طراحی سیستم های تصفیه آب و فاضلاب

پساب^[1]، چرک‌آب^[2] یا فاضلاب^[3] به بازمانده‌ها و دورریزی‌های عمدتاً مایع محلی، شهری یا صنعتی گفته می‌شود. شیوه گردآوری و دورریزی آن در هر منطقه، بسته به آگاهی محلی نسبت بهمحیط زیست فرق می‌کند. سیستم‌های فاضلاب برای جمع‌آوری آب‌های سطحی یا فاضلاب‌های صنعتی در مجتمع‌های بزرگ صنعتی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است، چون نفوذ سیالات به عمق خاک می‌تواند ضربه جبران‌ناپذیری را به پایه‌ها و تاسسیات زیر زمینی وارد نماید. فاضلاب شهری معمولاً فاضلاب ترکیبی یا فاضلاب بهداشتی را حمل کرده و آن را در یک تصفیه خانه، تصفیه می‌کند. فاضلاب تصفیه شده از طریق نهرهای فاضلاب تخلیه می‌شود. فاضلاب تولید شده در مناطقی که به سیستم‌های فاضلاب متمرکز دسترسی ندارند بر سیستم‌های فاضلاب در محل تکیه می‌کنند. این فاضلاب‌ها به‌طور معمول یک گندانبار، زه‌کشی تخلیه? فاضلاب و یک بخش اختیاری تصفیه در محل دارند.

پساب یا گندآب زیر مجموعه‌ای از فاضلاب است که از مدفوع و ادرار تشکیل شده‌است اما اغلب به معنی هر نوع فاضلابی استفاده می‌شود. فاضلاب، شامل محصولات خانگی، شهری یا زباله‌های مایع صنعتی و بیمارستانی است که معمولاً از طریق یک لوله یا فاضلاب (بهداشتی یا ترکیبی) و گاهی اوقات در یک مخزن فاضلاب دفع می‌شود.

خوردگی، زنگ زدگی و آلودگی خاک از مهم‌ترین دلایل جمع‌آوری آب و فاضلاب‌های صنعتی است. لوله و اتصالات پلی اتیلن با خواص ضدخوردگی و مقاومت در برابر انواع مواد شیمیائی راه حل مناسبی برای جمع‌آوری و انتقال سیالات فاضلابی است. سیستم فاضلاب یک زیر ساخت شامل لوله‌ها، پمپ‌ها، غربال و کانال‌ها و... می‌باشد، که برای انتقال فاضلاب از منشأ خود به نقطه‌ای برای تصفیه یا دفع نهایی استفاده می‌شود. به غیر از گندانبار که تصفیه را در محل انجام می‌دهند، انواع دیگری از تصفیه فاضلاب نیز وجود دارد. مجرای فاضلاب، سامانه جا به جایی زیرزمینی پساب و فاضلاب برای دفع بهداشتی و ایمن یا تصفیه است.

منشأ فاضلاب می‌تواند موارد زیر باشد (متن‌های داخل پرانتز نشان دهنده اجزایی است که به احتمال زیاد جزو آلاینده‌ها هستند):

• فاضلاب انسانی (مدفوع، دستمال توالت استفاده شده، ادرار یا دیگر مایعاتی که از بدن خارج می‌شوند)، به عنوان آب سیاه شناخته می‌شود، معمولاً از روشویی یا دستشویی خارج می‌شود.
• چاه مستراح
• تخلیه گندانبار
• تخلیه کارخانه‌های تصفیه فاضلاب
• آب مورد استفاده در شستشو (شستشوی شخصی، لباس، کف زمین، ظرف‌ها و غیره) که به عنوان پساب شناخته می‌شود.
• بارش باران جمع‌آوری شده در پشت بام، حیاط، جدول‌ها و غیره. (بطور کلی بدون وجود روغن یا سوخت)

