این کنش و واکنش معمولا 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.
در یک تصفیه خانه ی فاضلاب هرگاه تصفیه ی مکانیکی برای کاهش آلودگی فاضلاب کافی نباشد، از کار موجودات زنده ای بنام باکتری های هوازی و یا باکتری های بی هوازی برای ادامه ی تصفیه فاضلاب استفاده می شود. کار یکان های تصفیه زیستی 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 باکتری های بی هوازی جزو گروه باکتری های ساپروفیت هستند که مواد غذایی خود را برخلاف باکتری های انگلی از اجساد و پس مانده ی موجودات زنده تامین می کنند و به همین دلیل این دسته از باکتری ها کارگران تصفیه خانه ی فاضلاب نامیده می شوند.
گروهی از باکتری های هوازی موجود در فاضلاب بنام باکتری های نیترات سازنامیده می شوند که در شرایط مناسب محیط زیست به ترکیبات ازت دار مانند آمونیاک موجود در فاضلاب اثر کرده، آن ها را به ترتیب تبدیل به نیترات می کنند. همچنین گروه دیگری از باکتری ها بنام باکتری های نیترات زدا در فاضلاب هستند که در محیطی بدون اکسیژن به نیترات ها اثر کرده، آن ها را نخست به نیتریت ها و سپس به گاز ازت تبدیل و از فاضلاب بیرون می برند.
همانند سایر میکروارگانیسم ها، درجه ی گرما و درجه ی اسیدی PH فاضلاب و نیز مقدار اکسیژنی که به صورت مولکولی و محلولی و یا به صورت اتمی در ترکیبات گوناگون موجود در فاضلاب یافت می شوند، در مرگ و زندگی و شدت فعالیت این باکتری ها نقش اساسی را ایفا می کند.
برای بررسی بیشتر در تصفیه ی زیستی باید نخست آنرا به انواع زیر تقسیم بندی کرد:

  •  تصفیه ی زیستی با کمک باکتری های هوازی
  •  تصفیه ی زیستی با کمک باکتری های بی هوازی
  • تصفیه ی زیستی با کمک باکتری های هوازی نیترات ساز و باکتری های بی هوازی نیترات زدا
  •  تصفیه ی زیستی با کمک باکتری های فسفات زدا

تصفیه زیستی با کمک باکتری های هوازی

اساس کار در این روش تصفیه، رسانیدن اکسیژن به فاضلاب است.با اکسیژن محلول در فاضلاب تولید مثل باکتری های هوازی شدت یافته و این باکتری ها بر اطراف ذرات و قطعات کوچک تشکیل شده از مواد آلی موجود در فاضلاب نشسته و لخته هایی را تولید می کنند. این لخته ها که هزاران باکتری هوازی را با خود حمل می کنند در روش های گوناگون تصفیه ی زیستی نقش مهمی را ایفا می کنند. لخته ها یا به صورت معلق و شناور در فاضلاب می مانند ( مانند استخرهای هوارسانی) یا بر قلوه سنگ ها می نشینند ( مانند صافی چکنده).
در صورت هوارسانی کامل و رسیدن اکسیژن کافی به فاضلاب ، تولید مثل و افزایش شمار این باکتری ها تا حدی فزونی می یابد که مواد آلی موجود در فاضلاب کفاف تغذیه ی آن ها را نداده، مرگ و میر در آن ها بروز کرده و شماری آن ها بسته به مقدار مواد آلی موجود در فاضلاب تقریبا ثابت مانده و یک نوع حالت تعادلی بوجود می آید. برای اینکه همه ی مواد آلی موجود در فاضلاب به مصرف تغذیه ی باکتری ها رسیده و شمار آن ها به بیشترین اندازه ممکن برسد، لازم است که کمبود اکسیژن محلول در فاضلاب مرتبا برطرف شده و بازیابی اکسیژن توسط فاضلاب در مدتی کوتاه امکان پذیر باشد.
مواد غذایی باکتری ها: باکتری های هوازی برای بدست آوردن انرژی لازم جهت ادامه ی زندگی خود بجز اکسیژن و مواد آلی کربن دار که با BOD مشخص می شوند نیاز به مواد آلی ازت دار و فسفردار نیز دارند. مقدار ازت و فسفر مورد نیاز باکتری ها به ترتیب حدود 5 و 1/6 درصد مقدار BOD است. نیاز باکتری ها به مواد دیگری مانند سدیم ، کلسیم، پتاسیم و منیزیم کمتر بوده و مقدار آن ها به ترتیب 0/4،0/4، 0/3،0/3 درصد مقدار BOD است.
هدف از تصفیه فاضلاب تنها تبدیل مواد آلی ناپایدار به مواد تثبیت شده ی معدنی نیست، بلکه باید این مواد را نیز از آن جدا کرد.

