تصفیه فاضلاب
فاضلاب ها یکی از عوامل آلودگی محیط زیست هستند که می باید آن ها را به طریق بهداشتی جمع آوری، تصفیه و مجددا به گردش آب در طبیعت برگرداند. تصفیه فاضلاب یکی از ضرورت های حفظ محیط زیست است.
فاضلاب ها مقدار زیادی مواد خارجی دارند و فاضلاب خانگی از تهیه غذا، نظافت منزل، شستشوی ترشحات و فضولات بدن ناشی می گردد. عملیات صنعتی باعث آلودگی آب می شود زیرا بعضی از محصولات اصلی و فرعی صنعتی بطور عمدی یا غیر عمدی وارد آب می گردند.
برای مثال، در صنعت کاغذسازی لیگنین و قندهای چوب که تقریبا نیمی از وزن چوب را تشکیل می دهند در آب حل شده و با فاضلاب دفع می شوند. در صنعت تهیه مواد شیمیایی نفتی، 0.5-2 % محصول نهایی وارد فاضلاب کارخانه می گردد.
فاضلاب های سطحی در نتیجه بارندگی های شدید و به علت کاهش شدید نفوذپذیری سطح خیابان ها و پشت بام ها است که پس از شستشوی خیابان ها و آلوده شدن مواد آلی و معدنی وارد شبکه فاضلاب شهری می شوند. بنابراین فاضلاب شهری علاوه بر فاضلاب های خانگی مقداری از فاضلاب مغازه ها، فروشگاه ها، تعمیرگاه ها، کارگاه ها، رستوران ها و موسساتی مانند آن ها نیز دارد.
معمولا اختصاصات آلودگی آب را به شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی تقسیم می نمایند.
-
اختصاصات شیمیایی
معمولا مقداری مواد شیمیایی در اثر مصارف صنعتی و خانگی وارد آب می شود. مواد آلی و نمک های معدنی در آب حل شده و به صورت ذرات معلق یا کلوییدی در آن در می آیند.
مواد آلی آب بعنوان مواد غذایی بسیاری از میکروب ها مورد استفاده قرار می گیرد که در این روند میکروب ها از اکسیژن محلول آب برای تجزیه مواد آلی آب استفاده می نمایند. تمام مواد آلی بطور طبیعی و آسان به آب و دی اکسید کربن تجزیه نمی گردند.
نوع آلوده کننده های شیمیایی صنایع با یکدیگر متفاوت است و بآسانی نمی توان آلوده کننده ها را برای تمام صنایع بطور یکسان تعیین نمود.
-
اختصاصات فیزیکی
بطور کلی درجه گرمای فاضلاب های خانگی بیشتر از درجه حرارت آب در همان محیط است و معمولا کدر، خاکستری رنگ و در حالت تازگی بوی یک نوع نای می دهند.
-
اختصاصات زیستی
روزانه هر فرد تقریبا دویست میلیارد میکروب دفع می کند که میزان دفع میکروب های بیماری زا بستگی به وضعیت سلامتی فرد دارد و حتی افراد سالم نیز بطور قابل توجهی میکروارگانیسم های بیماری زا دفع می نمایند. هر میلی لیتر فاضلاب خانگی خام حاوی میلیون ها میکروب است.
روش های متعددی برای رفع بسیاری از مشکلات آلودگی فاضلاب ها ( تصفیه فاضلاب ) ابداع شده است. این روش ها را می توان به یه دسته تقسیم بندی کرد:
- تصفیه فاضلاب به روش فیزیکی
- تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی
- تصفیه فاضلاب به روش شیمیایی
-
تصفیه فاضلاب به روش فیزیکی
آشغال گیری ؛ ته نشینی ؛ تجمع ذرات ؛ صاف کردن ؛ اسمز معکوس و تقطیر و سرد کردن از جریان های تصفیه فاضلاب به روش فیزیکی است. باستثنا سه روش آخر؛ این جریان های فیزیکی برای جداسازی آلوده کننده های معلق است و اندازه ذرات نوع جریان انتخابی را تعیین می نمایند.
