تصفیه خانه فاضلاب

در این قسمت اطلاعات کلی و مختصری در مورد انواع فرایندهایی که در تصفیه فاضلاب انجام می شود.

 

 

روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی:

روشهای فیزیکی : روشهایی هستند که درآنها از نیروهای فیزیکی برای جداسازی مواد از جریان فاضلاب استفاده می­شود.بدلیل سادگی فرآیندهای فیزیکی، روشهای فیزیکی اولین روشهای مورد استفاده در تصفیة فاضلاب بوده­اند. همین سادگی در کارکرد سبب شده است که هزینة استفاده از آن در مقایسه با روشهای شیمیایی و بیولوژیکی به مراتب کمتر باشد.بنابراین در انتخاب فرآیندهای تصفیه همواره سعی می­گردد که از حداکثر توان روشهای فیزیکی برای تصفیه استفاده شود.از جمله روشهای معمول تصفیه فیزیکی فاضلاب می­­توان به سیستمهای آشغالگیری، دانه­گیری، ته­نشینی، شناورسازی، چربی­گیری و فیلتراسیون اشاره نمود.

 روشهای شیمیایی: فرآیند جداسازی یا تبدیل مواد آلاینده، به کمک افزودن موادشیمیایی و در نتیجة واکنشهای شیمیایی مواد صورت می­گیرد. پیچیدگی در این فرآیندها به مراتب بیش از روشهای فیزیکی می­باشد. همین پیچیدگی سبب دشواری نسبی در بهره­برداری از روشهای شیمیایی می­گردد. از این رو تا حدامکان سعی می­شود که کمتر از روشهای شیمیایی در سیستم تصفیه استفاده شود. به علاوه هزینة خرید و نگهداری مواد شیمیایی مورد نیاز در برخی موارد مانع بزرگی در کاربرد فرآیندهای شیمیایی است. ترسیب )انعقاد و لخته­سازی) شیمیایی و گندزدایی با کلر وترکیبات آن جزء مهمترین روشهای شیمیایی مورد استفاده در تصفیة فاضلاب محسوب می­گردند.

روشهای بیولوژیکی:  از انجا که سهم عمده ای از آلاینده های فاضلاب ها را مواد آلی تشکیل می دهند، استفاده از روش های بیولوژیکی امروزه بطور گسترده ای برای تصفیه ی فاضلاب ها متداول شده است. در این روش ها میکروارگانیسم ها (به ویژه باکتریها) نقش اصلی را در فرایند تصفیه بر عهده دارند.در این سیستم ها ، میکروارگانیسم ها با استفاده از مکانیسم های درونی خود موادآلی موجود در فاضلاب را جذب و از آن برای تولید سلول جدید و کسب انرژی استفاده می کنند.روش های بیولوژیکی تصفیه فاضلاب با صرف انرژی پایین قادر به تصفیه طیف گسترده ای از آلاینده ها از پساب می باشند.

-تصفیه با استفاده از سپتینک تانک و چربی گیرها:

سپتیک تانک (چربی گیر ) ساده ترین نوع تصفیه خانه تک واحدی است که تصفیه مکانیکی (ته نشینی) و تصفیه زیستی با کمک باکتری های بیهوازی همزمان در آن انجام می گیرد.سپتیک تانک انباره سرپوشیده ای است که معمولا با بتن آرمه و در ابعاد کوچک آن به صورت پیش ساخته در کارخانه یا مواد پلی اتیلنی تهیه می شود.فاضلاب پس از عبور از انباره و به علت کاهش سرعت جریان آن قسمتی از مواد معلق خود را به صورت ته نشینی از دست می دهد و از سوی دیگر انباره بیرون می رود. مواد ته نشین شده به صورت لجن در کف انباره با کمک باکتری های بیهوازی هضم می شود و انباره هر دو سال یک بار تخلیه می گردد.از آنجائیکه تصفیه فاضلاب در سپتیک تانک به صورت ناقص انجام می گیرد راندمان تصفیه در این سیستم بطور نرمال ۵۰-۴۰ درصد می باشد.بنابر این در مواردیکه هدف از تصفیه فاضلاب تامین استانداردهای مشخص شده توسط سازمان حفاظت محیط زیست نباشد جهت حذف بخشی از مواد معلق و چربی فاضلاب می توان از این سیستم استفاده نمود.