تصفیه زیستی با کمک باکتری های بی هوازی

در صورتی که به فاضلاب اکسیژن نرسد، باکتری های هوازی فعالیت و رشد و نمو خود را از دست داده و در عوض باکتری های بی هوازی فعالیت خود را شروع می کنند. کار این باکتری ها بر این اساس است که اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه مواد آلی و معدنی موجود در فاضلاب بدست آورند. به عبارت دیگر این باکتری ها برخلاف باکتری های هوازی مواد نامبرده را احیا می کنند. نتیجه ی این فعالیت، تجزیه ی مواد آلی ناپایدار و تبدیل آن ها به نمک معدنی پایدار و نیز گازهایی چون گاز هیدروژن سولفوره، گاز متان، گاز کربنیک و گاز ازت است.
تولید گازهای نامبرده به ویژه گاز هیدروژن سولفوره موجب می شود که بوی ناخوشایند آن ها محیط زیست را به شدت آلوده سازد. مهمترین کاربرد روش استفاده از باکتری های بی هوازی در مخزن های سربسته ی هضم لجن است. در تصفیه ی طبیعی که در چاه های فاضلاب خانگی رخ می دهد و نیز در لجن ته نشین شده در کف دریاچه ها نیز باکتری های بی هوازی فعالیت دارند.

نیترات سازی

اکسیداسیون مواد آلی فاضلاب در حالت هوازی در دو مرحله انجام می گیرد. مرحله ی اول مربوط به اکسیداسیون مواد آلی کربن دار بوده و مرحله ی دوم مربوط به اکسیداسیون مواد آلی ازت دار است .
نتیجه ی کار باکتری ها در مرحله ی دوم اکسیداسیون، تجزیه ی مواد آمونیاکی و تولید نمک های معدنی نیتریت ها و نیترات ها است. از این رو مرحله به نام آمونیاک زدایی و یا نیترات سازی نامیده می شود. باکتری هایی که در مرحله ی دوم روی مواد آلی ازت دار تاثیر می کنند یک خانواده ی ویژه ای از باکتری های بی هوازی هستند که به نام باکتری های نیترات ساز نامیده می شوند.
وجود ترکیبات نیترات ها در فاضلاب تصفیه شده گرچه به علت پایدار بودن آن ها دلیل آلودگی فاضلاب تصفیه شده نیستند، ولی بعلت اینکه خاصیت غذایی دارند موجب می شوندکه ورود آن ها به منبع های طبیعی آب، رشد و تکثیر گیاهان آبزی مانند جلبک ها و آلک ها به شدت افزایش یابند.
بعبارت دیگر با کمک نور خورشید و عمل فتوسنتز و فعالیت میکروارگانیسم های مختلف، مواد معدنی نامبرده دوباره تبدیل به مواد آلی گیاهی می شوند.
بنابراین در تصفیه خانه فاضلاب شهری نباید تنها به تبدیل مواد آلی ازت دار به مواد معدنی (نیترات سازی) اکتفا کرد، بلکه باید به گونه ای این ترکیبات ازت دار را از فاضلاب دور ساخت. این کار نیترات زدایی نامیده می شود.
نیترات زدایی یا ازت زدایی
در تصفیه خانه های فاضلابکه به روش هوادهی کار می کنند، معمولا نزدیک به 5 تا 10 درصد از کل ترکیبات ازت دار موجود در فاضلاب توسط لجنی که از استخرهای ته نشینی نخستین برداشت می شود و نزدیک به 10 تا 20 درصد توسط لجن بدست آمده از استخرهای ته نشینی نهایی کاسته می شود.
در صورتی که وجود ترکیبات ازتی باقی مانده در فاضلاب از نظر حساسیت منبع های طبیعی آب زیان بخش تشخیص داده شود، با توجه به محلول بودن آن ها باید با کمک استخرهای ویژه ای و در محیطی بدون وجود اکسیژن محلول در فاضلاب، کار نیترات زدایی انجام گیرد.

