شرکت مهندسی ایمن آب زیست
طراح و مجری سیستم های تصفیه آب و تصفیه فاضلاب
02632719530

می‌توان با ریختن آب غیر قابل آشامیدن در یک بطری شفاف پلاستیکی و تکان دادن آن برای چند ثانیه، و سپس قرار دادن آن در معرض نور مستقیم آفتاب برای شش ساعت، آن را پاک و قابل آشامیدن کرد.
استفاده از نور فرابنفش برای ضدعفونی کردن آب در تصفیه‌خانه‌ها، سابقه‌ای طولانی دارد. در روش‌های معمول عفونت‌زدایی آب، با تاباندن متناوب پرتو فرابنفش به آب، DNA ویروس‌ها، باکتری‌ها و سایر میکروب‌های بیماری‌زا از بین رفته و آبی سالم و قابل آشامیدن تولید می‌شود. پرتو فرابنفش موجود در نور آفتاب نیز می‌تواند همین خاصیت را داشته باشد، به نحوی که می‌توان با ریختن آب غیر قابل آشامیدن در یک بطری شفاف پلاستیکی و تکان دادن آن برای چند ثانیه، و سپس قرار دادن آن در معرض نور مستقیم آفتاب برای شش ساعت، آن را پاک و قابل آشامیدن کرد.
شرکت آلمانی KACO که متخصص در زمینه کاربرد‌های انرژی خورشیدی است، یک سیستم مکانیزه و صنعتی تصفیه و پالایش خورشیدی آب طراحی کرده که قادر به گند‌زدایی و حذف آلاینده‌های شیمیایی موجود در آب است. این سیستم برای اولین بار در مرکز هوافضای آلمان، برای تصفیه آب مورد استفاده برای خنک کردن موتور‌های غول‌پیکر این مرکز به کار گرفته شده است. آب استفاده شده برای خنک کردن این موتور‌ها، آلوده به ذرات سوخت راکت‌ها و مواد تولید شده به واسطه اشتعال سوخت موشک‌ها بوده و تصفیه و پالایش آن بسیار دشوار است. به کارگیری این سیستم و استفاده از پرتو فرابنفش خورشید، موجب تسریع و تسهیل فرایند گند‌زدایی این آب‌ها شده است.به طور کلی سیستم طراحی شده توسط KACO در دو شکل قابل پیاده‌ شدن و اجراست: یکی برای تصفیه آب‌های به شدت آلوده و کثیف، و دیگری برای تصفیه آب‌های تا حدودی آلوده. برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی شبیه آن‌چه در مرکز هوافضای آلمان مورد نیاز است، از سولفات آهن به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود که با مقدار کمی پیروکسید هیدروژن و اسید سولفوریک ترکیب شده و در مرحله بعدی، فاضلاب آلوده را از طریق لوله‌های شیشه‌ای شفاف به داخل یک راکتور خورشیدی 49 متری پمپاژ می‌‌کند. پس از یک سری واکنش‌های شیمیایی، آهن به پیروکسید هیدروژن واکنش نشان داده و تشکیل رادیکال‌های هیدروکسیل می‌دهد که نابود‌کننده مولکول‌های آلوده است. در مرحله بعد، اسید سولفوریک و اکسید آهن اضافه شده به آب از آن جدا شده و آب پاک قابل شرب یا هدایت شدن به رودخانه یا دریا به دست می‌آید.برای تصفیه آب‌های کمتر آلوده، از همین سیستم و تجهیزات به استثنای لوله‌های شیشه‌ای شفاف استفاده می‌شود. در این موارد، به جای این نوع لوله‌ها از لوله‌های پوشیده شده با دی‌اکسید تیتانیوم که دارای خاصیت نیمه رسانایی است استفاده می‌شود. در این سیستم‌، الکترون‌ها که دارای بار منفی هستند، از ساختار کریستالی خود خارج شده و دارای بار مثبت موجود در اطراف کریستال‌ها می‌شوند. سپس الکترون‌های دارای بار مثبت از منطقه‌ای که تحت تابش پرتو فرابنفش قرار دارد عبور کرده، ذرات آلودة چسبیده به آن جدا می‌شود و آب خروجی سیستم قابل آشامیدن خواهد بود.براساس گفته‌های طراحان این سیستم در شرکت KACO، سیستم سولفات آهن قادر به تصفیه 4500 لیتر فاضلاب صنعتی در هر ساعت است و کارایی آن در صورت آفتابی بودن هوا و افزایش تابش پرتو فرابنفش خورشید، افزایش نیز می‌یابد. از دیگر نکات جالب در مورد این سیستم آن‌که تمام بخش‌های برقی آن اعم از پمپ‌ها و موتور‌های مولد نیرو، به صورت خورشیدی شارژ شده و راه‌اندازی می‌شود که این مسئله موجب شده تا سیستم طراحی شده توسط شرکت KACO، یک سیستم سبز، ارزان و پاک محسوب شود.

 استفاده از نور خورشید برای تصفیه فاضلاب               

مقدمه

امروزه حفظ منابع آب ، یعنی حیاتی ترین ماده ای که بشر به آن نیاز دارد بطور فزاینده ای مورد توجه مجامع مختلف بین المللی قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعیت و در نتیجه بهره برداری بیش از حد از منابع محدود آب از یک طرف و آلوده شدن آنها بسبب فعالیتهای گوناگون زیستی ، کشاورزی و صنعتی بشر از طرف دیگر همگی دست به دست همدیگر داده و زنگ خطر بحران آب را در سالهای آینده به صدا در آورده است .

بنابراین حفظ کیفیت فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی منابع آب سرلوحه فعالیت بسیاری از سازمان هایی است که به نحوی با این منابع سرو کار دارند .

این مهم از دو جنبه کلی قابل توجه است :

 

١- افزایش کیفیت آبی که باید به مصارف گوناگون برسد که تحت تاثیر سه عامل عمده بوده است

- افزایش آلاینده ها در منبع طبیعی آب .

- آزمایشهای کیفی آب و فاضلاب با دقت بالا .

- افزایش سطح استاندارد آب آشامیدنی .

تحولاتی که در چند سال اخیر موجب پیشرفت تکنولوژی تصفیه آب و افزایش کیفیت آب آشامیدنی شده است به شرح زیر می باشد :

×حذف مرحله کلر زنی در ابتدای تصفیه خانه ( استفاده از کلر فقط در آخرین مرحله تصفیه برای بهره برداری از کلر باقی مانده در شبکه  .

× استفاده از ازون و پرتودهی فرابنفش در مراحل مختلف تصفیه .

× استفاده بیشتر از سیستم ازون ، بویژه استفاده از اکسیژن برای تغذیه دستگاه و بهره گیری از برق با فرکانس متوسط ،‌باعث شده تا غلظت ازون بالا رفته و در نتیجه طراحی دستگاههای تولید ازون کوچکتر شود که نهایتا منجر به کاهش سرمایه گذاری اولیه برای تصفیه بروش ازون می گردد.

 

٢- افزایش کیفیت فاضلاب تصفیه شده گوناگون شهری ، روستایی ، کشاورزی و صنعتی .

پر واضح است که اهمیت این جنبه زیاد بوده و اگر همه توجه به آن معطوف می شد هیچگاه بشر با بحران کم آبی روبرو نمی شد .

 

١- فاضلاب چیست ؟

همه جوامع ، هم به صورت جامد و هم به صورت مایع ، فضولات تولید می کنند . بخش مایع این فضولات ، یا فاضلاب ، اساسا همان آب مصرفی جامعه است که در نتیجه کاربردهای مختلف آلوده شده است . از نظر منابع تولید ،‌ فاضلاب را می توان ترکیبی از مایع یا فضولاتی دانست که توسط آب از مناطق مسکونی ،‌اداری و تاسیسات تجاری و صنعتی حمل شده و بر حسب مورد ، با آبهای زیرزمینی ، آبهای سطحی و سیلابها آمیخته است .

 

اگر فاضلاب تصفیه نشده انباشته شود ، تجزیه مواد آلی آن ممکن است منجر به تولید مقدار زیادی گازهای بدبو شود . علاوه بر آن ، فاضلاب تصفیه نشده معمولا حاوی میکروارگانیسمهای بیماریزای فراوانی است که در دستگاه گوارش انسان زندگی می کنند و یا در برخی فضولات صنعتی موجودند . فاضلاب ، شامل برخی مواد مغذی نیز هست که می تواند سبب تحریک رشد گیاهان آبزی شود ، و ممکن است ترکیبات سمی نیز داشته باشد ،‌بنا به این دلایل انتقال سریع و بدون دردسر فاضلاب از منابع تولید ، وسپس تصفیه و دفع آن ، نه فقط مطلوب ، بلکه در جوامع صنعتی ضروری است و جنبه اقتصادی و تولید درآمد نیز دارد .

تصفیه آب و فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است که اصول بنیادی علوم و مهندسی را در مسائل کنترل آلودگی آب به خدمت می گیرد . هدف نهایی مدیریت فاضلاب حفاظت محیط زیست است به نحوی که با اصول بهداشت عمومی و مسائل اقتصادی ، اجتماعی و سیاسی هماهنگ باشد .

 

٢- تصفیه فاضلاب

فاضلاب جمع آوری شده چه از مراکز جمعیتی یا کارخانجات نهایتا باید به منابع آب یا خاک باز گردانده شود . در هر مورد باید به این سوال پیچیده پاسخ داد که : برای حفظ محیط زیست ، کدام یک از آلاینده های فاضلاب ، و تا چه حد باید حذف شوند؟ پاسخ به این سوال مستلزم بررسی شرایط و نیازهای محلی ، همراه با کاربرد دانش علمی ، قضاوتهای مهندسی متکی به تجربه و رعایت شرایط و مقررات کشوری می شود .

-تصفیه فاضلاب روشی نیکو در بازگشت اب به منابع اولیه 

گرچه جمع آوری آبهای سطحی و زهکشی از زمانهای قدیم شروع شده است ، ولی پیدایش نظریه میکروبی توسط کخ و پاستور در نیمه دوم قرن نوزدهم آغازگر عصر جدیدی در زمینه بهداشت عمومی شد . قبل از آن زمان رابطه آلودگی و بیماری فقط به صورت مبهم شناخته شده و از علم نوپای باکتری شناسی نیز برای تصفیه فاضلاب استفاده نشده بود .

روشهای تصفیه که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی عامل مهمتری است با عنوان عملیات واحد تصفیه شناخته شده اند . روشهای تصفیه که در آن حذف آلاینده ها از طریق واکنشهای شیمیایی و زیست شناسی صورت می گیرد با عنوان فراینده های واحد تصفیه معروف اند

در حال حاضر ، عملیات و فرآیندهای واحد تصفیه در هم ادغام شده و آنچه را که امروزه مراحل اولیه ، و نهایی تصفیه نامیده می شود تشکیل داده اند . در تصفیه اولیه از عملیات فیزیکی تصفیه همچون آشغالگیری و ته نشینی برای جدا کردن مواد شناور و قابل ته نشینی موجود در فاضلاب بهره گرفته می شود . در تصفیه ثانویه از فرآیندهای شیمیایی و زیست شناختی استفاده می شود تا قسمت اعظم مواد آلی از فاضلاب جدا شود . در تصفیه نهایی از واحدهای اضافی عملیات و فرآوری استفاده می شود . تا سایر آلاینده ها مانند نیتروژن و فسفر ، که مقدار آنها در تصفیه ثانویه کاهش چشمگیری پیدا نکرده است ، حذف شوند . روشهای تصفیه زمینی ، که امروزه بیشتر به "‌سیستمهای طبیعی " معروف شده اند ، مجموعه ای از مکانیسم های تصفیه فیزیکی ،‌شیمیایی و زیست شناسی را به خدمت گرفته و آب را با کیفیتی مشابه آبی که از تصفیه نهایی فاضلاب حاصل شود تولید می کنند.

 

در طول ٢٠تا ٣٠ سال گذشته تعداد مراکز صنعتی که فضولات خود را به شبکه های فاضلاب شهری تخلیه می کنند افزایش چشمگیری یافته است . با عنایت به اثرات سمی ناشی از حضور این فضولات ،‌حتی با غلظت بسیار کم ، در بسیاری از جوامع آمیختن فاضلاب خانگی با فاضلابهای صنعتی ، که به طور کامل یا ناقص تصفیه اولیه شده اند ، مورد ارزیابی مجدد قرارگرفته است . پیش بینی می شود که در آینده این کارخانجات ملزم شوند که این فضولات را ،‌ در محل تولید ، تا سطح بالاتری تصفیه کنند تا بی ضرربودن آنها ،‌قبل از تخلیه به شبکه های شهری ،‌تضمین شود . در حال حاضر بر روی اغلب عملیات و فر آیندهای واحد مورد استفاده در تصفیه فاضلاب تحقیقات وسیع و پیوسته ای ، از دیدگاه کاربرد و اجرا ،‌صورت می گیرد . در نتیجه ، تغییرات فراوان در فرآیندها صورت گرفته و فرآیندها و عملیات جدیدی ابداع و به کار گرفته شده است : به منظور ارتقا شرایط زیست محیطی آبهای سطحی و رودخانه ها رو شهای تصفیه معمول باید بهبود یابد و سیستمهای تصفیه و تکنولوژی نوین دیگری به خدمت گرفته شوند . اگر قرار باشد پیشرفت مهمی در تحلیل و کاربرد فرآیندهای موجود و جدید حاصل شود باید روشهای پیشرفته تری برای شناسایی مشخصه های مورد نظر بکار گرفته شود . گر چه اغلب مواد آلی حاضر در فاضلابهای انسانی را می شود تصفیه کرد ،‌ولی فاضلاب صنعتی با بهره گیری از فرآیندهای معمول حاضر ،‌ قابل تصفیه نیستند و یا فقط کمی تصفیه می شوند ، به علاوه در بسیاری از موارد ، از آثار دراز مدت زیست محیطی حضور اینگونه مواد اطلاعاتی در دسترس نیست و یا اطلاعات موجود ناچیز است . در برخی از موارد ممکن است برای حفظ اینگونه آلاینده ها ، قبل از تخلیه به داخل شبکه جمع آوری ، کنترل بیشتر در منبع تولید ضرورت پیدا کند .

 

تصفیه و ضد عفونی آب و فاضلاب

 

مقدمه

امروزه حفظ منابع آب ، یعنی حیاتی ترین ماده ای که بشر به آن نیاز دارد بطور فزاینده ای مورد توجه مجامع مختلف بین المللی قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعیت و در نتیجه بهره برداری بیش از حد از منابع محدود آب از یک طرف و آلوده شدن آنها بسبب فعالیتهای گوناگون زیستی ، کشاورزی و صنعتی بشر از طرف دیگر همگی دست به دست همدیگر داده و زنگ خطر بحران آب را در سالهای آینده به صدا در آورده است .

بنابراین حفظ کیفیت فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی منابع آب سرلوحه فعالیت بسیاری از سازمانهایی است که به نحوی با این منابع سرو کار دارند .

این مهم از دو جنبه کلی قابل توجه است :

 

١- افزایش کیفیت آبی که باید به مصارف گوناگون برسد که تحت تاثیر سه عامل عمده بوده است

- افزایش آلاینده ها در منبع طبیعی آب .

- آزمایشهای کیفی آب و فاضلاب با دقت بالا .

- افزایش سطح استاندارد آب آشامیدنی .

تحولاتی که در چند سال اخیر موجب پیشرفت تکنولوژی تصفیه آب و افزایش کیفیت آب آشامیدنی شده است بشرح ذیل می باشد :

×حذف مرحله کلر زنی در ابتدای تصفیه خانه ( استفاده از کلر فقط در آخرین مرحله تصفیه برای بهره برداری از کلر باقی مانده در شبکه  .

× استفاده از ازون و پرتودهی فرابنفش در مراحل مختلف تصفیه .

× استفاده بیشتر از سیستم ازون ، بویژه استفاده از اکسیژن برای تغذیه دستگاه و بهره گیری از برق با فرکانس متوسط ،‌باعث شده تا غلظت ازون بالا رفته و در نتیجه طراحی دستگاههای تولید ازون کوچکتر شود که نهایتا منجر به کاهش سرمایه گذاری اولیه برای تصفیه بروش ازون می گردد.

 

٢- افزایش کیفیت فاضلاب تصفیه شده گوناگون شهری ، روستایی ، کشاورزی و صنعتی .

پر واضح است که اهمیت این جنبه زیاد بوده و اگر تمام توجه به آن معطوف می شد هیچگاه بشر با بحران کم آبی روبرو نمی شد .

 

١- فاضلاب چیست ؟

همه جوامع ، هم به صورت جامد و هم به صورت مایع ، فضولات تولید می کنند . بخش مایع این فضولات ، یا فاضلاب ، اساسا همان آب مصرفی جامعه است که در نتیجه کاربردهای مختلف آلوده شده است . از نظر منابع تولید ،‌ فاضلاب را می توان ترکیبی از مایع یا فضولاتی دانست که توسط آب از مناطق مسکونی ،‌اداری و تاسیسات تجاری و صنعتی حمل شده و بر حسب مورد ، با آبهای زیرزمینی ، آبهای سطحی و سیلابها آمیخته است .

 

اگر فاضلاب تصفیه نشده انباشته شود ، تجزیه مواد آلی آن ممکن است منجر به تولید مقدار زیادی گازهای بدبو شود . علاوه بر آن ، فاضلاب تصفیه نشده معمولا حاوی میکروارگانیسمهای بیماریزای فراوانی است که در دستگاه گوارش انسان زندگی می کنند و یا در برخی فضولات صنعتی موجودند . فاضلاب ، شامل برخی مواد مغذی نیز هست که می تواند سبب تحریک رشد گیاهان آبزی شود ، و ممکن است ترکیبات سمی نیز داشته باشد ،‌بنا به این دلایل انتقال سریع و بدون دردسر فاضلاب از منابع تولید ، وسپس تصفیه و دفع آن ، نه فقط مطلوب ، بلکه در جوامع صنعتی ضروری است و جنبه اقتصادی و تولید درآمد نیز دارد .

تصفیه آب و فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است که اصول بنیادی علوم و مهندسی را در مسائل کنترل آلودگی آب به خدمت می گیرد . هدف نهایی مدیریت فاضلاب حفاظت محیط زیست است به نحوی که با اصول بهداشت عمومی و مسائل اقتصادی ، اجتماعی و سیاسی هماهنگ باشد .

 

٢- تصفیه فاضلاب

فاضلاب جمع آوری شده چه از مراکز جمعیتی یا کارخانجات نهایتا باید به منابع آب یا خاک باز گردانده شود . در هر مورد باید به این سوال پیچیده پاسخ داد که : برای حفظ محیط زیست ، کدام یک از آلاینده های فاضلاب ، و تا چه حد باید حذف شوند؟ پاسخ به این سوال مستلزم بررسی شرایط و نیازهای محلی ، همراه با کاربرد دانش علمی ، قضاوتهای مهندسی متکی به تجربه و رعایت شرایط و مقررات کشوری می شود .

 

گرچه جمع آوری آبهای سطحی و زهکشی از زمانهای قدیم شروع شده است ، ولی پیدایش نظریه میکروبی توسط کخ و پاستور در نیمه دوم قرن نوزدهم آغازگر عصر جدیدی در زمینه بهداشت عمومی شد . قبل از آن زمان رابطه آلودگی و بیماری فقط به صورت مبهم شناخته شده و از علم نوپای باکتری شناسی نیز برای تصفیه فاضلاب استفاده نشده بود .

روشهای تصفیه که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی عامل مهمتری است با عنوان عملیات واحد تصفیه شناخته شده اند . روشهای تصفیه که در آن حذف آلاینده ها از طریق واکنشهای شیمیایی و زیست شناسی صورت می گیرد با عنوان فراینده های واحد تصفیه معروف اند

در حال حاضر ، عملیات و فرآیندهای واحد تصفیه در هم ادغام شده و آنچه را که امروزه مراحل اولیه ، و نهایی تصفیه نامیده می شود تشکیل داده اند . در تصفیه اولیه از عملیات فیزیکی تصفیه همچون آشغالگیری و ته نشینی برای جدا کردن مواد شناور و قابل ته نشینی موجود در فاضلاب بهره گرفته می شود . در تصفیه ثانویه از فرآیندهای شیمیایی و زیست شناختی استفاده می شود تا قسمت اعظم مواد آلی از فاضلاب جدا شود . در تصفیه نهایی از واحدهای اضافی عملیات و فرآوری استفاده می شود . تا سایر آلاینده ها مانند نیتروژن و فسفر ، که مقدار آنها در تصفیه ثانویه کاهش چشمگیری پیدا نکرده است ، حذف شوند . روشهای تصفیه زمینی ، که امروزه بیشتر به "‌سیستمهای طبیعی " معروف شده اند ، مجموعه ای از مکانیسم های تصفیه فیزیکی ،‌شیمیایی و زیست شناسی را به خدمت گرفته و آب را با کیفیتی مشابه آبی که از تصفیه نهایی فاضلاب حاصل شود تولید می کنند.

 

در طول ٢٠تا ٣٠ سال گذشته تعداد مراکز صنعتی که فضولات خود را به شبکه های فاضلاب شهری تخلیه می کنند افزایش چشمگیری یافته است . با عنایت به اثرات سمی ناشی از حضور این فضولات ،‌حتی با غلظت بسیار کم ، در بسیاری از جوامع آمیختن فاضلاب خانگی با فاضلابهای صنعتی ، که به طور کامل یا ناقص تصفیه اولیه شده اند ، مورد ارزیابی مجدد قرارگرفته است . پیش بینی می شود که در آینده این کارخانجات ملزم شوند که این فضولات را ،‌ در محل تولید ، تا سطح بالاتری تصفیه کنند تا بی ضرربودن آنها ،‌قبل از تخلیه به شبکه های شهری ،‌تضمین شود . در حال حاضر بر روی اغلب عملیات و فر آیندهای واحد مورد استفاده در تصفیه فاضلاب تحقیقات وسیع و پیوسته ای ، از دیدگاه کاربرد و اجرا ،‌صورت می گیرد . در نتیجه ، تغییرات فراوان در فرآیندها صورت گرفته و فرآیندها و عملیات جدیدی ابداع و به کار گرفته شده است : به منظور ارتقا شرایط زیست محیطی آبهای سطحی و رودخانه ها رو شهای تصفیه معمول باید بهبود یابد و سیستمهای تصفیه و تکنولوژی نوین دیگری به خدمت گرفته شوند . اگر قرار باشد پیشرفت مهمی در تحلیل و کاربرد فرآیندهای موجود و جدید حاصل شود باید روشهای پیشرفته تری برای شناسایی مشخصه های مورد نظر بکار گرفته شود . گر چه اغلب مواد آلی حاضر در فاضلابهای انسانی را می شود تصفیه کرد ،‌ولی فاضلاب صنعتی با بهره گیری از فرآیندهای معمول حاضر ،‌ قابل تصفیه نیستند و یا فقط کمی تصفیه می شوند ، به علاوه در بسیاری از موارد ، از آثار دراز مدت زیست محیطی حضور اینگونه مواد اطلاعاتی در دسترس نیست و یا اطلاعات موجود ناچیز است . در بعضی از موارد ممکن است برای حفظ اینگونه آلاینده ها ، قبل از تخلیه به داخل شبکه جمع آوری ، کنترل بیشتر در منبع تولید ضرورت پیدا کند .

 

 

 

٣- روشهای گندزدایی منابع آ ب :

یکی از آلودگیهای بسیار عمده و خطرناک منابع آب ، آلودگی بیولوژیکی است . آب می تواند به انواع میکروارگانیسم ها اعم از انواع باکتریها ،‌انگلها ، قارچها و ویروسها آلوده شود . آلودگی عمده و شایع آب ، آلودگیهای باکتریایی شامل کلی فرمها ( باکتریهای روده ای ) و انگلی می باشد که به طرق مختلف این باکتریها را از بین می برند.

روشهای گوناگونی برای گندزدایی منابع آب وجود دارد که بطو کلی به دو دسته شیمیایی و فیزیکی تقسیم می شوند . از روشهای رایج شیمیایی ، کلر زنی و استفاده از گاز ازون ، و از روشهای رایج فیزیکی ، حرارت ،‌فیلتراسیون و پرتو دهی را می توان نام برد.

شرایط یک ضد عفونی کننده ایده آل در جدول شماره ١ ارائه شده است . همانگونه که دیده می شود ، ضد عفونی کننده ایده آل باید طیف گسترده ای از مشخصه های مختلف داشته باشد . گرچه ممکن است چنین ترکیبی وجود نداشته باشد ، در ارزیابی مواد ضد عفونی کننده توصیه شده یا پیشنهاد شده باید شرایط پیشنهادی در جدول ٢ رادر نظر داشت . این نکته نیز مهم است که حمل و کاربرد ماده ضد عفونی کننده بی خطر باشد و بتوان غلظت آن را در آبهای تصفیه شده اندازه گیری کرد . ضدعفونی را اغلب با استفاده از عوامل شیمیایی ،‌عوامل فیزیکی ، ابزارهای مکانیکی و تابش انجام می دهند.

 

 

جدول ١- مقایسه زیست محیطی دستگاه فرابنفش با دستگاه کلرزن

 

 

ازون

کلر

فرابنفش

شرح

 

 

شیمیایی

شیمیایی

فیزیکی

روش ضدعفونی

 

٦٠٠ ثانیه

١٢٠٠ ثانیه

٥ ثانیه

زمان عملکرد

دارد

دارد

ندارد

تغییرات در ترکیب آب

ندارد

دارد

ندارد

مواد شیمایی زائد

ندارد

دارد

ندارد

پیدایش ترکیب آلی و اکسید های خطرناک

ندارد

دارد

ندارد

تخریب محیط زیست

ندارد

دارد

ندارد

خطر انفجار و نشت گاز به محیط

قدرت کشتن میکرو ارگانیسم های مختلف

دارد

دارد

دارد

باکتریها

دارد

ندارد

دارد

ویروسها

دارد

دارد

دارد

قارچها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول ٢- مقایسه مشخصه های ایده ال و واقعی ضد عفونی کننده های رایج

پرتو فرابنفش

اوزون

برم کلر

کلر دیوکسید

کلسیم هیپوکلرید

سدیم هیپوکلریت

کلر

خواص/پاسخ

مشخصه ها

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

در رفت زیاد باید به شدت سمی باشد

سمیت برای میکروارگانیسها

بی ربط

زیاد

کم

زیاد

زیاد

زیاد

کم

باید در آب یابافت سلولی قابل حل باشد

حل شوندگی

باید در موقع مصرف تولید شود 

ناپایدار، باید در موقع مصرف تولید شود

کمی ناپایدار

ناپایدار، باید در موقع مصرف تولید شود

نسبتا" پایدار

کمی پایدار

پایدار

افت میکروب کشی در حالت توقف باید کم باشد

پایداری

سمی

سمی

سمی

سمی

سمی

سمی

برای صورتهای عالی حیات بسیار سمی

برای میکرو ارگانیسمها باید سمی باشد و برای انسان و سایر حیوانات غیر سمی

غیر سمی برای صورتهای عالی حیات

بی ربط

همگن

همگن

همگن

همگن

همگن

همگن

محلول آن باید از نظر ترکیب یکنواخت باشد

همگنی

 

مواد آلی را  اکسید می کند

مواد آلی را  اکسید می کند

زیاد

اکساینده فعال

اکساینده فعال

مواد آلی را  اکسید می کند

نباید غیر از سلولهای باکتریها جذب مواد الی دیگر شود

برهم کنش با مواد خارجی

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

در گستره دماهای محیط بتواند موثرباشد

سمیت در دمای معمولی محیط

متوسط

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

باید قابلیت نفوذ ار سطوح را داشته باشد

نفوذ

بی ربط 

بسیار خورنده

خورنده

بسیار خورنده

خورنده

خورنده

بسیار خورنده

نباید فلزات را تغییرشکل دهد و بروی پارچه ایجاد لک کند

غیره خورنده وغیر لکه گذار

 

زیاد

متوسط

زیاد

متوسط

متوسط

زیاد

باید در حال ضد عفونی کردن بو را از بین ببرد

توانایی بوبری

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان  

ارزان

باید در مقادیر زیاد وبا قیمت معقول در دسترس باشد

دسترسی

 

 

 

١-٣- گندزدایی به روش کلر

کلر زنی اگر چه بسیار رایج است اما نیاز به تجهیزات متعدد و جاگیر و از همه مهمتر نقل و انتقال و کاربرد گاز خطرناک کلر دارد ایمنی کامل در طراحی سیستمهای ذخیره و نگهداری کلر بایستی رعایت گردد بدلیل آنکه گاز کلر بسیار سمی و خورنده است . در کاربرد کلر به عنوان ضد عفونی کننده رعایت موارد زیر الزامی است .

- کلریناسیون روزمره بایستی نزدیک نقطه کاربرد صورت گیرد .

- ذخیره کلر و تجهیزات کلریناتور بایستی در اتاقهای جداگانه صورت گیرد.

- تهویه بایستی کف اتاق تعبیه گردد بدلیل اینکه گاز کلر سنگینتر از هوا می باشد .

- ذخیره کلر باید جدا از تغذیه کننده های کلر صورت گیرد .

- اتاق کلر یناتور باید از نظر حرارت کنترل گردد. حداقل دمای ٢١ درجه سانتی گراد پیشنهاد می شود .

- از تابش خورشید بطور مستقیم روی سیلندرهای گاز کلر جلوگیری به عمل آید . وهرگز حرارت به طور مستقیم در تماس با سیلندرها نباشد .

کلر گازی است سمی و چنانچه در کاربرد آن رعایت نکات ایمنی نشود ممکن است باعث انفجار و مسمومیت گردد . به علاوه مانند تمام روشهای شیمیایی ماده ای به آب افزوده شده و طعم آن را تغییر می دهد و هزاران ترکیب خطرناک و بعضا سرطان زا پدید می آورد . امروزه مشخص شده که کلر با مواد آلی درون آب ترکیب و واکنش نشان داده و با تشکیل تری هالو متانهای گوناگون (THMS ) چیزی حدود ٨٥٠ ترکیب کارسینوژن ( سرطان زا ) پدید می آورد .

اثرات زیست محیطی ناشی از گاز کلر در منابع آبی بدین صورت است که مقدار بیشتر از ٥/١ میلی گرم در لیتر باعث مرگ و میر آبزیان مخصوصا ماهی می گردد .

بنابراین استفاده از پرتودهی فرابنفش و گاز ازون بطور روز افزون مورد توجه قرار گرفته وجایگزین کلر می شوند .

 

٢-٣- گندزدایی به روش ازون :

- ازون چیست ؟

ازون گازی است تقریبا بی رنگ با بوی ترش با قدرت اکسیداسیون بالا. مولکول ازون پایدار نبوده و در نتیجه نمی توان آن را انبار یا حمل نمود . این امر باعث می گردد که تولید ازون همواره در محل انجام گیرد . لذا مرحله حمل و انبار مواد شیمیایی در این روش حذف می شود .

 

بطور کلی دلایل استفاده از گاز ازون به شرح زیر است :

- اکسیداسیون جزیی یا کلی مواد محلول در آب .

- ته نشینی مواد محلول .

- لخته سازی مواد آلی .

- ناپایدار ساختن اجسام کلوئیدی .

- ضد عفونی و از بین بردن باکتریها ، انگلها و قارچها و...

بر خلاف کلر و مواد شیمیایی دیگر ، اکسیداسیون بوسیله ازون ، هیچگونه مواد سمی یا مضر در آب بجای نمیگذارد و نیاز به پالایش مجدد آب ندارد . تجربه نشان داده است که ازون سریعا اجزای محلول در محیط را اکسید می نماید و حاصل این اکسیداسیون تنها اکسید اجزا و اکسیژن می باشد لذا برای استفاده در مواردی که عناصر باقی مانده دیگر ممکن است مشکلات جنبی دیگر بوجود آورند مناسب می باشد . مولکول ازون پایدار نیست و پس از مدت کوتاهی شکسته می شود و تبدیل به مولکول پایدار اکسیژن می گردد .

 

 

 

- منابع تولید ازون

گاز ازون بطور طبیعی در زمان رعد و برق یا بوسیله اشعه U.V. Vacuum موجود در نور خورشید بوجود می آید . اما بطور مصنوعی تولید ازون به دو طریق لامپهای U.V ویا تخلیه الکتریکی صورت می گیرد. تولید ازون در حجم بالا عموما با تخلیه الکتریکی برروی دو قطب انجام می پذیرد که بنام (Silent Electrical Discharge (SED شناخته شده است . تولید کننده های ازون با استفاده از این روش با بهره برداری از الکترودهایی با ولتاژ بالا که به فاصله معین از هم قرار گرفته اند کار می کنند . در دستگاههای جدید تولید ازون ، اکسیژن در بین این فاصله جریان می یابد و با استفاده از تخلیه الکتریکی ازون تولید می شود .

 

٣-٣- گندزدایی به روش پرتو دهی :

در میان روشهای فیزیکی ، پرتو دهی از دیر باز مورد توجه بوده است . پرتوهای مورد استفاده در این روش به دو دسته پرتو یونیزان ( شامل پرتو ایکس ، گاما ، بتا و آلفا ) و پرتو فرابنفش تقسیم میشوند . پرتو یونیزان به دلایل گوناگون از جمله عدم دسترسی عموم به منابع تولید آنها ( عمدتا ایزوتوپهای رادیو اکتیو ) ، خطر کاربرد آنها توسط عموم مردم در نتیجه نیاز به تخصصهای بالا و همچنین قدرت کم نفوذ برخی از آنها کمتر مورد استفاده قرار می گیرند . اما کابرد پرتو فرابنفش چیزی نزدیک به حدود 1قرن است که مورد توجه قرارگرفته است گندزدایی بوسیله این پرتو را میتوان استفاده از یک روش طبیعی پنداشت چرا که در طبیعت و در نور خورشید نیز گندزدایی بطور طبیعی انجام می شود.

 

 

 

 

 

منابع تولید پرتو فرابنفش :

١-٣-٣ - ماهیت فیزیکی پرتوفرابنفش :

پرتوفرابنفش به محدوده ای ازامواج الکترومغناطیس اطلاق می شود که درناحیه نامرئی طیف نوری درمحدود طول موج ١٩٠ - ٣٢٨ نانومتر (١٩٠٠ - ٣٢٨٠ آنگستروم ) قرار دارد. در واقع این محدوده از طیف بنفش پرتوهای مرئی نور شروع می شود وبه محدوده امواج X ختم می شود.

امواج الکترومغناطیس در هر محدوده ای از طول موج دارای سرعت های برابر و معادل سرعت نور میباشند. از آنجایی که این امواج دارای انرژی بوده و خواص دوگانه موج - ذره ازخود نشان می دهند،  میزان انرژی آنها براساس هر دوخواص آنها و به وسیله نظریه کوانتومی محاسبه می شود. این نظریه این امواج را به مثابه ذراتی از انرژی فرض می کند که از منبع مولد خود منتشر می شوند. سرعت نور برطبق رابطه   lC = f وابسته به فرکانس ( f ) وطول موج ( l )‌  می باشد. ازطرفی برطبق نظریه کوانتومی میزان انرژی یک طیف خاص از رابطه E = hf  به دست می آید. با تلفیق این دو رابطه  رابطه جدید l/E = hc  به دست می آید که درآن h ثابت پلانک  (6.62x10-27 erg/sec) می باشد. این رابطه نشان می دهد که هرچه طول موج یک طیف کوچکترمی شود انرژی آن بیشتر می شود. بنابراین پرتوفرابنفش از دسته پرتوهای پرانرژی بوده و بیشتر خواص و کاربردهای ان به خاطر همین انرژی زیاد آن می باشد.

سازوکارعمل پرتو فرابنفش به این ترتیب است که به دلیل نزدیک بودن انرژی این پرتو به انرژی الکترون های پیوندی ترکیبات آلی، این پرتو روی این ترکیبات اثرگذاشته و باعث گسستن برخی پیوندها و ایجاد پیوندهای جدید می شود. پیوندهای دوگانه یا سه گانه بین اتمهای کربن و یا پیوندهای بین کربن و دیگر اتمها مستعدترین پیوندهای اسیب پذیر توسط پرتوفرابنفش می باشند.

جذب پرتو فرابنفش توسط ترکیبات آلی و تشکیل طیفهای جذبی که برای هر ماده مخصوص به همان ماده است به همین منوال بوده و اساس یکی از روشهای تجزیه دستگاهی است.

 

٢ - ٣- ٣ - تولید پرتو فرابنفش :ا

پرتو فرابنفش به طور طبیعی درنور خورشید وجود دارد. در واقع در طبیعت انجام عمل ضدعفونی و کنترل رشد میکروارگانیسم ها به همین طریق انجام میشود. دلیل موثر بودن نور آفتاب در پاکیزگی بهتر لباس های شسته شده و همچنین زرد شدن و تغییر رنگ کاغذ و برخی از پارچه هایی که مدام در نور آفتاب قرار دارند وجود همین پرتو در نور خورشید است.

تولید مصنوعی این پرتو با تخلیه الکتریکی در بخار جیوه در لامپهای مربوطه انجام می شود. مشخصه فیزیکی تخلیه الکتریکی در بخار جیوه تولید چند طیف مشخص و ناپیوسته است که دو طیف ١٨٥ و ٢٥٤ نانومتر (به طور دقیق تر ٧/٢٥٣ نانومتر) ‌آن در ناحیه پرتو فرابنفش قرار می گیرد و بقیه در ناحیه مرئی (شکل ١). طول موج ٢٥٤ نانومتر بیشترین شدت را نسبت به دیگر طول موج ها داشته و واجد خاصیت میکروب کشی است.

 

 لامپهای مولد پرتو فرابنفش سه دسته اند :

١ - لامپهای کم فشار.

٢ - لامپهای بافشارمتوسط.

٣ - لامپهای پرفشار.

 

لامپهای کم فشارخود شامل دو دسته کاتد گرم وکاتد سرد می باشند. بازدهی این لامپها نسبت به انرژی مصرفی آنها بالامی باشد. حدود٩٥% طول موج تولید شده در ناحیه ٧/٢٥٣ نانومتر قرار دارد. کارآیی این لامپها شدیدا وابسته به ولتاژ ورودی دمای محل استفاده و عمر لامپ و تعداد دفعات خاموش و روشن آنها است که با کنترل هر یک از این عوامل در یک طراحی صحیح می توان اثرات هر عامل را به حداقل رسانید.

کارآیی لامپهای با فشار متوسط مستقل از ٣ فاکتور یاد شده است اما بازدهی آنها نسبت به انرژی مصرفی آنها کم می باشد. در عوض نفوذ پذیری پرتو ساتع شده از آنها به خاطر شدت بالای آن بیشتر از لامپهای کم فشار است.

 

 ٣ - ٣- ٣- ساز و کار اثر پرتو فرابنفش :
پرتو فرابنفش با اثر بر روی رشته وراثتی (
DNA یا RNA) میکروارگانیسم ها سبب غیرفعال شدن میکروارگانیسم ها می شود. رشته های وراثتی در تمام موجودات اعم از تک سلولی و پرسلولی از واحدهایی به نام نوکلئوتید شامل یک باز آلی، یک ملکول قند ٥ کربنی و یک دنباله فسفریل تشکیل شده اند. قندها و دنباله فسفریله آنها وظیفه پیوند دادن واحدهای نوکلئوئید را به عهده دارند و بازهای آلی در نگهداری دو رشته وراثتی در کنار یکدیگر با استفاده از پیوندهای هیدروژنی نقش دارند. (شکل ٢) بازهای آلی به کار رفته در نوکلوئیدها در دو دسته بازهای پورین شامل آدنین و گوانین و بازهای پیریمیدین شامل سیتوزین، تیمین، و اوراسیل قرار می گیرند. تمامی این بازها پرتو فرابنفش را در ناحیه ٢٦٠ نانومتر جذب می کنند که بسیار نزدیک به پرتو خارج شده از لامپهای مولد این پرتو میباشد. جذب پرتو فرابنفش توسط بازهای پیریمیدین بیش از بازهای پورین است. در نتیجه جذب انرژی پرتو فرابنفش هرجا که در طول رشته وراثتی بازهای پیریمیدین در مجاورت هم باشند به یکدیگر جوش می خورند. (شکل ٣) بنابراین دو رشته وراثتی در این مکان ها به هم متصل شده و جدا نمی شوند و به این ترتیب میکروارگانیسم مربوطه قادر به تکثیر نخواهدبود. دیمرهای سیکلوبوتان تیمین - تیمین وتیمین - اوراسیل در مورد اشکال فعال و غیر اسپورباکتریها و ترکیب ٥ - تیمینیل - ٥ و ٦ - دی هیدروتیمین (TDHT) در مورد اشکال اسپورباکتریها و یا غیراسپور اما در حالت انجماد آنها شناسایی شده است.
حساسیت میکروارگانیسم های گوناگون به این پرتو به دلیل وجود ساز و کارهای گوناگون ترمیمی در آنها با بکدیگر متفاورت بوده و از ٦٠٠٠ -٦ وات در ثانیه برمترمربع متغییراست. در واقع در مورد پرتو فرابنفش فاکتور
I×T برای سنجش میزان تاثیر پرتو به کار می رود که معادل فاکتور C×T  در مورد روشهای شیمیایی می باشد و درآن I  شدت پرتو می باشد.
به طور کلی ساز و کارهای ترمیمی در دودسته قرار می گیرند:
١ . واکنشهای ترمیم در نور که معمولا به طول موج زیر ٥١٠ نانومتر نیاز دارند.
٢ . واکنشهای ترمیم در تاریکی که شامل یک سری عملیات ترمیمی و اصلاحی روی ژنوم میکروارگانیسم ها می شوند.
جالب توجه است که دیمرهای
TT و UT عموما توسط ساز و کارهای ترمیمی در نور از بین می روند اما ترکیب TDHT توسط ساز و کارهای ترمیم در تاریکی و آنهم به سختی از بین می رود.
اگرچه نقطه ضعف روش پرتودهی فرابنفش تنها همین مسئله مقاومت برخی از گونه های میکروارگانیسم ها است، اما با افزایش زمان پرتودهی، شدت آن و یا هر دو (بر اساس فاکتور
I×T) عملا  هیچ  میکروارگانیسمی نمی تواند جان سالم به در ببرد.

 

٤-٣-٣- عوامل موءثر بر کار آیی پرتو فرابنفش :
آنچه در مورد کاربرد این پرتو مهم است فاکتورهایی است که می توانند عبور این پرتو را از محیط آبی تحت تاثیر قرار دهند. ٤ فاکتور عمده عبارتند از:
١ . کدورت آب .
٢ . غلظت ترکیبات آلی موجود در آب .
٣ . میزان آهن موجود در آب .
٤ . غلظت یونهای نیترات و نیتریت .
هریک از این فاکتورها به شدت از میزان عبور این پرتو می کاهند. از طرفی تمیز بودن لامپهای مولد پرتو نیز مهم می باشد. امروزه با نصب بازوهای متحرک روی دستگاه ضدعفونی با پرتو فرابنفش به خوبی با این مشکل مقابله می شود و لامپها یا پوشش کوارتز آنها به طور خودکار یا دستی بدون نیازبه پیاده کردن دستگاه پاک می شوند.

٥-٣-٣- کاربرد پرتو فرابنفش جهت ضد عفونی منابع آب و فاضلاب :
کاربرد
  پرتو فرابنفش به عنوان یک روش ضدعفونی کننده فیزیکی در تصفیه منابع آب و فاضلاب به طور مستقل و یا به عنوان مکمل سایر روشها از دیرباز مورد توجه بوده است. جدیدا به کمک این پرتو در کنار استفاده از هیدروژن پروکساید برای از بین بردن ترکیبات آلی کلردار نیز استفاده می کنند

کاربرد این پرتو در زمینه های زیر می باشد:
١ . ضدعفونی آب آشامیدنی در پایان مراحل تصفیه به عنوان روش اصلی ضدعفونی و پیش از توزیع به شبکه مصرف. در این خصوص تنها دوز کمی از کلر، کلردی اکساید یا کلرامین جهت توزیع آب به شبکه مورد نیاز است.
٢ . ضدعفونی آبهای سطحی و چاه، به ویژه در مزارع و روستاها به شرطی که کدورت و غلظت ترکیبات آلی و میزان آهن و یونهای نیتریت و نیترات آن در حد استاندارد معمول باشد.
٣ . ضدعفونی آبی که در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی،
 دارویی، الکترونیک  و غیره به کارمی رود.
٤ . گندزدایی پسابهای گوناگون در آخرین مرحله تصفیه فاضلاب. طرح شماتیک کاربرد پرتو فرابنفش برای چنین منظوری در شکل ٤ نشان داده شده است.

 

٥ - ضدعفونی اولیه آب استخرهای شنا به منظور کم کردن میزان کلر به کار برده شده در حد کلر باقی مانده.
فواید کاربرد پرتو فرابنفش در هر یک از موارد اشاره شده به شرح زیر می باشند:
١ . انجام موثر عمل ضدعفونی.
٢ . سرعت عمل، سرعت ضدعفونی شدن با پرتو فرابنفش از هر روش شیمیایی و فیزیکی دیگر کوتاه تر بوده و در حد ثانیه است.
٣ . اقتصادی بودن روش.
٤ . عدم کاربرد مواد شیمیایی.
٥ . امن بودن.
٦ - راحتی نصب دستگاه ها
  نگهداری آسان و بدون نیاز به پرسنل متخصص.
٧ . اشغال فضای کم.
٨ . خودکار بودن کار دستگاه.
٩ . سازگاری با محیط زیست.
مقایسه موارد فوق با روشهای دیگر به ویژه کلرزنی قابل درک است.



٦ -  ٣  - ٣ -  از بین بردن ترکیبات آلی کلردار:
جدیدا مشخص شده است که چنانچه پرتو فرابنفش در مقادیری بیش از آنچه برای عمل ضدعفونی کردن لازم است ( ١٠ - ٢ برابر) به همراه هیدروژن پروکساید به کار رود، غلظت ترکیبات آلی کلر دار مانند تری کلرو اتیلن، تتراکلرواتیلن، دی کلرواتیلن، کلروفرم و غیره را در آب طبق معادلات زیر در نهایت به دی اکسید کربن و اسید کلریدریک تجزیه کرده و به زیر مقادیر مجاز و استاندارد می رساند:

  1. C2HCL3 3H2O2       UV      > 2CO2 3HCL 2H2O
  2. C2HCL3 O3 H2      or      > 2CO2 3HCL

درشکل ٥، ٣ نمودار مربوط به کاهش موثر غلظت سه نوع از ترکیبات آلی کلردار به وسیله پرتو فرابنفش نشان داده شده است.

 


 

فواید کاربرد پرتو فرابنفش علاوه بر مواردی که برای کاربرد آن به عنوان عامل ضدعفونی کننده بیان شد شامل موارد زیرمی باشد:
١ . اطمینان به ازبین رفتن ترکیبات کلردار.
٢ . عدم نیازبه تغییرات اساسی در سیستم اصلی.
٣ . تخریب شیمیایی به موازات عمل ضدغفونی.
کاربرد این روش جدید در ژاپن به طور عملی در شهر کوماموتو در استان کیوشو به اثبات رسیده است.

 

 


مراجع     References:

١ - مهندسی فاضلاب، جلد اول، شرکت مهندسی متکاف وادی (تجدید نظر توسط جورج چوبانوگلوس، فرانکلین ال. بورتن) ترجمه احمد ابریشم چی، عباس افشار، بهشید جمشید  - ١٣٧٤.
صفحات ١٥ - ٤١١ ،
   ٨ ٥٩٧

 

 

 

2 - Disinfection , sterilization, and preservation, Block, Seymour stanton, 4 th ed, 1991, pp 33-34, 553-565
3 - Principles and practice of disinfection, Preservation and sterilization; A.D.Russell, W.B. Hugo, G.A.J.Ayliffe, 1982 pp 534 - 547
4 - Osram HNS/UVC Lamps. Technical Information , MKAB/UV, Edition Aug . 1991, pp3 and 6.
5- Water Purification System. UV Fresher, from NEC catalogue No . 061- 2003NN- 9507 , NEC Environment Engineering , Ltd

 

*  پکیج تصفیه فاضلاب قادر است فاضلاب مراکز آلاینده  را تا حد آب زلال تصفیه نماید .

*موارد استفاده از آب تصفیه شده پکیج تصفیه فاضلاب :

آبیاری فضای سبز و کشاورزی-

استفاده مجدد در صنعت  و کارگاه بتون سازی-

پرورش ماهی و ....-

هر 1 مترمکعب فاضلاب می تواند 40 مترمکعب آبهای زیرزمینی را آلوده نماید.

- آلودگی خاک ناشی از پساب صنعتی می تواند عملکرد امراض انسانی را در جامعه فزونی بخشد.

-بدلیل کاهش منابع آب شیرین در کشورمان،استفاده مجدد از پساب تصفیه شده موثرترین راه حذف بحران کم آبی ست

 

در مصرف آب هوشمند باشیم

 

تصفیه و ضد عفونی آب و فاضلاب

 

مقدمه

امروزه حفظ منابع آب ، یعنی حیاتی ترین ماده ای که بشر به آن نیاز دارد بطور فزاینده ای مورد توجه مجامع مختلف بین المللی قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعیت و در نتیجه بهره برداری بیش از حد از منابع محدود آب از یک طرف و آلوده شدن آنها بسبب فعالیتهای گوناگون زیستی ، کشاورزی و صنعتی بشر از طرف دیگر همگی دست به دست همدیگر داده و زنگ خطر بحران آب را در سالهای آینده به صدا در آورده است .

بنابراین حفظ کیفیت فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی منابع آب سرلوحه فعالیت بسیاری از سازمانهایی است که به نحوی با این منابع سرو کار دارند .

این مهم از دو جنبه کلی قابل توجه است :

 

١- افزایش کیفیت آبی که باید به مصارف گوناگون برسد که تحت تاثیر سه عامل عمده بوده است

- افزایش آلاینده ها در منبع طبیعی آب .

- آزمایشهای کیفی آب و فاضلاب با دقت بالا .

- افزایش سطح استاندارد آب آشامیدنی .

تحولاتی که در چند سال اخیر موجب پیشرفت تکنولوژی تصفیه آب و افزایش کیفیت آب آشامیدنی شده است بشرح ذیل می باشد :

×حذف مرحله کلر زنی در ابتدای تصفیه خانه ( استفاده از کلر فقط در آخرین مرحله تصفیه برای بهره برداری از کلر باقی مانده در شبکه  .

× استفاده از ازون و پرتودهی فرابنفش در مراحل مختلف تصفیه .

× استفاده بیشتر از سیستم ازون ، بویژه استفاده از اکسیژن برای تغذیه دستگاه و بهره گیری از برق با فرکانس متوسط ،‌باعث شده تا غلظت ازون بالا رفته و در نتیجه طراحی دستگاههای تولید ازون کوچکتر شود که نهایتا منجر به کاهش سرمایه گذاری اولیه برای تصفیه بروش ازون می گردد.

 

٢- افزایش کیفیت فاضلاب تصفیه شده گوناگون شهری ، روستایی ، کشاورزی و صنعتی .

پر واضح است که اهمیت این جنبه زیاد بوده و اگر تمام توجه به آن معطوف می شد هیچگاه بشر با بحران کم آبی روبرو نمی شد .

 

١- فاضلاب چیست ؟

همه جوامع ، هم به صورت جامد و هم به صورت مایع ، فضولات تولید می کنند . بخش مایع این فضولات ، یا فاضلاب ، اساسا همان آب مصرفی جامعه است که در نتیجه کاربردهای مختلف آلوده شده است . از نظر منابع تولید ،‌ فاضلاب را می توان ترکیبی از مایع یا فضولاتی دانست که توسط آب از مناطق مسکونی ،‌اداری و تاسیسات تجاری و صنعتی حمل شده و بر حسب مورد ، با آبهای زیرزمینی ، آبهای سطحی و سیلابها آمیخته است .

 

اگر فاضلاب تصفیه نشده انباشته شود ، تجزیه مواد آلی آن ممکن است منجر به تولید مقدار زیادی گازهای بدبو شود . علاوه بر آن ، فاضلاب تصفیه نشده معمولا حاوی میکروارگانیسمهای بیماریزای فراوانی است که در دستگاه گوارش انسان زندگی می کنند و یا در برخی فضولات صنعتی موجودند . فاضلاب ، شامل برخی مواد مغذی نیز هست که می تواند سبب تحریک رشد گیاهان آبزی شود ، و ممکن است ترکیبات سمی نیز داشته باشد ،‌بنا به این دلایل انتقال سریع و بدون دردسر فاضلاب از منابع تولید ، وسپس تصفیه و دفع آن ، نه فقط مطلوب ، بلکه در جوامع صنعتی ضروری است و جنبه اقتصادی و تولید درآمد نیز دارد .

