انواع روش‌های تصفیه فاضلاب چیست؟

روش‌‌های تصفیه فاضلاب

با توجه به ترکیب پساب‌های تولیدی از صنایع، که معمولاً شامل مواد جامد، آلی و معدنی هستند، لازم است فرآیند تصفیه در چند مرحله انجام شود تا خروجی نهایی از کیفیت مطلوبی برخوردار باشد. به‌طور کلی، روش‌‌های تصفیه فاضلاب به سه دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند: فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی.

روش تصفیه فاضلاب فیزیکی

در تصفیه فیزیکی فاضلاب، که به آن پیش‌تصفیه یا تصفیه اولیه نیز گفته می‌شود، از روش‌ها و نیروهای فیزیکی برای جداسازی ذرات معلق و جامدات درشت استفاده می‌شود و هیچ ماده شیمیایی در این فرآیند به کار نمی‌رود. با انجام این مراحل حجم آلودگی پساب تا میزان قابل توجهی کاهش پیدا میکند و باعث بهبود فرآیند تصفیه در مراحل بعدی میشود. این روش شامل چند مرحله اصلی است که در زیر به معرفی مهم ترین آنها میپردازیم.

آشغال‌گیری (Screening)

اولین مرحله تصفیه فاضلاب حذف ذرات درشت مواد شناور یا معلق توسط آشغال‌گیر میله‌ای است. این وسیله از میله‌های موازی مایل با فاصله معین در کانال ساخته شده و آشغال‌ها را جدا می‌کند تا از دستگاه‌های دیگر مثل  انواع پمپ‌ها و شیرآلات محافظت کند.

آشغال‌گیرها از نظر فاصله میله‌ها به دو نوع درشت (Coarse Screens) و ریز (Fine Screens) تقسیم می‌شوند. همچنین از نظر کاربرد به دو نوع دستی و مکانیکی تقسیم می‌شوند. آشغال‌گیر دستی برای تصفیه‌خانه‌های کوچک است و شیب میله‌های آن برای دبی‌های پایین حدود 1:1 و برای دبی‌های زیاد 1:2 تا 1:3 می‌باشد. طول میله‌ها نباید بیشتر از 2 متر باشد. در تصفیه‌خانه‌های بزرگ به دلیل حجم زیاد آشغال و مشکلات نیروی انسانی، از آشغال‌گیر مکانیکی استفاده می‌شود.

آشغال‌گیر مکانیکی درشت

در این بخش مواد جامد پشت شبکه جمع و توسط آشغال‌گیر مکانیکی به سبد منتقل می‌شود. عملکرد آن با تایمر قابل تنظیم است و در صورت بالا رفتن سطح مایع، هشدار و آلارم فعال می‌شود. این دستگاه هم از محل و هم از اتاق کنترل قابل روشن و خاموش کردن است و وضعیت روشن بودن آن توسط لامپ نمایش داده می‌شود. فاصله بین میله‌ها 50 میلی‌متر است.

آشغال‌گیر ریز مکانیکی و دستی

آشغال‌های ریز که از محفظه پمپ‌ها عبور می‌کنند، پشت شبکه جمع و توسط آشغال‌گیر مکانیکی منتقل می‌شوند. اگر آشغال‌گیر مکانیکی خراب باشد، می‌توان با باز کردن دریچه‌های دستی از آشغال‌گیر دستی استفاده کرد. این عمل توسط اپراتور انجام می‌شود و بازدید روزانه در این حالت ضروری است. فاصله میله‌ها در این نوع 25 میلی‌متر است.