فسفات زدایی

فسفات ها نیز مانند نیترات ها مواد غذایی خوبی برای رشد گیاهان هستند. به همان دلایل گفته شده برای نیترات ها، وجود زیاد فسفات ها نیز در فاضلاب تصفیه شده ممکن است در برخی موارد ناخوشایند باشد. فاضلاب های شهری معمولا دارای 8 تا 10 میلی گرم در لیتر ترکیبات فسفردار هستند که دست کم یک تا سه میلی گرم در لیتر آن عملا در ضمن فرآیند تصفیه ی زیستی و بدون هیچگونه عملیات اضافی از فاضلاب گرفته می شود. بنابراین در بیشتر تصفیه خانه ها عملیات ویژه ای برای کاهش ترکیبات فسفردار پیش بینی نمی کنند.

3:  تصفیه ی شیمیایی

اساس کار در تصفیه شیمیایی بر کاربرد مواد شیمیایی در تصفیه فاضلاب قرار دارد. در تصفیه خانه های فاضلاب، مواد شیمیایی مانند کلروفریک و انواع مختلف پلیمرها را برای تاثیر 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 بود در تصفیه خانه ی فاضلاب استفاده می شود.
این روش ها بیشتر در تصفیه فاضلاب های صنعتی بکار می رود.
استفاده از مواد شیمیایی برای تاثیر روی مواد خارجی محلول در فاضلاب
مهمترین مواردی که از مواد شیمیایی برای تاثیر روی مواد خارجی محلول در فاضلاب استفاده می شوند عبارتند از:

  • خنثی سازی
  • اکسیداسیون
  •  احیا
  •  عوض کردن یون

استفاده از مواد شیمیایی برای تاثیر روی مواد خارجی نا محلول در فاضلاب
مهمترین روش هایی که با کمک مواد شیمیایی برای جداسازی مواد معلق موجود در فاضلاب استفاده می شوند عبارتند از:

  •  انعقاد یا لخته سازی
  • شناورسازی
  •  جذب سطحی

گندزدایی

گندزدایی با کلر
گندزدایی با ازن
• گندزدایی با اشعه ماوراء بنفش

مواد آلاینده موجود در فاضلاب بهداشتی

فاضلاب ها برحسب منشا تولیدشان، دربردارنده ی مواد آلاینده ی متفاوتی هستند. فاضلاب های صنعتی نسبت به فاضلاب بهداشتی دارای تنوع آلودگی هستند، این مواد آلاینده را می توان به هفت دسته ی اصلی تقسیم کرد که عبارتند از :

1- مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی

این مواد شامل پروتئین ها، قندها و چربی ها است که بیشترین آن مربوط به پروتئین ها به میزان 65 درصد و کمترین آن مربوط به چربی ها به میزان 10 درصد است. ورود مواد آلی به منابع آب سبب مصرف اکسیژن محلول می شود. مواد آلی موجود در فاضلاب توسط میکروارگانیسم ها به عنوان منبع غذایی برای رشد و تکثیر و به دست آوردن انرژی به کار می رود. از نظر سرعت تجزیه بیولوژیکی ، قندها در مرحله اول، پروتئین ها در مرحله دوم و چربی ها در رده آخر قرار دارند.

ترکیبات اصلی تشکیل دهنده مواد آلی در فاضلاب ها عبارتند از:

  • پروتئین ها : حدود 40 تا 60 درصد از مواد آلی موجود در فاضلاب را پروتئین ها تشکیل می دهند، پروتئین ها جز ترکیبات اصلی موجودات زنده حیوانی بوده ولی مقدار آنها در گیاهان بسیار کمتر است. پروتئین ها دارای ترکیبات شیمیایی پیچیده ولی ناپایدار هستند که به طرق گوناگونی تجزیه می شوند، بعضی از مواد پروتئینی در آب حل شده و بعضی دیگر نامحلول اند. کلیه پروتئین ها دارای کرین و مقدار نسبتا زیاد و ثابتی ( حدود 16 درصد ) نیتروژن می باشند.
  • هیدروکربن ها : هیدروکربن ها نظیر قند خوراکی، نشاسته، سلولز و بافت های چربی به وفور در طبیعت وجود دارند، 25 تا 50 درصد از مواد آلی موجود در فاضلاب از هیدروکربن ها تشکیل می شوند.
  • فنل ها : فنل یا هیدروکسی بنزن یکی از هیدروکربن های آروماتیک سمی است. فنل بطور طبیعی در سوخت های فسیلی وجود دارد. این ماده و مشتقات آن در صنایع متعددی از جمله در ساخت رزین، پلاستیک، چسب، لاستیک، آهن، فولاد، آلومینیوم، کاغذ، صنعت تصفیه چوب، سموم حشره کش، قارچ کش، باکتری کش، علف کش، محصولات بهداشتی و پزشکی نظیر روغن های نرم کننده، پمادهای روغنی، اسپری و لوسیون های ترمیم زخم، ضدعفونی اتاق های عمل، داروهای بیهوش کننده، قطره های چشم و گوش، کارخانجات تولید چرم، صنایع الکتریکی، صنایع رنگ و جوهر، سیالات هیدرولیکی، سورفاکتانت های سنگین، مواد نگهدارنده چوب، کارخانه پشم شیشه، معادن ذغال سنگ، کارخانه تولید مواد منفجره، تعمیر و نگهداری هواپیما کاربرد دارد. فنل از طریق دفع غیر بهداشتی فاضلاب صنایع یاد شده باعث آلودگی محیط زیست و بخصوص منابع آب می شود. اصولا اگر غلظت فنل در فاضلاب زیاد باشد، از نظر اقتصادی بازیافت آن مقرون به صرفه تر است، ولی اگر غلظت فنل نسبتا کم تا متوسط بازیافت آن اقتصادی نمی باشد و بهتر است مورد تصفیه قرار گیرد.
  • مواد فعال سطحی ( سورفاکتانت ها ) : مواد فعال سطحی مولکول های آلی بزرگی هستند که اکثرا بصورت ترکیبی از یک گروه آب گریز شدید و یک گروه آب دوست شدید تشکیل شده اند
  • چربی ها، روغن ها و گریس ها : چربی ها حدود 10 درصد از مواد آلی فاضلاب را تشکیل می دهند و در زمره پایدارترین ترکیبات آلی در مقابل تجزیه بیولوژیکی محسوب می شوند، اسیدهای معدنی بر روی چربی ها اثر کرده و باعث تشکیل گلیسیرین و اسید چرب می دهند که بر اثر وجود مواد قلیایی مانند گلیسیرین آزاد شده و نمک های قلیایی اسیدهای چرب یعنی صابون ها تشکیل می شوند، صابون ها نظیر چربی ها پایدار بوده و معمولا در تصفیه خانه فاضلاب این گونه مواد را قبل از ورود به مرحله تصفیه ثانویه به طریق شناورسازی حذف می نمایند.
  • سموم دفع آفات و مواد شیمیایی زراعتی : این مواد جز ترکیبات آلی کمیاب دسته بندی شده و بعنوان ترکیبات اصلی یا ثابت فاضلاب محسوب نمی شود. گاهی ممکن است سموم دفع آفات از طریق آب های سطحی زهکش های زمین های کشاورزی، بوستان ها و فاضلاب بعضی از صنایع وارد فاضلاب شود.
2- کل جامدات معلق

به جامداتی با اندازه ی بزرگتر از یک میکرون، جامدات معلق گفته می شود. ورود مواد معلق به منابع آب به ویژه آب های جاری سبب افزایش کدورت آب، کاهش عبور نور خورشید و تجمع رسوبات در کف رودخانه ها می شود که در نهایت زندگی آبزیان به خطر می افتد و شرایط بی هوازی با نزول کیفیت آب را به همراه خواهد داشت.

3- عوامل بیماری زا

این عوامل شامل باکتری ها، ویروس ها، پروتوزوئرها و قارچ ها می شود که وجود آن ها در فاضلاب ها و تخلیه ی آن ها به محیط زیست، سبب انتقال بیماری های واگیردار در جامعه می شود. شاخص آلودگی میکروبی فاضلاب ها، میکروارگانیسم های شاخص هستند که در این رابطه باکتری های گروه کلی فرم و کلی فرم مدفوعی مطرح می شوند.

4- مواد مغذی

عمدتا شامل ازت و فسفر است که منشا ورود آن ها به فاضلابُ استفاده از مواد پاک کننده در منزل و مواد دفعی انسان شامل مدفوع و ادرار است. ورود غلظت زیاد ازت و فسفر به محیط های آبی سبب بروز پدیده ی پیری زودرس می شود که با نزول کیفیت آب و از بین رفتن آبزیان همراه است.

