دانلود ‫پروژه تصفیه آب

مقدمه گسترش روز افزون جوامع بشری و پیشرفت در زمینه‌های صنعتی، هرچند که امتیازات ویژه ای بهمراه داشته است ولیکن مشکلات عدیده ای را نیز برای اجتماعات به ارمغان آورده است.

یکی از این مشکلات ، فاضلاب حاصل از اماکن مسکونی و فعالیت واحدهای صنعتی می‌باشد.

از آنجا که دفع غیر صحیح فاضلابهای خانگی و صنعتی اثرات نامطلوبی بر روی محیط زیست دارد، تصفیه هرچه کاملتر فاضلابها اهمیت بیشتری می‌یابد.

فاضلابهای خانگی و از آن مهمتر فاضلابهای صنعتی بعلت داشتن مواد آلی و معدنی ، در صورت دفع در محیط باعث آلوده شدن آبهای سطحی و زیرزمینی گشته و در نتیجه استفاده مجدد از آب برای بهترین کاربرد آن با مشکل مواجه می‌گردد.

همچنین استفاده از آب برای مصارف مختلف و نیاز شدید به آب در هر منطقه از ایران ، ما را برآن می‌دارد که از به هدر رفتن آب به هر شکل جلوگیری کرده و با تصفیه فاضلابهای خانگی و صنعتی که از حجم زیادی نیز برخوردار هستند در جهت تأمین آب مورد نیاز قدم برداریم.

حجم فاضلاب یک واحد صنعتی بستگی به عواملی همچون نوع محصول ، نحوه تولید ، ابزار و وسایل و ...

بستگی دارد.

از واحدهای صنعتی که دارای فاضلاب با حجم نسبتا" بالا و آلودگی بسیار شدید می‌باشند، واحدهای کشتاری گاو و گوشفند می‌باشند.در حال حاضر در اکثر شهرهای ایران کشتارگاهی جهت ذبح گاو و گوسفند وجود دارد.

فاضلاب این کشتارگاهها بیشتر به چاهها ، رودخانه‌ها ، قنوات متروکه بدون کوچکترین عملیات تصفیه دفع می‌گردند و در بهترین حالت، فاضلاب پس از عبور از یک حوضچه ته نشینی ساده به محیط دفع می‌شود.

علاوه بر اینکه آلودگی معدنی و آلی از این طریق بوجود می‌آید، انتشار بیماریهای مشترک بین انسان و دام نیز از طریق دفع فاضلاب کشتارگاهها بعلت عدم رعایت مسائل بهداشتی وجود دارد.

تاکنون روشهای بیولوژیکی گوناگونی چه هوازی و غیر هوازی در رابطه با تصفیه فاضلابها بکار گرفته شده است.

هر یک از این روشها از امتیازات و بعضا" معایبی برخوردار هستند.

مثلا" روش هوازی ( لجن فعال ، فیلترهای چکنده و ...

) در تصفیه فاضلابهای خانگی و صنعتی دارای کارائی بالا در کاهش مواد آلی و معدنی موجود بوده و این خود یک مزیت عالی است.

لیکن همین روش هوازی نیاز به وسایل هوادهی و مکانیکی در مراحل مختلف تصفیه دارد و ضمنا" با لجن زیادی که تولید می‌گردد مشکل هضم لجن آغاز کار است .

در روش غیر هوازی تصفیه فاضلاب، هرچند که BOD پساب خروجی از واحد تصفیه کننده بیشتر از BOD پساب خروجی در روش هوازی است، ولی امتیازاتی از قبیل عدم نیاز به وسایل هوادهی ، لجن تولیدی بسیار کمتر ، تولید گاز متان قابل استفاده و ...

برای روش غیر هوازی متصور می‌باشد.

(1) تاریخچه تصفیه آب به روش صنعتی بر اساس اطلاعات موجود و به نوشته M.N.Baker در کتاب " در جستجوی آب خالص و بهداشتی" قدمت این مقوله به دو هزار سال قبل از میلاد مسیح میرسد.

اما آنچه از نقطه نظر تاریخی مدون شده به 400 سال پس از میلاد مسیح تعلق دارد که در آن برای بهداشتی کردن آب ، جوشانیدن آن بر روی آتش و یا فروکردن میله سرخ آهنی در درون آب را توصیه نموده است.

گرم کردن آب بوسیله آفتاب و یا صاف نمودنش ، با عبور دادن آن از میان لایه‌های شنی نیز آمده است.

در کتاب مقدس تورات نیز درارتباط با چگونگی تصفیه آب آلوده در آن زمان تصویری از روش مبادله یونی ارائه شده ، عملا" از روشهای طبیعی مبادله یونی در آن موقع سخن به میان آمده است.

این تصویر توسط داشگاه فیلادلفیا واقع در ایالت پنسیلوانیای آمریکا انتشار یافته وقدمتش را به مارس یا آوریل سال 1335 قبل از میلاد مسیح نسبت داده اند.

البته، روش صنعتی تصفیه آب در قرن نوزدهم و در زمان انقلاب صنعتی رشد و تکامل یافت و پایه‌های اصلی آن عملا" نضج گرفت.این صنعت، همزمان با بهره گیری از دیگ‌های بخار جهت تولید بخار ، به کار گرفته شد و شکل صنعتی به خود گرفت.