سهولت جداسازی آلوده کننده ها متناسب با اندازه آنها است. ذرات ریز؛ ذرات کلوپیدی کمتر از یک میکرون ( اندازه اکثر باکتری ها ) معمولا با روش های مختلف تجمع می یابند تا اندازه ذرات بزرگتر شده و بسهولت بوسیله ته نشینی و یا صاف کردن از فاضلاب جدا شوند.
از اسمز معکوس و تقطیر برای جداسازی نمک های محلول استفاده می شود. در جریان اسمز معکوس فشارهای بالا بکار می برند تا آب از غشاهایی که مانع عبور نمک ها هستند؛ بگذرد. جداسازی مواد جامد معدنی محلول نسبتا گران تمام می شود و فقط در جریان های تصفیه فاضلاب پیشرفته انجام می گیرد که معمولا زلال سازی فاضلاب خوانده می شود. در جریان زلال سازی فاضلاب؛ مواد معدنی محلول فقط کاهش کمی می یابند.
جذب ذغال فعال یکی از جریان های معمولی زلال سازی است. هنگامیکه فاضلاب با ذغال تماس می یابد؛ آلوده کننده های آلی محلول جذب سطح ذرات ذغال می شوند. بعد از تکمیل ظرفیت جذب فعال؛ آنرا در کوره قرار می دهند تا مواد آلی سوخته و ذغال احیا گردد.
در بعضی موارد؛ دور ریختن ذغال فعال ارزانتر از سوزاندن در کوره است. اساسا از کوره های زباله سوز برای دفع لجن آلی حاصل از تصفیه فاضلاب استفاده می شود. کوره مخصوص زباله سوز یک روش نسبتا گران است که به انرژی نیاز دارد و مسایل و مشکلات آلودگی هوا را ایجاد می نمایند.
به هر حال عدم وجود زمین دفن زباله در فاصله مناسب نقاط مسکونی باعث استفاده بیشتر از این کوره ها شده است.
مهمترین روش های تصفیه فاضلاب به روش فیزیکی عبارتد 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
هدف از صاف کردن فاضلاب عبارت است از گذرانیدن آن از صافی هایی که بتواند مواد معلق فاضلاب را در خود نگه داشت و مایع آن را از خود عبود دهند.
مهمترین روش های متداول در تصفیه خانه فاضلاب برای صاف کردن فاضلاب عبارتند از :
- آشغال گیری
- صاف کردن با کمک ماسه
روش ته نشین کردن مواد معلق در فاضلاب مهمترین روش تصفیه فاضلاب فیزیکی 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.
- منطقه ی وارد شونده که توسط آن فاضلاب در استخر پخش می شود.
- منطقه ی ته نشینی که در آن ذرات معلق فاضلاب ته نشین می شوند.
- منطقه ی جمع شدن لجن که در آن ذرات ته نشین شده متراکم گشته و تشکیل لجن را می دهند.
- منطقه ی خارج شونده که توسط آن فاضلاب ته نشین شده از استخر بیرون می رود.
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 شناورسازی و بالا آوردن 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 های نباتی و ترکیب های گوناگون نفتی . مقدار مواد نامبرده در فاضلاب های شهری کم و پیرامون یک لیتر در شبانه روز برای هر هزار نفر است.
-
تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی
تعدادی از تغییر و تبدیلات شیمیایی پوسته کره زمین و هوا بوسیله ارگانیسم های زنده صورت می گیرد. چون مواد آلی فاضلاب ها منبع غذایی میکروارگانیسم ها هستنُ تماس فاضلاب با تعداد بسیار زیادی میکروارگانیسم اساس جریان های تصفیه زیستی است تا آلوده کننده ها در زمان کوتاهی از آب حذف شوند. شرایط محیطی مانند وجود اکسیژن؛ مواد غذایی معدنی؛ pH و حرارت باید در حدی نگه داشته شوند تا رشد میکروب ها بخوبی انجام گیرد. بعد از جدا شدن آلوده کننده های آلی؛ میکروب ها از فاضلاب جدا شده و به حوضچه تصفیه بازگردانده می شوند و آب تصفیه شده تخلیه می گردد.