دانه‌گیری (Grit Chamber)

حوض دانه‌گیر اولین واحد مرحله ته‌نشینی در تصفیه‌خانه است که مواد دانه‌ای و تجزیه‌ناپذیر مانند شن و ماسه با قطر حداقل 0.1 تا 0.2 میلی‌متر جدا می‌شوند. علاوه بر جداسازی مواد دانه‌ای، ساختمان این حوض‌ها و سرعت جریان در آنها باید به گونه‌ای باشد که مواد سبک آلی تجزیه‌پذیر ته‌نشین نشده و وارد تصفیه‌خانه گردند. انواع دانه‌گیر عبارتند از: کم‌عمق، عمیق، دایره‌ای و هوادهی شده. از نظر جریان نیز به دانه گیر با کنترل سرعت یا جریان افقی، دانه‌گیر با جریان چرخشی (هوادهی شده) و دانه‌گیر با جریان گردابی تقسیم می‌شوند. نوع هوادهی شده رایج‌تر است و زمان ماند آن بین 2 تا 5 دقیقه است.

ذرات شن با نیروی گریز از مرکز به دیواره‌ها هدایت و به کف مخزن منتقل می‌شوند. سپس با پمپ هوایی (Air-lift pump) به چاله مربوطه فرستاده می‌شوند. هوای لازم توسط بلوئر غلطکی تأمین می‌شود که دارای فیلتر، صداگیر، شیر اطمینان و فشارسنج است. روشن و خاموش بودن بلوئر هم از محل و هم از اتاق کنترل قابل مشاهده و کنترل است.

ته‌نشینی

ته‌نشینی در تصفیه فاضلاب به معنی جدا کردن ذرات معلقی است که وزن مخصوص بیشتری نسبت به آب دارند. از این واحد به طور وسیعی در تصفیه فاضلاب برای حذف دانه‌ها، حذف اجرام ویژه در مخازن ته‌نشینی اولیه، حذف لخته‌های بیولوژیکی در مخازن ته‌نشینی لجن فعال و حذف لخته‌های شیمیایی زمانی که لخته‌سازی شیمیایی صورت می‌گیرد، استفاده می‌شود. همچنین برای تغلیظ جامدات در تغلیظ‌کننده‌های لجن کاربرد دارد. هدف اصلی این واحد، تولید خروجی صاف و همچنین تولید لجن قابل انتقال و تصفیه است. در مخازن ته‌نشینی لجن فعال، لخته‌های تشکیل شده در کف مخزن توده‌های لجنی با ضخامت‌های متفاوت ایجاد می‌کنند. اگر ظرفیت پمپ‌های برگشت لجن مناسب نباشد، توده‌های لجن ممکن است کل عمق مخزن را اشغال کرده و از سرریزها به بیرون منتقل شوند.

عمل ته‌نشینی به دو صورت ساده (بر اساس نیروی وزن) و شیمیایی (با افزودن مواد شیمیایی) انجام می‌شود. ته‌نشینی شیمیایی که در قرن ۱۸ و ۱۹ توسعه یافته، امروزه کمتر در تصفیه فاضلاب شهری کاربرد دارد و عمدتاً در تصفیه پساب‌های صنعتی استفاده می‌شود. دلایل اصلی کاهش استفاده از آن، کاهش کمتر BOD نسبت به روش زیستی و دشواری در جمع‌آوری لجن است.

حوضچه‌های ته‌نشینی برای جدا کردن ذرات جامد ریز با قطر کمتر از ۰.۲ میلی‌متر طراحی شده‌اند. دانه‌های بزرگ‌تر در حوضچه‌های دانه‌گیر جدا شده‌اند. فاضلاب خروجی از حوضچه‌های ته‌نشینی، دارای مواد معلق کمتر و زلال‌تر است و برای مصارف کشاورزی مناسب می‌باشد.

حوضچه‌های ته‌نشینی بر اساس ماهیت کار، روش ته‌نشینی و تخلیه لجن، شکل ظاهری و تجهیزات لجن‌ روبی تقسیم‌بندی می‌شوند.

در مرحله ته نشینی فاضلاب وارد حوضچه‌های مخصوص ته‌نشینی میشود و مواد سنگین‌تر از آب موجود در آن به آرامی کف حوضچه ته نشین می‌شوند. این فرآیند باعث کاهش کدورات و ذرات معلق آب میشود.