5- فلزات سنگین

شامل کروم, کادمیوم, سرب, جیوه, روی, آرسنیک و … است که غلظت این فلزات سنگین در فاضلاب های شهری پایین است.

6- مواد آلی مقاوم به تجزیه ی بیولوژیکی

شامل ترکیباتی مثل حشره کش ها, آفت کش ها, ترکیبات رنگی و ترکیبات آروماتیک و حلال های آلی و فنل ها است که این ترکیبات تحت عنوان SOCs ( ترکیبات آلی مصنوعی ) مطرح می شوند.

ترکیبات گفته شده در فرآیندهای تصفیه متداول فاضلاب به طور موثر زدایش نمی شوند و برای زدایش موثر آن ها باید از فرآیندهای تصفیه پیشرفته استفاده کرد.

ورود این ترکیبات به منابع آب و محیط زیست سبب ایجاد بو و مزه ناخوشایند و بروز خطرات ناشی از سمی شدن آب و در مورد بعضی ترکیبات, ایجاد خاصیت سرطان زایی احتمالی می شوند.

7- کل جامدات محلول TDS 

مطالعات انجام شده در مورد فاضلاب شهر تهران و دیگر شهرهای دارای تصفیه خانه ی فاضلاب، نشان داده است که میزان بار آلودگی از نظر BOD,TSS, ازت کل و فسفر به ترتیب برابر 40-50 , 45-55 , 8-12 و 1.6 تا 2.4 گرم به ازای هر نفر در روز است. در کشورهایی که دارای دستگاه زباله خرد کن در آشپزخانه هستند و پس مانده ی مواد غذایی را پس از خرد کردن به داخل فاضلاب روها تخلیه می کنند، مقادیر این پارامترها به حدود 2 برابر افزایش می یابد. شدت آلودگی فاضلاب در هر شهری بستگی به مقدار بار آلودگی سرانه ی تولیدی و همچنین میزان مصرف آب دارد که این دو پارامتر نیز تابعی از شرایط فرهنگی، اقتصادی، اجتماعی و اقلیمی آن جامعه است.


خلاصه جریان تصفیه فاضلاب بهداشتی انسانی

نوع تصفیهکاربردتغییر اساسی در کیفیت ( تقریبی )
ته نشینی ساده1- کاهش مواد جامد معلق
2- تصفیه مقدماتی فاضلاب
3- تغلیظ لجن فعال برگشتی
4- جداسازی سنگ ریزه فاضلاب خام
1- جداسازی مواد جامد معلق بزرگتر و سنگین تر
2- 50% کاهش مواد جامد معلق
3- 35-40% کاهش BOD
4- 50% کاهش کدورت
5- سفت کردن لجن تا 20-25% حجم ابتدایی
6- جداسازی مواد جامد معلق سنگین با سرعت حمل کمتر از یک فوت بر ثانیه
ته نشینی ساده به اضافه کفاف رویی1- تصفیه مقدماتی فاضلاب1- 25-40% کاهش BOD
2- 40-70% کاهش مواد جامد معلق
3- 25-75% کاهش میکروب ها
4- 2% کاهش پاک کننده ها
لجن فعال باضافه ته نشینی ساده1- تصفیه ثانویه فاضلاب1- 80-95% کاهش BOD
2- 85-95% کاهش مواد جامد معلق
3- 95-98% کاهش میکروب ها
4- 50% کاهش ABS
5- 90-99% کاهش LAS
هضم
هضم بی هوازی1-تثبیت مواد جامد فاضلاب
2- تثبیت مواد آلی فاضلاب های صنعتی
1- کاهش لجن آلی به هوموس و ترکیبات شیمیایی نسبتا ثابت
2- تولید مایع رویی

فعالیت های بیولوژیکی تصفیه فاضلاب بهداشتی

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب بهداشتی برای تصفیه انواع آلاینده ها اعم از مواد آلی و معدنی، محلول و معلق و حتی مواد سمی قابل استفاده می باشد، ولی درجه تجزیه پذیری و تصفیه پذیری مواد توسط این فرآیند متفاوت است. بدین ترتیب که هر قدر ساختمان مواد آلاینده ریزتر و ساده تر و مقدار ترکیبات هالوژنه در آن ها کمتر باشد، قابلیت تجزیه پذیری تصفیه آن ها بیشتر است. ضمنا در مورد مواد آلی ساده قابلیت تجزیه پذیری هیدروکربن ها از پروتئین ها و چربی ها بیشتر است.