بطور کلی جریان های تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی به دو دسته تقسیم می شوند :
- تصفیه بیولوژیکی هوازی که میکروب ها برای رشد احتیاج به اکسیژن دارند.
- تصفیه بیولوژیکی بی هوازی که ارگانیسم ها متابولیسم خود را در غیاب اکسیژن انجام می دهند.
در تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی هوازی؛ فاضلاب با مقدار زیادی میکروب در یک تانک برای چندین ساعت نگه داشته شده و اکسیژن کافی برای مخلوط تامین می نمایند تا شرایط هوازی بوجود آید. میکروب آلوده کننده های آلی را به دی اکسید کربن و آب متابولیزه کرده و ضمنا مقادیر قابل توجهی میکروب سنتز می نمایند. سپس مدتی مخلوط فاضلاب و میکروارگانیسم ها در یک تانک ته نشینی قرار می گیرد تا میکروب ها ته نشین و دوباره به تانک تصفیه برگردانده شوند و پساب فاضلاب نیز از تانک خارج می گردد.
در تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی بی هوازی از تغییر و تبدیلات پیچیده میکروبی برای تبدیل آلوده کننده های آلی به اسید استیک و سپس به گاز متان که می تواند به مصرف سوخت برسد؛ استفاده می شود. همانند این تغییر و تبدیلات در معده گاو و گوسفند رخ می دهد و این حیوانات می توانند با آروغ زدن گازهای تولید شده را خارج نمایند. میکروب های متان به آهستگی رشد کرده و از میکروب های هوازی به شرایط محیطی حساس تر هستند.
از اینرو متخصصین کارآمد برای انجام صحیح تصفیه بیولوژیکی بی هوازی لازم می باشند. در جریان تصفیه بیولوژیکی بی هوازی انرژی خیلی کمتری لازم دارند زیرا نیازی به انتقال اکسیژن نیست.
خروج ازت زیستی فاضلاب ها نیز بوسیله تغییر و تبدیل میکروب ها انجام می گیرد. ازت آلی به آمونیاک تبدیل می شود و سپس تعدادی دیگر از ارگانیسم های هوازی آمونیاک را به نیتریت متابولیزه می کنند که سرانجام به نیترات تبدیل می شود. آمونیاک و نیتریت بعنوان منابع انرژی این دسته میکروب ها هستند. سپس اگر این نیترات با باکتری هایی که فعالانه یک منبع انرژی آلی را در غیاب اکسیژن متابولیزه می کنند تماس یابد؛ نیترات بوسیله میکروب ها به گاز ازت تبدیل می شود و چون در آب کاملا نامحلول است بآسانی از آب خارج می گردد.
-
تصفیه فاضلاب به روش شیمیایی
تصفیه فاضلاب به روش شیمیایی در چندین دهه پیش مورد توجه قرار گرفت ولی به علت هزینه زیاد استفاده چندانی نشد. به هر حال؛ با تکامل بیشتر استاندارهای فاضلاب های خروجی؛ اغلب تصفیه شیمیایی لازم است. بطور کلی؛ به استثنا ضدعفونی کردن؛ در تصفیه شیمیایی فاضلاب ها از منعقد کننده هایی مانند آهک: آلومینیوم؛ نمک های فریک یا پلی الکترولیت ها استفاده می شود که باعث ایجاد شرایطی برای چسبیدن ذرات به یکدیگر و تشکیل ذرات بزرگتر شده و بآسانی ته نشین شود. ترکیبات آهک؛ آلومینیوم و نمک های فریک خیلی بکار می روند. از گاز کلر برای تبدیل ازت آمونیاکی به گاز ازت استفاده می شود که به علت غیر قابل حل بودن در آب از آن خارج می گردد.
