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

هر موجود زنده که ناچاربه مصرف آب باشد طبیعتاً فاضلاب تولید خواهدکرد همان طور که در اجتماعات شهری بین 75 تا 80 درصد آب مصرفی به فاضلاب مبدل می شود صنایع نیز به همان مقدار و درصد از آب های مصرفی را به فاضلاب های صنعتی تبدیل می نماید . متأسفانه توسعه سریع صنایع و به کارگیری صدها ترکیب شیمیایی نو در آنها باعث پیدایش تعداد زیادی فاضلاب صنعتی گردیده که تخلیه آنها به محیط زیست خصوصاً جریان های آب آلودگی های شدیدی به وجود آورده است . اگر آلودگی های میکروبیولوژیکی فاضلاب های شهری را بتوان در مواردی خطرات بالقوه دفع غیر بهداشتی آنها تلقی نمود. متأسفانه هستند موادی در فاضلاب های صنعتی که تخلیه آن ها به محیط زیست خطرات بیشتری تا عوامل میکروبیولوژیکی به وجود می آورد .

فاضلاب های صنعتی را در چهار گروه زیر طبقه بندی نموده اند :(اولویت تصفیه پساب و فاضلاب)

1- فاضلاب هایی که اثر  عمده آنها بر محیط زیست فیزیکی است و راه حل دفع اشکال از این فاضلاب ها هم فیزیکی خواهد بود .

2- فاضلاب هایی که اثرات تخریبی آنها بر محیط زیست مربوط به مواد آلی است و راه حل دفع مشکل آنها تصفیه بیولوژیکی است .

3- فاضلاب هایی که آلودگی شیمیایی دارند و بیشتر محتوی مواد سمی هستند که برای دفع مشکل آنها تصفیه شیمیایی مورد نیاز است .

4- بالاخره فاضلاب هایی که اثرات تخریبی آنها به علت مواد شیمیایی – مواد سمی و مواد آلی است که در تصفیه آنها از روش های شیمیایی – فیزیکی و بیولوژیکی استفاده خواهد شد .

در مجموع مهمترین عوامل آلوده کننده آبها و محیط به قرار زیر هستند :

  • فاضلاب های شهری و صنعتی(اهمیت تصفیه فاضلاب)
  • عامل های بیماری زا
  • مواد مغذی گیاهی
  • مواد سنتیک آلی
  • نفت و مشتقات آن
  • مواد معدنی
  • مواد معلق و رسوبات آن
  • مواد رادیو اکتیو
  • آلودگی های حرارتی

همان طور که دیده می شود آلودگی های محیط زیست با این عوامل می تواند سلامتی انسان و همه موجودات آبی که به نحوی به زندگی انسان وابسته است را با خطرات جدی روبرو کند. با ورود اکثر این آلودگی ها به موجودات آبی که تشکیل دهنده قسمت مهمی از غذای انسان است و تغلیظ چند صد برابری آنها در بدن این موجودات توسط انسان می توان به فاجعه آمیز بودن آلودگی های حاصل از فاضلاب های شهری و صنعتی آشنا شد.(تصفیه فاضلاب روشی مهم در بازگشت اب به منابع اولیه)

بد نیست در اینجا به یکی از آلودگی هایی که در سال های اخیر باعث پریشانی خاطر انسان گردیده و شاید از مهمترین آلوده کننده های آب در آینده تلقی گردد یعنی مواد رادیو اکتیو اشاره کنیم که هم مصرف آن روز به روز در حال افزایش است و هم دفن و تخلیه مواد رادیو اکتیو زائد در آب ها از ارزانترین وسیله دورسازی آنهاست .

در عین حال از اثرات تخریبی حرارت بر زندگی آبزیان و یا اثرات موادی نظیر سیانور – کروم و بسیاری از فلزات سنگینی بر انسان نمی توان صرفه نظر نمود.

بد نیست به منظور جمع بندی انواع آلودگی های حاصل از تخلیه فاضلاب های صنعتی این آلودگی ها به صورت زیر مورد توجه قرار گیرد :

2-1- مواد آلی محلول که باعث تخلیه اکسیژن محلول جریان ها شده و این در حالی است که جریان ها همیشه باید از حداقل اکسیژن محلول برخوردار باشند.

2-2- مواد معلق که با رسوب و ته نشینی در بستر جریان های آب علاوه بر کمی جریان زندگی موجودات آبی را با اشکال مواجه می سازد . مواد آلی موجود در مواد معلق به مرور متلاشی شده و باعث تخلیه اکسیژن محلول جریان های آب خواهد شد، ضمن اینکه ممکن است بعضی فعل و انفعالات در متصاعد شدن گازهای سمی نیز دخیل باشند.

2-3- مواد سمی نظیر فنل و بعضی مواد سمی علاوه بر اختلال در زندگی موجودات آبی باعث پیدایش طعم و بو شده و بعضی از این مواد سرطان زا نیز هستند.

2-4- فلزات سنگین ، سیانور و مواد آلی سمی که تخلیه آنها به محیط زیست در کل نقاط دنیا محدود است و باعث بروز اشکال در اکوسیستم و مصارف بعدی آب خواهند شد.

2-5- کدورت رنگ که از طریق بعضی صنایع به محیط  زیست  تخلیه می شود ، اگرچه این مواد زیان چندانی به کیفیت آبها وارد نمی سازد ، در عین حال حذف آن قبل از تخلیه فاضلاب های صنعتی خیلی پر خرج است .

2-6- ازت و فسفر که در تخلیه زیاد باعث پیدایش پدیده اتروفیکاسیون و رشد بی رویه الگها خواهد شد.

2-7- مواد مقاوم در برابر تجزیه که از طریق بعضی پساب های صنعتی به محیط زیست تخلیه می شود و دگرگونی های شدیدی در آبها به وجود می آورد .

2-8- چربی و روغن با تشکیل لایه های غیر قابل نفوذ در برابر نور خورشید فتوسنتز را که مهمترین امکان اکسیژن گیری آبها است مختل خواهد نمود .

2-9- مواد فرار نظیر SH2  که متصاعد شدن آنها به محیط زیست هوا را آلوده می کند.

حضور پاره ای از آلودگی های موجود در فاضلاب های صنعتی در آب ، مخصوصاً در آب هایی که کاربرد تفریحی مثل شنا و غیره دارند باعث می شود این مواد اثرات نامطلوبی بر پوست و چشم استفاده کنندگان آب از خود باقی گذارد. آلودگی های بیولوژیکی تخلیه شده است از طریق فاضلاب های صنعتی به آب ها را می توان جزو این مواد مورد توجه قرار داد .

در اینجا لازم است به انواع فاضلاب های تولیدی که آلوده کننده محیط زیست هستند اشاره نماییم .

در گروه اول می توان به فاضلاب خنک کننده ها ، شستشوی ماسه و بعضی صنایع دیگر اشاره نمود که جمع آوری و تصفیه آنها مشکلات چندانی در بر نخواهد داشت . این فاضلابهای صنعتی پس از تصفیه قابل مصرف مجدد هستند .

فاضلاب های نوع دوم شامل فاضلاب های صنایع غذایی ، فاضلاب شهری و مراکز توریستی هستند . تصفیه توأم این فاضلاب ها یعنی مخلوط شهری و صنعتی دور از ذهن نیست .

از فاضلاب های گروه سوم به فاضلاب های صنایع آبکاری اشاره می نماید که دورسازی مواد سمی از آنها نیاز به تصفیه های خاص دارد.

فاضلاب های نوع چهارم از پیچیدگی خاصی برخوردار بوده و اعمال روش های توأم فیزیکی ، شیمیایی و بیو لوژیکی درباره آنها متداول است .

مجموعاً مهمترین عوامل مولد آلودگی محیط زیست را می توان در موارد زیر خلاصه کرد :

ترکیبات معدنی، اسید قلیا، مواد آلی، مواد معلق، مواد معلق شناور، حرارت، رنگ، مواد سمی شیمیایی، میکروارگانیزم ها، مواد رادیو اکتیو، مواد کف زا متأسفانه کلیه این آلودگی ها در چهار گروه فاضلابی که مورد اشاره قرار گرفت موجود میباشد .

اصلی ترین عاملی که در محیط زیست با آلودگی های ورودی مقابله می کند اکسیژن محیط به صورت محلول یا ترکیبی است . اکسیژن جریان های آب یا از طریق اکسیژن اتمسفر و یا از طریق فعالیت های فتوسنتز گیاهان سبز تأمین خواهد شد. اکسیژن محلول در اکوسیستم باعث اکسیداسیون آلودگی های ورودی به صورت هوازی و اکسیژن ترکیبی این اکسیداسیون را به صورت بی هوازی انجام خواهد داد. هر جریان آبی باید از حداقل اکسیژن محلول برخوردار باشد و این حداقل به میزانی است که زندگی موجودات آبی با خطر مواجه نشود. مجموعاً از گفته های بالا می توان نتیجه گرفت که در طبیعت مصرف اکسیژن برای اکسیداسیون آلودگی ها همواره با اکسیژن گیری طرق مختلف قابل جبران است . در مواقعی که مصرف اکسیژن بر تأمین آن بچربد نقاطی با آلودگی زیاد در آبها به وجود می آید که با قطع آلودگی های ورودی از بین خواهد رفت . مقدار اکسیژن لازم برای حذف و اکسیداسیون آلودگی ها با آزمایش BOD و COD فاضلاب های صنعتی اندازه گیری می شود . این آزمایشات میزان اکسیژن لازم برای اکسیداسیون بیولوژیکی یا شیمیایی آلودگی ها را نشان می دهد . آزمایش و کیفیت دیگری از فاضلاب که در نحوه اکسیداسیون و میزان اکسیژن لازم برای اکسیداسیون آن تعیین کننده است TOC کل مواد آلی موجود در فاضلاب است . علاوه بر این 3عامل اساسی تعیین کننده کیفیت فاضلاب های صنعتی که در طراحی تصفیه خانه ها هم اساس طراحی است کیفیت هایی چون pH ، مواد معلق ، چربی و روغن ، ازت کل ، فسفات، مواد مولد کف، در مواردی فلزات سنگین که هریک می تواند در نحوه تصفیه فاضلاب و طراحی فرآیندهای تصفیه تأثیرگذار باشد از اهمیت خاصی برخوردار است .

معمولاً هنگامی فاضلابی به جریان آب تخلیه می گردد مفاد ذیل باید مورد توجه باشد :(اهمیت تصفیه فاضلاب)

1- غلظت اکسیژن محلول جریان آب

2- BOD فاضلاب ورودی به جریان آب

3- میزان آبهای ورودی به جریان در محل تخلیه فاضلاب

4- BOD آب دریافت کننده فاضلاب

5- میزان تخلیه روزانه فاضلاب

6- زمان تخلیه و تغییرات جریان تخلیه به رودخانه     

(تصفیه فاضلاب بهترین روش در بازگشت اب به چرخه اولیه)

  محیط زیست و فاضلاب ها

 

انواع و خواص فاضلاب(اهمیت تصفیه 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(اهمیت تصفیه فاضلاب شهری و استفاده از خروجی ان برای ابیاری فضای سبز)

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 میزان 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 سمت  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 دلیل 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]

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)