آب یک کالای گرانبها است. بنابراین برای حفاظت از آب های طبیعی و حمایت از تولید آب آشامیدنی، تمام فاضلاب ها ابتدا از محفظه ها و آلاینده ها پاکسازی می شوند تا به چرخه آب برگردند. برای تصفیه آب و دستیابی به بهترین کیفیت ممکن و طبیعی از فرآیندهای مختلفی استفاده می شود.
به طور کلی تصفیه فاضلاب را می توان به دو نوع اساسی تقسیم کرد. ابتدا مواد مشکل ساز از آب خارج می شوند. این کار با تمیز کردن، حذف آهن، حذف منگنز، استریل کردن، نمک زدایی یا نرم کردن انجام می شود. ثانیاً، مواد به طور خاص برای بهبود کیفیت و تأثیر بر پارامترهایی مانند مقدار pH یا رسانایی تکمیل می شوند.
مراحل تصفیه آب
چندین فرآیند برای اجرای مراحل مختلف آماده سازی تصفیه آب :
- فرآیندهای فیزیکی برای آماده سازی مکانیکی مانند هوادهی، ته نشینی یا تأثیر حرارتی. این شامل استفاده از صفحه نمایش، فیلتر و غربال نیز می شود.
- فرآیندهای بیولوژیکی مانند تصفیه بی هوازی فاضلاب، اکسیداسیون بیوشیمیایی یا هضم لجن
- فرآیندهای شیمیایی مانند خنثی سازی، گندزدایی، لخته سازی و رسوب
- فرآیندهای غشایی مانند فیلتراسیون، اسمز و نانوفیلتراسیون
بیشترین حجم فاضلاب برای تصفیه در تصفیه خانه های فاضلاب شهری است، به همین دلیل است که ترکیب متنوع تر و روش موثرتری در اینجا ضروری است. روش های مورد استفاده به نوع تصفیه خانه فاضلاب بستگی دارد.
فرآیندهای تصفیه در تصفیه خانه های فاضلاب را می توان به مراحل مختلفی تقسیم کرد.
مرحله 1: تصفیه آب مکانیکی
در مرحله اول، فاضلاب کاملاً تصفیه نشده به صورت مکانیکی تصفیه می شود. این کار حدود 20 تا 30 درصد از مواد جامد موجود را حذف می کند. برای رسیدن به این هدف، فاضلاب به داخل یک کارخانه غربالگری هدایت می‌شود، جایی که یک صفحه یا درام غربال ناخالصی‌های درشتی مانند برگ، کاغذ یا منسوجات را فیلتر می‌کند. صفحه‌های مختلف، از صفحه‌های درشت با عرض چند سانتی‌متر تا صفحه‌های ریز با عرض چند میلی‌متر که آب با سرعت‌های مختلف از درون آنها جریان دارد، مواد درشت را مرحله به مرحله فیلتر می‌کنند. زباله های صفحه بازیافت شده به صورت مکانیکی آبگیری شده و در کارخانه سوزاندن دفع می شوند.
سپس آب از پیش تصفیه شده به چیزی که ماسه جمع کننده . در فناوری تصفیه فاضلاب، از مخزن ته نشینی برای حذف ذرات درشت مانند سنگ، خرده شیشه یا ماسه و همچنین مواد آلی درشتی که توسط صفحه جدا نشده اند استفاده می شود. این با سرعت جریان نسبتاً بالا در حدود 0.3 متر بر ثانیه اتفاق می افتد. بین جمع کننده شن بلند غیر هوادهی ، جمع کننده شن بلند هوادهی – که ماسه جمع کننده استوانه ای نیز نامیده می شود – و جمع کننده شن و ماسه گرد .
جمع کننده شن هوادهی
چربی ها و روغن های اضافی را از فاضلاب حذف می کند و موارد زیر رخ می دهد: هوای فرآیند معرفی شده یک حرکت چرخشی در آب ایجاد می کند که مواد سبک تری مانند روغن ها و چربی ها را به سطح می برد. در اینجا به راحتی می توان آنها را از آب خارج کرد.
یک جمع کننده شن و ماسه گرد مواد را با نیروی گریز از مرکز از فاضلاب جدا می کند و آنها را می مکد. پس از تمیز کردن در ماسه جمع کن، زباله های جمع کننده ماسه شسته شده و از مواد آلی پاک می شوند. این امر آبگیری مواد معدنی جمع آوری شده را بهبود می بخشد، به عنوان مثال می توان از آنها در ساخت و ساز جاده استفاده مجدد کرد. اگر بازیافت بیشتر امکان پذیر نباشد، زباله های جمع کننده شن باید به درستی دفع شوند. در کارخانه های زباله سوز دفن یا تخریب می شود.
