تصفیه فاضلاب بهداشتی

زماني كه آب مصرف مي شود و مواد خارجي و آلاينده وارد آن مي شود ، كيفيت اوليه آب از بين رفته و ديگر قابل استفاده نمي باشد، كه به آن فاضلاب گفته مي شود . فاضلاب هاي بهداشتي حاصل مصرف روزانه آب جهت فعاليت هاي انساني مختلف از جمله شستشو و استحمام و آشپزي و نيز نشتاب مي باشد. محتواي فاضلاب شامل 99.9 درصد آب و حدود 0.1 درصد ناخالصي و آلاينده هاي مختلف مي باشد. معمولاً مقدار فاضلابي را كه در طرح در نظر مي گيرند معادل مقدار فاضلاب متوسط شبانه روز در مواقع غير بارندگي است . به طور كلي اين مقدار متوسط قراردادي است و اصولاً در ساعات مختلف شبانه روز اين مقدار كمتر يا بيشتر از مقدار متوسط مي باشد. يكي از طرق مختلف تعيين مقدار متوسط فاضلاب در يك شبانه روز ، تعيين آب مصرفي در شهر است. به طور كلي طبق توصيه كميته استاندارد فاضلاب سازمان برنامه تا زماني كه اندازه گيري هاي واقعي از مقدار فاضلاب شهر هاي مختلف در ايران عملي نشده است ، رقم 150 ليتر به ازاء هر نفر در روز را مي توان در طرح هاي شبكه فاضلاب به كار برد كه اين رقم نشتاب را هم شامل مي شود.

آلاينده هاي موجود در فاضلاب شامل مواد معلق، مواد مغذي ، فلزات سنگين ، انواع شوينده و جامدات محلول و نيز مواد آلي قابل تجزيه بيولوژيكي و مواد آلي غير قابل تجزيه بيولوژيكي هستند. اين مواد آلاينده براي محيط زيست بسيار خطر آفرين مي باشد و به همين دليل تخليه مستقيم فاضلاب ها به محيط زيست قبل از تصفيه آنها مي تواند صدمات جبران ناپذيري را به طبيعت وارد نمايد كه با توجه به اين مسئله بايد فاضلاب هاي بهداشتي انساني و ساير فاضلاب ها قبل از ورود به طبيعت تصفيه شوند. و درجه تصفيه آنها به نوع آلاينده ها و غلظت آنها بستگي دارد.

تصفيه فاضلاب بهداشتي مي تواند مواد آلي موجود در آن ها را تثبيت نمايد و پسابي را توليد نمايد كه قابليت تخليه به محيط زيست را داشته باشد و نيز قابليت استفاده مجدد از پساب تصفيه شده را ايجاد مي نمايد. كيفيت فاضلاب خروجي از تصفيه خانه بايد مطابق استانداردهاي ملي سازمان حفاظت محيط زيست كشور باشد ، كه با توجه به نوع مصرف آن به سه دسته تقسيم مي شود .

-دسته اول مصارف كشاورزي و آبياري فضاي سبز مي باشد كه بايد كيفيت آن به شرح زير باشد:

COD<200 mg/l , TSS<100 mg/l , BOD5<100 mg/l

-دسته دوم مصارف تخليه به آبهاي سطحي مي باشد كه بايد كيفيت آن به شرح زير باشد:

BOD5<30 mg/l , COD<60 mg/l , TSS<40 mg/l

-دسته سوم مصارف تخليه به چاه جاذب مي باشد كه بايد كيفيت آن به شرح زير باشد:

BOD5<30 mg/l , COD<60 mg/l

با توجه به ماهيت فاضلاب مشخص مي شود كه بايد به چه طريقي عمل تصفيه را انجام داد. كه براي تعيين ماهيت فاضلاب آزمايش هاي متفاوتي وجود دارد كه عبارتند از:

آزمايش فيزيكي - آزمايش شيميايي – آزمايش زيستي

به طور كلي به مجموع تمام آزمايش هاي معمول در فاضلاب ، آزمايش تحليلي فاضلاب گويند.