• آب زیرزمینی نفوذ کرده به فاضلاب
• مازاد مایعات تولید شده از منابع خانگی (نوشیدنی‌ها، روغن پخت‌وپز، آفت‌کش‌ها، روغن موتور، رنگ، مایعات تمیزکننده و غیره)
• آب جاری‌شده از راه‌ها، سقف‌ها، پیاده‌روها/ سنگ‌فرش‌ها (ترکیب‌شده با روغن‌ها، مدوفع حیوانات، آشغال‌ها، گازوئیل/ بنزین، سوخت دیزل یا لاستیک‌های باقی‌مانده، پس‌مانده? صابون، موادفلزیِ خارج‌شده از اگزوز وسایل نقلیه
• نفوذ آب دریا (با حجم بالایی از نمک و میکروب)
• نفوذ مستقیم آب رودخانه (با حجم بالایی از موجودات ریز زنده)
• ورود مستقیم مایعات ساخت انسان (دفع غیرقانونی از آفت کش‌ها، روغن‌های استفاده شده و غیره)
• زه‌کشی‌های بزرگ‌راه (روغن، مواد ضد یخ، باقی‌مانده لاستیک‌ها)
• موارد حمل شده با طوفان (تقریباً همه چیز از جمله اتومبیل‌ها، چرخ‌های دستی خرید، درختان، گاو و غیره)
• آب سیاه (آب‌های سطحی آلوده به فاضلاب)
• زباله‌های صنعتی
• زهکشی‌های سایت‌های صنعتی (گل و لای، شن و ماسه، مواد قلیایی، روغن، باقی‌مانده‌های شیمیایی)
  • آب‌های خنک‌کننده صنعتی (زیست‌کش، گرما، لجن‌ها، گل و لای)
  • آب‌های فرایندهای صنعتی
  • زباله‌های زیست‌فروسایی یا آلی، شامل فاضلاب‌های کشتارگاه‌ها، کارخانه‌های لبنیات و بستنی.
  • زباله‌های آلی یا زیست تخریب ناپذیر / سخت تخریب پذیر (داروهای شیمیایی یا آفت‌کش‌ها)
  • زباله‌های با PH بالا (تولیدات اسیدی / قلیایی، آبکاری فلزات)
  • زباله‌های سمی (آبکاری فلزات، تولید سیانید، تولیدات آفت کش‌ها و غیره)
  • مواد جامد و نامیزه‌ها (تولیدات کاغذ، مواد غذایی، روان‌کننده‌ها و تولید روغن هیدرولیک و غیره)
  • زهکشی‌های کشاورزی، مستقیم و پراکنده
  • شکستگی‌های هیدرولیکی
  • آب تولید شده از نفت و گاز طبیعی

 ترکیبات فاضلاب[ویرایش]

ترکیبات فاضلاب تنوع گسترده‌ای دارد. موارد زیر لیستی از ترکیباتی است که ممکن است در آن وجود داشته باشند:

• آب (بیش از 95 درصد) که اغلب هنگام استفاده از سیفون توالت برای حمل زباله به فاضلاب اضافه می‌شود.
• بیمارگرها شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها، پریون‌ها و کرم‌های انگلی
• باکتری‌های غیر بیماریزا
• ذرات آلی مثل مدفوع، مو، مواد غذایی، استفراغ، الیاف کاغذی، مواد گیاهی، گیاخاک و غیره.
• مواد محلول آلی مثل ادرار، قندهای میوه‌ها، پروتئین‌های محلول، داروها، مواد مخدر و غیره.
• ذرات معدنی مثل ماسه، ماسه سنگ، ذرات فلزی، سرامیک و غیره.
• مواد محلول معدنی مثل آمونیاک، نمک – جاده، نمک – دریا، سیانید، هیدروژن سولفید، تیوسیانات، تیوسولفات و غیره.
• جانوران مثل تک‌یاختگان، حشرات، بندپایان، ماهی‌های کوچک و غیره.
• مواد جامد بزرگ مثل نوار بهداشتی، پوشک، کاندوم، سوزن، اسباب بازی کودکان، جانوران و گیاهان مرده و غیره.
• گاز مثل سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، متان و غیره.
• نامیزه‌ها مثل رنگ، چسب، سس مایونز، رنگ مو، روغن‌های امولسیون و غیره.
• زهرابه مثل آفت‌کش‌ها، سم‌ها، علف‌کش‌ها و غیره.
• داروهای شیمیایی و هورمونی