تصفیه آب و فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است که اصول بنیادی علوم و مهندسی را در مسائل کنترل آلودگی آب به خدمت می گیرد . هدف نهایی مدیریت فاضلاب حفاظت محیط زیست است به نحوی که با اصول بهداشت عمومی و مسائل اقتصادی ، اجتماعی و سیاسی هماهنگ باشد .

 

٢- تصفیه فاضلاب

فاضلاب جمع آوری شده چه از مراکز جمعیتی یا کارخانجات نهایتا باید به منابع آب یا خاک باز گردانده شود . در هر مورد باید به این سوال پیچیده پاسخ داد که : برای حفظ محیط زیست ، کدام یک از آلاینده های فاضلاب ، و تا چه حد باید حذف شوند؟ پاسخ به این سوال مستلزم بررسی شرایط و نیازهای محلی ، همراه با کاربرد دانش علمی ، قضاوتهای مهندسی متکی به تجربه و رعایت شرایط و مقررات کشوری می شود .

 

گرچه جمع آوری آبهای سطحی و زهکشی از زمانهای قدیم شروع شده است ، ولی پیدایش نظریه میکروبی توسط کخ و پاستور در نیمه دوم قرن نوزدهم آغازگر عصر جدیدی در زمینه بهداشت عمومی شد . قبل از آن زمان رابطه آلودگی و بیماری فقط به صورت مبهم شناخته شده و از علم نوپای باکتری شناسی نیز برای تصفیه فاضلاب استفاده نشده بود .

روشهای تصفیه که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی عامل مهمتری است با عنوان عملیات واحد تصفیه شناخته شده اند . روشهای تصفیه که در آن حذف آلاینده ها از طریق واکنشهای شیمیایی و زیست شناسی صورت می گیرد با عنوان فراینده های واحد تصفیه معروف اند

در حال حاضر ، عملیات و فرآیندهای واحد تصفیه در هم ادغام شده و آنچه را که امروزه مراحل اولیه ، و نهایی تصفیه نامیده می شود تشکیل داده اند . در تصفیه اولیه از عملیات فیزیکی تصفیه همچون آشغالگیری و ته نشینی برای جدا کردن مواد شناور و قابل ته نشینی موجود در فاضلاب بهره گرفته می شود . در تصفیه ثانویه از فرآیندهای شیمیایی و زیست شناختی استفاده می شود تا قسمت اعظم مواد آلی از فاضلاب جدا شود . در تصفیه نهایی از واحدهای اضافی عملیات و فرآوری استفاده می شود . تا سایر آلاینده ها مانند نیتروژن و فسفر ، که مقدار آنها در تصفیه ثانویه کاهش چشمگیری پیدا نکرده است ، حذف شوند . روشهای تصفیه زمینی ، که امروزه بیشتر به "‌سیستمهای طبیعی " معروف شده اند ، مجموعه ای از مکانیسم های تصفیه فیزیکی ،‌شیمیایی و زیست شناسی را به خدمت گرفته و آب را با کیفیتی مشابه آبی که از تصفیه نهایی فاضلاب حاصل شود تولید می کنند.

 

در طول ٢٠تا ٣٠ سال گذشته تعداد مراکز صنعتی که فضولات خود را به شبکه های فاضلاب شهری تخلیه می کنند افزایش چشمگیری یافته است . با عنایت به اثرات سمی ناشی از حضور این فضولات ،‌حتی با غلظت بسیار کم ، در بسیاری از جوامع آمیختن فاضلاب خانگی با فاضلابهای صنعتی ، که به طور کامل یا ناقص تصفیه اولیه شده اند ، مورد ارزیابی مجدد قرارگرفته است . پیش بینی می شود که در آینده این کارخانجات ملزم شوند که این فضولات را ،‌ در محل تولید ، تا سطح بالاتری تصفیه کنند تا بی ضرربودن آنها ،‌قبل از تخلیه به شبکه های شهری ،‌تضمین شود . در حال حاضر بر روی اغلب عملیات و فر آیندهای واحد مورد استفاده در تصفیه فاضلاب تحقیقات وسیع و پیوسته ای ، از دیدگاه کاربرد و اجرا ،‌صورت می گیرد . در نتیجه ، تغییرات فراوان در فرآیندها صورت گرفته و فرآیندها و عملیات جدیدی ابداع و به کار گرفته شده است : به منظور ارتقا شرایط زیست محیطی آبهای سطحی و رودخانه ها رو شهای تصفیه معمول باید بهبود یابد و سیستمهای تصفیه و تکنولوژی نوین دیگری به خدمت گرفته شوند . اگر قرار باشد پیشرفت مهمی در تحلیل و کاربرد فرآیندهای موجود و جدید حاصل شود باید روشهای پیشرفته تری برای شناسایی مشخصه های مورد نظر بکار گرفته شود . گر چه اغلب مواد آلی حاضر در فاضلابهای انسانی را می شود تصفیه کرد ،‌ولی فاضلاب صنعتی با بهره گیری از فرآیندهای معمول حاضر ،‌ قابل تصفیه نیستند و یا فقط کمی تصفیه می شوند ، به علاوه در بسیاری از موارد ، از آثار دراز مدت زیست محیطی حضور اینگونه مواد اطلاعاتی در دسترس نیست و یا اطلاعات موجود ناچیز است . در بعضی از موارد ممکن است برای حفظ اینگونه آلاینده ها ، قبل از تخلیه به داخل شبکه جمع آوری ، کنترل بیشتر در منبع تولید ضرورت پیدا کند .

 

 

 

٣- روشهای گندزدایی منابع آ ب :

یکی از آلودگیهای بسیار عمده و خطرناک منابع آب ، آلودگی بیولوژیکی است . آب می تواند به انواع میکروارگانیسم ها اعم از انواع باکتریها ،‌انگلها ، قارچها و ویروسها آلوده شود . آلودگی عمده و شایع آب ، آلودگیهای باکتریایی شامل کلی فرمها ( باکتریهای روده ای ) و انگلی می باشد که به طرق مختلف این باکتریها را از بین می برند.

روشهای گوناگونی برای گندزدایی منابع آب وجود دارد که بطو کلی به دو دسته شیمیایی و فیزیکی تقسیم می شوند . از روشهای رایج شیمیایی ، کلر زنی و استفاده از گاز ازون ، و از روشهای رایج فیزیکی ، حرارت ،‌فیلتراسیون و پرتو دهی را می توان نام برد.

شرایط یک ضد عفونی کننده ایده آل در جدول شماره ١ ارائه شده است . همانگونه که دیده می شود ، ضد عفونی کننده ایده آل باید طیف گسترده ای از مشخصه های مختلف داشته باشد . گرچه ممکن است چنین ترکیبی وجود نداشته باشد ، در ارزیابی مواد ضد عفونی کننده توصیه شده یا پیشنهاد شده باید شرایط پیشنهادی در جدول ٢ رادر نظر داشت . این نکته نیز مهم است که حمل و کاربرد ماده ضد عفونی کننده بی خطر باشد و بتوان غلظت آن را در آبهای تصفیه شده اندازه گیری کرد . ضدعفونی را اغلب با استفاده از عوامل شیمیایی ،‌عوامل فیزیکی ، ابزارهای مکانیکی و تابش انجام می دهند.

 

 

جدول ١- مقایسه زیست محیطی دستگاه فرابنفش با دستگاه کلرزن

 

 

ازون

کلر

فرابنفش

شرح

 

 

شیمیایی

شیمیایی

فیزیکی

روش ضدعفونی

 

٦٠٠ ثانیه

١٢٠٠ ثانیه

٥ ثانیه

زمان عملکرد

دارد

دارد

ندارد

تغییرات در ترکیب آب

ندارد

دارد

ندارد

مواد شیمایی زائد

ندارد

دارد

ندارد

پیدایش ترکیب آلی و اکسید های خطرناک

ندارد

دارد

ندارد

تخریب محیط زیست

ندارد

دارد

ندارد

خطر انفجار و نشت گاز به محیط

قدرت کشتن میکرو ارگانیسم های مختلف

دارد

دارد

دارد

باکتریها

دارد

ندارد

دارد

ویروسها

دارد

دارد

دارد

قارچها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول ٢- مقایسه مشخصه های ایده ال و واقعی ضد عفونی کننده های رایج

پرتو فرابنفش

اوزون

برم کلر

کلر دیوکسید

کلسیم هیپوکلرید

سدیم هیپوکلریت

کلر

خواص/پاسخ

مشخصه ها

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

در رفت زیاد باید به شدت سمی باشد

سمیت برای میکروارگانیسها

بی ربط

زیاد

کم

زیاد

زیاد

زیاد

کم

باید در آب یابافت سلولی قابل حل باشد

حل شوندگی

باید در موقع مصرف تولید شود 

ناپایدار، باید در موقع مصرف تولید شود

کمی ناپایدار

ناپایدار، باید در موقع مصرف تولید شود

نسبتا" پایدار

کمی پایدار

پایدار

افت میکروب کشی در حالت توقف باید کم باشد

پایداری

سمی

سمی

سمی

سمی

سمی

سمی

برای صورتهای عالی حیات بسیار سمی

برای میکرو ارگانیسمها باید سمی باشد و برای انسان و سایر حیوانات غیر سمی

غیر سمی برای صورتهای عالی حیات

بی ربط

همگن

همگن

همگن

همگن

همگن

همگن

محلول آن باید از نظر ترکیب یکنواخت باشد

همگنی

 

مواد آلی را  اکسید می کند

مواد آلی را  اکسید می کند

زیاد

اکساینده فعال

اکساینده فعال

مواد آلی را  اکسید می کند

نباید غیر از سلولهای باکتریها جذب مواد الی دیگر شود

برهم کنش با مواد خارجی

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

در گستره دماهای محیط بتواند موثرباشد

سمیت در دمای معمولی محیط

متوسط

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

باید قابلیت نفوذ ار سطوح را داشته باشد

نفوذ

بی ربط 

بسیار خورنده

خورنده

بسیار خورنده

خورنده

خورنده

بسیار خورنده

نباید فلزات را تغییرشکل دهد و بروی پارچه ایجاد لک کند

غیره خورنده وغیر لکه گذار

 

زیاد

متوسط

زیاد

متوسط

متوسط

زیاد

باید در حال ضد عفونی کردن بو را از بین ببرد

توانایی بوبری

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان  

ارزان

باید در مقادیر زیاد وبا قیمت معقول در دسترس باشد

دسترسی

 

 

 

١-٣- گندزدایی به روش کلر

کلر زنی اگر چه بسیار رایج است اما نیاز به تجهیزات متعدد و جاگیر و از همه مهمتر نقل و انتقال و کاربرد گاز خطرناک کلر دارد ایمنی کامل در طراحی سیستمهای ذخیره و نگهداری کلر بایستی رعایت گردد بدلیل آنکه گاز کلر بسیار سمی و خورنده است . در کاربرد کلر به عنوان ضد عفونی کننده رعایت موارد زیر الزامی است .

- کلریناسیون روزمره بایستی نزدیک نقطه کاربرد صورت گیرد .

- ذخیره کلر و تجهیزات کلریناتور بایستی در اتاقهای جداگانه صورت گیرد.

- تهویه بایستی کف اتاق تعبیه گردد بدلیل اینکه گاز کلر سنگینتر از هوا می باشد .

- ذخیره کلر باید جدا از تغذیه کننده های کلر صورت گیرد .

- اتاق کلر یناتور باید از نظر حرارت کنترل گردد. حداقل دمای ٢١ درجه سانتی گراد پیشنهاد می شود .

- از تابش خورشید بطور مستقیم روی سیلندرهای گاز کلر جلوگیری به عمل آید . وهرگز حرارت به طور مستقیم در تماس با سیلندرها نباشد .

کلر گازی است سمی و چنانچه در کاربرد آن رعایت نکات ایمنی نشود ممکن است باعث انفجار و مسمومیت گردد . به علاوه مانند تمام روشهای شیمیایی ماده ای به آب افزوده شده و طعم آن را تغییر می دهد و هزاران ترکیب خطرناک و بعضا سرطان زا پدید می آورد . امروزه مشخص شده که کلر با مواد آلی درون آب ترکیب و واکنش نشان داده و با تشکیل تری هالو متانهای گوناگون (THMS ) چیزی حدود ٨٥٠ ترکیب کارسینوژن ( سرطان زا ) پدید می آورد .

اثرات زیست محیطی ناشی از گاز کلر در منابع آبی بدین صورت است که مقدار بیشتر از ٥/١ میلی گرم در لیتر باعث مرگ و میر آبزیان مخصوصا ماهی می گردد .

بنابراین استفاده از پرتودهی فرابنفش و گاز ازون بطور روز افزون مورد توجه قرار گرفته وجایگزین کلر می شوند .

 

٢-٣- گندزدایی به روش ازون :

- ازون چیست ؟

ازون گازی است تقریبا بی رنگ با بوی ترش با قدرت اکسیداسیون بالا. مولکول ازون پایدار نبوده و در نتیجه نمی توان آن را انبار یا حمل نمود . این امر باعث می گردد که تولید ازون همواره در محل انجام گیرد . لذا مرحله حمل و انبار مواد شیمیایی در این روش حذف می شود .

 

بطور کلی دلایل استفاده از گاز ازون به شرح زیر است :

- اکسیداسیون جزیی یا کلی مواد محلول در آب .

- ته نشینی مواد محلول .

- لخته سازی مواد آلی .

- ناپایدار ساختن اجسام کلوئیدی .

- ضد عفونی و از بین بردن باکتریها ، انگلها و قارچها و...

بر خلاف کلر و مواد شیمیایی دیگر ، اکسیداسیون بوسیله ازون ، هیچگونه مواد سمی یا مضر در آب بجای نمیگذارد و نیاز به پالایش مجدد آب ندارد . تجربه نشان داده است که ازون سریعا اجزای محلول در محیط را اکسید می نماید و حاصل این اکسیداسیون تنها اکسید اجزا و اکسیژن می باشد لذا برای استفاده در مواردی که عناصر باقی مانده دیگر ممکن است مشکلات جنبی دیگر بوجود آورند مناسب می باشد . مولکول ازون پایدار نیست و پس از مدت کوتاهی شکسته می شود و تبدیل به مولکول پایدار اکسیژن می گردد .

 

 

 

- منابع تولید ازون

گاز ازون بطور طبیعی در زمان رعد و برق یا بوسیله اشعه U.V. Vacuum موجود در نور خورشید بوجود می آید . اما بطور مصنوعی تولید ازون به دو طریق لامپهای U.V ویا تخلیه الکتریکی صورت می گیرد. تولید ازون در حجم بالا عموما با تخلیه الکتریکی برروی دو قطب انجام می پذیرد که بنام (Silent Electrical Discharge (SED شناخته شده است . تولید کننده های ازون با استفاده از این روش با بهره برداری از الکترودهایی با ولتاژ بالا که به فاصله معین از هم قرار گرفته اند کار می کنند . در دستگاههای جدید تولید ازون ، اکسیژن در بین این فاصله جریان می یابد و با استفاده از تخلیه الکتریکی ازون تولید می شود .

 

٣-٣- گندزدایی به روش پرتو دهی :

در میان روشهای فیزیکی ، پرتو دهی از دیر باز مورد توجه بوده است . پرتوهای مورد استفاده در این روش به دو دسته پرتو یونیزان ( شامل پرتو ایکس ، گاما ، بتا و آلفا ) و پرتو فرابنفش تقسیم میشوند . پرتو یونیزان به دلایل گوناگون از جمله عدم دسترسی عموم به منابع تولید آنها ( عمدتا ایزوتوپهای رادیو اکتیو ) ، خطر کاربرد آنها توسط عموم مردم در نتیجه نیاز به تخصصهای بالا و همچنین قدرت کم نفوذ برخی از آنها کمتر مورد استفاده قرار می گیرند . اما کابرد پرتو فرابنفش چیزی نزدیک به حدود یک قرن است که مورد توجه قرارگرفته است گندزدایی بوسیله این پرتو را میتوان استفاده از یک روش طبیعی پنداشت چرا که در طبیعت و در نور خورشید نیز گندزدایی بطور طبیعی انجام می شود.

 

 

 

 

 

منابع تولید پرتو فرابنفش :

١-٣-٣ - ماهیت فیزیکی پرتوفرابنفش :

پرتوفرابنفش به محدوده ای ازامواج الکترومغناطیس اطلاق می شود که درناحیه نامرئی طیف نوری درمحدود طول موج ١٩٠ - ٣٢٨ نانومتر (١٩٠٠ - ٣٢٨٠ آنگستروم ) قرار دارد. در واقع این محدوده از طیف بنفش پرتوهای مرئی نور شروع می شود وبه محدوده امواج X ختم می شود.

امواج الکترومغناطیس در هر محدوده ای از طول موج دارای سرعت های برابر و معادل سرعت نور میباشند. از آنجایی که این امواج دارای انرژی بوده و خواص دوگانه موج - ذره ازخود نشان می دهند،  میزان انرژی آنها براساس هر دوخواص آنها و به وسیله نظریه کوانتومی محاسبه می شود. این نظریه این امواج را به مثابه ذراتی از انرژی فرض می کند که از منبع مولد خود منتشر می شوند. سرعت نور برطبق رابطه   lC = f وابسته به فرکانس ( f ) وطول موج ( l )‌  می باشد. ازطرفی برطبق نظریه کوانتومی میزان انرژی یک طیف خاص از رابطه E = hf  به دست می آید. با تلفیق این دو رابطه  رابطه جدید l/E = hc  به دست می آید که درآن h ثابت پلانک  (6.62x10-27 erg/sec) می باشد. این رابطه نشان می دهد که هرچه طول موج یک طیف کوچکترمی شود انرژی آن بیشتر می شود. بنابراین پرتوفرابنفش از دسته پرتوهای پرانرژی بوده و بیشتر خواص و کاربردهای ان به خاطر همین انرژی زیاد آن می باشد.

سازوکارعمل پرتو فرابنفش به این ترتیب است که به دلیل نزدیک بودن انرژی این پرتو به انرژی الکترون های پیوندی ترکیبات آلی، این پرتو روی این ترکیبات اثرگذاشته و باعث گسستن برخی پیوندها و ایجاد پیوندهای جدید می شود. پیوندهای دوگانه یا سه گانه بین اتمهای کربن و یا پیوندهای بین کربن و دیگر اتمها مستعدترین پیوندهای اسیب پذیر توسط پرتوفرابنفش می باشند.

جذب پرتو فرابنفش توسط ترکیبات آلی و تشکیل طیفهای جذبی که برای هر ماده مخصوص به همان ماده است به همین منوال بوده و اساس یکی از روشهای تجزیه دستگاهی است.

 

٢ - ٣- ٣ - تولید پرتو فرابنفش :ا

پرتو فرابنفش به طور طبیعی درنور خورشید وجود دارد. در واقع در طبیعت انجام عمل ضدعفونی و کنترل رشد میکروارگانیسم ها به همین طریق انجام میشود. دلیل موثر بودن نور آفتاب در پاکیزگی بهتر لباس های شسته شده و همچنین زرد شدن و تغییر رنگ کاغذ و برخی از پارچه هایی که مدام در نور آفتاب قرار دارند وجود همین پرتو در نور خورشید است.

تولید مصنوعی این پرتو با تخلیه الکتریکی در بخار جیوه در لامپهای مربوطه انجام می شود. مشخصه فیزیکی تخلیه الکتریکی در بخار جیوه تولید چند طیف مشخص و ناپیوسته است که دو طیف ١٨٥ و ٢٥٤ نانومتر (به طور دقیق تر ٧/٢٥٣ نانومتر) ‌آن در ناحیه پرتو فرابنفش قرار می گیرد و بقیه در ناحیه مرئی (شکل ١). طول موج ٢٥٤ نانومتر بیشترین شدت را نسبت به دیگر طول موج ها داشته و واجد خاصیت میکروب کشی است.

 

 لامپهای مولد پرتو فرابنفش سه دسته اند :

١ - لامپهای کم فشار.

٢ - لامپهای بافشارمتوسط.

٣ - لامپهای پرفشار.

 

لامپهای کم فشارخود شامل دو دسته کاتد گرم وکاتد سرد می باشند. بازدهی این لامپها نسبت به انرژی مصرفی آنها بالامی باشد. حدود٩٥% طول موج تولید شده در ناحیه ٧/٢٥٣ نانومتر قرار دارد. کارآیی این لامپها شدیدا وابسته به ولتاژ ورودی دمای محل استفاده و عمر لامپ و تعداد دفعات خاموش و روشن آنها است که با کنترل هر یک از این عوامل در یک طراحی صحیح می توان اثرات هر عامل را به حداقل رسانید.

کارآیی لامپهای با فشار متوسط مستقل از ٣ فاکتور یاد شده است اما بازدهی آنها نسبت به انرژی مصرفی آنها کم می باشد. در عوض نفوذ پذیری پرتو ساتع شده از آنها به خاطر شدت بالای آن بیشتر از لامپهای کم فشار است.

 

 ٣ - ٣- ٣- ساز و کار اثر پرتو فرابنفش :
پرتو فرابنفش با اثر بر روی رشته وراثتی (
DNA یا RNA) میکروارگانیسم ها سبب غیرفعال شدن میکروارگانیسم ها می شود. رشته های وراثتی در تمام موجودات اعم از تک سلولی و پرسلولی از واحدهایی به نام نوکلئوتید شامل یک باز آلی، یک ملکول قند ٥ کربنی و یک دنباله فسفریل تشکیل شده اند. قندها و دنباله فسفریله آنها وظیفه پیوند دادن واحدهای نوکلئوئید را به عهده دارند و بازهای آلی در نگهداری دو رشته وراثتی در کنار یکدیگر با استفاده از پیوندهای هیدروژنی نقش دارند. (شکل ٢) بازهای آلی به کار رفته در نوکلوئیدها در دو دسته بازهای پورین شامل آدنین و گوانین و بازهای پیریمیدین شامل سیتوزین، تیمین، و اوراسیل قرار می گیرند. تمامی این بازها پرتو فرابنفش را در ناحیه ٢٦٠ نانومتر جذب می کنند که بسیار نزدیک به پرتو خارج شده از لامپهای مولد این پرتو میباشد. جذب پرتو فرابنفش توسط بازهای پیریمیدین بیش از بازهای پورین است. در نتیجه جذب انرژی پرتو فرابنفش هرجا که در طول رشته وراثتی بازهای پیریمیدین در مجاورت هم باشند به یکدیگر جوش می خورند. (شکل ٣) بنابراین دو رشته وراثتی در این مکان ها به هم متصل شده و جدا نمی شوند و به این ترتیب میکروارگانیسم مربوطه قادر به تکثیر نخواهدبود. دیمرهای سیکلوبوتان تیمین - تیمین وتیمین - اوراسیل در مورد اشکال فعال و غیر اسپورباکتریها و ترکیب ٥ - تیمینیل - ٥ و ٦ - دی هیدروتیمین (TDHT) در مورد اشکال اسپورباکتریها و یا غیراسپور اما در حالت انجماد آنها شناسایی شده است.
حساسیت میکروارگانیسم های گوناگون به این پرتو به دلیل وجود ساز و کارهای گوناگون ترمیمی در آنها با بکدیگر متفاورت بوده و از ٦٠٠٠ -٦ وات در ثانیه برمترمربع متغییراست. در واقع در مورد پرتو فرابنفش فاکتور
I×T برای سنجش میزان تاثیر پرتو به کار می رود که معادل فاکتور C×T  در مورد روشهای شیمیایی می باشد و درآن I  شدت پرتو می باشد.
به طور کلی ساز و کارهای ترمیمی در دودسته قرار می گیرند:
١ . واکنشهای ترمیم در نور که معمولا به طول موج زیر ٥١٠ نانومتر نیاز دارند.
٢ . واکنشهای ترمیم در تاریکی که شامل یک سری عملیات ترمیمی و اصلاحی روی ژنوم میکروارگانیسم ها می شوند.
جالب توجه است که دیمرهای
TT و UT عموما توسط ساز و کارهای ترمیمی در نور از بین می روند اما ترکیب TDHT توسط ساز و کارهای ترمیم در تاریکی و آنهم به سختی از بین می رود.
اگرچه نقطه ضعف روش پرتودهی فرابنفش تنها همین مسئله مقاومت برخی از گونه های میکروارگانیسم ها است، اما با افزایش زمان پرتودهی، شدت آن و یا هر دو (بر اساس فاکتور
I×T) عملا  هیچ  میکروارگانیسمی نمی تواند جان سالم به در ببرد.

 

٤-٣-٣- عوامل موءثر بر کار آیی پرتو فرابنفش :
آنچه در مورد کاربرد این پرتو مهم است فاکتورهایی است که می توانند عبور این پرتو را از محیط آبی تحت تاثیر قرار دهند. ٤ فاکتور عمده عبارتند از:
١ . کدورت آب .
٢ . غلظت ترکیبات آلی موجود در آب .
٣ . میزان آهن موجود در آب .
٤ . غلظت یونهای نیترات و نیتریت .
هریک از این فاکتورها به شدت از میزان عبور این پرتو می کاهند. از طرفی تمیز بودن لامپهای مولد پرتو نیز مهم می باشد. امروزه با نصب بازوهای متحرک روی دستگاه ضدعفونی با پرتو فرابنفش به خوبی با این مشکل مقابله می شود و لامپها یا پوشش کوارتز آنها به طور خودکار یا دستی بدون نیازبه پیاده کردن دستگاه پاک می شوند.

٥-٣-٣- کاربرد پرتو فرابنفش جهت ضد عفونی منابع آب و فاضلاب :
کاربرد
  پرتو فرابنفش به عنوان یک روش ضدعفونی کننده فیزیکی در تصفیه منابع آب و فاضلاب به طور مستقل و یا به عنوان مکمل سایر روشها از دیرباز مورد توجه بوده است. جدیدا به کمک این پرتو در کنار استفاده از هیدروژن پروکساید برای از بین بردن ترکیبات آلی کلردار نیز استفاده می کنند

کاربرد این پرتو در زمینه های زیر می باشد:
١ . ضدعفونی آب آشامیدنی در پایان مراحل تصفیه به عنوان روش اصلی ضدعفونی و پیش از توزیع به شبکه مصرف. در این خصوص تنها دوز کمی از کلر، کلردی اکساید یا کلرامین جهت توزیع آب به شبکه مورد نیاز است.
٢ . ضدعفونی آبهای سطحی و چاه، به ویژه در مزارع و روستاها به شرطی که کدورت و غلظت ترکیبات آلی و میزان آهن و یونهای نیتریت و نیترات آن در حد استاندارد معمول باشد.
٣ . ضدعفونی آبی که در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی،
 دارویی، الکترونیک  و غیره به کارمی رود.
٤ . گندزدایی پسابهای گوناگون در آخرین مرحله تصفیه فاضلاب. طرح شماتیک کاربرد پرتو فرابنفش برای چنین منظوری در شکل ٤ نشان داده شده است.

 

٥ - ضدعفونی اولیه آب استخرهای شنا به منظور کم کردن میزان کلر به کار برده شده در حد کلر باقی مانده.
فواید کاربرد پرتو فرابنفش در هر یک از موارد اشاره شده به شرح زیر می باشند:
١ . انجام موثر عمل ضدعفونی.
٢ . سرعت عمل، سرعت ضدعفونی شدن با پرتو فرابنفش از هر روش شیمیایی و فیزیکی دیگر کوتاه تر بوده و در حد ثانیه است.
٣ . اقتصادی بودن روش.
٤ . عدم کاربرد مواد شیمیایی.
٥ . امن بودن.
٦ - راحتی نصب دستگاه ها
  نگهداری آسان و بدون نیاز به پرسنل متخصص.
٧ . اشغال فضای کم.
٨ . خودکار بودن کار دستگاه.
٩ . سازگاری با محیط زیست.
مقایسه موارد فوق با روشهای دیگر به ویژه کلرزنی قابل درک است.



٦ -  ٣  - ٣ -  از بین بردن ترکیبات آلی کلردار:
جدیدا مشخص شده است که چنانچه پرتو فرابنفش در مقادیری بیش از آنچه برای عمل ضدعفونی کردن لازم است ( ١٠ - ٢ برابر) به همراه هیدروژن پروکساید به کار رود، غلظت ترکیبات آلی کلر دار مانند تری کلرو اتیلن، تتراکلرواتیلن، دی کلرواتیلن، کلروفرم و غیره را در آب طبق معادلات زیر در نهایت به دی اکسید کربن و اسید کلریدریک تجزیه کرده و به زیر مقادیر مجاز و استاندارد می رساند:

  1. C2HCL3 3H2O2       UV      > 2CO2 3HCL 2H2O
  2. C2HCL3 O3 H2      or      > 2CO2 3HCL

درشکل ٥، ٣ نمودار مربوط به کاهش موثر غلظت سه نوع از ترکیبات آلی کلردار به وسیله پرتو فرابنفش نشان داده شده است.

 


 

فواید کاربرد پرتو فرابنفش علاوه بر مواردی که برای کاربرد آن به عنوان عامل ضدعفونی کننده بیان شد شامل موارد زیرمی باشد:
١ . اطمینان به ازبین رفتن ترکیبات کلردار.
٢ . عدم نیازبه تغییرات اساسی در سیستم اصلی.
٣ . تخریب شیمیایی به موازات عمل ضدغفونی.
کاربرد این روش جدید در ژاپن به طور عملی در شهر کوماموتو در استان کیوشو به اثبات رسیده است.

 

 


مراجع     References:

١ - مهندسی فاضلاب، جلد اول، شرکت مهندسی متکاف وادی (تجدید نظر توسط جورج چوبانوگلوس، فرانکلین ال. بورتن) ترجمه احمد ابریشم چی، عباس افشار، بهشید جمشید  - ١٣٧٤.
صفحات ١٥ - ٤١١ ،
   ٨ ٥٩٧

فهرست

بخش اول : انواع و خواص فاضلاب                    2

 

بخش دوم : اصول کلی تصفیه فاضلاب            12

 

بخش سوم : تصفیه طبیعی فاضلاب                43

 

بخش چهارم : یگان های تصفیه خانه              68

 

 

 

 

 

بخش اول

انواع و خواص فاضلاب

فاضلاب ها بسته به شکل پیدایش و خواص انها به سه گروه تقسیم میگردند:

فاضلاب خانگی وفاضلاب صنعتی و  سرانجام فاضلاب سطحی

1-1-فاضلاب خانگی

فاضلاب های خانگی خالص از دستگاههای بهداشتی خانه ها مانند:توالت ودستشویی ها وحمام هاوماشین های لباس شویی وپس اب اشپزخانه ها و یا فاضلاب بدست امده از شستشوی قسمت های گوناگون خانه تشکیل شده اند.خواص فاضلاب های خانگی در سطح یک کشور تقریبا یکسان وتنها غلظت انها بسته به مقدار مصرف سرانه ی اب در شهرها تغییر می کند.

انچه در شبکه های جمع اوری فاضلاب شهری به نام فاضلاب خانگی جریان دارد علاوه بر فاضلاب خانگی خالص دارای مقداری فاضلاب بدست امده از مغازه ها و فروشگاها و تعمیر گاهها و کارگاهها و موسسه هایی مانند انها نیز می باشد که اجبارا در سطح شهر و به طور پراکنده وارد کانال های جمع اوری فاضلاب می گردند لذا با توجه به نوع و تعداد این گونه موسسه ها ممکن است نوع فاضلاب در شهر تغییر کند چنین فاضلابی را فاضلاب خانگی نا خالص نیز می نامند.

رنگ فاضلاب:رنگ فاضلاب خانگی نشان دهنده ی عمر آن است فاضلاب تازه دارای رنگ خاکسری می باشد پس از مدتی که فاضلاب گندید وکهنه شد رنگ ان تیره و سیاه می گردد.

بوی فاضلاب:بوی فاضلاب ناشی از از گاز هایی است که در اثر متلاشی شدن مواد آلی موجود در فاضلاب است بوی فاضلاب تازه قابل تحمل تر از فاضلاب کهنه می باشد.بوی فاضلاب کهنه بیشتر ناشی از گاز هیدروژن سولفوره می باشد که در اثر فعالیت باکتری های بی هوازی و در نتیجه احیای سولفات ها به سولفیت ها تولید می گردد .

در صورتی که به فاضلاب هوا و اکسیژن کافی برسد باکتری های بی هوازی از فعالیت باز ایستاده و بجای آنها باکتری های هوازی مواد آلی فاضلاب را تجزیه می کنند و گاز کربنیک مهم ترین گازی است که از این کار باکتری ها تولید می شود . لذا مانند آنچه در تصفیه خانه های فاضلاب رخ می دهد اگر اکسیژن کافی به فاضلاب دمیده شود فاضلاب بی بو می گردد.

درجه ی اسیدی: فاضلاب های خانگی خالص و تازه معمولا حالتی خنثی ویا متمایل به قلیایی دارند.تنها در اثر ماندن و شروع عمل گندیدگی گازهای اسیدی تولید گردیده و درجه ی اسیدی فاضلاب کاهش یافته خاصیت اسیدی پیدا می کند. هر چه درجه ی گرمای محیط بیشتر باشد عمل گندیدن تعفن زود رخ می دهد و در شرایط نسبتا متعارفی عمل تعفن سه تا چهار ساعت پس از تولید فا ضلاب شروع می شود.

دمای فا ضلاب: به علت اعمال زیستی  درجه ی گرمای فاضلاب معمولا بیشتر از درجه ی گرمای آب در همان محیط می باشد.درجه ی گرمای فاضلاب در سرد ترین روز های زمستان غالبا از 10 درجه ی سانتی گراد کمتر نمی گردد.

مواد خارجی در فاضلاب:در فاضلاب همیشه مقداری مواد خارجی به صورت محلول و یا نا محلول و معلق وجود دارد مقدار مواد خارجی فاضلاب در حدود .1 درصدد و بقیه ی آن را آب تشکیل می دهد حدود نیمی از مواد خارجی در فاضلاب مواد آلی و بقیه مواد معدنی می باشند و به دو صورت ته نشین پذیر و ته نشین نا پذیر تقسیم می شوند مواد معلق ته نشین پذیر بعد از حدود 2 ساعت توقف در ظرفی ته نشین می شوند.

وزن مخصوص فاضلاب: با توجه به سبک بودن  مواد خارجی موجود در فاضلاب و نیز وجود برخی از گازهای محلول در آن وزن مخصوص فاضلاب کمی کمتر از وزن مخصوص اب است .به حدود .99 تن بر متر مکعب می رسد. در عمل وزن مخصوص فاضلاب و آب را برابر هم فرض می کنند.

موجودات زنده در فاضلاب:علاوه بر مواد خارجی نامبرده همیشه فاضلاب مقدار زیادی موجودات زنده ی ذره بینی مانند ویروس ها  میکروب ها(باکتری ها) به همراه دارد.و تنها قسمتی از این موجودات ممکن است بیماری زا باشند.

جدول (1-1) – درجه آلودگی و مقدار از مقدار مواد خارجی فاضلاب های شهری با مصرف سرانه آب به مقدار 200 لیتر در شبانه روز

 

انواع مواد خارجی در فاضلاب

مواد معدنی1

موتد آلی 2

مجموع مواد خارجی

درجه آلودگی

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

مواد معلق و ته نشین پذیر

50

10

150

30

200

40

100

20

مواد معلق ته نشین ناپذیر

20

5

50

10

75

15

50

10

مواد خارجی محلول

375

75

250

50

325

125

150

30

جمع تمام مواد خارجی

450

90

450

90

900

180

300

60

 

 

فاضلاب های صنعتی

خواص فاضلاب های صنعتی و پساب کارخانه ها بستگی به نوع فرآورده های کارخانه 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: خاصیت خورندگی بیشتری دارد .

ج: خاصیت قلیایی یا اسیدی زیادی دارد .

د: امکان وجود موجودات زنده در آنها کمتر می باشد.

بعنوان مثال می توان خاصیت اسیدی را در فاضلاب کارخانه چیت سازی تهران در جدول 1-2 مشاهده نمود . تنها قسمتی از فاضلاب کارخانه ها که تقریبا در تمام کارخانه ها خاصیت یکسان دارند فاضلاب بدست آمده از تشکیلات خنک کننده آنها است .

آلودگی این فاضلاب ها بسته به تعداد دفعه هایی که آب برای خنک کردن کارخانه بکار برده شده است ، متفاوت می باشد و معمولا آلودگی آنها کمتر از فاضلاب های دیگر می باشد و بیشتر بصورت وجود مواد نفتی و روغن در آنها نمودار میشود .

در فاضلاب برخی از کارخانه ها مانند کارخانه های بهره برداری از معادن ، کارخانه های فولاد سازی و کارخانه های شیمیایی بیشتر موار خارجی یا مواد معدنی تشکیل می دهند .در صورتیکه در برخی دیگر از کارخانه ها مانند کارخانه های تهیه ی مواد غذایی و کارخانه های نشاسته سازی بیشتر مواد خارجی در فاضلاب مواد آلی هستند .

فاضلاب های سطحی

فاضلاب های سطحی ناشی از بارندگی و ذوب یخ ها و برفهای نقاط بلند هستند . این فاضلاب ها به علت جریان در سطح زمین و تماس با آشغال ها و کثافت های رویی زمین و شستن سطح خیابانها و پشت بام ها آلوده شده و مقداری مواد آلی و معدنی در آنها وجود دارد . لذا در شروع بارندگی درجه آلودگی فاضلاب های سطحی زیاد و پس از پاک شدن سطح های بارش مقدار آلودگی آنها کاسته می شود .

بیشترین قسمت مواد خارجی را در فاضلاب ها مواد معدنی مانند ماسه و شن تشکلیل می دهند که در اثر شستشوی خیابان ها وارد فاضلاب می شود بعلاوه پسمانده ذرات گیاهی و حیوانی و مواد نفتی و دوده و قسمت ها یکدیگر از مواد خارجی موجود در فاضلاب آب های سطحی را تشکیل می دهند . چنانکه در جدول نمودار است آبهای سطحی که در برخی از جوی های سنتی تهران جریان دارد دارای درجه آلودگی زیادی و حتی بیش از فاضلابهای خانگی هستند

جدول 1-2 خواص برخی ار فاضلاب های تهران .

شهر آرا

نازی آباد

نهر فیروزآباد در شهر ری

نهر فیروزآباد پیش از کارخانه چیت سازی

فاضلاب تصفیه شده صاحبقرانیه

فاضلاب خام صاحبقرانیه

خواص فاضلاب

7

6

5

4

3

2

1

205 تا 620

300تا 700

100تا 1100

162 تا 200

60 تا 75

200تا 250

مواد معلق بر حسب میلی گرم در لیتر

400تا 900

1000تا 1900

900 تا 3500

1100تا 3800

500تا 600

700تا 900

مجموع مواد جامد بر حسب میلی گرم در لیتر

300تا 750

230تا 550

300تا 1800

80تا 276

35تا 50

150تا 240

BOD برحسب میلی گرم در لیتر

76 تا 120

90تا 226

110تا 5500

30تا 70

15تا 20

60تا 65

COD برحسب میلی گرم در لیتر

6.5تا 8.7

6تا 9

6تا 7.5

7.8تا 8

7.8

7.15تا 7.80

درجه اسیدی pH

 

آزمایش فاضلاب ها :

آلودگی فاضلاب ها بیشتر به واسطه وجود مواد آلی در آنها نمودار میشود مواد آلی موجود در فاضلاب ها ناپایدار بوده و می توان انها را به کمک اکسیژن دهی و اکسیداسیون تبدیل به نیتریت ها و نیترات ها و فسفات ها و غیره کرده وسپس به صورت ته نشین کردن از فاضلاب جدا نمود .تبدیل نامبرده که در ضمن آن مواد ناپایدار آلی تبدیل به مواد پایدار معدنی میگردند. اساس کار و هدف ایجاد پالایشگاههای فاضلاب را در شهرها تشکیل میدهند. برای نشان دادن درجه آلودگی فاضلاب را اندازه گیری میکنند. در ازمایش های تعیین درجه ی آلودگی  معمولا به جای اینکه مقدار مواد آلی موجود در فاضلاب را اندازه گیری کنند مقدار اکسیژن لازم برای اکسیداسیون مواد نامبرده را اندازه گیری کنند. در آزمایشهای تعیین درجه آلودگی فاضلاب نمی توان تمام اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون مواد اکسیدپذیر در فاضلاب را اندازه گیری نمود و اجبارا از روش های تقریبی استفاده نمود.

مهمترین روشهای تعیین درجه الودگی :

الف-تعیین مقدار BOD

از جمله موجودات زنده در فاضلاب دو گروه باکتری هستند که به تصفیه فاضلاب کمک می کنند.گروه نخست باکتری های هوازی هستند که اکسیژن محلول در فاضلاب را جذب میکنند و مواد آلی را یا بصورت تغذیه و یا بوسیله ترشح دیاستازهایی اکسید نموده و به ترکیبات پایدار معدنی تبدیل میکنند.در این فعل و انفعالات گاز  co2تولید و باکتریها افزایش می یابند.گروه دوم باکتریهای بی هوازی هستند که اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه نمکهای موجود در فاضلاب بدست آورده و آنها را احیا میکنند.کار این باکتریها توام با ایجاد گازهایی مانند اسید سولفوریک و متان بوده و لذا این فرایند همراه با تعفن میباشد.

تعیین BOD عبارتست از تعیین مقدار اکسیژن لازمی که باید به فاضلاب داده شود تا باکتریهای هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب را اکسید نموده و به مواد پایدار نظیر نمکهای معدنی تبدیل سازند.لذا مقدار BOD  فاضلاب در زمانهای مختلف تغییر میکند.این تغییرات نه فقط به غلظت مواد آلی فاضلاب به میزان فعالیت باکتریها ,درجه  گرما و شدت درهمی فاضلاب نیز بستگی دارد.

منحنی تغییرات  BOD  _ از لحظه ای که فاضلاب در مجاورت اکسیژن قرار میگیرد جذب اکسیژن توسط و در دو مرحله مختلف به انجام میرسد.

مرحله اول_ اکسیداسیون ترکیبات آلی کربن دار _ این مرحله از نخستین لحظات کار باکتریها شروع شده و در 20 درجه گرما تا مدت  20 شبانه روز ادامه می یابد.در این مرحله کربن موجود در ترکیبات ناپایدار آلی تبدیل به ترکیبات پایدار نظیر CO2 شده و از حوزه عمل خارج میگردد.

مرحله دوم: اکسیداسیون ترکیبات آلی ازت دار _ این مرحله از حدود دهمین روز پس از شروع فعالیت باکتریها آغاز گردیده و مدتهای زیاد ادامه دارد .در طی این مرحله مواد آلی ازت دار تبدیل به نیتریتها و نیتراتها میگردند.در شکل شماره  1_1 منحنی تغییرات BOD  از تاریخ شروع فعالیت باکتریها تا 70 روز پس از آن برای 3 درجه گرمای 9.20 و 30 درجه کشیده شده است.چنانکه از منحنی های نامبرده نتیجه گیری میشود در گرمای 20 درجه قسمت بیشتر اکسیداسیون مربوط به مرحله یکم در پنج روز اول رخ میدهد و پس از 20 روز تقریبا به پایان میرسد.بدین جهت برای نشان دادن درجه آلودگی فاضلاب معمولا  BOD5 را تعیین میکنند که بنابر تعریف عبارتست از :

مقدار میلی گرم اکسیژن که لازم است تا در پنج روز نخست باکتریهای هوازی مواد آلی موجود در یک لیتر فاضلاب را در گرمای 20 درجه اکسید نماید.

تغییرات BOD در مرحله یکم اکسیداسیون برای درجه گرماهای گوناگون و نسبت آنها به BOD5  در گرمای 20 درجه در منخنی های شگل شماره 1-2 نمایش داده شده است.

نمایش ریاضی تغییرات BOD  _ آزمایش نشان میدهد که تغییرات BOD  در مرحله یکم اکسیداسیون مواد آلی کربن دار تقریبا طبق رابطه شماره 1_1 انجام میگیرد.

= (1- )= (1- )            (1_1)

= 0.4343*K              (2_1)

در رابطه 1-1 مقدار  برابر تمام BOD  فاضلاب در مرحله یکم اکسیداسیون و K و  ضرایب ثابتی هستند  که بستگی به درجه گرمای فاضلاب t  داشته و از رابطه 1_2 و 1-3 بدست می آید

= *

مقدار K در20 درجه گرما با کمک آزمایش بدست می آید.مقدار  برای فاضلاب های مختلف بین 0.16 و .7 متغیر است که میانگین آن 0.39 می باشد.

ب–تعیین مقدار COD: دراین روش برای اکسیداسیون مواد آلی و مواد اکسیدپذیر دیگری که درفاضلاب یافت میشود از اکسیدکننده های قوی مانند پرمنگنات پتاسیم و دی کرومات پتاسیم استفاده میشود. درصورتیکه از پرمنگنات پتاسیم استفاده شود وزن اکسیژن درحدود 0.25 وزن پرمنگنات پتاسیم میباشد. عمل اکسیداسیون درصورت استفاده ازدی کرومات پتاسیم بعلت قویتر بودن آن بیشترانجام میگیرد.

کاربرد مواداکسیدکننده برای تعیین درجه آلودگی فاضلاب خیلی آسانتراز روش  BOD میباشدولی باید توجه نمودکه بسته به نوع ماده اکسیدکننده مصرفی ممکن است تمام موادآلی فاضلاب بویژه موادپاک کننده صابونها با این روش کاملا اکسید نشوند و لذا دقت این روش کم است و تنها برای مقایسه ی این فاضلاب در مرحاله های گوناگون تصفیه بکار میروند. محلولی از دی کرومات پتاسیم و اسید سولفوریک نتایج دقیقتری را داده و خیلی نزدیکتر به مقادیرتئوری اکسیژن مورد لزوم میباشد.

علاوه بر مواد اکسید کننده نامبرده از کلر نیز میتوان برای تعیین درجه آلودگی فاضلاب استفاده نمود.برای اکسیداسیون کامل فاضلاب های خانگی تازه مقدار کلر لازم حدود 2 تا 5 گرم برای هر نفر درشبانه روز میباشد.

ج- تعیین TOC: دراین روش ترکیبهای کربندار موجود درفاضلاب اندازه گیری میشود. برای اینکار باید فاضلاب را تا سرحد سرخ شدن سوزانید و گازکربنیک تولیدشده را اندازه گیری نمود.نتایج به دست آمده از اینرو شکه معمولا در دستگاههای ویژه ای انجام میگیردبسته به شکل وشرایط آزمایش کم دقت و متفاوت است.

د- تعیین مقدار مواد معلق در فاضلاب: مواد معلق در فاضلاب قسمتی از کل مواد خارجی موجود درآن میباشد که تعیین آن برای پیش بینی مقدار لجن حاصل از تصفیه ی فاضلا ب اهمیت ویژه ای دارد. تفاوت بین تی او سی اساس مقدار مواد محلول درفاضلاب را نشان میدهد. همانگونه که پیش ازاین گفته شد و درجدول (1-1) دیده میشود ،مقدار مواد معلق به دو صورت ته نشینی پذیر وته نشینی ناپذیر درفاضلاب یافت میشوند. از نظر جنس نیز مواد معلق،یا دارای منشا آلی هستند و لذا ناپایدار میباشند و یامنشا معدنی داشته و پایدارند.

ه- تعیین اکسیژن محلول: مقدار اکسیژن محلول موجود در فاضلا بشهری نمایشگر قدر تصفیه طبیعی و خودبخودی آن میباشد. وجود اکسیژن محلول در فاضلاب موجب فعالیت باکتریهای هوازی و جلوگیری از فعالیت باکتریهای بی هوازی و درنتیجه مانع از تولید بوهای ناخوشایند میگردد. لذا کوشش میشود که مقدار اکسیژن محلول در فاضلاب از 1.5 میلی گرم در لیترکمترنگردد. این موضوع در استخرهای هوادهی فاضلاب بسیار حائز اهمیت میباشد.

اندازهگیری اکسیژن محلول با کمک وارد نمودن برخی از ترکیبات منگنز که قدر تجزیه با اکسیژن آنها سریع و زیاد است درنمونه ی فاضلاب مورد آزمایش و اندازه گیری وزن اکسیژن جذب شده توسط آن انجام میگیرد.

مقایسه روشهای تعیین درجه آلودگی فاضلاب

همچنان که در بیان هر یک از روشهای تعیین درجه آلودگی فاضلاب اشاره شد مقادیر بدست آمده از این روشها نمیتوانند هیچگونه ارتباط دقیقی با هم داشته باشند. هر یک از سه آزمایش بی-او-دی،سی-او-دی،وتی-او-سی نمیتوانند به تنهایی تمام اکسیژن مورد نیاز فاضلاب را (تی-او-دی) تعیین نماید. بسته به نوع مواد خارجی موجود درفاضلاب نسبتا اعداد بدست آمده از سه آزمایش نامبرده متفاوت خواهد بود. به ویژه در مورد تعیین روش سی-او-دی نوع ماده اکسیدکننده ی مصرفی نیز درنتیجه ی بدست آمده بسیار موثر است. مثلا اعداد حاصله از مصرف دی کرومات پتاسیم برای تعیین سی-او-دی به مراتب بیشتر از اعداد حاصله از مصرف پرمنگنات پتاسیم میباشد. بطوری که مقدار عددی سی-او-دی میتواند بزرگتر ویا کوچکتر ازبی-او-دی 5 روزه باشد. در مورد فاضلابهای شهری به ویژه وقتی از دی کرومات پتاسیم استفاده شود،مقدار موادی که میتوانند توسط آن اکسیده شوند بیشتر از موادی است که قابلیت اکسیده شدن توسط باکتریها را دارند لذا غالبا مقدار سی–او-دی بزرگتر از بی-او-دی 5 میباشد. درعمل میتوان بطور تقریبی نسبت سی-او-دی به بی-او-دی5 برای فاضلاب های خام 0.4 تا 0.8 است.

آلودگی فاضلاب های شهری در ایران

همانگونه که در پیشگفتار بدان اشاره شد،منظور ازفاضلابهای شهری در این کتاب فاضلابهای خانگی ناخالص که به اختصار فاضلابهای خانگی نامیده میشود و همچنین فاضلابهای ناشی از بارندگی است. لذا بررسی آلودگی فاضلابهای صنعتی جزو برنامه این کتاب نمیباشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بخش دوم

اصول کلی تصفیه ی فاضلاب (پالایش فاضلاب)

چنانکه در بخش گذشته ملاحضه شد، تفاوت اصلی فاضلاب با آب تمیز همان فراوانی مواد خارجی و به ویژه مواد آلی در آن است. لذا هدف از تصفیه فاضلاب عبارتست از:

الف – گرفتن مواد معلق و شناور از فاضلاب.

ب – اکسیداسیون مواد ناپایدار آلی موجود در فاضلاب و تبدیل آنها به موادی پایدار مانند نیترات ها، سولفات ها و فسفات ها و سپس ته نشین ساختن و جدا سازی مواد.

ج – جداسازی مواد سمی، محلول ها و نامحلول ها از فاضلاب نظیر ترکیب های فلز های سنگین.

د – گندزدائی و کشتن میکروب ها در فاضلاب.

تمام گازهای نامبرده در طبیعت و در مدتهائی نسبتاً طولانی و بالغ بر چندین روز خودبخود انجام می گیرند. هدف از ساختن تاسیسات تصفیه خانه (پالایشگاه) فاضلاب و تکامل دادن آن از یک سو سرعت بخشیدن به کارهای نامبرده و کوتاه نمودن مدت زمان پالایش تا بحدود چند ساعت است و از سوی دیگر جلوگیری از آلوده شدن منبع های طبیعی آب و محیط زیست می باشد.

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:

1) اول – تصفیه ی مکانیکی یا تصفیه ی فیزیکی

2) دوم – تصفیه ی زیستی یا تصفیه ی بیولوژیکی

3) سوم – تصفیه ی شیمیائی

(2-1)

(3-1)

)4-1)

در رابطه های (2-1) تا (2-3) مقدار dقطر ذره بر حسب سانتیمتر، v لزجت سینماتیکی فاضلاب بر حسب سانتیمتر مربع بر ثانیه، وزن مخصوص فاضلاب و ذره بر حسب گرم نیرو بر سانتیمتر مکعب، جرم مخصوص فاضلاب بر حسب گرم جرم بر سانتیمتر مکعب و  نمایشگر لزجت مکانیکی بر حسب گرم نیرو در ثانیه بر سانتیمتر مربع فاضلاب است.