معمولا از جریان چند تصفیه برای رسیدن به درجه ای از تصفیه ای استفاده می شود. تصفیه مقدماتی معمولا شامل عبور فاضلاب از توری است تا مواد بزرگتر، مانند چوب و تکه پارچه از آب گرفته شود. تصفیه ابتدایی شامل تصفیه مقدماتی است به اضافه نگه داشتن فاضلاب به مدت چند ساعت جهت ته نشینی و جداسازی مواد جامد قابل ته نشینی. در این تصفیه مواد آلی محلول و کلوییدی تغییر نمی نمایند. تصفیه ثانوی، معمولا شامل تصفیه ابتدایی به اضافه چند مرحله دیگر تصفیه است که مواد آلی محلول و کلوییدی را از آب خارج می کند. زلال سازی فاضلاب ممکن است با تصفیه ثانویه ادغام گردد و شامل جریان هایی است که مقادیر جزیی مواد آلی، معلق و همچنین فسفر و ازت را از آب خارج می نماید. بعضی جریان های زلال سازی با تصفیه ثانوی همراه نیست، اما از ذغال فعال، صافی شنی، مبادله کننده های یونی، اولترافیلتراسیون و ته نشینی شیمیایی برای حداکثر جداسازی آلوده کننده ها، استفاده می شود.
کیفیت فاضلاب
| ترکیب فاضلاب | ضعیف | متوسط | قوی |
|---|---|---|---|
| رنگ فاضلاب تازه | خاکستری | خاکستری | خاکستری |
| رنگ فاضلاب کهنه | خاکستری مایل به سیاه | خاکستری مایل به سیاه | خاکستری مایل به سیاه |
| بوی فاضلاب تازه | کهنه و مرطوب | کهنه و مرطوب | کهنه و مرطوب |
| بوی فاضلاب کهنه | تخم مرغ گندیده | تخم مرغ گندیده | تخم مرغ گندیده |
| درجه حرارت | 90-55 فارنهایت | 90-55 فارنهایت | 90-55 فارنهایت |
| مجموع مواد جامد | 450 میلی گرم در لیتر | 200 میلی گرم در لیتر | 1200 میلی گرم در لیتر |
| مواد جامد فرار | 250 میلی گرم در لیتر | 425 میلی گرم در لیتر | 800 میلی گرم در لیتر |
| مواد معلق | 100 میلی گرم در لیتر | 200 میلی گرم در لیتر | 275 میلی گرم در لیتر |
| مواد معلق فرار | 75 میلی گرم در لیتر | 130 میلی گرم در لیتر | 200 میلی گرم در لیتر |
| مواد قابل ته نشینی | 2 میلی گرم در لیتر | 5 میلی گرم در لیتر | 7 میلی گرم در لیتر |
| pH | 6/5 | 7/5 | 8 |
| ازت کل | 15 میلی گرم در لیتر | 40 میلی گرم در لیتر | 60 میلی گرم در لیتر |
| ازت آلی | 10 میلی گرم در لیتر | 25 میلی گرم در لیتر | 40 میلی گرم در لیتر |
| فسفات کل | 5 میلی گرم در لیتر | 15 میلی گرم در لیتر | 30 میلی گرم در لیتر |
| BOD | 100 میلی گرم در لیتر | 200 میلی گرم در لیتر | 450 میلی گرم در لیتر |
مقدار فاضلاب کارخانه ها و جمعیت معادل برای آلودگی آنها
| نوع کارخانه | واحد تولید یا مصرف | مقدار فاضلاب برای هر واحد تولید یا مصرف | جمعیت معادل از نظر آلودگی برحسب نفر |
|---|---|---|---|
| صنایع شیمیایی | |||
| کارخانه های داروسازی | یک تن دارو | 50 مترمکعب | -- |
