مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آلاینده‌های موجود در فاضلاب را با روشهای فیزیکی، شیمیایی و زیست‌شناختی جدا می‌کنند هر یک از این روشها را معمولا تحت عنوان عملیات واحد فیزیکی، فرایندهای واحد شیمیایی و فرایندهای واحد زیست‌شناختی دسته بندی می‌کنند.

عملیات واحد فیزیکی

روشهای تصفیه‌ای که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی غالب است، عملیات واحد فیزیکی می‌نامند این روشها از مشاهدات اولیه بشر د رطبیعت تکوین یافته‌اند، نخستین روشهایی بودند که در تصفیه‌ی فاضلاب به کار رفته‌اند نمونه‌هایی از این واحد عبارتند از: آشغالگیری، مخلوط کردن، انعقاد، ته‌نشینی، شناوری، صاف کردن و انتقال گاز.

فرایندهای واحد شیمیایی

روشهای تصفیه‌ای که در آنها جداسازی یا تبدیل آلاینده‌ها بر اثر افزودن مواد شیمیایی یا در نتیجه واکنشهای شیمیایی انجام می‌شود را فرایندهای واحد شیمیایی می‌گویند. ترسیب شیمیای، جذب سطحی و ضد عفونی کردن از رایجترین نمونه‌های مورد استفاده در تصفیه‌ی فاضلاب‌اند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فرآیند لجن‌فعال (Activated Sludge) یک تکنیک بیولوژیک برای تصفیه‌ی فاضلاب است که در سال 1900 میلادی توسط دو نفر انگلیسی تکمیل گردید. این فرآیند تصفیه‌ی فاضلاب شامل زندگی میکرو ارگانیسم‌ها همراه ماده‌ی آلی در یک محیط غنی از اکسیژن (هوازی) است. این فرآیند مشابه فرآیند بیولوژیکی است که در لایه‌های رویی خاک رخ می‌دهد و حاوی تعداد زیادی میکروارگانیسم است، با این تفاوت که میکروارگانیسم‌ها در فرآیند لجن‌فعال در یک محیط‌زیست مایع و کنترل شده نگهداری می‌شوند. مکانیسم اصلی فرآیند لجن‌فعال توسط واکنش بیولوژیکی زیر نشان داده شده است:

 انرژی + H2O+CO2 + میکروارگانیسم → میکروارگانیسم + ماده‌ی آلی

آلاینده‌ها توسط میکروارگانیسم‌هایی حذف می‌شوند که بعدا در فاضلاب ته‌نشین و خارج می‌شوند.

فرایند حذف آلاینده‌ها شامل مراحل زیر است:

استفاده میکروارگانیسم‌ها از مواد آلی پیچیده به عنوان منبع غذایی برای تولید میکروارگانیسم‌های بیشتر که نهایتا ته‌نشین و خارج می‌شوند ; گاز انیدرید کربنیک که در جو پراکنده می‌گردد، آب که بهمراه پساب خارج می‌شود، و انرژی که میکروارگانیسم‌ها برای ادامه زندگی خود مصرف می‌کنند. به عبارت ساده مواد آلی موجود در فاضلاب به میکروارگانیسم تبدیل شده و پس از ته‌نشینی از فاضلاب خارج می‌شوند.

فرایندی که توسط آن میکروارگانیسم‌ها مواد آلی پیچیده را می‌شکنند فرایندی مرکب است. فاضلاب دارای مواد آلی در حضور اکسیژن محلول و مدت زمان کافی با میکروارگانیسم‌ها مخلوط می‌شود و بدین ترتیب میکروارگانیسم‌ها قادر خواهند بود که مواد آلی پیچیده را بشکنند. در ابتدا یک نوع میکروارگانیسم خاص به یک بخشی از ماده‌ی آلی دارای ساختار پیچیده حمله می‌کند و میکروارگانیسم‌های دیگر به سایر بخشهای آن. میکروارگانیسم‌ها با جذب و هضم مواد آلی از اکسیژن محلول در فاضلاب نیز استفاده می‌کنند.