شناورسازی

در این مرحله روغن، چربی و ذرات سبک تر موجود در فاضلاب با هوادهی و تزریق گاز به صورت حباب هایی به سطح آب می‌آیند تا به راحتی حذف و جمع‌آوری شوند. رایج ترین روش برای این کار، سیستم شناورسازی با هوای فشرده (DAF) است که باعث بهبود کیفیت فاضلاب میشود.

فیلتراسیون

روش تصفیه فاضلاب شیمیایی

در تصفیه شیمیایی فاضلاب، ترکیباتی که در مراحل فیزیکی قابل حذف یا تجزیه نیستند، مانند مواد شیمیایی سمی، فلزات سنگین و ترکیبات آلی پایدار، هدف اصلی قرار می‌گیرند. این فرآیند از چند مرحله اصلی تشکیل شده است که هر کدام نقش کلیدی در بهبود کیفیت پساب دارند.

انعقاد و لخته‌سازی

در این مرحله با تزریق مواد شیمیایی منعقدکننده مانند پلی‌آلومینیوم کلراید، ذرات بسیار ریز و معلق فاضلاب به هم می‌چسبند و تشکیل توده‌های بزرگ‌تر (لخته) را می‌دهند. این امر باعث میشود جداسازی ذرات آسان تر انجام شود.

تنظیم pH و خنثی‌سازی

 سپس برای حفظ عملکرد درست فرآیندهای بعدی، به ویژه تصفیه بیولوژیکی، مرحله تنظیم pH و خنثی‌سازی انجام می‌شود. در این مرحله، pH پساب به محدوده خنثی بین ۶ تا ۸ تنظیم می‌شود که معمولاً با عبور پساب از بستر آهکی یا تزریق موادی مانند سود سوزآور، هیدروکسید منیزیم، کربنات سدیم یا اسید سولفوریک انجام می‌گیرد.

تبادل یونی

برای حذف فلزات سنگین و یون‌های سختی‌زا مثل کلسیم و منیزیم، از سیستم تبادل یونی استفاده می‌شود که در آن رزین‌های تبادل یونی یون‌های سنگین را می‌گیرد و با یون‌های سبک مانند سدیم جایگزین می‌کنند. این کار باعث کاهش سختی و سمیت پساب می‌شود.

اکسیداسیون و گندزدایی

مرحله اکسیداسیون برای از بین بردن ترکیبات آلی پایدار که در مراحل قبلی قابل تجزیه نبودند با استفاده از کلر، ازن یا اشعه فرابنفش حذف میشوند. این کار باعث کاهش BOD میشود و کیفیت آب را بهبود می‌بخشد.

 در نهایت برای حذف میکروارگانیسم‌های مضر مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها، مرحله گندزدایی به عنوان مرحله نهایی تصفیه شیمیایی انجام می‌شود. این کار معمولاً با تزریق کلر، استفاده از ازن یا تابش اشعه فرابنفش انجام می‌گیرد تا پساب خروجی کاملاً عاری از عوامل بیماری‌زا باشد.

روش تصفیه فاضلاب بیولوژیکی

در روش تصفیه فاضلاب بیولوژیکی از میکروارگانسیم ها برای تجزیه‌ی مواد آلی استفاده میشود. این روش که معمولا موثر‌تر از روش‌های شیمیایی و فیزیکی عمل تجزیه را انجام میدهد به عنوان تصفیه ثانویه یا تکمیلی نیز شناخته میشود. معمولا روش تصفیه بیولوژیکی به دو صورت هوازی و بی‌هوازی انجام میگیرد.

1-فرآیند هوازی

در روش هوازی، میکروارگانیسم ها در حضور اکسیژن عمل تجزیه را انجام میدهند. برای تامین و تزریق یکنواخت اکسیژن نیاز به تجهیزات و دستگاه هایی مثل سیستم های هوادهی یا دیفیوزر میباشد تا قرآیند انتقال اکسیژن و تجزیه به خوبی انجام بگیرد. این فرآیند شامل روش‌هایی است که در زیر به معرفی برخی از آنها میپردازیم.