 

حال اگر چنین ذره ای همراه فاضلاب وارد استخری مستطیل به طول L، پهنای B، و عمق H گردد، تحت تأثیر دو سرعت افقی Vhو قائم VSقرار می گیرد. برای رسیدن این ذره به کف استخر به کف استخر لازم است که مدت زمان رسیدن ذره ی معلق به کف استخر یعنی tSبرابر مدت زمان رسیدن آن به انتهای استخر یعنی  thباشد و لذا خواهیم داشت:

 

 

 

[m/s]             (2-4)

 

در رابطه ی (4-2) مقدار Q نمایشگر دبی فاضلاب ورودی به استخر، A سطح افقی آن بوده و Baبار سطحی نامیده می شود. رابطه ی نامبرده نشان می دهد که در صورت کروی و همگن بودن ذرات معلق در فاضلاب، سرعت سقوط آنها از رابطه ی شماره ی (2-3) برابر بار سطحی استخر می گردد. یعنی بار سطحی هیچگونه بستگی به عمق استخر ندارد. اما به علت اینکه در استخرهای ته نشینی عمل ته نشینی به صورت مداوم رخ می دهد، مدت جریان فاضلاب در استخر که به نام مدت زمان توقف فاضلاب معروف است نیز باید در طراحی دخالت داده شده و بقدری باشد که ذرات همگی به کف استخر برسند. لذا از یک سو خواهیم داشت :

(2-5)                                                                                       

از سوی دیگر اگر حجم استخر باشد، خواهیم داشت:

(2-6)                                                                                       

اما در عمل بجز در مورد استخرهای ماسه گیر که تا حدودی شرایط رابطه ی (2-3) در آنها برقرار است، در بقیه ی موارد به دلایل زیر نمی توان برای محاسبه ی سرعت سقوط و ته نشینی ذرات معلق از رابطه ی نامبرده استفاده نمود.

الف – ذرات معلق کروی نیستند و از نظر جنس همگن نمی باشند.

ب – ذرات معلق هر یک مستقلا ته نشین نمی شوند بلکه در حین ته نشینی و به ویژه در اثر به هم چسبیدن و لخته شدن اثر متقلابلی بر هم می گذارند که در سرعت ته نشینی آنها اثر چشم گیری دارد.

ج – هر چه ذرات معلق به کف استخر نزدیکتر می شوند، غلضت فاضلاب افزایش یافته و مقاومت در مقابل حرکت آنها افزوده می شود.

د – سرعت افقی Vhذرات در تمام سطح مقطع استخر یکسان نمی باشد. به عبارت دیگر در منطقه ی ته نشینی از استخری، فاضلاب را می توان به لایه های زیر تقسیم نمود:

اول – لایه ی تصفیه شده ی پروتئین که تقریباً ذرات معلق قابل ته نشینی از آن بیرون آمده و لذا فاضلاب زلال تر گردیده است.

دوم – لایه ای که ذرات معلق فاضلاب در آن به صورت مستقل از هم در حالت ته نشینی هستند و عمل لخته شدن هنوز بین آنها رخ نداده است. در صورتی که عدد رینلدز از رابطه ی (2-1) کوچکتر از یک باشد می توان به طور تقریبی از رابطه ی (3-2) برای تعیین vsو Baاستفاده نمود. در صورتی که عدد رینلدز از یک بیشتر گردد باید با کمک ضریب تصحیحی اثر افزایش مقاومت در برابر حرکت ذره را در رابطه وارد نمود.

سوم – لایه ای که در آن از یک سو غلظت فاضلاب زیاد شده، ذرات معلق مستقلاً سقوط نکرده بلکه با یکدیگر تشکیل لخته هائی را می دهند و در سرعت سقوط یکدیگر تأثیر گذاشته و آن را کند می کنند و از سوی دیگر به علت بزرگتر و سنگین تر شدن ذرات سرعتشان افزوده می شود. محاسبه ی سرعت سقوط ذرات عملاً امکان پذیر نیست و تنها به صورت آزمایشی می توان آنرا اندازه گیری نمود.

چهارم – لایه ای که در آن لخته ها به یکدیگر نزدیک شده و در اثر تراکم و افزایش غلظت مانع از سقوط آزاد یکدیگر شده و به شدت از سرعت ته نشینی آنها کاسته می شود.

با توجه به آنچه گفته شد نتیجه گیری می شود که برای یک مدت زمان ته نشینی مشخص، غلظت فاضلاب ورودی به استخر ته نشینی نسبت به مواد معلق در مقدار درصد مواد ته نشین شده بسیار مؤثر می باشد. منحنی های شکل شماره (2-3) ارتباط نامبرده را به صورت آزمایشی نشان داده است [45,29].

همچنین به صورت آزمایشی اثر مدت زمان توقف فاضلاب در استخرهای ته نشینی در کاهش مقدار مواد معلق قابل ته نشینی، مقدار کل مواد، کاهش درجه ی آلودگی فاضلاب بر حسب BOD5و سرانجام مقدار CODبر حسب پرمنگنات پتاسیم مصرفی اندازه گیری شده و در شکل شماره (2-4) وابستگی های نامبرده نشان داده شده اند [ 26,25,1 ].

 

بررسی هیدرولیکی نوع جریان در استخرهای ته نشینی – بررسی میزان درهمی (توربولانت) و سیلابی بودن جریان فاضلاب در استخرهای ته نشینی با محاسبه ی عدد راینلدز و عدد فرود انجام می گیرد.

عدد رینلدز طبق رابطه ی شماره ی (3-7) نشان دهنده ی درجه ی درهمی در استخر می باشد. اگر استخر ته نشینی را به صورت مجرائی برای گذر فاضلاب در نظر بگیریم و با توجه به اینکه سطح مقطع استخر عامل اصلی در عمل ته نشینی است، خواهیم داشت:0

(2-7)                                                                               

در رابطه ی (2-7) مقدار سرعت جریان افقی در استخر بر حسب متر در ثانیه و  برابر لزجت سینماتیکی فاضلاب که در 10 درجه گرما برابر  متر در ثانیه به توان دو R برابر شعاع هیدرولیکی سطح مقطع استخر بر حسب متر است که از رابطه ی شماره ی (2-8) به دست می آید.

(2-8)                                       

کاهش عدد ریندلز موجب کم شدن درجه ی درهمی و نزدیکتر شدن حالت جریان به حالت جریان آرام گردیده و لذا برای ته نشینی مواد بیشتر مناسب است. عدد فرود از رابطه ی شماره ی (2-9) بدست می آید و نشان دهنده ی حالت تعادل جریان است.

(2-9)                                                                               

هرچه عدد فرود بزرگتر باشد، تغییرات کوچک در سطح فاضلاب زودتر برطرف گردیده و فاضلاب به حالت تعادل برمی گردد. یعنی بزرگ شدن عدد فرود برای ته نشینی مواد بهتر و مناسب تر است. [1]

با توجه به نکات  نامبرده تنها راهی که بتوان همزمان دو عدد Re را کوچک و عدد Fr را بزرگ نمود، کاهش دادن شعاع هیدرولیکی سطح مقطع استخر می باشد. لذا در طرح استخرها و انتخاب ابعاد آنها باید توجه شود که شعاع هیدرولیکی کوچکتر، از نظر بهتر انجام گرفتن عمل ته نشینی مواد برشعاعی بزرگتر برتری دارد.

یگان هایی که در تصفیه خانه ها ویژه ی عمل ته نشینی می باشند عبارتند از حوض های دانه گیر، استخرهای ته نشینی نخستین و استخرهای ته نشینی نهائی.

در حوض های دانه گیر مواد معدنی و سختی از فاضلاب جدا می شوند که وجود آنها موجب مشکلاتی در کار تصفیه خانه مانند سائیدگی پمپها، سخت شدن لجن و فزونی مقدار آن می گردد. در استخرهای ته نشینی نخستین، مواد معلقی از فاضلاب جدا می شوند که فساد پذیر بوده و باید حتماً لجن بدست آمده مورد تصفیه واقع گردد و سرانجام در استخرهای ته نشینی نهائی لجن هائی از فاضلاب جدا می شوند که بسته به نوع و درجه تصفیه ای که برای فاضلاب انجام گرفته ممکن است کاملاً تثبیت شده و یا قسمتی تثبیت شده و قسمتی فسادپذیر باشد.

2-1-3- شناورسازی مواد معلق

در فاضلاب های شهری همیشه مقداری از مواد معلق سبک بوده و دارای وزن مخصوصی کوچکتر از وزن مخصوص فاضلاب می باشند. برای جداسازی چنین موادی باید از روش شناورسازی و بالا آوردن آنها تا سطح فاضلاب در استخر استفاده نمود. چون در شناورسازی مواد نیز مانند ته نشین کردن آنها از نیروی ثقل کمک گرفته می شود. لذا قوانین آن مثلاً استفاده از   رابطه ی استوکس کاملاً مانند روش ته نشین کردن مواد معلق می باشد. مواد سبکی که ممکن است در فاضلاب های شهری یافت شوند عبارتند از چربی های حیوانی، روغن های نباتی و ترکیبات گوناگون نفتی. مقدار مواد نامبرده در فاضلاب های شهری کم و در حدود یک لیتر در شبانه روز برای هر هزار نفر می باشد. [1] و لذا در تصفیه خانه های فاضلاب شهری نیازی به استخر های ویژه ی چربی گیری نبوده و برای جداسازی مواد معلق سبک از استخرهای ته نشینی استفاده      می شود. در صورتیکه بخواهیم استخرهای ته نشینی را از نظر برآورده کردن نیاز به شناورسازی مواد کنترل نمائیم کافیست در رابطه ی شماره ی (2-3) نظر ذرات را برابر 015/0 سانتیمتر فرض نموده وسرعت بالا رفتن مواد را محاسبه نمائیم. [1] چون سرعت بالا رفتن مواد چربی معمولاً بیشتر از سرعت ته نشینی مواد معلق در فاضلاب های شهری است، کنترل نامبرده لازم نبوده و تنها کافیست در استخرهای ته نشینی تصفیه خانه ها مانند شکل (4-23) دستگاه های کف آبگیر پیش بینی شود.

در فاضلاب های صنعتی، فاضلاب کشتارگاه ها و یا فاضلاب رستوران های بزرگ و نظایر آنها غالباً پیش بینی چربی گیر های ویژه لازم است. دمیدن هوا در فاضلاب و خنک کردن آن از عواملی هستند که جداسازی مواد چربی را تندتر می کنند. با توجه به آنچه گفته شد برای محاسبه و طراحی استخرهای شناورسازی مانند استخرهای ته نشینی از پارامترهای بار سطحی و مدت زمان توقف استفاده می شود.

2-2- تصفیه ی زیستی یا تصفیه ی بیولوژیکی

در طبیعت بین نمک های معدنی نظیر نیترات ها، فسفات ها، سولفات ها،.... و ترکیب های آلی نظیر پروتئین، انواع اسید های آلی، الکل و غیره سیکل بسته ای به صورت زیر وجود دارد:

مواد معدنی برابر شکل شماره ی (2-5) با گرفتن گرمای ناشی از تابش خورشید توسط موجودات گیاهی جذب و تبدیل به مواد آلی می گردند. در این کنش و واکنش معمولاً گیاهان اکسیژن آزاد می سازند. این پدیده ی بنام، فتوسنتز نامیده می شود. در مقابل حیوانات و از جمله باکتری ها با جذب اکسیژن مواد آلی ناپایدار را تبدیل به مواد پایدار معدنی نموده و دوباره به طبیعت بازمیگردانند. در ضمن این اکسیداسیون گرما نیز تولید می گردد. در اینجا لازم به تذکر است که قسمتی از مواد آلی جذب شده از طرف حیوانات (باکتری ها) و همچنین قسمتی از مواد معدنی جذب شده توسط گیاهان صرف خودسازی و تکثیر مثل آنها می گردد.

به عنوان مثال می توان رابطه ی شماره (2-10) که بطور تقریبی کنش و واکنش لازم برای تولید گولوکز را نشان می دهد نام برد [41,1].

(2-10)

در یک تصفیه خانه ی فاضلاب هرگاه تصفیه ی مکانیکی برای کاهش آلودگی فاضلاب کافی نباشد، از کار موجودات زنده ای بنام باکتریهای هوازی و یا بی هوازی برای ادامه ی تصفیه ی فاضلاب یاری می گیرند. کار یگان های تصفیه ی زیستی در تصفیه خانه همانا تشدید عملی است که به طور خود بخودی 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 باکتریهای هوازی و بی هوازی جزو گروه باکتریهای ساپروفیت هستند که مواد غذائی خود را برخلاف باکتریهای انگلی از اجساد و پس مانده ی موجودات زنده تامین می کنند و بهمین دلیل این دسته از باکتریها کارگران تصفیه خانه ی فاضلاب نامیده می شوند

.

شکل (2-6) – شکل عمومی سلول یک باکتری

سلول باکتریهای مورد گفتگو به بزرگی حدود یک تا پنج میکرون بوده و مانند شکل (2-6) از یک هسته و پلاسما که بوسیله ی پوسته ی سلولزی احاطه شده تشکیل می شود. روی پوسته ی نامبرده را پوسته ای لزج مانند می پوشاند. حدود 8/0 بدن باکتری از آب و بقیه ی آن از مواد آلی و معدنی تشکیل شده است. [23,1]

همانند سایر میکروارگانیسم ها، درجه ی گرما و درجه ی اسیدی (pH) فاضلاب و نیز مقدار اکسیژنی که به صورت مولکولی و محلولی ویا به صورت اتمی در ترکیبات گوناگون موجود در فاضلاب یافت می شوند. در مرگ و زندگی و شدت فعالیت این باکتریها نقش اساسی را ایفا می کنند. با افزایش درجه ی گرما فعالیت باکتری ها فزونی یافته و به ازای هر ده درجه ی سانتیگراد این فعالیت تقریباً دو برابر می گردد. باکتریها محیط اسیدی پایین تر از pH=4و محیط قلیایی بالاتر از ph=9.5را نمی توانند تحمل کنند. مناسبترین درجه ی اسیدی برای زندگی و رشد باکتری ها بین 5/6 تا 5/7 درجه است. در هر صورت تغییر ناگهانی درجه ی اسیدی فاضلاب در کاهش فعالیت و حتی مردن باکتری ها اثری چشم گیر دارد.

با توجه به آنچه که گفته شد برای بررسی بیشتر در تصفیه ی زیستی باید نخست آنرا به دو نوع زیر تقسیم نمود:

1) – تصفیه ی زیستی با کمک باکتریهای هوازی

2) – تصفیه ی زیستی با کمک باکتریهای بی هوازی

 

2-2-1 تصفیه ی زیستی با کمک باکتریهای هوازی

اساس کار در این روش تصفیه، رسانیدن اکسیژن به فاضلاب است. با اکسیژن محلول در فاضلاب تکثیر مثل باکتری های هوازی شدت یافته و این باکتری ها بر اطراف ذرات و قطعات کوچک تشکیل شده از مواد الی موجود در فاضلاب نشسته و تولید لخته هایی را می نماید.

این لخته ها که هزاران باکتری هوازی را با خود حمل می کنند در روشهای گوناگون تصفیه زیستی

نقش مهمی را ایفا می کنند.لخته های نامبرده یا به صورت معلق و شناور در فاضلاب می مانند (مانند استخر های هوا رسانی) یا بر قطعات قلوه سنگ می نشینند (مانند صافی های چکنده).

در صورت هوارسانی کامل و رسیدن اکسیژن کافی به فاضلاب،تکثیر مثل و افزایش تعداد این باکتر ها تا حدی فزونی می یابد که مواد آلی موجود در فاضلاب کفاف تغذیه آنها را نداده، مرگ و میر در آنها بروز کرده و تعداد آنها بسته به مقدار مواد آلی در فاضلاب تقریبا ثابت مانده و یک نو ع حالت تغادلی بوجود می آید. برای اینکه تمام مواد آلی موجود در فاضلاب به مصرف باکتری ها رسیده و تعداد آنها به حداکثر ممکن برسد لازم است که کمبود اکسیژن محلول در فاضلاب مرتباً برطرف شده و بازیابی اکسیژن توسط فاضلاب در مدتی کوتاه امکان پذیر باشد.برای رسیدن به این هدف باید سطح تماس فاضلاب با هوا افزایش شابد.این کار ممکن است با کمک دمیدن هوا در فاضلاب و یا ایجد تلاطم در سطح  آن رخ دهد.اینگونه هوادهی در استخر های هوارسانی انجام می گیرد. یا اینکه یا چکانیدن فاضلاب روی قلوه سنگهلی طبیعی و یا مصنوعی آنرا در مجاورت هوا قرار داد. این روش در صافی چکنده مورد استفاده قرار میگیرد.همچنین می توان فاضلاب را به صورت لایه های روی بسترهای ماسه ای (مانند صافی ماسه) وسا زمین های غیر کشاورزی و یا کشاورزی پخش نمود.

ضریب جذب اکسیژن (α)1-یک متر مکعب هوا در صفر درجه گرما و فشار 760 میلیمتر جیوه (یک اتمسفر) وزنی برابر 1294گرم دارد این حجم هوا دارای 4/209 لیتر اکسیژن مولکولی به وزن 300 گرم می باشد.در شرایط متعارفی معمولاً وزن یک متر مکعب هوا را حدود 1250 گرم و و وزن اکسیژن آنرا حدود 280 گرم فرض می کنند.

در یگانهای تصفیه زیستی نمی توان از تمام اکسیژن موجود در یک متر مکعب هوای داده شده به فاضلاب استفاده نمود و مقدار اکسیژن قابل استفاده در روش های گوناگون تفاوت می کند مقدار اکسیژنی که از یک متر مکعب هوا می تواند جذب فاضلا شود تابعی از مقدار اکسیژن فاضلاب نسبت به حالت اشباع آن و ضریب جذب اکسیژن سیستم یعنی α.

اگر وزن تمام اکسیژنی که در یک شبانه روز با کمک هوادهی به فاضلاب وارد می شود با ocو مقدار کیلوگرم اکسیژن که توسط فاضلاب جذب می شود با ovنشان داده شود خواهیم داشت:

 

در رابطه ی (2-11) مقدار cs نشان دهنده ی میلی گرم در لیتر اکسیژن محلول در فاضلاب در حالت اشباع خود و cxمیلی گرم در لیتر اکسیژن محلول و موجود در فاضلاب درحالت هوادهی و α ضریب جذب اکسیژن به وسیله فاضلاب است.بنابراین اکن فیلدر2α به وسیله رابطه شماره ی     (2-12) نمایش داده شده و تابعی است از نوع فاضلاب و روش هوادهی و نو ع هواده مورد استفاده و مقدار آن بین 5/0 تا یک متغیر است.

 

منحنی های شکل شماره ی (2-7) وابستگی α را به نوع فاضلاب و شدت درهمی آن نشان می دهد  ضریبی است که نشان دهنده ی فشار اتمسفری است.

مقدار آن برای سطح دریای آزاد برابر یک و به ازاء هر یکهزار متر افزایش ارتفاع 1/0 از آن کاسته می شود.

1) مواد غذایی باکتری های-باکتری های هوازی برای بدست آوردن انرژی لازم جهت ادامه ی زندگی خود علاوه بر اکسیژن و مواد الی کربن دار که با BOD  مشخص می شوند نیاز به مواد آلی ازت دار و فسفردار نیز دارند.مقدار ازت و فسفر مورد نیاز باکتریها به ترتیب حدود 5 و 6/1 درصد مقدار BOD می باشد.نیاز باکتری ها به مواد دیگری مانند سدیم، کلسیم، پتاسیم و منیزیم  کمتر بوده و مقدار آنها به ترتیب 4/0 ،4/0 ،2/0 و 3/0 درصد مقدار BOD  می باشد [4 ,1]

 

 

در فاضلاب هاب شهری مقدار مواد آلی کربن دار از نسبته های نامبرده بیشتر ولی غالباً در فاضلاب کار خانه ها، بر عکس مقدار ترکیبات ازت دار و فسفر دار از نسبتهای نامبرده کمتر می باشند.لذا برای بالا بردن بازده یگانهای تصفیه زیستی فاضلاب کارخانه ها،افزودن مواد ازت دار و فسفردار و حتی گاهی مخلوط نمودن آنها با فاضلاب خانگی بسیار با فایده می باشد،اما این کار باید مبتنی بر نتایج آزمایشگاهی باشد.

در اینجا لازم به ذکر است که هدف از تصفیه ی فاضلاب تنها تبدیل مواد آلی ناپایدار به مواد تثبیت شده ی معدنی نیست. بلکه باید این  مواد را از آن جدا نمود.چنانکه بعداً خواهیم دید جدا نکردن موادی که خاصیت کودی دارند موجب می شوند تا منابع طبیعی که فاضلاب تصفیه شده به انها وارد می گردد. محل مناسبی برای رشد گیاهان آبزی مانند آلکها و جلبکها گردیده و دوباره آلوده کردند.

با توجه به مرحله های دو گانه به اکسیداسیون ترکیبات هالی مه در موقع شناسایی BOD در بخش اول به آن اشاره شد، ملاحظه می شود که تولیدات مواد کودی (نیتریتها ، نیتراتها، فسفات ها و ...) بیشتر در مرحله  ی دوم رخ می دهد ولذا برای جداسازی انا در تصفیه خانه ها لازم است لجن حاصل را حتی اگر تثبیت هم شده باشد از فاضلاب جدا نمود.

2) بــار حجمــــی- بار حجمی عبارتست از مقدار فاضلابی که در واحد زمان بر یک متر مکعب از حجم یک واحد تصفیه خانه وارد می آید.حجم یگانهای تصفیه زیستی باید به اندازه ای باشد که هوا بتواند به خوی بین لخته های دارنده ی باکتریها جریان یابد.یعنی بار حجمی یک واحد تصفیه زیستی اولین عددی است که در طرح باید به آن توجه نمود.

با توجه به به اینکه برای تعیین بار حجمی،تکیه بر مقدار فاضلاب،به علت نوسانهایی که دارد و نیز به علت تغییر غلت و درجه ی آلودگی آن در ساعت عای گوناگون مشکل می باشد،معمولاً برای تعیین بار حجمی یک واحد تصفیه ی زیستی از مقدارکل    BOD موجود.در فاضلاب شهر استفاده می شود. البته باید اثر یکانهای دیگر تصفیه خانه را که پیش از واحد تصفیه ی زیستی قرار دارند در این محاسبه دخالت داد.

3) روشهای تصفیه زیستی: با کمک باکتریهای هوازی را می توان به سه گروه تقسیم نمود:

الف ــ روشهای طبیعی تصفیه زیستی ــ این روشها براساس استفاده از قدرت تصفیه ی خودبه خودی منابع طبیعی نشده به دریاها ، دریاچه ها، رودخانه ها و سرانجام منابع آب زیرزمینی. چون در این روشه همزمان از تصفیه های فیزیکی و زیستی استفاده می شود و خود از اهمیت ویژه ای برخوردار است لذا گفتگو درباره ی آن به بعد موکول می گردد.

ب ـــ روشهای نیمه مصنوعی تغذیه ی زیستی ـــ این روشها که معمولاً جاگیری زیاد و مساحت بزرگی از زمین را جهت تضفیه ی زیستی لازم دارند، گسترش همان تصفیه ی طبیعی هستند. روشهایی را که می توان جزو این گروه دانست عبارتنداز: پخش فاضلاب در زمینهای کشاورزی،پخش فاضلاب در زمینهای نفوذ پذیر و ایجاد دریاچه های مصنوعی کم عمق که فاضلاب در اثر توقف در آنها و در مجاورت هوا کم کم مورد تصفیه طبیعی قرار می گیرد.حالت خاصی از این گونه دریاچه ها آنهایی هستند که برای تربیت و تولید ماهی بکار می روند.

ج ـــ روشهای مصنوعی تصفیه زیستی ـــ در این روشها با کمک وسایل مکانیکی و ایجاد ساختمان های ویژه ای مقدار کافی هوا و اکسیژن در فاضلاب وارد می سازند تا تصفیه ی زیستی سرعت بیشتری یافته و در نتیجه، نیاز به زمان و جای کمتری باشد. مهم ترین روش های مصنوعی تصفیه زیستی فاضلاب عبارتنداز: استفاده از استخر های هوا رسانی و یا تصفیه با کمک لجن فعال و کاربرد صافی های چکنده، بسته به مقدار بارگذاری روی واحد حجم دستگاه و بازده سیستم تصفیه زیستی یعنی درصد کاهش آلودگی فاضلاب،تمام  روشهای نامبرده در بند ب و ج می توانند بصورت تصفیه ی کامل یعنی با بازدهی 80 تا 90 درصد کاهش  BOD5 ویا بصورت تصفیه ی ناقص یعنی با بازدهی کمتر از 80 درصد کار کنند.

4)استفاده از اکسیژن خالص ـــ روش استفاده از اکسیژن خالص یک روش مصنوعی تصفیه ی زیستی است که در آن به جای دمیدن هوا به فاضلاب، مستقیما اکسیژن خالص در آن دمیده می شود. اکسیژن خالص نخست به صورت مایع در ظرفی نگهداری شده و در موقع کاربرد به صورت گاز در فاضلاب دمیده می شود. استفاده از اکسیژن خالص بسیار موثرتر از هوا بود، از حجم سیستم کاسته و سرعت رشد و فعالیت باکتریها را می افزاید. درمقابل تهیه ی اکسیژن خالص و کاربرد آن در تکنولژی برتر و دقیقتری را ایجاب کرده و اداره ی تصفیه خانه افراد ماهر بیشتری را نیاز دارد.

2-2-2- تصفیه ی زیستی با کمک باکتریهای بی هوازی

در صورتی که به فاصلاب اکسیژن نرسد باکتریهای هوازی فعالیت و رشد و نمو خود را از دست داده و در عوض باکتریهای بی هوازی فعالیت خود را شروع می کنند.

کار این باکتریها بر این اساس است که اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه ی مواد آلی ومعدنی موجود در فاضلاب بدست آورند و به عبارت دیگر این باکتریها بر خلاف باکتریهای هوازی مواد نامبرده را احیا می کنند.در نتیجه این فعالیت تجزیه ی مواد آلی ناپایدار و تیدیل آنها به نمک های معدنی پایدار و نیز گازهایی از قبیل هیدروژن سولفوره ، گاز متان ، گاز کربنیک و گاز ازت می باشد.

تولید گازهای نامبرده به ویژه گاز هیدروژن سولفور موجب می شود که بوی نا خوشایند آنها محیط  زیست را به شدت آلوده سازد. لذا این روش را به نام روش تعفن نیز می نامند.به همین جهت موارد استفاده از باکتریها بی هوازی برای تصفیه فاضلاب برای حاوگیری از آلوده شدن محیط زیست تصفیه خانه ها محدود است. مهم ترین کاربرد روش استفاده از باکتریهای بی هوازی در مخزنهای سر بسته ی هضم لجن می باشد و تنها در تصفیه خانه های بسیار کوچک مانند انباره های تعفن (سپتیک تانک و ایعهف تانک)  از روش تعفن برای تصفیه ی فاضلاب هم استفاده می شود. گذشته از موارد نامبرده همیشه در تصیفه خانه ها کوشش می شود تا با رسانیدن هوا و اکسیژن به فاضلاب خانگی رخ می دهد و نیز در لجن ته نشین شده در کف دریاچه ها نیز باکتریهای بی هوازی فعالیت بی هوازی فعالیت می کنند.

هضــــم لجـــن ـــ لجن تازه از نظر حجمی حدود یک درصد کل فاضلاب را در بر می گیرد ولی تصفیه ی آن بسیار پر هزینه و پیچیده است. هزینه ی تاسیسات هضم لجن گاهی حدود نصف تمام هزینه ی یک تصفیه خانه را در بر می گیرد. غلیظ نمودن لجن و گرفتن آب اضافی آن کار تصفیه را آسان می سازد. هضم لجن که در اثر تعفن و کار باکتری های بی هوازی است در دو مرحله ی تخمیر اسیدی و تخمیر متانی انجام می گیرد.

مرحله اول ـــ تخمیر اسیدی ـــ در مرحله ی اول لجن تازه که دارای رنگی زرد مایل به خاکستری و از نظر درجه ی اسیدی تقریباً حالت خثنی دارد شروع به تعفن نموده، درجه ی اسید ی ان به 5 و حتی به 4 می رسد و محیط آن به شدت اسیدی می شود.انجام دهنده ی این واکنش و واکنش ها گروهی از باکتریها ی بی هوازی هستند که به نام باکتریهای بی هوازی اسیدی نامیده می شوند. در این مرحله بیشتر ترکیبات آلی کربن دار مورد تجزیه فرار می گیرند و بر مواد آلی ازت دار کمتر تاثیر گذارده می شود لذا از این نظر شباهتی بین این دو مرحله با دو مرحله تصفیه زیستی با کمک باکتریهای هوازی موجود است. همچنین در ضمن این فعل و انفعال برخی مواد پروتئینی تبدیل به اسید های آلی و گاز h2s  می شوند.

لجن حاصل از این مرحله بسیار بدبو و چسبنده است ، به سختی ته نشین می شود  به سختی آب خود را از دست می دهد. اگر این به حال خود گذارده شود ، در گرمای 15 درجه مدت 6 ماه طول می کشد تا مرحله ی دوم هضم لجن شروع شود. افزایش درجه ی گرما مدت زمان نامبرده را بشدت کاهش می دهد .

مرحله دوم ــ تخمیر متانی یا تخمیر قلیایی ــ این مرحله با فعالیت گروه دیگری از باکتری های بی هوازی که بنام باکتری های بی هوازی متانی نامیده می شوند شروع می گردد. لجن در این مرحله حالت خنثی تا کمی قلیایی با درجه  اسیدی 7 تا 5/7 و این محیطی است که باکتریها ی تولید کننده ی گاز متان به خوبی در آن زندگی می کنند.در مرحله ی دوم هضم لجن علاوه بر ترکیبهای آلی کربن دار  ترکیبهای آلی ازت دار  نیز تجزیه می شوند و مقدار زیادی گاز متان ( ch4)، گاز کربنیک (co2 ) و کمی گاز ازت ( n2) تولید می گردد.[17] مقدار کل گازی که از تجزیه های نامبرده بدست می آید بستگی به درجه ی گرمای لجن دارد. شکل شماره ی (4-47) این وابستگی را نشان می دهد. نسبت گاز متان بدست آمده از هضم لجن فاضلاب شهری 65 تا 70 درصد و گاز کربینک 35 تا 30 درصد کل گاز تولید شده می باشد.[17, 10]

منحنی شکل (4-47) نشان می دهد که یک کیلوگرم ماده ی خشک آلی که به صورت لجن وارد منبع هضم لجن می شود چند لیتر گاز تولد می کند [10 , 6] چنانکه ملاحظه می شود افزایش درجه ی گرما علاوه بر کوتاه کردن مدت زمان هضم لجن بر مقدار گاز تولید شده نیز می افزاید.

باکتریهای بی هوازی که در فرآیند هضم لجن فعالیت دارند از نقطه نظر گرمای مناسب جهت زندگی آنها به دو گروه تقسیم می شوند. باکتریها ی گرما دوست که درجه ی گرمای 40 تا 60 درجه ی برای زندگی آنها مناسب است و باکتریهای معمولی که در گرمای 20 تا 40 درجه بهتر زندگی میکنند . منحنی های شکل شماره ی (2-8) تعییرات زمان هضم لجن را با درجه ی گرما مناسب برای این دو گروه باکتری نشان می دهد.

 

در تکنیک هضم لجن کوشش می شود که مرحله اسیدی زود گذر باشد و فرآیند هضم لجن بیشتر به صورت متانی و در حالت قلیائی انجام گیرد.برای این کار باید به لجن خام وارد مقداری لجن هضم شده اضافه نمود. باکتریهای متانی خیلی در برابر تغییر ناگهانی درجه ی گرما  حساسند. در صورت کاهش ناگهانی گرمای منبع هضم لجن، اختمال برگشت حالت متانی به حالت اسیدی و کاهش مقدار گاز تولیدی زیاد است. همچنین وجود مواد سمی ناشی از نمک های برخی فلزها تمرکز آمونیاک و یا منیزیم در لجن نیز ممکن است موجب برگشت به حالت اسیدی شود.

گاز متان بدست آمده از هضم لجن دارای خاصیت سوزندگی زیاد و حتی کمی بیشتراز قدرت سوزندگی گاز طبیعی ویژه ی سوخت در شبکه های پخش گاز شهری می باشد.لذا از این گاز در تصفیه خانه ها ی کوچک و متوسط برای گرمایش تصفیه خانه و به ویژه گرم نمودن منبعهای هضم لجن استفاده می شود.

لجنی که مرحله ی هضم متانی آن انجام شده باشد دارای رنگ قهوه ای مایل به سیاه است ، بوئی شبیه بوی خاک مرطوب را می دهد و لذا تولید ناراحتی نمی کند، به خوبی آب خود را از دست می دهد و حجم آن به صورت چشم گیری کم گشته و خاصیت چسبندگی آن ناچیز و مقدار موجودات زنده در آن کاسته شده است.

همانگونه که در شناسائی BOD  میان شد ، اکسیداسیون مواد آلی فاضلاب در حالت هوازی در دو مرحله انجام می گیرد. مرحله ی اول مربوط به اکسیداسیون مواد آلی کربن دار بوده که از نخستین لحظه ی قرار گرفتن فاضلاب در مجاورت اکسیژن شروع و تا روز بیستم ادامه دارد و مرحله ی دوم مربوز به اکسیداسیون مواد آلی ازت دار است که از حدود روز دهم شروع شده و مدتها (حدود دو سه ماه) ادامه خواهد یافت.

نتیجه ی کار باکتریها در مرحله ی دوم اکسیداسیون تولید نمکهای معدنی نیتریتها و نیتراتها می باشد و لذا این مرحله به نام نیترات سازی نامیده می شود. باکتریهائی که در مرحله ی دوم روی مواد آلی ازت دار تاثیر می کنند یک خانواده ی ویژه ای از باکتریهای بی هوازی می باشند.

وجود ترکیبات نیتراتها در فاضلاب تصفیه شده گرچه به علت پایدار بودن انها دلیل آلودگی فاضلاب تصفیه شده نمی باشند ولی به علت اینکه خاصیت عذایی زیادی دارند موجب می شوند که ورود آنها به منبع های طبیعی آب ، رشد و تکثیر گیاهان آبزی مانند جلبکها و آلکلها به شدت افزایش یابند. به عبارت دیگر با کمک نور خورشید و عمل فتوسنتز و فعالیت میکرو ارگانیسمهای مختلف ، مواد معدنی نامبرده دوباره تبدیل ه مواد آلی گیاهی می گردند. مرگ نابودی این گیاهان آبزی موجب آلودگی دوباره ی منبع های طبیعی آب می شود.لذا در تصفیه خانه های فاضلاب شهری نباید تنها به تبدیل مواد آلی ازت دار به مواد معدنی (نیترات سازی) اکتفا نمود بلکه باید به گونه ای این ترکیبات ازت دار را از فاضلاب دور ساخت.این کار به نام نیترات زدائی نامیده می شود. در تصفیه خانه های فاضلاب که با روش هوادهی کار می کنند معمولاً حدود 5تا 10 درصد از کل ترکیبات ازت دار موجود در فاضلاب توسط لجنی که از استخرهای ته نشینی نخستین برداشت می شود و حد.ود 10 تا 20 درصد توسط لجن بدست آمده از استخرهای ته نشنی نهائی کاسته می شود. [4]

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 آنها باید با کمک استخرهای ویژه ای کار نیترات زدائی انجام گیرد. در این استخرها با کمک خانواده ی ویژه ای از باکتریهای بی هوازی و با احیاهای پی درپی ،نخست نیترات به نیتریت و سپس ته گاز ازت  تبدیل شده از حوزه ی عمل بیرون می رود.(ازت زدائی) این فرآیند ممکن است گاهی در استخرهای ته نشینی نهائی که مدت زمان توقف فاضلاب در آنها زیاد انتخاب شده باشد نیز خود به خود رخ دهد.در این صورت بیرون آمدن گاز ازت موجب بالا آمدن دوباره ی لخته های لجن به سطح استخر شده، عمل ته نشینی را مختل می سازد.

علاوه بر روش زیسستی نامبرده می توان با روش هایی شیمیائی و تعویض بن نیز گاز ازت را از فاضلاب بیرون آورد ولی کلیه ی این روشها به علت پیچیدگی و هزینه ی فراوان در تضفیه خانه های فاضلاب شهری به ندرت مورد استفاده قرار میگیرند.همچنین می توان طبق رابطه ی (2-16) با کمک کلر و رسیدن به نقطه ی شکست آن طبق منحنی شکل شماره ی (2-10) 80 تا 95 درصد کل ازت موجود در فاضلاب را به صورت گاز ازت از حوزه ی عمل بیرون نمود [4,2]

2-3- تصفیه ی شیمیائـــــــــــی

اساس کار در تصفیه ی شیمیائی بر کاربرد مواد شیمیائی در تصفیه فاضلاب قرار دارد در تصفیه خانه های فاضلاب مواد شیمیائی را می توان برای تاثیر گذاردن روی مواد خارجی نامحلول ،کل شدی،یا مواد محلول در فاضلاب بکاربرد علاوه بر این می توان از مواد شیمیائی برای گند زدائی و کشتن میکروبهای موجود در فاضلاب استفاده نمود. تا کنون روشهای متداول در تصفیه شیمیائی بجز روش گند زدائی کمتر در تصفیه خانه های فاضلاب شهری مورد استفاده قرار می گرفته است و بیشتر این روشها در تصفیه ی فاضلاب های صنعتی بکار رفته است. اما به علت استفاده ی روز افزون ازمواد شیمیائی در زندگی روزمره و ورود این مواد به فاضلابهای شهری مساله تصفیه ی شیمیائی در تصفیه خانه های فاضلاب شهری نیز کم کم مورد توجه قرار می گیرد.

 

2-3-1- استفاده از مواد شیمیائی برای تاثیر روی مواد خارجی محلول در فاضلاب

 

مهم ترین مواردی که از مواد شیمیائی برای تاثیر روی مواد خارجی محلول در فاضلاب استفاده می شود عبارتند از:

الف ــ خنثی سازی ــ همچنانکه در تصفیه  زیستی ملاحظه شد. درجه ی اسیدی فاضلاب در میزان فعالیت باکتریها اثری چشم گیر دارد.در صورتی که فاضلاب در موقع ورود به تصفیه خانه ی درجه ی اسیدی کمتر از 5/6 و یا بیشتر 5/8 داشته باید نخست با افزودن اسید یا باز به فاضلاب حالت خنثی دهند. فاضلابهای شهری بر خلاف فاضلاب های صنعتی به علت اینکه حالتی تقریباً خنثی دارند نماز به عمل خنثی سازی ندارند.

ب ــ اکسیداسیون ــ گاهی از مواد شیمیائی اکسید کننده برای پایدار نمودن و جداسازی مواد خارجی محلول در فاضلاب استفاده می شود.در تصفیه خانه های فاضلاب  شهری معمولاً این کار به عهده ی باکتریهای هوازی گذارده می شود. تنها در مورد کاربرد کلر چنان که بعدا خواهیم دید. از آن برای جداسازی ازت نیز استفاده می شود.

ج ــ احیا ــ برای تجزیه مواد خارجی محلول در فاضلاب مانند آنچه در قسمت نیترات زدائی گفته شد می توان از مواد شیمیائی و روش تعویض سن بجای باکتریها برای احیا و جدا سازی ازت و نظایر آن استفاده نمود.

د ــ تعویض سن ــ برای تبدیل مواد خارجی محلول به مواد خارجی نامحلول و آماده سازی آن مواد برای ته نشینی می توان از مواد شیمیائی کمک گرفت.

 

 

 

2-3-2 استفاده از مواد شیمیائی باری تاثیر مواد خارجی نامحلول در فاضلاب

مهم ترین روشهایی که با کمک مواد شیمیایی برای جداسازی مواد معلق موجود در فاضلاب استفاده می شئذ عبارتنداز:

الف ــ انعقاد یا لخته سازی ــ هدف از انعقاد یا لخته کردن عبارتست از اینکه با کمک مواد شیمیائی ،مواد معلق سبک و به ویژه مواد نیمه محلول و کلوئیدی شکل را به صورت لخته ها و قطعات بزرگی درآورده تا دز اثر وزن خود ته نشین شوند. به عبارت دیگر انعقاد عملی است تشدید کننده ی عمل ته نشینی در تصفیه مکانیکی، مهم ترین مواد منعقد کننده در فاضلاب عبارتند از پلی الکترولیتها، سولفات و هیدارت  آلومینیوم، سولفات ، کلرور و هیدارت  دو و سه ظرفیتی آهن ،خاک رس و آب آهک ، افزودن مواد منعقد کننده به فاضلاب مقدار لجن بدست آمده در استخرهای ته نشینی را دو تا سه برابر افزایش می دهد و در نتیجه حجم منبع های هضم لجم افزایش می یابند. به علاوه لجنی که با کمک مواد شیمیائی تهیه می شود گاز بیشتری تولید می کند. به عبارت دیگر افزودن مواد منعقد کننده درجه ی تصفیه ی فاضلاب را افزایش داده و مانند آنست که یک تصفیه زیستی ناقص نیز انجام گرفته باشد.

دستگاه های اضافه کننده ی مواد شیمیائی به فاضلاب ـــ نخست محلول رقیق شده از ماده ی مورد نظر را با آب تهیه کرده و سپس آن را طبق نتایج آزمایشگاهی با نسبت از پیش تعیین شده به فاضلاب می افزایند. چون مقدار مصرف مواد منعقد کننده با درجه ی اسیدی (ph) فاضلاب بستگی دارد،دستگاههای خود کاری ساخته شده که پس از تعیین مداوم درجه ی اسیدی فاضلاب مقدار ماده ی منعقد کننده ی مصرفی را تغییر می دهد.استفاده از مواد منعقد کننده بیشتر برای فاضلاب های صنعتی و یا فاضلاب شهرهایی که موسسات صنعتی فراوانی در خود دارند مناسب است و در این صورت گاهی از تصفیه زیستی نیز صرف نظر می گردد.

ب) ـــ شناور سازی ـــ برعکس عمل لخته سازی می توان برای تشدید عمل جداسازی مواد سبک موجود در فاضلاب از مواد شیمیایی استفاده نمود.این مواد شیمیایی موجب می شوند که ذرات هوا متعلق فاضلاب چسبنده، وزن مخصوص آنها را کاهش داده و موجب افزایش سرعت بالا روندگی آنها شود. در این روش معمولا مواد متعلق در فاضلاب به صورت کف در سطح استخر نمودار می گردند.

روش شناور سازی نیز در فاضلاب های صنعتی بکار می رود و استفاده از اینگونه مواد شیمیادی در فاضلاب شهری معمول نمی باشد. گاهی از این روش برای بازیابی دوباره ی مواد با ارزشی که همراه پساب کارخانه ها تلف می شوند نیز استفاده می شود.

ج ــ جذب سطحی ــ برخی از مواد شیمیایی مانند کربن فعال به علت خاصیت جذب سطحی زیاد می توانند ذرات معلق و کلوئیدی موجود در فاضلاب را جذب کنند. استفاده از اینگونه مواد در صافی های ماسه ای به ویژه باری رنگ زدائی پساب برخی از کارخانه ها مفید می باشد.

2-3-3- گند زدائــــی

برای گند زائی تقریبا تنها روش اقتصادی استفاده از کلر است. کلر بلافاصله پس از ورد به آل تجزیه شده و آسید هیپوکلروس و بین اکسید کلر تولید می نماید
(2-13)                               
CL- HOCL H                                                                   CL2 H20

(2-14)                                  OCL- H                                                                                        HOCL

خاصیت گند زدائی اسید هیپو کلروس بیشتر از این اکسید کلر می باشد.نسبت تبدیل کلر به اسید هیپوکلروس و ین اکسید کلر تابعی است از درجه ی اسیدی و درجه ی گرما فاضلاب این وابستگی در منحنی های شکل شماره ی (2-9) نمایش داده شده است پس از تجزیه ی

 

 

نامبرده و به علت وجود موادی اکسید پذیر مانند آهن ، منگنز ، اسید سولفوریک (H2S) و مواد آلی در فاضلاب، نخست قسمتی از کلر صرف اکسیداسیون مواد نامبرده شده ، تولید کلرورهای گوناگونی را میکند که اثر کشنده ای بر باکتریها نداشته و به علت ثبات آنها کلر آنها آزاد نمی باشد. سپس کلر روی ترکیبات ازتی به ویژه آمونیاک تاثیر گذاشته و به تدریج و بسته به درجه ی اسیدی فاضلاب کلرامینهای مختلفی را تولید می نماید.

(مونو کلرامین)    NH2Cl H2O                                                              NH3 HOCl

(دی کلرامین)   NHCl2 H2O                                                                 NH2Cl HOCl

(تری کلرامین) NCl3 H2O                                                                        NHCl2 HOCl

 

برابر رابطه های تعادلی نامبرده کلرامین ها می توانند دوباره تبدیل به اسید هیپوکلروس شده و لذا قادرند به کندی بر باکتریها اثر کرده آنها را نابود سازند. پس از این اگر بازهم کلر به فاضلاب افزوده شود قسمتی از آن باقی مانده که بر آنزیم موجودات زنده اثر کرده، آنها را می کشد.

منحنی شکل شماره (2-10) مرحله های گوناگون تاثیر کلر را در فاضلاب نشان می دهد. قسمت OA مقدار کلری را نشان می دهد که صرف تولید کلرور ها شده و از حوزه ی عمل بیرون رفته است    AB نمایشگر کلری است که به مصرف تولید کلرامینها می رسد.در فاصله B تا C کلر در اثر خاصیت اکسید کنندگی خود طبق رابطه هاس (2-15) و (2-16) بر قسمتی از کلرامین اثر کرده آنرا اکسید می کند و لذا از مقدار کلر موثر در فاضلاب کاسته می شود و منحنی این کاهش را نشان می دهد.

(2-15)    N2O 4HCl                                                                HOCl NHCl2 NH2Cl

(2-16) H2O 3HCl                                                                    N2 HOCl 2NH2Cl

چنانکه در شکل نامبرده نشان داده شده است. سرانجام در مرحله ی چهارم یعنی پس از نقطه شکست C ، کلر اضافه شده موجب بوجود آمدن کلذ آراد و ترکیبات آلی کلردار می گردد. این کلر آزاد در فاضلاب باقی مانده و به مصرف گند زدائی آن می رسد. نقطه C که بنام نقطه ی شکست1 معروف است بسته به مقدار اکسید پذیر و آمونیاک موجود در فاضلاب متغیر بوده و مشخصات فاضلاب بحساب می آید.

 

با توجه به آنچه گفته شد برای گند زدائی قطعی و اطمینان از تاثیر کامل کلر بر باکتریهای موجود در فاضلاب باید مدت زمان تماس کلر با فاضلاب  15 تا 30 دقیقه گردد. از نظر مصرف کلر نتیجه می شود که هرچه فاضلاب خاصیت قلیای بیشتری داشته و یا مواد اکسید پذیر آن بیشتر باشد، مقدار کلر لازم برای گند زدائی فاضلاب بیشتر می باشد.

کاربرد کلر علاوه بر گند زدائی، موجب کاهش بوی فاضلاب، سبب کاهش مواد روغنی و درجه ی کدری فاضلاب می شود.همچنین بوی کلر حشرات را از فاضلاب دور می سازد.

جدول شماره ی (4-19) مقدار کلر مورد نیاز را برای موارد گوناگون نشان می دهد. و در محاسبات تقریبی می توان مقدار کلر لازم برای گند زدائی فاضلاب خانگی خام را حدود 2 تا 5 گرم برای هر نفر در شبانه روز پیش بینی نمود.در موقع راهبری تصفیه خانه، کلر زنی باید به اندازه ای باشد که پس از 10 دقیقه هنوز حداقل 3/0 میلی گرم در لیتر کلر در فاضلاب باقی مانده باشد. [6]

 

                                            بخش سوم

تصفیه طبیعی فاضلاب

تصفیه طبیعی به فرایندی گفته می شود که در طبیعت به طور خود به خودی و بدون دخالت انسان و استفاده از وسایل مکانیکی و یا مواد شیمیایی موجب تصفیه فاضلاب می شود.

تصفیه فاضلاب در حالت هایی ممکن است رخ دهد که فاضلاب به منابع طبیعی آب در روی زمین مانند رودخانه و دریا و یا با نفوذ به زمین به منابع زیرزمینی آب وارد گردد.

در تصفیه طبیعی غالبا تمام انواع تصفیه به کار برده می شود.شامل تصفیه زیستی به صورت هوازی در رودخانه ها و دریاها و تصفیه بی هوازی در چاههای فاضلاب و تصفیه شیمیایی به صورت اکسیداسیون یا گند زدایی.

مهمترین نوع تصفیه طبیعی ، تصفیه زیستی با کمک باکتری های هوازی و بی هوازی است.علاوه بر این باکتری ها برخی از باکتری های کوچک تک سلولی و پر سلولی مانند جلبک و قارچ در تصفیه طبیعی کمک می کنند.

تصفیه فاضلاب با کمک باکتری های هوازی در دو مرحله،اول اکسیداسیون مواد کربن دارو سپس اکسیداسیون مواد آلی ازت دار صورت می گیرد.در هر دو مرحله اکسیژن محلول در فاضلاب کاهش می یابد.

هرچه مقدار اکسیژن محلول در آب کمتر باشد قدرت اکسیژن گیری آنها در تماس با هوا به منظور جبران کمبود اکسیژن برای رسیدن به حالت اشباع کمتر می شود.سرعت جذب اکسیژن و مدت زمانی که برای رفع کمبود اکسیژن لازم است بسته به نوع جریان آب و سطح تماس آن با هوا تغییر می کند.همچنین وجود گیاهان آبزی مانند جلبک ها و در نتیجه عمل فتوسنتز و تاثیر نور خورشید در بازیابی اکسیژن محلول در آب تاثیر می گذارد.

 

 هرچه عمق منبع طبیعی آب بیشتر باشد امکان جذب اکسیژن کاهش می یابد.منحنی های شکل شماره (3-1)وابستگی نامبرده را در گرمای 20 درجه و برای حالت صد در صد کمبود اکسیژن نسبت به حالت اشباع نشان می دهد.

----

کمترین مقدار اکسیژن محلول لازم در آب برای ادامه زندگی حیوان های آبزی به ویژه ماهی ها برابر 3 تا 4 میلی گرم در لیتر است.

با توجه به اینکه منبع های آبی روی زمینی معمولا مقدار اکسیژن محلولی که دارند بیش از مقداریست که برای زندگی حیوان های آبزی و ماهی ها لازم است،این منبع ها می توانند با کمک این اکسیژن اضافی و بدون وارد آمدن زیانی به زندگی ماهی ها موجب تکثیر مثل باکتری های هوازی موجود در فاضلاب وارد شده به منبع طبیعی گردیده،فاضلاب توسط باکتری های نامبرده تصفیه شود.

البته با توجه به نکات نامبرده و برای سالم نگهداری محیط زیست ماهی ها و پاک نگهداری محیط زیست انسان اسنفاده از این تصفیه طبیعی و خود به خودی باید با احتیاط و به صورت محدود انجام گیرد.

تصفیه طبیعی نامبرده شامل اکسیداسیون مواد ناپایدار آلی تا حد نیترات سازی و ته نشینی مواد معلق در بستر طبیعی می باشد.بجز آن وجود اکسیژن محلول در آب و اشعه ماوراء بنفش ناشی از نور خورشید سبب گند زدایی فاضلاب می گردد.

 

تصفیه طبیعی موجب کاهش اکسیژن محلول در آب می شود.این کمبود اکسیژن در اثر تماس با هوا دوباره بازیابی می گردد.مدت زمانی که لازم است تا اکسیژن کاسته شده دوباره بازیابی شود بسته به عوامل طبیعی ممکن است تا چند روز ادامه یابد.جریان باد که در سطح آب ها تولید موج می کند،شیب زمینی که سبب جریان آب رودخانه می شود،ناهمواری های بستر رودخانه که موجب تلاطم آب می گردند و سرانجام درجه گرما و عمق آب در منبع طبیعی همگی بر سرعت بازیابی اکسیژن تاثیر می گذارند.وجود مواد روغنی و نفتی در سطح آب و یا یخ بندان سطح آن جذب اکسیژن را به شدت می کاهد.

 

 

منحنی شکل شماره (3-2)نمایش روند اکسیژن گیری و اکسیژن دهی آب رودخانه ها را پس از نقطه ورود فاضلاب در روزهای گوناگون نشان می دهد.چنانچه ملاحظه می شود منحنی مذبور دارای یک نقطه آغاز (زمان ورود فاضلاب)و یک نقطه می نیمم یعنی زمانی که اکسیژن محلول در آب به کمترین مقدار خود می رسد و سرانجام نقطه عطفی که از آن به بعد از سرعت بازیابی اکسیژن کاسته می شود،می باشد.