اکثر مواد سمی از جمله ترکیبات آروماتیک یک حلقه ای، چند حلقه ای، با و بدون ترکیبات کلره، توسط میکروارگانیزم ها قابل تجزیه می باشند، ولی قابلیت یا سرعت تجزیه پذیری آن ها با هم متفاوت است، به این ترتیب که بعضی از مواد مانند فنل و ترکیبات 2 حلقه ای نفتالین توسط تعدادی از باکتری ها از جمله خانواده پسودوموناس ها و رودوکوکوس نسبتا آسان تجزیه می شوند، ولی تجزیه ترکیبات 4 حلقه ای فلورواتان و پیرین خیلی سخت انجام می شود. سرعت تجزیه مواد مذکور توسط میکروارگانیزم های مختلف هم متفاوت است.

مجموعا مواد آلی موجود در طبیعت از پروتئین ها، کربوهیدرات ها و چربی ها تشکیل یافته اند. وقتی باکتری ها در تماس با این مواد قرار گیرد، بسته به حضور اکسیژن محلول و یا غیبت اکسیژن محلول دو نوع فعل و انفعالات بیولوژیکی قابل تصور است.

  • فعل و انفعالات هوازی که منحصرا در حضور اکسیژن محلول انجام خواهد شد.
  • فعل و انغعالات بی هوازی که منحصرا در غیاب اکسیژن محلول قابل انجام است.

اکسیژن مولکولی منبع مهمی از انرژی است که در حضور آن باکتری ها مواد آلی را به مواد ساده تر قابل مصرف برای زندگی باکتری ها تبدیل می نمایند، در حالی که عمل تبدیل مواد آلی به مواد ساده تر به صورت بی هوازی منحصرا با استفاده از اکسیژن ترکیبی مواد موجود در محیط زندگی باکتری ها انجام خواهد گردید. فعل و انفعالات بیولوژیکی در مرحله هوازی سریع ولی در مرحله بی هوازی کند است.

متاسفانه اگر به دلایلی شرایط هوازی فعالیت باکتری ها به سمت بی هوازی تمایل یابد فعالیت های تبدیل مواد آلی به قدری کند می شود که تقریبا به حالت توقف درخواهد آمد.

وقتی مقداری مواد آلی وارد جریان آبی می شود، در صورت وجود اکسیژن کافی در آب عمل تبدیل مواد از طریق فعالیت های هوازی انجام گرفته و این عمل تا زمانی که اکسیژن محلول به قدر کافی در آب وجود دارد ادامه خواهد یافت و بعد از آن فعل و انفعالات از طریق بی هوازی ادامه می یابد.

محصولات نهایی حاصل از اکسیداسیونهای هوازی اکثرا عواملی بی بو هستند. اما تمام مواد بدست آمده از اکسیداسیون بی هوازی مواد بو دار هستند.

بجز باکتری های هوازی و بی هوازی به باکتری های نوع سومی می توان اشاره کرد که هم قادرند بصورت هوازی و هم بصورت بی هوازی فعالیت داشته باشند.

ترکیبات آلی را از نظر آلودگی آب به دو دسته زیر می توان تقسیم کرد:

  • ترکیباتی که براحتی تحت فعالیت های بیوشیمیایی اکسیده می شوند. در این گروه از مواد چربی ها، کربوهیدرات ها و پروتئین ها قرار گرفته اند.
  • ترکیباتی که به سختی مورد اکسیداسیون قرار می گیرند. اکثر این مواد برای زندگی آبزیان حالت سمی داشته و در مواردی در آب های که بعنوان منبع آب آشامیدنی بکار می روند ایجاد رنگ، بو، طعم خواهد نمود. بیشتر مواد موجود در فاضلاب های صنعتی جز این مواد هستند. باکتری های بی هوازی که در اثر فعالیت آن ها ترکیبات کربن دار به متان تبدیل می شود و در طبیعت فراوانند، مناسبترین pH برای فعالیت آنها 6.5 تا 8 است. این باکتری ها منحصرا در محیطی که کاملا عاری از اکسیژن و مواد اکسید کننده باشند فعالیت می نمایند.

فعالیت باکتری های بی هوازی یکی از مهمترین را های کاهش حجم لجن در تصفیه خانه های فاضلاب است.

فهرست