عمدهء فعالیتهای اولیه به منظور تصفیه آبها برای رفع مشکلات دیگ‌های بخار بوده است.

Nodell آغاز این روش را به نخستین روزهای پیدایش ماشین وات و تمیزکردن دیگ بخار و پرکردن مجدد آن نسبت داده است.

در همان زمان بر حسب اتفاق دریافتند که استفاده از سیب زمینی در دیگهای بخار کار جمع آوری لجن را راحت کرده و از چسبیدن رسوبات به جداره‌های دیگ جلوگیری می‌کند.

در سال 1857 اطلاعیه‌هایی در باره کنترل مقدار رسوبات با مواد آلی تانن دار، و نیز در سال 1962 استفاده از فسفات دی سدیک جهت جلوگیریاز ایجاد رسوب در دیگ بخار به ثبت رسیده است و از آن زمان همه روزه روش‌ها و مواد گوناگونی برای تصفیه‌ های مختلف به ثبت میرسد.

از حدود یکصد سال پیش که رابطه بین اثر باکتریها و میکروبهای بیماریزا در واگیری و شیوع بیماریها آشکار گشت ، انسان به فکر پاکسازی آبهای آلوده افتاد.به عبارت دیگر تصفیه آبو فابضلاب در روند امروزی خود بیشتر در اثر پیشرفت علم زیست شناسی ، پزشکی و شیمی بوجود آمده است.

به ویژه پس از جنگ جهانی دوم ، در نتیجه توسعه شهرها و صنایع، خطر آلودگی محیط زیست و در نتیجه نیاز به تصفیه فاضلاب با شدت بی سابقه ای افزایش یافت و همزمان با آن روشهای بسیاری برای تصفیه فاضلاب پیشنهاد و به کار گرفته شد.

بویژه استفاده از فاضلاب برای آبیاری در کشاورزی به علت خاصیت کودی آن از یکصد سال پیش تا کنون در کشورهای اروپائی متداول بوده است.

در ایران نیز همانگونه که از گذشته به یاد داریم ، بیشتر فاضلابها بویژه فاضلاب توالت‌ها، لجن ته استخرها و ...

به مصرف کشاورزی می‌رسید.

ولی امروزه بواسطه آلودگی‌های ناشی از بوی بد، و تولید حشرات مثل پشه و ...

در دیگر اکثر مناطق و حتی روستاها فاضلاب ناشی از توالتها و ...

به مخازن زیرزمینی (چاهها) سرازیر شده و در اثر آمیخته شدن با پسآب حاصل از شستشوی ظروف و حمام‌های خانگی از ارزش این لجن‌ها برای استفاده در مصارف کشاورزی تا حد زیادی کاسته شده است.

علاوه بر پس آب‌ های متداول ذکر شده با پیشرفت تکنولوژی هسته ای ، امروزه، پسآب حاصل از راکتور های هسته ای که حاوی فلزات رادیواکتیو هستند و از آب اطراف راکتورها حاصل می‌شود، مشکلی اساسی بوده و بواسطه ماهیت ویژه چنین پسآب‌هایی، باید تسریع در تصفیه و حذف این مواد رادیواکتیو به عمل آید.

یکی از روشهای متداول در تصفیه فلزات رادیواکتیو استفاده از مبادله کننده‌های یونی معدنی میباشد.

استفاده از زوائد کشاورزی برای گرفتن یون فلزات سنگین از دهه قبل بویژه مورد توجه قرار گرفته است.

Web and Leach در 1971 کار خود را روی پشم تمییز و رنگ نشده برای جذب جیوه بر روی آن مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که پشم طبیعی و هم پشت عمل شده، تصفیه کننده‌های مؤثرتری نسبت به رزینهای سنتزی Dowex 1*8,Dowex 1-A آزمایش شده برای جیوه می‌باشند.

این دو محقق سپسبه مطالعه روی زوائد کشاورزی پرداختند و دریافتند که جذب جیوه توسط این مواد از پشم و مشتقات آن بیشتر است.

در ایران نیز در سال 1367 تحقیقی روی میزان جذب یون مس، سرب و کرم شش ظرفیتی ، روی خاک اره صورت گرفته و نتایج خوبی در پی داشته است.(7) در ایران نیز در سال 1367 تحقیقی روی میزان جذب یون مس، سرب و کرم شش ظرفیتی ، روی خاک اره صورت گرفته و نتایج خوبی در پی داشته است.(7) آب و پساب در صنعت صنایع حجمهای بزرگی از آب را در عملیات کمکی و شستشو و ...

و فرآیندهای ویژه خود مصرف می‌کنند.

تناژ مصرف آب در کارخانه‌های مواد غذائی ساخت کاغذ و شیمیایی از همه بالاتر است و 93% آن به پساب تبدیل میشود.

50 milian gal/day بعضی کارخانه‌ها مصرف می‌کنند.60% آب مورد نیاز از پساب گرفته شده ، 40% تازه وارد میشود و بیش از 7% مصرف و تبخیر نمی شود.

مقدار آب لازم برای بعضی صنایع در بسیاری از صنایع 100% آب لازم جهت خنک کردن استفاده میشود.( صنایع برق) پساب صنعتی (Industrial Wastewater) پسابهای صنعتی بر حسب منشأ و نوع صنعت به دو طبقه کلی تقسیم می‌شوند: آنهایی که دارای آلودگی معدنی هستند.