شناخت این دو نقطه می نیمم و عطف برای انتخاب نقطه ورود فاضلاب به رودخانه و نیز برای تعیین کیفیت و درجه تصفیه فاضلابی که می تواند وارد منبع آبی گردد،بسیار مهم است.

 منبع آبی طبق رابطه ی یعنی حالت بحرانی رودخانه نسبت به ضریب ثابت تصفیه طبیعی وضع نقطه می نیمم و مدت زمان
شماره ی (3-1)تغییر می کند.

f

هرچه  عدد f بزرگتر باشد، مدت زمان  کوتاهتر می گردد.میزان تلاطم در سطح آب ، وجود جریان هوا ، شیب زیاد و ناهمواری های بستر رودخانه و درجه گرمای محیط در مدت زمان  تاثیر دارند.           

محاسبه آلودگی مجاز منبع های طبیعی آب:

برای محاسبه آلودگی مجاز منبع های طبیعی آب پس از ورود فاضلاب به آنها یعنی مقدار  فایر منحنی های شکل شماره (3-4) را پیشنهاد کرده است.

برای رسیدن به این هدف او منبع های طبیعی آب را میان دو حد بالا و پایین به صورت زیر بررسی کرده است:

حد بالا-هنگامی که آب منبع طبیعی نسبت به اکسیژن محلول در خود به حالت اشباع بوده بنابراین مقدار  باشد.

حد پایین- هنگامی که آب منبع طبیعی نسبت به اکسییژن محلول در خود به حالت بحرانی رسیده ، یعنی  باشد.

برای محاسبه آلودگی مجاز در منبع طبیعی آب پس از ورود فاضلاب به آن یعنی  کافی است با توجه به نیاز حیوان های آبزی به اکسیژن محلول مقدار  را انتخاب و سپس با انتخاب ضریب تصفیه ی طبیعی یعنی f  و استفاده از منحنی های شکل (3-4)نسبت   را خوانده و مقدار  را بر حسب  محاسبه نمود.

برای تبدیل  به  میتوان از جدول شماره (1-3)استفاده نمود.

به جز آن می توان با کمک منحنی شکل شماره (3-4)مقدار کمبود اکسیژن در نقطه عطف را نیز محاسبه نمود.

برای تمام منبع های طبیعی آب ، کمبود اکسیژن در نقطه عطف تقریبا برابر 0.75 کمبود اکسیژن در حالت بحرانی است.

وارد نمودن فاضلاب به رودخانه:

رودخانه ها بسته به دبی و سرعت جریان آب در آنها،میزان تلاطم و درجه گرمای آب آنها ، قدرت تصفیه ی محدودی را دارا می باشند.

در صورتی که بدون توجه و محاسبه ی ظرفیت تصفیه ی رودخانه ، فاضلابی را وارد نمایند ممکن است موجب آلودگی محیط زیست،کاهش بی رویه اکسیژن محلول در آب رودخانه و در نتیجه به خطر افتادن زندگی ماهی ها در آن گردند.

به جز روش نامبرده ، روش های تقریبی دیگری نیز پیشنهاد گردیده است که با کمک آنها می توان مقدار دبی آب رودخانه را برای اینکه بتواند فاضلاب مورد نظری را تصفیه کند محاسبه نمود.فایر دانشمند آمریکائی رابطه شماره (3-2)را برای این منظور پیشنهاد کرده است .

 

 

مقدار Qبرابر است با دبی لازم در رودخانه بر حسب لیتر در ثانیه.

 مقدار  تولید شده از هر نفر از ساکنان شهر است بر حسب گرم در شبانه روز و  مقدار  مجاز آب رودخانه پس از ورود فاضلاب بر حسب میلی گرم در لیتر می باشد.

وارد نمودن فاضلاب به دریا:

در دیدگاه نخستین چنین به نظر می رسد که دریاها و اقیانوس ها به علت بزرگی خود قادرند هر نوع و هر مقدار فاضلابی را جذب و با استفاده از روش تصفیه طبیعی ، تصفیه نمایند .ولی با وجود درستی دیدگاه نامبرده،در صورتی که در چگونگی استفاده از این قدرت تصفیه بررسی کامل نشده، پیش بینی های لازم انجام نگیرد ،وارد نمودن فاضلاب شهر به دریا موجب آلوده شدن کرانه ها ،شهرهای ساحلی،جاهای شنا و ماهیگیری می گردد.همچنین این کار سبب کاهش اکسیژن محلول در منطقه ای از دریا و در نتیجه موجب مردن و از میان رفتن حیوانات آبزی به ویژه ماهی های آن منطقه گردیده،تولید بوهای ناخوشایند نموده حتی احتمال گسترش بیماری های گوناگون گشته است.

برای وارد نمودن فاضلاب به دریاچه ها و دریاها باید به تفاوت های موجود میان شرایط حاکم در دریا نسبت به رودخانه و به ویژه به نکات زیر توجه نمود:

الف-غلظت آب دریا و دریاچه ها نسبت به مقدار کلرورهای محلول در آن خیلی بیشتر است.افزایش شوری آب موجب کم شدن اکسیژن محلول در آن و در نتیجه کاهش قدرت تصفیه طبیعی آن می شود.

ب-وزن مخصوص آب دریاهای آزاد نزدیک به 1.03 و فاضلاب پیرامون 0.99 گرم بر سانتیمتر مکعب است،این تفاوت موجب می شود که فاضلاب در سطح دریا قرار گرفته،به راحتی با آب آن آمیخته نشود.از این رو تزریق فاضلاب در دریا باید در اعماق آن انجام گیرد.این عمق دست کم باید 3 تا 4 متر انتخاب گردد.

ج-جهت جریان باد و شدت آن درروزهای مختلف سال و در نتیجه جهت حرکت امواج و حرکت آب دریا نسبت به کرانه های مجاور باید دقیقا بر مبنای آمار های چندین ساله مد نظر قرار گیرد.

د-شدت و جهت حرکت جریان های دریایی ، که از ویژگی های هر دریایی می باشد و موجب جابه جا شدن فاضلاب وارد شده به آن می گردد،باید دقیقا بررسی و مشخص شود.

ه-در مورد دریاچه ها بجز نکات نامبرده باید بیلان آبی و تغییرات احتمالی در کیفیت آب دریاچه ها بررسی شود.
 برای محاسبه سطحی از دریا که با فاضلاب آلوده می شود می توان آنگونه که در مورد رودخانه ها به عمل آمد ، با استفاده از مقدار اکسیژن محلول در آب دریا ،کمترین میزان اکسیژن محلول لازم بر ادامه زندگی ماهی ها و با انتخاب ضریب تصفیه طبیعی از جدول شماره (3-3)و بالاخره با کمک منحنی های شکل (3-4)مقدار آلودگی مجاز آب دریا را پس از ورود فاضلاب محاسبه نمود.

سپس با اندازه گیری مقدار آلودگی آب دریا پیش از ورود فاضلاب نخست حجم آلوده شده و سپس با انتخاب عمقی که فاضلاب وارد دریا می شود مقدار سطح آلوده شده را در دریا محاسبه نمود.

می توان سطح آلوده شده توسط فاضلاب یک شهر را محاسبه نمود.

 

در این رابطه مقدار  P برابر جمعیت شهر برحسب هزار نفر و A سطح آلوده شده ی دریا برحسب هکتار می باشد.

فاضلاب باید به صورت نامتمرکز و در چندین نقطه از دریا وارد گردد.هنگام ورود فاضلاب به دریا باید جریان آن همراه با سرعت زیادی باشد که آمیختگی با آب دریا به خوبی انجام گرفته و برای رسیدن به سطح آب دریا فاصله ی بیشتری را طی نماید.

وارد نمودن فاضلاب به مرداب های طبیعی:

مرداب های طبیعی معمولا به دریاچه های کم عمقی گفته می شود که گیاهان آبزی در آنها رشد می کنند.

در ایران می توان به عنوان نمونه از مرداب انزلی در گیلان نام برد.رشد گیاهانی مانند سنبل آبی و عدسی آبی و انواع نی و خزه موجب می شود که باکتری های هوازی در روی ساق و بدنه ی آنها جمع شده و مواد آلی فاضلاب را تجزیه نمایند.با توجه به اینکه غالبا از مرداب های طبیعی برای حفظ محیط زیست پرندگان و حیوان های آبزی استفاده می شود،قدرت تصفیه ی طبیعی آنها بسیار محدود می باشد.

 

 

       

پخش فاضلاب در زمین:

پخش فاضلاب در زمین با دو دیدگاه گوناگون ممکن است انجام گیرد.نخست آنکه هدف اصلی از این کار تصفیه فاضلاب باشد .دوم حالتی است که هدف اصلی در آن استفاده از فاضلاب جهت آبیاری کشاورزی در نظر گرفته شده باشد.در این بخش تنها حالت اول مورد بررسی قرار می گیرد.

اساس کار در این روش تصفیه طبیعی آن است که فاضلاب در لایه های نازکی در سطح زمین های بایر پخش گردد و در نتیجه ی تماس با هوا و نور خورشید، باکتری های هوازی تصفیه زیستی لازم را انجام داده و آب باقی مانده از تبخیر پس از این تصفیه به زمین فرو رفته و به سفره های آب زیر زمینی بپیوندد.

شرط لازم برای عملی بودن این روش همانا سست و نفوذپذیر بودن زمین ، پایین بودن سفره آب زیرزمینی(دست کم3متر)،کم بودن میزان بارندگی در منطقه و فراوان بودن زمین بایر در نزدیکی شهر می باشد.دور بودن زمین موجب افزایش هزینه ی انتقال فاضلاب میگردد.

مهمترین عیب این روش تصفیه طبیعی ، آلودگی محیط زیست ،آلودگی احتمالی آب های زیر زمینی و خطر گسترش بیماری های گوناگون می باشد.خطرهای نامبرده وقتی افزایش می یابند که جهت کاهش هزینه ی انتقال فاضلاب ، زمین ها در نزدیکی شهر پیش بینی شود.

 

 

روش های متداول در پخش فاضلاب در زمین بایر عبارتند از:

1-پخش فاضلاب در سطح زمین :در این روش مانند شکل شماره(3-5)فاضلاب به صورت لایه ای نازک (دست بالا 10تا15 سانتیمتر)روی سطح گسترده ای از زمین شیبداری جریان می یابد و در انتهای شیب ، باقی مانده ی فاضلاب وارد کانال گرد آوری کننده ای می گردد.شیب زمین 2 تا 8 درصد انتخاب می گردد.

در این روش باید کوشش شود که هوای کافی به فاضلاب برسد تا از کار باکتری های بی هوازی و در نتیجه ایجاد بوی ناخوشایند جلوگیری شود.برای رسیدن به این هدف پخش فاضلاب را در سطح زمین به صورت متناوب انجام می دهند.یعنی پس از پخش فاضلاب تا ارتفاع گفته شده جریان آنرا قطع کرده و بسته به نفوذپذیری زمین و درجه رطوبت محیط پس از 8 تا 24 ساعت دوباره پخش فاضلاب را انجام می دهند.فاضلاب باید در مدتی کمتر از 4 ساعت در زمین فرو رود.در صورتی که پس از این مدت فاضلاب کاملا در زمین نفوذ نکرده باشد،نشان دهنده ی آن است که خلل و فرج زمین گرفته شده و باید قشری نازک از روی آنرا برداشت و پس از شست و شو دوباره روی زمین پخش نمود.

چند هفته پس از شروع پخش فاضلاب در روی زمین بایر ، باکتری های هوازی در لایه ای ژلاتینی شکل در سطح زمین متمرکز می شوند و بازده تصفیه را می افزایند.زمین مناسب برای پخش فاضلاب و یا به عبارت دیگر برای صافی طبیعی باید دارای دانه بندی موثری ( )میان 0.2 تا 0.5 میلیمتر باشد.

مقدار  قطر سوراخ های سرندی است که 10 درصد وزنی خاک را از خود عبور دهد.

 

 

 

2-پخش فاضلاب در شیارها:

 

 

با کندن جوی هایی در زمین مانند شکل (3-6)فاضلاب در این جوی ها جاری شده و به تدریج در زمین نفوذ می کند.این روش خود بسته به درجه نفوذپذیری زمین به دو صورت نفوذ سریع و نفوذ آرام ممکن است انجام گیرد.شیب نامبرده کمتر از 5 درصد انتخاب می گردد.در صورتی که نفوذپذیری کم و یا نیاز به فاضلاب تصفیه شده باشد می توان با قرار دادن لوله های زهکش فاضلاب تصفیه شده را دوباره جهت آبیاری کشاورزی بدست آورد.

شکل(3-6)این روش را در حالت نفوذ سریع نشان می دهد.

 

3-پخش فاضلاب توسط شبکه زیرزمینی:

در این روش فاضلاب نیمه تصفیه شده را توسط یک شبکه لوله گذاری در زیر سطح زمین و در عمقی نزدیک به 0.5 تا 1.5 متر در زمین پخش می کنند تا توسط درز ها و خلل و فرج موجود در لوله های نامبرده به تدریج به درون زمین نفوذ کند.این روش برای مقادیر بسیار کمی از فاضلاب مناسب است و معمولا پس از استفاده از سپتیک تانک در زمین هایی که نفوذپذیری کم و یا عمق سطح آب زیرزمینی کم باشد بکار می رود.امتیاز این روش در این است که از تولید بوی ناخوشایند جلوگیری می شود.

وارد نمودن فاضلاب در چاه:

این روش تصفیه طبیعی ، روش سنتی است که تا کنون در بیشتر نقاط کشور ایران و برخی از کشورهای دیگر جهان مورد استفاده قرار می گرفته است.اساس کار چاه های جذب کننده ی فاضلاب بر این پایه نهاده شده که فاضلاب خانگی و در برخی موارد همراه با فاضلاب ناشی از بارندگی توسط شبکه ی لوله کشی فاضلاب درون ساختمان گردآوری و بدون تصفیه ای به یک یا چند چاه نسبتا گودی هدایت می گردد.

فاضلاب پس از ورود به چاه ،زیر تصفیه ی باکتری های بی هوازی هضم شده و حجم مواد معلق آن به مقدار چشم گیری کاهش می یابد.آب اضافی فاضلاب به درون زمین نفوذ کرده ،به سفره های آب زیرزمینی می پیوندد.نتیجه ی کار باکتری های نامبرده ایجاد گازهای بدبو از یکسو و ته نشین شدن مواد معدنی در کف چاه از سوی دیگر می باشد.

محاسن و معایب:

در صورتی که مقدار فاضلاب کم و محدود به چند خانواده باشد ، زمین در عمق های نسبتا کمی یعنی دست بالا تا 20 متری به لایه های آبرفتی نفوذپذیری برسد و بالاخره سفره ی آب زیرزمینی دست کم 3متر تا 4متر پایین تر از لایه نامبرده قرار گرفته باشد و یا اینکه اصولا از سفره ی آب زیرزمینی هیچگونه برداشتی برای مصرف های روزانه نشود،روش استفاده از چاه جذب کننده ی فاضلاب ساده ترین،ارزان ترین و بی ضررترین روش تصفیه طبیعی است.

استفاده از این روش با توجه به شرط های نامبرده برای روستاها و شهرهای کوچک و حتی شهرهای متوسط نیز ممکن است قابل قبول باشد.از این رو این روش سنتی تقریبا تا پیش از سال 1300شمسی کم و بیش جوابگوی نیاز شهرهای ایران بوده است.اما در 60 سال گذشته به علت افزایش شهرنشینی و گسترش شهرها و فزونی جمعیت آنها ،مشکلات ناشی از کاربرد این روش روز به روز نمایان تر شده و دامنگیر شهرهای بزرگ ایران شده است.به عنوان نمونه می توان در این مورد مشکلاتی از قبیل آلوده شدن شدید سفره های آب زیرزمینی و بالا آمدن سطح این سفره ها را نام برد

محاسبه ی چاه های جذب کننده ی فاضلاب :

هدف از محاسبه ی چاه فاضلاب تعیین سطح لازم از چاه در لایه ی نفوذ پذیر برای فاضلاب هر نفر می باشد.این سطح تابعی است از درجه ی نفوذپذیری زمین که باید با کمک آزمایش در محل تعیین گردد.طبق استاندارد انگلستان تعیین نفوذ پذیری زمین برای این منظور به صورت زیر انجام می گیرد:

1-در لایه نفوذپذیر موردنظر چاله ای به قطر 100 میلیمتر و عمق 600 میلیمتر کنده و درآن برای مدت 24 ساعت آب می ریزند.

2-پس از 24 ساعت دوباره تا ارتفاع 225 میلیمتر در آن آب میریزند و مدت زمانی که تمام آب در زمین فرو رود را بر حسب دقیقه تعیین می کنند.

3-میانگین مدت زمانی که لازم است تا از 225 میلیمتر ارتفاع  آب در چاه 25 میلیمتر کاسته شود را تعیین می کنند.

4-با استفاده از جدول تنظیم شده سطح لازم در چاه برای هر نفر را مشخص می کنند.

 

 

دریاچه های تصفیه ی فاضلاب :

  •  

دریاچه های تصفیه فاضلاب تشکیل شده اند از گودال های طبیعی یا مصنوعی که فاضلاب در آنها فرستاده می شود تا در مدت زمانی نسبتا طولانی در مجاورت هوا و نور خورشید به صورت طبیعی تصفیه گردد.

اکسیژن مورد نیاز باکتری ها در این دریاچه ها از چهار منبع تامین می گردد:

1-اکسیژن محلول در فاضلاب

2-اکسیژن موجود در هوای آزاد

3-اکسیژن موجود در ترکیبات آلی

4-اکسیژن به دست آمده از عمل فتوسنتز گیاهان آبزی در اثر تابش نور خورشید.

 

 

محاسن و معایب استفاده از دریاچه ی تصفیه فاضلاب:

برتری های این روش نسبت به روش های دیگر:

1-بی نیاز بودن از کاربرد وسایل مکانیکی و بی نیاز بودن به افراد متخصص

2-مصرف نکردن انرژی برق و مواد سوختی و استفاده بیشتر از انرژی تابشی از نور خورشید

3-ارزانتر بودن هزینه ی ایجاد تاسیسات دریاچه های تصفیه فاضلاب

عیب های این روش در مقایسه با روشهای دیگر:

1-خطر آلودگی محیط زیست مانند پخش بیماری مالاریا

2-استفاده از این روش نیاز به زمین فراوان دارد.

3-لزوم انتقال فاضلاب به فاصله ای دست کم یک و نیم تا 4 کیلومتر از شهرکه هزینه زیادی به همراه دارد.

انواع دریاچه های تصفیه فاضلاب و محاسبه آن ها:

الف- دریاچه های تصفیه هوازی

 ب- دریاچه های تصفیه هوازی - بی هوازی  یا دوزیستی

ج- دریاچه های تصفیه بی هوازی

د- دریاچه های تصفیه تکمیلی

ه- دریاچه تصفیه مقدماتی

و- دریاچه های هوا دهی

الف- دریاچه های تصفیه هوازی:

این دریاچه ها با گودی کم 0.3 تا 1.5 متر ساخته میشوند.باکتری های هوازی امکان فعالیت داشته و نور خورشید به اندازه کافی به کف دریاچه رسیده و موجب رشد گیاهان آبزی می گردد که نتیجه آن تولید اکسیژن و کمک به باکتری های هوازی می باشد.

تنها در لایه نازکی از لجن که در کف دریاچه جمع می شود ممکن است باکتری های بی هوازی فعالیت نمایند.

برای تماس کافی هوا با سطح دریاچه و رسیدن نور خورشید به کف آن باید این گیاهان مرتبا چیده شوند.نچیدن گیاهان نامبرده موجب می شود که در اثر مرگ و نابودی آنها محیط دریاچه دوباره با مواد آلی گیاهی ناپایدار آلوده شود.مقدار اکسیژن محلول در فاضلاب بهتر است به اندازه ای باشد که حیوان های آبزی بتوانند در آن زندگی کنند.

این دریاچه ها را بسته به مقدار بارگذاری بر هر هکتار از سطح آنها به سه گروه پربار،معمولی،کم بار تقسیم می کنند.

گرمای مناسب 20 درجه و تولیدات آن گاز کربنیک،گیاهان آبزی و باکتری می باشد.در نوع کم بار عمل نیترات سازی انجام می گیرد و نیترات ها هم به تولیدات دریاچه افزوده می شود.

 

 

 

 

ب- دریاچه های تصفیه هوازی - بی هوازی  یا دوزیستی:

گودی این دریاچه ها یک تا 2.5 متر می باشد.در قسمت رویین باکتری های هوازی فعالیت می کنند که اکسیژن مورد نیاز خود را از اکسیژنی که توسط هوای روی دریاچه و عمل فتوسنتز گیاهان آبزی در دریاچه حل می شود به دست می آورند.

در قسمت زیرین و در مجاورت کف آن و بویژه در قسمت لجن ، باکتری های بی هوازی فعالیت می کنند.

در قسمت میانی باکتری های دو زیستی کار تصفیه را انجام می دهند.آنها می توانند با کمک اکسیژن محلول در ۀب به زندگی خود ادامه دهندو در صورت نبودن اکسیژن محلول قادرند باکتری های بی هوازی اکسیژن موجود در ترکیبات آلی را جذب کرده ، موجب تجزیه و احیای آن شوند.

 

رابطه ای برای طراحی و محاسبه ابعاد دریاچه های هوازی – بی هوازی:

 =

: آلودگی خروجی دریاچه بر حسب میلی گرم در لیتر

: آلودگی ورودی دریاچه بر حسب میلی گرم در لیتر

t : میانگین درجه گرمای فاضلاب در دریاچه در زمستان

: مدت زمان توقف فاضلاب در دریاچه

 : ضریب کار دریاچه

 

 

ج- دریاچه های تصفیه بی هوازی:

به علت گودی زیاد که بین 2.5 تا 5 می باشد، فعالیت باکتری های بی هوازی شدید است.انتخاب عمق زیاد به این دلیل است که از ورود اکسیژن به فاضلاب از راه هوا و یا رشد گیاهان جلوگیری شود تا باکتری های بی هوازی بتوانند کار خود را خوب انجام دهند.

عیب اصلی تولید بوی شدید آنهاست.زیرا تنها در صورتی که محیط دریاچه قلیایی بوده و تخمیر به صورت متانی صورت گیرد،بوی تولیدشده کم خواهد بود.

تغییر ناگهانی در درجه گرما و یا مقدار نمک های موجود در فاضلاب و سرانجام وجود مواد سمی در فاضلاب می تواند موجب برگشت حالت قلیایی به حالت اسیدی شده و در نتیجه بوی شدید و ناخوشایند تولید گردد.این دریاچه ها بیشتر برای تصفیه لجن استفاده می شود.اگر برای استفاده فاضلاب استفاده شود بهتر است پس از این دریاچه ها فاضلاب وارد دریاچه های دوزیستی شود و سرانجام فاضلاب با کمک دریاچه های هوازی کم بار تصفیه نهایی شود.بیشتر مواد معلق موجود در فاضلاب دریاچه های بی هوازی ته نشین شده و لجن بدست آمده پس از گذشت چندین ماه تصفیه و تثبیت می گردد.

 

رابطه محاسبه ابعاد دریاچه های بی هوازی:

 

 =

 

 

: مدت زمان توقف فاضلاب در دریاچه برحسب روز.در عمل مقدار آن برابر یک تا 5 روز انتخاب می کنند.

: آلودگی خروجی دریاچه بر حسب میلی گرم در لیتر

: آلودگی ورودی دریاچه بر حسب میلی گرم در لیتر

 : در 22 درجه گرما برابر 6 می باشد.

 

تولیدات این دریاچه گاز کربنیک ، گاز متان و باکتری می باشد.مناسبترین درجه گرما 30 می باشد.بهترین مدت زمان توقف 5 روز می باشد

د- دریاچه های تصفیه تکمیلی:

اینگونه دریاچه ها را برای تصفیه تکمیلی و زلال سازی فاضلاب هائی بکار می برند که پیشتر تصفیه مقدماتی و ثانوی درباره آنها انجام گرفته است.عمق آنها 1.5 متر و مدت زمان توقف فاضلاب 5 تا 20 روز انتخاب می کنند.

ه- دریاچه تصفیه مقدماتی:

هدف فقط یک تصفیه مقدماتی می باشد و غالبا تصفیه در این دریاچه ها با یک عمل ته نشینی ساده خاتمه می یابد.بنابراین فاضلاب بیرون آمده از آنها باید در دریاچه های بعدی دوباره موردتصفیه قرار بگیرد.

 

و- دریاچه های هوا دهی :

با استفاده از هواده های مکانیکی و یا دمیدن هوا در فاضلاب ، عمل تصفیه فاضلاب را تشدید می نمایند.

مدت زمان توقف از رابطه زیر بدست می آید:

 =

 برابر 0.25 تا یک انتخاب می شود .

عمق دریاچه را می توان 2 تا 4 متر انتخاب نمود.

جهت اختلاط کامل فاضلاب در این دریاچه ها مانند استخرهای هوادهی نزدیک به 15 تا 30 وات قدرت برای هر مترمکعب از حجم آنها لازم است.قسمت بیشتر این توان صرف در هم آمیختن کامل فاضلاب می شود و تنها جزء کوچکی از آن صرف اعمال بیولوژیکی می شود.

جزئیات ساختمانی دریاچه های تصفیه فاضلاب :

الف- شمار دریاچه ها

ب- نوع دریاچه ها

ج- ابعاد هندسی دریاچه ها

د – ورودی و خروجی دریاچه ها

الف- شمار دریاچه ها :

چند دریاچه کوچک و پشت سر هم تصفیه بیشتری از یک دریاچه بزرگ و معادل آن چند دریاچه انجام می دهند.بهره برداری از چند دریاچه موازی آسانتر از یک دریاچه معادل آنها می باشد.شمار مناسب برای دریاچه ها بسته به مقدار دبی فاضلاب ، وضعیت زمین، امکانات نیروی انسانی نگهدارنده ی تاسیسات متفاوت می باشد.

ب- نوع دریاچه ها :

استفاده از دریاچه های هوازی به تنهایی به علت جمع شدن لجن در کف آن که عملا تعفن به همراه دارد امکان پذیر نیست.در مناطق گرمسیر هم استفاده از دریاچه های دوزیستی به تنهایی بازده خوبی ندارد.

(مارا) روش استخر بی هوازی برای گردآوری و تصفیه لجن ، استخر بی هوازی هوازی و چند استخر هوازی کم بار را مناسبرین روش می داند.

وجود دریاچه های هوازی کم بار به ویژه برای کشتن ویروس ها و میکروب های بیماری زا بسیار موثر است .

ج- ابعاد هندسی دریاچه ها:

گودی مفید دریاچه بسته به نوع آنها انتخاب می شود.در انتخاب ارتفاع کف دریاچه نسبت به زمین طبیعی مجاور باید به گونه ای عمل شود که خاکبرداری و خاکریزی مینیمم گردد. کف دریاچه باید متراکم و نفوذناپذیر باشد.در صورتی که مقدار نفوذ فاضلاب در زمین از 10 درصد دبی ورودی بیشتر باید نسبت به آب بندی کف دریاچه و پوشش آن اقدام نمود.شیب دیواره دریاچه ،1 در ارتفاع و 3 در افق انتخاب می شود.این شیب نباید از 1 به 6 کمتر گردد.

خاکریزی های میان دو دریاچه باید با لایه های کاملا متراکم شده ای ایجاد گردند تا نفوذ آب به درون آن به کمترین مقدار خود برسد.قسمت بالای خاکریزی باید حداقل 2.5 متر پهنا داشته باشد تا در راهبری تاسیسات وسایل نقلیه بتوانند از روی آن بگذرند.ارتفاع خاکریزها بهتر است 1 متر بیشتر از سطح آزاد فاضلاب در دریاچه پیش بینی شود.این اختلاف ارتفاع هیچگاه نباید از 0.6 متر کمتر گردد.

 

د – ورودی و خروجی دریاچه ها :

پیش از ورود فاضلاب به دریاچه ها باید تاسیسات اندازه گیری دبی از قبیل کانال وانتوری و یا پارشال فلوم را پیش بینی کرده و پس از خروج فاضلاب از آخرین از سرریزهای مثلثی برای اندازه گیری دبی استفاده نمود.برای جلوگیری از ایجاد کف در سطح دریاچه های هوازی و دوزیستی باید ورود فاضلاب در زیر سطح فاضلاب در دریاچه انجام گیرد.

انتقال فاضلاب از یک دریاچه به دریاچه ای دیگر توسط لوله هایی انجام می گیرد. شیرهای قطع و وصل دریاچه ها به همدیگر درون حوضچه هایی در خاکریزها جاسازی می شوند.به جز آن دریاچه ها باید مجهز به سرریزهای اضطراری نیز باشند.

 

نگهداری دریاچه های تصفیه فاضلاب :

دریاچه های تصفیه فاضلاب نیاز به نگهداری دارند.گیاهان آبزی در این دریاچه ها باید مرتبا چیده شده و از محیط آن دور شوند ، زیرا به جز آلوده نمودن دوباره دریاچه موجب کمک به رشد و تخم گذاری پشه مالاریا می شوند.استفاده از مواد حشره کش مانند DDT در اطراف دریاچه ها غالبا در کاهش حشرات موثر است.

طرح دریاچه های تصفیه فاضلاب با توجه به شرایط اقلیمی گوناگون در کشور ایران :

مرداب های مصنوعی :

به دریاچه هایی با عمق کم یعنی پیرامون 10 تا 60 سانتیمتر گفته می شوند که می توانند جهت تصفیه تکمیلی فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند.هدف از ساختن یک مرداب مصنوعی بهبود محیط زیست و ایجاد تعادل در شرایط زیست جانوران و آدمیان می باشد.

مرداب مصنوعی دارای همان خواص تصفیه ای می باشد که پیش از این در مورد مرداب های طبیعی گفته شد با این تفاوت که کنترل کیفیت پساب خروجی آسانتر می باشد.فاضلابی که دست کم تصفیه ثانوی کاملی شده باشد را به صورت دائمی وارد شماری دریاچه و یا کانال های موازی کم عمق (مرداب های مصنوعی) می کنند.کف مرداب ها باید از زمین های نفوذ ناپذیر و یا با نفوذ پذیری بسیار کم تشکیل شده باشد.معمولا بر روی کف نفوذ ناپذیر قشری از ماسه قرار می دهند تا ریشه گیاهان آبزی را در خود نگهداری نموده و به پایداری آنها کمک نماید.

 

در برخی از مرداب های مصنوعی موجود قشر ماسه نگهدارنده ریشه ها را کلفت تر انتخاب کرده اند تا جریان فاضلاب در این قشر و در سطح زمین انجام گیرد.

عمل تصفیه هنگام حرکت آرام فاضلاب و تماس با ساقه و ریشه های گیاهان آبزی و فعل و انفعال باکتری های هوازی انجام می گیرد.در ظاهر سطح مرداب های مصنوعی پس از مدتی به صورت پوشیده از گیاهان آبزی ، سطح های آزاد آب و بالاخره جزیره های سرسبز دیده می شود.

در صورتی که فاضلاب ، تصفیه ثانوی شده باشد بسته به شرایط محیط و میزان آلودگی فاضلاب ورودی به مرداب ، در تاسیسات موجود در کشورهای گوناگون جهان میزان بارگذاری بر یک مترمربع از سطح مرداب مصنوعی میان 6 تا 40 لیتر در شبانه روز انتخاب شده است.در مورد کاهش مقدار  ، مواد معلق (TTS) و نیترات ، عددهایی میان 75% تا 90% گزارش شده است.مدت زمان توقف فاضلاب در یک مرداب مصنوعی دست کم 7 روز در نظر گرفته شده ولی این مدت زمان در برخی از تاسیسات حتی تا 365 روز نیز افزایش داده شده است.

محاسن و معایب مرداب های مصنوعی :

محاسن مرداب :

  • کمی هزینه نگهداری
  • بازده خوب در کاهش آلودگی های آلی و مواد معلق
  • ایجاد و بهبود محیط طبیعی برای زندگی پرندگان و حیوان های آبزی

معایب :

  • نیاز به زمین فراوان که مقدار آن تقریبا 4 هکتار برای هر لیتر در ثانیه فاضلاب ورودی به مرداب می باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

بخش چهارم

مهمترین یگان هایی که در یک تصفیه خانه بزرگ و کلاسیک ممکن است ساخته شوند عبارتند از :

ایستگاه پمپاژ ورودی فاضلاب به تصفیه خانه ، آشغالگیر و آشغال خرد کن ، حوض دانه گیر یا ماسه گیر ، تأسیسات اندازه گیری دبی مانند کانال و انتوری یا پارشال فلوم ، استخر ته نشینی نخستین ، یگانهای تصفیه زیستی مانند استخر هوادهی یا صافی چکنده و یا صافی ماسه ای ، استخر ته نشینی نهایی ، ایستگاه پمپاژ لجن ، مخزن هضم هوازی یا بی هوازی لجن ، تأسیسات خشک کردن لجن مانند بستر های لجن خشک کن و یا وسایل مکانیکی خشک کردن لجن ، تأسیسات کلر زنی فاضلاب و نیز یکانهای جنبی تصفیه خانه از قبیل نیروگاه برق اضطراری ، آزمایشگاه فاضلاب ، انبار های مواد شیمیایی و وسایل یدکی ، ساختمان اداری ، ساختمان نگهبانی ، ساختمانهای مسکونی کارکنان مقیم در محوطه ی تصفیه خانه و بالاخره تأسیسات آبرسانی ، گرمایش و دفع فاضلاب ویژه تصفیه خانه .

اینک به بیان هریک از یکانهای نامبرده به صورت زیر مبادرت می گردد :

4-1-ایستگاه پمپاژ ورودی فاضلاب

به علت جریان ثقلی در لوله ی انتقال  فاضلاب از شهر به تصفیه خانه غالباً لوله در نقطه ی ورود به تصفیه خانه نسبت به سطح زمین در گودی قرار می گیرد . لذا تأسیسات بالا آورنده ی فاضلاب برای اینکه به یکانهای تصفیه خانه سوار شود ، اولین واحدی است که در یک پالایشگاه فاضلاب ساخته می شود .

چون فاضلاب وارد شده به این تلمبه خانه به صورت خام و احتمالاً دارای مواد معلق کم و بیش درشت می باشد ، لازم است در انتخاب نوع پمپها دقت به عمل آید که نسبت به مواد معلق حساسیت کمتری داشته باشد .

در گذشته کوشش می شد در این تلمبه خانه ها از بالابر های پیچوار و یا تلمبه های ارشمیدسی استفاده شود ولی امروزه با پیشرفت و تکاملی که در ساختمان پمپهای زیرآبی ( شناور ) به عمل آمده از این گونه پمپها نیز در این مورد استفاده فراوان می شود .

چون توضیحات بیشتری در زمینه ی ویژگی های پمپهای فاضلاب و انواع و مزایا و معایب هریک از آنها ، منحنی های مشخصه و بازده آنها در جلد اول کتاب فاضلاب شهری داده شده است از خواننده تقاضا می شود برای آگاهی بیشتر جهت انتخاب بالابرهای فاضلاب به بخش تلمبه خانه های فاضلاب در جلد اول این کتاب مراجعه نماید .

4-2-آشغالگیر

آشغالگیر هایی که برای فاضلاب شهری به کار می روند معمولاً از میله هایی با سطح مقطع دایره به قطر های 16 تا 30 میلیمتر و یا از تسمه های فولادی با سطح مقطع مستطیل و به پهنای 30 تا 80 میلیمتر و کلفتی 10 تا 20 میلیمتر ساخته می شوند . آشغالگیرها را بسته به شکل کاربردشان به آشغالگیرهای دستی و آشغالگیرهای مکانیکی تقسیم می کنند . 

آشغالگیر های دستی برای تصفیه خانه های کوچک قابل استفاده می باشند . شیب میله های آنها برای دبی های کم حداکثر 1:1 و برای دبی های زیاد و به علت بزرگتر شدن کانال فاضلاب برای 1:2 تا 1:3 انتخاب می گردد . طول میله های آشغالگیر های دستی نباید از 2 متر بیشتر گردد .

برای پالایشگاه های فاضلاب شهر های بزرگ ( بزرگتر از 30000 نفر ) به علت زیاد بودن حجم آشغال و مشکلات نبروی انسانی از یک سو و احتمال آلودگی محیط زیست تصفیه خانه و حفظ بهداشت کارکنان آن از سوی دیگر بهتر است آشغالگیر های مکانیکی به کار گرفته شود .

آشغالگیر مکانیکی معمولاً به صورت متناوب و خودکار عمل می کند . همانگونه که در اصول تصفیه گفته شد ، وجود آشغالگیر موجب کاهش سطح مقطع جریان و ایجاد افت فشار و در نتیجه اختلاف ارتفاع در دو طرف آن می گردد . هرچه مقدار آشغال در آشغالگیر بیشتر گردد . سطح مقطع جریان کمتر و در نتیجه ارتفاع سطح فاضلاب پیش از آشغالگیر افزایش می یابد . افزایش ارتفاع نامبرده موجب می شود که شناوری به موتور آشغالگیر فرمان کار داده ، چنگک آشغالگیر شروع به حرکت نموده و پس از تمیز کردن میله های آشغالگیر موتور دوباره از کار می افتد . آشغالها به مجرای ویژه ای که کف آن سوراخ دارد ریخته شده و پس از گرفته شدن آب آن یا با کمک بیلچه و به صورت دستی و یا با کمک تسمه گردانی به صورت مکانیکی از کانال فاضلاب دور می شود .

آشغالگیر های مکانیکی را می توان با کمک تسمه گردانیکه تیغه هایی روی آن کار گذارده شده ساخت و یا به صورت دایره ای به کار برد .

در نوع دایره ای چنگک از میله ی فلزی شانه مانند تشکیل می شود که توسط اهرم گردانی به محور موتور حرکت دهنده ی آن پیوسته می باشد .

آشغالگیر ها را از نظر فاصله ی بین میله هایشان نیز به صورت زیر دسته بندی می کنند .

آشغالگیر دهانه فراخ– در آشغالگیر  دهانه فراخ فاصله میله ها از یکدیگر e ، در صورتی که تمیز کردن آن دستی باشد 60 تا 80 میلیمتر و گاهی تا 150 میلیمتر و اگر تمیز کردن آن به وسیله ی ماشین انجام گیرد ، 40 تا 75 میلیمتر انتخاب می شود . آشغالگیر دهانه فراخ را در اول تصفیه خانه و پیش از آشغالگیر دهانه تنگ می سازند تا مانع از ورود قطعات بزرگ شناور از قبیل تخته ، بطری ، کاغذ ، پارچه و قطعات پلاستیکی و نظایر آن به تصفیه خانه شوند . همچنین از این گونه آشغالگیرها در کانالهای انحرافی و سر ریز های اضطراری دهانه تنگ استفاده می شود .

آشغالگیرهای دهانه تنگ– در این آشغالگیر فاصله میله ها یعنی e برابر 10 تا 40 میلیمتر می باشد ( مناسبترین فاصله 20 تا 25 میلیمتر است ) . در آشغالگیر دهانه تنگ علاوه بر مواد درشت نامبرده مقدار بیشتری از مواد آلی مانند برگهای درختان ، قطعات میوه و پوسته آنها و نظایر آن از فاضلاب گرفته می شوند .

افت انرژی در آشغالگیر– به علت تغییر سطح مقطع جریان فاضلاب در حین گذشتن از آشغالگیر افت انرژی موضعی رخ می دهد که مقدار آن طبق رابطه ی کیرشمر یعنی رابطه شماره 4-1 بدست می آید . این تلف شدن انرژی به صورت اختلاف سطح فاضلاب در دو طرف آشغالگیر he و یا به عبارتی دقیقتر به صورت بالاتر آمدن سطح فاضلاب پیش از آشغالگیر نمودار می شود . محاسبه ی این افزایش ارتفاع برای تعیین بلندی دیوار کانال هدایت فاضلاب لازم است .

(4-1)  

در رابطه (4-1) مقدار  ضریبی است که بستگی به شکل میله های آشغالگیر داشته و از جدول شماره (4-1) بدست می آید .  زاویه ی میله ها نسبت به افق است . d نمایشگر قطر میله گرد و یا کلفتی تسمه بر حسب میلیمتر ، e فاصله ی بین میله ها بر حسب میلیمتر ، g شتاب ثقل زمین بر حسب متر بر مجذور ثانیه و بالاخره v سرعت جریان فاضلاب در کانال بلافاصله پیش از آشغالگیر بر حسب متر در ثانیه است . {1،2،3}

در اینجا لازم به ذکر است که برای محاسبه افت انرژی در آشغالگیری که کار می کند و لذا قسمتی از فاصله ی بین میله ها توسط آشغال گرفته شده است باید این موضوع در مقدار های مربوط به e و d دخالت داده شود . مقدار افت انرژی مجازی را پس از آن آشغالگیر باید تمیز گردد برای نوع ماشینی حدود 15 سانتی متر و برای آشغالگیر های دستی تا 30 سانتی متر انتخاب می کنند .

بازده آشغالگیر– به علت اینکه مقداری از مواد معلق موجود در فاضلاب توسط آشغالگیر گرفته می شود ، غلظت فاضلاب نسبت به آن مواد و نیز درجه آلودگی  ، فاضلاب کاهش می یابد . مقدار این کاهش که نشان دهنده ی بازده آشغالگیر است ، بسته به نوع و بزرگی دهانه های آن تفاوت می کند . مقدار عددی بازده به طور تجربی بدست آمده و در کتابهای گوناگون متفاوت می باشد . {31،30،21،20،17،10،9،6،3} .

آشغال خرد کن– در کشور های صنعتی که انرژی برق ارزان است ، آشغالگیر ها را مجهز به ماشینی ویژه ی خرد کردن آشغال می کنند . این ماشینها به کمک چنگک و تیغه هایی آشغالها را خرد و ریز ریز کرده و همراه فاضلاب وارد یکانهای بعدی تصفیه خانه می کنند تا مانند مواد آلی موجود در فاضلاب مراحل تصفیه را گذرانده و تبدیل به مواد کودی پایدار گردند . در ایران به علت گرانی بهای انرژی برق لازم جهت هوا دهی و تجزیه ی مواد خرد شده در تصفیه خانه ، کابرد آشغال خرد کن فعلاً اقتصادی نمی باشد .

4-3-حوض دانه گیر ( ماسه گیر )

حوض دانه گیر اولین واحدی است در تصفیه خانه که عمل ته نشینی در آن انجام می گیرد . هدف از ته نشی سازی در این حوضها جدا سازی مواد دانه ای و تجزیه ناپذیر معدنی مانند ذرات ماسه به قطر های بزرگتر و یا مساوی 0.1 تا 0.2 میلیمتر می باشد . علاوه بر جداسازی مواد دانه ای باید ساختمان این حوضها و سرعت جریان در آنها به گونه ای باشد که مواد سبک آلی تجزیه پذیر ته نشین نشده و وارد تصفیه خانه گردند .

مشکل موجود در راه رسیدن به هدف نامبرده ، تغییر سرعتی است که در نتیجه ی نوسانهای مقدار فاضلاب در جریان نمودار می شود . برای تثبیت سرعت جریان فاضلاب در این حوضها روشهای مختلفی متداول هستند که بر مبنای آن انواع حوضهای دانه گیر پایه گذاری شده اند .

ب-حوضهای دانه گیر کم عمق و دایره ای شکل– معروفترین نوع این دسته از حوضهای دانه گیر حوض پیشنهادی شرکت دور – الیور می باشد . این حوض از چهار قسمت ورودی ، ته نشینی ، خروجی فاضلاب و کانال شستشوی دانه ها تشکیل شده است .

دانه ها پس از ته نشین شدن در قسمت دایره ای به وسیله ی لایروب مکانیکی گردانی به سمت کانال شستشوی دانه های هدایت می شوند . دانه های ماسه در کانال نامبرده و در روی سطح شیب داری حرکت کرده و به حوضچه ی جمع آوری ماسه هدایت و در آنجا به بیرون پمپ می شوند . در ضمن حرکت ماسه ها روی سطح شیب دار ، عمل شستشوی آنها نیز انجام می گیرد .

4-3-2-حوضهای دانه گیر گود

در این حوضها به صورت مماس  یا دایره ای حوض وارد آن شده و ذارت دانه ها تحت تاثیر دو نیروی گریز از مرکز و ثقل خود قرار می گیرند و به سمت قسمت مرکزی و گود مخروطی شکل حوض هدایت می شوند . و در آنجا با کمک پمپ و یا به صورت ثقلی بیرون آورده می شوند . تعداد و انواع این گونه حوضها بسیار زیاد است و در این جا تنها یک نوع آن مورد گفتگو قرار داده می شود .

در حوض دانه گیر پیستا علاوه بر خاصیت نامبرده از پره هایی برای ثابت نگهداری سرعت کمک گرفته می شود . با تنظیم سرعت دورانی این پره ها می توان سرعت حرکت فاضلاب را به صورتی خودکار تثبیت نمود .

4-3-3-حوضهای دانه گیر با کمک مکیدن هوا

در تصفیه خانه های بزرگ و نیمه بزرگ و به ویژه تصفیه خانه های شهر هایی که در آنها شبکه ی جمع آوری فاضلاب به صورت در هم ساخته شده و در نتیجه ، ثابت نگهداری سرعت جریان فاضلاب در حوضهای دانه گیر به صورت نسبتاً دقیقی امکان پذیر نمی باشد از حوضهای دانه گیر با کمک دمیدن هوا استفاده می شود . دمیدن هوا در حوض موجب می شود که به فاضلاب یک حرکت چرخشی داده شود . این پدیده ذرات دانه ای مانند ماسه را از مواد آلی جدا کرده و در کف حوض دانه گیر ته نشین می کند . ذرات دانه ای مانند انواع دیگر حوضهای دانه گیر با کمک پمپهای ثابت و یا متحرک ماسه به بیرون فرستاده می شود .

4-5-استخر های ته نشینی

4-5-1-کلیات

استخر های ته نشینی بیشترین قسمت تصفیه ی مکانیکی را در یک تصفیه خانه ی فاضلاب به عهده داشته و در بازده تمام تصفیه خانه نیز تأثیر چشم گیری دارند . محل استخرهای ته نشینی نخستین در تصفیه خانه پیش از یکانهای تصفیه ی زیستی است ، در حالی که استخر های ته نشینی نهایی پس از یکانهای نامبرده قرار می گیرند . در برخی از روشهای تصفیه مانند روش هوا دهی گسترده ( ممتد ) از ساختت استخرهای ته نشینی نخستین خودداری می شود و فاضلاب مستقیماً وارد استخرهای هوادهی می گردد .

در استخرهای ته نشینی نخستین معمولاً ذرات نسبتاً معلق درشت ته نشین می شوند . این مواد غالباً منشأ آلی دارند برخلاف آنچه در حوضهای دانه گیر از فاضلاب جدا می شوند ، سبک وزن و دارای سطحی نسبتاً زیاد بوده و دارای سرعت ته نشینی کمی هستند .

لجنی که از استخرهای ته نشینی نخستین به دست می آید بر خلاف استخرهای ته نشینی نهایی از موادی درشت تر و هضم نشده و کاملاً ناپایدار و فساد پذیر تشکیل می شود . بدین جهت تفاوت اصلی در طراحی استخرهای ته نشینی نخستین و نهایی در مقدار بار سطحی و مدت زمان توقف فاضلاب در آنها نمودار می گردد .

بسته به مدت زمان توقف فاضلاب در استخرهای ته نشینی نخستین که غالباً بین 20 دقیقه تا 2 ساعت انتخاب می شود مقدار 40 تا37 درصد مواد معلق فاضلاب از آن گرفته می شود .

تقسیم بندی فضای درونی استخر ته نشینی – با توجه به هدف از ایجاد استخر ته نشینی و برای رسیدن هرچه بهتر به آن لازم است در ساختمان قسمتهای محتلف استخر به نکاتی توجه شود . بدین جهت فضای یک استخر ته نشینی به نوع کاری که در آن انجام می گیرد ، به قسمتهای زیر تقسیم می کنند :

الف : منطقه ی ورودی فاصلاب به استخر که در آن کوشش می شود با پیش بینی اجزایی از قبیل دیوار آرام کننده ، سرعت و تلاطم فاضلاب کاسته شده و پخش آن در قسمت گسترده ای از سطح استخر به صورت یکنواخت انجام پذیرد .

ب : منطقه ی ته نشینی فاضلاب در استخر که در آن باید سرعت فاضلاب به حداقل خود رسیده و با انتخاب درازا ، پهنا و عمق مناسبی برای این منطقه حتی الامکان عمل ته نشینی را بهبود بخشید .

ج : منطقه ی جمع شدن و متراکم شدن لجن – در این قسمت که مجاور کف استخر است باید با انتخاب حجم مناسبی موجب شد که لجن از یک سو تراکم لازم را به دست آورد ، و از سوی دیگر مانع از متعفن شدن و برگشت دوباره ی آن به سطح استخر گردید .

د : منطقه ی خروجی فاضلاب از استخر که عملاً آخرین قسمت از استخر را تشکیل می دهد و باید به گونه ای طراحی شود که بیرون رفتن فاضلاب از استخر در طولی نسبتاً کافی و به طور یکنواخت انجام گیرد . مثلاً استفاده از سر ریزهای مثلثی در این قسمت می تواند کمکی برای رسیدن به این هدف نماید .

استخرهای ته نشینی نخستین را بنابر شکل ساختمانی و کار آنها به استخرهای مستطیل ، استخرهای دایره ای و هریک نیز با لجنروب مکانیکی و یا بدون لجنروب و بالاخره استخرهای ته نشینی به کمک مواد منعقد کننده دسته بندی می کنند .

4-5-2-استخرهای ته نشینی مستطیل

استخرهای مشتطیل در مقایسه با استخرهای دایره ای شکل دارای برتری های زیر می باشند :

الف – زمین کمتری نیاز دارند .

ب – با پیش بینی دیوار های مشترک بین دو استخر مجاور هم می توان از هزینه ی ساختمانی آن کاست .

ج – خالی کردن لجن و لوله کشی مربوط به آن آسانتر است .

د – راه تغذیه ی استخر کوتاه تر است .

ه – ایمنی استخر در برابر مشکلات ناشی از گرفتگی مجرا های ورودی و خروجی کمتر است .

روش لجنروبی استخرها به صورت دائمی و با کمک تسمه یا با کمک پاروی متحرک و به صورت متناوب انجام می گیرد .

در هر دو حالت لجنها روی کف شیبدار استخر به سمت حوضچه ی جمع آوری لجن ، هدایت شده و در آنجا بر اثر فشار آب روی آن به بیرون فرستاده می شود .

منطقه ی ورودی استخر ته نشینی– این منطقه توسط دیوار آرام کننده ای به فاصله ی 60 تا 90 سانتیمتری به دیوار اصلی استخر از بقیه ی آن جدا می شود . خروج فاضلاب از منطقه ی آرام کننده ( منطقه ی ورودی ) و ورود آن به منطفقه ی ته نشینی به روشهای گوناگونی انجام می گیرد . ممکن است دیوار آرام کننده را تا کف استخر ادامه داد و فاضلاب را از سوراخهای متعددی به قسمت ته نشینی وارد نمود و یا اینکه دیوار آرام کننده بدون سوراخ و تا نزدیکی کف از زیر دیوار وارد منطقه ی ته نشینی می گردد . روش اخیر به علت برتری هایی که دارد بیشتر متداول است . سرعت ورود فاضلاب به منطقه ی آرام کننده ( منطقه ی ورودی ) نباید از 0.5 متر در ثانیه بیشتر باشد .

منطقه ی ته نشینی– با توجه به آنچه در اصول تصفیه و اثر عدد های فرود و رینلدز در فرایند ته نشینی و بازده استخرها بیان شد ، استخرهایی که دراز و باریک باشند مناسبترند . ولی از نظر هزینه ی ساختمانی اقتصادی نمی باشند . لذا نسبت درازا به پهنای استخر را بین 3 تا 10 و حتی گاهی تا 20 پیشنهاد نموده اند . به طور متوسط نسبت نامبرده را می توان برابر 4 انتخاب نمود .

استاندارد آلمان غربی حداقل پهنای استخر را 5 متر و حداقل درازای آن را ، 3 متر پیشنهاد می کند.

گودی موثر استخر را در مجاورت دیوار انتهایی آن 3 تا 5 و به طور متوسط 3.6 متر انتخاب می کنند. حداقل عمق 2 متر تعیین شده است .