آزمايش هاي فيزيكي:

اين آزمايش ها براي تعيين درجه حرارت ، رنگ، بو ، تيرگي و كدورت فاضلاب است. اطلاع از درجه حرارت فاضلاب ، براي تشخيص ميزان بازده عمليات واحدها اهميت دارد. رنگ فاضلاب در تشخيص ظاهري و فوري آن كمك مي كند . به گونه اي كه فاضلاب تازه به رنگ خاكستري است. رنگهاي تيره و سياه نشانه كهنگي فاضلاب است و همراه با بوي تعفن است. بوي فاضلاب نيز نشانه كهنگي فاضلاب است . فاضلاب هرچه كهنه تر باشد ، رنگش تيره تر و بويش متعفن تر خواهد بود.

آزمايش هاي شيميايي:

اين آزمايش ها ميزان اسيدي يا بازي بودن فاضلاب ، مواد متشكله ، اكسيژن محلول و شدت آلودگي را نشان مي دهد كه آزمون هاي شيميايي شاملPH , TDS , CL2 , TSS COD ,BOD ,DO , مي باشد.

آزمايش هاي زيستي:

انواع موجودات زنده در فاضلاب وجود دارد كه اين موجودات زنده ممكن است مفيد يا مضر باشند . باكتري هاي مضر موجود در فاضلاب ، در صورتيكه توسط عمل ضدعفوني از بين نروند، سبب آلودگي منابع طبيعي آب مي شود و در صورت آشاميدن موجب بروز امراض مختلفي مانند اسهال خوني مي شوند . عدم وجود باكتري ها نشان از وجود پساب صنعتي در فاضلاب شهري به مقدار زياد است.

تصفيه فاضلاب هاي بهداشتي به طور كلي به سه دسته تقسيم مي شود.

تصفيه فيزيكي- تصفيه شيميايي – تصفيه بيولوژيكي

تصفيه فاضلاب به روش فيزيكي شامل موارد زير است:

آشغالگيري- دانه گيري- ته نشيني – فيلتراسيون

تصفيه فاضلاب به روش شيميايي شامل موارد زير مي شود:

هوادهي – انعقاد- لخته سازي – ته نشيني – فيلتراسيون

تصفيه فاضلاب به روش بيولوژيكي شامل موارد زير مي شود :

تصفيه به روش هوازي- تصفيه به روش بي هوازي – تصفيه به روش اختياري( هوازي- بي هوازي)

تصفيه به روش هوازي خود شامل فرايندهاي رشد معلق و رشد چسبيده مي شود. كه هر كدام از اين فرايند ها نيز خود شامل فرايندهاي ديگري هستند. به عنوان مثال :

فرايندهاي رشد چسبيده خود شامل فرايندهاي فيلتر چكنده و ديسك بيولوژيكي دوار( RBC )مي شود.

فرايندهاي رشد معلق نيز خود شامل فرايند هاي تثبيت و لاگون هوادهي و لجن فعال مي شود.

انواع روش هاي تصفيه فاضلاب هاي بهداشتي به شرح زير مي باشد:

-تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش لجن فعال هوادهي گسترده ( EAAS )

-تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش لجن فعال با مدياي ثابت ( IFAS )

- تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش رأكتور بيولوژيكي رشد چسبيده با مدياي متحرك ( ( MBBR

- تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش رأكتور پر و خالي شونده نا يوسته ( SBR )

- تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش رأكتور بيولوژيكي غشايي ( MBR )

- تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش ديسك بيولوژيكي گردان يا RBC

- تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش صافي چكنده يا بيو تاور

- تصفيه فاضلاب بهداشتي به روشUASB

-تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش AGAR

كه هريك از اين فرايند ها مزايا و معايبي دارند كه به طور خلاصه در زير به بيان آنها مي پردازيم:

از مزيت هاي فرايند لجن فعال هوادهي گسترده مي توان به موارد زير اشاره كرد:

حجم لجن در این روش بسیار کمتر از روش لجن فعال است.

لجن دفعی به طور كامل تثبیت مي شود و نیازي به هضم لجن نيست.

راندمان اين سيستم در تصفيه فاضلاب بسيار بالا مي باشد.

این سیستم در مقابل شوكهاي آلي وارده به سيستم ناشي از ورود حجم بسيار زيادي از فاضلاب و يا فاضلاب حاوي آلاينده هاي آلي بيش از حد معمول، بسيار مقاوم است.

اين روش براي فاضلاب هايي كه حاوي مقادير معمولي مواد سمي و شيميايي باشد بسيار موثر مي باشد.

حساسيت كمي نسبت به آلاينده هاي فاضلاب دارد.

كيفيت پساب خروجي در اين روش بالا است.

بهره برداري و طراحي آن نسبتاً ساده مي باشد.

اين روش توانايي تصفيه بارهاي سمي و ناگهاني را دارد.

لجن حاصل از اين فرايند به خوبي تثبيت شده است و جرم سلولي كمي از آن توليد مي شود.

از مزاياي فرايند لجن فعال با مدياي ثابت مي توان به موارد زير اشاره نمود:

اهداف سيستم IFAS:

الف- طراحي واحد جديد:

ابعاد حوضچه و سيستم هوادهي را براساس نوع مديا تعيين نماييد.

تجهيزاتي را براي رأكتور داراي مدياي پراكنده تهيه نماييد.

ب- UP-Grade:

قالبهاي مديا را به حوضچه هوادهي اضافه نماييد.

ميزان هوادهي را براساس ميزان BOD كه بايد حذف گردد مورد ارزيابي قرار دهيد.

تجهيزاتي را براي رأكتور داراي مدياي پراكنده تهيه نماييد.

ج- نيترات سازي و نيترات زدايي:

زيست توده كافي به منظور افزايش زمان ماند سلولي در سيستم اضافه نماييد.

بخش رشد چسبيده را به منظور افزايش زيست توده افزايش دهيد.

ملاحظات طراحي سيستم IFAS:

سطح مؤثر زيست توده : تصفيه مؤثري كه در سيستم IFAS انجام مي گيرد وابسته به دو عامل مقدار زيست توده و فعاليت زيست توده مي باشد. از طرف ديگر ميزان زيست توده موجود در رأكتور وابسته ومتناسب با سطح ويژه مديا مي باشد. بنابراين سطح ويژه مديا حائز اهميت مي باشد.

در سيستم هاي داراي رشد پراكنده ، رشد بيش از حد زيست توده سبب كاهش انتقال اكسيژن و نوترينت به داخل زيست توده مي گردد. از طرف ديگر حركت مديا در داخل رأكتور به واسطه جريان سبب كند شدن لايه زيست توده تشكيل شده بر روي مديا مي گردد. بنابر اين با افزايش اين حالت ، سطح ويژه كاهش مي يابد. در سيستم هاي داراي مدياي ثابت ، با رشد باكتري ها بر روي مديا ( رشد باكتري ها از قسمت داخل مديا به سمت بيرون مديا) سبب افزايش سطح ويژه مؤثر مي گردد.

مزاياي تصفيه فاضلاب بهداشتي به روش MBBR :

عدم نياز به برگشت لجن فعال از زلال ساز ثانويه به حوض هوادهي

كاهش اندازه تانك هوادهي و نتيجتاً زمين مورد نياز

كاهش ميزان بارگذاري بر حوض ته نشيني ثانويه

رشد و تكثير بعضي از ميكروارگانيزم هاي نادر كه در تصفيه فاضلاب هاي بهداشتي داراي اهميت مي باشد در اين روش بيشتر است.

در برابر شوكهاي بار سمي مانند سيانيد و فنول و فرم آلدهيد تحمل بالايي دارد.

ايجاد پديده بالكينگ در حوضهاي ته نشيني ثانويه وجود ندارد.

لجن حاصله از اين فرايند قابليت ته نشيني و فشردگي بيشتري دارد و غليظ تر است.

وقتي بار آلودگي آن كم باشد ، قدرت نيترات سازي درآن بالاست.

تجهيزات سيستم در اين روش نياز كمتري به نگهداري دارد.

اين سيستم به راحتي مي تواند فاضلاب را رقيق سازد.

هزينه هاي اجرايي و نگهداري آن كم ولذا مقرون به صرفه مي باشد.

هرچه سيستم كوچكتر باشد ، كارايي و راندمان آن بالاتر مي باشد.

پساب خروجي از اين فرايند مطابق با استاندارد هاي سازمان محيط زيست مي باشد.

MLVSS در اين سيتم بالاست.

بهره برداري از اين سيتم آسان است.

بدليل زمان ماند كمتر حوضچه هاي هوادهي ، انرژي لازم براي اين فرايند كمتر مي باشد.

براي اين فرايند احتياج به سطح كمتري مي باشد.

از مزاياي روش SBR مي توان به موارد زير اشاره نمود:

كاهش سرمايه گذاري اوليه-

- كاهش حجم لجن دفعي

- عدم شسته شدن لجن فعال در زمانهاي پيك جريان

-كاهش مصرف انرژي در مقايسه با سيستم هاي لجن فعال

- تحمل بالا در مقابل شوكهاي هيدروليكي و آلي

- دستيابي به راندمان بسيار بالا

- انجام كل عمليات تصفيه در يك راكتور

- عدم نياز به برگشت لجن

- آساني توسعه و افزايش ظرفيت آن

-و نيز اين فرايند ساده مي باشد و نيازي به زلال ساز نهايي و پمپاژ لجن برگشتي ندارد.

-همچنين با توجه به فشردگي تأسيسات و قابليت انعطاف در بهره برداري ، حذف مواد مغذي را مي توان با تغييرات بهره برداري انجام داد.

-ونيز در اندازه هاي مختلف طرح تصفيه خانه كاربردي است.

از مزاياي روش MBR مي توان به موارد زير اشاره كرد:

امكان حذف كل جامدات معلق

امكان دستيابي به SRTبالا در HRTپايين

نسبت غذا به ميكروارگانيسم پايين

اعمال نرخهاي بارگذاري بالا

توليد لجن مازاد پايين تر

عدم بالكينگ

فضاي موردنياز كمتر

امكان اتوماسيون و نيروي كارگري كمتر

عدم نياز به حوض ته نشيني اوليه

راه اندازي سريعتر

باتوجه به عدم نياز به ايجاد تغيير فاز براي انجام عمل جداسازي ، در مصرف انرژي صرفه جويي مي شود.

ضخامت غشا بسيار كم است و لذا انتقال جرم در طول آن با سرعت انجام مي شود . به همين دليل فرايندهاي غشايي معمولا سريعتر از ديگر فرايندهاي جداسازي مي باشند. جداسازي توسط غشاها غالبا با راندمان بالاتري نسبت به ساير روش ها انجام مي شود. فرايندهاي غشايي در دماي معمولي انجام مي شود . بنابراين مي توان از آنها در مورد محلول هاي حساس به گرما به خصوص در صنايع غذايي ، دارويي و بيوتكنولوژي به راحتي استفاده نمود.

بسياري از جداسازي هايي كه با استفاده از غشا انجام مي شود با هيچيك از ديگر روش ها قابل دستيابي نيست. در مواقعي كه براي انجام جداسازي نياز به استفاده از حلال يا ماده كمكي ديگري نيز وجود داشته باشد، ميزان استفاده از آن ماده در فرايند غشايي در مقايسه با ساير روش ها ي جداسازي بسيار كمتر خواهد بود. در بسياري از فرايندهاي كلاسيك جداسازي، نياز به اضافه نمودن افزودني وجود دارد، اين مواد كه معمولا از اجسام آلي مي باشند مشكلاتي را به وجود مي آورند. در بسياري از فرايند هاي غشايي اين نياز وجود ندارد.جداسازی بسیار خوبی ارائه می‌دهد . آب خروجی حاصل از MBR دارای کیفیت بالایی می‌باشد ، آن‌چنان‌که می‌تواند مستقیماً مورد استفاده مجدد قرار گیرد . (SS<0.5mg/L , NTU<0.2)