 انواع فاضلاب[ویرایش]

اصولاً فاضلاب ها  برای تصفیه فاضلاب شهری به سه دسته زیر دسته‌بندی می‌شوند که به ترتیب عبارت اند از:

• فاضلاب خانگی (شهری)
• فاضلاب صنعتی
• فاضلاب سطحی(آب‌های سطحی)
• فاضلاب کشاورزی

 فاضلاب شهری[ویرایش]

فاضلاب‌های خانگی عموماً از دستشویی، توالت، حمام، ماشین لباس شویی و ظرف شویی حاصل می‌شود.

لازم به ذکر است آنچه از آن تحت عنوان فاضلاب خانگی یاد می‌شود حاصل مجموع تمام فاضلاب‌های شهری مانند مغازه‌ها، رستوران و غیره می‌باشد.

رنگ فاضلاب شهری بیان گر عمر فاضلاب می‌باشد به‌طوری‌که فاضلاب تازه دارای رنگ خاکستری و فاضلاب مانده دارای رنگ تیره و سیاه است .

فاضلاب صنعتی در تصفیه فاضلاب شهری[ویرایش]

این فاضلاب‌ها از مراکز صنعتی مانند کارخانه‌ها و یا کارگاه‌ها حاصل می‌شوند.

این فاضلاب‌ها بسته به نوع بخش صنعتی شامل مواد خطرناک می‌باشند مانند سرب، جیوه، مواد اسیدی و… .

لازم به ذکر است که این فاضلاب‌ها هرگز نباید با فاضلاب‌های شهری ترکیب شده.

عموماً تصفیه این فاضلاب‌ها به تخصص و هزینه بالا نیازمند است.

فاضلاب کشاورزی[ویرایش]

این فاضلاب عموماً شامل سموم و ضد آفت‌ها می‌باشد.

همچنین به دلیل تماس آب با کودهای شیمیای عموماً این پساب‌ها آلوده به مواد شیمیای می‌باشند.

منشا این فاضلاب زمین‌های کشاورزی و باغات می‌باشند.

فاضلاب سطحی در تصفیه فاضلاب شهری[ویرایش]

فاضلاب‌های سطحی ناشی از بارندگی،ذوب شدن برف و موارد مشابه می‌باشند.

این فاضلاب‌ها با فاضلاب‌های شهری ترکیب شده و سپس به سمت تصفیه خانه هدایت می‌شوند.

لازم به توضیح است این فاضلاب‌ها در مسیر خود با آشغال‌ها، آلاینده‌های هوا و مواد معدنی زمین در تماس می‌باشند.

در جنوب شهر تهران ممکن است این فاضلاب‌ها به شدت آلوده باشند به دلیل در تماس بودن با آلاینده‌های هوا.

شاخص‌های کیفیت فاضلاب[ویرایش]

هر ماده قابل اکسایش و کاهش در آبراه‌های طبیعی یا فاضلاب‌های صنعتی می‌توانند با فرایندهای بیوشیمیایی (میکروبی) یا شیمیایی اکسید شود. در نتیجه میزان اکسیژن در آب کاهش خواهد یافت. اساساً، واکنش اکسیداسیون بیوشیمیایی به شرح زیر است:

Oxidizable material + bacteria + nutrient + O2 → CO2 + H2O + oxidized inorganics such as NO3- or SO4—

مصرف اکسیژن با کاهش مواد شیمیایی از جمله سولفید و نیتریت به شرح زیر است:

Oxidizable material +--S-- + 2 O2 → SO4-

Oxidizable material +NO2- + ½ O2 → NO3-

از آنجایی که همه آبراه‌های طبیعی شامل باکتری و مواد مغذی هستند، تقریباً هر نوع ترکیب زائدی که وارد این آبراه‌ها می‌شوند واکنش‌های بیوشیمیایی را آغاز می‌کنند (همان‌گونه که در بالا گفته شد). این نوع واکنش‌های بیوشیمیایی که در آزمایشگاه‌ها اندازه‌گیری می‌شوند اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی نامیده می‌شوند (BOD). این مواد شیمیایی مسئول شکستن اکسیدکننده‌های قوی هستند، این واکنش‌های شیمیایی که در آزمایشگاه انجام می‌شوند اکسیژن مورد نیاز شیمیایی نامیده می‌شوند (COD). هر دو آزمایش‌های BOD و COD برای اندازه‌گیری ارتباط اثر کاهش اکسیژن حاصل از آلاینده‌های فاضلابی هستند. تأثیر هر دو آزمایش به‌طور گسترده‌ای در اندازه‌گیری اثر آلاینده‌ها به اثبات رسیده‌است. آزمایش BOD برای اندازه‌گیری اکسیژن مورد نیاز برای آلاینده‌های زیست‌فروسایی است، درحالی‌که آزمایش COD برای اندازه‌گیری اکسیژن موردنیاز برای آلاینده‌های اکسیدشونده است.

اصطلاح BOD پنج - روزه مقدار اکسیژن مصرف‌شده توسط اکسیداسیون بیوشیمیایی مواد تشکیل‌دهنده? فاضلاب را در دوره? 5 روزه اندازه‌گیری می‌کند. مقدار کل اکسیژن مصرفی در زمان واکنش‌های بیوشیمیایی که تا پایان آن مصرف می‌شود BOD نهایی نامیده می‌شود. از آنجایی که BOD نهایی زمان بر است، BOD پنج - روزه به عنوان واحد اندازه‌گیری ارتباط اثرات آلودگی، تقریباً به‌طور جهانی تصویب شده‌است.

همچنین آزمایش‌های COD مختلف زیادی وجود دارند که COD چهار-روزه از همه معمول‌تر است.

هیچ ارتباط کلی بین BOD پنج‌روزه و BOD نهایی وجود ندارد. همچنین هیچ ارتباط کلی بین BOD و COD نیز وجود ندارد. ممکن است که بتوان این نوع ارتباط را در یک جریانی خاص از فاضلاب برای آلاینده‌های خاص تعمیم داد اما این نوع ارتباط برای آلاینده‌های دیگر پساب در یک جریان دیگر از فاضلاب قابل استفاده نخواهند بود. چرا که ترکیبات هر جریان فاضلابی متفاوت است. به عنوان مثال آب رویی متشکل از محلول‌های قندهای ساده که می‌توانند از یک شیرینی پزی خارج شوند احتمالاً ترکیبات آلی دارند که خیلی سریع از بین می‌روند. در این صورت، BOD پنج-روزه و BOD نهایی بسیار مشابه خواهند بود و بعد از 5 روز مواد آلی بسیار کمی وجود خواهد داشت. با این حال، آب روی نهایی یک تصفیه خانه که در یک منطقه بزرگ صنعتی کار می‌کند ممکن است تخلیه BOD نهایی بسیار بیشتر از BOD پنج روزه داشته باشد چراکه بیشتر این موادی که به راحتی از بین می‌روند ممکن است در طی مراحل تصفیه? فاضلاب حذف شده باشند و در بیشتر فرایندهای صنعتی، مولکول‌های آلی خیلی سخت از بین می‌روند.

تست‌های آزمایشگاهی برای تعیین میزان بالای اکسیژن موردنیاز در بسیاری از متون استاندارد دقیق هستند. نسخه? آمریکایی آن "روش‌های استاندارد برای آزمایش‌های آب و فاضلاب" است