مثل صنایع معدنی آنهایی که دارای آلودگی آلی هستند.

مثل صنایع نفت و مواد غذایی علاوه بر اینها هر صنعتی ناخالصی در پساب خود دارد و لذا روش‌های تصفیه متفاوت است.

تصفیه تا میزانی صورت می‌گیرد که آلاینده به حد مجاز خود برسد و باید معیاری برای اندازه گیری آنها وجود داشته باشد.

مقدار مجاز برای اسیدهای معدنی-------------------30 ppm مقدار مجاز برای فنل‌ها---------------------------0.002ppm مقدار مجاز برای مرکاپتانها-------------------------2.5ppm مقدار مجاز برای H2s-----------------------------1-3ppm مقدار مجاز برای نفتنیک اسید----------------------0.2ppm مقدار مجاز برای SO2 ----------------------------0.1-0.5ppm استفاده مجدد از پساب تصفیه شده جهت : مصارف شهری ( آشامیدنی ) مصرف صنعتی ، خصوصا" برای ‍Cooling .

ولی اگر برای Boiler مصرف شود باید بیشتر تصفیه شود.

مصارف شستشوی زمینی و خنک کردن CL PH = 6.8-8.5 BOD استفاده کشاورزی و فضای سبز یونهای سدیم و منیزیوم و کلسیم و پتاسیم باعث ترک خوردگی زمین میشوند.

Na * 100 / ( Na + Mg + Ca + K ) استاندارد آب کشاورزی : آب مطلوب برای زراعت برای بعضی از محصولات حساس به نمک مناسب نیست.اثر منفی بر بسیاری از محصولات وارد می‌کند.

آب خیلی شور را می‌توان برای صیفی کاری استفاده کرد.

عواملی که باید در تصفیه پسابها در نظر گرفت : مقدار پساب تولید شده در 24 ساعت با جریان حداکثر فاضلاب نوع آلودگی که هر یک تصفیه مخصوص نیاز دارد.

میزان آلودگی که بیشتر منظور مواد آلی محلول در فاضلاب (BOD )است.

وضع جغرافیای محل مقدار مجاز برای آب مزروعی ( عناصر محلول ) پارامترهای مهم 1- اندازه گیری جریان فاضلاب روش تخلیه مستقیم در آزمایشگاه و در جایی که جریان کم است .

Velocity Area : سرعت خطی را اندازه گرفته و در سطح مقطع ضرب می‌کنیم تا دبی بدست آید.

2- اندازه مواد جامد ( Total Solid ) TS 3- اندازه مواد قابل ته نشینی بدو روش وزنی و حجمی انجام می‌شود : روش وزنی : وزن لجن موجود در یک لیتر آب را پس از عبور دادن از کاغذ صافی و خشک کردن در دمای 105 درجه سانتیگراد اندازه می‌گیریم .

روش حجمی : به کمک یک قیف ته نشینی به نام ایمهاف از فاضلاب پر کرده و یک ساعت بماند.

4- تعیین قلیائیت : قلیائیت کل بر حسب ppm CaCo3 بیان می‌شود و برابر است با تعداد میلی لیترهای اسید سولفوریک N / 50 که در مجاور معرف متیل اورانژ برای خنثی سازی یک لیتر فاضلاب صاف شده مصرف می‌شود.

قلیائیت هیدروکسید : بر حسب ppm CaCo3 عبارتست از تعداد میلی لیترهای اسید سولفوریک N / 50 که در مجاور فنل فتالئین برای خنثی سازی فاضلاب صاف شده لازم است .

قلیائیت بیشتر در فاضلابهای خانگی است که مفید است چون اسیدهای ناشی از فعالیت میکروارگانیسمها را کاهش می‌دهند.

گازهای موجود در فاضلاب : شامل N2 , O2, CO, H2S, NH4, CH4, CH3SH ، سولفید و دی سولفید می‌باشند.

5- اندازه گیری مواد آلی برای تصفیه بسیار مهم است و برای کنترل میزان آلودگی بار فاضلابهاست .

مواد آلی را میتوان بکمک هوادهی و میکروارگانیسمهای هوازی به CO2 و آب و مواد معدنی پایدار مثل نیترات و فسفات تبدیل نمود.

میزان اکسیژن لازم حهت اکسیداسیون بیولوژیکی عبارتند از : Biochemical Oxygen Demand ( BOD ) Chemical Oxygen Demand ( COD ) Total Organic Carbon ( TOC ) Total Oxygen Demand ( TOD ) Theorical Oxygen Demand ( THOD ) BOD : مقدار اکسیژن به ppm که برای اکسیداسیون بیولوژیکی پساب توسط باکتریهای هوازی و تبدیل مواد آلی به CO2 و آب در 20 درجه سانتیگراد.

این پارامتر هم برای فاضلاب و هم برای آب صنعتی بکار میرود.

( BOD پس از 5 روز زمان ماندن ) یک فرآیند آهسته است که از نظر تئوری برای کامل شدن به زمان بی نهایت لازم دارد ولی در 5 روز حذف مواد آلی بکمک میکروارگانیزمها بصورت نمایی می‌باشد.