• لجن فعال (Activated Sludge)

  فرآیند لجن فعال معمول‌ترین سیستم مورد استفاده برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی و شهری است. ساده‌ترین اجرای این فرآیند شامل یک تانک هوادهی (یا دوره‌ای) و یک تانک ته‌نشینی (یا زلال‌ساز) است. تانک ته‌نشینی معمولاً در پایین‌دست تانک هوادهی قرار دارد، اما گاهی برای افزایش کیفیت، بالاتر از آن نصب می‌شود.

  این روش بر پایه رشد بیولوژیکی شناور (توده‌ای میکروبی در فاضلاب) است که مواد آلی محلول را تجزیه می‌کند. فاضلاب حاوی مواد مغذی وارد مخزن هوادهی شده و از طریق سیستم هوادهی مکانیکی یا کمپرسور، هوا و اکسیژن به آن اضافه می‌شود. میکروارگانیسم‌ها با مصرف مواد آلی و اکسیژن، رشد کرده و مواد آلی محلول را به جرم میکروبی نامحلول تبدیل می‌کنند. برای افزایش بازدهی، بخشی از این جرم میکروبی دوباره به همراه فاضلاب خام وارد مخزن هوادهی می‌شود. تانک هوادهی مانند یک راکتور بیولوژیکی عمل می‌کند و مواد زائد را با کمک ارگانیسم‌های میکروسکوپی (عمدتاً باکتری‌ها) تجزیه می‌کند. در زلال‌ساز ثانویه، مواد جامد ته‌نشین و از آب جدا می‌شوند. لجن حاصل عمدتاً از باکتری‌ها تشکیل شده و چون در مرحله هوادهی فعال هستند، در حذف مواد زائد نقش اصلی دارند. به همین دلیل، اصطلاح «لجن فعال» برای این فرآیند به کار می‌رود.

  در فرآیند لجن فعال، مقدار زیادی لجن تولید می‌شود که باید به روش‌هایی مثل سوزاندن، کمپوست کردن یا دفن بهداشتی دفع گردد. لجن اولیه و لجن مازاد بیولوژیکی باید جمع‌آوری، تثبیت و سپس دفع شوند. مراحل شامل:

  • نگهداری لجن قبل از تصفیه
  • تغلیظ برای ساده‌سازی هضم یا خشک‌سازی
  • تثبیت با هضم هوازی یا بی‌هوازی
  • تغلیظ مجدد لجن تثبیت‌شده
  • خشک‌کردن کامل (با فیلتر خلا، سانتریفیوژ، یا گرمای خورشیدی)
  • دفع نهایی مواد خشک

• روش تصفیه فاضلاب MBR ـ (Membrane Biological Reactors)

  از گذشته تاکنون روش‌های گوناگونی برای تصفیه فاضلاب‌ها معرفی شده‌اند؛ از جمله تصفیه با فیلتر شنی، جلبک‌ها و گیاهان، که به دلیل کارایی پایین، جای خود را به روش‌های تلفیقی با آنزیم‌ها و مواد شیمیایی داده‌اند. اما محدودیت‌های اقتصادی و فنی این روش‌ها، متخصصان رشته‌های مختلف را به توسعه فناوری‌های نوینی مثل بیوراکتور غشایی (MBR) سوق داده است. MBR که بر پایه ممبران‌های غوطه‌ور از نوع الیاف توخالی (هالو فایبر) طراحی شده، مزایایی مثل بازدهی بالا، نیاز به فضای کمتر و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری دارد. به همین دلیل، امروزه در بسیاری از کشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه، این فناوری در اولویت استفاده قرار گرفته است.

