تصفیه فاضلاب

مهمترین تفاوت های فاضلاب صنعتی با خانگی :

1-   امکان وجود مواد و ترکیب های شیمیایی سمی در فاضلاب کارخانه بیشتر است.

2-   غالبا خاصیت خورندگی بیشتری دارد.

3-   خاصیت قلیایی و یا اسیدی زیاد دارد.

4-   امکان وجود موجودات زنده در آنها کمتر می باشد.

نکته : تنها بخشی از فاضلاب کارخانه ها که تقریبا در تمام کارخانه ها خاصیتی یکسان دارند، فاضلاب بدست امده از تشکیلات خنک کننده ی آنها است.

 فاضلاب های سطحی( آب های سطحی)  ( Storm  water)

 بیشترین بخش ماد خارجی را در این فاضلاب ها مواد معدنی مانند ماسه وشن تشکیل می دهند.فاضلاب سطحی ناشی از بارندگی بسته به طول و نوع مسیری که در روی زمین طی می کنند می توانند کاملا تمیز ، نسبتاتمیز و یا خیلی کثیف باشند.

    آلودگی فاضلاب

آلودگی فاضلاب بیشتر به واسطه ی وجود مواد آلی در آنها نمودار می شود .برای نشان دادن درجه ی آلودگی فاضلاب معمولا بجای اینکه مقدار مواد آلی موجود در فاضلاب را اندازه گیری کنند ، مقدار اکسیژن لازم بری اکسیداسیون مواد نامبرده را اندازه گیری میکنند.

مهمترین روش های تعیین درجه ی آلودگی فاضلاب عبارتند از:

مهمترین روش های تعیین درجه ی آلودگی فاضلاب عبارتند از:

1- تعیین مقدارBiochemical oxygen demand

تعیین BODعبارتست از تعیین مقدار اکسیژن لازم که باید به فاضلاب داده شود تا باکتریهای هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب را اکسید نموده و به مواد پایدار معدنی تبدیل سازد.

نکته : مقدار BOD  فاضلاب در زمانهای مختلف تغییر می کند که نه تنها به غلظت موادآلی فاضلاب بلکه به میزان فعالیت باکتریها ، درجه ی گرما و شدت درهمی فاضلاب نیز بستگی دارد.

منحنی تغییرات BOD:

(مرحله اول) اکسیداسیون ترکیبات آلی کربن دار : این مرحله از نخستین لحات کار باکتریها آغاز شده و در 20در جه ی گرما تا مدت زمانی در حدود20  شبانه روز ادامه می یابد .

(مرحله دوم)اکسیداسیون ترکیبات آلی ازت دار: این مرحله همزمان بااکسیداسیون ترکیبات آلی کربن دار شروع و از پیرامون دهمین روز پس از آغاز فعالیت باکتریها شدت پیدا کرده و تا مدت ها ادامه می یابد.

نکته: درجه ی آلودگی فاضلاب های شهری بسته به غلظت آنها و مقدار مصرف سرانه ی آب میان 200تا400 میلی گرم در لیترBOD تغییر می کند .

2- تعیین مقدارChemical  oxygen  demand

در این روش از اکسید کنند های قوی مانند پرمنگنات پتاسیم و یا دی کرومات پتاسیم برای اکسیداسیون مواد آلی و مواد اکسید پذیر دیگر که در فاضلاب یافت می شود استفاده می شود.برای استفاده از مواد نامبرده نخست آنها را در محلول اسیدی حل کرده و سپس به فاضلاب می افزایند و ده دقیقه گرما می دهند.

نکته : دقت این روش کم است وتنها برای مقایسه ی یک فاضلاب در مرحله های گوناگون تصفیه بکار می رود .

نکته:از کلر نیز می توان برای تعیین درجه ی آلودگی فاضلاب استفاده نمود. برای اکسیداسیون کامل فاضلابهای خانگی تازه مقدار کلر لازم پیرامون 2تا5 گرم برای هر نفر در شبانه روز می باشد.

3- تعیین مقدارTotal  oxygen demand

 در این روش ترکیبات کربن دار آلی موجود در فاضلاب اندازه گیری می شود. برای این کار فاضلاب را باید تا حد سرخ شدن سوزانید و گاز کربنیک تولید شده را اندازه گیری نمود.

4- تعیین مقدار Dissolved  solids

مواد معلق در فاضلاب قسمت از کل مواد خارجی موجود در آن می باشد که تعیین آن برای پیش بینی مقدار لجن حاصل از تصفیه ی فاضلاب اهمیت ویژه ای دارد . مقدار کل مواد معلق با کمک صافی تعیین می شود و در صورت سرخ کردن آنچه در صافی باقی مانده تا گرمای 600 درجه سانتیگراد مواد آلی آن تبدیل به گاز شده و تنها مواد معدنی بجای می ماند .

نکته : نزدیک به 40 درصد مواد محلول در فاضلاب شهری و72تا75 درصد مواد معلق در آن دارای منشا آلی بوده و بقیه ی مواد خارجی را مواد معدنی تشکیل می دهند.

5-تعیین مقداراکسیژن محلول (DO)
 

مقدار اکسیژن محلول موجود در فاضلاب شهری نمایشگر قدرت تصفیه ی طبیعی و خود بخودی آن می باشد.

نکته : مقدار اکسیژن محلول در فاضلاب  نباید از 1.5 میلی گرم در لیتر کمتر شود.

نکته : یکی از راه های اندازه گیری مقدار اکسیژن محلول با کمک وارد نمودن برخی از ترکیبات منگنز که قدرت جذب اکسیژن در آنها زیاد است واندازه گیری وزن اکسیژن جذب شده توسط آن انجام می گیرد.

آلودگی فاضلاب شهری در ایران

برای تعیین درجه آلودگی فاضلاب شهری لازم است که شبکه ی گردآوری فاضلاب وجود داشته باشد.

نکته : بطور متوسط در فاضلاب های  شهری نسبت مقدار تولید سرانه ی مواد معلق(SS) به مقدار BOD5 پیرامون 1.1تا1.2 می باشد.مقدار تولید سرانه  BOD5  و مواد معلق (SS)   در تهران برابر 40و50 گرم است. میانگین آلودگی فاضلاب شهری رادر ایران نزدیک به 250 میلیگرم BOD5 در لیتر است.

اصول کلی تصفیه ی فاضلاب

1- تصفیه ی مکانیکی یا فیزیکی

مهمترین روش های تصفیه ی مکانیکی متداول در تصفیه خانه های فاضلاب عبارتند از:                                         

الف-صاف کردن فاضلاب :

 الف1- آشغال گیری                               

آشغالگیری نخستین تصفیه ایست که در تصفیه خانه ها در مورد فاضلاب خام انجام می گیردو در ضمن آن مواد معلق درشت را از فاضلاب جدا می سازد.

قراردادن دادن آشغالگیر در مسیر جریان فاضلاب موجب کاهش سطح مقطع جریان ، ایجاد افت فشار و افت انرژی شده که به صورت اختلاف در دو سوی آشغالگیر نمودار می شود. وجود آشغالگیر سبب کاهش مقدار مواد معلق در فاضلاب و در نتیجه کاهش BOD5 می شود.

نکته : مقدار کاهش آلودگی فاضلاب تابعی است از بزرگی سوراخ ها و یا فاصله ی میله های آشغالگیر.

 الف2- صاف کردن با کمک ماسه

این روش بیشتر برای تصفیه ی نهایی فاضلاب وزلال سازی آن در تصفیه خانه ها بکار می رود. و مواد معلق بسیار ریز مانند تخم انگل ها که غالبا در برابر تجزیه بسیار مقاوم اند گرفته می شوند. این روش به علت هزینه ی زیاد ممکن است تنها به عنوان تصفیه ی تکمیلی بکار برده شود. ضمنا در فاضلاب های صنعتی نیز برای گرفتن رنگ های کلوییدی بکار می رود.

ب- ته نشین کردن مواد معلق

روش ته نشینی کردن مواد معلق در فاضلاب مهمترین روش  تصفیه مکانیکی است که در بیشتر تصفیه خانه های فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرد . اساس کار روش ته نشینی بر این هدف قرار دارد که با کاهش سرعت جریان در استخر ها که امکان ته نشین شدن مواد  معلق در فاضلاب به وجود می آید.