شیب کف استخرهای مستطیل را بسته به نوع لجنروب بین 1:50 تا 1:300 انتخاب می کنند که عدد  بیشتر متداول است .

سرعت لجنروبهای پارویی در موقع لجنروبی حراکثر 5 سانتی متر در ثانیه و در موع برگشت آن که پارو در بیرون آب حرکت می کند 10 سانتی متر بر ثانیه می باشد . در لجنروبهای تسمه ای لجنروب با کمک دو ردیف زنجیر در دو طرف استخر حرکت می کند . فاصله تیغه های لجنروبی از همدیگر روی زنجیر برابر 3 متر انتخاب می گردد .

منطقه ی جمع شدن لجن– حجم این قسمت بسته به مقدار مواد معلق در فاضلاب ، غلظت لجن و سرانجام مدت زمان خالی کردن حوضچه لجن گیر فاضلاب انتخاب می شود .

غلظت لجن به دست آمده از استخرهای ته نشینی نخستین با توجه به غلظت مواد معلق در فاضلاب و بار سطحی انتخاب شده برای استخر و سرانجام با کمک منحنی به دست می آید . معمولاً غلظت ماده ی خشک در لجن تولید شده در استخرهای ته نشینی نخستین 2 تا 7 درصد و به طور متوسط 5 درصد می باشد . وزن مخصوص لجن به دست آمده در این استخرها برای شبکه ی جمع آوری مجرا 1.03 و برای شبکه های درهم 1.05 تن بر متر مکعب می باشد .

حجم منطقه ی جمع شدن لجن باید برای 8 تا 24 ساعت لجن تولید شده در استخر طراحی گردد .

خالی کردن لجن به صورت متناوب و بر اثر فشار فاضلاب روی آن انجام می گیرد . فشار لازم برای بیرون آمدن لجن با غلظت کمتر از 10 درصد در استخرهای نخستین 1.5 تا 2 متر می باشد . خالی کردن لجن از استخرهای ته نشینی نخستین حداقل سه بار در شبانه روز انجام می گکیرد . در مناطق گرمسیر برای جلوگیری از تعفن و تولید گاز باید فاصله ی زمانی نامبرده کمتر انتخاب گردد .

تعداد حوضچه های لجن گیر در یک استخر با توجه به پهنای آن تعیین می شود که غالباً دو عدد انتخاب می شوند .

منطقه ی خروجی– بیرون آمدن فاضلاب ته نشین شده از استخر باید کاملاً یکنواخت و آرام انجام گیرد . لذا باید بار وارد بر متر طولی سرریز یعنی مقدار دبی ای که از یک متر طولی سرریز می گذرد مورد توجه قرار گیرد . بار سرریز ها در ایتخرهای ته نشینی بین 125 تا 500 ( مناسب 250 ) متر مکعب برای هر متر طولی در شبانه روز در نظر گرفته شود . در استاندارد های آلمان غربی برای استخرهای ته نشینی نخستین این مقدار تا 840 متر مکعب برای هر متر طولی در شبانه روز نیز اجازه داده شده است . برای استخرهای ته نشینی نهایی اعداد نامبرده کمتر است . در صورتی که بار سرریز به علت کمی پهنای استخر مقدار های نامبرده بیشتر باشد ، باید از سرریزهای دوطرفه استفاه نمود . کابرد سرریزهای مثلثی و یا سوراخهای متعدد زیرآبی متداول است . برای جلوگیری از بیرون رفتن مواد شناور و کفهای تولید شده در سطح استخر قرار دادن کفابگیر لازم است . عمق دیواره ی کفابگیر در استخر باید 0.15 تا 0.30 متر زیر سطح فاضلاب و فاصله ی آن از سرریز مثلثی 0.3 متر باشد .

4-5-3-استخرهای دایره ای شکل

در استخرهای دایره ای فاضلاب نخست وارد استوانه ی میانی استخر شده و از راه سوراخهای جانبی به قطر 15 تا 25 سانتی متر به قسمت ته نشینی وارد می گردد . سرعت جریان در موقع ورود به استوانه نباید از 0.5 متر در ثانیه بیشتر گردد . قطر استوانه 10 تا 20 درصد قطر درونیی استخر ته نشینی انتخاب می گردد . سطح این استوانه که حدود 5 درصد سطح استخر ته نشینی است در محاسبه ی بار سطحی نادیده گرفته می شود . لبه ی استوانه باید مانند دیواره ی آرام کننده در استخرهای ته نشینی مستطیل حداقل 15 سانتی متر بالاتر از سطح فاضلاب در استخر ادامه داشته و در عمق نیز به اندازه ی 40 تا 95 درصد عمق دیواره ی استخر در فاضلاب پایین رود . کف استوانه می تواند باز یا بسته انتخاب شود . نوع باز آن دارای این برتری است که مواد معلق سنگین بلافاصله در حوضچه مخروطی شکل لجن گیر ته نشین می شود . فاضلاب پس از بیرون آمدن از استوانه ی پخشان به صورت شعاعی به سمت کناره ی استخر جریان می یابد . فاضلاب حین جریان به علت بزرگ شدن سطح مقطع جریان مرتباً از سرعتش کاسته شده و لذا دائماً ذرات ریزتری شروع به ته نشین شدن می کنند .

قطر استخرهای دایره ای 12 تا 60 متر انتخاب می شود . مناسب ترین قطر ها 30 تا 40 متر می باشد . قطر های کمتر از 20 متر به ندرت به کار می رود .

عمق استخر در پای دیوار آن که مبنای محاسبه مدت زمان توقف قرار می گیرد 1.2 تا 4 متر است . شیب کف استخرهای دایره ای 4 تا 8 درصد اختیار ولی برای بهتر حرکت کردن لجن شیبهای 7 تا 8 درصد مناسبتر است .

نسبت عمق استخر در پای دیوار آن به قطر استخر 1:10 تا 1:20 انتخاب می گردد . سرریز های خروجی در استخر های دایره ای در محیط آن کار گذاشته می شود . دیواره ی کفابگیر باید 20 تا 30 سانتی متر درون فاضلاب و در سمت بالا نیز حداقل 10 سانتی متر روی سطح فاضلاب ادامه داشته باشد . حداکثر سرعت خطی لجنروب مکانیکی 2.5 تا 4 سانتی متر در ثانیه می باشد .

4-5-4-استخرهای ته نشینی بدون لجنروب مکانیکی

هدف از ساختن چنین استخرهایی این است که مواد ته نشین شده در کف استخر با کمک شیب زیاد آن خود به خود با نیروی ثقل به حوضچه ی جمع آوری لجن هدایت گردد . لذا شیب کف این استخر ها در نوع دایره ای 254 درجه و در نوع چهار گوش 60 درجه انتخاب می گردد . عیب اصلی این گونه استخرها نیاز به عمق زیاد است و به ویژه در محلهایی که سطح آب زیر زمینی بالا است استفاده از آنها یا مشکلات اجرایی فراوانی روبرو می گردد . استخر از دو قسمت  تشکیل می شود . قسمت استوانه ای و یا منشوری با دیوار قائم و قسمت مخروطی یا هرمی که در زیر آن قرار می گیرد . جریان فاضلاب در این استخرها مانند استخرهای ته نشینی دایره ای شکل نخست به درون استوانه مرکزی پخش کننده وارد و به سمت پایین متوجه شده و پس از گذشتن از زیر استوانه وارد قسمت ته نشینی می شود . سپس فاضلاب به سمت بالا حرکت کرده و به طرف کناره های استخر و سرریز های خروجی متوجه می گردد . در حین بالا رفتن فاضلاب مواد معلق روی سطح شیب دار کف ته نشین شده و به سمت حوضچه ی جمع آوری لجن سر می خورد . استوانه ی پخش کننده فاضلاب تا ارتفاع 15 سانتی متر بالاتر از سطح فاضلاب در استخر امتداد می یابد . سطح این استوانه یک تا 1.2 متر مربع می باشد.

بار سطحی در این استخرها 28.8 متر مکعب در ساعت بر هر متر مربع از سطح استخر و مدت زمان توقف فاضلاب در این استخرها 2 تا 3 ساعت در نظر گرفته می شود .

در حالتی که استخر چهار گوش اختیار شود هر ضلع آن 5 تا 9 متر انتخاب می گردد . انتخاب ضلعهای بلندتر موجب عمق بیشتری برای استخر می شود . حجم قسمت هرمی شکل این استخرها از رابطه ی زیر به دست می آید . که در آن J در ازای یک ضلع مربع می باشد .

V = 0.29 *

حجم قسمت جمع آوری لجن در این استخر ها در قسمت هرمی شکل بوده و حدود 30 درصد کل حجم استخر را در بر می گیرد . غلظت لجن به دست آمده از این استخرها حدود 3 تا 4 درصد می باشد . قطر لوله ی خروجی لجن باید حداقل 150 میلیمتر باشد . ابعاد کف حوضچه ی لجن گیر باید کوچکتر از 1.2*1.2 متر باشد و یا قطر آن از 1.2 متر بیشتر نباشد . انتخاب ابعاد 0.75 تا یک متر برای این حوضچه ها مناسبتر است .

4-5-5-استخرهای ته نشینی با کمک مواد منعقد کننده

در این استخرها از مواد شیمیایی منعقد کننده برای تشدید و تکمیل فرایند ته نشینی استفاده می شود . مواد شیمیایی که برای این منظور استفاده می شود عبارتند از کلر و فریک به مقدار 20 تا 30 گرم برای هر متر مکعب فاضلاب و سولفات فریک به مقدار 40 تا 50 گرم برای هر متر مکعب فاضلاب و انواع پلی الکترولیتها که مقدار مصرف آنها بسته به نوعشان متفاوت است .

بیش از ورود فاضلاب به این گونه استخرهای ته نشینی بهتر است نخست ماده ی شیمیایی  با فاضلاب در حوضهایی آمیخته گردد . مدت زمان توقف فاضلاب در این حوضها کمتر و یا برابر 20 دقیقه است . در این صورت زمان توقف فاضلاب در استخر ته نشینی 1.5 تا 2 برابر استخرهای ته نشینی ساده انتخاب می گردد .

حجم لجن به دست آمده با کمک مواد منعقد کننده در تصفیه ی فاضلاب شهری به علت گرانی مواد شیمیایی و زیادی لجن تولید شده کمتر مورد استفاده قرار می گیرد . از این روش بیشتر در تصفیه ی فاضلاب های صنعتی استفاده می گردد .

4-6-یگانهای تصفیه ی زیستی

در تصفیه خانه های فاضلاب شهری یگانهای مربوط به تصفیه ی زیستی فاضلاب مهمترین قسمت تصفیه خانه را تشکیل می دهند که بیشترین قسمت از کاهش آلودگی فاضلاب در آنها انجام می گیرد .

در تصفیه خانه هایی که تنها تصفیه ی مکانیکی ، جوابگوی ضوابط خواسته شده برای آلودگی فاضلاب خروجی نباشد ، لازم می گردد که علاوه بر تصفیه ی نامبرده از تصفیه ی زیستی نیز برای رسیدن به هدف استفاده نمود . لذا تصفیه ی زیستی را برخی تصفیه ی ثانوی نیز می نامند .

همانگونه که در اصول تصفیه بیان شد ، تصفیه ی زیستی به دو صورت هوازی و بی هوازی انجام می گیرد . در این قسمت تنها یگانهایی که در آنها تصفیه ی زیستی با روش هوازی انجام می گیرد توضیح داده خواهد شد . بیان روش بی هوازی که در تصفیه خانه ها بیشتر برای تصفیه ی تکمیلی مورد استفاده قرار می گیرد به قسمت بعد موکول می شود .

هدف از تصفیه ی زیستی با روش هوازی در تصفیه خانه های فاضلاب شهری اجرای همان فرایندی است که در طبیعت به صورت خود به خودی نیز انجام می گیرد . تنها تفاوت موجود در این است که در این یگانها کوشش می شود با بهبود دادن محیط زیست باکتری های هوازی فعالیت آنها را تشدید نمایند تا مدت زمان تصفیه را کوتاه و محل لازم برای تأسیسات را کوچک سازند .

بهبود دادن محیط زندگی باکتری ها بدین صورت انجام می گیرد که اکسیژن کافی مواد غذایی مورد نیاز و سرانجام درجه ی گرمای مناسب برای آنها فراهم می گردد .

مهمترین یگانهایی که در تصفیه خانه های فاضلاب شهری برای تصفیه ی زیستی یا روش هوازی بکار می روند عبارتند از صافی های چکنده ، استخرهای هوا دهی و صافی های ماسه ای . در دو روش صافی چکنده و ماسه ای باکتری های هوازی روی قطعات قلوه سنگ و یا روی دانه های ماسه و به طور کلی روی بسترهایی ثابت نشسته ، مواد آلی فاضلاب را تجربه می کنند و در روش استخرهای هوادهی این باکتر ها روی لخته های متحرک و شناور فاضلابی در استخرها قرار می گیرند .

4-6-1-صافی های چکنده

برای تصفیه ی زیستی در شهر های کوچک و متوسط یعنی تا جمعیتهای در حدود پنجاه هزار نفر می توان از صافی چکنده استفاده نمود . برای شهر های بزرگ تر معمولاً سطح مورد نیاز زیاد شده و هزینه ی تأسیسات افزایش می یابد و طرح جنبه ی اقتصادی خود را از دست می دهد .

صافی های چکنده از استوانه های بتنی یا فلزی تشکیل شده اند که درون آنها را با قلوه سنگ هایی پر کرده و فاضلاب را روی آنها پخش می کنند .

در اثر وجود خلل و فرج بین قلوه سنگها و نیز اختلاف درجه ی گرما ، جریان هوا درون سنگها برقرار شده و موجب رسیدن اکسیژن به باکتری های موجود در فاضلاب می شود . باکتری های هوازی به صورت لایه ای ژلاتینی شکل بر روی قلوه سنگها جمع شده ، تکثیر مثل پیدا کرده و مواد آلی موجود در فاضلاب را برای ادامه ی زندگی خود تغذیه و موجب اکسیداسیون و پایدار شدن آنها می شوند .

قطعات قلوه سنگ هایی که در صافی چکنده مصرف می شوند به سه صورت و در سه لایه ی متفاوت روی همدیگر ریخته می شوند . نخستین لایه ی زیرین که لایه ای است نگهدارنده و به کلفتی 30 سانتی متر از قلوه سنگهایی درشت و به قطر های 8 تا 18 سانتی متر تشکیل می شود . روی این لایه یک لایه ی محافظ به کلفتی 50 سانتی متر با قطعاتی به قطرهای 6.3 تا 8 سانتی متر ریخته می شود . سپس روی این دو لایه ، لایه ی اصلی و موثر به قطرهای 4 تا 8 سانتی متر و به کلفتی پیش بینی شده در طرح قرار می گیرد .

ارتفاع صافی ها چکنده بسته به نوع و ابعاد لایه ی موثر چکننده ی فاضلاب و در نتیجه خلل و فرج و امکان جریان هوا از میان آنها نیز میزان بارگذاری در صافی متفاوت و بین 1.5 تا 12 متر انتخاب می گردد .

صافی های چکنده را از دو نظر دسته بندی می کنند . اول از نظر میزان بارگذاری روی صافی که به صافی های کم بار و پربار دسته بندی می شوند . دوم با توجه به شکل ساختمانی آنها که به صافی های ایستاده و ثابت و صافی های استوانه ای و گردان ( خوابیده ) تقسیم بندی می شوند .

معایب و برتری های صافی های چکنده – معایب صافی های چکنده در مقابل استخرهای هوادهی عبارتند از :

1.افت فشار زیاد که بسته با ارتفاع صافی تا چندین متر بالغ گردد .

2.امکان رشد و نمو و تکثیر مگس ، پشه و حشرات دیگر .

3.وجود بوی تعفن در نزدیکی صافی که در نتیجه نمی توان آنها را در نزدیکی مناطق مسکونی ساخت .

4.نیاز به سطح زمین بیشتر به ویژه برای شهر های بزرگ .

5.فزونی هزینه های اولیه ی ساختمانی در مقایسه با استخرهای هوادهی .

6.امکان یخ بندان سطح صافی در روزهای زمستان و کاهش بازده آن .

7.اجبار در تصفیه کردن مقدماتی فاضلاب پیش از وارد نمودن آن به صافی چکنده .

صاف چکنده ی پربار– بار حجمی آلودگی (BV) بر این صافی ها زیاد و بین 400 تا 800 گرم  بر هر متر مکعب از حجم صافی در شبانه روز انتخاب می گردد . در برخی از کشور ها مانند آمریکا از صافی های خیلی پرباری استفاده می شود که بارپذاری آنها تا 1700 و حتی 6000 گرم  بر هر متر مکعب از حجم صافی در شبانه روز می رسد . لذا عملاً تصفیه ی فاضلاب در این گونه صافی ها به ویژه وقتی بارگذاری از 600 گرم  بر هر متر مکعب در شبانه روز تجاوز کند ناقص بوده و عمل نیترات سازی در آنها کامل انجام نمی گیرد .

به عبارت دیگر زیادی بار سطحی موجب خود شویی صافی گردیده و حجم فاضلاب تصفیه شده را افزایش می دهد . این اثر خود شویی طبق رابطه ی زیر علاوه بر بار سطحی به تعداد بازوهای پخش کننده ی فاضلاب یعنی m و سرعت دوران آنها بر حسب دور در ساعت یعنی n بستگی دارد .

 

در رابطه ی بالا  نشان دهنده ی بار سطحی بر حسب میلیمتر در ساعت ، S که قدرت شویندگی صافی نامیده می شود بر حسب میلیمتر در ساعت می باشد . مقدار مناسب S برابر 2 تا 6 میلیمتر در هر بار به کار افتادن بازوهای پخش کننده ی فاضلاب می باشد .

صافی چکنده ی کم بار – مقدار بار حجمی آلودگی یعنی  در این صافی ها کم و بین 200 تا 400 گرم  بر هر متر مکعب از حجم صافی  در شبانه روز و بار سطحی  آنها بین 0.4 تا 1.5 متر در ساعت انتخاب می گردد . در برخی از منابع بار حجمی آلودگی را تا 175 گرم  بر هر متر مکعب در شبانه روز نیز کاهش می دهند . با چنین بارگذاری ، فاضلاب فرصت می یابد تا به طور کامل تصفیه شده و فرایند نیترات سازی در آن انجام گیرد و لذا لجنی که از این گونه صافی ها در استخر ته نشینی جمع می گردد لجنی است نسبتاً تثبیت شده . بازده این گونه صافی ها در تثبیت مواد آلی فاضلاب برای بارگذاری 200 گرم  در هر متر مکعب از صافی در شبانه روز 85 تا 95 درصد می باشد .

صافی چکنده ی گردان– این گونه صافی ها از استوانه های مشبکی تشکیل شده اند که درون آنها از قطعات پلاستیکی متخلخل پر شده است . استوانه حول محور افقی خود دوران کرده و همیشه قسمت زیرین آن در فاضلاب غوطه ور می باشد . فاضلاب در حوضچه ای در زیر صافی جریان آرامی را طی می کند . به عبارت دیگر بر خلاف صافی های استوانه ای ثابت ، صافی های گردان نتحرک بوده و به طور متناوب و همیشه قسمتی از آن در فاضلاب و قسمتی در هوا قرار می گیرد . این گونه صافی ها را امروزه تنها با مواد پلاستیکی می سازند .

صافی چکننده با مواد پلاستیکی– امروزه به جای قلوه سنگهای طبیعی و مصنوعی از قطعات پلاستیکی متخلخل استفاده می شود . مواد پلاستیکی دارای این برتری هستند که می توان با تغییر درجه ی تخلخل و یا به عبارت دیگر با افزایش سطح ویژه مواد یعنی مقدار سطح بر حسب متر مربع برای هر متر مکعب از حجم مواد ، مقدار بارگذاری بر صافی را افزایش داد . هم چنین به علت سبکی وزن مواد پلاستیکی می توان صافی های چکنده را بلندتر ساخت و با کمک آنها صافی های چکنده ی گردانی با قطر های بزرگتر ایجاد نمود .

دراین روش فاضلاب را وارداستخرهایی نموده وبه طور مصنوعی هوارادرمجاورت آن قرار میدهند تا اکسیژن آن به صورت محلول درفاضلاب درآمده موجب زندگی وتولیدمثل باکتری ها شود.تماس هوا بافاضلاب دراستخرهای هوادهی به دوصورت زیرممکن است انجام گیرد:

 

1.دمیدن هوابه درون فاضلاب باکمک لوله هایی باهوای فشرده

2.بهم زدن فاضلاب وافزایش سطح تماس ان باهوا

 

فاضلاب پس ازدریافت اکسیژن دراستخرهای هوادهی وکاهش BOD آن وارد استخرهای ته نشینی شده ذرات معلق  که روی آنها باکتری های هوازی قرارگرفته اند با هم لخته هایی راتشکیل داده وبه نام لجن فعال دراستخرته نشینی نهایی ته نشین میشوند.برای افزایش بازده استخرهای هوادهی قسمتی ازاین لجن فعال وته نشین شده را دوباره همراه فاضلاب خام وارد استخر هوادهی میسازند و از این رو این روش به نام روش لجن فعال نیزنامیده میشود

1.سطح لازم برای ساختمان آن از روش های دیگر کمتراست

2.هزینه ساختمانی ان کمتر است

3.بازده استخرهای هوادهی بیشتر است

4.حساسیت آن نسبت به تغییرات دما کم است ودرتابستان ها وزمستان ها بازدهی نزدیک به هم دارد

5.کاراستخرهای هوادهی بدون بو انجام میپذیرد وفاضلاب بدست امده پس از ته نشینی نهایی بی بووزلال است

6.دراطراف این استخرها تولید مثل حشرات خیلی کمتر از روش های دیگراست

7.هزینه راهبری ان به علت نیاز به مصرف برق زیاد بیشترازصافی چکنده است

8.لجن به دست امده دراین روش پراب تر از روش صافی چکنده است ونیازبه استخرهای تغلیظ لجن دارد.

محاسبه ی حجم استخر هوادهی:

V=L/B

L=مقدارکل الودگی فاضلاب هنگام ورود به استخرهوادهی برحسب کیلوگرم BODدرشبانه روز

B=مقداربارحجمی استخربرحسب کیلوگرم BODبرهرمترمکعب ازحجم استخردرشبانه روز

B=MLSS MLVSS

MLSS=وزن مواد خشک موجود دریک مترمکعب ازاستخربرحسب کیلوگرم

MLVSS=آلودگی هر کیلوگرم ازموادخشک برحسب کیلوگرم BODدرشبانه روز

بامحاسبه حجم استخرودبی فاضلاب مدت زمان هوادهی از رابطه زیربدست می اید:

T=V/Q

2.ضریبF/M :

این ضریب نشان دهنده ی مقدارموادغذایی است که دراختیار باکتری ها قرارداده میشود

3.لجن برگشتیRS:

کمترین نسبت لجن برگشتی به کل فاضلاب ورودی ازرابطه زیربه دست می اید:

RS/Q=(MLSS)/(SMLSS-MLSS)

SMLL=غلضت لجن برگشتی

MLSS=غلضت فاضلاب دراستخرهوادهی نسبت به موادجامدموجوددرانها

RS=دبی لجن برگشتی

Q=ماکزیمم دبی ورودی به تصفیه خانه درحالت بدون بارندگی

SMLSS=1200/SVI

.اندیس حجمی لجن SVI:

چون درعمل همیشه لجن به صورت آبدار است.بنابراین حجم یک گرم لجن خشک راوقتی که آبدار باشد برحسب سانتیمترمکعب به نام اندیس حجمی لجن ویادرجه ی غلیظ شدن لجن مینامند.گاهی به جای اندیس حجمی اندیس جرمی لجن (SDI)رامبنای محاسبات قرار می دهند

5.لجن اضافی:

مقدارلجن اضافی که باید مرتباازاستخرته نشینی نهایی برداشته شده وازمدارخارج شود

6.عمرلجن:

SRT=(MLSS V)/(SS Q SL

تصفیه فاضلاب روشی نیکو در بازگشت اب به منابع اولیه

فهرست

بخش اول : انواع و خواص فاضلاب                    2

 

بخش دوم : اصول کلی تصفیه فاضلاب            12

 

بخش سوم : تصفیه طبیعی فاضلاب                43

 

بخش چهارم : یگان های تصفیه خانه              68

 

 

 

 

 

بخش اول

انواع و خواص فاضلاب

فاضلاب ها بسته به شکل پیدایش و خواص انها به سه گروه تقسیم میگردند:

فاضلاب خانگی وفاضلاب صنعتی و  سرانجام فاضلاب سطحی

1-1-فاضلاب خانگی

فاضلاب های خانگی خالص از دستگاههای بهداشتی خانه ها مانند:توالت ودستشویی ها وحمام هاوماشین های لباس شویی وپس اب اشپزخانه ها و یا فاضلاب بدست امده از شستشوی قسمت های گوناگون خانه تشکیل شده اند.خواص فاضلاب های خانگی در سطح یک کشور تقریبا یکسان وتنها غلظت انها بسته به مقدار مصرف سرانه ی اب در شهرها تغییر می کند.

انچه در شبکه های جمع اوری فاضلاب شهری به نام فاضلاب خانگی جریان دارد علاوه بر فاضلاب خانگی خالص دارای مقداری فاضلاب بدست امده از مغازه ها و فروشگاها و تعمیر گاهها و کارگاهها و موسسه هایی مانند انها نیز می باشد که اجبارا در سطح شهر و به طور پراکنده وارد کانال های جمع اوری فاضلاب می گردند لذا با توجه به نوع و تعداد این گونه موسسه ها ممکن است نوع فاضلاب در شهر تغییر کند چنین فاضلابی را فاضلاب خانگی نا خالص نیز می نامند.

رنگ فاضلاب:رنگ فاضلاب خانگی نشان دهنده ی عمر آن است فاضلاب تازه دارای رنگ خاکسری می باشد پس از مدتی که فاضلاب گندید وکهنه شد رنگ ان تیره و سیاه می گردد.

بوی فاضلاب:بوی فاضلاب ناشی از از گاز هایی است که در اثر متلاشی شدن مواد آلی موجود در فاضلاب است بوی فاضلاب تازه قابل تحمل تر از فاضلاب کهنه می باشد.بوی فاضلاب کهنه بیشتر ناشی از گاز هیدروژن سولفوره می باشد که در اثر فعالیت باکتری های بی هوازی و در نتیجه احیای سولفات ها به سولفیت ها تولید می گردد .

در صورتی که به فاضلاب هوا و اکسیژن کافی برسد باکتری های بی هوازی از فعالیت باز ایستاده و بجای آنها باکتری های هوازی مواد آلی فاضلاب را تجزیه می کنند و گاز کربنیک مهم ترین گازی است که از این کار باکتری ها تولید می شود . لذا مانند آنچه در تصفیه خانه های فاضلاب رخ می دهد اگر اکسیژن کافی به فاضلاب دمیده شود فاضلاب بی بو می گردد.

درجه ی اسیدی: فاضلاب های خانگی خالص و تازه معمولا حالتی خنثی ویا متمایل به قلیایی دارند.تنها در اثر ماندن و شروع عمل گندیدگی گازهای اسیدی تولید گردیده و درجه ی اسیدی فاضلاب کاهش یافته خاصیت اسیدی پیدا می کند. هر چه درجه ی گرمای محیط بیشتر باشد عمل گندیدن تعفن زود رخ می دهد و در شرایط نسبتا متعارفی عمل تعفن سه تا چهار ساعت پس از تولید فا ضلاب شروع می شود.

دمای فا ضلاب: به علت اعمال زیستی  درجه ی گرمای فاضلاب معمولا بیشتر از درجه ی گرمای آب در همان محیط می باشد.درجه ی گرمای فاضلاب در سرد ترین روز های زمستان غالبا از 10 درجه ی سانتی گراد کمتر نمی گردد.

مواد خارجی در فاضلاب:در فاضلاب همیشه مقداری مواد خارجی به صورت محلول و یا نا محلول و معلق وجود دارد مقدار مواد خارجی فاضلاب در حدود .1 درصدد و بقیه ی آن را آب تشکیل می دهد حدود نیمی از مواد خارجی در فاضلاب مواد آلی و بقیه مواد معدنی می باشند و به دو صورت ته نشین پذیر و ته نشین نا پذیر تقسیم می شوند مواد معلق ته نشین پذیر بعد از حدود 2 ساعت توقف در ظرفی ته نشین می شوند.

وزن مخصوص فاضلاب: با توجه به سبک بودن  مواد خارجی موجود در فاضلاب و نیز وجود برخی از گازهای محلول در آن وزن مخصوص فاضلاب کمی کمتر از وزن مخصوص اب است .به حدود .99 تن بر متر مکعب می رسد. در عمل وزن مخصوص فاضلاب و آب را برابر هم فرض می کنند.

موجودات زنده در فاضلاب:علاوه بر مواد خارجی نامبرده همیشه فاضلاب مقدار زیادی موجودات زنده ی ذره بینی مانند ویروس ها  میکروب ها(باکتری ها) به همراه دارد.و تنها قسمتی از این موجودات ممکن است بیماری زا باشند.

جدول (1-1) – درجه آلودگی و مقدار از مقدار مواد خارجی فاضلاب های شهری با مصرف سرانه آب به مقدار 200 لیتر در شبانه روز

 

انواع مواد خارجی در فاضلاب

مواد معدنی1

موتد آلی 2

مجموع مواد خارجی

درجه آلودگی

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

مواد معلق و ته نشین پذیر

50

10

150

30

200

40

100

20

مواد معلق ته نشین ناپذیر

20

5

50

10

75

15

50

10

مواد خارجی محلول

375

75

250

50

325

125

150

30

جمع تمام مواد خارجی

450

90

450

90

900

180

300

60

 

 

فاضلاب های صنعتی

خواص فاضلاب های صنعتی و پساب کارخانه ها بستگی به نوع فرآورده های کارخانه 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: خاصیت خورندگی بیشتری دارد .

ج: خاصیت قلیایی یا اسیدی زیادی دارد .

د: امکان وجود موجودات زنده در آنها کمتر می باشد.

بعنوان مثال می توان خاصیت اسیدی را در فاضلاب کارخانه چیت سازی تهران در جدول 1-2 مشاهده نمود . تنها قسمتی از فاضلاب کارخانه ها که تقریبا در تمام کارخانه ها خاصیت یکسان دارند فاضلاب بدست آمده از تشکیلات خنک کننده آنها است .

آلودگی این فاضلاب ها بسته به تعداد دفعه هایی که آب برای خنک کردن کارخانه بکار برده شده است ، متفاوت می باشد و معمولا آلودگی آنها کمتر از فاضلاب های دیگر می باشد و بیشتر بصورت وجود مواد نفتی و روغن در آنها نمودار میشود .

در فاضلاب برخی از کارخانه ها مانند کارخانه های بهره برداری از معادن ، کارخانه های فولاد سازی و کارخانه های شیمیایی بیشتر موار خارجی یا مواد معدنی تشکیل می دهند .در صورتیکه در برخی دیگر از کارخانه ها مانند کارخانه های تهیه ی مواد غذایی و کارخانه های نشاسته سازی بیشتر مواد خارجی در فاضلاب مواد آلی هستند .

فاضلاب های سطحی

فاضلاب های سطحی ناشی از بارندگی و ذوب یخ ها و برفهای نقاط بلند هستند . این فاضلاب ها به علت جریان در سطح زمین و تماس با آشغال ها و کثافت های رویی زمین و شستن سطح خیابانها و پشت بام ها آلوده شده و مقداری مواد آلی و معدنی در آنها وجود دارد . لذا در شروع بارندگی درجه آلودگی فاضلاب های سطحی زیاد و پس از پاک شدن سطح های بارش مقدار آلودگی آنها کاسته می شود .

بیشترین قسمت مواد خارجی را در فاضلاب ها مواد معدنی مانند ماسه و شن تشکلیل می دهند که در اثر شستشوی خیابان ها وارد فاضلاب می شود بعلاوه پسمانده ذرات گیاهی و حیوانی و مواد نفتی و دوده و قسمت ها یکدیگر از مواد خارجی موجود در فاضلاب آب های سطحی را تشکیل می دهند . چنانکه در جدول نمودار است آبهای سطحی که در برخی از جوی های سنتی تهران جریان دارد دارای درجه آلودگی زیادی و حتی بیش از فاضلابهای خانگی هستند

جدول 1-2 خواص برخی ار فاضلاب های تهران .

شهر آرا

نازی آباد

نهر فیروزآباد در شهر ری

نهر فیروزآباد پیش از کارخانه چیت سازی

فاضلاب تصفیه شده صاحبقرانیه

فاضلاب خام صاحبقرانیه

خواص فاضلاب

7

6

5

4

3

2

1

205 تا 620

300تا 700

100تا 1100

162 تا 200

60 تا 75

200تا 250

مواد معلق بر حسب میلی گرم در لیتر

400تا 900

1000تا 1900

900 تا 3500

1100تا 3800

500تا 600

700تا 900

مجموع مواد جامد بر حسب میلی گرم در لیتر

300تا 750

230تا 550

300تا 1800

80تا 276

35تا 50

150تا 240

BOD برحسب میلی گرم در لیتر

76 تا 120

90تا 226

110تا 5500

30تا 70

15تا 20

60تا 65

COD برحسب میلی گرم در لیتر

6.5تا 8.7

6تا 9

6تا 7.5

7.8تا 8

7.8

7.15تا 7.80

درجه اسیدی pH

 

آزمایش فاضلاب ها :

آلودگی فاضلاب ها بیشتر به واسطه وجود مواد آلی در آنها نمودار میشود مواد آلی موجود در فاضلاب ها ناپایدار بوده و می توان انها را به کمک اکسیژن دهی و اکسیداسیون تبدیل به نیتریت ها و نیترات ها و فسفات ها و غیره کرده وسپس به صورت ته نشین کردن از فاضلاب جدا نمود .تبدیل نامبرده که در ضمن آن مواد ناپایدار آلی تبدیل به مواد پایدار معدنی میگردند. اساس کار و هدف ایجاد پالایشگاههای فاضلاب را در شهرها تشکیل میدهند. برای نشان دادن درجه آلودگی فاضلاب را اندازه گیری میکنند. در ازمایش های تعیین درجه ی آلودگی  معمولا به جای اینکه مقدار مواد آلی موجود در فاضلاب را اندازه گیری کنند مقدار اکسیژن لازم برای اکسیداسیون مواد نامبرده را اندازه گیری کنند. در آزمایشهای تعیین درجه آلودگی فاضلاب نمی توان تمام اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون مواد اکسیدپذیر در فاضلاب را اندازه گیری نمود و اجبارا از روش های تقریبی استفاده نمود.

مهمترین روشهای تعیین درجه الودگی :

الف-تعیین مقدار BOD

از جمله موجودات زنده در فاضلاب دو گروه باکتری هستند که به تصفیه فاضلاب کمک می کنند.گروه نخست باکتری های هوازی هستند که اکسیژن محلول در فاضلاب را جذب میکنند و مواد آلی را یا بصورت تغذیه و یا بوسیله ترشح دیاستازهایی اکسید نموده و به ترکیبات پایدار معدنی تبدیل میکنند.در این فعل و انفعالات گاز  co2تولید و باکتریها افزایش می یابند.گروه دوم باکتریهای بی هوازی هستند که اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه نمکهای موجود در فاضلاب بدست آورده و آنها را احیا میکنند.کار این باکتریها توام با ایجاد گازهایی مانند اسید سولفوریک و متان بوده و لذا این فرایند همراه با تعفن میباشد.

تعیین BOD عبارتست از تعیین مقدار اکسیژن لازمی که باید به فاضلاب داده شود تا باکتریهای هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب را اکسید نموده و به مواد پایدار نظیر نمکهای معدنی تبدیل سازند.لذا مقدار BOD  فاضلاب در زمانهای مختلف تغییر میکند.این تغییرات نه فقط به غلظت مواد آلی فاضلاب به میزان فعالیت باکتریها ,درجه  گرما و شدت درهمی فاضلاب نیز بستگی دارد.

منحنی تغییرات  BOD  _ از لحظه ای که فاضلاب در مجاورت اکسیژن قرار میگیرد جذب اکسیژن توسط و در دو مرحله مختلف به انجام میرسد.

مرحله اول_ اکسیداسیون ترکیبات آلی کربن دار _ این مرحله از نخستین لحظات کار باکتریها شروع شده و در 20 درجه گرما تا مدت  20 شبانه روز ادامه می یابد.در این مرحله کربن موجود در ترکیبات ناپایدار آلی تبدیل به ترکیبات پایدار نظیر CO2 شده و از حوزه عمل خارج میگردد.

مرحله دوم: اکسیداسیون ترکیبات آلی ازت دار _ این مرحله از حدود دهمین روز پس از شروع فعالیت باکتریها آغاز گردیده و مدتهای زیاد ادامه دارد .در طی این مرحله مواد آلی ازت دار تبدیل به نیتریتها و نیتراتها میگردند.در شکل شماره  1_1 منحنی تغییرات BOD  از تاریخ شروع فعالیت باکتریها تا 70 روز پس از آن برای 3 درجه گرمای 9.20 و 30 درجه کشیده شده است.چنانکه از منحنی های نامبرده نتیجه گیری میشود در گرمای 20 درجه قسمت بیشتر اکسیداسیون مربوط به مرحله یکم در پنج روز اول رخ میدهد و پس از 20 روز تقریبا به پایان میرسد.بدین جهت برای نشان دادن درجه آلودگی فاضلاب معمولا  BOD5 را تعیین میکنند که بنابر تعریف عبارتست از :

مقدار میلی گرم اکسیژن که لازم است تا در پنج روز نخست باکتریهای هوازی مواد آلی موجود در یک لیتر فاضلاب را در گرمای 20 درجه اکسید نماید.

تغییرات BOD در مرحله یکم اکسیداسیون برای درجه گرماهای گوناگون و نسبت آنها به BOD5  در گرمای 20 درجه در منخنی های شگل شماره 1-2 نمایش داده شده است.

نمایش ریاضی تغییرات BOD  _ آزمایش نشان میدهد که تغییرات BOD  در مرحله یکم اکسیداسیون مواد آلی کربن دار تقریبا طبق رابطه شماره 1_1 انجام میگیرد.

= (1- )= (1- )            (1_1)

= 0.4343*K              (2_1)

در رابطه 1-1 مقدار  برابر تمام BOD  فاضلاب در مرحله یکم اکسیداسیون و K و  ضرایب ثابتی هستند  که بستگی به درجه گرمای فاضلاب t  داشته و از رابطه 1_2 و 1-3 بدست می آید

= *

مقدار K در20 درجه گرما با کمک آزمایش بدست می آید.مقدار  برای فاضلاب های مختلف بین 0.16 و .7 متغیر است که میانگین آن 0.39 می باشد.

ب–تعیین مقدار COD: دراین روش برای اکسیداسیون مواد آلی و مواد اکسیدپذیر دیگری که درفاضلاب یافت میشود از اکسیدکننده های قوی مانند پرمنگنات پتاسیم و دی کرومات پتاسیم استفاده میشود. درصورتیکه از پرمنگنات پتاسیم استفاده شود وزن اکسیژن درحدود 0.25 وزن پرمنگنات پتاسیم میباشد. عمل اکسیداسیون درصورت استفاده ازدی کرومات پتاسیم بعلت قویتر بودن آن بیشترانجام میگیرد.

کاربرد مواداکسیدکننده برای تعیین درجه آلودگی فاضلاب خیلی آسانتراز روش  BOD میباشدولی باید توجه نمودکه بسته به نوع ماده اکسیدکننده مصرفی ممکن است تمام موادآلی فاضلاب بویژه موادپاک کننده صابونها با این روش کاملا اکسید نشوند و لذا دقت این روش کم است و تنها برای مقایسه ی این فاضلاب در مرحاله های گوناگون تصفیه بکار میروند. محلولی از دی کرومات پتاسیم و اسید سولفوریک نتایج دقیقتری را داده و خیلی نزدیکتر به مقادیرتئوری اکسیژن مورد لزوم میباشد.

علاوه بر مواد اکسید کننده نامبرده از کلر نیز میتوان برای تعیین درجه آلودگی فاضلاب استفاده نمود.برای اکسیداسیون کامل فاضلاب های خانگی تازه مقدار کلر لازم حدود 2 تا 5 گرم برای هر نفر درشبانه روز میباشد.

ج- تعیین TOC: دراین روش ترکیبهای کربندار موجود درفاضلاب اندازه گیری میشود. برای اینکار باید فاضلاب را تا سرحد سرخ شدن سوزانید و گازکربنیک تولیدشده را اندازه گیری نمود.نتایج به دست آمده از اینرو شکه معمولا در دستگاههای ویژه ای انجام میگیردبسته به شکل وشرایط آزمایش کم دقت و متفاوت است.

د- تعیین مقدار مواد معلق در فاضلاب: مواد معلق در فاضلاب قسمتی از کل مواد خارجی موجود درآن میباشد که تعیین آن برای پیش بینی مقدار لجن حاصل از تصفیه ی فاضلا ب اهمیت ویژه ای دارد. تفاوت بین تی او سی اساس مقدار مواد محلول درفاضلاب را نشان میدهد. همانگونه که پیش ازاین گفته شد و درجدول (1-1) دیده میشود ،مقدار مواد معلق به دو صورت ته نشینی پذیر وته نشینی ناپذیر درفاضلاب یافت میشوند. از نظر جنس نیز مواد معلق،یا دارای منشا آلی هستند و لذا ناپایدار میباشند و یامنشا معدنی داشته و پایدارند.

ه- تعیین اکسیژن محلول: مقدار اکسیژن محلول موجود در فاضلا بشهری نمایشگر قدر تصفیه طبیعی و خودبخودی آن میباشد. وجود اکسیژن محلول در فاضلاب موجب فعالیت باکتریهای هوازی و جلوگیری از فعالیت باکتریهای بی هوازی و درنتیجه مانع از تولید بوهای ناخوشایند میگردد. لذا کوشش میشود که مقدار اکسیژن محلول در فاضلاب از 1.5 میلی گرم در لیترکمترنگردد. این موضوع در استخرهای هوادهی فاضلاب بسیار حائز اهمیت میباشد.

اندازهگیری اکسیژن محلول با کمک وارد نمودن برخی از ترکیبات منگنز که قدر تجزیه با اکسیژن آنها سریع و زیاد است درنمونه ی فاضلاب مورد آزمایش و اندازه گیری وزن اکسیژن جذب شده توسط آن انجام میگیرد.

مقایسه روشهای تعیین درجه آلودگی فاضلاب

همچنان که در بیان هر یک از روشهای تعیین درجه آلودگی فاضلاب اشاره شد مقادیر بدست آمده از این روشها نمیتوانند هیچگونه ارتباط دقیقی با هم داشته باشند. هر یک از سه آزمایش بی-او-دی،سی-او-دی،وتی-او-سی نمیتوانند به تنهایی تمام اکسیژن مورد نیاز فاضلاب را (تی-او-دی) تعیین نماید. بسته به نوع مواد خارجی موجود درفاضلاب نسبتا اعداد بدست آمده از سه آزمایش نامبرده متفاوت خواهد بود. به ویژه در مورد تعیین روش سی-او-دی نوع ماده اکسیدکننده ی مصرفی نیز درنتیجه ی بدست آمده بسیار موثر است. مثلا اعداد حاصله از مصرف دی کرومات پتاسیم برای تعیین سی-او-دی به مراتب بیشتر از اعداد حاصله از مصرف پرمنگنات پتاسیم میباشد. بطوری که مقدار عددی سی-او-دی میتواند بزرگتر ویا کوچکتر ازبی-او-دی 5 روزه باشد. در مورد فاضلابهای شهری به ویژه وقتی از دی کرومات پتاسیم استفاده شود،مقدار موادی که میتوانند توسط آن اکسیده شوند بیشتر از موادی است که قابلیت اکسیده شدن توسط باکتریها را دارند لذا غالبا مقدار سی–او-دی بزرگتر از بی-او-دی 5 میباشد. درعمل میتوان بطور تقریبی نسبت سی-او-دی به بی-او-دی5 برای فاضلاب های خام 0.4 تا 0.8 است.

آلودگی فاضلاب های شهری در ایران

همانگونه که در پیشگفتار بدان اشاره شد،منظور ازفاضلابهای شهری در این کتاب فاضلابهای خانگی ناخالص که به اختصار فاضلابهای خانگی نامیده میشود و همچنین فاضلابهای ناشی از بارندگی است. لذا بررسی آلودگی فاضلابهای صنعتی جزو برنامه این کتاب نمیباشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بخش دوم

اصول کلی تصفیه ی فاضلاب (پالایش فاضلاب)

چنانکه در بخش گذشته ملاحضه شد، تفاوت اصلی فاضلاب با آب تمیز همان فراوانی مواد خارجی و به ویژه مواد آلی در آن است. لذا هدف از تصفیه فاضلاب عبارتست از:

الف – گرفتن مواد معلق و شناور از فاضلاب.

ب – اکسیداسیون مواد ناپایدار آلی موجود در فاضلاب و تبدیل آنها به موادی پایدار مانند نیترات ها، سولفات ها و فسفات ها و سپس ته نشین ساختن و جدا سازی مواد.

ج – جداسازی مواد سمی، محلول ها و نامحلول ها از فاضلاب نظیر ترکیب های فلز های سنگین.

د – گندزدائی و کشتن میکروب ها در فاضلاب.

تمام گازهای نامبرده در طبیعت و در مدتهائی نسبتاً طولانی و بالغ بر چندین روز خودبخود انجام می گیرند. هدف از ساختن تاسیسات تصفیه خانه (پالایشگاه) فاضلاب و تکامل دادن آن از یک سو سرعت بخشیدن به کارهای نامبرده و کوتاه نمودن مدت زمان پالایش تا بحدود چند ساعت است و از سوی دیگر جلوگیری از آلوده شدن منبع های طبیعی آب و محیط زیست می باشد.

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:

1) اول – تصفیه ی مکانیکی یا تصفیه ی فیزیکی

2) دوم – تصفیه ی زیستی یا تصفیه ی بیولوژیکی

3) سوم – تصفیه ی شیمیائی

(2-1)

(3-1)

)4-1)

در رابطه های (2-1) تا (2-3) مقدار dقطر ذره بر حسب سانتیمتر، v لزجت سینماتیکی فاضلاب بر حسب سانتیمتر مربع بر ثانیه، وزن مخصوص فاضلاب و ذره بر حسب گرم نیرو بر سانتیمتر مکعب، جرم مخصوص فاضلاب بر حسب گرم جرم بر سانتیمتر مکعب و  نمایشگر لزجت مکانیکی بر حسب گرم نیرو در ثانیه بر سانتیمتر مربع فاضلاب است.

 

حال اگر چنین ذره ای همراه فاضلاب وارد استخری مستطیل به طول L، پهنای B، و عمق H گردد، تحت تأثیر دو سرعت افقی Vhو قائم VSقرار می گیرد. برای رسیدن این ذره به کف استخر به کف استخر لازم است که مدت زمان رسیدن ذره ی معلق به کف استخر یعنی tSبرابر مدت زمان رسیدن آن به انتهای استخر یعنی  thباشد و لذا خواهیم داشت:

 

 

 

[m/s]             (2-4)

 

در رابطه ی (4-2) مقدار Q نمایشگر دبی فاضلاب ورودی به استخر، A سطح افقی آن بوده و Baبار سطحی نامیده می شود. رابطه ی نامبرده نشان می دهد که در صورت کروی و همگن بودن ذرات معلق در فاضلاب، سرعت سقوط آنها از رابطه ی شماره ی (2-3) برابر بار سطحی استخر می گردد. یعنی بار سطحی هیچگونه بستگی به عمق استخر ندارد. اما به علت اینکه در استخرهای ته نشینی عمل ته نشینی به صورت مداوم رخ می دهد، مدت جریان فاضلاب در استخر که به نام مدت زمان توقف فاضلاب معروف است نیز باید در طراحی دخالت داده شده و بقدری باشد که ذرات همگی به کف استخر برسند. لذا از یک سو خواهیم داشت :

(2-5)                                                                                       

از سوی دیگر اگر حجم استخر باشد، خواهیم داشت:

(2-6)                                                                                       

اما در عمل بجز در مورد استخرهای ماسه گیر که تا حدودی شرایط رابطه ی (2-3) در آنها برقرار است، در بقیه ی موارد به دلایل زیر نمی توان برای محاسبه ی سرعت سقوط و ته نشینی ذرات معلق از رابطه ی نامبرده استفاده نمود.

الف – ذرات معلق کروی نیستند و از نظر جنس همگن نمی باشند.

ب – ذرات معلق هر یک مستقلا ته نشین نمی شوند بلکه در حین ته نشینی و به ویژه در اثر به هم چسبیدن و لخته شدن اثر متقلابلی بر هم می گذارند که در سرعت ته نشینی آنها اثر چشم گیری دارد.

ج – هر چه ذرات معلق به کف استخر نزدیکتر می شوند، غلضت فاضلاب افزایش یافته و مقاومت در مقابل حرکت آنها افزوده می شود.

د – سرعت افقی Vhذرات در تمام سطح مقطع استخر یکسان نمی باشد. به عبارت دیگر در منطقه ی ته نشینی از استخری، فاضلاب را می توان به لایه های زیر تقسیم نمود:

اول – لایه ی تصفیه شده ی پروتئین که تقریباً ذرات معلق قابل ته نشینی از آن بیرون آمده و لذا فاضلاب زلال تر گردیده است.

دوم – لایه ای که ذرات معلق فاضلاب در آن به صورت مستقل از هم در حالت ته نشینی هستند و عمل لخته شدن هنوز بین آنها رخ نداده است. در صورتی که عدد رینلدز از رابطه ی (2-1) کوچکتر از یک باشد می توان به طور تقریبی از رابطه ی (3-2) برای تعیین vsو Baاستفاده نمود. در صورتی که عدد رینلدز از یک بیشتر گردد باید با کمک ضریب تصحیحی اثر افزایش مقاومت در برابر حرکت ذره را در رابطه وارد نمود.

سوم – لایه ای که در آن از یک سو غلظت فاضلاب زیاد شده، ذرات معلق مستقلاً سقوط نکرده بلکه با یکدیگر تشکیل لخته هائی را می دهند و در سرعت سقوط یکدیگر تأثیر گذاشته و آن را کند می کنند و از سوی دیگر به علت بزرگتر و سنگین تر شدن ذرات سرعتشان افزوده می شود. محاسبه ی سرعت سقوط ذرات عملاً امکان پذیر نیست و تنها به صورت آزمایشی می توان آنرا اندازه گیری نمود.

چهارم – لایه ای که در آن لخته ها به یکدیگر نزدیک شده و در اثر تراکم و افزایش غلظت مانع از سقوط آزاد یکدیگر شده و به شدت از سرعت ته نشینی آنها کاسته می شود.

با توجه به آنچه گفته شد نتیجه گیری می شود که برای یک مدت زمان ته نشینی مشخص، غلظت فاضلاب ورودی به استخر ته نشینی نسبت به مواد معلق در مقدار درصد مواد ته نشین شده بسیار مؤثر می باشد. منحنی های شکل شماره (2-3) ارتباط نامبرده را به صورت آزمایشی نشان داده است [45,29].

همچنین به صورت آزمایشی اثر مدت زمان توقف فاضلاب در استخرهای ته نشینی در کاهش مقدار مواد معلق قابل ته نشینی، مقدار کل مواد، کاهش درجه ی آلودگی فاضلاب بر حسب BOD5و سرانجام مقدار CODبر حسب پرمنگنات پتاسیم مصرفی اندازه گیری شده و در شکل شماره (2-4) وابستگی های نامبرده نشان داده شده اند [ 26,25,1 ].

 

بررسی هیدرولیکی نوع جریان در استخرهای ته نشینی – بررسی میزان درهمی (توربولانت) و سیلابی بودن جریان فاضلاب در استخرهای ته نشینی با محاسبه ی عدد راینلدز و عدد فرود انجام می گیرد.

عدد رینلدز طبق رابطه ی شماره ی (3-7) نشان دهنده ی درجه ی درهمی در استخر می باشد. اگر استخر ته نشینی را به صورت مجرائی برای گذر فاضلاب در نظر بگیریم و با توجه به اینکه سطح مقطع استخر عامل اصلی در عمل ته نشینی است، خواهیم داشت:0

(2-7)                                                                               

در رابطه ی (2-7) مقدار سرعت جریان افقی در استخر بر حسب متر در ثانیه و  برابر لزجت سینماتیکی فاضلاب که در 10 درجه گرما برابر  متر در ثانیه به توان دو R برابر شعاع هیدرولیکی سطح مقطع استخر بر حسب متر است که از رابطه ی شماره ی (2-8) به دست می آید.

