باتوجه به روند افزایش جمعیت در شهرهای بزرگ که خود بصورت طبیعی باعث افزایش میزان فاضلاب شهری میگردد زمینه تشکیل سیستم جمع آوری و تصفیه فاضلاب شهری امری لازم و ضروری به نظر میرسد . در این تحقیق سعی شده بصورت اجمالی در مورد فاضلاب و تصفیه و برگشت آن به سیستم آبرسانی نگاهی گذرا داشته باشیم .
● فاضلاب :
فاضلابی که به تصفیه خانه شهری میرسد ، مجموع فاضلابی است که از سه منبع مختلف در شبکه فاضلاب وارد میشود . این سه منبع عبارتند از :
الف) فاضلاب خانگی
ب) نشت آب
ج) پساب صنعتی
بنا بر تعریف مجموعه فاضلاب حاصله از سه منبع را فاضلاب شهری یا فاضلاب بهداشتی خوانند .
البته ممکن است برای شهرهای ایران در شرایط موجود از مقدار مربوط به پساب صنعتی صرف نظر کرد ولی نشت آب به ویژه در شهرهایی که سطح سفره آب زیرزمینی آنها بالا است بسیار اهمیّت دارد .
معمولاً مقدار فاضلابی را که در طرح در نظر میگیرند معادل مقدار فاضلاب متوسط شبانه روز در مواقع غیربارانی است . باید توجّه داشت که این رقم کاملاً قراردادی است زیرا در ساعات مختلف شبانه روز مقدار فاضلاب از مقدار متوسط در ۲۴ ساعت مرتبا کمتر و یا بیشتر میشود و عملاً معادل آن جز در چند لحظه ممکن نمیگردد . یکی از طرق تعیین مقدار متوسط فاضلاب در ۲۴ ساعت تعیین آب مصرفی در شهر است .
با داشتن آماری مناسب از مصرف سرانه آب شهر و تعیین حدود منطقه فاضلاب گیر و بالاخره تعداد افراد ساکن در منطقه فاضلاب گیر ، به راحتی میتوان مقدار متوسط فاضلاب روزانه را حساب کرد . البته این طریقه در شهرهای بزرگ و یا شهرهایی که در آنها خانه سازی کامل نشده باشد چندان صدق نمیکند و در این صورت باید رقمی برای مقدار فاضلاب سرانه در نظر گرفت ، که مطابق با شرایط واقعی باشد . در شهرهای بزرگ مصرف آب هتل ها و رستورانها و بیمارستانها که به تعداد زیاد وجود دارند در موقع اندازه گیری آب مصرفی سرانه بحساب نمیآید ، در حالیکه در عمل آنها نیز به صورت فاضلاب به شبکه وارد میشود . حدود این تغییرات شاید به ۲۵ لیتر به ازاء هر نفر در روز نیز برسد . لذا باید در طرح شبکه فاضلاب برای چنین شهرهایی نهایت دقت را از نظر انتخاب مقدار واقعی فاضلاب مبذول داشت زیرا این موضوع از نظر فنی و اقتصادی عامل مهمی است .
● مقدار متوسط فاضلاب روزانه :
طبق توصیه کمیته استاندارد فاضلاب سازمان برنامه تا زمانی که اندازه گیری های واقعی از مقدار فاضلاب شهرهای مختلف در ایران عملی نشده است رقم ۱۵۰ لیتر به ازاء هر نفر در روز را میتوان در طرحهای شبکه فاضلاب به کار برد . ( این رقم شامل نشت آب نیز میباشد . )
● تصفیه فاضلاب در مجاورت باکتریهای هوازی :
اگر در حین تجزیه مواد ، اکسیژن به مقدار لازم و به طور مرتب به فاضلاب برسد باکتریهای هوازی عمل تجزیه را شروع نموده و عمل مینماید . چنانکه ملاحظه میشود ابتدا مواد آلی ازت دار تبدیل به آمونیاک و سپس به نیتریت و نیترات میگردد . نیترات ها که در واقع جزو مواد غذایی بسیار مناسب برای گیاهان محسوب میشود توسط گیاه جذب و باعث رشد بهتر آنها میگردد . از طرفی خود گیاهان نیز توسط حیوانات خورده شده و در ساختمان سلولهای بدن آنها کمک مینماید . مواد آلی فوق دوباره به صورت مواد آلی پس مانده دفع شده و این گردش بیانتها از نو آغاز میشود . در تمام این تحولات اکسیژن برای تنفس موجودات زنده و همچنین سایر تغییرات و تبدیلات شیمیایی دیگر و به منظور تثبیت مواد کربنی و سولفوری بصورت کربناتها و سولفاتها لازم است .