  در این روش از غشاهای غوطه‌ور (هالوفایبر) استفاده می‌شود که همانند الک عمل کرده و اجازه عبور ذرات بزرگ‌تر از منافذ غشاء را نمی‌دهند. این فناوری برای تصفیه آب، فاضلاب و حتی گازها به‌کار می‌رود. برخلاف روش‌های سنتی مانند ته‌نشینی در حوضچه‌ها که کیفیت خروجی آن به شرایط جریان ورودی وابسته است، MBR توانایی حذف موثر ذرات معلق و خطرآفرین را دارد و خروجی با کیفیت‌تری ارائه می‌دهد. عملکرد MBR بسته به نوع فاضلاب ورودی می‌تواند صرفاً با تصفیه فیزیکی انجام شود یا با بیوتکنولوژی ترکیب گردد. در این سیستم، بسیاری از حوضچه‌ها حذف و عملیات تصفیه توسط فیلترهای پلیمری انجام می‌شود. ممبران‌های مورد استفاده در این روش معمولاً بین ۲ تا ۵ سال عمر مفید دارند و با نگهداری مناسب نیاز به تعویض زودهنگام نخواهند داشت.

• روش تصفیه فاضلاب SBR ـ (Sequencing Batch Reactor)

  فرآیند SBR یک سیستم ناپیوسته تصفیه فاضلاب است که در آن تمام مراحل تصفیه (از جمله متعادلسازی، هوادهی و ته‌نشینی) در یک مخزن انجام می‌شود. این روش مناسب برای جوامع یا صنایعی است که تولید فاضلاب کمی دارند یا به‌صورت دوره‌ای فاضلاب تولید می‌کنند.

  فرآیند SBR در ۵ مرحله انجام می‌شود:

  • پر شدن
  • واکنش (هوادهی)
  • ته‌نشینی
  • تخلیه
  • آماده‌سازی برای چرخه بعدی

براي كاربردهاي جريان پيوسته حداقل دو تانک SBR بايد تامين شود كه يک تانک جريان را دريافت كند، در حالي كه تانک ديگر مراحل پنجگانه تصفيه را دنبال مي‌كند. با تنظیم مراحل مختلف، امکان حذف نیتروژن و فسفر نیز فراهم می‌شود.

مزایا:

• • ترکیب تمام مراحل در یک مخزن
  • اشغال فضای کم
  • سرمایه‌گذاری اولیه پایین
  • بهره‌برداری منعطف و قابل تنظیم

معایب:

• • نیاز به اپراتور ماهر
  • هزینه نگهداری بالا به دلیل تجهیزات کنترلی پیچیده
  • احتمال خروج لجن با پساب
  • ریسک گرفتگی دیفیوزرها در بعضی مراحل

• روش تصفیه فاضلاب MBBR ـ (Moving Bed Biofilm Reactors)

در فرآیند MBBR از آکنه‌های پلاستیکی سبک (معمولاً پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن) استفاده می‌شود که درون راکتور معلق بوده و به کمک هوا در سیستم‌های هوازی  یا همزن در سیستم‌های بی‌هوازی در حال حرکت‌اند. روی این آکنه‌ها لایه‌ای از میکروارگانیسم‌ها (بیوفیلم) رشد می‌کند که مواد آلی را تجزیه می‌کنند. این سیستم برای حذف BOD، COD، نیتروژن بسیار مؤثر است.

مزایای MBBR:

• • سهولت نگهداری سیستم و عدم تجمع لجن
  • حجم کم راکتور
  • سرعت بالای راه ­اندازی سیستم
  • سازگاری سیستم در خصوص حذف آلاینده ­های کند تجزیه شونده و سمی با پایه کربنی
  • تحمل در برابر تغییرات دما
  • تحمل در برابر تغییرات میزان بارگزاری
  • انعطاف ­پذیری در طراحی فرآیند و راکتور