6-عوامل مؤثر بر غلظت O2 محلول در آب : 6-1- فتوسنتز باعث افزایش غلظت O2 می‌شود مواد سبزینه دار داخل آب در مجاور نور تنفس کرده O2 تولید می‌کنند.

( از 6 صبح تا 6 بعدالظهر فعال است.) 6-2- تنفس آبزیان ( مصرف O2 ) 6-3- هوادهی مجدد در اثر تلاطم باعث افزایش O2 می‌شود.

7- COD (Chemical Oxygen Demand) : همیشه از BOD بیشتر است چون اکسیداسیون شیمیایی است.

Ppm.COD اکسیژن لازم برای اکسیدشدن مواد آلی فاضلاب توسط یک اکسیدکننده شیمیایی.

( مانند K2Cr2O7 ) 8- TOC اندازه گیری کربن مواد آلی توسط سوزاندن آنها در کوره الکتریکی و اندازه گیری CO2 حاصل در مجاورت کاتالیزورها ( اکسید فلزات CuO ) بوسیله IRspectroscopy 9- THOD مواد آلی ازت دار(1+ Oآمونیاک + Co2+H2O (2NH3+OHNO2+H2O (3HNO2+OHNO3 از نظر مقدار : THOD>COD>BOD5>TOC الف- تعاریف این استاندارد با استناد ماده 5 آئین نامه جلوگیری از آلودگی آب و با توجه به ماده سه همین آئین نامه و با همکاری وزارتخانه‌های بهداشت درمان و آموزش پزشکی، نیرو، صنایع معادن و فلزات ، کشور و کشاورزی توسط سازمان حفاظت محیط زیست تهیه و تدوین گردیده است.

در این استاندارد تعاریف و اصطلاحاتی که بکار رفته است بشرح ذیل می‌باشد : آب سطحی : عبارتست از آبهای جاری فصلی یا دائمی، دریاچه‌های طبیعی یا مصنوعی و تالابها چاه جذب : عبارتست از حفره یا گودالی که قابلیت جذب داشته و کف آن تا بالاترین سطح ایستابی حداقل 3 متر فاصله داشته باشد.

ترانشه جذبی : عبارتست از مجموعه ای از کانالهای افقی که فاضلاب بمنظور جذب در زمین به آنها تخلیه شده و فاصله کف آنها از بالاترین سطح ایستابی حداقل 3 متر باشد.

کنار گذر : کانالی است که فاضلاب را بدون عبور از بخشی از تصفیه خانه یا کل آن به تخش دیگر و یا کانال خروجی هدایت کند.

نمونه مرکب : عبارتست از تهیه یک نمونه 24 ساعته از نمونه‌هایی که با فواصل زمانی حداکثر 4 ساعت تهیه شده اند.

ب- ملاحظات کلی 1- تخلیه فاضلابها، باید بر اساس استانداردهایی باشد که بصورت حداکثر غلظت آلوده کننده‌ها بیان می‌شود و رعایت این استانداردها تحت نظارت سازمان حفاظت محیط زیست ضروریست.

2- مسئولین منابع آلوده کننده باید فاضلابهای تولیدی را با بررسی‌های مهندسی و استفاده از تکنولوژی مناسب و اقتصادی تا حد استانداردها تصفیه نماید.

3- اندازه گیری غلظت مواد آلوده کننده و مقدار جریان در فاضلابها باید بلافاصله پس از آخرین واحد تصفیه ای تصفیه خانه و قبل از ورود به محیط انجام گیرد.

4- اندازه گیری جهت تطبیق با استانداردهای اعلام شده قبل از تأسیسات تصفیه فاضلاب باید بر مبنای نمونه مرکب صورت گیرد.

در سیستم‌هائیکه تخلیه ناپیوسته دارند اندازه گیری در طول زمان تخلیه ملاک خواهد بود.

5- لجن و سایر مواد جامد تولید شده در تأسیسات تصفیه فاضلاب قبل از دفع بایستی بصورت مناسب تصفیه شده و تخلیه نهایی این مواد نباید موجب آلودگی محیط زیست گردد.

6- فاضلاب تصفیه شده باید با شرایط یکنواخت و بنحوی وارد آبهای پذیرنده گردد که حداکثر اختلاط صورت گیرد.

7- فاضلاب خروجی نبایستی دارای بوی نامطبوع بوده و حاوی کف و اجسام شناور باشد.

8- رنگ و کدورت فاضلاب خروجی نباید ظواهر طبیعی آبهای پذیرنده .

محل تخلیه را بطور محسوس تغییر دهد.

9- روشهای سنجش پارامترهای آلوده کننده بر مبنای روشهای ذکر شده در کتاب Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water خواهد بود.

10- استفاده از سیستم سپتیک تانک و ایمهوف تانک با بکارگیری چاهها و یا ترانشه‌های جذبی در مناطقی که فاصله کف چاه یا ترانشه ازسطح آبهای زیرزمینی کمتر از 3 متر می‌باشد ممنوع است.

11- ضمن رعایت استانداردهای مربوطه خروجی فاضلابها نباید کیفیت آب را برای استفاده‌های منظور شده تغییر دهد.

12- رقیق کردن فاضلاب تصفیه شده یا خام بمنظور رسانیدن غلظت مواد آلوده کننده تا حد استانداردهای اعلام شده قابل قبول نمی باشد.