-تصفیه فاضلاب با استفاده از لجن فعال:

لجن فعال از جمله معمولترین سیستم های بیولوژیکی در تصفیه ی انواع فاضلاب های بهداشتی و صنعتی محسوب می گردد. در این سیستم ، جامدات آلی محلول بر روی توده بیولوژیکی جذب گشته و سپس بواسطه تجزیه ی بیولوژیکی و فرایند تثبیت حذف می شوند.در خلال تجزیه ی بیولوژیکی از طریق اکسیداسیون موادآلی ، بخشی از مواد آلی به سلول های جدید تبدیل شده و بخش دیگر تثبیت می گردند. بخشی از سلول های تولید شده در رئاکتور در خلال مرحله ی رشد میکروارگانیسم دچار اکسیداسیون می گردند که تنفس خودخوری نیز نامیده می شود. جهت حفظ راندمان تصفیه در این روش ضروری است همواره مقدار مشخصی توده ی بیولوژیکی در حوض هوادهی وجود داشته باشد تا این توده ی بیولوژیکی بتواند تمامی مواد آلی موجود در فاضلاب را به مصرف برساند.از این رو همواره بخشی از توده بیولوژیکی (لجن) ته نشین شده در مخزن ته نشینی را به حوض هوادهی باز می گردانند. سیستم لجن فعال عمدتا در مواردی استفاده می شود که حجم فاضلاب ورودی به تصفیه خانه بالا بوده و به همین سبب تاسیسات و تجهیزات ویژه ای برای آبگیری و هضم لجن در نظر گرفته می شود.

تصفیه اولیه:

تصفیه اولیه فاضلاب شامل حذف مواد جامد معلق از فاضلاب و یا آماده سازی فاضلاب جهت ورود به قسمت تصفیه ثانویه می باشد. بخش ها مختلف تصفیه اولیه عبارتند از : 
1- آشغالگیری،
2- ته نشینی،
3- شناورسازی،
4- خنثی سازی و متعادلسازی. 

تصفیه ثانویه:

عبارت تصفیه ثانویه به تمامی فرایندهای تصفیه بیولوژیکی انجام شده در تصفیه خانه اعم از هوازی و غیرهوازی اطلاق می شود. روشهای رایج در تصفیه ثانویه فاضلاب عبارتند از:

1- روش لجن فعال
2- هوادهی ممتد
3- لاگونهای هوادهی
4- استخرهای متعادلسازی
5- تصفیه بی هوازی

1- یک راکتور که در آن میکروارگانیسم های موجود در فاضلاب بصورت معلق و در معرض هوادهی قرار دارند.
2- جداسازی فاز جامد از مایع که معمولا در یک تانک جداسازی انجام می شود.

تصفیه بی هوازی علاوه بر تصفیه فاضلاب در هضم لجن نیز بکار می رود. این فرایند شامل دومرحله است:

1- تخمیر اسید:

تصفیه نهایی:

تصفیه نهایی شامل فرایندهایی است که به منظور دستیابی به پساب تصفیه شده با کیفیت بالاتر از آنچه در قسمت تصفیه ثانویه انجام می شود، اعمال می گردد. در این بخش به برخی از روشهای معمول در تصفیه نهایی اشاره می شود.

2- کاهش BOD 

3- حذف یا کاهش رنگ و بوی پساب. 

4- اکسایش یونهای فلزی.

5- اکسایش سیانیدها به مواد بی ضرر. 