| کارخانه های رنگ سازی | هر کارگر | 110 لیتر در روز | 20 تا 30 |
| کارخانه های صابون سازی و تهیه ی پودر لباسشویی | یک تن صابون | 15 مترمکعب | 1000 |
| کارخانه های لاستیک سازی | یک تن لاستیک | 100 مترمکعب | -- |
| کارخانه های پلاستیک سازی | یک تن پلاستیک | 500 مترمکعب | -- |
| کارخانه های شیشه و چینی سازی | یک تن شیشه یا چینی | 3 تا 38 مترمکعب | -- |
| صنایع ذوب آهن | |||
| کارخانه های تهیه ی سنگ آهن | یک مترمکعب سنگ | 16 مترمکعب | 560 |
| کوره ی ذوب آهن | یک تن فولاد خام | 65 تا 220 مترمکعب | -- |
| ریختگری ذوب آهن | یک تن آهن ریخته شده | 3 تا 8 مترمکعب | 12 تا 30 |
| نورد ذوب آهن | یک تن فولاد تولیدی | 8 تا 50 مترمکعب | 8 تا 50 |
| صنایع فلزی | |||
| کارخانه های ماشین سازی | هر نفر کارگر | 40 لیتر در شبانه روز | 1 |
| کارخانه های ورق سازی | هر نفر کارگر | 50 لیتر در شبانه روز | 1تا 10 |
| کارخانه های تولید وسایل برقی | هر نفر کارگر | 40 لیتر در شبانه روز | 1 |
| صنایع چوبی و کاغذ سازی | |||
| کارخانه های کاغذ سازی | یک تن کاغذ | 125 تا 1000 مترمکعب | 200 تا 900 |
| کارخانه های تولید محصولات چوبی | یک مترمکعب چوب | 4 مترمکعب | 1 |
| چاپ خانه ها | هر نفر کارگر | 120 لیتر در شبانه روز | 1 |
| صنایع نساجی و چرم سازی | |||
| کارخانه های دباغی | یک تن پوست | 40 تا 60 مترمکعب | 1000 تا 4000 |
| کارخانه های کفاشی | یک جفت کفش | 5 لیتر | 0/3 |
| کارخانه های شستشوی پشم | یک تن پشم | 20 تا 70 مترمکعب | 2000 تا 3000 |
| کارخانه های رنگرزی | یک تن پارچه | 20 تا 50 مترمکعب | 2000 تا 3500 |
| کارخانه های رختشویی | یک تن پارچه | 50 تا 100 مترمکعب | 250 تا 350 |
| صنایع غذایی | |||
| کارخانه های شیرسازی بدون پنیر سازی | 1000 لیتر شیر | 4 تا 6 مترمکعب | 20 تا 30 |
| کارخانه های شیرسازی همراه با پنیر سازی | 1000 لیتر شیر | 10 مترمکعب | 50 تا 250 |
| کشتارگاه ها | دوبره = گاو | 0.3 تا 0.4 مترمکعب | 70 تا 200 |
| کارخانه های شیرینی سازی | یک تن شیرینی | 6 تا 26 مترمکعب | 40 تا 150 |
| کارخانه های قند و شکر | یک تن چغندر قند | 10 تا 20 مترمکعب | 450 تا 700 |
| کارخانه های کنسرو و میوه سازی | یک تن کنسرو | 4 تا 14 مترمکعب | 180 تا 500 |
| کارخانه های روغن نباتی | یک تن روغن | 20 مترمکعب | 500 |
| کارخانه های نشاسته سازی | یک تن ذرت | 1/5 تا 8 مترمکعب | 500 تا 900 |
| دامداری گاو و اسب | یک گاو یا یک اسب | 80 لیتر در شبانه روز | 5 تا 10 |
| دامداری گوسفند | یک گوسفند | 20 لیتر در شبانه روز | 5 |
| مرغداری | یک مرغ | 0/12 تا 0/25 |