پکینگ مدیا

پکینگ مدیا (Packing Media) یکی از مؤثرترین اجزای مورد استفاده در سیستم‌های تصفیه فاضلاب است که با داشتن سطح تماس بالا و حجم کم، موجب افزایش راندمان تصفیه در روش‌های رشد چسبیده می‌شود. این پکینگ ها از بهترین مواد و عمدتا به صورت بلوک های سبک با ساختاری بسیار مقاوم در طرح های متنوع به شکل لانه زنبوری و شانه تخم مرغی با کانال عمودی ، متقاطع و مورب تولید می گردند. در سیستم‌های هوازی و بی‌هوازی، پکینگ‌ها باعث تثبیت میکروارگانیسم‌ها و تشکیل بیوفیلم می‌شوند و ضمن ارتقاء تصفیه زیستی، حجم مورد نیاز را کاهش می‌دهند. استفاده از مدیای بیوفیکس در راکتورهایی مانند UASB نیز موجب افزایش ظرفیت، مقاومت در برابر شوک‌های آلی و حرارتی و جلوگیری از فرار لجن می‌شود.

کاربردها:

• • بستر تماس در برج های گاززدایی
  • بعنوان موج گیر جریان در مخازن ته نشینی و چربی گیری
  • بعنوان بستر پر کننده رآکتورهای تصفیه فاضلاب
  • بستر مبادله کننده حرارتی در برج های خنک کننده

مزایا:

• • طراحی پیشرفته و قابل مونتاژ
  • عدم گرفتگی و نیاز به بک‌واش
  • مناسب برای فرآیندهای هوازی و بی‌هوازی
  • سطح تماس زیاد، مقاومت بالا، وزن کم و حمل‌ونقل آسان

•  IFAS (رشد چسبیده ثابت – Integrated Fixed Film Activated Sludge)

روش IFAS ترکیبی از دو فرآیند مؤثر لجن فعال (Activated Sludge) و رشد چسبیده روی بستر ثابت (Fixed Film) است. این سیستم با استفاده از مدیا یا پکینگ ثابت داخل راکتور، هم‌زمان از میکروارگانیسم‌های معلق و چسبیده برای حذف آلودگی‌های آلی و مواد مغذی (مانند نیتروژن و فسفر) استفاده می‌کند.

از مهم‌ترین کاربردهای روش IFAS می‌توان به افزایش راندمان تصفیه، ارتقاء ظرفیت تصفیه‌خانه‌های موجود بدون توسعه فیزیکی و تصفیه فاضلاب‌های صنعتی و خانگی با حجم بالا یا بار آلی زیاد اشاره کرد. این سیستم به‌ویژه در شرایطی که شوک‌های آلی یا تغییرات جریان در فاضلاب وجود دارد، عملکرد پایدار و مؤثری دارد.

مزایای روش IFAS:

• ترکیب مزایای رشد معلق و رشد چسبیده برای راندمان بالاتر
• عدم نیاز به ساخت واحد لجن برگشتی (در مقایسه با روش‌های کلاسیک لجن فعال)
• افزایش سطح تماس میکروبی در حجم محدود؛ بیش از ۱۵۰ مترمربع سطح زیستی در هر مترمکعب راکتور
• کاهش چشمگیر فضای موردنیاز (مثلاً فقط ۱۰ مترمربع برای تصفیه ۱۰۰ مترمکعب در روز)
• کاهش BOD و COD تا حدود ۹۵٪
• زمان ماند کوتاه (حدود ۴ تا ۶ ساعت) با کارایی بالا
• استفاده از سیستم هوادهی عمقی با دیفیوزرهای کف، بدون تجهیزات پیچیده مکانیکی
• هزینه نگهداری پایین و بهره‌برداری ساده؛ کمتر از ۳۰ دقیقه در روز برای هر راکتور

این روش در بسیاری از کشورهای پیشرفته برای تصفیه انواع فاضلاب‌های صنعتی و شهری به کار می‌رود و به‌عنوان گزینه‌ای مدرن برای ارتقاء و بهینه‌سازی سیستم‌های قدیمی پیشنهاد می‌شود.