تشکیل لجن‌فعال

جمعیت بیولوژیکی میکروارگانیسم‌ها در فرآیند لجن‌فعال نقش عمده‌ای دارند. این میکروارگانیسم‌ها برای شکستن مواد آلی نیاز به آنزیم‌های ویژه‌ای دارند تا بتوانند آنها را به میکروارگانیسم‌های بیشتر، CO2 و H2O تبدیل نماید به این دلیل در سیستم تصفیه‌ی فاضلاب میکروارگانیسم‌ها قبلا باید به محیط مایع خو گیرند تا بتوانند آنزیمهایی لازم را ترشح کنند. در مرحله‌ بعد لخته‌سازی انجام می‌شود. به این صورت که میکروارگانیسم‌ها در حوضچه‌ی هوادهی به هم برخورد می‌کنند و ذرات بزرگی بنام لخته تشکیل می‌شود. این لخته‌ها به سهولت تنشین خواهند شد. همچنانکه اختلاط این سلولها در حوضچه‌ی هوادهی ادامه می‌یابد، با مواد معلق و کلوییدی نیز برخورد و اتصال پیدا می‌کنند. این اتصال سبب بزرگ شدن لخته می‌شود در نتیجه ته‌نشینی بهتر رخ می‌دهد.

لجن‌فعال در سه مرحله‌ی مشخص تشکیل می‌گردد:

1- مرحله‌ی انتقال

2- مرحله‌ی تبدیل

3- مرحله‌‌ی لخته‌سازی (هماوردی)

تمام این مراحل بطور همزمان و مداوم در حوضچه‌ی هوادهی و تا حدودی در حوضچه‌ی ته‌نشینی رخ می‌دهند. ماده در ابتدا به درون سلول منتقل می‌شود.

در مرحله‌ی انتقال، مواد آلی محلول از دیواره‌ی سلولی جذب میکروارگانیسم گردیده و در آنجا شکسته می‌شوند. ذرات غیر محلول در دیواره‌ی سلول جذب سطحی و نهایتا شکسته شده و سپس از دیواره‌ی سلولی جذب می‌شوند.

جذب سطحی مواد نسبتا سریع انجام می‌گیرد و معمولا 15 تا 30 دقیقه طول می‌کشد. انتقال مواد محلول از دیواره‌ی سلولی و فرآیند هضم و جذب به زمان طولانی تری نیازمند است. هنگامی که مواد جامد جذب سطحی دیواره‌ی سلولی شد، میکروارگانیسم‌ها مواد شیمیایی ترشح می‌کنند که مواد جامد غیر محلول را به شکل محلول درمی آورد و این مواد به همان روش آلاینده‌های محلول به درون سلول جذب می‌گردند.

پس از انتقال مواد به درون سلول، عمل هضم انجام می‌شود. مرحله‌ی تبدیل دومین گام بسوی تشکیل لجن‌فعال است. پس از آنکه میکروارگانیسم مواد آلی را در خود تحلیل برد، فرآیند تبدیل شروع می‌شود، فرآیند تبدیل شامل سنتز و اکسایش است. سنتز به سادگی به تکثیر سلولهای بیشتر اشاره می‌کند و اکسایش با تشکیل گاز دی اکسید کربن، آب و انرژی ارتباط دارد. این دو واکنش فرآیند متابولیک میکروارگانیسم را ایجاد می‌کنند.

بهتر است در سیستم تصفیه، جمعیت بیولوژیکی کثیری وجود داشته باشد، بطوریکه وقتی شماری از میکروارگانیسم‌ها آنچه را که قبلا گرفته‌اند هضم می‌کنند، دیگران مواد آلی فاضلاب را کاهش دهند.

میکروارگانیسم‌ها برای شکستن مواد آلی ماده شیمیایی به نام آنزیم (کاتالیستهای بیولوژیکی) تولید می‌کنند، آنزیم‌ها در درون میکروارگانیسم و در آب پیرامون آنها حضور دارند. برای شکستن مواد آلی مختلف نیاز به آنزیم‌های مخصوص هست بطوریکه جمعیت بیولوژیکی بتوانند آنها را به میکروارگانیسم‌های بیشتر، CO2 و H2O تبدیل نماید. به این دلیل است که در یک سیستم تصفیه‌ی فاضلاب می‌باید میکروارگانیسم‌ها قبلا به محیط مایع خو گیرند تا بتوانند آنزیم‌های لازم را ترشح کنند. در حین راه افتادن تصفیه‌خانه میکروارگانیسم‌ها هم یاد می‌گیرند که آنزیم مورد نیاز برای شکستن ماده‌ی آلی خاص موجود در فاضلاب را به وجود آورند، میکروارگانیسم‌ها باید کاملا به فاضلاب خو بگیرند تا بتوانند میزان آنزیم مورد نیاز را تولید کنند. نهایتا میکروارگانیسم‌ها به همدیگر پیوسته و یک لخته را تشکیل می‌دهند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