13- استفاده از روشهای تبخیر فاضلابها با کسب موافقت سازمان حفاظت محیط زیست مجاز است.

14- استفاده از کنارگذر ممنوع است، کنار گذرهائیکه صرفا" جهت رفع اشکال واحدهای تصفیه ای بکار رفته و یا در زمان جمع آوری توأم فاضلاب شهری و آب باران مورد استفاده قرار می‌گیرند مجاز است.

15- تآسیسات تصفیه فاضلاب بایستی بگونه ای طراحی ، احداث و بهره برداری گردد تا پیش بینی‌های لازم جهت به حداقل رسانیدن آلودگی در مواقع اضطراری از قبیل شرایط آب و هوایی نامناسب، قطع برق ، نارسایی تجهیزات مکانیکی و ...

فراهم گردد.

16- آندسته از فاضلابهای صنعتی که آلودگی آنها بیش از این استانداردها نباشد می‌تواند فاضلاب خود را با کسب موافقت سازمان بدون تصفیه دفع نمایند.

ج- جدول استاندارد خروجی فاضلابها تبصره یک : تخلیه با غلظت بیش از میزان مشخص شده در جدول در صورتی مجاز خواهد بود که پساب خروجی ، غلظت کلراید، سولفات و مواد محلول منبع پذیرنده را در شعاع 200 متری بیش از 10% افزایش ندهد.

تبصره دو : تخلیه با غلظت بیش از میزان مشخص شده در جدول در صورتی مجاز خواهد بود که افزایش کلراید، سولفات و مواد محلول پساب خروجی نسبت به آب مصرفی بیش از 10% نباشد.

تبصره سه : صنایع موجود مجاز خواهند بود BOD5 و COD را حداقل 90% کاهش دهند.

تبصره چهار : درجه حرارت باید بمیزانی باشد که بیش از 3 درجه سانتیگراد در شعاع 200 متری محل ورود آن ، درجه حرارت منبع پذیرنده را افزایش یا کاهش ندهد.

تبصره پنج : تعداد تخم انگل (نماتد) در فاضلاب تصفیه شده شهری در صورت استفاده از آن جهت آبیاری محصولاتیکه بصورت خام مورد مصرف قرار می‌گیرد نباید بیش از یک عدد در لیتر باشد.

میزان تولید فاضلاب برخی کارخانجات مختلف(7) 1- روشهای تصفیه فیزیکی شامل آشغالگیری (Screening) ، دانه گیری (Grit Chamber) ، یکنواخت سازی (Equalization)، جذب فیزیکی سطح جامد (Adsorption) و نهایتا" ته نشینی ساده (Sedimentation) میباشد.

2- روشهای تصفیه شیمیائی مشتمل بر خنثی سازی (Neutralization)، انعقاد و لخته سازی تبادل یونی و جذب شیمیایی.

3- روشهای تصفیه بیولوژیکی شامل تصفیه هوازی و بی هوازی.

تقسیم بندی روشهای تصفیه فاضلاب بر اساس درجه فعالیت و بازدهی 1- تصفیه مقدماتی یا اولیه (Primary Treatment) که در بر گیرنده اکثر روشهای تصفیه فیزیکی میباشد.

2- تصفیه متداول و یا ثانویه (Secondery Treatment) که دربرگیرنده اکثر روشهای تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی میباشد.

3- تصفیه پیشرفته و یا مرحله سوم (Teritary Treatment) که ترکیبی از فرآیندهای تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی است.(3) روشهای متداول تصفیه فاضلاب صنعتی با توجه به ویژگیها و مشخصات فاضلابهای صنعتی و وجود پارامترهای گسترده تری نسبت به فاضلاب شهری، انتخاب فرآیندهای تصفیه فاضلاب از ویژگی خاصی برخوردار است.از پارامترهای مهم در فاضلابهای صنعتی وجود ترکیبات رنگی، مواد سنگین و پچیده ، باز آلی بالا و آلاینده‌های خطرناک و سمی است که نیز به استفاده از فرآیندهای مختلف به خصوص استفاده از فرآیندهای شیمیایی را در برخی موارد اجتناب ناپذیر می‌نماید.

لذا انتخاب نوع فرآیند با توجه به ویژگیهای هر صنعت متفاوت است که به اختصار برخی از این فرآیندها توضیح داده می‌شود.

1- تصفیه فیزیکی – شیمیایی یکی از مشکلات عمده فاضلابهای صنعتی وجود ترکیبات پیچیده و آلاینده‌های متفاوت است که در مدت زمان کوتاه قابل تجزیه بوسیله طبیعت نبوده و خطرات فراوانی را برای محیط زیست و محیط‌های آبی پذیر بوجود می‌آورند.

این مواد حتی برای میکروارگانیسم‌ها و موجودات تجزیه کننده مضر بوده و گاها" باعث از بین رفتن و کاهش قدرت تکثیر و رشد آنها نیز می‌شوند.

لذا برای تصفیه مطلوب ازاین پسآب‌ها بایستی شرایطی بوجود آید تا فرآیندهای بیولوژیکی به راحتی بتوانند عمل نمایند.

به همین منظور استفاده ازفرآیندهای فیزیکی – شیمیایی به عنوان پیش تصفیه بیولوژیکی در اکثر فاضلابهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرآیندهای فیزیکی – شیمیایی که به طور معمول کاربرد دارند عبارتند از: - ته نشینی ثقلی - شناور سازی - فیلتراسیون یا صافی - جذب سطحی - انعقاد و لخته سازی - اکسیداسیون و احیا - تبادل یونی و ...

استفاده از فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی یکی از روشهای مهم در تصفیه فاضلاب صنایع سلولزی است که در اغلب کشورها با توجه به راحتی این فرآیندهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

1-1- فرآیند انعقاد و لخته سازی: هدف اصلی از انعقاد ، ته نشینی مواد معلق سبک شامل مواد کلوئیدی و مواد نیمه محلول است که با استفاده از برخی مواد شیمیایی و تبدیل آنها به لخته‌های بزرگتر صورت می‌گیرد، تا این لخته‌ها دراثر وزن خود ته نشین شوند.

از مهم ترین مواد منعقد کننده می‌توان به پلیمرهای طبیعی و مصنوعی ( کیتوزان ،PAM ، HE و...

) سولفات آلومینوم ، سولفات آهن و ، خاک رس و آهک را اشاره کرد.

ذرات کلوئیدی عموما" به جامدات غیر محلول در محیط مایع اطلاق میشود که دارای بار الکتریکی بوده و به سختی قابل رؤیت هستند.

این ذرات عموما" دارای بار الکتریکی منفی بوده و قطری معادل (0.1-0.001 ) دارند.

با توجه به ریز بودن و داشتن بار الکتریکی به راحتی از صافی‌ها عبور کرده و به سختی نیز ته نشین می‌شوند، لذا با توجه به زمان ماند بالا برایته نشینی این ذرات بایستی در ابتدا این مواد را بی بار کرد تا با جذب این ذرات به همدیگر ( ایجاد لخته ) قابلیت ته نشینی آنها بالا برده شود.

1-2- مکانیسم انعقاد امروزه از مواد مختلف شیمیایی ، طبیعی و پلیمری برای فرآیند انعقاد استفاده می‌شود.

از جمله مواد مصرفی به عنوان منعقد کننده آلوم به فرمول AL2(SO4)3 .

14H2O میباشد که با قلیائیت موجود در آب ترکیب شده و ایجاد یون AL3+ مینماید.

یونهای َAL3+ بار منفی ذرات کلوئیدی را خنثی کرده و باعث انعقاد ذرات میشوند.

به طور کلی به علت پیچیدگی واکنشهای شیمیایی، شناخت چندانی در خصوص مکانیسم فرآیند انعقاد وجود ندارد و این فرآیند به طور کامل شناخته شده نیست ، ولی با توجه به پیشرفتهای اخیر در این مکانیسم می‌توان آن را در چهار مرحله به صورت زیر خلاصه نمود: الف- متراکم شدن لایه دوبل الکتریکی ب- جذب سطحی و خنثی سازی بار ج- به دام افتادن ذرات در یک رسوب د- جدب سطحی و ایجاد پل شیمیایی بین ذرات به علت پیچیدگی واکنشها، پژوهشها و تجربیات مختلفی در این زمینه انجام شده است.

دو روش برای تعیین PH و میزان منعقد کننده بهینه مورد توجه قرار گرفته است که عبارتند از: 1- کنترل پتانسیل زتا که توسط Riddick پیشنهاد شد.

و در آن از منعقد کننده جهت صفر کردن پتانسیل زتا (1) استفاده میشود.

2- آزمایش جار که در آن PH و مقدار مصرف منعقد کننده برای ایجاد شرایط بهینه مختلف است.

با توجه به کاربرد آزمایش جار در اکثر موارد آزمایشگاهی این روش توضیح داده می‌شود: - آزمایش جار (2): با توجه به پیشرفتهای اخیر در خصوص مکانیسم فرآیند انعقاد، هنوز هم بهترین و ساده ترین روش آزمایشگاهی برای تعیین نوع و مقدار مصرف بهترین منعقد کننده استفاده از آزمایش جار می‌باشد.

در آزمایش جار با استفاده از یک سری میله‌های همزن ، محتوای یک سری ظروف شیشه ای هم شکل و هم اندازه که کیفیت آنها از قبل اندازه گیری شده هم زده میشود، در هر آزمایش یک ظرف نیز به عنوان شاهد در نظر گرفته میشود.

بعد از اضافه کردن مواد شیمیایی ، پساب به سرعت ، به مدت یک دقیقه برای اطمینان از پخش کامل مواد شیمیایی مخلوط میشود ، این مرحله را انعقاد می‌نامند.

پس از آن عمل اختلاط کامل به مدت 15 تا 30 دقیقه دیگر جهت تولید ذرات درشت تر و با قابلیت ته نشینی بالا به آرامی ادامه پیدا میکند که این مرحله را لخته سازی می‌نامند.

در طی این مرحله تشکیل لخته را میتوان مشاهده نمود.

بعد از این دو مرحله، محلول به مدت 30 دقیقه به منظور به نشینی لخته‌ها و شفافیت به حال خود گذاشته میشود تا قدرت ته نشینی و مقدار لجن و شفافیت زلال آب پساب مورد نظر ، تحت آزمایش قرار گیرد.

این عمل را چندین بار در PH‌های مختلف و غلظت‌های مختلف انجام داده تا در نهایت بهترین شرایط عملکرد تعیین شود.

از جمله عوامل مؤثر در آزمایش جار شرایط مخلوط شدن ، ویسکوزیته ، PH ، دما ، کدورت پساب ، نوع و مقدار منعقد کننده و دور همزن میباشند که می‌توانند در نوع عمل انعقاد و ذره سازی مؤثر باشند.

1-3- مواد منعقد کننده: مواد منعقد کننده مورد استفاده در آب و فاضلاب علاوه بر دارا بودن قدرت انعقاد بایستی از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشند و مشکلاتی از نظر مسمومیت ، ایجاد ترکیبات مضر ، افزایش املاح ناخواسته و ...

برای آبهای پذیرنده را نداشته باشند.

رایج ترین این مواد در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1 : مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب توجه : kg/m3=16.085 Lb/ft3 علاوه بر مواد منعقد کننده برخی مواد به عنوان کمک منعقد کننده وجود دارند که در غلظت‌های بسیار کم در مرحله انعقاد یا لخته سازی اضافه شده و باعث تسریع در عمل انعقاد و کارایی این فرآیند می‌شوند.

این مواد را میتوان به صورت زیر دسته بندی نمود: - اکسید کننده‌ها نظیر ازن - مواد سنگین کننده مثل خاک رس و بنتونیت - سیلیس فعال - پلی الکترولیتها ( آنیونی-کاتیونی-غیر یونی ) لازم به ذکر است هر منعقد کننده در PH خاصی عملکرد بهتری را از خود نشان میدهد که در جدول 2 برخی از این منعقد کننده‌ها و PH مؤثر آنها آمده است.

جدول 2: محدوده PH مؤثر برخی از منعقد کننده‌های شیمیایی 2- تصفیه بیولوژیکی به طور کلی در اکثر موارد میتوان انواع فاضلاب را به روش بیولوژیکی تصفیه نمود.

هدف عمده از تصفیه بیولوژیکی فاضلاب جدا کردن مواد جامد کلوئیدی می‌باشد.

و تغییر در ترکیبات آلی موجود در فاضلاب به طوری که قابلیت ته نشینی آن افزوده میشود و به راحتی ته نشین می‌شوند.

در ضمن تثبیت مواد آلی نیز از اهداف دیگر تصفیه بیولوژیکی می‌باشد تا در محیط ، مشکلی به وجود نیاید.

به طور عمده در فاضلابهای صنعتی هدف جداسازی یا کاهش غلظت ترکیبات آلی و غیر آلی می‌باشد.لذل برای حصول این امر ، در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب از انواع اورگانیسم‌ها استفاده می‌شود،که توده عظیم آن را باکتریها تشکیل می‌دهند.

اهمیت باکتریها آنقدر زیاد است که می‌توان آنها را قلب یک تصفیه خانه بیولوژیکی دانست.

حذف BOD کربن دار، لخته سازی مواد جامد کلوئیدی غیر قابل ته نشینی و تثبیت مواد آلی به روش بیولوژیکی و با استفاده از انواع میکرواورگانیسم‌ها صورت می‌پذیرد.

نکته اساسی در طراحی فرآیند تصفیه بیولوژیکی یا انتخاب نوع فرآیند مورد استفاده ، درک فعالیت بیوشیمیایی میکرواورگانیسم‌ها می‌باشد.

هر میکروارگانیسم برای رشد ، تکثیر و فعالیت مناسب خود باید این عوامل را در اختیار داشته باشد: 1- منبع انرژی: انرژی مورد نیازبرای سنتز سلول ممکن است از نور یا واکنش اکسیداسیون-احیای شیمیایی بدست آید.

2-کربن (برای سنتز مواد سلولی جدید): منبع کربن نیز ممکن است از دو طریق برای سنتز مواد سلولی جدید میکروارگانیسم‌ها بدست آید .

یکی از طریق کربن موجود در مواد آلی و دیگر از دی اکسید کربن.

3- عناصر معدنی ( مواد مغذی ): نظیر نیتروژن ، فسفر ، گوگرد ، کلسیم ، منیزیوم و پتاسیم در ضمن شرایط محیطی از دما و PH اثر مهمی در بقا و رشد باکتریها دارد.

به طور کلی رشد بهینه در گستره محدودی از دما و PH رخ می‌دهد.

به طوری که طبق مطالعات انجام شده بهترین PH برای رشد و تکثیر باکتریها عموما" 6.5 تا 8 است.

2-1- طبقه بندی فرآیندهای بیولوژیکی : فرآیندهای بیولوژیکی را میتوان به دو روش تقسیم بندی نمود.

1) طبقه بندی بر اساس محیط بیوشیمیایی الف – فرآیند هوازی ( Aerobic ) در این فرآیند فعالیت میکروارگانیسم‌ها در حضور اکسیژن محلول انجام می‌گیرد، لذا میکروارگانیسم‌های دیگر فعالیت چندانی ندارند.

ب – فرآیند بی اکسیژن ( َAnoxic ) در این حالت فعالیت بیولوژیکی بدون حضور اکسیژن محلول انجام می‌گیرد و باکتریها اکسیژن خود را از ترکیبات موادی مانند سولفاتها ، نیتراتها و کربناتها بدست می‌آورند.

ج- فرآیند بی هوازی ( َAnaerobic ) در این حالت هیچگونه اکسیژن به صورت محلول و ترکیبی وجود ندارد و ازهیدرولیز مواد آلی فعالیت بیولوژیکی صورت می‌گیرد.

در ضمن مقدار لجن کمتری نسبت به دو حالت قبل تولید می‌شود و با تولید گاز متان به عنوان منبع انرژی می‌توان از آن استفاده نمود.

2) طبقه بندی بر اساس محیط رشد میکروارگانیسم‌ها الف- رشد چسبیده ( Attached Growth ) در این حالت عوامل بیولوژیکی بر روی بستری از مواد همانند سنگ ، سرامیک ، پلاستیک و سرباره رشد می‌کند و فیلم باکتری بر روی این محیط تشکیل و فاضلاب با عبور از این محیط تصفیه می‌شود.

ب- رشد معلق در این حالت جمعیت بیولوژیکی به صورت ذرات معلق و به حالت سوسپانسیونی در مایع رشد می‌کند.

معلولا" روش رشد تعلیقی برای تصفیه ثانویه فاضلاب استفاده میگردد.

جدول 3 لازم به ذکر است برخی از فرآیندهای ترکیبی از نوع باکتریها و نوع محیط رشد میباشند که با توجه به تحقیقات اخیر در زمینه تصفیه فاضلاب این گونه فرآیندها برای رفع برخی از مشکلات بوجود آمده است که ترکیبی از رشد معلق و چسبیده هوازی-بی هوازی میباشند که باعث بالا رفتن راندمان و رفع برخی از مشکلات در امر تصفیه می‌گردد.

2-1 تصفیه بی هوازی فرآیند تصفیه بی هوازی در بسیاری از جاها مانند معده نشخوارکنندگان ، مردابها و رسوبات برکه‌ها و دریاچه‌ها ، مراکز دفن زباله یا لجن و لوله‌های فاضلاب که حاوی مواد آلی و فاقد اکسیژن محلول ملکولی باشند رخ می‌دهد.

با استفاده از فرآیند بی هوازی در تصفیه فاضلاب می‌توان بدون استفاده از تکنولوژی پیچیده و تنها با روش‌های معمول ، تصفیه فاضلاب را با هزینه‌های بسیار کمتر اعم از سرمایه ای و جاری به نحو مطلوب انجام داد.

از دهه هفتاد در جهت حفظ انرژی و کاهش زمین مورد نیاز، تصفیه بی هوازی به عنوان روش پیشرفته بیوتکنولوژی مورد توجه واقع شده است.

راکتورهای با سرعت بالا ساخته شده که در بسیاری موارد با موفقیت همراه بوده است.

این راکتورها دارای توده میکروبی فعال با غلظت زیاد هستند.

در تصفیه فاضلاب صنایع با بار آلودگی بالا ، می‌توان ابتدا فاضلاب را به روش بی هوازی تصفیه نمود و سپس عمل تصفیه را به روش بی هوازی کامل کرد.

در تصفیه فاضلاب به روش بی هوازی-هوازی از آنجا که قسمت عمده ای از بار به روش بی هوازی و با هزینه کمتری حذف می‌شود ، هزینه کلی فرآیند به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

لذا شناخت فرآیند تصفیه بی هوازی و کنترل آن از اهمیت خاصی برخوردار است که در زیر به طور مختصر توضیح داده می‌شود.

الف- میکروبیولوژی و مکانیسم فرآیند بی هوازی تصفیه بی هوازی در واقع شامل فرآیندهای بیولوژیکی است که طی آن مواد آلی تجزیه شده و دو گاز عمده متان و اکسید کربن تولیدمی شود که از متان به عنوان منبع سوختی و انرژی می‌توان استفاده نمود.

این مراحل را به طور کلی می‌توان در چهار مرحله تقسیم بندی نمود که عبارتند از: 1) هیدرولیز ( Hydrolysis ) پروتئینها ، چربیها وپلیمرها به کمک آنزیمهای خارجی میکروارگانیسمها به واحدهای ساختمانی ساده تجزیه می‌شوند.

در اکثر موارد در این مرحله از فاضلاب به عنوان منبع غذایی استفاده می‌شود.

سرعت کل فرآیند محدود و حساسیت زیادی به درجه حرارت وجود دارد.

2) اسیدی شدن ( Acidification ) مواد محلول تولید شده در مرحله هیدرولیز توسط باکتریهای مخمر، جذب و به صورت ترکیبات ساده آلی و معدنی دفع می‌شوند.

به این مرحله که در آن اسیدهای آلی ، الکل و مقدار کمی ترکیبات معدنی تولید می‌شوند ، به اصطلاح اسیدی شدن گفته میشود.

عمل اسیدی شدن را گونه‌های مختلف باکتریها که اکثر آنها بی هوازی اجباری و برخی از آنها بی هوازی اختیاری می‌باشند انجام میدهند.

اگر در فرآیند اسیدی شدن فقط باکتریهای بی هوازی اجباری نقش داشتند ممکن بود اکسیژن محلول همراه با فاضلاب ورودی ، تمام باکتریهای بی هوازی اجباری را از بین برده و این مرحله متوقف شود.