در استخر های ته نشینی نخستین ، مواد معلقی از فاضلاب جدا می شوند که فساد پذیر بوده و باید حتما لجن بدست آمده مورد تصفیه واقع گرددو سرانجام در استخر های ته نشینی نهایی لجن هایی از فاضلاب جدا می شوند که بسته به نوع و درجه ی تصفیه ای که برای فاضلاب انجام گرفته ممکن است کاملا تثبیت شده و یا قسمتی تثبیت شده و قسمتی فساد پذیر باشد.

ج- شناور سازی مواد معلق

یکی از کاربرد های این روش در یکان های تغلیظ لجن است که با کمک دمیدن هوا در لجن آبکی و شناور نمودن مواد سبک لجنی به روی سطح آب لجن باقیمانده را تغلیظ می کنند.

نکته : در فاضلاب های صنعتی ، فاضلاب کشتار گاه ها و یا فاضلاب رستوران ها ی بزرگ و نظایر آن ها غالبا پیش بینی چربی گیر های ویژه لازم است . دمیدن هوا در فاضلاب و خنک کردن آن از عواملی هستند که در جداسازی مواد چربی راتندتر می کنند.

نکته : برای محاسبه و طراحی استخر های شناور سازی مانند استخرهای ته نشینی از پارامترهای بار سطحی و مدت زمان توقف استفاده می شود.

2-تصفیه ی زیستی یا تصفیه بیولوژیکی

انواع تصفیه ی زیستی به قرار زیر است :

الف – تصفیه ی زیستی با کمک باکتری های هوازی

اساس کار در این روش تصفیه ، رسانیدن اکسیژن به فاضلاب است.برای رسیدن به این هدف باید سطح تماس فاضلاب با هوا افزایش یابد. این کار ممکن است با دمیدن هوا در فاضلاب و یا ایجاد تلاطم در سطح آن رخ دهد. اینگونه هوادهی در استخر های هوا رسانی انجام می گیرد . یا اینکه با چکانیدن فاضلاب روی قلوه سنگ های طبیعی و یا مصنوعی آنرا در مجاورت هوا قرار داد . یا بصورت لایه های نازکی روی بسترهای ماسه ای و یا زمین های کشاورزی وغیر از آن پخش نمود.گاهی نیز از اکسیژن خالص استفاده می کنند.

نکته هدف از تصفیه ی فاضلاب تنها تبدیل مواد آلی نا پایدار به مواد تثبیت شده ی معدنی نیست بلکه باید این مواد را نیز از آن جدا کرد .

 ب- تصفیه ی زیستی باکمک باکتری های بی هوازی

اساس کار این باکتری ها بر این است که اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه ی مواد آلی و معدنی موجود در فاضلاب بدست آورند .

به عبارت دیگر این باکتری ها برخلاف باکتری های هوازی نامبرده را احیا می کند.نتیجه ی این فعالیت تجزیه ی مواد آلی ناپایدار و تبدیل آنها به نمک های معدنی پایدار و نیز تولید گازهای چون هیدروژن سولفوره ، متان ، CO2 ، ازت می باشد.به علت تولید گاز هیدوژن سولفوره به این روش ، روش تعفن نیز می گویند.

نکته :مهمترین کاربرد این روش در مخزن های سربسته هضم لجن می باشد.در تکنیک هضم لجن تلاش می شود که مرحله ی اسیدی زود گذر باشد و فرایند هضم لجن بیشتر به صورت متانی و در حالت قلیایی انجام گیرد.لجنی که مرحله ی هضم متانی آن انجام شده باشد دارای رنگ قهوه ای مایل به سیاه است ، بوی شبیه بوی خاک مرطوب را می دهد و 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.

پ - تصفیه ی زیستی باکمک باکتری های هوازی نیترات ساز و باکتری های بی هوازی نیترات زدا

نکته : اکسیداسیون مواد آل فاضلاب در حالت هوازی در دو مرحله انجام می گیرد . مرحله ی یکم مربوط به اکسیداسیون مواد آلی کربن دار می باشد و مرحله ی دوم مربوط به اکسیداسیون مواد آلی ازت دار می باشد که نتیجه ی کار باکتری ها در این مرحله تجزیه ی مواد آمونیاکی و تولید نمک های معدنی نیتریت ها و نیترات ها می باشد از این رو به این مرحله آمونیاک زدایی و یا نیترات سازی می گویند .