KMnO4 عمدتا جهت کنترل طعم و بو، حذف رنگ، کنترل رشد بیولوژیکی در تصفیه‌خانه‌ها، و حذف آهن و منگنز به‌کار می‌رود.

مزایای پرمنگنات پتاسیم

·         آهن و منگنز را اکسید می‌کند.

·         ترکیبات مولد طعم و بو را اکسید می‌کند.

·         حمل و نقل، ذخیره و کاربرد آسانی دارد.

·         تشکیل THM و دیگر DBPها را به خوبی کنترل می‌کند.

·         موجودات مزاحم را کنترل می‌کند.

·         استفاده از پرمنگنات پتاسیم اثر کمی روی دیگر فرایندهای تصفیه‌ی آب دارد.

·         پرمنگنات پتاسیم درمقابل ویروسهای معینی اثر ثابت‌شده‌ای دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

H2S در سیستم بی‌هوازی و سپتیک به وجود می‌آید و به دلیل تولید بوی نامطبوع (تخم مرغ گندیده) نامناسب است. H2S در pH پایین پایدارتر است. بنابراین افزایش میزان pH به سمت قلیایی موجب کنترل H2S می‌شود.

بخشی از H2S با آهن موجود در آب یا فاضلاب ترکیب شده و تشکیل FeS سیاهرنگ می‌دهد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تمدن های قدیمی همواره در مجاورت منابع آ ب شکل گرفته اند. با این که مقدار آب موجود و قابل استفاده دغدغه اصلی نیاکان ما بوده است ، اما تعریف درست و جامعی از کیفیت آب وجود نداشته است.
 
با این وجود منابع تاریخی بسیاری حکایت از تلاش انسانهای عصر گذشته برای تصفیه آب و زدودن ذرات معلق و طعم و بو از آن دارد. اما قرنها طول کشید که انسانها به این نتیجه دست یافتند که حواس بینایی، بویایی و چشایی نمی توانند تنها ملاک های تشخیص کیفیت آب باشند.

 استفاده از روشهای مختلف جهت بهبود طعم و بوی آب به 4000 سال قبل از میلاد بر می گردد. در نوشته های بر جا مانده از سانسکریت و یونان باستان استفاده از زغال چوب جهت فیلتر کردن آب ، قراردادن آب در معرض نور آفتاب ، جوشاندن آب و قراردادن تکه های فلز داغ در آب قبل از نوشیدن آن توصیه شده است.

مصری ها 1500 سال قبل از میلاد از ((آلوم)) جهت تصفیه آب و ته نشین کردن ذرات معلق در آن استفاده می کردند.

  بقراط، دانشمند یونانی که در سال 460 تا 354 قبل از میلاد می زیسته، جهت دستیابی به آب با طعم مناسب ، که به باور او آب سالم می بود، فیلتر پارچه ای اختراع نمود که با عبور دادن آب جوشیده شده از آن باعث زدودن ذرات عامل طعم و بوی نا مناسب از آب می شد.

پس از تلاشهای انجام شده در تمدن های باستانی ، پیشرفت در زمیه دستیابی به روشهای تصفیه آب در قرون وسطی با یک وقفه طولانی روبرو گردید. در سال 1627 میلادی ، دانشمندان دوباره با طرح مسئله ضرورت تصفیه آب دریچه تازه ای در این مقوله گشودند. در این سال رابرت بیکن   (Robert Bacon) دست به یک سری آزمایش در جهت زدودن نمک از آب دریا از طریق فیلترهای ماسه ای نمود. اگرچه آزمایشات او کاملا نا موفق بود اما مثال جرقه ای  در ابداع فیلترهای ماسه ای به شمار می رود .