مخزن تصفیه فاضلاب اولیه
مرحله بعدی تصفیه فاضلاب است. سرعت فاضلاب تقریبا 1.5 سانتی متر در ثانیه، به طور قابل توجهی کندتر از جمع کننده شن و ماسه. کاهش سرعت جریان با تعریض حوضه حاصل می شود. سرعت جریان کم لازم است تا ذرات ریزتر خاک بسته به ماهیت خود بتوانند در کف یا سطح آب بنشینند. لجن تولید شده در اثر ته نشینی (ته نشین شدن در کف) را لجن اولیه می نامند. معمولاً از مواد آلی تشکیل شده است. لجن اولیه از پایین به داخل قیف لجن تازه توسط یک خراشنده رانده می شود. مواد شناور به مجرای لجن شناور منتقل می شوند. یک پمپ لجن تازه را به جایی که به آن برج هضم می‌گویند منتقل می‌کند.
در برج هاضمه گاز متان در چهار فاز (هیدرولیز، اسیدی شدن، ژن استون و فاز متانوژن) تولید می شود. در یک نیروگاه حرارتی بلوکی به برق تبدیل می شود و می توان از آن برای تامین انرژی نیروگاه استفاده کرد. فرآیند هضم در برج هضم تقریباً پس از چهار هفته کامل می شود. چیزی که باقی می ماند یک لجن بی بو است که اغلب پس از آبگیری توسط سانتریفیوژ یا فیلتر در کشاورزی استفاده می شود.
مرحله تمیز کردن مکانیکی در اینجا به پایان می رسد. به طور متوسط در این فاز بین 30 تا 40 درصد آلودگی از پساب حذف می شود. در مسیر خود از طریق تصفیه خانه فاضلاب، فاضلاب اکنون به مرحله بعدی تصفیه فاضلاب می رسد.
مرحله 2: پاکسازی بیولوژیکی
در اکثر تصفیه خانه های فاضلاب، آب از پیش تصفیه شده در مرحله تصفیه مکانیکی اکنون به مخازن هوادهی می رسد که اغلب به عنوان مخازن گردشی . این جایی است که پاکسازی بیولوژیکی انجام می شود.
آب با تامین اکسیژن و به کمک پروانه ها وارد گردش می شود. مناطق کم و بیش تهویه شده ای ایجاد می شود که در آن شرایط محیطی متفاوتی برای باکتری ها و میکروارگانیسم ها ایجاد می شود. این میکروارگانیسم ها از آلاینده های آلی موجود در آب تغذیه می کنند و آنها را به مواد معدنی تبدیل می کنند. باکتری ها گله های لجن فعال را تشکیل می دهند که آزادانه در آب شناور می شوند. تامین اکسیژن باعث تحریک تکثیر باکتری ها و در نتیجه تشکیل لجن فعال می شود. بنابراین به این فرآیند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به عنوان فرآیند لجن فعال .
فاضلاب با لجن فعال به مخزن تصفیه فاضلاب ثانویه
سرعت جریان فاضلاب در اینجا دوباره کاهش می یابد. ته نشینی صورت می گیرد: لجن فعال در کف آب تصفیه شده ته نشین می شود، جایی که می توان آن را با دستگاه های پاکسازی مکانیکی در پایین از آب شفاف جدا کرد. بخشی از آن به عنوان زیست توده اضافی به برج هضم منتقل می شود. قسمت دیگر لجن که به عنوان “لجن برگشتی” نیز شناخته می شود، به مخزن هوادهی بازگردانده می شود تا اطمینان حاصل شود که میکروارگانیسم های کافی در مخزن هوادهی برای تجزیه کثیفی وجود دارد. پس از تصفیه بیولوژیکی، تقریباً 90 درصد فاضلاب از مواد زیست تخریب پذیر پاک می شود. از آنجایی که اکسیژن توسط کمپرسورها تامین می شود، مرحله تمیز کردن بیولوژیکی پر انرژی ترین مرحله در کل فرآیند تمیز کردن است. هنگامی که آب به کیفیت مقرر قانونی رسید، می توان آن را به چرخه آب بازگرداند – به عنوان مثال، به یک رودخانه.
در بسیاری از موارد دیگر، پاکسازی بیولوژیکی کافی نیست. در این موارد، فرآیندهای تصفیه فاضلاب بیشتر ضروری است – به عنوان مثال، آماده سازی در قالب یک تصفیه شیمیایی. در اینجا از افزودنی های شیمیایی نیز استفاده می شود.
مرحله 3: تصفیه فاضلاب شیمیایی
در این مرحله از تصفیه فاضلاب از فرآیندهای شیمیایی برای تصفیه فاضلاب استفاده می شود. برای این منظور، از ترکیبات شیمیایی برای دستیابی به مقادیر استاندارد آب تجویز شده قانونی استفاده می شود. تصفیه شیمیایی در تصفیه خانه های فاضلاب شامل خنثی سازی ، گندزدایی ، رسوب فسفات ، حذف نیتروژن ، یخ و حذف منگنز می باشد.