● تصفیه و تجزیه فاضلاب در مجاورت باکتریهای غیر هوازی :
زمانیکه اکسیژن در مجاورت فاضلاب نباشد ، باکتریهای هوازی دیگر قادر به ادامه حیات و استفاده از مواد غذائی نخواهند بود . در چنین حالتی باکتریهای غیرهوازی که قادر به استفاده از اکسیژن مواد آلی هستند وارد میگردند . بدین ترتیب تجزیه مواد در اثر وجود باکتریهای غیرهوازی ، سبب بوجود آمدن اسیدهای آلی ، کربناتهای اسیدی ، اکسید کرین و هیدروژن سولفوره شده و در مرحله بعدی آمونیاک ، کربناتهای اسیدی اکسید کربن و سولفیتها بوجود میآیند . در مرحله نهایی تجزیه و تخمیر ، آمونیاک ، متان ، اکسید کربن و سولفیتها بوجود میآیند . در مرحله نهایی تجزیه و تخمیر ، آمونیاک ،متان ، اکسید کربن و سولفیت ها تولید میگردند . در تصفیه خانه های فاضلاب ، حوضهای هوارسانی ، واحد اصلی در تجزیه و تصفیه فاضلاب یعنی از بین بردن مواد آلی و کاهش مقدار ( بی . او . دی ) میباشد و در واقع در این واحد است که تصفیه در مجاورت باکتریهای هوازی انجام میگیرد . تجزیه و تخمیر مواد لبنی که در آنها هوا دمیده نمیشود را هضم لجن مینامند که توسط باکتریهای هوازی و در مخازن هاضم انجام میپذیرد و تولید گازهای متان و اکسید کربن مؤید چنین تخمیری است .
● لزوم آزمایشات فاضلاب :
فاضلاب را به منظور زیر آزمایش تحلیلی میکنند .
الف) تعیین و تشخیص مواد متشکله اش که اطلاع از آن در رفع مشکلات تصفیه خانه سودمند است .
ب) تصمیم در انتخاب نوع وسائل و روش تصفیه
ج) تنظیم و کنترل هر یک از واحدهای تصفیه خانه در جریان تصفیه فاضلاب
د) تعیین مشخصات فاضلاب خروجی و مقایسه آن با مشخصات فاضلاب ورودی برای اطلاع از بازده تصفیه خانه .
● آزمایش تحلیلی فاضلاب :
آزمایشاتی که از فاضلاب بعمل میآید شامل آزمایشهای فیزیکی ، مطالعات بهداشتی ، آزمایشهای شیمیایی و بالاخره آزمایشهای زیستی است . مجموع تمام آزمایشهای شیمیایی و بالاخره آزمایشهای زیستی است . مجموع تمام آزمایشهای معمول در کار فاضلاب را آزمایش تحلیلی فاضلاب مینامند .
● آزمایش فیزیکی :
آزمایش های فیزیکی برای تعیین درجه حرارت ، رنگ ، بو . تیرگی فاضلاب است . اطلاع از درجه حرارت از نظر بازده عملیات واحدها بسیار مهم است . رنگ فاضلاب در تشخیص ظاهری و فوری آن کمک میکند فاضلاب تازه به رنگ خاکستری است ، رنگهای تیره و سیاه دال بر کهنگی فاضلاب و مطمئناً همراه با تعفن است . بوی فاضلاب نیز ناشی از ماندگی فاضلاب است ، همانطور که تیرگی آن نتیجه کهنگی میباشد البته باید توجّه داشت که فاضلاب اصولا تیره میباشد ولی فاضلاب کهنه تیرگیش شدیدتر است .
● مطالعات بهداشتی :
تعیین و اطلاع از منابع دفع فاضلاب شهر به شبکه جمع آوری فاضلاب حائز اهمیّت است . مثلاً اطلاع از اینکه تاسیسات بهداشتی بزرگی از قبیل بیمارستانها و آسایشگاه ها ، فاضلاب خود را به شبکه شهر وارد میسازند و با این کار پساب کارخانجات به شبکه مذکور تخلیه میگردد از نظر انتخاب روشهای تصفیه فاضلاب، مؤثر واقع خواهد شد .
● آزمایشات شیمیایی :
آزمایشات شیمیایی که در واقع اساسی ترین آزمایشات فاضلاب محسوب میشود به شرح ذیل است :
الف) تعیین خاصیت اسیدی و یا قلیایی
ب) مواد متشکله
ج) اکسیژن محلول ،
د) شدت آلودگی
● آزمایشات زیستی :
در فاضلاب انواع مختلف موجودات ریز ذره بینی یافت میشوند . کوچکترین آنها از نوع ویروسی است که با میکروسکوپهای قوی نیز دیده نمیشوند . پس از ویروس ها باید از باکتریها نام برد که معمولاً با کمک میکروسکوپهای بسیار قوی قابل رویت است . دست سوم را موجودات ریز ذره بینی تشکیل میدهند که با میکروسکوپهای عادی هم میتوان آنها را دید .
موجودات زنده در فاضلاب ممکن است مضر و یا مفید باشند . باکتریهای مضر موجود در فاضلاب ضدعفونی نشده ، سبب آلودگی منابع طبیعی آب گردیده و در صورت آشامیدن بر اثر وجود باکتریهای پاتوژنیک موجب بروز امراض مختلفی نظیر اسهال خونی میگردند . باید توجّه داشت که تعداد زیاد موجودات زنده در فاضلاب دلیل بر آلودگی شدید آن نیست و از نظر انتخاب واحدهای تصفیه خانه نیز تاثیری ندارد . ولی عدم وجود باکتری ها دلیل بر وجود پساب صنعتی در فاضلاب شهری به مقدار زیاد است . تعداد باکتریها در فاضلاب شهری بین ۲ تا ۲۰ میلیون در هر میلیلیتر تغییر میکند .
● آشغالگیری و آشغالگیرها :
شناسائی : آشغالگیرها عبارت از وسیله ای است که در ابتدای تصفیه خانه از نظر تأمین مقاصد زیرین تعبیه میگردد :
الف ) حفاظت تلمبه ها ، لوله های لجن و حوضهای ته نشینی در مقابل گرفتگی
ب ) خوشایند کردن وضع ظاهری واحد های مختلف تصفیه خانه
ج ) تأثیر کامل مواد ضد عفونی نظیر کلر بر فاضلاب تصفیه شده ، باتوجه به اینکه مواد ضد عفونی بر روی مواد جامد شناور چندان تاثیری ندارد .
بدین ترتیب سعی میشود مواد جامد شناور نظیر کاغذ و پارچه و غیره حتی الامکان ، از جریان تصفیه خارج گردد . از نظر موقعیت ، آشغالگیر را باید در محلی که به سهولت قابل دسترسی و تمیز کردن باشد بنا نمود .
● انواع آشغالگیرها :
آشغالگیرها را از شبکه های سیمی یا صفحات فلزی سوراخدار و بالاخره از میله هایی که در فواصل معینی از یکدیگر قرار گرفته اند میسازند . معمولاً در تصفیه فاضلاب شهری از آشغالگیرهای میله ای و در تصفیه پساب صنعتی از انواع دیگر آن استفاده میکنند . انواع آشغالگیر میله ای ؛ دهانه فراخ و دهانه تنگ .
آشغال خردکن ها :
شناسایی ؛ آشغال خرد کن عبارت از وسیله ایست که برای انجام مقاصد زیر در ابتدای تصفیه خانه و بعد از آشغالگیر میله ای دهانه فراخ نصب میکنند :
الف) رفع مشکلات ناشی از دفع مواد شناور جمع آوری شده .
ب) حفظ وضع ظاهری تصفیه خانه در محل آشغالگیر .
ج) جلوگیری از ایجاد بو و رشد و نمو مگس در محل آشغالگیر .
انواع آشغال خردکن و طرز کار آنها دو روش مختلف برای خرد کردن مواد جامد شناور و غیرشناور وجود دارد . یکی آنکه دستگاه به طور مرتب و در تمام مدت شبانه روز کار میکند ، دوم اینکه بطور متناوب و برحسب مقدار آشغال ورودی بکار افتاده و مواد را خرد میکند . نوع اول که در اکثر کشورهای اروپایی و آمریکایی معمول است ، از کل استوانه دوار با شیارهای افقی و یک تیغه برای ثابت تشکیل شده است . در اثر دوران استوانه و جریان فاضلاب به داخل آن مواد روی بدنه استوانه جمع شده و توسط تیغه بران خرد میشوند و از لای شیارها عبور کرده و به واحدهای بعدی تصفیه خانه رانده میشوند . دهانه شیارها در آشغال خردکن های مختلف در حدود ۴ تا ۹ میلیمتر میباشد . نوع دوم که در آلمان ساخته میشود ، از میله های نیم دایره ای شکل و یک آشغال روب و بالاخره دستگاه خرد کننده تشکیل شده است . مواد شناور که به تدریج روی میله ها جمع میشود سبب بالا آمدن سطح فاضلاب در بالا دست وایجاد اختلاف ارتفاعی در دو سمت میله ها میگردد .
هرگاه این اختلاف از حد معینی بیشتر شد آشغال روب بکار افتاده و مواد را به سمت دستگاه خرد کننده که جنب کانال اصلی است هدایت میکند .
● حوض های دانه گیری :
▪ تعریف دانه : تمام مواد جامد دانه ای ، اعم از شن ، ماسه ، نرمه خاک ، خاکستر و مواد ریز معدنی دیگر و یا هسته میوه جات و دانه های نباتی و بالاخره هر نوع مواد دانه ای اعم از معدنی و یا آلی ، در مبحث فاضلاب « دانه » اطلاق میشود مشروط بر آنکه دارای صفات زیر باشد
الف) در جریان تصفیه تجزیه و فاسد نشود.
ب) سرعت ته نشینی آن بیش از سرعت ته نشینی مواد جامد فاسد شدنی از جنس آلی باشد .
▪ شناسائی : حوضهای دانه گیری را برای انجام مقاصد زیر بنا میکنند :
الف) حفاظت وسایل مکانیکی در مقابل سایش
ب) کاهش در گرفتگی لوله ها که در اثر ته نشینی مواد دانه ای بویژه در تغییر جهت جریان حادث میگردد . ج) سهولت در تمیز کردن حوضهای ته نشینی و مخازن هاضم .
در تصفیه خانه ها معمولاً اگر از آشغالگیر استفاده شود ، حوض دانه گیری را بعد از آن بنا میکنند تا از ورود مواد شناور نظیر پارچه و کاغذ بداخل حوض دانه گیری جلوگیری بعمل آید . زیرا وجود این مواد سبب بروز اشکالاتی در کار دانه روبهای مکانیکی میگردد .
موقعیت حوضهای دانه گیری بست به آشغال خرد کن بر حسب شرایط محلی و نوع تصفیه خانه فرق کرده ممکن است قبل و یا بعد از آشغال خرد کن و حتی قبل از تلمبه خانه اصلی تصفیه خانه فاضلاب نیز ساخته شود .
● طرق مختلف دانه گیری :
بطور کلی دو طریقه برای ته نشین ساختن دانه ها موجود است :
الف ) کم کردن سرعت جریان فاضلاب در حوضهای دانه گیری .
ب ) بوجود آوردن سرعتی ثابت در تمام طول حوض دانه گیری
● ته نشینی و حوضهای ته نشینی :
▪ تعریف ته نشینی ؛ منظور از ته نشینی در مبحث فاضلاب مجموعه عملیات زیر است :
الف) جدا نمودن مواد جامد معلق با ته نشین ساختن آنها .
ب) مجتمع کردن آنها جهت تسهیل در امر تخلیه و دفع .
ج) خارج کردن آنها از جریان تصفیه
عمل ته نشینی به دو طریق صورت میگیرد ، یکی ته نشینی شیمیایی است که با افزودن مواد شیمیایی ممکن میشود ، دیگری ته نشینی ساده است که در آن نیروی وزن عامل اصلی ته نشینی میباشد .
● ته نشینی شیمیایی :
در سال ۱۷۴۰ میلادی برای اولین بار روش ته نشینی شیمیایی در پاریس مورد تحقیق و آزمایش قرار گرفت. در سالهای ۱۸۵۷ ـ ۱۸۸۰ این طریقه ته نشینی در انگلستان مورد توجّه بیشتری واقع شد و روز به روز اهمیّت آن در امر تصفیه فاضلاب و آب بیشتر گردید . ته نشینی شیمیایی که در واقع به منزله تصفیه کاملی بود . با پیدایش طریقه تصفیه زیستی اهمیّت خود را از دست داد در حال حاضر ته نشینی شیمیایی بندرت در تصفیه فاضلاب شهری بکار می رود و فقط در حالات خاصی ، مانند تصفیه پساب صنعتی ، ممکن است از این طریق استفاده نموده به طور کلی علل عمده عدم پیشرفت این طریقه در تصفیه فاضلاب در دو مطلب زیر خلاصه میگردد :
۱) مقدار کاهش ( بی ـ او ـ دی ) فاضلاب در طریقه شیمیایی در مقایسه با تصفیه به طریق زیستی کمتر است . یعنی بازده تصفیه زیستی بهتر از بازده تصفیه شیمیایی است .
۲) مواد لجنی در این طریقه بصورت انباشته در آمده و عمل جمع آوری تخلیه را مشکل میسازد .
● حوضهای ته نشینی :
▪ تئوری ته نشینی : اگر مایعی که محتوی ذرات جامد است در حالت سکون قرار گیرد به تدریج آن قسمت از ذرات جامد که دارای وزن مخصوصی بیش از وزن مخصوص مایع میباشد شروع به سقوط و ته نشینی می نماید . این موضوع ظاهراً ساده در واقع اساس طرح و محاسبات حوضهای ته نشینی را تشکیل میدهد .
▪ شناسائی : حوضهای ته نشینی به منظور ته نشین ساختن مواد جامد ریز دانه به قطرهای کمتر از ۲/۰ میلیمتر ، و تخلیه آنها ساخته میشود البته همان طور که گفته شد دانه های به قطر بیش از ۲/۰ میلیمتر توسط حوضهای دانه گیری قبلاً از جریان تصفیه خارج شده اند .
در این مرحله فاضلاب خروجی تصفیه شده دارای مواد معلق کمتری بوده و بالطبع زلالتر است و بدین ترتیب فاضلاب خروجی از نظر مصارف زراعتی کاملاً بدون اشکال میشود .
● انواع حوضهای ته نشینی :
حوضهای ته نشینی را میتوان بر حسب مواد زیر تقسیم بندی نمود .
الف) ماهیت کار .
ب) طرز ته نشینی و تخلیه لجن جمع آوری شد
ج) شکل ظاهری
د) ادواتی که برای لجن روبی بکار مییروند .
● صافیهای چکنده :
▪ شناسائی : صافیهای چکنده براساس تصفیه طبیعی که در رودخانه ها در اثر رشد و نمو موجودات زنده ذره بینی و بوجود آمدن لایه لجنی لزج که موجب تصفیه و تمیز شدن آب رودخانه میگردد ، بوجود آمد . فرق عمده تصفیه فاضلاب دفع شده در رودخانه و با عبور دادن آن از صافیهای چکنده ، سرعت بیشتر در امر تصفیه است .
● کلرزنی :
▪ شناسائی : به منظور تأمین مقاصد زیر از ترکیبات شیمیایی کلردار در تصفیه خانه های فاضلاب استفاده میکنند .
الف) گندزدایی فاضلاب خروجی .
ب) کاهش مقدار ( بی ـ او ـ دی ) .
ج) جلوگیری از بو
د) جلوگیری از خورده شدن بتن و ادوات مکانیکی توسط مواد اسیدی تولید شده در جریان تصفیه .
هـ) جلوگیری از رشد و نمو مگس و حشرات در صافیهای چکنده ،
و) شکستن کفاب تولیدی در حوضهای ایمهاف .
در تصفیه خانه های بزرگ عموما از کلر مایع و در تصفیه خانه های کوچک معمولاً از ترکیبات کلردار استفاده میکنند . از جمله ترکیبات کلردار ، آهک کلردار است که به شکل گرد سفید رنگی با ۳۵ درصد کلر میباشد ، و دیگر هیپوکلریت سدیم است که بصورت محلول مصرف میگردد و دارای ۷۰ درصد کلر میباشد .
● لوله های مصرفی برای انتقال کلر :
برای انتقال کلر از لوله های چدنی ریزدانه و یا لوله های پلاستیکی (PVC ) میتوان استفاده کرد .
● طریقه مصرف کلر در جریان تصفیه فاضلاب :
مواضع مختلف کلرزنی در تصفیه خانه بطور خلاصه عبارتند از :
الف) فاضلابروی ورودی به تصفیه خانه.
ب) کانال ورودی به حوض ته نشینی یا حوض ته نشینی نهایی .
ج) کانال خروجی از حوضهای ته نشینی نخستین یا نهایی .
د) حوضهای کلر زنی و بالاخره ،
هـ) در فاضلابروی خروجی از تصفیه خانه
● اصول کار تصفیه فاضلاب خروجی تا حد زلال سازی :
باتوجه به اینکه فاضلاب خروجی چندان آلوده نمیباشد لذا میتوان از کلیه روشهای معمول در تصفیه آب نظیر صافیهای ماسه ای با سرعت کم یا زیاد استفاده نمود و یا صافیهای با دهانه های ذره بینی را که ۱۵ سال پیش به بازار عرضه شد برای این منظور به کار برد .
درجه تصفیه حاصله ـ به طور کلی بازده واحدهای زلال سازی فاضلاب بیش از ۵۰ درصد است و به همین جهت میتوان شدت آلودگی و مواد جامد معلق فاضلاب تصفیه شده را به ۱۰ و حتی ۵ میلیگرم در لیتر تقلیل داد .
● مراحل بعدی عبارتند از :
تصفیه و دفع لجن ، هضم لجن ، مخازن هاضم ، حوض تغلیظ لجن ، دفع لجن هضم شده ، آماده کردن لجن ، بسترهای لجن ، خشک کن ، دفع فاضلاب و ترقیق فاضلاب ، تلمبه و تلمبه خانه
ضمنا باید گفت که از لجن تصفیه شده میتوان در کشاورزی به منظور باروری خاک استفاده کرد.