 

فرآوری و دفع لجن:

در مراحل مختلف تصفیه مقادیری لجن تولید می شود که می بایست آنها را به طریق مناسبی دفع نمود. هضم هوازی و بی هوازی، تغلیظ لجن، استفاده از *****های تحت فشار، تغلیظ به روش گریز از مرکز، بسترهای خشک کننده لجن و سوزاندن لجن راههای موجود برای دفع لجن می باشد. 

روشهای جدید در تصفیه فاضلاب ( SBR, UASB,….. ) :

واحد SBR :

واحد SBR از یک راکتور پر و خالی شونده تشکیل شده که در آن اختلاط کامل صورت می گیرد و علاوه بر آن هوا دهی و ته نشینی که بعد از مرحله واکنش می باشد ، در یک تانک انجام می شود. در تمام سیستمهای SBR عمل تصفیه در قالب 5 مرحله ای که در ادامه می آید، بصورت متوالی انجام می شود.
1- پرشدن، 
2- واکنش(هوا دهی)،
3- ته نشینی،
4- تخلیه ، 
5- آزاد. 

در طی مرحله پرشدن، فاضلاب به سیستم وارد می شود. در طی فرایند پر شدن سطح مایع موجود در راکتور از 75درصد در انتهای مرحله آزاد به 100درصد می رسد. در خلال پرشدن، محتویات راکتور در حال مخلوط شدن و یا مخلوط و هوا دهی شدن تو امان هستند تا به واکنش های بیولوژیکی در حال انجام در داخل راکتور سرعت ببخشند. 

در طی فرایند واکنش، واکنش های آلی تحت شرایط کنترل شده محیطی بر روی مواد آلی موجود در فاضلاب انجام می شود. 

در طی فرایند ته نشینی، مواد جامد تحت شرایط سکون شروع به ته نشینی می کنند و نتیجه آن پساب تصفیه شده ایست که آماده تخلیه از سیستم SBR است. 

پساب تصفیه شده در طی مرحله تخلیه از سیستم خارج می شود. برای تخلیه پساب تصفیه شده از مکانیزمهای متعددی از جمله دریچه های سرریز می توان استفاده نمود. 
مرحله آزاد در یک سیستم SBR که از چند تانک استفاده می کند، زمان لازم را برای پرشدن یک تانک قبل از این که مرحله بعدی (واکنش) شروع شود، فراهم می سازد. به دلیل این که این مرحله چندان ضروری نیست، گاهی از سیستم SBR حذف می شود. 
در مورد فاضلابهای با جریان دائمی، حداقل به 2 تانک نیاز است تا زمانی که یک تانک در حال پرشدن است، تانک دیگر در حال انجام مرحله تصفیه باشد. 

واحد UASB :

یکی از پیشرفت های قابل توجه در تکنولوژی مربوط به سیستمهای تصفیه بی هوازی راکتور UASB می باشد که در اواخر دهه 70 میلادی در هلند شکل گرفت. در این فرایند، فاضلاب از انتهای راکتور UASB وارد آن شده و از میان واحد رولش لجن به سمت بالا جریان پیدا می کند. اجزای اصلی راکتور UASB سیستم توزیع فاضلاب ورودی، جدا کننده فاز گاز از جامد و طرح خروج پساب تصفیه شده می باشد. 

نمای راکتور UASB:

ویژگی اصلی سیستمهای UASB که به آن این امکان را می دهد تا در مقایسه با سایر فرایند های بی هوازی از فاضلاب با بار COD بسیار بالاتری استفاده کند، تولید لجن به صورت گرانوله می باشد. تولید لجن بصورت دانه دانه در سیستمهای UASB به چند ماه زمان احتیاج دارد که این زمان را با برخی افزودنی ها به آن، می توان کاهش داد.

6. پکیج تصفیه غیر هوازی (UASB) :

تصفیه غیر هوازی بهترین روش برای تصفیه فاضلابهای آلی با بار آلودگی بالا ( از قبیل صنایع غذایی، تولید مخمر، فاضلابهای شیمیایی و فاضلابهای ناشی از صنایع داروسازی ) می باشد. 