 در سال 1676، آنتون فان لیوونهوک (Anton Van Leeuwenhoek) اولین میکروسکوپ را اختراع نمود . با این اختراع دانشمندان دنیای جدیدی از آلودگی های آب را که تا آن زمان کاملا سالم و قابل آشامیدن تلقی می شود مشاهده نمودند و به این ترتیب میکروارگانیسم ها کشف شدند.

پس از سال 1700 میلادی  ،با آشنایی مردم از خطرات آلودگی های موجود در آب شرب، فیلترهای خانگی ساخته شده از پشم ، اسفنج و زغال چوب مورد استفاده قرار گرفتند.

اولین تصفیه خانه آ ب شهری در سال 1804 در شهر پیزلی (Paisley) اسکاتلند ساخته شد. این تصفیه خانه از فیلترهای با بستر شن و ماسه تشکیل شده بود و سیستم توزیع آن مشتمل بود بر یک اسب و یک گاری.

 بعد از آن ، شهر گلاسکو اسکاتلند از اولین شهرهایی بود که آب فیلتر شده را از طریق خطوط لوله به مصرف کننده ها می رساند . در سال 1827 ، فیلترهای ماسه ای کند (Slow Sand Filters) که توسط رابرت تام( Robert Thom) ابداع شده بودند در اسکاتلند مورد بهره برداری قرار گرفتند. این فیلترها از طریق شستشوی معکوس تمیز می شدند. در عین حال در سال 1829 در شهر لندن فیلترهای دیگری توسط جیمز سیمسون ( James Simpson) ابداع گردید که تمیز کردن آنها توسط خراشاندن و برداشتن لایه های کثیف شده انجام می گرفت

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

SBR گونه‌ای فرایند لجن فعال است. راکتور بسته‌ی متوالی (SBR) یک سیستم لجن فعال رشد معلق همراه با بستر مخلوط‌شده است که اساس آن پر و خالی شدن است. همه‌ی فرایندهای یکنواخت‌سازی، هوادهی و زلال‌سازی در یک راکتور بسته‌ی یگانه قابل دستیابی است. از آنجا که SBR از یک مخزن تنها برای تثبیت زائدات و جداسازی جامدات استفاده می‌کند، نیازی به زلال‌ساز ثانویه نیست.

بین سالهای 1914 تا 1920 چندین سیستم پر و خالی شونده مورد استفاده قرار می‌گرفت. اما علاقه‌مندی به سیستم SBR از اواخر دهه 1950 و اوایل دهه 1960 با توسعه فناوریهای جدید دوباره اوج گرفت.  بسیاری از کشورهای صنعتی و نیمه صنعتی تجربه استفاده از راکتور ناپیوسته متوالی جهت تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی را با موفقیت پشت سر گذاشته‌اند.

فرایندهای اصلی تصفیه در SBR

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

توصیف فرایند

 تماس دهنده زیستی چرخان (RBC) یک بیوراکتور رشد چسبیده است. RBC نخستین بار در سال 1960 در آلمان غربی مورد استفاده قرار گرفت. دیسک‌ها در فاضلاب غوطه‌ور شده و با سرعت 2 تا 6 دور بر دقیقه (2-6 rpm) چرخش می‌کنند.

  چرخش صفحه به صورت متناوب بیوفیلم را با مواد آلی فاضلاب و سپس با اتمسفر برای جذب اکسیژن تماس می دهد. اکسیژن را با استفاده از هواپخشانها نیز می‌توان تامین کرد.

میزان اسلافینگ بستگی به بارگذاری‌های هیدرولیکی و آلی و همچنین سرعت چرخش دارد. جامدات اسلافینگ توسط زلال‌ساز ثانویه از جریان پساب حذف می‌شوند.

نقاط قوتRBC  عبارتند از: زمان ماند کوتاه، هزینه بهره برداری و نگهداری کم و تولید لجنی که به آسانی آبگیری شده و ته نشین می گردد.

 در یک مخزنRBC  از نظر هوازی دو ناحیه قابل شناسایی است:

ناحیه‌ی بی‌هوازی (Anaerobic zone): در این لایه، باکتری‌های تخمیرکننده فراورده‌هایی مثل الکل‌ها و اسیدهای آلی تولید می‌کنند که مورد استفاده‌ی باکتری‌های احیاکننده‌ی گوگرد قرار می‌گیرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب