تحقیق تاريخچه تصفيه فاضلاب
بر خلاف فن هاي آب رساني شهري و جمع آوري فاضلاب كه تاريخچه نسبتاً طولاني و چند هزار ساله دارند پالايش و تصفيه فاضلاب بصورت امروزي خود، داراي سابقه ي تاريخي كوتاهي مي باشد. تنها در نوشته هاي تاريخي از گفته و فرمانهائي كه در پرهيز از آلوده سازي منابع طبيعي آب و به ويژه رودخانه ياد شده است نتيجه گيري مي شود كه نياكان ما بجز آگاهي از بدي هاي آلوده نمودن منابع طبيعي آب، از برخي روش هاي تصفيه ي طبيعي نيز به طور تجربي و محدود آگاهي داشته اند.
نخست از حدود يكصد سال پيش كه رابطه اي ميان اثر باكتري ها و ميكروب هاي بيماري زا در واگيري و شيوع بيماري آشكار گشت، انسان بفكر پاكسازي آب هاي آلوده افتاد. به عبارت ديگر فن تصفيه ي آب و فاضلاب در روند امروزي خود بيشتر در اثر پيشرفت علم زيست شناسي و پزشكي بوجود آمده است. پرداختن و توجه به اين فن از آنجا آغاز گشت كه به تدريج براي جلوگيري از آلوده شدن منابع طبيعي آب و به ويژه رودخانه ، ورود فاضلاب به اين منابع ممنوع اعلام گرديد. اين جلوگيري ها نياز به تصفيه فاضلاب و تكامل روش هاي آنرا ايجاب نمود. با گذشت زمان و به ويژه پس تر جنگ جهاني دوم، در نتيجه ي توسعه شهرها و صنايع، خطر آلودگي محيط زيست و درنتيجه نياز به تصفيه ي فاضلاب با شدت بي سابقه ايافزايش يافت و همزمان با آن روش هاي بسياري براي تصفيه ي فاضلاب بررسي، پيشنهاد و بكار گرفته شد.
در تكامل فن تصفيه ي فاضلاب از نظر زماني، روش هاي طبيعي جزو قديمي ترين روش هائي هستند كه براي تصفيه بكار گرفته شده اند. به ويژه استفاده از فاضلاب براي آبياري در كشاورزي به علت خاصيت كودي آن از يكصد سال پيش تاكنون در كشورهاي اروپائي متدوال بوده است.
از دهها سال پيش تاكنون درياچه هاي تثبيت و تصفيه ي فاضلاب در كشورهاي اروپائي مورد استفاده قرار گرفته اند.
تصفيه فاضلاب در ايران
در ايران از زمانهاي بسيار دوري لجن بدست آمده از چاههاي جب كننده ي فاضلاب به عنوان كود كشاورزي بكار گرفته مي شده است. ولي در تمام اين روش ها بيشتر تكيه بر بازيابي از مواد كودي فاضلاب بوده است و نه تصفيه ي آن.در ايران امروز تصفيه خانه هاي فاضلاب به صورت پيشرفته ي خود سابقه ي تاريخي طولاني ندارند و محدودند به چند تصفيه خانه ي محلي در نواحي شمال تهران كه قديمي ترين آنها تصفيه خانه ي صاحبقرانيه مي باشد كه در سال 1340 شروع بكار كرده است. از نظر بزرگي مهمترين تصفيه خانه ها، تصفيه خانه هاي اصفهان مي باشند كه قديمي ترين آنها در سال 1345 شروع بكار كرده است. جدول شماره ي (0-1) نام برخي از تصفيه خانه هاي فاضلابي كه درسال 1376 مشغول بكار بوده اند را در شهرهاي ايران نشان مي دهد. با توجه به اعداد اين جدول، جمعيت زير پوشش تصفيه خانه هاي فعال در سال نامبرده در اصفهان حدود 70% و در تهران كمتر از 3% بوده است.
هدف از تصفيه ي فاضلاب
در تصفيه ي فاضلاب هدف هاي زير مد نظر مي باشند:
الف- تامين شرايط بهداشتي براي زندگي مردم- فاضلاب هاي شهري هميشه داراي ميكروب هاي گوناگوني مي باشند كه قسمتي از آنها را ميكروب بيماري زا[1] تشكيل مي دهند ورود فاضلاب تصفيه نشده به محيط زيست و منبع زيست و منبع هاي طبيعي آب، چه آنهائي كه در زير زمين قرار دارند، موجب آلوده شدن اين منبع ها به ميكروبهاي بيماري زا مي گردد و در اثر تماس انسان با اين منبع ها خطر گشترش بيماري ها ميان مردم به وجود مي آيد:
ب- پاك نگهداري محيط زيست- وارد نمودن فاضلاب هاي تصفيه نشده به محيط زيست موجب آلودگي اين محيط شده كه بجز خطرهاي مستقيمي كه براي بهداشت مردم دارد، نتايجي ديگر از قبيل ايجاد مناظر زشت، بوهاي ناخوشايند و سرانجام توليد حشرات بخصوص مگس و پشه را بهمراه دارد. اين حشرات خود وسيله اي براي جابجا شدن ميكروب هاي بيماري زا و آلوده سازي محيط زيست با اين ميكروب ها مي باشند.
ج- بازيابي فاضلاب- با توجه به اينكه مقدار نمك هاي معدني محلول در فاضلاب به مراتب كم تر از آب درياهاي آزاد مي باشد و فاضلاب جزو آب هاي شيرين ولي آلوده به حساب مي آيد، استفاده دوباره از فاضلاب تصفيه شده به جاي آب شيرين جهت آبياري كشاورزي به مراتب ارزان تر از شيرين سازي آب درياهاي شور مي باشد. اين مسئله در ايران كه در بسياري از نقاط آن مردم با كمبود آب شيرين مواجه هستند، مي تواند در مصرف آب شيرين مورد استفاده در آبياري كشاورزي رفه جوئي نمايد.
كاربرد دوباره فاضلاب تصفيه شده جهت آبياري كشاورزي بجز صرفه جوئي در مصرف آب شيرين به علت وجود مواد كودي در فاضلاب تصفيه شده مي تواند منبع غذائي خوبي براي گياهان تقويت كشتزارها گردد.
در اينجا لازم به تذكر است كه بكار بردن فاضلاب خام و تصفيه نشده جهت آبياري كشاورزي مشكلات زيادي در بر دارد، تا جائي كه غالباً استفاده از اين گونه فاضلاب ها را غير ممكن مي سازد. در هر صورت براي رسيدن به نتايج خوب در كاربرد دوباره فاضلاب در كشاورزي نياز به مطالعه بررسي و برنامه ريزي كاملي هست.
د- توليد كود طبيعي- لجني كه از تصفيه زيستي فاضلاب بدست مي آيد داراي مقداري زياد تركيبات شيميايي نظير نيتراتها، سولفات ها و فسفات ها مي باشد كه ارزش كودي براي رشد گياهان دارند. براي افزايش قابليت جذب اين لجن آنرا در يك سلسله عملياتي با كودهاي گياهي كه از باقي مانده برگ و ساقه درختان تشكيل شده اند و يا با كود هاي حيواني مانند مدفوع حيواناتي هم چون گاو گوسفند بهم آميخته و مدتي آنرا بحالت خود مي گذارند و سپس به صورت كود طبيعي بكار مي برند.
ه- توليد انرژي- همانگونه كه بعداً در اين كتاب گفته خواهد شد، نزديك به 70 درصد گازهاي توليد شده در انبارهاي هضم لجن را گاز متان تشكيل مي دهد كه ارزش سوختي آن در حدود ارزش سوختي گاز شبكه شهري مي باشد. در تصفيه خانه ها مي توان با سوزانيدن آن و گرم كردن ديگهاي بخار، گرماي مورد نياز يكان هاي تصفيه خانه را تامين نمود. حتي در تصفيه خانه هاي بزرگ اين گاز را جمع آوري كرده و با استفاده از توربين هاي گازي، ژنراتور برقي را بحركت در آورده و توليد برق مي كنند.
مراحل تصفيه فاضلاب
فرايند پالايش يا تصفيه فاضلاب را معمولاً به سه مرحله تقسيم مي نمايند.
مرحله يكم- اين مرحله بنام تصفيه مقدماتي ناميده مي شود و شامل است بر تصفيه فيزيكي از قبيل آشغال گيري، دانه گيري، ته نشيني مواد معلق، و بالاخره خشك كردن و دفع لجن.
مرحله دوم-مرحله دوم تصفيه فاضلاب يا تصفيه ثانوي شامل است بر تصفيه زيستي با استفاده از باكتري هاي گوناگون هوازي موجود در فاضلاب و تصفيه زيستي با استفاده از باكتري هاي بي هوازي براي تصفيه فاضلاب و لجن. راهبري تأسيسات تصفيه ثانوي نسبت به مرحله يكم نياز به صرف انرژي و هزينه بيشتري دارد.
مرحله سوم- اين مرحله كه تصفيه پيشرفته و ياتصفيه نهائي نيز ناميده مي شود، شامل است بر زلال سازي و كاربرد يك يا چند روش از تصفيه تكميلي زير:
– ادامه فرايند نيترات زدائي.
– گذرانيدن فاضلاب از صافي هاي ماسه اي و يا صافي هاي بسيار ريز گذر[2]
– استفاده از كربن فعال[3]
– نمك زدائي با روش تعويض ين[4]
– روش اسموزي وارونه [5]
– در برخي موارد و بسته به نوع مصرف پساب كلر زدائي و جز آن…
دراينجا لازم به گفتن است كه گند زدائي فاضلاب هنگام بيرون آمدن از تصفيه خانه(پساب) ، فرايندي است اجباري و بايد درهر حالتي كه تصفيه خانه طرح شده باشد اجرا گردد.
درصورتي كه تمام تأسيسات يك تصفيه خانه به درستي كار كنند، مي توان در مرحله دوم تصفيه آلودگي فاضلاب را 90 تا96 درصد كاهش داد و اين كاهش آلودگي براي برقراري ظوابط لازم جهت دفع فاضلاب به منبع هاي طبيعي آب، حفظ بهداشت و پاك نگه داشتن محيط زيست كافي است. ولي در صورتي كه بخواهيم از فاضلاب تصفيه شده براي آبياري فضاهاي سبز درون شهرها استفاده كنيم، يك تصفيه پيشرفته كه مرحله سوم را تشكيل دهد، لازم مي باشد.
در موارد استثنائي كه منبع هاي طبيعي آب قدرت تصفيه خود بخودي فاضلاب را داشته باشند، پس از مطالعات كامل حتي ممكن است تنها به تصفيه مقدماتي نيز اكتفا نموده و بقيه فرايند تصفيه را به عهده طبيعت واگذار نمود.
به علت اينكه از يك سو امروزه درتصفيه خانه هاي فاضلاب شهري در ايران از سومين مرحله تصفيه استفاده نمي شود و از سوي ديگر تأسيسات تصفيه پيشرفته و يا سومين مرحله تصفيه فاضلاب بسيار پرهزينه مي باشد، نويسنده از گفتگو در جزئيات و ظوابط طراحي يكان هاي اين مرحله در اين چاپ از كتاب خود داري مي نمايد. در صورتي كه نياز به اين گونه تصفيه در آينده براي كشور احساس گردد، درتجديد نظرهاي بعدي بخش مجزائي در اين مورد به كتاب افزوده خواهد شد.
كيفيت فاضلاب در طرح تصفيه خانه
براي طراحي يك تصفيه خانه، فاضلاب را بايد از دو ديد كمي و كيفي بررسي نمود.
چنانكه در جلد يكم اين كتاب ملاحظه گرديد 49 ، مقدار فاضلاب بسته به شرايط اقليمي و مساحت فضاي سبر موجود در شهر تنها بخشي از آب مصرف شده يك شهر را در بر مي گيرد. ضريب تبديل آب مصرفي به فاضلاب در شهرهاي ايران را مي توان 50 تا80 درصد انتخاب نمود.در مقابل ممكن است حدود 10 تا30 درصد دبي فاضلاب خانگي را به صورت فاضلاب هاي غير مجازي مانند آب هاي سطحي ناشي از بارندگي به فاضلاب خانگي افزود. همچنين باي دمقدار نشت آب هاي زيرزميني رابه شبكه گرد آوري فاضلاب مورد توجه قرار داد. مقدار نشت آب زير زميني و آميخته شدن با فاضلاب خانگي بسته به عمق سطح آب زير زميني، نوع زمين و نوع لوله هاي گرد آوري فاضلاب مي تواند بين 10 تا 100 درصد ماكزيم دبي فاضلاب خانگي تغيير نمايد.
در طراحي يكان هاي گوناگون تصفيه خانه فاضلاب و محاسبه مدت زمان توقف فاضلاب در آنها، بايد نوسان هاي توليد فاضلاب در شهر نيز مورد توجه قرار گيرند. ضريب ماكزيمم و مينيمم جريان فاضلاب بسته به بزرگي و كوچكي شهر يعني به شمار جمعيت از يك سو و ظرفيت كانال هاي گرد آوري و طول آنها از سوي ديگر متفاوت مي باشد. چون در جلد يكم اين كتاب در مورد تعيين مقدار فاضلاب توضيحات مفصلي داده شده است، در اين جلد از كتاب از گفتگوي دوباره در اين مورد خود داري مي شود و تنها متذكر مي گردد كه به علت دوري تصفيه خانه كاسته مي شود، بنابراين حتي الامكان بايد عددهاي كوچكتري براي ضريب ماكزيمم و عددهاي بزرگتري براي ضريب مينيمم انتخاب نمود. اين موضوع به ويژه براي يكان هائي كه در انتهاي تصفيه خانه جاي دارند، به علت حجم و خاصيت ذخيره اي كه يكان هاي پيش دارا مي باشند، بيشتر اهميت مي يابد.
بجز كميت فاضلاب، كيفيت آن نيز در طراحي يك تصفيه خانه اهميت به سزائي دارد. چنانكه بعداً در اين كتاب به تفصيل ملاحظه خواهد شد، ابعاد برخي از يكان هاي تصفيه خانه مانند يكان هاي تصفيه زيستي با توجه با ميزان آلودگي فاضلاب طراحي مي شوند. گفتگو در مورد انواع و ميزان آلودگي فاضلاب طراحي مي شوند. گفتگو در مورد انواع و ميزان آلودگي فاضلاب ها در بخش يكم اين كتاب انجام مي شود.
انواع و خواص فاضلاب ها
فاضلاب ها بسته به شكل پيدايش و خواص آنها به سه گروه تقسيم مي گردند:
فاضلاب هاي خانگي، فاضلاب هاي صنعتي و سر انجام فاضلاب هاي سطحي:
فاضلاب هاي خانگي [6]
فاضلاب هاي خانگي خالص تشكيل شده اند از فاضلاب دستگاهي بهداشتي خانه ها مانند: توالت ها، دستشوئي ها، حمام ها، ماشين هاي لباس شوئي و ظرف شوئي، پس آب آشپزخانه ها و يا فاضلاب بدست آمده از شستشوي قسمت هاي گوناگون خانه. خواص فاضلاب هاي خانگي در سطح يك كشور تقريباً يكسان و تنها غلظت آنها بسته به مقدار مصرف سرانه اي آب در شهرها تغيير ميكند.
آنچه در شبكه هاي گرد آوري فاضلاب شهري، به نام فاضلاب خانگي جريان دارد بجز فاضلاب خانگي خالص داراي مقداري فاضلاب بدست آمده از مغازه ها، فروشگاه ها ، تعمير گاه ها، كارگاه ها، رستوران ها و مؤسسه هائي مانند آنها نيز مي باشد كه اجباراً در سطح شهر و به طور پراكنده وارد كانال هاي گرد آوري فاضلاب مي گردند.بنابراين با توجه به نوع و تعداد اينگونه مؤسسه ها ممكن است نوع فاضلاب در شهر تغيير كند.چنين فاضلابي را فاضلاب خانگي ناخالص نيز مي نامند.
رنگ فاضلاب[7]- رنگ فاضلاب خانگي نشان دهنده عمر آن است. فاضلاب تازه داراي رنگ خاكستري است. پس از مدتي كه فاضلاب گنديد و كهنه شد رنگ آن تيره و سياه مي گردد.
بوي فاضلاب[8] – بوي فاضلاب ناشي از گازهائي است كه در اثر متلاشي شدن مواد آلي بوجود مي آيد. بوي فاضلاب تازه قابل تحمل تر از فاضلاب كهنه است. بوي فاضلاب كهنه بيشتر ناشي از گاز هيدروژن سولفوره مي باشد كه در اثر فعاليت باكتري هاي بي هوازي و در نتيجه احياي سولفات ها به سولفيت ها توليد مي گردد. در صورتي كه به فاضلاب هوا و اكسيژن كافي برسد باكتري هاي بي هوازي از فعاليت باز ايستاده و بجاي آنها باكتري هاي هوازي مواد آلي فاضلاب را تجزيه مي كنند و گار كربنيك مهمترين گازي است كه از كار اين باكتري ها توليد مي شود. بنابراين مانند آنچه در تصفيه خانه هاي فاضلاب رخ مي دهد اگر اكسيژن كافي به فاضلاب دميده شود، فاضلاب بي بو مي گردد.
درجه اسيدي[9]- فاضلاب هاي خانگي خالص وتازه معمولاً حالتي خنثي و يا متمايل به قليائي دارند. تنها در اثر ماندن و شروع عمل گنديدگي گازهاي اسيدي( هيدروژن سولفوره) توليد گرديده و درجه اسيدي فاضلاب كاهش يافته، خاصيت اسيدي پيدا مي كند. هرچه درجه گرماي محيط بيشتر باشد عمل گنديدن و تعفن زودتر رخ مي دهد. در شرايط نسبتاً متعارفي عمل تعفن سه تا چهار ساعت پس از توليد فاضلاب شروع مي شود.
دماي فاضلاب- به علت اعمال زيستي باكتري هاي موجود در فاضلاب، درجه گرماي فاضلاب معمولاً بيشتر از درجه گرماي آب در همان محيط است. درجه گرماي فاضلاب در سردترين روزهاي زمستان غالباً از 10 درجه سانتيگراد كمتر نمي گردد و در روزهاي معمولي فاضلاب درجه گرمائي در حدود 20 درجه سانتيگراد دارد.
مواد خارجي در فاضلاب – در فاضلاب هميشه مقداري مواد خارجي به صورت محلول و يا نا محلول و معلق وجود دارد. مقدار مواد خارجي فاضلاب در حدود 1/0 درصد و بقيه آنرا آب تشكيل مي دهد نزديك به نيمي از مود خارجي موجود در فاضلاب، مواد آلي و بقيه آن مواد معدني مي باشد. چنانكه در جدول شماره (1-1) ديده مي شود مواد خارجي معلق نيز خود به دو گروه ته نشين پذير و ته نشين ناپذير بخش مي شوند. در جدول شماره ( 1-1) مواد معلقي ته نشين پذير ناميده مي شوند كه پس از 2 ساعت توقف در ظرفي ته نشين شوند.
وزن مخصوص فاضلاب- با توجه به سبك بودن مواد خارجي موجود در فاضلاب و نيز وجود برخي گازهاي محلول در آن، وزن مخصوص فاضلاب كمي كمتر از وزن مخصوص آب است و به نزديك 99/0 تن بر متر مكعب مي رسد. در عمل معمولاً وزن مخصوص فاضلاب ر ابرابر آب فرض مي نمايند.
[1] -Pathogenic bacteria
[2] -Micro filtration
[3] – Activated carbon
[4] -Ion exchange
[5] -Reverse osmosis
[6] – Domestic wastewater
[7] -Color of wastewater
[8] – Odor of wastewter
[9] – Acidity range