ایده اصلی در بکار گیری روش تصفیه غیر هوازی استفاده از باکتری هایی است که قادر به تجزیه مواد آلی بدون مصرف اکسیژن و تولید گاز دی اکسیدکربن و متان بدون مسائل و مشکلات مربوط به انتقال اکسیژن، ته نشینی و تولید لجن بیولوژیک می باشند. 

پکیج های UASB  به صورت جمع و جور طراحی شده و قابل استفاده در محیط های با بار بیولوژیکی زیاد و با راندمان بالای تصفیه هستند. 

برخی از ویژگیهای پکیج های UASB  عبارتند از: 

• پایین بودن میزان لجن تولیدی
• پایین بودن میزان مصرف انرژی 
•فضای کم مورد نیاز 
• سهولت در عملکرد

 

تاریخچه سیستم های UASB :

سیستم های UASB هیبریدی از سیستم های رشد معلق و چسبیده است . این سیستم ابتدا در سال 1971 در هلند و در دانشکده کشاورزی واخنیگین توسط Lettinga معرفی گردیده و در راکتور مقیاس آزمایشگاهی فوق فاضلاب کارخانه قند استفاده شده در سرعت بار گذاری حجمی 10KgCOD/m3.d ته نشینی خوبی از لجن فلوکوله برابر KgVss/m3 15 بدست آمد .طی آزمایشاتی که با مقیاس بزرگتر در سالهای 1974-1976 انجام میشده بطور غیر منتظره لجن گرانوله با ته نشینی بالایی بدست آمده است . این فرآیند بعد ها برای تصفیه بسیاری از فاضلاب های صنعتی مانند کاغذ سازی ،لبنیات سازی ، الکل سازی ، کارخانه قند ، شیرابه زباله ، کشتارگاه  و غیره به کار گرفته شد.

ازجمله عوامل موثر بر کار آیی UASB ، درجه حرارت و سرعت رو به بالای فاضلاب است . دو محدوده دمایی مطلوب بیان شده است که عبارتند از محدوده مزوفیلیک که نزدیک به 35 درجه سانتیگراد بوده و محدوده  ترموفیلیک که بین 55- 60 درجه سانتیگراد است . در راکتورهای بیولوژیکی بی هوازی معمولا از محدوده دمایی مزوفیلیک استفاده میشود ، چون که تعداد گونه های بی هوازی ترمو فیلیک کوچک و معدود هستند .سیستم های آنزیمی باکتری های ترموفیلیک از نظر فیزیولوژیکی در مقابل درجه حرارت بالا پایدار و مقاومند که این پایداری به حضور ماکرومولکولها مقاوم در برابر حرارت در این آنزیم ها نسبت داده میشود سرعت تجزیه در فرآیند بی هوازی تابعی از درجه حرارت اعمال شده است . مثلا در درجه حرارت کم تر از 25 درجه سانتیگراد سرعت هضم به شکل سریع و تندی کاهش یافته و در عمل راکتورهای بی هوازی متعارف در آب و هوای سردتر ممکن است نیاز به زمان ماند 12 هفته برا ی تصفیه لجن فاضلاب داشته باشد از طرفی گزارش شده است که در درجه حرارت 70 در جه سانتیگراد و بالاتر سرعت متان سازی کاهش میابد در تحقیقاتی که Lettinga و همکارانش دریافتند که ارتباط نزدیکی بین افزایش VFA و کاهش دما وجود دارد که این پدیده بیشتر برای لجن گرانوله اتفاق میافتد.