باتوجه به این که در تصفیه خانه های فاضلاب شهری نباید تنها به تبدیل مواد آلی ازت دار به مواد معدنی( نیترات ساز ی ) اکتفا نمود ،باید به گونه ی این ترکیبات را از فاضلاب جدا نمود از نیترات زدایی استفاده می شود.

نکته : معمولا نزدیک به 5تا10درصد از کل ترکیبات ازت دار موجود در فاضلاب توسط لجنی که از استخر های ته نشینی نخستین برداشت می شود و نزدیک به 10تا20درصد توسط لجن بدست آمده از استخرهای ته نشینی نهایی کاسته می شود .

3- تصفیه ی شیمیایی

اساس کار در تصفیه ی شیمیایی بر کاربرد مواد شیمیایی در تصفیه ی فاضلاب قرار دارد . در تصفیه خانه های فاضلاب مواد شیمیایی مانند کلرو فریک و انواع مختلف پلیمر ها را برای تاثیر گذاردن روی مواد خارجی نامحلول و کلوییدی و یا مواد محلول در فاضلاب بکار می برند.بجز این از مواد شیمیایی مانند کلر برای گندزدایی و کشتن میکروب های موجود در فاضلاب و نیز برای کاهش بو در تصفیه خانه ی فاضلاب استفاده می شود.

روشهای تصفیه ی شیمیایی بجز موارد یاد شده کمتر در تصفیه خانه های فاضلاب شهری مورد استفاده قرار می گیرند و این روش ها بیشتر در تصفیه ی فاضلاب های صنعتی بکار می روند.

مهمترین مواردی که از مواد شیمیایی برای تاثیر رو ی مواد خارجی محلول در فاضلاب استفاده می شود عبارتند از :

الف: خنثی سازی: در صورتی که فاضلاب هنگام ورود به تصفیه خانه  درجه ی اسیدی کمتر از 6.5ویا بیشتر از 8.5داشته باشد نخست بایید آنرا خنثی نمود . فاضلاب شهری برخلاف فاضلاب صنعتی نیاز به عمل خنثی سازی ندارد .

ب:اکسیداسیون(برای پایدار نمودن و جداسازی مواد خارجی محلول )

پ:احیا

د: تعویض ین

مهمترین روش های که باکمک موادشیمیایی برای جداسازی مواد معلق موجود در فاضلاب استفاده می شود عبارتند از:

1-انعقاد یا لخته سازی : هدف از انعقاد یا لخته ساز ی عبارتست از انکه با کمک مواد شیمیایی ، مواد معلق سبک وبویژه مواد نیمه محلول و کلوییدی شکل را به صورت لخته ها وقطعات بزرگی در آورده تا در اثر وزن خود ته نشین شوند . به عبارت دیگر انعقاد عملی است تشدیدکننده ی عمل ته نشینی در تصفیه ی مکانیکی .

مهمترین مواد منعقد کننده در فاضلاب : پولیمرها و پلی الکترو لیت ها ، سولفات ها و هیدرات های آلومینیوم ، سولفات ، کلرور و هیدرات های دو و سه ظرفیتی آهن و خاک رس و آب آهک

افزودن مواد منعقد کننده به فاضلاب مقدار لجن بدست آمده در استخرهای ته نشینی را دو تا سه برابر میکند و در نتیجه حجم منبع های هضم لجن و مقدار گاز تولید شده افزایش می یابند.

2- شناور سازی : بر عکس عمل لخته سازی و ته نشینی ف می توان برای تشدید عمل جدا سازی مواد سبک موجود در فاضلاب از مواد شیمیایی استفاده نمود . این مواد شیمیایی موجب می شوند که ذرات هوا به مواد معلق فاضلاب چسبیده ، وزن مخصوص آنها را کاهش داده و موجب افزایش سرعت بالا روندگی آنها شود . دراین روش معمولا مواد معلق در فاضلاب به صورت کف در سطح استخر نمودار گردیده و جمع آوری می گردند .

روش شناور سازی نیز بیشتر در فاضلاب های صنعتی بکار می رود و استفاده از این روش در فاضلاب شهری تنها ممکن است برای تغلیظ لجن بکار رود . گاهی از این روش برای بازیابی دوباره ی مواد با ارزشی که همراه پساب کارخانه ها تلف می شوند نیز استفاده می شود.

3- جذب سطحی : 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 ی به ویژه برای رنگ زدایی پساب برخی از کار خانه ها مفید است.

گندزدایی فاضلاب با کلر

استفاده از کلر ارزانترین روش گندزدایی فاضلاب است . کار برد کلر گازی ارزانتر و موثرتر از هیپو کلریت کلسیم یا سدیم است . کاربرد کلر گاز ی امکان آلود گی محیط زیست به ویژه مسمومیت کارگران تصفیه خانه را به همراه دارد .کلر بلا فاصله پس از ورود به آب تجزیه شده و اسید هیپو کلروس و ین اکسید کلر تولید می نماید .

خاصیت گند زدایی اسید هیپو کلروس بیشتر از ین اسید کلر است . نسبت تبدیل کلر به اسید هیپو کلروس و ین اکسید کلر تابعی است از درجه ی اسیدی و درجه ی گرمای فاضلاب .

Cl2+H2O می دهد Cl+HOCl+H

HOClمی دهد OCl +H

پس از تجز یه ی نامبرده و به علت وجود موادی اکسید پذیر مانند آهن ، منگنز، اسید سولفوریک و مواد آلی در فاضلاب نخست قسمتی از کلر صرف اکسیداسیون مواد نامبرده ، تولید کلرور ها ی گوناگونی را می کند که اثر کشنده ای بر باکتر یها 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 کلرامین های مختلفی را تولید می نماید.

NH3+HOClمی دهد NH2Cl+H2O

NH2Cl+HOClمی دهد NHCl2+H2O

NHCl2+HOClمیدهد NCl3+H2O

مراحل مختلف تاثیر کلر بر فاضلاب

در مرحله ی اول کلر ی که اضافه می کنیم کلر صرف تولید کلرور میشود و از حوزه ی عمل بیرون می آید و در نتیجه اگر ما کلر را اندازه بگیریم صفر است

در مرحله ی دوم کلر صرف تولید کلرآمین ها می گرددو اگر کلر را اندازه بگیرم شاهد افزایش مقدار کلر آب می شویم .

در مرحله سوم کلر اندازه گیریی شده کاهش مییابد به دلیل اینکه کلر بر کلر آمین ها اثر کرده و آنها را اکسید می کند تا به نقطه ی می رسد که به آن نقطه ی شکستBreak point می گویند .

در مرحله چهارم که در واقع بعداز نقطه ی شکست یا Break point می باشد کلر آزاد و ترکیبات کلردار آلی تولید می شود که صرف گندزدایی می شود .

نکته :اثر میکروب کشی کلر در PHپایین بهتر است به طوری که کارایی کلر در PH=7 حدود 85 درصد ، PH =8  حدود 30درصد ودر PH=9  تنها حدود 5 درصد است .

نکته:  اسید هیپو کلروس موثرترین عامل گندزدایی است.

نکته : نقطه ی شکست بستگی به مقدار ماده اکسید پذیر و آمونیاک می باشد .

در فاضلاب باید مدت زمان تماس کلر با فاضلاب 15تا 30دقیقه انتخاب می گردد.

در محاسبات تقریبی می توان مقدار کلر لازم برای گندزدایی فاضلاب خانگی را نزدیک به 2تا5 گرم برای هر نفر در شبانه روز پیش بینی  نمود.

کاربرد کلر بجز گندزدایی موجب کاهش بوی فاضلاب سبب کاهش مواد روغنی و درجه ی کدری فاضلاب می شود . همچنین بوی کلر حشرات را از فاضلاب دور می کند .

در موقع را هبری تصفیه خانه کلرزنی باید به اندازه ی با شد که هنوز دست کم 0.3تا0.5 میلی گرم در لیتر کلر آزاد باقی مانده باشد.

ضمنا برای کلر زدایی پساب از ترکیبات گوگردی نظیر گاز SO2 و یا تیو سولفات سدیمNa2S2O3  استفاده می شود.