(2-8)                                       

کاهش عدد ریندلز موجب کم شدن درجه ی درهمی و نزدیکتر شدن حالت جریان به حالت جریان آرام گردیده و لذا برای ته نشینی مواد بیشتر مناسب است. عدد فرود از رابطه ی شماره ی (2-9) بدست می آید و نشان دهنده ی حالت تعادل جریان است.

(2-9)                                                                               

هرچه عدد فرود بزرگتر باشد، تغییرات کوچک در سطح فاضلاب زودتر برطرف گردیده و فاضلاب به حالت تعادل برمی گردد. یعنی بزرگ شدن عدد فرود برای ته نشینی مواد بهتر و مناسب تر است. [1]

با توجه به نکات  نامبرده تنها راهی که بتوان همزمان دو عدد Re را کوچک و عدد Fr را بزرگ نمود، کاهش دادن شعاع هیدرولیکی سطح مقطع استخر می باشد. لذا در طرح استخرها و انتخاب ابعاد آنها باید توجه شود که شعاع هیدرولیکی کوچکتر، از نظر بهتر انجام گرفتن عمل ته نشینی مواد برشعاعی بزرگتر برتری دارد.

یگان هایی که در تصفیه خانه ها ویژه ی عمل ته نشینی می باشند عبارتند از حوض های دانه گیر، استخرهای ته نشینی نخستین و استخرهای ته نشینی نهائی.

در حوض های دانه گیر مواد معدنی و سختی از فاضلاب جدا می شوند که وجود آنها موجب مشکلاتی در کار تصفیه خانه مانند سائیدگی پمپها، سخت شدن لجن و فزونی مقدار آن می گردد. در استخرهای ته نشینی نخستین، مواد معلقی از فاضلاب جدا می شوند که فساد پذیر بوده و باید حتماً لجن بدست آمده مورد تصفیه واقع گردد و سرانجام در استخرهای ته نشینی نهائی لجن هائی از فاضلاب جدا می شوند که بسته به نوع و درجه تصفیه ای که برای فاضلاب انجام گرفته ممکن است کاملاً تثبیت شده و یا قسمتی تثبیت شده و قسمتی فسادپذیر باشد.

2-1-3- شناورسازی مواد معلق

در فاضلاب های شهری همیشه مقداری از مواد معلق سبک بوده و دارای وزن مخصوصی کوچکتر از وزن مخصوص فاضلاب می باشند. برای جداسازی چنین موادی باید از روش شناورسازی و بالا آوردن آنها تا سطح فاضلاب در استخر استفاده نمود. چون در شناورسازی مواد نیز مانند ته نشین کردن آنها از نیروی ثقل کمک گرفته می شود. لذا قوانین آن مثلاً استفاده از   رابطه ی استوکس کاملاً مانند روش ته نشین کردن مواد معلق می باشد. مواد سبکی که ممکن است در فاضلاب های شهری یافت شوند عبارتند از چربی های حیوانی، روغن های نباتی و ترکیبات گوناگون نفتی. مقدار مواد نامبرده در فاضلاب های شهری کم و در حدود یک لیتر در شبانه روز برای هر هزار نفر می باشد. [1] و لذا در تصفیه خانه های فاضلاب شهری نیازی به استخر های ویژه ی چربی گیری نبوده و برای جداسازی مواد معلق سبک از استخرهای ته نشینی استفاده      می شود. در صورتیکه بخواهیم استخرهای ته نشینی را از نظر برآورده کردن نیاز به شناورسازی مواد کنترل نمائیم کافیست در رابطه ی شماره ی (2-3) نظر ذرات را برابر 015/0 سانتیمتر فرض نموده وسرعت بالا رفتن مواد را محاسبه نمائیم. [1] چون سرعت بالا رفتن مواد چربی معمولاً بیشتر از سرعت ته نشینی مواد معلق در فاضلاب های شهری است، کنترل نامبرده لازم نبوده و تنها کافیست در استخرهای ته نشینی تصفیه خانه ها مانند شکل (4-23) دستگاه های کف آبگیر پیش بینی شود.

در فاضلاب های صنعتی، فاضلاب کشتارگاه ها و یا فاضلاب رستوران های بزرگ و نظایر آنها غالباً پیش بینی چربی گیر های ویژه لازم است. دمیدن هوا در فاضلاب و خنک کردن آن از عواملی هستند که جداسازی مواد چربی را تندتر می کنند. با توجه به آنچه گفته شد برای محاسبه و طراحی استخرهای شناورسازی مانند استخرهای ته نشینی از پارامترهای بار سطحی و مدت زمان توقف استفاده می شود.

2-2- تصفیه ی زیستی یا تصفیه ی بیولوژیکی

در طبیعت بین نمک های معدنی نظیر نیترات ها، فسفات ها، سولفات ها،.... و ترکیب های آلی نظیر پروتئین، انواع اسید های آلی، الکل و غیره سیکل بسته ای به صورت زیر وجود دارد:

مواد معدنی برابر شکل شماره ی (2-5) با گرفتن گرمای ناشی از تابش خورشید توسط موجودات گیاهی جذب و تبدیل به مواد آلی می گردند. در این کنش و واکنش معمولاً گیاهان اکسیژن آزاد می سازند. این پدیده ی بنام، فتوسنتز نامیده می شود. در مقابل حیوانات و از جمله باکتری ها با جذب اکسیژن مواد آلی ناپایدار را تبدیل به مواد پایدار معدنی نموده و دوباره به طبیعت بازمیگردانند. در ضمن این اکسیداسیون گرما نیز تولید می گردد. در اینجا لازم به تذکر است که قسمتی از مواد آلی جذب شده از طرف حیوانات (باکتری ها) و همچنین قسمتی از مواد معدنی جذب شده توسط گیاهان صرف خودسازی و تکثیر مثل آنها می گردد.

به عنوان مثال می توان رابطه ی شماره (2-10) که بطور تقریبی کنش و واکنش لازم برای تولید گولوکز را نشان می دهد نام برد [41,1].

(2-10)

در یک تصفیه خانه ی فاضلاب هرگاه تصفیه ی مکانیکی برای کاهش آلودگی فاضلاب کافی نباشد، از کار موجودات زنده ای بنام باکتریهای هوازی و یا بی هوازی برای ادامه ی تصفیه ی فاضلاب یاری می گیرند. کار یگان های تصفیه ی زیستی در تصفیه خانه همانا تشدید عملی است که به طور خود بخودی 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 باکتریهای هوازی و بی هوازی جزو گروه باکتریهای ساپروفیت هستند که مواد غذائی خود را برخلاف باکتریهای انگلی از اجساد و پس مانده ی موجودات زنده تامین می کنند و بهمین دلیل این دسته از باکتریها کارگران تصفیه خانه ی فاضلاب نامیده می شوند

.

شکل (2-6) – شکل عمومی سلول یک باکتری

سلول باکتریهای مورد گفتگو به بزرگی حدود یک تا پنج میکرون بوده و مانند شکل (2-6) از یک هسته و پلاسما که بوسیله ی پوسته ی سلولزی احاطه شده تشکیل می شود. روی پوسته ی نامبرده را پوسته ای لزج مانند می پوشاند. حدود 8/0 بدن باکتری از آب و بقیه ی آن از مواد آلی و معدنی تشکیل شده است. [23,1]

همانند سایر میکروارگانیسم ها، درجه ی گرما و درجه ی اسیدی (pH) فاضلاب و نیز مقدار اکسیژنی که به صورت مولکولی و محلولی ویا به صورت اتمی در ترکیبات گوناگون موجود در فاضلاب یافت می شوند. در مرگ و زندگی و شدت فعالیت این باکتریها نقش اساسی را ایفا می کنند. با افزایش درجه ی گرما فعالیت باکتری ها فزونی یافته و به ازای هر ده درجه ی سانتیگراد این فعالیت تقریباً دو برابر می گردد. باکتریها محیط اسیدی پایین تر از pH=4و محیط قلیایی بالاتر از ph=9.5را نمی توانند تحمل کنند. مناسبترین درجه ی اسیدی برای زندگی و رشد باکتری ها بین 5/6 تا 5/7 درجه است. در هر صورت تغییر ناگهانی درجه ی اسیدی فاضلاب در کاهش فعالیت و حتی مردن باکتری ها اثری چشم گیر دارد.

با توجه به آنچه که گفته شد برای بررسی بیشتر در تصفیه ی زیستی باید نخست آنرا به دو نوع زیر تقسیم نمود:

1) – تصفیه ی زیستی با کمک باکتریهای هوازی

2) – تصفیه ی زیستی با کمک باکتریهای بی هوازی

 

2-2-1 تصفیه ی زیستی با کمک باکتریهای هوازی

اساس کار در این روش تصفیه، رسانیدن اکسیژن به فاضلاب است. با اکسیژن محلول در فاضلاب تکثیر مثل باکتری های هوازی شدت یافته و این باکتری ها بر اطراف ذرات و قطعات کوچک تشکیل شده از مواد الی موجود در فاضلاب نشسته و تولید لخته هایی را می نماید.

این لخته ها که هزاران باکتری هوازی را با خود حمل می کنند در روشهای گوناگون تصفیه زیستی

نقش مهمی را ایفا می کنند.لخته های نامبرده یا به صورت معلق و شناور در فاضلاب می مانند (مانند استخر های هوا رسانی) یا بر قطعات قلوه سنگ می نشینند (مانند صافی های چکنده).

در صورت هوارسانی کامل و رسیدن اکسیژن کافی به فاضلاب،تکثیر مثل و افزایش تعداد این باکتر ها تا حدی فزونی می یابد که مواد آلی موجود در فاضلاب کفاف تغذیه آنها را نداده، مرگ و میر در آنها بروز کرده و تعداد آنها بسته به مقدار مواد آلی در فاضلاب تقریبا ثابت مانده و یک نو ع حالت تغادلی بوجود می آید. برای اینکه تمام مواد آلی موجود در فاضلاب به مصرف باکتری ها رسیده و تعداد آنها به حداکثر ممکن برسد لازم است که کمبود اکسیژن محلول در فاضلاب مرتباً برطرف شده و بازیابی اکسیژن توسط فاضلاب در مدتی کوتاه امکان پذیر باشد.برای رسیدن به این هدف باید سطح تماس فاضلاب با هوا افزایش شابد.این کار ممکن است با کمک دمیدن هوا در فاضلاب و یا ایجد تلاطم در سطح  آن رخ دهد.اینگونه هوادهی در استخر های هوارسانی انجام می گیرد. یا اینکه یا چکانیدن فاضلاب روی قلوه سنگهلی طبیعی و یا مصنوعی آنرا در مجاورت هوا قرار داد. این روش در صافی چکنده مورد استفاده قرار میگیرد.همچنین می توان فاضلاب را به صورت لایه های روی بسترهای ماسه ای (مانند صافی ماسه) وسا زمین های غیر کشاورزی و یا کشاورزی پخش نمود.

ضریب جذب اکسیژن (α)1-یک متر مکعب هوا در صفر درجه گرما و فشار 760 میلیمتر جیوه (یک اتمسفر) وزنی برابر 1294گرم دارد این حجم هوا دارای 4/209 لیتر اکسیژن مولکولی به وزن 300 گرم می باشد.در شرایط متعارفی معمولاً وزن یک متر مکعب هوا را حدود 1250 گرم و و وزن اکسیژن آنرا حدود 280 گرم فرض می کنند.

در یگانهای تصفیه زیستی نمی توان از تمام اکسیژن موجود در یک متر مکعب هوای داده شده به فاضلاب استفاده نمود و مقدار اکسیژن قابل استفاده در روش های گوناگون تفاوت می کند مقدار اکسیژنی که از یک متر مکعب هوا می تواند جذب فاضلا شود تابعی از مقدار اکسیژن فاضلاب نسبت به حالت اشباع آن و ضریب جذب اکسیژن سیستم یعنی α.

اگر وزن تمام اکسیژنی که در یک شبانه روز با کمک هوادهی به فاضلاب وارد می شود با ocو مقدار کیلوگرم اکسیژن که توسط فاضلاب جذب می شود با ovنشان داده شود خواهیم داشت:

 

در رابطه ی (2-11) مقدار cs نشان دهنده ی میلی گرم در لیتر اکسیژن محلول در فاضلاب در حالت اشباع خود و cxمیلی گرم در لیتر اکسیژن محلول و موجود در فاضلاب درحالت هوادهی و α ضریب جذب اکسیژن به وسیله فاضلاب است.بنابراین اکن فیلدر2α به وسیله رابطه شماره ی     (2-12) نمایش داده شده و تابعی است از نوع فاضلاب و روش هوادهی و نو ع هواده مورد استفاده و مقدار آن بین 5/0 تا یک متغیر است.

 

منحنی های شکل شماره ی (2-7) وابستگی α را به نوع فاضلاب و شدت درهمی آن نشان می دهد  ضریبی است که نشان دهنده ی فشار اتمسفری است.

مقدار آن برای سطح دریای آزاد برابر یک و به ازاء هر یکهزار متر افزایش ارتفاع 1/0 از آن کاسته می شود.

1) مواد غذایی باکتری های-باکتری های هوازی برای بدست آوردن انرژی لازم جهت ادامه ی زندگی خود علاوه بر اکسیژن و مواد الی کربن دار که با BOD  مشخص می شوند نیاز به مواد آلی ازت دار و فسفردار نیز دارند.مقدار ازت و فسفر مورد نیاز باکتریها به ترتیب حدود 5 و 6/1 درصد مقدار BOD می باشد.نیاز باکتری ها به مواد دیگری مانند سدیم، کلسیم، پتاسیم و منیزیم  کمتر بوده و مقدار آنها به ترتیب 4/0 ،4/0 ،2/0 و 3/0 درصد مقدار BOD  می باشد [4 ,1]

 

 

در فاضلاب هاب شهری مقدار مواد آلی کربن دار از نسبته های نامبرده بیشتر ولی غالباً در فاضلاب کار خانه ها، بر عکس مقدار ترکیبات ازت دار و فسفر دار از نسبتهای نامبرده کمتر می باشند.لذا برای بالا بردن بازده یگانهای تصفیه زیستی فاضلاب کارخانه ها،افزودن مواد ازت دار و فسفردار و حتی گاهی مخلوط نمودن آنها با فاضلاب خانگی بسیار با فایده می باشد،اما این کار باید مبتنی بر نتایج آزمایشگاهی باشد.

در اینجا لازم به ذکر است که هدف از تصفیه ی فاضلاب تنها تبدیل مواد آلی ناپایدار به مواد تثبیت شده ی معدنی نیست. بلکه باید این  مواد را از آن جدا نمود.چنانکه بعداً خواهیم دید جدا نکردن موادی که خاصیت کودی دارند موجب می شوند تا منابع طبیعی که فاضلاب تصفیه شده به انها وارد می گردد. محل مناسبی برای رشد گیاهان آبزی مانند آلکها و جلبکها گردیده و دوباره آلوده کردند.

با توجه به مرحله های دو گانه به اکسیداسیون ترکیبات هالی مه در موقع شناسایی BOD در بخش اول به آن اشاره شد، ملاحظه می شود که تولیدات مواد کودی (نیتریتها ، نیتراتها، فسفات ها و ...) بیشتر در مرحله  ی دوم رخ می دهد ولذا برای جداسازی انا در تصفیه خانه ها لازم است لجن حاصل را حتی اگر تثبیت هم شده باشد از فاضلاب جدا نمود.

2) بــار حجمــــی- بار حجمی عبارتست از مقدار فاضلابی که در واحد زمان بر یک متر مکعب از حجم یک واحد تصفیه خانه وارد می آید.حجم یگانهای تصفیه زیستی باید به اندازه ای باشد که هوا بتواند به خوی بین لخته های دارنده ی باکتریها جریان یابد.یعنی بار حجمی یک واحد تصفیه زیستی اولین عددی است که در طرح باید به آن توجه نمود.

با توجه به به اینکه برای تعیین بار حجمی،تکیه بر مقدار فاضلاب،به علت نوسانهایی که دارد و نیز به علت تغییر غلت و درجه ی آلودگی آن در ساعت عای گوناگون مشکل می باشد،معمولاً برای تعیین بار حجمی یک واحد تصفیه ی زیستی از مقدارکل    BOD موجود.در فاضلاب شهر استفاده می شود. البته باید اثر یکانهای دیگر تصفیه خانه را که پیش از واحد تصفیه ی زیستی قرار دارند در این محاسبه دخالت داد.

3) روشهای تصفیه زیستی: با کمک باکتریهای هوازی را می توان به سه گروه تقسیم نمود:

الف ــ روشهای طبیعی تصفیه زیستی ــ این روشها براساس استفاده از قدرت تصفیه ی خودبه خودی منابع طبیعی نشده به دریاها ، دریاچه ها، رودخانه ها و سرانجام منابع آب زیرزمینی. چون در این روشه همزمان از تصفیه های فیزیکی و زیستی استفاده می شود و خود از اهمیت ویژه ای برخوردار است لذا گفتگو درباره ی آن به بعد موکول می گردد.

ب ـــ روشهای نیمه مصنوعی تغذیه ی زیستی ـــ این روشها که معمولاً جاگیری زیاد و مساحت بزرگی از زمین را جهت تضفیه ی زیستی لازم دارند، گسترش همان تصفیه ی طبیعی هستند. روشهایی را که می توان جزو این گروه دانست عبارتنداز: پخش فاضلاب در زمینهای کشاورزی،پخش فاضلاب در زمینهای نفوذ پذیر و ایجاد دریاچه های مصنوعی کم عمق که فاضلاب در اثر توقف در آنها و در مجاورت هوا کم کم مورد تصفیه طبیعی قرار می گیرد.حالت خاصی از این گونه دریاچه ها آنهایی هستند که برای تربیت و تولید ماهی بکار می روند.

ج ـــ روشهای مصنوعی تصفیه زیستی ـــ در این روشها با کمک وسایل مکانیکی و ایجاد ساختمان های ویژه ای مقدار کافی هوا و اکسیژن در فاضلاب وارد می سازند تا تصفیه ی زیستی سرعت بیشتری یافته و در نتیجه، نیاز به زمان و جای کمتری باشد. مهم ترین روش های مصنوعی تصفیه زیستی فاضلاب عبارتنداز: استفاده از استخر های هوا رسانی و یا تصفیه با کمک لجن فعال و کاربرد صافی های چکنده، بسته به مقدار بارگذاری روی واحد حجم دستگاه و بازده سیستم تصفیه زیستی یعنی درصد کاهش آلودگی فاضلاب،تمام  روشهای نامبرده در بند ب و ج می توانند بصورت تصفیه ی کامل یعنی با بازدهی 80 تا 90 درصد کاهش  BOD5 ویا بصورت تصفیه ی ناقص یعنی با بازدهی کمتر از 80 درصد کار کنند.

4)استفاده از اکسیژن خالص ـــ روش استفاده از اکسیژن خالص یک روش مصنوعی تصفیه ی زیستی است که در آن به جای دمیدن هوا به فاضلاب، مستقیما اکسیژن خالص در آن دمیده می شود. اکسیژن خالص نخست به صورت مایع در ظرفی نگهداری شده و در موقع کاربرد به صورت گاز در فاضلاب دمیده می شود. استفاده از اکسیژن خالص بسیار موثرتر از هوا بود، از حجم سیستم کاسته و سرعت رشد و فعالیت باکتریها را می افزاید. درمقابل تهیه ی اکسیژن خالص و کاربرد آن در تکنولژی برتر و دقیقتری را ایجاب کرده و اداره ی تصفیه خانه افراد ماهر بیشتری را نیاز دارد.

2-2-2- تصفیه ی زیستی با کمک باکتریهای بی هوازی

در صورتی که به فاصلاب اکسیژن نرسد باکتریهای هوازی فعالیت و رشد و نمو خود را از دست داده و در عوض باکتریهای بی هوازی فعالیت خود را شروع می کنند.

کار این باکتریها بر این اساس است که اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه ی مواد آلی ومعدنی موجود در فاضلاب بدست آورند و به عبارت دیگر این باکتریها بر خلاف باکتریهای هوازی مواد نامبرده را احیا می کنند.در نتیجه این فعالیت تجزیه ی مواد آلی ناپایدار و تیدیل آنها به نمک های معدنی پایدار و نیز گازهایی از قبیل هیدروژن سولفوره ، گاز متان ، گاز کربنیک و گاز ازت می باشد.

تولید گازهای نامبرده به ویژه گاز هیدروژن سولفور موجب می شود که بوی نا خوشایند آنها محیط  زیست را به شدت آلوده سازد. لذا این روش را به نام روش تعفن نیز می نامند.به همین جهت موارد استفاده از باکتریها بی هوازی برای تصفیه فاضلاب برای حاوگیری از آلوده شدن محیط زیست تصفیه خانه ها محدود است. مهم ترین کاربرد روش استفاده از باکتریهای بی هوازی در مخزنهای سر بسته ی هضم لجن می باشد و تنها در تصفیه خانه های بسیار کوچک مانند انباره های تعفن (سپتیک تانک و ایعهف تانک)  از روش تعفن برای تصفیه ی فاضلاب هم استفاده می شود. گذشته از موارد نامبرده همیشه در تصیفه خانه ها کوشش می شود تا با رسانیدن هوا و اکسیژن به فاضلاب خانگی رخ می دهد و نیز در لجن ته نشین شده در کف دریاچه ها نیز باکتریهای بی هوازی فعالیت بی هوازی فعالیت می کنند.

هضــــم لجـــن ـــ لجن تازه از نظر حجمی حدود یک درصد کل فاضلاب را در بر می گیرد ولی تصفیه ی آن بسیار پر هزینه و پیچیده است. هزینه ی تاسیسات هضم لجن گاهی حدود نصف تمام هزینه ی یک تصفیه خانه را در بر می گیرد. غلیظ نمودن لجن و گرفتن آب اضافی آن کار تصفیه را آسان می سازد. هضم لجن که در اثر تعفن و کار باکتری های بی هوازی است در دو مرحله ی تخمیر اسیدی و تخمیر متانی انجام می گیرد.

مرحله اول ـــ تخمیر اسیدی ـــ در مرحله ی اول لجن تازه که دارای رنگی زرد مایل به خاکستری و از نظر درجه ی اسیدی تقریباً حالت خثنی دارد شروع به تعفن نموده، درجه ی اسید ی ان به 5 و حتی به 4 می رسد و محیط آن به شدت اسیدی می شود.انجام دهنده ی این واکنش و واکنش ها گروهی از باکتریها ی بی هوازی هستند که به نام باکتریهای بی هوازی اسیدی نامیده می شوند. در این مرحله بیشتر ترکیبات آلی کربن دار مورد تجزیه فرار می گیرند و بر مواد آلی ازت دار کمتر تاثیر گذارده می شود لذا از این نظر شباهتی بین این دو مرحله با دو مرحله تصفیه زیستی با کمک باکتریهای هوازی موجود است. همچنین در ضمن این فعل و انفعال برخی مواد پروتئینی تبدیل به اسید های آلی و گاز h2s  می شوند.

لجن حاصل از این مرحله بسیار بدبو و چسبنده است ، به سختی ته نشین می شود  به سختی آب خود را از دست می دهد. اگر این به حال خود گذارده شود ، در گرمای 15 درجه مدت 6 ماه طول می کشد تا مرحله ی دوم هضم لجن شروع شود. افزایش درجه ی گرما مدت زمان نامبرده را بشدت کاهش می دهد .

مرحله دوم ــ تخمیر متانی یا تخمیر قلیایی ــ این مرحله با فعالیت گروه دیگری از باکتری های بی هوازی که بنام باکتری های بی هوازی متانی نامیده می شوند شروع می گردد. لجن در این مرحله حالت خنثی تا کمی قلیایی با درجه  اسیدی 7 تا 5/7 و این محیطی است که باکتریها ی تولید کننده ی گاز متان به خوبی در آن زندگی می کنند.در مرحله ی دوم هضم لجن علاوه بر ترکیبهای آلی کربن دار  ترکیبهای آلی ازت دار  نیز تجزیه می شوند و مقدار زیادی گاز متان ( ch4)، گاز کربنیک (co2 ) و کمی گاز ازت ( n2) تولید می گردد.[17] مقدار کل گازی که از تجزیه های نامبرده بدست می آید بستگی به درجه ی گرمای لجن دارد. شکل شماره ی (4-47) این وابستگی را نشان می دهد. نسبت گاز متان بدست آمده از هضم لجن فاضلاب شهری 65 تا 70 درصد و گاز کربینک 35 تا 30 درصد کل گاز تولید شده می باشد.[17, 10]

منحنی شکل (4-47) نشان می دهد که یک کیلوگرم ماده ی خشک آلی که به صورت لجن وارد منبع هضم لجن می شود چند لیتر گاز تولد می کند [10 , 6] چنانکه ملاحظه می شود افزایش درجه ی گرما علاوه بر کوتاه کردن مدت زمان هضم لجن بر مقدار گاز تولید شده نیز می افزاید.

باکتریهای بی هوازی که در فرآیند هضم لجن فعالیت دارند از نقطه نظر گرمای مناسب جهت زندگی آنها به دو گروه تقسیم می شوند. باکتریها ی گرما دوست که درجه ی گرمای 40 تا 60 درجه ی برای زندگی آنها مناسب است و باکتریهای معمولی که در گرمای 20 تا 40 درجه بهتر زندگی میکنند . منحنی های شکل شماره ی (2-8) تعییرات زمان هضم لجن را با درجه ی گرما مناسب برای این دو گروه باکتری نشان می دهد.

 

در تکنیک هضم لجن کوشش می شود که مرحله اسیدی زود گذر باشد و فرآیند هضم لجن بیشتر به صورت متانی و در حالت قلیائی انجام گیرد.برای این کار باید به لجن خام وارد مقداری لجن هضم شده اضافه نمود. باکتریهای متانی خیلی در برابر تغییر ناگهانی درجه ی گرما  حساسند. در صورت کاهش ناگهانی گرمای منبع هضم لجن، اختمال برگشت حالت متانی به حالت اسیدی و کاهش مقدار گاز تولیدی زیاد است. همچنین وجود مواد سمی ناشی از نمک های برخی فلزها تمرکز آمونیاک و یا منیزیم در لجن نیز ممکن است موجب برگشت به حالت اسیدی شود.

گاز متان بدست آمده از هضم لجن دارای خاصیت سوزندگی زیاد و حتی کمی بیشتراز قدرت سوزندگی گاز طبیعی ویژه ی سوخت در شبکه های پخش گاز شهری می باشد.لذا از این گاز در تصفیه خانه ها ی کوچک و متوسط برای گرمایش تصفیه خانه و به ویژه گرم نمودن منبعهای هضم لجن استفاده می شود.

لجنی که مرحله ی هضم متانی آن انجام شده باشد دارای رنگ قهوه ای مایل به سیاه است ، بوئی شبیه بوی خاک مرطوب را می دهد و لذا تولید ناراحتی نمی کند، به خوبی آب خود را از دست می دهد و حجم آن به صورت چشم گیری کم گشته و خاصیت چسبندگی آن ناچیز و مقدار موجودات زنده در آن کاسته شده است.

همانگونه که در شناسائی BOD  میان شد ، اکسیداسیون مواد آلی فاضلاب در حالت هوازی در دو مرحله انجام می گیرد. مرحله ی اول مربوط به اکسیداسیون مواد آلی کربن دار بوده که از نخستین لحظه ی قرار گرفتن فاضلاب در مجاورت اکسیژن شروع و تا روز بیستم ادامه دارد و مرحله ی دوم مربوز به اکسیداسیون مواد آلی ازت دار است که از حدود روز دهم شروع شده و مدتها (حدود دو سه ماه) ادامه خواهد یافت.

نتیجه ی کار باکتریها در مرحله ی دوم اکسیداسیون تولید نمکهای معدنی نیتریتها و نیتراتها می باشد و لذا این مرحله به نام نیترات سازی نامیده می شود. باکتریهائی که در مرحله ی دوم روی مواد آلی ازت دار تاثیر می کنند یک خانواده ی ویژه ای از باکتریهای بی هوازی می باشند.

وجود ترکیبات نیتراتها در فاضلاب تصفیه شده گرچه به علت پایدار بودن انها دلیل آلودگی فاضلاب تصفیه شده نمی باشند ولی به علت اینکه خاصیت عذایی زیادی دارند موجب می شوند که ورود آنها به منبع های طبیعی آب ، رشد و تکثیر گیاهان آبزی مانند جلبکها و آلکلها به شدت افزایش یابند. به عبارت دیگر با کمک نور خورشید و عمل فتوسنتز و فعالیت میکرو ارگانیسمهای مختلف ، مواد معدنی نامبرده دوباره تبدیل ه مواد آلی گیاهی می گردند. مرگ نابودی این گیاهان آبزی موجب آلودگی دوباره ی منبع های طبیعی آب می شود.لذا در تصفیه خانه های فاضلاب شهری نباید تنها به تبدیل مواد آلی ازت دار به مواد معدنی (نیترات سازی) اکتفا نمود بلکه باید به گونه ای این ترکیبات ازت دار را از فاضلاب دور ساخت.این کار به نام نیترات زدائی نامیده می شود. در تصفیه خانه های فاضلاب که با روش هوادهی کار می کنند معمولاً حدود 5تا 10 درصد از کل ترکیبات ازت دار موجود در فاضلاب توسط لجنی که از استخرهای ته نشینی نخستین برداشت می شود و حد.ود 10 تا 20 درصد توسط لجن بدست آمده از استخرهای ته نشنی نهائی کاسته می شود. [4]

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 آنها باید با کمک استخرهای ویژه ای کار نیترات زدائی انجام گیرد. در این استخرها با کمک خانواده ی ویژه ای از باکتریهای بی هوازی و با احیاهای پی درپی ،نخست نیترات به نیتریت و سپس ته گاز ازت  تبدیل شده از حوزه ی عمل بیرون می رود.(ازت زدائی) این فرآیند ممکن است گاهی در استخرهای ته نشینی نهائی که مدت زمان توقف فاضلاب در آنها زیاد انتخاب شده باشد نیز خود به خود رخ دهد.در این صورت بیرون آمدن گاز ازت موجب بالا آمدن دوباره ی لخته های لجن به سطح استخر شده، عمل ته نشینی را مختل می سازد.

علاوه بر روش زیسستی نامبرده می توان با روش هایی شیمیائی و تعویض بن نیز گاز ازت را از فاضلاب بیرون آورد ولی کلیه ی این روشها به علت پیچیدگی و هزینه ی فراوان در تضفیه خانه های فاضلاب شهری به ندرت مورد استفاده قرار میگیرند.همچنین می توان طبق رابطه ی (2-16) با کمک کلر و رسیدن به نقطه ی شکست آن طبق منحنی شکل شماره ی (2-10) 80 تا 95 درصد کل ازت موجود در فاضلاب را به صورت گاز ازت از حوزه ی عمل بیرون نمود [4,2]

2-3- تصفیه ی شیمیائـــــــــــی

اساس کار در تصفیه ی شیمیائی بر کاربرد مواد شیمیائی در تصفیه فاضلاب قرار دارد در تصفیه خانه های فاضلاب مواد شیمیائی را می توان برای تاثیر گذاردن روی مواد خارجی نامحلول ،کل شدی،یا مواد محلول در فاضلاب بکاربرد علاوه بر این می توان از مواد شیمیائی برای گند زدائی و کشتن میکروبهای موجود در فاضلاب استفاده نمود. تا کنون روشهای متداول در تصفیه شیمیائی بجز روش گند زدائی کمتر در تصفیه خانه های فاضلاب شهری مورد استفاده قرار می گرفته است و بیشتر این روشها در تصفیه ی فاضلاب های صنعتی بکار رفته است. اما به علت استفاده ی روز افزون ازمواد شیمیائی در زندگی روزمره و ورود این مواد به فاضلابهای شهری مساله تصفیه ی شیمیائی در تصفیه خانه های فاضلاب شهری نیز کم کم مورد توجه قرار می گیرد.

 

2-3-1- استفاده از مواد شیمیائی برای تاثیر روی مواد خارجی محلول در فاضلاب

 

مهم ترین مواردی که از مواد شیمیائی برای تاثیر روی مواد خارجی محلول در فاضلاب استفاده می شود عبارتند از:

الف ــ خنثی سازی ــ همچنانکه در تصفیه  زیستی ملاحظه شد. درجه ی اسیدی فاضلاب در میزان فعالیت باکتریها اثری چشم گیر دارد.در صورتی که فاضلاب در موقع ورود به تصفیه خانه ی درجه ی اسیدی کمتر از 5/6 و یا بیشتر 5/8 داشته باید نخست با افزودن اسید یا باز به فاضلاب حالت خنثی دهند. فاضلابهای شهری بر خلاف فاضلاب های صنعتی به علت اینکه حالتی تقریباً خنثی دارند نماز به عمل خنثی سازی ندارند.

ب ــ اکسیداسیون ــ گاهی از مواد شیمیائی اکسید کننده برای پایدار نمودن و جداسازی مواد خارجی محلول در فاضلاب استفاده می شود.در تصفیه خانه های فاضلاب  شهری معمولاً این کار به عهده ی باکتریهای هوازی گذارده می شود. تنها در مورد کاربرد کلر چنان که بعدا خواهیم دید. از آن برای جداسازی ازت نیز استفاده می شود.

ج ــ احیا ــ برای تجزیه مواد خارجی محلول در فاضلاب مانند آنچه در قسمت نیترات زدائی گفته شد می توان از مواد شیمیائی و روش تعویض سن بجای باکتریها برای احیا و جدا سازی ازت و نظایر آن استفاده نمود.

د ــ تعویض سن ــ برای تبدیل مواد خارجی محلول به مواد خارجی نامحلول و آماده سازی آن مواد برای ته نشینی می توان از مواد شیمیائی کمک گرفت.

 

 

 

2-3-2 استفاده از مواد شیمیائی باری تاثیر مواد خارجی نامحلول در فاضلاب

مهم ترین روشهایی که با کمک مواد شیمیایی برای جداسازی مواد معلق موجود در فاضلاب استفاده می شئذ عبارتنداز:

الف ــ انعقاد یا لخته سازی ــ هدف از انعقاد یا لخته کردن عبارتست از اینکه با کمک مواد شیمیائی ،مواد معلق سبک و به ویژه مواد نیمه محلول و کلوئیدی شکل را به صورت لخته ها و قطعات بزرگی درآورده تا دز اثر وزن خود ته نشین شوند. به عبارت دیگر انعقاد عملی است تشدید کننده ی عمل ته نشینی در تصفیه مکانیکی، مهم ترین مواد منعقد کننده در فاضلاب عبارتند از پلی الکترولیتها، سولفات و هیدارت  آلومینیوم، سولفات ، کلرور و هیدارت  دو و سه ظرفیتی آهن ،خاک رس و آب آهک ، افزودن مواد منعقد کننده به فاضلاب مقدار لجن بدست آمده در استخرهای ته نشینی را دو تا سه برابر افزایش می دهد و در نتیجه حجم منبع های هضم لجم افزایش می یابند. به علاوه لجنی که با کمک مواد شیمیائی تهیه می شود گاز بیشتری تولید می کند. به عبارت دیگر افزودن مواد منعقد کننده درجه ی تصفیه ی فاضلاب را افزایش داده و مانند آنست که یک تصفیه زیستی ناقص نیز انجام گرفته باشد.

دستگاه های اضافه کننده ی مواد شیمیائی به فاضلاب ـــ نخست محلول رقیق شده از ماده ی مورد نظر را با آب تهیه کرده و سپس آن را طبق نتایج آزمایشگاهی با نسبت از پیش تعیین شده به فاضلاب می افزایند. چون مقدار مصرف مواد منعقد کننده با درجه ی اسیدی (ph) فاضلاب بستگی دارد،دستگاههای خود کاری ساخته شده که پس از تعیین مداوم درجه ی اسیدی فاضلاب مقدار ماده ی منعقد کننده ی مصرفی را تغییر می دهد.استفاده از مواد منعقد کننده بیشتر برای فاضلاب های صنعتی و یا فاضلاب شهرهایی که موسسات صنعتی فراوانی در خود دارند مناسب است و در این صورت گاهی از تصفیه زیستی نیز صرف نظر می گردد.

ب) ـــ شناور سازی ـــ برعکس عمل لخته سازی می توان برای تشدید عمل جداسازی مواد سبک موجود در فاضلاب از مواد شیمیایی استفاده نمود.این مواد شیمیایی موجب می شوند که ذرات هوا متعلق فاضلاب چسبنده، وزن مخصوص آنها را کاهش داده و موجب افزایش سرعت بالا روندگی آنها شود. در این روش معمولا مواد متعلق در فاضلاب به صورت کف در سطح استخر نمودار می گردند.

روش شناور سازی نیز در فاضلاب های صنعتی بکار می رود و استفاده از اینگونه مواد شیمیادی در فاضلاب شهری معمول نمی باشد. گاهی از این روش برای بازیابی دوباره ی مواد با ارزشی که همراه پساب کارخانه ها تلف می شوند نیز استفاده می شود.

ج ــ جذب سطحی ــ برخی از مواد شیمیایی مانند کربن فعال به علت خاصیت جذب سطحی زیاد می توانند ذرات معلق و کلوئیدی موجود در فاضلاب را جذب کنند. استفاده از اینگونه مواد در صافی های ماسه ای به ویژه باری رنگ زدائی پساب برخی از کارخانه ها مفید می باشد.

2-3-3- گند زدائــــی

برای گند زائی تقریبا تنها روش اقتصادی استفاده از کلر است. کلر بلافاصله پس از ورد به آل تجزیه شده و آسید هیپوکلروس و بین اکسید کلر تولید می نماید
(2-13)                               
CL- HOCL H                                                                   CL2 H20

(2-14)                                  OCL- H                                                                                        HOCL

خاصیت گند زدائی اسید هیپو کلروس بیشتر از این اکسید کلر می باشد.نسبت تبدیل کلر به اسید هیپوکلروس و ین اکسید کلر تابعی است از درجه ی اسیدی و درجه ی گرما فاضلاب این وابستگی در منحنی های شکل شماره ی (2-9) نمایش داده شده است پس از تجزیه ی

 

 

نامبرده و به علت وجود موادی اکسید پذیر مانند آهن ، منگنز ، اسید سولفوریک (H2S) و مواد آلی در فاضلاب، نخست قسمتی از کلر صرف اکسیداسیون مواد نامبرده شده ، تولید کلرورهای گوناگونی را میکند که اثر کشنده ای بر باکتریها نداشته و به علت ثبات آنها کلر آنها آزاد نمی باشد. سپس کلر روی ترکیبات ازتی به ویژه آمونیاک تاثیر گذاشته و به تدریج و بسته به درجه ی اسیدی فاضلاب کلرامینهای مختلفی را تولید می نماید.

(مونو کلرامین)    NH2Cl H2O                                                              NH3 HOCl

(دی کلرامین)   NHCl2 H2O                                                                 NH2Cl HOCl

(تری کلرامین) NCl3 H2O                                                                        NHCl2 HOCl

 

برابر رابطه های تعادلی نامبرده کلرامین ها می توانند دوباره تبدیل به اسید هیپوکلروس شده و لذا قادرند به کندی بر باکتریها اثر کرده آنها را نابود سازند. پس از این اگر بازهم کلر به فاضلاب افزوده شود قسمتی از آن باقی مانده که بر آنزیم موجودات زنده اثر کرده، آنها را می کشد.

منحنی شکل شماره (2-10) مرحله های گوناگون تاثیر کلر را در فاضلاب نشان می دهد. قسمت OA مقدار کلری را نشان می دهد که صرف تولید کلرور ها شده و از حوزه ی عمل بیرون رفته است    AB نمایشگر کلری است که به مصرف تولید کلرامینها می رسد.در فاصله B تا C کلر در اثر خاصیت اکسید کنندگی خود طبق رابطه هاس (2-15) و (2-16) بر قسمتی از کلرامین اثر کرده آنرا اکسید می کند و لذا از مقدار کلر موثر در فاضلاب کاسته می شود و منحنی این کاهش را نشان می دهد.

(2-15)    N2O 4HCl                                                                HOCl NHCl2 NH2Cl

(2-16) H2O 3HCl                                                                    N2 HOCl 2NH2Cl

چنانکه در شکل نامبرده نشان داده شده است. سرانجام در مرحله ی چهارم یعنی پس از نقطه شکست C ، کلر اضافه شده موجب بوجود آمدن کلذ آراد و ترکیبات آلی کلردار می گردد. این کلر آزاد در فاضلاب باقی مانده و به مصرف گند زدائی آن می رسد. نقطه C که بنام نقطه ی شکست1 معروف است بسته به مقدار اکسید پذیر و آمونیاک موجود در فاضلاب متغیر بوده و مشخصات فاضلاب بحساب می آید.

 

با توجه به آنچه گفته شد برای گند زدائی قطعی و اطمینان از تاثیر کامل کلر بر باکتریهای موجود در فاضلاب باید مدت زمان تماس کلر با فاضلاب  15 تا 30 دقیقه گردد. از نظر مصرف کلر نتیجه می شود که هرچه فاضلاب خاصیت قلیای بیشتری داشته و یا مواد اکسید پذیر آن بیشتر باشد، مقدار کلر لازم برای گند زدائی فاضلاب بیشتر می باشد.

کاربرد کلر علاوه بر گند زدائی، موجب کاهش بوی فاضلاب، سبب کاهش مواد روغنی و درجه ی کدری فاضلاب می شود.همچنین بوی کلر حشرات را از فاضلاب دور می سازد.

جدول شماره ی (4-19) مقدار کلر مورد نیاز را برای موارد گوناگون نشان می دهد. و در محاسبات تقریبی می توان مقدار کلر لازم برای گند زدائی فاضلاب خانگی خام را حدود 2 تا 5 گرم برای هر نفر در شبانه روز پیش بینی نمود.در موقع راهبری تصفیه خانه، کلر زنی باید به اندازه ای باشد که پس از 10 دقیقه هنوز حداقل 3/0 میلی گرم در لیتر کلر در فاضلاب باقی مانده باشد. [6]

 

                                            بخش سوم

تصفیه طبیعی فاضلاب

تصفیه طبیعی به فرایندی گفته می شود که در طبیعت به طور خود به خودی و بدون دخالت انسان و استفاده از وسایل مکانیکی و یا مواد شیمیایی موجب تصفیه فاضلاب می شود.

تصفیه فاضلاب در حالت هایی ممکن است رخ دهد که فاضلاب به منابع طبیعی آب در روی زمین مانند رودخانه و دریا و یا با نفوذ به زمین به منابع زیرزمینی آب وارد گردد.

در تصفیه طبیعی غالبا تمام انواع تصفیه به کار برده می شود.شامل تصفیه زیستی به صورت هوازی در رودخانه ها و دریاها و تصفیه بی هوازی در چاههای فاضلاب و تصفیه شیمیایی به صورت اکسیداسیون یا گند زدایی.

مهمترین نوع تصفیه طبیعی ، تصفیه زیستی با کمک باکتری های هوازی و بی هوازی است.علاوه بر این باکتری ها برخی از باکتری های کوچک تک سلولی و پر سلولی مانند جلبک و قارچ در تصفیه طبیعی کمک می کنند.

تصفیه فاضلاب با کمک باکتری های هوازی در دو مرحله،اول اکسیداسیون مواد کربن دارو سپس اکسیداسیون مواد آلی ازت دار صورت می گیرد.در هر دو مرحله اکسیژن محلول در فاضلاب کاهش می یابد.

هرچه مقدار اکسیژن محلول در آب کمتر باشد قدرت اکسیژن گیری آنها در تماس با هوا به منظور جبران کمبود اکسیژن برای رسیدن به حالت اشباع کمتر می شود.سرعت جذب اکسیژن و مدت زمانی که برای رفع کمبود اکسیژن لازم است بسته به نوع جریان آب و سطح تماس آن با هوا تغییر می کند.همچنین وجود گیاهان آبزی مانند جلبک ها و در نتیجه عمل فتوسنتز و تاثیر نور خورشید در بازیابی اکسیژن محلول در آب تاثیر می گذارد.

 

 هرچه عمق منبع طبیعی آب بیشتر باشد امکان جذب اکسیژن کاهش می یابد.منحنی های شکل شماره (3-1)وابستگی نامبرده را در گرمای 20 درجه و برای حالت صد در صد کمبود اکسیژن نسبت به حالت اشباع نشان می دهد.

----

کمترین مقدار اکسیژن محلول لازم در آب برای ادامه زندگی حیوان های آبزی به ویژه ماهی ها برابر 3 تا 4 میلی گرم در لیتر است.

با توجه به اینکه منبع های آبی روی زمینی معمولا مقدار اکسیژن محلولی که دارند بیش از مقداریست که برای زندگی حیوان های آبزی و ماهی ها لازم است،این منبع ها می توانند با کمک این اکسیژن اضافی و بدون وارد آمدن زیانی به زندگی ماهی ها موجب تکثیر مثل باکتری های هوازی موجود در فاضلاب وارد شده به منبع طبیعی گردیده،فاضلاب توسط باکتری های نامبرده تصفیه شود.

البته با توجه به نکات نامبرده و برای سالم نگهداری محیط زیست ماهی ها و پاک نگهداری محیط زیست انسان اسنفاده از این تصفیه طبیعی و خود به خودی باید با احتیاط و به صورت محدود انجام گیرد.

تصفیه طبیعی نامبرده شامل اکسیداسیون مواد ناپایدار آلی تا حد نیترات سازی و ته نشینی مواد معلق در بستر طبیعی می باشد.بجز آن وجود اکسیژن محلول در آب و اشعه ماوراء بنفش ناشی از نور خورشید سبب گند زدایی فاضلاب می گردد.

 

تصفیه طبیعی موجب کاهش اکسیژن محلول در آب می شود.این کمبود اکسیژن در اثر تماس با هوا دوباره بازیابی می گردد.مدت زمانی که لازم است تا اکسیژن کاسته شده دوباره بازیابی شود بسته به عوامل طبیعی ممکن است تا چند روز ادامه یابد.جریان باد که در سطح آب ها تولید موج می کند،شیب زمینی که سبب جریان آب رودخانه می شود،ناهمواری های بستر رودخانه که موجب تلاطم آب می گردند و سرانجام درجه گرما و عمق آب در منبع طبیعی همگی بر سرعت بازیابی اکسیژن تاثیر می گذارند.وجود مواد روغنی و نفتی در سطح آب و یا یخ بندان سطح آن جذب اکسیژن را به شدت می کاهد.

 

 

منحنی شکل شماره (3-2)نمایش روند اکسیژن گیری و اکسیژن دهی آب رودخانه ها را پس از نقطه ورود فاضلاب در روزهای گوناگون نشان می دهد.چنانچه ملاحظه می شود منحنی مذبور دارای یک نقطه آغاز (زمان ورود فاضلاب)و یک نقطه می نیمم یعنی زمانی که اکسیژن محلول در آب به کمترین مقدار خود می رسد و سرانجام نقطه عطفی که از آن به بعد از سرعت بازیابی اکسیژن کاسته می شود،می باشد.

شناخت این دو نقطه می نیمم و عطف برای انتخاب نقطه ورود فاضلاب به رودخانه و نیز برای تعیین کیفیت و درجه تصفیه فاضلابی که می تواند وارد منبع آبی گردد،بسیار مهم است.

 منبع آبی طبق رابطه ی یعنی حالت بحرانی رودخانه نسبت به ضریب ثابت تصفیه طبیعی وضع نقطه می نیمم و مدت زمان
شماره ی (3-1)تغییر می کند.

f

هرچه  عدد f بزرگتر باشد، مدت زمان  کوتاهتر می گردد.میزان تلاطم در سطح آب ، وجود جریان هوا ، شیب زیاد و ناهمواری های بستر رودخانه و درجه گرمای محیط در مدت زمان  تاثیر دارند.           

محاسبه آلودگی مجاز منبع های طبیعی آب:

برای محاسبه آلودگی مجاز منبع های طبیعی آب پس از ورود فاضلاب به آنها یعنی مقدار  فایر منحنی های شکل شماره (3-4) را پیشنهاد کرده است.

برای رسیدن به این هدف او منبع های طبیعی آب را میان دو حد بالا و پایین به صورت زیر بررسی کرده است:

حد بالا-هنگامی که آب منبع طبیعی نسبت به اکسیژن محلول در خود به حالت اشباع بوده بنابراین مقدار  باشد.

حد پایین- هنگامی که آب منبع طبیعی نسبت به اکسییژن محلول در خود به حالت بحرانی رسیده ، یعنی  باشد.

برای محاسبه آلودگی مجاز در منبع طبیعی آب پس از ورود فاضلاب به آن یعنی  کافی است با توجه به نیاز حیوان های آبزی به اکسیژن محلول مقدار  را انتخاب و سپس با انتخاب ضریب تصفیه ی طبیعی یعنی f  و استفاده از منحنی های شکل (3-4)نسبت   را خوانده و مقدار  را بر حسب  محاسبه نمود.

برای تبدیل  به  میتوان از جدول شماره (1-3)استفاده نمود.

به جز آن می توان با کمک منحنی شکل شماره (3-4)مقدار کمبود اکسیژن در نقطه عطف را نیز محاسبه نمود.

برای تمام منبع های طبیعی آب ، کمبود اکسیژن در نقطه عطف تقریبا برابر 0.75 کمبود اکسیژن در حالت بحرانی است.

وارد نمودن فاضلاب به رودخانه:

رودخانه ها بسته به دبی و سرعت جریان آب در آنها،میزان تلاطم و درجه گرمای آب آنها ، قدرت تصفیه ی محدودی را دارا می باشند.

در صورتی که بدون توجه و محاسبه ی ظرفیت تصفیه ی رودخانه ، فاضلابی را وارد نمایند ممکن است موجب آلودگی محیط زیست،کاهش بی رویه اکسیژن محلول در آب رودخانه و در نتیجه به خطر افتادن زندگی ماهی ها در آن گردند.

به جز روش نامبرده ، روش های تقریبی دیگری نیز پیشنهاد گردیده است که با کمک آنها می توان مقدار دبی آب رودخانه را برای اینکه بتواند فاضلاب مورد نظری را تصفیه کند محاسبه نمود.فایر دانشمند آمریکائی رابطه شماره (3-2)را برای این منظور پیشنهاد کرده است .

 

 

مقدار Qبرابر است با دبی لازم در رودخانه بر حسب لیتر در ثانیه.

 مقدار  تولید شده از هر نفر از ساکنان شهر است بر حسب گرم در شبانه روز و  مقدار  مجاز آب رودخانه پس از ورود فاضلاب بر حسب میلی گرم در لیتر می باشد.

وارد نمودن فاضلاب به دریا:

در دیدگاه نخستین چنین به نظر می رسد که دریاها و اقیانوس ها به علت بزرگی خود قادرند هر نوع و هر مقدار فاضلابی را جذب و با استفاده از روش تصفیه طبیعی ، تصفیه نمایند .ولی با وجود درستی دیدگاه نامبرده،در صورتی که در چگونگی استفاده از این قدرت تصفیه بررسی کامل نشده، پیش بینی های لازم انجام نگیرد ،وارد نمودن فاضلاب شهر به دریا موجب آلوده شدن کرانه ها ،شهرهای ساحلی،جاهای شنا و ماهیگیری می گردد.همچنین این کار سبب کاهش اکسیژن محلول در منطقه ای از دریا و در نتیجه موجب مردن و از میان رفتن حیوانات آبزی به ویژه ماهی های آن منطقه گردیده،تولید بوهای ناخوشایند نموده حتی احتمال گسترش بیماری های گوناگون گشته است.

برای وارد نمودن فاضلاب به دریاچه ها و دریاها باید به تفاوت های موجود میان شرایط حاکم در دریا نسبت به رودخانه و به ویژه به نکات زیر توجه نمود:

الف-غلظت آب دریا و دریاچه ها نسبت به مقدار کلرورهای محلول در آن خیلی بیشتر است.افزایش شوری آب موجب کم شدن اکسیژن محلول در آن و در نتیجه کاهش قدرت تصفیه طبیعی آن می شود.

ب-وزن مخصوص آب دریاهای آزاد نزدیک به 1.03 و فاضلاب پیرامون 0.99 گرم بر سانتیمتر مکعب است،این تفاوت موجب می شود که فاضلاب در سطح دریا قرار گرفته،به راحتی با آب آن آمیخته نشود.از این رو تزریق فاضلاب در دریا باید در اعماق آن انجام گیرد.این عمق دست کم باید 3 تا 4 متر انتخاب گردد.

ج-جهت جریان باد و شدت آن درروزهای مختلف سال و در نتیجه جهت حرکت امواج و حرکت آب دریا نسبت به کرانه های مجاور باید دقیقا بر مبنای آمار های چندین ساله مد نظر قرار گیرد.