مزایا و معایب راکتورهای UASB :

 

مزایای راکتورهای UASB:

1-عدم نیاز به هوا دهی : هوا دهی یکی پر هزینه تر ین و دشوارترین عملیات تصفیه فاضلاب به روش هوازی است. این مشکلات بخصوص در ایران به جهت ارز بری ورود تجهیزات هوا دهی محسوس تر می باشد. این در حلی است که سیستم UASB به واسطه عملکرد بی هوازی در تصفیه انواع فاضلاب، نیازی به هوا دهی نداشته و متعاقبا" هزینه های مربوطه در مورد آن اعمال نمی گردد.

2-تولید بسیار کم لجن: مجموعه سرانه تولید لجن اولیه و ثانویه در فرآیند متعارف لجن فعال (Conventional Activated sludge Process ) معمولا" بیش از 2 لیتر در روز و غلظت متوسط ‌آن کمتر از 2% می باشد. در حالی که مقدار تولید لجن در راکتور UASB ، کمتر از 2 لیتر به ازای هر متر مکعب فاضلاب تصفیه شده بوده و غلظت این لجن حدود 5 تا 10% می باشد. لذا از ‌آنجاییکه دفع لجن اساسا" عملیاتی پر هزینه و دشوار می باشد، تولید بسیار اندک لجن یعنی حدود یک دهم مقدار لجن مازاد تولید شده در فر‌آیند لجن فعال متعارف، از مزایای راکتور UASB بشمار می ‌آید.

۳-تولید لجن غلیظ و تثبیت شده: از ‌آنجاییکه زمان ماند لجن در راکتور UASB بسیار طولانی است، لجن مازاد خروجی از سیستم غلیظ و تثبیت شده است و در صورت ضد عفونی کردن آن مسی توان ‌آن را مستقیما" در کشاورزی استفاده نمود.

4-مصرف بسیار کم انرژی و تولید بیوگاز: به دلیل عدم نیاز به هوا دهی ، مصرف انرژی در راکتور UASB بسیار کم می باشد. در فرآیندهای مانند لجن فعال برای زدایش هر کیلوگرم اکسیژن خواهی شیمیایی (COD) حدود 20 تا 30 وات انرژی برای هوا دهی مصرف می شود، در حالی که در سیستم UASB از هر کیلوگرم اکسیژن خواهی شیمیایی که در شرایط بی هوازی تجزیه می شود حدود 250 لیتر گاز متان با ظرفیتی معادل 35 وات انرژی به دست می آید که بیشتر آن به راحتی قابل استحصال می باشد.

5-مقاومت نسبت به بی غذایی: چنانچه ورود مواد غذایی به راکتور UASB قطع می شود، میکرو ارگانیسمهای بی هوازی تا مدت بسیار طولانی زنده می ماند و بلافاصله پس از ورود مواد غذایی، فعالیت خود را شروع می کنند. این زمان ممکن است به چند سال هم برسد، در حالیکه در سیستم های هوازی مانند لجن فعال این مدت به ندرت به بیشتر از چند روز می رسد. بنابراین استفاده از فرآیندهای بی هوازی برای فاضلابهایی که جریان دائم دارند ( مثل فاضلاب کارخانه های چغندر قند، کنسرو و کمپوت سازی ) بسیار مناسب است.

معایب راکتورهای UASB : 

1-بازده نسبتا" کم: زدایش BOD به ندرت از 80% تجاوز می نماید. البته زدایش بیش از 80% عملی می باشد، اما به دلیل پایین بودن میزان رشد ویژه باکتریها در غلظتهای پایین، زمان ماند بسیار طولانی خواهد شد و توجیه اقتصادی نخواهد داشت. 

2-تولید بو: در راکتور UASB مانند سایر فرآیندهای بی هوازی احتمال تولید بو همراه وجود دارد. اما چون این سیستم سر پوشیده است و گازها بطور کنترل شده تخلیه می شود، مسئله کنترل بوجه به راحتی قابل حل می باشد.