ممبرین می‌تواند تمامی میکروارگانیک‌ها را به‌صورت توده‌ای در مخزن MBR جمع‌آوری نماید ، آن‌چنان‌که زمان اقامت فاضلاب در مخزن (HRT) می‌تواند به‌راحتی کنترل شود . روش MBR برای فاضلاب‌های گوناگون با COD و BOD مختلف ، مناسب می‌باشد . غلظت زیاد لجن در مخزن MBR ، نسبت به روش سنتی ، 2 تا 3 مرتبه بیش‌تر است . MBR روش کاملی برای متراکم کردن بار فاضلاب می‌باشد.MBR می‌تواند NH3.N و P را به‌خوبی حذف کند. طول عمر زیاد لجن (SRT) . مواد آلی پیچیده می‌توانند تخریب شوند . در این حالت لجن متوازن می‌گردد .سیستم MBR می‌تواند به وسیله‌ی PLC کنترل شود . این نوع از بهره‌برداری به‌صورت خودکار انجام می‌گردد .MBR می‌تواند به‌صورت مجموعه‌ای کامل و متحرک طراحی شود ، آن‌چنان‌که فقط به محلی با وسعت بسیار کم نیاز داشته باشد.

 

مزايا و معايب ديسكهاي بيولوژيكي دوار RBC :

مزاياي اين سيستم ها مشابه مزاياي فيلتر چكنده است . در سيستم فيلتر چكنده، فاضلاب از داخل بيومس عبور مي كند در حاليكه در اين سيستم ها اين بيومس است كه از داخل فاضلاب مي گذرد. در نتيجه مراقبت نمودن از خيس شدن به حد كافي ميكروارگانيسم ها بدون توجه به سرعت جريان ورودي در سيستم موجب كاهش و يا عدم نياز به جريان برگشتي مي شود.بعلاوه شدت برخورد بين بيومس و فاضلاب مي تواند با تنظيم سرعت چرخش ديسك ها تغيير نمايد و اين عمل اجازه كنترل ضخامت فيلم ميكروبي را بطور مستقيم مي دهد. همچنين اين تنظيم سرعت چرخش ، سرعت انتقال اكسيژن را نيز تغيير مي دهد و اين امر براي تأمين هوادهي مورد نياز سودمند است.

شايد بزرگترين مزيت ديسكهاي بيولوژيكي دوار، كمي قدرت مورد نياز آن مي باشد. چون ديسكها شناور هستند ، اصطكاك ضعيفي را بر شفت حامل خود تحميل مي كنند . به آن تعبير كه بزرگترين انرژي مورد نياز در اين سيستم ها ، غلبه بر نيروي دراگ است كه از طرف مايع بر ديسكها وارد مي شود. در نتيجه انرژي مورد نياز براي راهبري ديسكهاي بيولوژيكي دوار ، درست معادل انرژي مورد نياز راهبري لجن فعال است. در ضمن براي بررسي انرژي مورد نياز هر سيستم بايد كل انرژي مورد نياز مورد بررسي قرار گيرد كه شامل هضم لجن نيز مي باشد. همچون فيلتر چكنده مي توان ادعا كرد كه در اغلب موارد اين سيستم نسبت به شوك دبي بهتر عمل مي كند و يا پاسخ سيستم به حالات سخت بهتر است.

بزرگترين معايب ديسكهاي بيولوژيكي دوار عبارتند از فقدان ظرفيت ذخيره و فقدان كنترلهاي عملياتي و اينكه انتقال اكسيژن ناشي از چرخش ديسكها براي بارهاي آلودگي زياد محدوديت دارد.

مزاياي فيلتر چكنده ( Trickling Filter ):

كم هزينه بودن راهبري و نگهداري

توليد لجن تقريبا خشك

بالا بودن قدرت نيترات سازي آنها وقتي كه بصورت كم بار طراحي شوند.

حساس نبودن در برابر تغييرات دبي فاضلاب

نياز به تخصص كمتر در بهره برداري در مقايسه با لجن فعال

مهمترين مزايا ي راكتور UASB عبارتند از :

راندمان مناسب در تصفيه فاضلاب هايي با بار آلي بالا ( COD= 150050000 mg/L)

توليد مقدار لجن پايين

كاهش استفاده در زمين تصفيه خانه ( بارگذاري UASB حدودا 10 برابر روشهاي تصفيه هوازي مي باشد.)

اين روش مولد انرژي قابل مصرف به شكل 75% متان است.

فرايند اين روش نياز به انرژي بسيار كمي دارد. ( انرژي بسيار زيادي در بخش هوادهي در روشهاي تصفيه هوازي مصرف مي شود.)

فرايند AGAR

اين فرايند درواقع همان فرايند MBBR مي باشد، با اين تفاوت كه در داخل رأكتور پارتيشن بندي صورت مي گيرد. كاربرد اين رأكتورها بيشتر در ارتقاي فرايند هاي لجن فعال تصفيه خانه هاي موجود است كه با مشكل كمبود زمين مواجه بوده و ديگر امكان ساخت سازه جديد در تصفيه خانه نمي باشد. مطالعات پايلوتي انجام شده نشان مي دهند كه در اين فرايند، نيتريفيكاسيون در زمان ماند جامدات و دماهاي پايين تري نسبت به ساير فرايندهاي لجن فعال هيبريدي امكان پذير است و لجن بدست آمده نيز خصوصيات ته نشيني خوبي دارد. پارتيشن اول، يك رأكتور انوكسيك بمنظور دنيتريفيكاسيون مي باشد و پارتيشن هاي بعدي ، رأكتورهاي هوادهي بمنظور حذف BOD و نيتريفيكاسيون هستند. در رأكتورهايي كه هوادهي صورت مي گيرد، ديفيوزرها در كنار تيغه ها ( ديواره ها) قرار مي گيرند و بدين ترتيب يك جريان چرخشي بالا رونده و پايين رونده بوجود مي آيد. هوادهي ديفيوزري مي تواند به صورت حباب درشت يا حباب ريز صورت گيرد. در انتهاي پارتيشن هاي هوادهي، صفحات مشبكي به شكل لوله تعبيه مي شوند كه فقط جريان فاضلاب از آن عبور مي كند و اجازه خارج شدن پكينگ ها را از پارتيشن نمي دهد.

در پارتيشن هايي كه هوادهي صورت مي گيرد، پكينگ هاي معلق وجود دارند. يكي از معروفترين پكينگ هايي كه در فرايند AGAR استفاده مي شود، پكينگ Aqwise نام دارد كه توليد شركت Aqwise مي باشد. در انتهاي پارتيشن اول ، تيغه طوري طراحي شده است كه از برگشت فاضلاب و پكينگ هاي معلق به پارتيشن اول جلوگيري مي شود. پارتيشن بندي رأكتور بمنظور اهداف خاصي از جمله دنيتريفيكاسيون و نيتريفيكاسيون صورت مي گيرد. در رأكتور انوكسيك اختلاط مكانيكي بوسيله ميكسر صورت مي گيرد. در رأكتورهاي هوادهي ، اختلاط بوسيله هوادهي ديفيوزري صورت مي گيرد. فرايند AGAR مي تواند كاربردهاي مختلفي داشته باشد. متداولترين كاربرد اين فرايند در حذف BOD و حذف نيتروژن با فرايند هاي نيتريفيكاسيون ( در پارتيشن هاي هوادهي ) و دنيتريفيكاسيون ( در پارتيشن انوكسيك ) است. كاربرد جديدتر و پيشرفته تر فرايند AGAR ، در حذف بيولوژيكي نوترينتها (BNR) مي باشد، بطوريكه در ابتدا پارتيشن بي هوازي بمنظور حذف فسفر، سپس پارتيشن انوكسيك بمنظور دنيتريفيكاسيون و در نهايت پارتيشن هاي هوازي بمنظور حذف BOD و نيتريفيكاسيون بكار مي روند.

كاربرد ديگر فرايند AGAR ، در حذف BOD با راندمان بسيار بالا، در يك زمان ماند هيدروليكي پايين تر نسبت به ساير كاربردهاي فرايند AGAR مي باشد. البته در اين سيستم نيز نيتريفيكاسيون صورت مي گيرد.

از كاربردهاي ديگر فرايند AGAR ، مي توان به تصفيه پيشرفته پساب خروجي از لاگون هاي هوادهي اشاره كرد كه روشي انعطاف پذير ، مطمئن و مقرون به صرفه در افزايش كيفيت پساب خروجي از لاگون هاي هوادهي است. در واقع فرايند AGAR موجب حذف بيشتر BOD و آمونياك از پساب خروجي از لاگون هاي هوادهي مي گردد.