د-شدت و جهت حرکت جریان های دریایی ، که از ویژگی های هر دریایی می باشد و موجب جابه جا شدن فاضلاب وارد شده به آن می گردد،باید دقیقا بررسی و مشخص شود.

ه-در مورد دریاچه ها بجز نکات نامبرده باید بیلان آبی و تغییرات احتمالی در کیفیت آب دریاچه ها بررسی شود.
 برای محاسبه سطحی از دریا که با فاضلاب آلوده می شود می توان آنگونه که در مورد رودخانه ها به عمل آمد ، با استفاده از مقدار اکسیژن محلول در آب دریا ،کمترین میزان اکسیژن محلول لازم بر ادامه زندگی ماهی ها و با انتخاب ضریب تصفیه طبیعی از جدول شماره (3-3)و بالاخره با کمک منحنی های شکل (3-4)مقدار آلودگی مجاز آب دریا را پس از ورود فاضلاب محاسبه نمود.

سپس با اندازه گیری مقدار آلودگی آب دریا پیش از ورود فاضلاب نخست حجم آلوده شده و سپس با انتخاب عمقی که فاضلاب وارد دریا می شود مقدار سطح آلوده شده را در دریا محاسبه نمود.

می توان سطح آلوده شده توسط فاضلاب یک شهر را محاسبه نمود.

 

در این رابطه مقدار  P برابر جمعیت شهر برحسب هزار نفر و A سطح آلوده شده ی دریا برحسب هکتار می باشد.

فاضلاب باید به صورت نامتمرکز و در چندین نقطه از دریا وارد گردد.هنگام ورود فاضلاب به دریا باید جریان آن همراه با سرعت زیادی باشد که آمیختگی با آب دریا به خوبی انجام گرفته و برای رسیدن به سطح آب دریا فاصله ی بیشتری را طی نماید.

وارد نمودن فاضلاب به مرداب های طبیعی:

مرداب های طبیعی معمولا به دریاچه های کم عمقی گفته می شود که گیاهان آبزی در آنها رشد می کنند.

در ایران می توان به عنوان نمونه از مرداب انزلی در گیلان نام برد.رشد گیاهانی مانند سنبل آبی و عدسی آبی و انواع نی و خزه موجب می شود که باکتری های هوازی در روی ساق و بدنه ی آنها جمع شده و مواد آلی فاضلاب را تجزیه نمایند.با توجه به اینکه غالبا از مرداب های طبیعی برای حفظ محیط زیست پرندگان و حیوان های آبزی استفاده می شود،قدرت تصفیه ی طبیعی آنها بسیار محدود می باشد.

 

 

       

پخش فاضلاب در زمین:

پخش فاضلاب در زمین با دو دیدگاه گوناگون ممکن است انجام گیرد.نخست آنکه هدف اصلی از این کار تصفیه فاضلاب باشد .دوم حالتی است که هدف اصلی در آن استفاده از فاضلاب جهت آبیاری کشاورزی در نظر گرفته شده باشد.در این بخش تنها حالت اول مورد بررسی قرار می گیرد.

اساس کار در این روش تصفیه طبیعی آن است که فاضلاب در لایه های نازکی در سطح زمین های بایر پخش گردد و در نتیجه ی تماس با هوا و نور خورشید، باکتری های هوازی تصفیه زیستی لازم را انجام داده و آب باقی مانده از تبخیر پس از این تصفیه به زمین فرو رفته و به سفره های آب زیر زمینی بپیوندد.

شرط لازم برای عملی بودن این روش همانا سست و نفوذپذیر بودن زمین ، پایین بودن سفره آب زیرزمینی(دست کم3متر)،کم بودن میزان بارندگی در منطقه و فراوان بودن زمین بایر در نزدیکی شهر می باشد.دور بودن زمین موجب افزایش هزینه ی انتقال فاضلاب میگردد.

مهمترین عیب این روش تصفیه طبیعی ، آلودگی محیط زیست ،آلودگی احتمالی آب های زیر زمینی و خطر گسترش بیماری های گوناگون می باشد.خطرهای نامبرده وقتی افزایش می یابند که جهت کاهش هزینه ی انتقال فاضلاب ، زمین ها در نزدیکی شهر پیش بینی شود.

 

 

روش های متداول در پخش فاضلاب در زمین بایر عبارتند از:

1-پخش فاضلاب در سطح زمین :در این روش مانند شکل شماره(3-5)فاضلاب به صورت لایه ای نازک (دست بالا 10تا15 سانتیمتر)روی سطح گسترده ای از زمین شیبداری جریان می یابد و در انتهای شیب ، باقی مانده ی فاضلاب وارد کانال گرد آوری کننده ای می گردد.شیب زمین 2 تا 8 درصد انتخاب می گردد.

در این روش باید کوشش شود که هوای کافی به فاضلاب برسد تا از کار باکتری های بی هوازی و در نتیجه ایجاد بوی ناخوشایند جلوگیری شود.برای رسیدن به این هدف پخش فاضلاب را در سطح زمین به صورت متناوب انجام می دهند.یعنی پس از پخش فاضلاب تا ارتفاع گفته شده جریان آنرا قطع کرده و بسته به نفوذپذیری زمین و درجه رطوبت محیط پس از 8 تا 24 ساعت دوباره پخش فاضلاب را انجام می دهند.فاضلاب باید در مدتی کمتر از 4 ساعت در زمین فرو رود.در صورتی که پس از این مدت فاضلاب کاملا در زمین نفوذ نکرده باشد،نشان دهنده ی آن است که خلل و فرج زمین گرفته شده و باید قشری نازک از روی آنرا برداشت و پس از شست و شو دوباره روی زمین پخش نمود.

چند هفته پس از شروع پخش فاضلاب در روی زمین بایر ، باکتری های هوازی در لایه ای ژلاتینی شکل در سطح زمین متمرکز می شوند و بازده تصفیه را می افزایند.زمین مناسب برای پخش فاضلاب و یا به عبارت دیگر برای صافی طبیعی باید دارای دانه بندی موثری ( )میان 0.2 تا 0.5 میلیمتر باشد.

مقدار  قطر سوراخ های سرندی است که 10 درصد وزنی خاک را از خود عبور دهد.

 

 

 

2-پخش فاضلاب در شیارها:

 

 

با کندن جوی هایی در زمین مانند شکل (3-6)فاضلاب در این جوی ها جاری شده و به تدریج در زمین نفوذ می کند.این روش خود بسته به درجه نفوذپذیری زمین به دو صورت نفوذ سریع و نفوذ آرام ممکن است انجام گیرد.شیب نامبرده کمتر از 5 درصد انتخاب می گردد.در صورتی که نفوذپذیری کم و یا نیاز به فاضلاب تصفیه شده باشد می توان با قرار دادن لوله های زهکش فاضلاب تصفیه شده را دوباره جهت آبیاری کشاورزی بدست آورد.

شکل(3-6)این روش را در حالت نفوذ سریع نشان می دهد.

 

3-پخش فاضلاب توسط شبکه زیرزمینی:

در این روش فاضلاب نیمه تصفیه شده را توسط یک شبکه لوله گذاری در زیر سطح زمین و در عمقی نزدیک به 0.5 تا 1.5 متر در زمین پخش می کنند تا توسط درز ها و خلل و فرج موجود در لوله های نامبرده به تدریج به درون زمین نفوذ کند.این روش برای مقادیر بسیار کمی از فاضلاب مناسب است و معمولا پس از استفاده از سپتیک تانک در زمین هایی که نفوذپذیری کم و یا عمق سطح آب زیرزمینی کم باشد بکار می رود.امتیاز این روش در این است که از تولید بوی ناخوشایند جلوگیری می شود.

وارد نمودن فاضلاب در چاه:

این روش تصفیه طبیعی ، روش سنتی است که تا کنون در بیشتر نقاط کشور ایران و برخی از کشورهای دیگر جهان مورد استفاده قرار می گرفته است.اساس کار چاه های جذب کننده ی فاضلاب بر این پایه نهاده شده که فاضلاب خانگی و در برخی موارد همراه با فاضلاب ناشی از بارندگی توسط شبکه ی لوله کشی فاضلاب درون ساختمان گردآوری و بدون تصفیه ای به یک یا چند چاه نسبتا گودی هدایت می گردد.

فاضلاب پس از ورود به چاه ،زیر تصفیه ی باکتری های بی هوازی هضم شده و حجم مواد معلق آن به مقدار چشم گیری کاهش می یابد.آب اضافی فاضلاب به درون زمین نفوذ کرده ،به سفره های آب زیرزمینی می پیوندد.نتیجه ی کار باکتری های نامبرده ایجاد گازهای بدبو از یکسو و ته نشین شدن مواد معدنی در کف چاه از سوی دیگر می باشد.

محاسن و معایب:

در صورتی که مقدار فاضلاب کم و محدود به چند خانواده باشد ، زمین در عمق های نسبتا کمی یعنی دست بالا تا 20 متری به لایه های آبرفتی نفوذپذیری برسد و بالاخره سفره ی آب زیرزمینی دست کم 3متر تا 4متر پایین تر از لایه نامبرده قرار گرفته باشد و یا اینکه اصولا از سفره ی آب زیرزمینی هیچگونه برداشتی برای مصرف های روزانه نشود،روش استفاده از چاه جذب کننده ی فاضلاب ساده ترین،ارزان ترین و بی ضررترین روش تصفیه طبیعی است.

استفاده از این روش با توجه به شرط های نامبرده برای روستاها و شهرهای کوچک و حتی شهرهای متوسط نیز ممکن است قابل قبول باشد.از این رو این روش سنتی تقریبا تا پیش از سال 1300شمسی کم و بیش جوابگوی نیاز شهرهای ایران بوده است.اما در 60 سال گذشته به علت افزایش شهرنشینی و گسترش شهرها و فزونی جمعیت آنها ،مشکلات ناشی از کاربرد این روش روز به روز نمایان تر شده و دامنگیر شهرهای بزرگ ایران شده است.به عنوان نمونه می توان در این مورد مشکلاتی از قبیل آلوده شدن شدید سفره های آب زیرزمینی و بالا آمدن سطح این سفره ها را نام برد

محاسبه ی چاه های جذب کننده ی فاضلاب :

هدف از محاسبه ی چاه فاضلاب تعیین سطح لازم از چاه در لایه ی نفوذ پذیر برای فاضلاب هر نفر می باشد.این سطح تابعی است از درجه ی نفوذپذیری زمین که باید با کمک آزمایش در محل تعیین گردد.طبق استاندارد انگلستان تعیین نفوذ پذیری زمین برای این منظور به صورت زیر انجام می گیرد:

1-در لایه نفوذپذیر موردنظر چاله ای به قطر 100 میلیمتر و عمق 600 میلیمتر کنده و درآن برای مدت 24 ساعت آب می ریزند.

2-پس از 24 ساعت دوباره تا ارتفاع 225 میلیمتر در آن آب میریزند و مدت زمانی که تمام آب در زمین فرو رود را بر حسب دقیقه تعیین می کنند.

3-میانگین مدت زمانی که لازم است تا از 225 میلیمتر ارتفاع  آب در چاه 25 میلیمتر کاسته شود را تعیین می کنند.

4-با استفاده از جدول تنظیم شده سطح لازم در چاه برای هر نفر را مشخص می کنند.

 

 

دریاچه های تصفیه ی فاضلاب :

  •  

دریاچه های تصفیه فاضلاب تشکیل شده اند از گودال های طبیعی یا مصنوعی که فاضلاب در آنها فرستاده می شود تا در مدت زمانی نسبتا طولانی در مجاورت هوا و نور خورشید به صورت طبیعی تصفیه گردد.

اکسیژن مورد نیاز باکتری ها در این دریاچه ها از چهار منبع تامین می گردد:

1-اکسیژن محلول در فاضلاب

2-اکسیژن موجود در هوای آزاد

3-اکسیژن موجود در ترکیبات آلی

4-اکسیژن به دست آمده از عمل فتوسنتز گیاهان آبزی در اثر تابش نور خورشید.

 

 

محاسن و معایب استفاده از دریاچه ی تصفیه فاضلاب:

برتری های این روش نسبت به روش های دیگر:

1-بی نیاز بودن از کاربرد وسایل مکانیکی و بی نیاز بودن به افراد متخصص

2-مصرف نکردن انرژی برق و مواد سوختی و استفاده بیشتر از انرژی تابشی از نور خورشید

3-ارزانتر بودن هزینه ی ایجاد تاسیسات دریاچه های تصفیه فاضلاب

عیب های این روش در مقایسه با روشهای دیگر:

1-خطر آلودگی محیط زیست مانند پخش بیماری مالاریا

2-استفاده از این روش نیاز به زمین فراوان دارد.

3-لزوم انتقال فاضلاب به فاصله ای دست کم یک و نیم تا 4 کیلومتر از شهرکه هزینه زیادی به همراه دارد.

انواع دریاچه های تصفیه فاضلاب و محاسبه آن ها:

الف- دریاچه های تصفیه هوازی

 ب- دریاچه های تصفیه هوازی - بی هوازی  یا دوزیستی

ج- دریاچه های تصفیه بی هوازی

د- دریاچه های تصفیه تکمیلی

ه- دریاچه تصفیه مقدماتی

و- دریاچه های هوا دهی

الف- دریاچه های تصفیه هوازی:

این دریاچه ها با گودی کم 0.3 تا 1.5 متر ساخته میشوند.باکتری های هوازی امکان فعالیت داشته و نور خورشید به اندازه کافی به کف دریاچه رسیده و موجب رشد گیاهان آبزی می گردد که نتیجه آن تولید اکسیژن و کمک به باکتری های هوازی می باشد.

تنها در لایه نازکی از لجن که در کف دریاچه جمع می شود ممکن است باکتری های بی هوازی فعالیت نمایند.

برای تماس کافی هوا با سطح دریاچه و رسیدن نور خورشید به کف آن باید این گیاهان مرتبا چیده شوند.نچیدن گیاهان نامبرده موجب می شود که در اثر مرگ و نابودی آنها محیط دریاچه دوباره با مواد آلی گیاهی ناپایدار آلوده شود.مقدار اکسیژن محلول در فاضلاب بهتر است به اندازه ای باشد که حیوان های آبزی بتوانند در آن زندگی کنند.

این دریاچه ها را بسته به مقدار بارگذاری بر هر هکتار از سطح آنها به سه گروه پربار،معمولی،کم بار تقسیم می کنند.

گرمای مناسب 20 درجه و تولیدات آن گاز کربنیک،گیاهان آبزی و باکتری می باشد.در نوع کم بار عمل نیترات سازی انجام می گیرد و نیترات ها هم به تولیدات دریاچه افزوده می شود.

 

 

 

 

ب- دریاچه های تصفیه هوازی - بی هوازی  یا دوزیستی:

گودی این دریاچه ها یک تا 2.5 متر می باشد.در قسمت رویین باکتری های هوازی فعالیت می کنند که اکسیژن مورد نیاز خود را از اکسیژنی که توسط هوای روی دریاچه و عمل فتوسنتز گیاهان آبزی در دریاچه حل می شود به دست می آورند.

در قسمت زیرین و در مجاورت کف آن و بویژه در قسمت لجن ، باکتری های بی هوازی فعالیت می کنند.

در قسمت میانی باکتری های دو زیستی کار تصفیه را انجام می دهند.آنها می توانند با کمک اکسیژن محلول در ۀب به زندگی خود ادامه دهندو در صورت نبودن اکسیژن محلول قادرند باکتری های بی هوازی اکسیژن موجود در ترکیبات آلی را جذب کرده ، موجب تجزیه و احیای آن شوند.

 

رابطه ای برای طراحی و محاسبه ابعاد دریاچه های هوازی – بی هوازی:

 =

: آلودگی خروجی دریاچه بر حسب میلی گرم در لیتر

: آلودگی ورودی دریاچه بر حسب میلی گرم در لیتر

t : میانگین درجه گرمای فاضلاب در دریاچه در زمستان

: مدت زمان توقف فاضلاب در دریاچه

 : ضریب کار دریاچه

 

 

ج- دریاچه های تصفیه بی هوازی:

به علت گودی زیاد که بین 2.5 تا 5 می باشد، فعالیت باکتری های بی هوازی شدید است.انتخاب عمق زیاد به این دلیل است که از ورود اکسیژن به فاضلاب از راه هوا و یا رشد گیاهان جلوگیری شود تا باکتری های بی هوازی بتوانند کار خود را خوب انجام دهند.

عیب اصلی تولید بوی شدید آنهاست.زیرا تنها در صورتی که محیط دریاچه قلیایی بوده و تخمیر به صورت متانی صورت گیرد،بوی تولیدشده کم خواهد بود.

تغییر ناگهانی در درجه گرما و یا مقدار نمک های موجود در فاضلاب و سرانجام وجود مواد سمی در فاضلاب می تواند موجب برگشت حالت قلیایی به حالت اسیدی شده و در نتیجه بوی شدید و ناخوشایند تولید گردد.این دریاچه ها بیشتر برای تصفیه لجن استفاده می شود.اگر برای استفاده فاضلاب استفاده شود بهتر است پس از این دریاچه ها فاضلاب وارد دریاچه های دوزیستی شود و سرانجام فاضلاب با کمک دریاچه های هوازی کم بار تصفیه نهایی شود.بیشتر مواد معلق موجود در فاضلاب دریاچه های بی هوازی ته نشین شده و لجن بدست آمده پس از گذشت چندین ماه تصفیه و تثبیت می گردد.

 

رابطه محاسبه ابعاد دریاچه های بی هوازی:

 

 =

 

 

: مدت زمان توقف فاضلاب در دریاچه برحسب روز.در عمل مقدار آن برابر یک تا 5 روز انتخاب می کنند.

: آلودگی خروجی دریاچه بر حسب میلی گرم در لیتر

: آلودگی ورودی دریاچه بر حسب میلی گرم در لیتر

 : در 22 درجه گرما برابر 6 می باشد.

 

تولیدات این دریاچه گاز کربنیک ، گاز متان و باکتری می باشد.مناسبترین درجه گرما 30 می باشد.بهترین مدت زمان توقف 5 روز می باشد

د- دریاچه های تصفیه تکمیلی:

اینگونه دریاچه ها را برای تصفیه تکمیلی و زلال سازی فاضلاب هائی بکار می برند که پیشتر تصفیه مقدماتی و ثانوی درباره آنها انجام گرفته است.عمق آنها 1.5 متر و مدت زمان توقف فاضلاب 5 تا 20 روز انتخاب می کنند.

ه- دریاچه تصفیه مقدماتی:

هدف فقط یک تصفیه مقدماتی می باشد و غالبا تصفیه در این دریاچه ها با یک عمل ته نشینی ساده خاتمه می یابد.بنابراین فاضلاب بیرون آمده از آنها باید در دریاچه های بعدی دوباره موردتصفیه قرار بگیرد.

 

و- دریاچه های هوا دهی :

با استفاده از هواده های مکانیکی و یا دمیدن هوا در فاضلاب ، عمل تصفیه فاضلاب را تشدید می نمایند.

مدت زمان توقف از رابطه زیر بدست می آید:

 =

 برابر 0.25 تا یک انتخاب می شود .

عمق دریاچه را می توان 2 تا 4 متر انتخاب نمود.

جهت اختلاط کامل فاضلاب در این دریاچه ها مانند استخرهای هوادهی نزدیک به 15 تا 30 وات قدرت برای هر مترمکعب از حجم آنها لازم است.قسمت بیشتر این توان صرف در هم آمیختن کامل فاضلاب می شود و تنها جزء کوچکی از آن صرف اعمال بیولوژیکی می شود.

جزئیات ساختمانی دریاچه های تصفیه فاضلاب :

الف- شمار دریاچه ها

ب- نوع دریاچه ها

ج- ابعاد هندسی دریاچه ها

د – ورودی و خروجی دریاچه ها

الف- شمار دریاچه ها :

چند دریاچه کوچک و پشت سر هم تصفیه بیشتری از یک دریاچه بزرگ و معادل آن چند دریاچه انجام می دهند.بهره برداری از چند دریاچه موازی آسانتر از یک دریاچه معادل آنها می باشد.شمار مناسب برای دریاچه ها بسته به مقدار دبی فاضلاب ، وضعیت زمین، امکانات نیروی انسانی نگهدارنده ی تاسیسات متفاوت می باشد.

ب- نوع دریاچه ها :

استفاده از دریاچه های هوازی به تنهایی به علت جمع شدن لجن در کف آن که عملا تعفن به همراه دارد امکان پذیر نیست.در مناطق گرمسیر هم استفاده از دریاچه های دوزیستی به تنهایی بازده خوبی ندارد.

(مارا) روش استخر بی هوازی برای گردآوری و تصفیه لجن ، استخر بی هوازی هوازی و چند استخر هوازی کم بار را مناسبرین روش می داند.

وجود دریاچه های هوازی کم بار به ویژه برای کشتن ویروس ها و میکروب های بیماری زا بسیار موثر است .

ج- ابعاد هندسی دریاچه ها:

گودی مفید دریاچه بسته به نوع آنها انتخاب می شود.در انتخاب ارتفاع کف دریاچه نسبت به زمین طبیعی مجاور باید به گونه ای عمل شود که خاکبرداری و خاکریزی مینیمم گردد. کف دریاچه باید متراکم و نفوذناپذیر باشد.در صورتی که مقدار نفوذ فاضلاب در زمین از 10 درصد دبی ورودی بیشتر باید نسبت به آب بندی کف دریاچه و پوشش آن اقدام نمود.شیب دیواره دریاچه ،1 در ارتفاع و 3 در افق انتخاب می شود.این شیب نباید از 1 به 6 کمتر گردد.

خاکریزی های میان دو دریاچه باید با لایه های کاملا متراکم شده ای ایجاد گردند تا نفوذ آب به درون آن به کمترین مقدار خود برسد.قسمت بالای خاکریزی باید حداقل 2.5 متر پهنا داشته باشد تا در راهبری تاسیسات وسایل نقلیه بتوانند از روی آن بگذرند.ارتفاع خاکریزها بهتر است 1 متر بیشتر از سطح آزاد فاضلاب در دریاچه پیش بینی شود.این اختلاف ارتفاع هیچگاه نباید از 0.6 متر کمتر گردد.

 

د – ورودی و خروجی دریاچه ها :

پیش از ورود فاضلاب به دریاچه ها باید تاسیسات اندازه گیری دبی از قبیل کانال وانتوری و یا پارشال فلوم را پیش بینی کرده و پس از خروج فاضلاب از آخرین از سرریزهای مثلثی برای اندازه گیری دبی استفاده نمود.برای جلوگیری از ایجاد کف در سطح دریاچه های هوازی و دوزیستی باید ورود فاضلاب در زیر سطح فاضلاب در دریاچه انجام گیرد.

انتقال فاضلاب از یک دریاچه به دریاچه ای دیگر توسط لوله هایی انجام می گیرد. شیرهای قطع و وصل دریاچه ها به همدیگر درون حوضچه هایی در خاکریزها جاسازی می شوند.به جز آن دریاچه ها باید مجهز به سرریزهای اضطراری نیز باشند.

 

نگهداری دریاچه های تصفیه فاضلاب :

دریاچه های تصفیه فاضلاب نیاز به نگهداری دارند.گیاهان آبزی در این دریاچه ها باید مرتبا چیده شده و از محیط آن دور شوند ، زیرا به جز آلوده نمودن دوباره دریاچه موجب کمک به رشد و تخم گذاری پشه مالاریا می شوند.استفاده از مواد حشره کش مانند DDT در اطراف دریاچه ها غالبا در کاهش حشرات موثر است.

طرح دریاچه های تصفیه فاضلاب با توجه به شرایط اقلیمی گوناگون در کشور ایران :

مرداب های مصنوعی :

به دریاچه هایی با عمق کم یعنی پیرامون 10 تا 60 سانتیمتر گفته می شوند که می توانند جهت تصفیه تکمیلی فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند.هدف از ساختن یک مرداب مصنوعی بهبود محیط زیست و ایجاد تعادل در شرایط زیست جانوران و آدمیان می باشد.

مرداب مصنوعی دارای همان خواص تصفیه ای می باشد که پیش از این در مورد مرداب های طبیعی گفته شد با این تفاوت که کنترل کیفیت پساب خروجی آسانتر می باشد.فاضلابی که دست کم تصفیه ثانوی کاملی شده باشد را به صورت دائمی وارد شماری دریاچه و یا کانال های موازی کم عمق (مرداب های مصنوعی) می کنند.کف مرداب ها باید از زمین های نفوذ ناپذیر و یا با نفوذ پذیری بسیار کم تشکیل شده باشد.معمولا بر روی کف نفوذ ناپذیر قشری از ماسه قرار می دهند تا ریشه گیاهان آبزی را در خود نگهداری نموده و به پایداری آنها کمک نماید.

 

در برخی از مرداب های مصنوعی موجود قشر ماسه نگهدارنده ریشه ها را کلفت تر انتخاب کرده اند تا جریان فاضلاب در این قشر و در سطح زمین انجام گیرد.

عمل تصفیه هنگام حرکت آرام فاضلاب و تماس با ساقه و ریشه های گیاهان آبزی و فعل و انفعال باکتری های هوازی انجام می گیرد.در ظاهر سطح مرداب های مصنوعی پس از مدتی به صورت پوشیده از گیاهان آبزی ، سطح های آزاد آب و بالاخره جزیره های سرسبز دیده می شود.

در صورتی که فاضلاب ، تصفیه ثانوی شده باشد بسته به شرایط محیط و میزان آلودگی فاضلاب ورودی به مرداب ، در تاسیسات موجود در کشورهای گوناگون جهان میزان بارگذاری بر یک مترمربع از سطح مرداب مصنوعی میان 6 تا 40 لیتر در شبانه روز انتخاب شده است.در مورد کاهش مقدار  ، مواد معلق (TTS) و نیترات ، عددهایی میان 75% تا 90% گزارش شده است.مدت زمان توقف فاضلاب در یک مرداب مصنوعی دست کم 7 روز در نظر گرفته شده ولی این مدت زمان در برخی از تاسیسات حتی تا 365 روز نیز افزایش داده شده است.

محاسن و معایب مرداب های مصنوعی :

محاسن مرداب :

  • کمی هزینه نگهداری
  • بازده خوب در کاهش آلودگی های آلی و مواد معلق
  • ایجاد و بهبود محیط طبیعی برای زندگی پرندگان و حیوان های آبزی

معایب :

  • نیاز به زمین فراوان که مقدار آن تقریبا 4 هکتار برای هر لیتر در ثانیه فاضلاب ورودی به مرداب می باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

بخش چهارم

مهمترین یگان هایی که در یک تصفیه خانه بزرگ و کلاسیک ممکن است ساخته شوند عبارتند از :

ایستگاه پمپاژ ورودی فاضلاب به تصفیه خانه ، آشغالگیر و آشغال خرد کن ، حوض دانه گیر یا ماسه گیر ، تأسیسات اندازه گیری دبی مانند کانال و انتوری یا پارشال فلوم ، استخر ته نشینی نخستین ، یگانهای تصفیه زیستی مانند استخر هوادهی یا صافی چکنده و یا صافی ماسه ای ، استخر ته نشینی نهایی ، ایستگاه پمپاژ لجن ، مخزن هضم هوازی یا بی هوازی لجن ، تأسیسات خشک کردن لجن مانند بستر های لجن خشک کن و یا وسایل مکانیکی خشک کردن لجن ، تأسیسات کلر زنی فاضلاب و نیز یکانهای جنبی تصفیه خانه از قبیل نیروگاه برق اضطراری ، آزمایشگاه فاضلاب ، انبار های مواد شیمیایی و وسایل یدکی ، ساختمان اداری ، ساختمان نگهبانی ، ساختمانهای مسکونی کارکنان مقیم در محوطه ی تصفیه خانه و بالاخره تأسیسات آبرسانی ، گرمایش و دفع فاضلاب ویژه تصفیه خانه .

اینک به بیان هریک از یکانهای نامبرده به صورت زیر مبادرت می گردد :

4-1-ایستگاه پمپاژ ورودی فاضلاب

به علت جریان ثقلی در لوله ی انتقال  فاضلاب از شهر به تصفیه خانه غالباً لوله در نقطه ی ورود به تصفیه خانه نسبت به سطح زمین در گودی قرار می گیرد . لذا تأسیسات بالا آورنده ی فاضلاب برای اینکه به یکانهای تصفیه خانه سوار شود ، اولین واحدی است که در یک پالایشگاه فاضلاب ساخته می شود .

چون فاضلاب وارد شده به این تلمبه خانه به صورت خام و احتمالاً دارای مواد معلق کم و بیش درشت می باشد ، لازم است در انتخاب نوع پمپها دقت به عمل آید که نسبت به مواد معلق حساسیت کمتری داشته باشد .

در گذشته کوشش می شد در این تلمبه خانه ها از بالابر های پیچوار و یا تلمبه های ارشمیدسی استفاده شود ولی امروزه با پیشرفت و تکاملی که در ساختمان پمپهای زیرآبی ( شناور ) به عمل آمده از این گونه پمپها نیز در این مورد استفاده فراوان می شود .

چون توضیحات بیشتری در زمینه ی ویژگی های پمپهای فاضلاب و انواع و مزایا و معایب هریک از آنها ، منحنی های مشخصه و بازده آنها در جلد اول کتاب فاضلاب شهری داده شده است از خواننده تقاضا می شود برای آگاهی بیشتر جهت انتخاب بالابرهای فاضلاب به بخش تلمبه خانه های فاضلاب در جلد اول این کتاب مراجعه نماید .

4-2-آشغالگیر

آشغالگیر هایی که برای فاضلاب شهری به کار می روند معمولاً از میله هایی با سطح مقطع دایره به قطر های 16 تا 30 میلیمتر و یا از تسمه های فولادی با سطح مقطع مستطیل و به پهنای 30 تا 80 میلیمتر و کلفتی 10 تا 20 میلیمتر ساخته می شوند . آشغالگیرها را بسته به شکل کاربردشان به آشغالگیرهای دستی و آشغالگیرهای مکانیکی تقسیم می کنند . 

آشغالگیر های دستی برای تصفیه خانه های کوچک قابل استفاده می باشند . شیب میله های آنها برای دبی های کم حداکثر 1:1 و برای دبی های زیاد و به علت بزرگتر شدن کانال فاضلاب برای 1:2 تا 1:3 انتخاب می گردد . طول میله های آشغالگیر های دستی نباید از 2 متر بیشتر گردد .

برای پالایشگاه های فاضلاب شهر های بزرگ ( بزرگتر از 30000 نفر ) به علت زیاد بودن حجم آشغال و مشکلات نبروی انسانی از یک سو و احتمال آلودگی محیط زیست تصفیه خانه و حفظ بهداشت کارکنان آن از سوی دیگر بهتر است آشغالگیر های مکانیکی به کار گرفته شود .

آشغالگیر مکانیکی معمولاً به صورت متناوب و خودکار عمل می کند . همانگونه که در اصول تصفیه گفته شد ، وجود آشغالگیر موجب کاهش سطح مقطع جریان و ایجاد افت فشار و در نتیجه اختلاف ارتفاع در دو طرف آن می گردد . هرچه مقدار آشغال در آشغالگیر بیشتر گردد . سطح مقطع جریان کمتر و در نتیجه ارتفاع سطح فاضلاب پیش از آشغالگیر افزایش می یابد . افزایش ارتفاع نامبرده موجب می شود که شناوری به موتور آشغالگیر فرمان کار داده ، چنگک آشغالگیر شروع به حرکت نموده و پس از تمیز کردن میله های آشغالگیر موتور دوباره از کار می افتد . آشغالها به مجرای ویژه ای که کف آن سوراخ دارد ریخته شده و پس از گرفته شدن آب آن یا با کمک بیلچه و به صورت دستی و یا با کمک تسمه گردانی به صورت مکانیکی از کانال فاضلاب دور می شود .

آشغالگیر های مکانیکی را می توان با کمک تسمه گردانیکه تیغه هایی روی آن کار گذارده شده ساخت و یا به صورت دایره ای به کار برد .

در نوع دایره ای چنگک از میله ی فلزی شانه مانند تشکیل می شود که توسط اهرم گردانی به محور موتور حرکت دهنده ی آن پیوسته می باشد .

آشغالگیر ها را از نظر فاصله ی بین میله هایشان نیز به صورت زیر دسته بندی می کنند .

آشغالگیر دهانه فراخ– در آشغالگیر  دهانه فراخ فاصله میله ها از یکدیگر e ، در صورتی که تمیز کردن آن دستی باشد 60 تا 80 میلیمتر و گاهی تا 150 میلیمتر و اگر تمیز کردن آن به وسیله ی ماشین انجام گیرد ، 40 تا 75 میلیمتر انتخاب می شود . آشغالگیر دهانه فراخ را در اول تصفیه خانه و پیش از آشغالگیر دهانه تنگ می سازند تا مانع از ورود قطعات بزرگ شناور از قبیل تخته ، بطری ، کاغذ ، پارچه و قطعات پلاستیکی و نظایر آن به تصفیه خانه شوند . همچنین از این گونه آشغالگیرها در کانالهای انحرافی و سر ریز های اضطراری دهانه تنگ استفاده می شود .

آشغالگیرهای دهانه تنگ– در این آشغالگیر فاصله میله ها یعنی e برابر 10 تا 40 میلیمتر می باشد ( مناسبترین فاصله 20 تا 25 میلیمتر است ) . در آشغالگیر دهانه تنگ علاوه بر مواد درشت نامبرده مقدار بیشتری از مواد آلی مانند برگهای درختان ، قطعات میوه و پوسته آنها و نظایر آن از فاضلاب گرفته می شوند .

افت انرژی در آشغالگیر– به علت تغییر سطح مقطع جریان فاضلاب در حین گذشتن از آشغالگیر افت انرژی موضعی رخ می دهد که مقدار آن طبق رابطه ی کیرشمر یعنی رابطه شماره 4-1 بدست می آید . این تلف شدن انرژی به صورت اختلاف سطح فاضلاب در دو طرف آشغالگیر he و یا به عبارتی دقیقتر به صورت بالاتر آمدن سطح فاضلاب پیش از آشغالگیر نمودار می شود . محاسبه ی این افزایش ارتفاع برای تعیین بلندی دیوار کانال هدایت فاضلاب لازم است .

(4-1)  

در رابطه (4-1) مقدار  ضریبی است که بستگی به شکل میله های آشغالگیر داشته و از جدول شماره (4-1) بدست می آید .  زاویه ی میله ها نسبت به افق است . d نمایشگر قطر میله گرد و یا کلفتی تسمه بر حسب میلیمتر ، e فاصله ی بین میله ها بر حسب میلیمتر ، g شتاب ثقل زمین بر حسب متر بر مجذور ثانیه و بالاخره v سرعت جریان فاضلاب در کانال بلافاصله پیش از آشغالگیر بر حسب متر در ثانیه است . {1،2،3}

در اینجا لازم به ذکر است که برای محاسبه افت انرژی در آشغالگیری که کار می کند و لذا قسمتی از فاصله ی بین میله ها توسط آشغال گرفته شده است باید این موضوع در مقدار های مربوط به e و d دخالت داده شود . مقدار افت انرژی مجازی را پس از آن آشغالگیر باید تمیز گردد برای نوع ماشینی حدود 15 سانتی متر و برای آشغالگیر های دستی تا 30 سانتی متر انتخاب می کنند .

بازده آشغالگیر– به علت اینکه مقداری از مواد معلق موجود در فاضلاب توسط آشغالگیر گرفته می شود ، غلظت فاضلاب نسبت به آن مواد و نیز درجه آلودگی  ، فاضلاب کاهش می یابد . مقدار این کاهش که نشان دهنده ی بازده آشغالگیر است ، بسته به نوع و بزرگی دهانه های آن تفاوت می کند . مقدار عددی بازده به طور تجربی بدست آمده و در کتابهای گوناگون متفاوت می باشد . {31،30،21،20،17،10،9،6،3} .

آشغال خرد کن– در کشور های صنعتی که انرژی برق ارزان است ، آشغالگیر ها را مجهز به ماشینی ویژه ی خرد کردن آشغال می کنند . این ماشینها به کمک چنگک و تیغه هایی آشغالها را خرد و ریز ریز کرده و همراه فاضلاب وارد یکانهای بعدی تصفیه خانه می کنند تا مانند مواد آلی موجود در فاضلاب مراحل تصفیه را گذرانده و تبدیل به مواد کودی پایدار گردند . در ایران به علت گرانی بهای انرژی برق لازم جهت هوا دهی و تجزیه ی مواد خرد شده در تصفیه خانه ، کابرد آشغال خرد کن فعلاً اقتصادی نمی باشد .

4-3-حوض دانه گیر ( ماسه گیر )

حوض دانه گیر اولین واحدی است در تصفیه خانه که عمل ته نشینی در آن انجام می گیرد . هدف از ته نشی سازی در این حوضها جدا سازی مواد دانه ای و تجزیه ناپذیر معدنی مانند ذرات ماسه به قطر های بزرگتر و یا مساوی 0.1 تا 0.2 میلیمتر می باشد . علاوه بر جداسازی مواد دانه ای باید ساختمان این حوضها و سرعت جریان در آنها به گونه ای باشد که مواد سبک آلی تجزیه پذیر ته نشین نشده و وارد تصفیه خانه گردند .

مشکل موجود در راه رسیدن به هدف نامبرده ، تغییر سرعتی است که در نتیجه ی نوسانهای مقدار فاضلاب در جریان نمودار می شود . برای تثبیت سرعت جریان فاضلاب در این حوضها روشهای مختلفی متداول هستند که بر مبنای آن انواع حوضهای دانه گیر پایه گذاری شده اند .

ب-حوضهای دانه گیر کم عمق و دایره ای شکل– معروفترین نوع این دسته از حوضهای دانه گیر حوض پیشنهادی شرکت دور – الیور می باشد . این حوض از چهار قسمت ورودی ، ته نشینی ، خروجی فاضلاب و کانال شستشوی دانه ها تشکیل شده است .

دانه ها پس از ته نشین شدن در قسمت دایره ای به وسیله ی لایروب مکانیکی گردانی به سمت کانال شستشوی دانه های هدایت می شوند . دانه های ماسه در کانال نامبرده و در روی سطح شیب داری حرکت کرده و به حوضچه ی جمع آوری ماسه هدایت و در آنجا به بیرون پمپ می شوند . در ضمن حرکت ماسه ها روی سطح شیب دار ، عمل شستشوی آنها نیز انجام می گیرد .

4-3-2-حوضهای دانه گیر گود

در این حوضها به صورت مماس  یا دایره ای حوض وارد آن شده و ذارت دانه ها تحت تاثیر دو نیروی گریز از مرکز و ثقل خود قرار می گیرند و به سمت قسمت مرکزی و گود مخروطی شکل حوض هدایت می شوند . و در آنجا با کمک پمپ و یا به صورت ثقلی بیرون آورده می شوند . تعداد و انواع این گونه حوضها بسیار زیاد است و در این جا تنها یک نوع آن مورد گفتگو قرار داده می شود .

در حوض دانه گیر پیستا علاوه بر خاصیت نامبرده از پره هایی برای ثابت نگهداری سرعت کمک گرفته می شود . با تنظیم سرعت دورانی این پره ها می توان سرعت حرکت فاضلاب را به صورتی خودکار تثبیت نمود .

4-3-3-حوضهای دانه گیر با کمک مکیدن هوا

در تصفیه خانه های بزرگ و نیمه بزرگ و به ویژه تصفیه خانه های شهر هایی که در آنها شبکه ی جمع آوری فاضلاب به صورت در هم ساخته شده و در نتیجه ، ثابت نگهداری سرعت جریان فاضلاب در حوضهای دانه گیر به صورت نسبتاً دقیقی امکان پذیر نمی باشد از حوضهای دانه گیر با کمک دمیدن هوا استفاده می شود . دمیدن هوا در حوض موجب می شود که به فاضلاب یک حرکت چرخشی داده شود . این پدیده ذرات دانه ای مانند ماسه را از مواد آلی جدا کرده و در کف حوض دانه گیر ته نشین می کند . ذرات دانه ای مانند انواع دیگر حوضهای دانه گیر با کمک پمپهای ثابت و یا متحرک ماسه به بیرون فرستاده می شود .

4-5-استخر های ته نشینی

4-5-1-کلیات

استخر های ته نشینی بیشترین قسمت تصفیه ی مکانیکی را در یک تصفیه خانه ی فاضلاب به عهده داشته و در بازده تمام تصفیه خانه نیز تأثیر چشم گیری دارند . محل استخرهای ته نشینی نخستین در تصفیه خانه پیش از یکانهای تصفیه ی زیستی است ، در حالی که استخر های ته نشینی نهایی پس از یکانهای نامبرده قرار می گیرند . در برخی از روشهای تصفیه مانند روش هوا دهی گسترده ( ممتد ) از ساختت استخرهای ته نشینی نخستین خودداری می شود و فاضلاب مستقیماً وارد استخرهای هوادهی می گردد .

در استخرهای ته نشینی نخستین معمولاً ذرات نسبتاً معلق درشت ته نشین می شوند . این مواد غالباً منشأ آلی دارند برخلاف آنچه در حوضهای دانه گیر از فاضلاب جدا می شوند ، سبک وزن و دارای سطحی نسبتاً زیاد بوده و دارای سرعت ته نشینی کمی هستند .

لجنی که از استخرهای ته نشینی نخستین به دست می آید بر خلاف استخرهای ته نشینی نهایی از موادی درشت تر و هضم نشده و کاملاً ناپایدار و فساد پذیر تشکیل می شود . بدین جهت تفاوت اصلی در طراحی استخرهای ته نشینی نخستین و نهایی در مقدار بار سطحی و مدت زمان توقف فاضلاب در آنها نمودار می گردد .

بسته به مدت زمان توقف فاضلاب در استخرهای ته نشینی نخستین که غالباً بین 20 دقیقه تا 2 ساعت انتخاب می شود مقدار 40 تا37 درصد مواد معلق فاضلاب از آن گرفته می شود .

تقسیم بندی فضای درونی استخر ته نشینی – با توجه به هدف از ایجاد استخر ته نشینی و برای رسیدن هرچه بهتر به آن لازم است در ساختمان قسمتهای محتلف استخر به نکاتی توجه شود . بدین جهت فضای یک استخر ته نشینی به نوع کاری که در آن انجام می گیرد ، به قسمتهای زیر تقسیم می کنند :

الف : منطقه ی ورودی فاصلاب به استخر که در آن کوشش می شود با پیش بینی اجزایی از قبیل دیوار آرام کننده ، سرعت و تلاطم فاضلاب کاسته شده و پخش آن در قسمت گسترده ای از سطح استخر به صورت یکنواخت انجام پذیرد .

ب : منطقه ی ته نشینی فاضلاب در استخر که در آن باید سرعت فاضلاب به حداقل خود رسیده و با انتخاب درازا ، پهنا و عمق مناسبی برای این منطقه حتی الامکان عمل ته نشینی را بهبود بخشید .

ج : منطقه ی جمع شدن و متراکم شدن لجن – در این قسمت که مجاور کف استخر است باید با انتخاب حجم مناسبی موجب شد که لجن از یک سو تراکم لازم را به دست آورد ، و از سوی دیگر مانع از متعفن شدن و برگشت دوباره ی آن به سطح استخر گردید .

د : منطقه ی خروجی فاضلاب از استخر که عملاً آخرین قسمت از استخر را تشکیل می دهد و باید به گونه ای طراحی شود که بیرون رفتن فاضلاب از استخر در طولی نسبتاً کافی و به طور یکنواخت انجام گیرد . مثلاً استفاده از سر ریزهای مثلثی در این قسمت می تواند کمکی برای رسیدن به این هدف نماید .

استخرهای ته نشینی نخستین را بنابر شکل ساختمانی و کار آنها به استخرهای مستطیل ، استخرهای دایره ای و هریک نیز با لجنروب مکانیکی و یا بدون لجنروب و بالاخره استخرهای ته نشینی به کمک مواد منعقد کننده دسته بندی می کنند .

4-5-2-استخرهای ته نشینی مستطیل

استخرهای مشتطیل در مقایسه با استخرهای دایره ای شکل دارای برتری های زیر می باشند :

الف – زمین کمتری نیاز دارند .

ب – با پیش بینی دیوار های مشترک بین دو استخر مجاور هم می توان از هزینه ی ساختمانی آن کاست .

ج – خالی کردن لجن و لوله کشی مربوط به آن آسانتر است .

د – راه تغذیه ی استخر کوتاه تر است .

ه – ایمنی استخر در برابر مشکلات ناشی از گرفتگی مجرا های ورودی و خروجی کمتر است .

روش لجنروبی استخرها به صورت دائمی و با کمک تسمه یا با کمک پاروی متحرک و به صورت متناوب انجام می گیرد .

در هر دو حالت لجنها روی کف شیبدار استخر به سمت حوضچه ی جمع آوری لجن ، هدایت شده و در آنجا بر اثر فشار آب روی آن به بیرون فرستاده می شود .

منطقه ی ورودی استخر ته نشینی– این منطقه توسط دیوار آرام کننده ای به فاصله ی 60 تا 90 سانتیمتری به دیوار اصلی استخر از بقیه ی آن جدا می شود . خروج فاضلاب از منطقه ی آرام کننده ( منطقه ی ورودی ) و ورود آن به منطفقه ی ته نشینی به روشهای گوناگونی انجام می گیرد . ممکن است دیوار آرام کننده را تا کف استخر ادامه داد و فاضلاب را از سوراخهای متعددی به قسمت ته نشینی وارد نمود و یا اینکه دیوار آرام کننده بدون سوراخ و تا نزدیکی کف از زیر دیوار وارد منطقه ی ته نشینی می گردد . روش اخیر به علت برتری هایی که دارد بیشتر متداول است . سرعت ورود فاضلاب به منطقه ی آرام کننده ( منطقه ی ورودی ) نباید از 0.5 متر در ثانیه بیشتر باشد .

منطقه ی ته نشینی– با توجه به آنچه در اصول تصفیه و اثر عدد های فرود و رینلدز در فرایند ته نشینی و بازده استخرها بیان شد ، استخرهایی که دراز و باریک باشند مناسبترند . ولی از نظر هزینه ی ساختمانی اقتصادی نمی باشند . لذا نسبت درازا به پهنای استخر را بین 3 تا 10 و حتی گاهی تا 20 پیشنهاد نموده اند . به طور متوسط نسبت نامبرده را می توان برابر 4 انتخاب نمود .

استاندارد آلمان غربی حداقل پهنای استخر را 5 متر و حداقل درازای آن را ، 3 متر پیشنهاد می کند.

گودی موثر استخر را در مجاورت دیوار انتهایی آن 3 تا 5 و به طور متوسط 3.6 متر انتخاب می کنند. حداقل عمق 2 متر تعیین شده است .

شیب کف استخرهای مستطیل را بسته به نوع لجنروب بین 1:50 تا 1:300 انتخاب می کنند که عدد  بیشتر متداول است .

سرعت لجنروبهای پارویی در موقع لجنروبی حراکثر 5 سانتی متر در ثانیه و در موع برگشت آن که پارو در بیرون آب حرکت می کند 10 سانتی متر بر ثانیه می باشد . در لجنروبهای تسمه ای لجنروب با کمک دو ردیف زنجیر در دو طرف استخر حرکت می کند . فاصله تیغه های لجنروبی از همدیگر روی زنجیر برابر 3 متر انتخاب می گردد .

منطقه ی جمع شدن لجن– حجم این قسمت بسته به مقدار مواد معلق در فاضلاب ، غلظت لجن و سرانجام مدت زمان خالی کردن حوضچه لجن گیر فاضلاب انتخاب می شود .

غلظت لجن به دست آمده از استخرهای ته نشینی نخستین با توجه به غلظت مواد معلق در فاضلاب و بار سطحی انتخاب شده برای استخر و سرانجام با کمک منحنی به دست می آید . معمولاً غلظت ماده ی خشک در لجن تولید شده در استخرهای ته نشینی نخستین 2 تا 7 درصد و به طور متوسط 5 درصد می باشد . وزن مخصوص لجن به دست آمده در این استخرها برای شبکه ی جمع آوری مجرا 1.03 و برای شبکه های درهم 1.05 تن بر متر مکعب می باشد .

حجم منطقه ی جمع شدن لجن باید برای 8 تا 24 ساعت لجن تولید شده در استخر طراحی گردد .

خالی کردن لجن به صورت متناوب و بر اثر فشار فاضلاب روی آن انجام می گیرد . فشار لازم برای بیرون آمدن لجن با غلظت کمتر از 10 درصد در استخرهای نخستین 1.5 تا 2 متر می باشد . خالی کردن لجن از استخرهای ته نشینی نخستین حداقل سه بار در شبانه روز انجام می گکیرد . در مناطق گرمسیر برای جلوگیری از تعفن و تولید گاز باید فاصله ی زمانی نامبرده کمتر انتخاب گردد .

تعداد حوضچه های لجن گیر در یک استخر با توجه به پهنای آن تعیین می شود که غالباً دو عدد انتخاب می شوند .

منطقه ی خروجی– بیرون آمدن فاضلاب ته نشین شده از استخر باید کاملاً یکنواخت و آرام انجام گیرد . لذا باید بار وارد بر متر طولی سرریز یعنی مقدار دبی ای که از یک متر طولی سرریز می گذرد مورد توجه قرار گیرد . بار سرریز ها در ایتخرهای ته نشینی بین 125 تا 500 ( مناسب 250 ) متر مکعب برای هر متر طولی در شبانه روز در نظر گرفته شود . در استاندارد های آلمان غربی برای استخرهای ته نشینی نخستین این مقدار تا 840 متر مکعب برای هر متر طولی در شبانه روز نیز اجازه داده شده است . برای استخرهای ته نشینی نهایی اعداد نامبرده کمتر است . در صورتی که بار سرریز به علت کمی پهنای استخر مقدار های نامبرده بیشتر باشد ، باید از سرریزهای دوطرفه استفاه نمود . کابرد سرریزهای مثلثی و یا سوراخهای متعدد زیرآبی متداول است . برای جلوگیری از بیرون رفتن مواد شناور و کفهای تولید شده در سطح استخر قرار دادن کفابگیر لازم است . عمق دیواره ی کفابگیر در استخر باید 0.15 تا 0.30 متر زیر سطح فاضلاب و فاصله ی آن از سرریز مثلثی 0.3 متر باشد .

4-5-3-استخرهای دایره ای شکل

در استخرهای دایره ای فاضلاب نخست وارد استوانه ی میانی استخر شده و از راه سوراخهای جانبی به قطر 15 تا 25 سانتی متر به قسمت ته نشینی وارد می گردد . سرعت جریان در موقع ورود به استوانه نباید از 0.5 متر در ثانیه بیشتر گردد . قطر استوانه 10 تا 20 درصد قطر درونیی استخر ته نشینی انتخاب می گردد . سطح این استوانه که حدود 5 درصد سطح استخر ته نشینی است در محاسبه ی بار سطحی نادیده گرفته می شود . لبه ی استوانه باید مانند دیواره ی آرام کننده در استخرهای ته نشینی مستطیل حداقل 15 سانتی متر بالاتر از سطح فاضلاب در استخر ادامه داشته و در عمق نیز به اندازه ی 40 تا 95 درصد عمق دیواره ی استخر در فاضلاب پایین رود . کف استوانه می تواند باز یا بسته انتخاب شود . نوع باز آن دارای این برتری است که مواد معلق سنگین بلافاصله در حوضچه مخروطی شکل لجن گیر ته نشین می شود . فاضلاب پس از بیرون آمدن از استوانه ی پخشان به صورت شعاعی به سمت کناره ی استخر جریان می یابد . فاضلاب حین جریان به علت بزرگ شدن سطح مقطع جریان مرتباً از سرعتش کاسته شده و لذا دائماً ذرات ریزتری شروع به ته نشین شدن می کنند .

قطر استخرهای دایره ای 12 تا 60 متر انتخاب می شود . مناسب ترین قطر ها 30 تا 40 متر می باشد . قطر های کمتر از 20 متر به ندرت به کار می رود .

عمق استخر در پای دیوار آن که مبنای محاسبه مدت زمان توقف قرار می گیرد 1.2 تا 4 متر است . شیب کف استخرهای دایره ای 4 تا 8 درصد اختیار ولی برای بهتر حرکت کردن لجن شیبهای 7 تا 8 درصد مناسبتر است .

نسبت عمق استخر در پای دیوار آن به قطر استخر 1:10 تا 1:20 انتخاب می گردد . سرریز های خروجی در استخر های دایره ای در محیط آن کار گذاشته می شود . دیواره ی کفابگیر باید 20 تا 30 سانتی متر درون فاضلاب و در سمت بالا نیز حداقل 10 سانتی متر روی سطح فاضلاب ادامه داشته باشد . حداکثر سرعت خطی لجنروب مکانیکی 2.5 تا 4 سانتی متر در ثانیه می باشد .

4-5-4-استخرهای ته نشینی بدون لجنروب مکانیکی

هدف از ساختن چنین استخرهایی این است که مواد ته نشین شده در کف استخر با کمک شیب زیاد آن خود به خود با نیروی ثقل به حوضچه ی جمع آوری لجن هدایت گردد . لذا شیب کف این استخر ها در نوع دایره ای 254 درجه و در نوع چهار گوش 60 درجه انتخاب می گردد . عیب اصلی این گونه استخرها نیاز به عمق زیاد است و به ویژه در محلهایی که سطح آب زیر زمینی بالا است استفاده از آنها یا مشکلات اجرایی فراوانی روبرو می گردد . استخر از دو قسمت  تشکیل می شود . قسمت استوانه ای و یا منشوری با دیوار قائم و قسمت مخروطی یا هرمی که در زیر آن قرار می گیرد . جریان فاضلاب در این استخرها مانند استخرهای ته نشینی دایره ای شکل نخست به درون استوانه مرکزی پخش کننده وارد و به سمت پایین متوجه شده و پس از گذشتن از زیر استوانه وارد قسمت ته نشینی می شود . سپس فاضلاب به سمت بالا حرکت کرده و به طرف کناره های استخر و سرریز های خروجی متوجه می گردد . در حین بالا رفتن فاضلاب مواد معلق روی سطح شیب دار کف ته نشین شده و به سمت حوضچه ی جمع آوری لجن سر می خورد . استوانه ی پخش کننده فاضلاب تا ارتفاع 15 سانتی متر بالاتر از سطح فاضلاب در استخر امتداد می یابد . سطح این استوانه یک تا 1.2 متر مربع می باشد.

بار سطحی در این استخرها 28.8 متر مکعب در ساعت بر هر متر مربع از سطح استخر و مدت زمان توقف فاضلاب در این استخرها 2 تا 3 ساعت در نظر گرفته می شود .

در حالتی که استخر چهار گوش اختیار شود هر ضلع آن 5 تا 9 متر انتخاب می گردد . انتخاب ضلعهای بلندتر موجب عمق بیشتری برای استخر می شود . حجم قسمت هرمی شکل این استخرها از رابطه ی زیر به دست می آید . که در آن J در ازای یک ضلع مربع می باشد .

V = 0.29 *

حجم قسمت جمع آوری لجن در این استخر ها در قسمت هرمی شکل بوده و حدود 30 درصد کل حجم استخر را در بر می گیرد . غلظت لجن به دست آمده از این استخرها حدود 3 تا 4 درصد می باشد . قطر لوله ی خروجی لجن باید حداقل 150 میلیمتر باشد . ابعاد کف حوضچه ی لجن گیر باید کوچکتر از 1.2*1.2 متر باشد و یا قطر آن از 1.2 متر بیشتر نباشد . انتخاب ابعاد 0.75 تا یک متر برای این حوضچه ها مناسبتر است .

4-5-5-استخرهای ته نشینی با کمک مواد منعقد کننده

در این استخرها از مواد شیمیایی منعقد کننده برای تشدید و تکمیل فرایند ته نشینی استفاده می شود . مواد شیمیایی که برای این منظور استفاده می شود عبارتند از کلر و فریک به مقدار 20 تا 30 گرم برای هر متر مکعب فاضلاب و سولفات فریک به مقدار 40 تا 50 گرم برای هر متر مکعب فاضلاب و انواع پلی الکترولیتها که مقدار مصرف آنها بسته به نوعشان متفاوت است .

بیش از ورود فاضلاب به این گونه استخرهای ته نشینی بهتر است نخست ماده ی شیمیایی  با فاضلاب در حوضهایی آمیخته گردد . مدت زمان توقف فاضلاب در این حوضها کمتر و یا برابر 20 دقیقه است . در این صورت زمان توقف فاضلاب در استخر ته نشینی 1.5 تا 2 برابر استخرهای ته نشینی ساده انتخاب می گردد .

حجم لجن به دست آمده با کمک مواد منعقد کننده در تصفیه ی فاضلاب شهری به علت گرانی مواد شیمیایی و زیادی لجن تولید شده کمتر مورد استفاده قرار می گیرد . از این روش بیشتر در تصفیه ی فاضلاب های صنعتی استفاده می گردد .

4-6-یگانهای تصفیه ی زیستی

در تصفیه خانه های فاضلاب شهری یگانهای مربوط به تصفیه ی زیستی فاضلاب مهمترین قسمت تصفیه خانه را تشکیل می دهند که بیشترین قسمت از کاهش آلودگی فاضلاب در آنها انجام می گیرد .

در تصفیه خانه هایی که تنها تصفیه ی مکانیکی ، جوابگوی ضوابط خواسته شده برای آلودگی فاضلاب خروجی نباشد ، لازم می گردد که علاوه بر تصفیه ی نامبرده از تصفیه ی زیستی نیز برای رسیدن به هدف استفاده نمود . لذا تصفیه ی زیستی را برخی تصفیه ی ثانوی نیز می نامند .

همانگونه که در اصول تصفیه بیان شد ، تصفیه ی زیستی به دو صورت هوازی و بی هوازی انجام می گیرد . در این قسمت تنها یگانهایی که در آنها تصفیه ی زیستی با روش هوازی انجام می گیرد توضیح داده خواهد شد . بیان روش بی هوازی که در تصفیه خانه ها بیشتر برای تصفیه ی تکمیلی مورد استفاده قرار می گیرد به قسمت بعد موکول می شود .

هدف از تصفیه ی زیستی با روش هوازی در تصفیه خانه های فاضلاب شهری اجرای همان فرایندی است که در طبیعت به صورت خود به خودی نیز انجام می گیرد . تنها تفاوت موجود در این است که در این یگانها کوشش می شود با بهبود دادن محیط زیست باکتری های هوازی فعالیت آنها را تشدید نمایند تا مدت زمان تصفیه را کوتاه و محل لازم برای تأسیسات را کوچک سازند .

بهبود دادن محیط زندگی باکتری ها بدین صورت انجام می گیرد که اکسیژن کافی مواد غذایی مورد نیاز و سرانجام درجه ی گرمای مناسب برای آنها فراهم می گردد .

مهمترین یگانهایی که در تصفیه خانه های فاضلاب شهری برای تصفیه ی زیستی یا روش هوازی بکار می روند عبارتند از صافی های چکنده ، استخرهای هوا دهی و صافی های ماسه ای . در دو روش صافی چکنده و ماسه ای باکتری های هوازی روی قطعات قلوه سنگ و یا روی دانه های ماسه و به طور کلی روی بسترهایی ثابت نشسته ، مواد آلی فاضلاب را تجربه می کنند و در روش استخرهای هوادهی این باکتر ها روی لخته های متحرک و شناور فاضلابی در استخرها قرار می گیرند .

4-6-1-صافی های چکنده

برای تصفیه ی زیستی در شهر های کوچک و متوسط یعنی تا جمعیتهای در حدود پنجاه هزار نفر می توان از صافی چکنده استفاده نمود . برای شهر های بزرگ تر معمولاً سطح مورد نیاز زیاد شده و هزینه ی تأسیسات افزایش می یابد و طرح جنبه ی اقتصادی خود را از دست می دهد .

صافی های چکنده از استوانه های بتونی یا فلزی تشکیل شده اند که درون آنها را با قلوه سنگ هایی پر کرده و فاضلاب را روی آنها پخش می کنند .

در اثر وجود خلل و فرج بین قلوه سنگها و نیز اختلاف درجه ی گرما ، جریان هوا درون سنگها برقرار شده و موجب رسیدن اکسیژن به باکتری های موجود در فاضلاب می شود . باکتری های هوازی به صورت لایه ای ژلاتینی شکل بر روی قلوه سنگها جمع شده ، تکثیر مثل پیدا کرده و مواد آلی موجود در فاضلاب را برای ادامه ی زندگی خود تغذیه و موجب اکسیداسیون و پایدار شدن آنها می شوند .

قطعات قلوه سنگ هایی که در صافی چکنده مصرف می شوند به سه صورت و در سه لایه ی متفاوت روی همدیگر ریخته می شوند . نخستین لایه ی زیرین که لایه ای است نگهدارنده و به کلفتی 30 سانتی متر از قلوه سنگهایی درشت و به قطر های 8 تا 18 سانتی متر تشکیل می شود . روی این لایه یک لایه ی محافظ به کلفتی 50 سانتی متر با قطعاتی به قطرهای 6.3 تا 8 سانتی متر ریخته می شود . سپس روی این دو لایه ، لایه ی اصلی و موثر به قطرهای 4 تا 8 سانتی متر و به کلفتی پیش بینی شده در طرح قرار می گیرد .

ارتفاع صافی ها چکنده بسته به نوع و ابعاد لایه ی موثر چکننده ی فاضلاب و در نتیجه خلل و فرج و امکان جریان هوا از میان آنها نیز میزان بارگذاری در صافی متفاوت و بین 1.5 تا 12 متر انتخاب می گردد .

صافی های چکنده را از دو نظر دسته بندی می کنند . اول از نظر میزان بارگذاری روی صافی که به صافی های کم بار و پربار دسته بندی می شوند . دوم با توجه به شکل ساختمانی آنها که به صافی های ایستاده و ثابت و صافی های استوانه ای و گردان ( خوابیده ) تقسیم بندی می شوند .

معایب و برتری های صافی های چکنده – معایب صافی های چکنده در مقابل استخرهای هوادهی عبارتند از :

1.افت فشار زیاد که بسته با ارتفاع صافی تا چندین متر بالغ گردد .

2.امکان رشد و نمو و تکثیر مگس ، پشه و حشرات دیگر .

3.وجود بوی تعفن در نزدیکی صافی که در نتیجه نمی توان آنها را در نزدیکی مناطق مسکونی ساخت .

4.نیاز به سطح زمین بیشتر به ویژه برای شهر های بزرگ .

5.فزونی هزینه های اولیه ی ساختمانی در مقایسه با استخرهای هوادهی .

6.امکان یخ بندان سطح صافی در روزهای زمستان و کاهش بازده آن .

7.اجبار در تصفیه کردن مقدماتی فاضلاب پیش از وارد نمودن آن به صافی چکنده .

صاف چکنده ی پربار– بار حجمی آلودگی (BV) بر این صافی ها زیاد و بین 400 تا 800 گرم  بر هر متر مکعب از حجم صافی در شبانه روز انتخاب می گردد . در برخی از کشور ها مانند آمریکا از صافی های خیلی پرباری استفاده می شود که بارپذاری آنها تا 1700 و حتی 6000 گرم  بر هر متر مکعب از حجم صافی در شبانه روز می رسد . لذا عملاً تصفیه ی فاضلاب در این گونه صافی ها به ویژه وقتی بارگذاری از 600 گرم  بر هر متر مکعب در شبانه روز تجاوز کند ناقص بوده و عمل نیترات سازی در آنها کامل انجام نمی گیرد .

به عبارت دیگر زیادی بار سطحی موجب خود شویی صافی گردیده و حجم فاضلاب تصفیه شده را افزایش می دهد . این اثر خود شویی طبق رابطه ی زیر علاوه بر بار سطحی به تعداد بازوهای پخش کننده ی فاضلاب یعنی m و سرعت دوران آنها بر حسب دور در ساعت یعنی n بستگی دارد .

تصفیه فاضلاب روشی نیکو در بازگشت اب به منابع اولیه است

در رابطه ی بالا  نشان دهنده ی بار سطحی بر حسب میلیمتر در ساعت ، S که قدرت شویندگی صافی نامیده می شود بر حسب میلیمتر در ساعت می باشد . مقدار مناسب S برابر 2 تا 6 میلیمتر در هر بار به کار افتادن بازوهای پخش کننده ی فاضلاب می باشد .

صافی چکنده ی کم بار – مقدار بار حجمی آلودگی یعنی  در این صافی ها کم و بین 200 تا 400 گرم  بر هر متر مکعب از حجم صافی  در شبانه روز و بار سطحی  آنها بین 0.4 تا 1.5 متر در ساعت انتخاب می گردد . در برخی از منابع بار حجمی آلودگی را تا 175 گرم  بر هر متر مکعب در شبانه روز نیز کاهش می دهند . با چنین بارگذاری ، فاضلاب فرصت می یابد تا به طور کامل تصفیه شده و فرایند نیترات سازی در آن انجام گیرد و لذا لجنی که از این گونه صافی ها در استخر ته نشینی جمع می گردد لجنی است نسبتاً تثبیت شده . بازده این گونه صافی ها در تثبیت مواد آلی فاضلاب برای بارگذاری 200 گرم  در هر متر مکعب از صافی در شبانه روز 85 تا 95 درصد می باشد .

صافی چکنده ی گردان– این گونه صافی ها از استوانه های مشبکی تشکیل شده اند که درون آنها از قطعات پلاستیکی متخلخل پر شده است . استوانه حول محور افقی خود دوران کرده و همیشه قسمت زیرین آن در فاضلاب غوطه ور می باشد . فاضلاب در حوضچه ای در زیر صافی جریان آرامی را طی می کند . به عبارت دیگر بر خلاف صافی های استوانه ای ثابت ، صافی های گردان نتحرک بوده و به طور متناوب و همیشه قسمتی از آن در فاضلاب و قسمتی در هوا قرار می گیرد . این گونه صافی ها را امروزه تنها با مواد پلاستیکی می سازند .

صافی چکننده با مواد پلاستیکی– امروزه به جای قلوه سنگهای طبیعی و مصنوعی از قطعات پلاستیکی متخلخل استفاده می شود . مواد پلاستیکی دارای این برتری هستند که می توان با تغییر درجه ی تخلخل و یا به عبارت دیگر با افزایش سطح ویژه مواد یعنی میزان سطح بر حسب متر مربع برای هر متر مکعب از حجم مواد ، مقدار بارگذاری بر صافی را افزایش داد . هم چنین به علت سبکی وزن مواد پلاستیکی می توان صافی های چکنده را بلندتر ساخت و با کمک آنها صافی های چکنده ی گردانی با قطر های بزرگتر ایجاد نمود .

دراین روش فاضلاب را وارداستخرهایی نموده وبه طور مصنوعی هوارادرمجاورت آن قرار میدهند تا اکسیژن آن به صورت محلول درفاضلاب درآمده موجب زندگی وتولیدمثل باکتری ها شود.تماس هوا بافاضلاب دراستخرهای هوادهی به دوصورت زیرممکن است انجام گیرد:

 

1.دمیدن هوابه درون فاضلاب باکمک لوله هایی باهوای فشرده

2.بهم زدن فاضلاب وافزایش سطح تماس ان باهوا

 

فاضلاب پس ازدریافت اکسیژن دراستخرهای هوادهی وکاهش BOD آن وارد استخرهای ته نشینی شده ذرات معلق  که روی آنها باکتری های هوازی قرارگرفته اند با هم لخته هایی راتشکیل داده وبه نام لجن فعال دراستخرته نشینی نهایی ته نشین میشوند.برای افزایش بازده استخرهای هوادهی قسمتی ازاین لجن فعال وته نشین شده را دوباره همراه فاضلاب خام وارد استخر هوادهی میسازند و از این رو این روش به نام روش لجن فعال نیزنامیده میشود

1.سطح لازم برای ساختمان آن از روش های دیگر کمتراست

2.هزینه ساختمانی ان کمتر است

3.بازده استخرهای هوادهی بیشتر است

4.حساسیت آن نسبت به تغییرات دما کم است ودرتابستان ها وزمستان ها بازدهی نزدیک به هم دارد

5.کاراستخرهای هوادهی بدون بو انجام میپذیرد وفاضلاب بدست امده پس از ته نشینی نهایی بی بووزلال است

6.دراطراف این استخرها تولید مثل حشرات خیلی کمتر از روش های دیگراست

7.هزینه راهبری ان به علت نیاز به مصرف برق زیاد بیشترازصافی چکنده است

8.لجن به دست امده دراین روش پراب تر از روش صافی چکنده است ونیازبه استخرهای تغلیظ لجن دارد.

محاسبه ی حجم استخر هوادهی:

V=L/B

L=مقدارکل الودگی فاضلاب هنگام ورود به استخرهوادهی برحسب کیلوگرم BODدرشبانه روز

B=مقداربارحجمی استخربرحسب کیلوگرم BODبرهرمترمکعب ازحجم استخردرشبانه روز

B=MLSS MLVSS

MLSS=وزن مواد خشک موجود دریک مترمکعب ازاستخربرحسب کیلوگرم

MLVSS=آلودگی هر کیلوگرم ازموادخشک برحسب کیلوگرم BODدرشبانه روز

بامحاسبه حجم استخرودبی فاضلاب مدت زمان هوادهی از رابطه زیربدست می اید:

T=V/Q

2.ضریبF/M :

این ضریب نشان دهنده ی مقدارموادغذایی است که دراختیار باکتری ها قرارداده میشود

3.لجن برگشتیRS:

کمترین نسبت لجن برگشتی به کل فاضلاب ورودی ازرابطه زیربه دست می اید:

RS/Q=(MLSS)/(SMLSS-MLSS)

SMLL=غلضت لجن برگشتی

MLSS=غلضت فاضلاب دراستخرهوادهی نسبت به موادجامدموجوددرانها

RS=دبی لجن برگشتی

Q=ماکزیمم دبی ورودی به تصفیه خانه درحالت بدون بارندگی

SMLSS=1200/SVI

.اندیس حجمی لجن SVI:

چون درعمل همواره لجن به صورت آبدار است.بنابراین حجم یک گرم لجن خشک راوقتی که آبدار باشد برحسب سانتیمترمکعب به نام اندیس حجمی لجن ویادرجه ی غلیظ شدن لجن مینامند.گاهی به جای اندیس حجمی اندیس جرمی لجن (SDI)رامبنای محاسبات قرار می دهند

5.لجن اضافی:

مقدارلجن اضافی که باید مرتباازاستخرته نشینی نهایی برداشته شده وازمدارخارج شود

6.عمرلجن:

SRT=(MLSS V)/(SS Q SL

تصفیه فاضلاب روشی نیکو در بازگشت اب به منابع اولیه-

تصفیه و ضد عفونی آب و فاضلاب

 

مقدمه

امروزه حفظ منابع آب ، یعنی حیاتی ترین ماده ای که بشر به آن نیاز دارد بطور فزاینده ای مورد توجه مجامع مختلف بین المللی قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعیت و در نتیجه بهره برداری بیش از حد از منابع محدود آب از یک طرف و آلوده شدن آنها بسبب فعالیتهای گوناگون زیستی ، کشاورزی و صنعتی بشر از طرف دیگر همگی دست به دست همدیگر داده و زنگ خطر بحران آب را در سالهای آینده به صدا در آورده است .

بنابراین حفظ کیفیت فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی منابع آب سرلوحه فعالیت بسیاری از سازمانهایی است که به نحوی با این منابع سرو کار دارند .

این مهم از دو جنبه کلی قابل توجه است :

 

١- افزایش کیفیت آبی که باید به مصارف گوناگون برسد که تحت تاثیر سه عامل عمده بوده است

- افزایش آلاینده ها در منبع طبیعی آب .

- آزمایشهای کیفی آب و فاضلاب با دقت بالا .

- افزایش سطح استاندارد آب آشامیدنی .

تحولاتی که در چند سال اخیر موجب پیشرفت تکنولوژی تصفیه آب و افزایش کیفیت آب آشامیدنی شده است بشرح ذیل می باشد :

×حذف مرحله کلر زنی در ابتدای تصفیه خانه ( استفاده از کلر فقط در آخرین مرحله تصفیه برای بهره برداری از کلر باقی مانده در شبکه  .

× استفاده از ازون و پرتودهی فرابنفش در مراحل مختلف تصفیه .

× استفاده بیشتر از سیستم ازون ، بویژه استفاده از اکسیژن برای تغذیه دستگاه و بهره گیری از برق با فرکانس متوسط ،‌باعث شده تا غلظت ازون بالا رفته و در نتیجه طراحی دستگاههای تولید ازون کوچکتر شود که نهایتا منجر به کاهش سرمایه گذاری اولیه برای تصفیه بروش ازون می گردد.

 

٢- افزایش کیفیت فاضلاب تصفیه شده گوناگون شهری ، روستایی ، کشاورزی و صنعتی .

پر واضح است که اهمیت این جنبه زیاد بوده و اگر تمام توجه به آن معطوف می شد هیچگاه بشر با بحران کم آبی روبرو نمی شد .

 

١- فاضلاب چیست ؟

همه جوامع ، هم به صورت جامد و هم به صورت مایع ، فضولات تولید می کنند . بخش مایع این فضولات ، یا فاضلاب ، اساسا همان آب مصرفی جامعه است که در نتیجه کاربردهای مختلف آلوده شده است . از نظر منابع تولید ،‌ فاضلاب را می توان ترکیبی از مایع یا فضولاتی دانست که توسط آب از مناطق مسکونی ،‌اداری و تاسیسات تجاری و صنعتی حمل شده و بر حسب مورد ، با آبهای زیرزمینی ، آبهای سطحی و سیلابها آمیخته است .

 

اگر فاضلاب تصفیه نشده انباشته شود ، تجزیه مواد آلی آن ممکن است منجر به تولید مقدار زیادی گازهای بدبو شود . علاوه بر آن ، فاضلاب تصفیه نشده معمولا حاوی میکروارگانیسمهای بیماریزای فراوانی است که در دستگاه گوارش انسان زندگی می کنند و یا در برخی فضولات صنعتی موجودند . فاضلاب ، شامل برخی مواد مغذی نیز هست که می تواند سبب تحریک رشد گیاهان آبزی شود ، و ممکن است ترکیبات سمی نیز داشته باشد ،‌بنا به این دلایل انتقال سریع و بدون دردسر فاضلاب از منابع تولید ، وسپس تصفیه و دفع آن ، نه فقط مطلوب ، بلکه در جوامع صنعتی ضروری است و جنبه اقتصادی و تولید درآمد نیز دارد .

تصفیه آب و فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است که اصول بنیادی علوم و مهندسی را در مسائل کنترل آلودگی آب به خدمت می گیرد . هدف نهایی مدیریت فاضلاب حفاظت محیط زیست است به نحوی که با اصول بهداشت عمومی و مسائل اقتصادی ، اجتماعی و سیاسی هماهنگ باشد .

 

٢- تصفیه فاضلاب

فاضلاب جمع آوری شده چه از مراکز جمعیتی یا کارخانجات نهایتا باید به منابع آب یا خاک باز گردانده شود . در هر مورد باید به این سوال پیچیده پاسخ داد که : برای حفظ محیط زیست ، کدام یک از آلاینده های فاضلاب ، و تا چه حد باید حذف شوند؟ پاسخ به این سوال مستلزم بررسی شرایط و نیازهای محلی ، همراه با کاربرد دانش علمی ، قضاوتهای مهندسی متکی به تجربه و رعایت شرایط و مقررات کشوری می شود .

 

گرچه جمع آوری آبهای سطحی و زهکشی از زمانهای قدیم شروع شده است ، ولی پیدایش نظریه میکروبی توسط کخ و پاستور در نیمه دوم قرن نوزدهم آغازگر عصر جدیدی در زمینه بهداشت عمومی شد . قبل از آن زمان رابطه آلودگی و بیماری فقط به صورت مبهم شناخته شده و از علم نوپای باکتری شناسی نیز برای تصفیه فاضلاب استفاده نشده بود .

روشهای تصفیه که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی عامل مهمتری است با عنوان عملیات واحد تصفیه شناخته شده اند . روشهای تصفیه که در آن حذف آلاینده ها از طریق واکنشهای شیمیایی و زیست شناسی صورت می گیرد با عنوان فراینده های واحد تصفیه معروف اند

در حال حاضر ، عملیات و فرآیندهای واحد تصفیه در هم ادغام شده و آنچه را که امروزه مراحل اولیه ، و نهایی تصفیه نامیده می شود تشکیل داده اند . در تصفیه اولیه از عملیات فیزیکی تصفیه همچون آشغالگیری و ته نشینی برای جدا کردن مواد شناور و قابل ته نشینی موجود در فاضلاب بهره گرفته می شود . در تصفیه ثانویه از فرآیندهای شیمیایی و زیست شناختی استفاده می شود تا قسمت اعظم مواد آلی از فاضلاب جدا شود . در تصفیه نهایی از واحدهای اضافی عملیات و فرآوری استفاده می شود . تا سایر آلاینده ها مانند نیتروژن و فسفر ، که مقدار آنها در تصفیه ثانویه کاهش چشمگیری پیدا نکرده است ، حذف شوند . روشهای تصفیه زمینی ، که امروزه بیشتر به "‌سیستمهای طبیعی " معروف شده اند ، مجموعه ای از مکانیسم های تصفیه فیزیکی ،‌شیمیایی و زیست شناسی را به خدمت گرفته و آب را با کیفیتی مشابه آبی که از تصفیه نهایی فاضلاب حاصل شود تولید می کنند.

 

در طول ٢٠تا ٣٠ سال گذشته تعداد مراکز صنعتی که فضولات خود را به شبکه های فاضلاب شهری تخلیه می کنند افزایش چشمگیری یافته است . با عنایت به اثرات سمی ناشی از حضور این فضولات ،‌حتی با غلظت بسیار کم ، در بسیاری از جوامع آمیختن فاضلاب خانگی با فاضلابهای صنعتی ، که به طور کامل یا ناقص تصفیه اولیه شده اند ، مورد ارزیابی مجدد قرارگرفته است . پیش بینی می شود که در آینده این کارخانجات ملزم شوند که این فضولات را ،‌ در محل تولید ، تا سطح بالاتری تصفیه کنند تا بی ضرربودن آنها ،‌قبل از تخلیه به شبکه های شهری ،‌تضمین شود . در حال حاضر بر روی اغلب عملیات و فر آیندهای واحد مورد استفاده در تصفیه فاضلاب تحقیقات وسیع و پیوسته ای ، از دیدگاه کاربرد و اجرا ،‌صورت می گیرد . در نتیجه ، تغییرات فراوان در فرآیندها صورت گرفته و فرآیندها و عملیات جدیدی ابداع و به کار گرفته شده است : به منظور ارتقا شرایط زیست محیطی آبهای سطحی و رودخانه ها رو شهای تصفیه معمول باید بهبود یابد و سیستمهای تصفیه و تکنولوژی نوین دیگری به خدمت گرفته شوند . اگر قرار باشد پیشرفت مهمی در تحلیل و کاربرد فرآیندهای موجود و جدید حاصل شود باید روشهای پیشرفته تری برای شناسایی مشخصه های مورد نظر بکار گرفته شود . گر چه اغلب مواد آلی حاضر در فاضلابهای انسانی را می شود تصفیه کرد ،‌ولی فاضلاب صنعتی با بهره گیری از فرآیندهای معمول حاضر ،‌ قابل تصفیه نیستند و یا فقط کمی تصفیه می شوند ، به علاوه در بسیاری از موارد ، از آثار دراز مدت زیست محیطی حضور اینگونه مواد اطلاعاتی در دسترس نیست و یا اطلاعات موجود ناچیز است . در بعضی از موارد ممکن است برای حفظ اینگونه آلاینده ها ، قبل از تخلیه به داخل شبکه جمع آوری ، کنترل بیشتر در منبع تولید ضرورت پیدا کند .

 

 

 

٣- روشهای گندزدایی منابع آ ب :

یکی از آلودگیهای بسیار عمده و خطرناک منابع آب ، آلودگی بیولوژیکی است . آب می تواند به انواع میکروارگانیسم ها اعم از انواع باکتریها ،‌انگلها ، قارچها و ویروسها آلوده شود . آلودگی عمده و شایع آب ، آلودگیهای باکتریایی شامل کلی فرمها ( باکتریهای روده ای ) و انگلی می باشد که به طرق مختلف این باکتریها را از بین می برند.

روشهای گوناگونی برای گندزدایی منابع آب وجود دارد که بطو کلی به دو دسته شیمیایی و فیزیکی تقسیم می شوند . از روشهای رایج شیمیایی ، کلر زنی و استفاده از گاز ازون ، و از روشهای رایج فیزیکی ، حرارت ،‌فیلتراسیون و پرتو دهی را می توان نام برد.

شرایط یک ضد عفونی کننده ایده آل در جدول شماره ١ ارائه شده است . همانگونه که دیده می شود ، ضد عفونی کننده ایده آل باید طیف گسترده ای از مشخصه های مختلف داشته باشد . گرچه ممکن است چنین ترکیبی وجود نداشته باشد ، در ارزیابی مواد ضد عفونی کننده توصیه شده یا پیشنهاد شده باید شرایط پیشنهادی در جدول ٢ رادر نظر داشت . این نکته نیز مهم است که حمل و کاربرد ماده ضد عفونی کننده بی خطر باشد و بتوان غلظت آن را در آبهای تصفیه شده اندازه گیری کرد . ضدعفونی را اغلب با استفاده از عوامل شیمیایی ،‌عوامل فیزیکی ، ابزارهای مکانیکی و تابش انجام می دهند.

 

 

جدول ١- مقایسه زیست محیطی دستگاه فرابنفش با دستگاه کلرزن

 

 

ازون

کلر

فرابنفش

شرح

 

 

شیمیایی

شیمیایی

فیزیکی

روش ضدعفونی

 

٦٠٠ ثانیه

١٢٠٠ ثانیه

٥ ثانیه

زمان عملکرد

دارد

دارد

ندارد

تغییرات در ترکیب آب

ندارد

دارد

ندارد

مواد شیمایی زائد

ندارد

دارد

ندارد

پیدایش ترکیب آلی و اکسید های خطرناک

ندارد

دارد

ندارد

تخریب محیط زیست

ندارد

دارد

ندارد

خطر انفجار و نشت گاز به محیط

قدرت کشتن میکرو ارگانیسم های مختلف

دارد

دارد

دارد

باکتریها

دارد

ندارد

دارد

ویروسها

دارد

دارد

دارد

قارچها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول ٢- مقایسه مشخصه های ایده ال و واقعی ضد عفونی کننده های رایج

پرتو فرابنفش

اوزون

برم کلر

کلر دیوکسید

کلسیم هیپوکلرید

سدیم هیپوکلریت

کلر

خواص/پاسخ

مشخصه ها

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

در رفت زیاد باید به شدت سمی باشد

سمیت برای میکروارگانیسها

بی ربط

زیاد

کم

زیاد

زیاد

زیاد

کم

باید در آب یابافت سلولی قابل حل باشد

حل شوندگی

باید در موقع مصرف تولید شود 

ناپایدار، باید در موقع مصرف تولید شود

کمی ناپایدار

ناپایدار، باید در موقع مصرف تولید شود

نسبتا" پایدار

کمی پایدار

پایدار

افت میکروب کشی در حالت توقف باید کم باشد

پایداری

سمی

سمی

سمی

سمی

سمی

سمی

برای صورتهای عالی حیات بسیار سمی

برای میکرو ارگانیسمها باید سمی باشد و برای انسان و سایر حیوانات غیر سمی

غیر سمی برای صورتهای عالی حیات

بی ربط

همگن

همگن

همگن

همگن

همگن

همگن

محلول آن باید از نظر ترکیب یکنواخت باشد

همگنی

 

مواد آلی را  اکسید می کند

مواد آلی را  اکسید می کند

زیاد

اکساینده فعال

اکساینده فعال

مواد آلی را  اکسید می کند

نباید غیر از سلولهای باکتریها جذب مواد الی دیگر شود

برهم کنش با مواد خارجی

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

در گستره دماهای محیط بتواند موثرباشد

سمیت در دمای معمولی محیط

متوسط

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

زیاد

باید قابلیت نفوذ ار سطوح را داشته باشد

نفوذ

بی ربط 

بسیار خورنده

خورنده

بسیار خورنده

خورنده

خورنده

بسیار خورنده

نباید فلزات را تغییرشکل دهد و بروی پارچه ایجاد لک کند

غیره خورنده وغیر لکه گذار

 

زیاد

متوسط

زیاد

متوسط

متوسط

زیاد

باید در حال ضد عفونی کردن بو را از بین ببرد

توانایی بوبری

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان

نسبتا" ارزان  

ارزان

باید در مقادیر زیاد وبا قیمت معقول در دسترس باشد

دسترسی

 

 

 

١-٣- گندزدایی به روش کلر

کلر زنی اگر چه بسیار رایج است اما نیاز به تجهیزات متعدد و جاگیر و از همه مهمتر نقل و انتقال و کاربرد گاز خطرناک کلر دارد ایمنی کامل در طراحی سیستمهای ذخیره و نگهداری کلر بایستی رعایت گردد بدلیل آنکه گاز کلر بسیار سمی و خورنده است . در کاربرد کلر به عنوان ضد عفونی کننده رعایت موارد زیر الزامی است .

- کلریناسیون روزمره بایستی نزدیک نقطه کاربرد صورت گیرد .

- ذخیره کلر و تجهیزات کلریناتور بایستی در اتاقهای جداگانه صورت گیرد.

- تهویه بایستی کف اتاق تعبیه گردد بدلیل اینکه گاز کلر سنگینتر از هوا می باشد .

- ذخیره کلر باید جدا از تغذیه کننده های کلر صورت گیرد .

- اتاق کلر یناتور باید از نظر حرارت کنترل گردد. حداقل دمای ٢١ درجه سانتی گراد پیشنهاد می شود .

- از تابش خورشید بطور مستقیم روی سیلندرهای گاز کلر جلوگیری به عمل آید . وهرگز حرارت به طور مستقیم در تماس با سیلندرها نباشد .

کلر گازی است سمی و چنانچه در کاربرد آن رعایت نکات ایمنی نشود ممکن است باعث انفجار و مسمومیت گردد . به علاوه مانند تمام روشهای شیمیایی ماده ای به آب افزوده شده و طعم آن را تغییر می دهد و هزاران ترکیب خطرناک و بعضا سرطان زا پدید می آورد . امروزه مشخص شده که کلر با مواد آلی درون آب ترکیب و واکنش نشان داده و با تشکیل تری هالو متانهای گوناگون (THMS ) چیزی حدود ٨٥٠ ترکیب کارسینوژن ( سرطان زا ) پدید می آورد .

اثرات زیست محیطی ناشی از گاز کلر در منابع آبی بدین صورت است که مقدار بیشتر از ٥/١ میلی گرم در لیتر باعث مرگ و میر آبزیان مخصوصا ماهی می گردد .

بنابراین استفاده از پرتودهی فرابنفش و گاز ازون بطور روز افزون مورد توجه قرار گرفته وجایگزین کلر می شوند .

 

٢-٣- گندزدایی به روش ازون :

- ازون چیست ؟

ازون گازی است تقریبا بی رنگ با بوی ترش با قدرت اکسیداسیون بالا. مولکول ازون پایدار نبوده و در نتیجه نمی توان آن را انبار یا حمل نمود . این امر باعث می گردد که تولید ازون همواره در محل انجام گیرد . لذا مرحله حمل و انبار مواد شیمیایی در این روش حذف می شود .

 

بطور کلی دلایل استفاده از گاز ازون به شرح زیر است :

- اکسیداسیون جزیی یا کلی مواد محلول در آب .

- ته نشینی مواد محلول .

- لخته سازی مواد آلی .

- ناپایدار ساختن اجسام کلوئیدی .

- ضد عفونی و از بین بردن باکتریها ، انگلها و قارچها و...

بر خلاف کلر و مواد شیمیایی دیگر ، اکسیداسیون بوسیله ازون ، هیچگونه مواد سمی یا مضر در آب بجای نمیگذارد و نیاز به پالایش مجدد آب ندارد . تجربه نشان داده است که ازون سریعا اجزای محلول در محیط را اکسید می نماید و حاصل این اکسیداسیون تنها اکسید اجزا و اکسیژن می باشد لذا برای استفاده در مواردی که عناصر باقی مانده دیگر ممکن است مشکلات جنبی دیگر بوجود آورند مناسب می باشد . مولکول ازون پایدار نیست و پس از مدت کوتاهی شکسته می شود و تبدیل به مولکول پایدار اکسیژن می گردد .

 

 

 

- منابع تولید ازون

گاز ازون بطور طبیعی در زمان رعد و برق یا بوسیله اشعه U.V. Vacuum موجود در نور خورشید بوجود می آید . اما بطور مصنوعی تولید ازون به دو طریق لامپهای U.V ویا تخلیه الکتریکی صورت می گیرد. تولید ازون در حجم بالا عموما با تخلیه الکتریکی برروی دو قطب انجام می پذیرد که بنام (Silent Electrical Discharge (SED شناخته شده است . تولید کننده های ازون با استفاده از این روش با بهره برداری از الکترودهایی با ولتاژ بالا که به فاصله معین از هم قرار گرفته اند کار می کنند . در دستگاههای جدید تولید ازون ، اکسیژن در بین این فاصله جریان می یابد و با استفاده از تخلیه الکتریکی ازون تولید می شود .

 

٣-٣- گندزدایی به روش پرتو دهی :

در میان روشهای فیزیکی ، پرتو دهی از دیر باز مورد توجه بوده است . پرتوهای مورد استفاده در این روش به دو دسته پرتو یونیزان ( شامل پرتو ایکس ، گاما ، بتا و آلفا ) و پرتو فرابنفش تقسیم میشوند . پرتو یونیزان به دلایل گوناگون از جمله عدم دسترسی عموم به منابع تولید آنها ( عمدتا ایزوتوپهای رادیو اکتیو ) ، خطر کاربرد آنها توسط عموم مردم در نتیجه نیاز به تخصصهای بالا و همچنین قدرت کم نفوذ برخی از آنها کمتر مورد استفاده قرار می گیرند . اما کابرد پرتو فرابنفش چیزی نزدیک به حدود یک قرن است که مورد توجه قرارگرفته است گندزدایی بوسیله این پرتو را میتوان استفاده از یک روش طبیعی پنداشت چرا که در طبیعت و در نور خورشید نیز گندزدایی بطور طبیعی انجام می شود.

 

 

 

 

 

منابع تولید پرتو فرابنفش :

١-٣-٣ - ماهیت فیزیکی پرتوفرابنفش :

پرتوفرابنفش به محدوده ای ازامواج الکترومغناطیس اطلاق می شود که درناحیه نامرئی طیف نوری درمحدود طول موج ١٩٠ - ٣٢٨ نانومتر (١٩٠٠ - ٣٢٨٠ آنگستروم ) قرار دارد. در واقع این محدوده از طیف بنفش پرتوهای مرئی نور شروع می شود وبه محدوده امواج X ختم می شود.

امواج الکترومغناطیس در هر محدوده ای از طول موج دارای سرعت های برابر و معادل سرعت نور میباشند. از آنجایی که این امواج دارای انرژی بوده و خواص دوگانه موج - ذره ازخود نشان می دهند،  میزان انرژی آنها براساس هر دوخواص آنها و به وسیله نظریه کوانتومی محاسبه می شود. این نظریه این امواج را به مثابه ذراتی از انرژی فرض می کند که از منبع مولد خود منتشر می شوند. سرعت نور برطبق رابطه   lC = f وابسته به فرکانس ( f ) وطول موج ( l )‌  می باشد. ازطرفی برطبق نظریه کوانتومی میزان انرژی یک طیف خاص از رابطه E = hf  به دست می آید. با تلفیق این دو رابطه  رابطه جدید l/E = hc  به دست می آید که درآن h ثابت پلانک  (6.62x10-27 erg/sec) می باشد. این رابطه نشان می دهد که هرچه طول موج یک طیف کوچکترمی شود انرژی آن بیشتر می شود. بنابراین پرتوفرابنفش از دسته پرتوهای پرانرژی بوده و بیشتر خواص و کاربردهای ان به خاطر همین انرژی زیاد آن می باشد.

سازوکارعمل پرتو فرابنفش به این ترتیب است که به دلیل نزدیک بودن انرژی این پرتو به انرژی الکترون های پیوندی ترکیبات آلی، این پرتو روی این ترکیبات اثرگذاشته و باعث گسستن برخی پیوندها و ایجاد پیوندهای جدید می شود. پیوندهای دوگانه یا سه گانه بین اتمهای کربن و یا پیوندهای بین کربن و دیگر اتمها مستعدترین پیوندهای اسیب پذیر توسط پرتوفرابنفش می باشند.

جذب پرتو فرابنفش توسط ترکیبات آلی و تشکیل طیفهای جذبی که برای هر ماده مخصوص به همان ماده است به همین منوال بوده و اساس یکی از روشهای تجزیه دستگاهی است.

 

٢ - ٣- ٣ - تولید پرتو فرابنفش :ا

پرتو فرابنفش به طور طبیعی درنور خورشید وجود دارد. در واقع در طبیعت انجام عمل ضدعفونی و کنترل رشد میکروارگانیسم ها به همین طریق انجام میشود. دلیل موثر بودن نور آفتاب در پاکیزگی بهتر لباس های شسته شده و همچنین زرد شدن و تغییر رنگ کاغذ و برخی از پارچه هایی که مدام در نور آفتاب قرار دارند وجود همین پرتو در نور خورشید است.

تولید مصنوعی این پرتو با تخلیه الکتریکی در بخار جیوه در لامپهای مربوطه انجام می شود. مشخصه فیزیکی تخلیه الکتریکی در بخار جیوه تولید چند طیف مشخص و ناپیوسته است که دو طیف ١٨٥ و ٢٥٤ نانومتر (به طور دقیق تر ٧/٢٥٣ نانومتر) ‌آن در ناحیه پرتو فرابنفش قرار می گیرد و بقیه در ناحیه مرئی (شکل ١). طول موج ٢٥٤ نانومتر بیشترین شدت را نسبت به دیگر طول موج ها داشته و واجد خاصیت میکروب کشی است.

 

 لامپهای مولد پرتو فرابنفش سه دسته اند :

١ - لامپهای کم فشار.

٢ - لامپهای بافشارمتوسط.

٣ - لامپهای پرفشار.

 

لامپهای کم فشارخود شامل دو دسته کاتد گرم وکاتد سرد می باشند. بازدهی این لامپها نسبت به انرژی مصرفی آنها بالامی باشد. حدود٩٥% طول موج تولید شده در ناحیه ٧/٢٥٣ نانومتر قرار دارد. کارآیی این لامپها شدیدا وابسته به ولتاژ ورودی دمای محل استفاده و عمر لامپ و تعداد دفعات خاموش و روشن آنها است که با کنترل هر یک از این عوامل در یک طراحی صحیح می توان اثرات هر عامل را به حداقل رسانید.

کارآیی لامپهای با فشار متوسط مستقل از ٣ فاکتور یاد شده است اما بازدهی آنها نسبت به انرژی مصرفی آنها کم می باشد. در عوض نفوذ پذیری پرتو ساتع شده از آنها به خاطر شدت بالای آن بیشتر از لامپهای کم فشار است.

 

 ٣ - ٣- ٣- ساز و کار اثر پرتو فرابنفش :
پرتو فرابنفش با اثر بر روی رشته وراثتی (
DNA یا RNA) میکروارگانیسم ها سبب غیرفعال شدن میکروارگانیسم ها می شود. رشته های وراثتی در تمام موجودات اعم از تک سلولی و پرسلولی از واحدهایی به نام نوکلئوتید شامل یک باز آلی، یک ملکول قند ٥ کربنی و یک دنباله فسفریل تشکیل شده اند. قندها و دنباله فسفریله آنها وظیفه پیوند دادن واحدهای نوکلئوئید را به عهده دارند و بازهای آلی در نگهداری دو رشته وراثتی در کنار یکدیگر با استفاده از پیوندهای هیدروژنی نقش دارند. (شکل ٢) بازهای آلی به کار رفته در نوکلوئیدها در دو دسته بازهای پورین شامل آدنین و گوانین و بازهای پیریمیدین شامل سیتوزین، تیمین، و اوراسیل قرار می گیرند. تمامی این بازها پرتو فرابنفش را در ناحیه ٢٦٠ نانومتر جذب می کنند که بسیار نزدیک به پرتو خارج شده از لامپهای مولد این پرتو میباشد. جذب پرتو فرابنفش توسط بازهای پیریمیدین بیش از بازهای پورین است. در نتیجه جذب انرژی پرتو فرابنفش هرجا که در طول رشته وراثتی بازهای پیریمیدین در مجاورت هم باشند به یکدیگر جوش می خورند. (شکل ٣) بنابراین دو رشته وراثتی در این مکان ها به هم متصل شده و جدا نمی شوند و به این ترتیب میکروارگانیسم مربوطه قادر به تکثیر نخواهدبود. دیمرهای سیکلوبوتان تیمین - تیمین وتیمین - اوراسیل در مورد اشکال فعال و غیر اسپورباکتریها و ترکیب ٥ - تیمینیل - ٥ و ٦ - دی هیدروتیمین (TDHT) در مورد اشکال اسپورباکتریها و یا غیراسپور اما در حالت انجماد آنها شناسایی شده است.
حساسیت میکروارگانیسم های گوناگون به این پرتو به دلیل وجود ساز و کارهای گوناگون ترمیمی در آنها با بکدیگر متفاورت بوده و از ٦٠٠٠ -٦ وات در ثانیه برمترمربع متغییراست. در واقع در مورد پرتو فرابنفش فاکتور
I×T برای سنجش میزان تاثیر پرتو به کار می رود که معادل فاکتور C×T  در مورد روشهای شیمیایی می باشد و درآن I  شدت پرتو می باشد.
به طور کلی ساز و کارهای ترمیمی در دودسته قرار می گیرند:
١ . واکنشهای ترمیم در نور که معمولا به طول موج زیر ٥١٠ نانومتر نیاز دارند.
٢ . واکنشهای ترمیم در تاریکی که شامل یک سری عملیات ترمیمی و اصلاحی روی ژنوم میکروارگانیسم ها می شوند.
جالب توجه است که دیمرهای
TT و UT عموما توسط ساز و کارهای ترمیمی در نور از بین می روند اما ترکیب TDHT توسط ساز و کارهای ترمیم در تاریکی و آنهم به سختی از بین می رود.
اگرچه نقطه ضعف روش پرتودهی فرابنفش تنها همین مسئله مقاومت برخی از گونه های میکروارگانیسم ها است، اما با افزایش زمان پرتودهی، شدت آن و یا هر دو (بر اساس فاکتور
I×T) عملا  هیچ  میکروارگانیسمی نمی تواند جان سالم به در ببرد.

 

٤-٣-٣- عوامل موءثر بر کار آیی پرتو فرابنفش :
آنچه در مورد کاربرد این پرتو مهم است فاکتورهایی است که می توانند عبور این پرتو را از محیط آبی تحت تاثیر قرار دهند. ٤ فاکتور عمده عبارتند از:
١ . کدورت آب .
٢ . غلظت ترکیبات آلی موجود در آب .
٣ . میزان آهن موجود در آب .
٤ . غلظت یونهای نیترات و نیتریت .
هریک از این فاکتورها به شدت از میزان عبور این پرتو می کاهند. از طرفی تمیز بودن لامپهای مولد پرتو نیز مهم می باشد. امروزه با نصب بازوهای متحرک روی دستگاه ضدعفونی با پرتو فرابنفش به خوبی با این مشکل مقابله می شود و لامپها یا پوشش کوارتز آنها به طور خودکار یا دستی بدون نیازبه پیاده کردن دستگاه پاک می شوند.

٥-٣-٣- کاربرد پرتو فرابنفش جهت ضد عفونی منابع آب و فاضلاب :
کاربرد
  پرتو فرابنفش به عنوان یک روش ضدعفونی کننده فیزیکی در تصفیه منابع آب و فاضلاب به طور مستقل و یا به عنوان مکمل سایر روشها از دیرباز مورد توجه بوده است. جدیدا به کمک این پرتو در کنار استفاده از هیدروژن پروکساید برای از بین بردن ترکیبات آلی کلردار نیز استفاده می کنند

کاربرد این پرتو در زمینه های زیر می باشد:
١ . ضدعفونی آب آشامیدنی در پایان مراحل تصفیه به عنوان روش اصلی ضدعفونی و پیش از توزیع به شبکه مصرف. در این خصوص تنها دوز کمی از کلر، کلردی اکساید یا کلرامین جهت توزیع آب به شبکه مورد نیاز است.
٢ . ضدعفونی آبهای سطحی و چاه، به ویژه در مزارع و روستاها به شرطی که کدورت و غلظت ترکیبات آلی و میزان آهن و یونهای نیتریت و نیترات آن در حد استاندارد معمول باشد.
٣ . ضدعفونی آبی که در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی،
 دارویی، الکترونیک  و غیره به کارمی رود.
٤ . گندزدایی پسابهای گوناگون در آخرین مرحله تصفیه فاضلاب. طرح شماتیک کاربرد پرتو فرابنفش برای چنین منظوری در شکل ٤ نشان داده شده است.

 

٥ - ضدعفونی اولیه آب استخرهای شنا به منظور کم کردن میزان کلر به کار برده شده در حد کلر باقی مانده.
فواید کاربرد پرتو فرابنفش در هر یک از موارد اشاره شده به شرح زیر می باشند:
١ . انجام موثر عمل ضدعفونی.
٢ . سرعت عمل، سرعت ضدعفونی شدن با پرتو فرابنفش از هر روش شیمیایی و فیزیکی دیگر کوتاه تر بوده و در حد ثانیه است.
٣ . اقتصادی بودن روش.
٤ . عدم کاربرد مواد شیمیایی.
٥ . امن بودن.
٦ - راحتی نصب دستگاه ها
  نگهداری آسان و بدون نیاز به پرسنل متخصص.
٧ . اشغال فضای کم.
٨ . خودکار بودن کار دستگاه.
٩ . سازگاری با محیط زیست.
مقایسه موارد فوق با روشهای دیگر به ویژه کلرزنی قابل درک است.



٦ -  ٣  - ٣ -  از بین بردن ترکیبات آلی کلردار:
جدیدا مشخص شده است که چنانچه پرتو فرابنفش در مقادیری بیش از آنچه برای عمل ضدعفونی کردن لازم است ( ١٠ - ٢ برابر) به همراه هیدروژن پروکساید به کار رود، غلظت ترکیبات آلی کلر دار مانند تری کلرو اتیلن، تتراکلرواتیلن، دی کلرواتیلن، کلروفرم و غیره را در آب طبق معادلات زیر در نهایت به دی اکسید کربن و اسید کلریدریک تجزیه کرده و به زیر مقادیر مجاز و استاندارد می رساند:

  1. C2HCL3 3H2O2       UV      > 2CO2 3HCL 2H2O
  2. C2HCL3 O3 H2      or      > 2CO2 3HCL

درشکل ٥، ٣ نمودار مربوط به کاهش موثر غلظت سه نوع از ترکیبات آلی کلردار به وسیله پرتو فرابنفش نشان داده شده است.

 


 

فواید کاربرد پرتو فرابنفش علاوه بر مواردی که برای کاربرد آن به عنوان عامل ضدعفونی کننده بیان شد شامل موارد زیرمی باشد:
١ . اطمینان به ازبین رفتن ترکیبات کلردار.
٢ . عدم نیازبه تغییرات اساسی در سیستم اصلی.
٣ . تخریب شیمیایی به موازات عمل ضدغفونی.
کاربرد این روش جدید در ژاپن به طور عملی در شهر کوماموتو در استان کیوشو به اثبات رسیده است.

 

 


مراجع     References:

١ - مهندسی فاضلاب، جلد اول، شرکت مهندسی متکاف وادی (تجدید نظر توسط جورج چوبانوگلوس، فرانکلین ال. بورتن) ترجمه احمد ابریشم چی، عباس افشار، بهشید جمشید  - ١٣٧٤.
صفحات ١٥ - ٤١١ ،
   ٨ ٥٩٧

 

 

 

2 - Disinfection , sterilization, and preservation, Block, Seymour stanton, 4 th ed, 1991, pp 33-34, 553-565
3 - Principles and practice of disinfection, Preservation and sterilization; A.D.Russell, W.B. Hugo, G.A.J.Ayliffe, 1982 pp 534 - 547
4 - Osram HNS/UVC Lamps. Technical Information , MKAB/UV, Edition Aug . 1991, pp3 and 6.
5- Water Purification System. UV Fresher, from NEC catalogue No . 061- 2003NN- 9507 , NEC Environment Engineering , Ltd

 

 

 

 

مطالب دیگر اخبار و مقالات محیط زیستی
آلودگی آب شرب و اهمیت تصفیه آبفاضلابفناوری نانوآب شیرین کن roکلر زنی آب آشامیدنی

دفتر کرج: چهارراه طالقانی- طالقانی جنوبی جنب سینما سپنتا پلاک 5 طبقه دوم .

تلفن: 32719530 (026)       همراه: 09124637566       کدپستی: 3133946114       فکس: 32776169(026)