3- را اندازی نسبتا" طولانی: اگر لجن بطور دستی به راکتور اضافه شود به دلیل کم بودن ضریب تولید میکرو ارگانیسم در شرایط بی هوازی برای اینکه حجم میکرو ارگانیسمها به د مورد نیاز برسد زمانی نسبتا" طولانی لازم است. این زمان حداقل 3 تا 4 ماه است که با اضافه کرد لجن به طور دستی به کمتر از یک ماه قابل تقلیل است.

بیوگاز :

 استحصال بیوگاز می تواند از فرایند های بی هوازی فاضلاب نیز انجام گیرد که علاوه بر تولید انرژی می تواند در کنترل بو نیز موثر باشد. یکی از روشهایی که در آن می توان گاز زیادی به دست آورد تصفیه فاضلاب به روش UASB می باشد. از این روش برای تصفیه فاضلابهای صنعتی با بار آلی زیاد استفاده می گردد که دارای راندمان بالایی در حذف می باشد. به همین دلیل در این روش متان، هیدروژن سولفوره و دی اکسید کربن زیادی تولید می گردد که در صورت عدم جمع آوری و دفع صحیح باعث تولید بو و ایجاد انفجار می گردد. 

 

جمع آوری گاز و کاربرد آن :

جمع آوری گازهای تولیدی سیستم بی هوازی که خارج از راکتور انجام می گیرد باید از دقت خاصی برخوردار باشد و همان دقتی که در دستکاری گازهای طبیعی مراعات می گردد ، در این سیستمها نیز مورد توجه باشد سیستم جمع آوری گاز راکتور باید بتواند حداکثر گاز تولیدی را نیز پاسخگو باشد . متأسفانه در اکثر مواقع مخازن ذخیره را برای تولید گاز و نگهداری آن برای زمانهای 4 تا 5 دقیقه می سازند و چون تولید گاز در زمان حداکثر خود نیاز به ذخیره بیشتری دارد باید برای ذخیره آن از مخازن دیگری سود جست .

 

فشار گاز تولیدی در سیستم حداکثر 10 تا 20 اینچ ستون آب است و اگر در محلی ذخیره شود فشار آن به مرور زیاد شده و ممکن است با متصاعد شدن از مخزن ذخیره علاوه بر ایجاد بو در مواردی باعث انفجار و آتش سوزی نیز بشود . اگر گازهای خروجی از راکتور مجدداً به آن بازگردند ، فضای بالای راکتور روی سطح فاضلاب را که راه تماس راکتور با اتمسفر است را پر می نماید . این عمل علاوه بر ایجاد بو ، مانع متصاعد شدن متان های تولیدی خواهد گردید . باقیماندن و تجمع بیش از حد متنان در محل بالایی راکتور ممکن است در مواردی ایجاد انفجار نماید و حتی ممکن است غلظت هیــدروژن سولفــوره در اطراف راکتور به حــدی برسد که باعث بروز خطر بهره برداران گردد .

 

همچنین ممکن است گازهای تولیدی به جو بکهای خروج فاضلاب راه یافته و بهره برداران را بعلت محتوای هیدروژن سولفوره در معرض خطر قرار داده و بعضاً باعث انفجار شود . ممکن است مقادیری گاز در حین عبور از لوله ها و ورود به مخازن شستشو در فضای اطراف پخش شوند . باید مسائل و خطرات ناشی از اینگونه پخش گاز در سایت تصفیه خانه به نحوی قابل پیش بینی و پیشگیری باشد . گاز تولیدی در راکتور علاوه بر متان محتوی گاز کربنیک و هیدروژن سولفوره است بعلاوه محتوی رطوبت نیز خواهد بود . با تمام پیش بینی ها برای حذف رطوبت متأسفانه رطوبت باقیمانده در مواردی با ایجاد قطرات آب در شعله سوز و وسایل اندازه گیری مشکلاتی به وجود خواهد آورد . برای جلوگیری از این مسئله هم باید پیش بینی های لازم بعمل آید . 

 

هیدروژن سولفوره موجود در بیوگاز خاصیت خوردگی شدیدی داشته و