خنثی سازی برای تولید مقدار pH تجویز شده استفاده می شود، که با افزودن یک اسید، به عنوان مثال HCL، یا یک باز، به عنوان مثال شیر آهک به دست می آید.
در طول ضدعفونی ، عوامل بیماری زا با افزودن کلر یا دی اکسید کلر از بین می روند. تابش فاضلاب با نور UV جایگزین خوبی برای افزودن مواد شیمیایی است، اما کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. حذف فسفات : فاضلاب ما اغلب با فسفات های مواد شوینده، کودها، افزودنی های غذایی و مدفوع آلوده می شود. اگر آنها در فاضلاب باقی بمانند، منجر به بارورسازی بیش از حد بدنه های آبی و غنی شدن با مواد مغذی می شوند که می تواند منجر به رشد بی فایده گیاه (اوتروفیکاسیون) مضر برای اکوسیستم شود.
فسفات ها با رسوب شیمیایی یا فرآیند لخته سازی حذف می شوند. تا رسوب فسفات حدی با افزودن نمک های آلومینیوم یا آهن در جمع کننده ماسه یا مخزن تصفیه فاضلاب ثانویه ایجاد می شود. گله های فلزی فسفات که در طی این شفاف سازی ثانویه تشکیل می شوند، سپس همراه با لجن فعال از فاضلاب خارج می شوند. بسته به نحوه عملکرد، فسفات را می توان با کمک میکروارگانیسم های فاضلاب نیز “ماهی” کرد. در این مورد، ما از حذف بیولوژیکی فسفر صحبت می کنیم، که با این حال، هنوز به ندرت استفاده می شود.
تصفیه آب شیمیایی شامل حذف نیتروژن می شود: برای حذف ترکیبات نیتروژنی مضر برای آب مانند آمونیاک و آمونیوم از فاضلاب استفاده می شود. ترکیبات نیتروژن اکسیژن حیاتی آب را حذف می کند و حتی می تواند باعث مرگ ماهی ها در هنگام تخلیه در آب شود. نیتروژن با نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون حذف می شود: در طی نیتریفیکاسیون ، آمونیوم با افزودن باکتری های بی هوازی و اکسیژن به نیتریت تبدیل می شود و سپس در مرحله دوم به نیترات تبدیل می شود. بعدی نیترات زدایی نیز با افزودن میکروارگانیسم های بی هوازی آغاز می شود. اینها نیترات را از طریق فعالیت های آنزیمی به گاز نیتروژن تجزیه می کنند که سپس به اتمسفر بازگردانده می شود.
Deferrisation : برای کاهش محتوای آهن فاضلاب به مقدار تعیین شده، کاتیون های آهن (II) با افزودن اکسیژن اکسید می شوند. برای شروع فرآیند اکسیداسیون، سود سوزآور نیز باید به فاضلاب اضافه شود.
حذف منگنز : منگنز معمولاً به صورت هیدروژن کربنات منگنز در فاضلاب وجود دارد. افزودن اکسیژن ترکیبات منگنز IV کم محلول را تشکیل می دهد که می تواند به راحتی از آب خارج شود.
4. مرحله: فرآیندهای غشایی / نانوفیلتراسیون
در مرحله چهارم و نهایی پاکسازی از فرآیندهای غشایی و فیلتر استفاده می شود. تا حدی، این مرحله تصفیه با فرآیندهای شیمیایی بارش و لخته سازی ترکیب می شود. به عنوان مثال، این روش فیلتراسیون لخته سازی را ایجاد می کند. مواد رسوب دهنده و لخته ساز به فاضلاب اضافه می شود که باعث لخته شدن مواد جدا می شود. سپس فاضلاب با مواد لخته شده از فیلتر پارچه ای یا شنی عبور داده می شود.
به آرامی از لایه فیلتر نفوذ می کند. حتی کوچکترین جامدات آلی معلق حذف می شوند.
نانوفیلتراسیون به روشی بسیار مشابه عمل می کند. با این حال، برخلاف فیلتراسیون معمولی، آب تحت فشار از غشایی عبور می‌کند که حتی کوچکترین ذرات محلول مانند مولکول‌ها یا یون‌های فلزات سنگین را در خود نگه می‌دارد. همین امر اسمز معکوس ، که در آن از فشارهای کاری بالاتر و غشاهای ریزتر استفاده می شود.
آلاینده های باقی مانده در طی فیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس به صورت لجن فیلتر از طریق مخزن تصفیه فاضلاب اولیه به تصفیه لجن فیلتر می شوند.
اکنون آب به آخرین منطقه تصفیه خانه فاضلاب یعنی مخزن ذخیره آب تصفیه شده می رسد. در اینجا دوباره نمونه های آب گرفته شده و کیفیت آب بررسی می شود. آب تصفیه شده تنها زمانی به چرخه آب بازگردانده می شود که پارامترهای قانونی تعیین شده رعایت شده باشد.