تصفیه فاضلاب انسانی

جمع آوری و تصفیه فاضلاب و فاضلاب خانگی برای سلامت عمومی و آب سالم حیاتی است. این یکی از مهمترین عواملی است که مسئول سطح کلی سلامت است. فاضلاب‌ها را از خانه‌ها، مشاغل و صنایع جمع آوری می‌کنند و قبل از تخلیه به آب یا زمین یا استفاده مجدد به تأسیسات تصفیه فاضلاب وارد می‌نمایند.

مطالب پیشنهادی جهت مطالعه: 

• تصفیه فاضلاب فرآورده های سیب زمینی (چیپس)
• تصفیه فاضلاب کارخانه تولید قند

پکیج تصفیه فاضلاب انسانی شرکت آرکا گستر رسام شامل مراحل زیر می‌باشد:

• تصفیه مقدماتی
• تصفیه اولیه
• تصفیه ثانویه
• تصفیه ثالثیه

در زیر به اجزایی از فاضلاب اشاره شده‌است که در هر مرحله حذف می‌شوند:

• تصفیه مقدماتی: جامدات معلق درشت (ذرات شن و ماسه بزرگ)
• تصفیه اولیه: جامدات معلق قابل ته نشینی، BOD معلق
• تصفیه ثانویه: BOD معلق و محلول
• تصفیه ثالثیه: مواد مغذی، میکروارگانیسم‌های پاتوژن، ترکیبات غیرقابل تجزیه بیولوژیکی، فلزات، جامدات محلول معدنی، جامدات معلق باقی‌مانده.

هدف از تصفیه مقدماتی فقط حذف مواد جامد درشت است. در حالی که تصفیه اولیه با هدف حذف مواد جامد قابل ته نشین و بخشی از مواد آلی است. مکانیسم‌های حذف آلاینده‌های فیزیکی در هر دو سطح غالب است. در تصفیه ثانویه، هدف حذف مواد آلی و احتمالاً مواد مغذی (نیتروژن و فسفر) توسط مکانیسم‌های عمدتاً بیولوژیکی است. هدف از تصفیه سوم حذف آلاینده‌های خاص (معمولاً ترکیبات سمی یا غیرقابل تجزیه زیستی) یا حذف مکمل آلاینده‌هایی است که در تصفیه ثانویه به‌اندازه کافی حذف نشده‌اند.

واحدهای فرایندی موجود در تصفیه خانه فاضلاب بهداشتی به 3 دسته زیر تقسیم می‌شوند:

• فیزیکی
• شیمیایی
• بیولوژیکی

عملیات واحد فیزیکی: روش‌های تصفیه ای که در آن نیروهای فیزیکی غالب هستند (مانند آشغالگیری، اختلاط، لخته‌سازی، ته نشینی، شناورسازی، فیلتراسیون).

فرآیندهای واحد شیمیایی: روش‌های تصفیه که در آن حذف یا تبدیل آلاینده‌ها با افزودن محصولات شیمیایی یا در اثر واکنش‌های شیمیایی (مانند بارش، جذب، گندزدایی) صورت‌می‌گیرد.

فرآیندهای واحد بیولوژیکی: روش‌های تصفیه که در آن حذف آلاینده‌ها از طریق فعالیت بیولوژیکی انجام‌می‌شود (مانند حذف مواد آلی کربنی، نیتریفیکاسیون، نیترات زدایی).

تصفیه ثانویه (مرحله اصلی در تصفیه فاضلاب)

هدف اصلی تصفیه ثانویه حذف مواد آلی است. مواد آلی به اشکال زیر وجود دارد:

• مواد آلی محلول (BOD محلول یا فیلتر شده) که صرفاً با عملیات فیزیکی حذف نمی‌شود، مانند ته نشینی که در تصفیه اولیه رخ می‌دهد.
• مواد آلی در سوسپانسیون (BOD معلق یا ذره‌ای)، که تا حد زیادی در تصفیه اولیه موجود حذف می‌شود، اما جامدات آن با ته نشین شدن کندتر (جامدات ریزتر) در جرم مایع باقی می‌مانند.

فرآیندهای تصفیه ثانویه به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که مکانیسم‌های تجزیه را که به‌طور طبیعی در محیط‌های آبی اتفاق می‌افتد تسریع کنند. بنابراین، تجزیه آلاینده‌های آلی تجزیه‌پذیر در شرایط کنترل شده و در فواصل زمانی کمتر از سیستم‌های طبیعی به‌دست می‌آید. ماهیت تصفیه ثانویه فاضلاب خانگی شامل یک مرحله بیولوژیکی است. در حالی که فرآیندهای تصفیه مقدماتی و اولیه دارای مکانیسم‌های فیزیکی هستند، حذف مواد آلی در مرحله ثانویه از طریق واکنش‌های بیوشیمیایی انجام شده که توسط میکروارگانیسم‌ها انجام‌می‌شود.

انواع زیادی از میکروارگانیسم‌ها در این فرآیند شرکت می‌کنند شامل: باکتری‌ها، تک‌یاخته‌ها، قارچ‌ها و سایر میکروارگانیسم‌ها. اساس کل فرآیند بیولوژیکی تماس مؤثر بین این موجودات و مواد آلی موجود در فاضلاب است، به‌گونه‌ای که می‌توان از آن به‌عنوان غذا برای میکروارگانیسم‌ها استفاده‌کرد. میکروارگانیسم‌ها ماده آلی را به دی‌اکسید کربن، آب و مواد سلولی تبدیل می‌کنند.

تصفیه ثانویه به‌ طور کلی شامل واحدهای تصفیه اولیه است، اما ممکن است شامل واحدهای تصفیه اولیه باشد یا نباشد. فرآیندهای تصفیه ثانویه بسیار متنوعی وجود دارد که رایج‌ترین آنها عبارتند از:

• هوادهی گسترده
• MBBR
• راکتور بی‌هوازی
• لجن فعال متداول

رآکتورهای بی‌هوازی

انواع مختلفی از رآکتورهای بی‌هوازی وجود دارد. در این بخش تنها دو مورد را که بیشترین کاربرد را برای تصفیه فاضلاب انسانی دارند ارائه می‌کنیم:

• فیلتر بی‌هوازی (که اغلب پساب‌های سپتیک تانک را تصفیه می‌کند)
• راکتور UASB (پتوی لجن بی‌هوازی بالارونده).

سپتیک تانک – سیستم فیلتر بی‌هوازی

سیستم سپتیک تانک به‌ دنبال فیلترهای بی‌هوازی به‌طور گسترده در مناطق روستایی و در جوامع کوچک استفاده شده‌است. سپتیک تانک‌ها بیشتر مواد جامد معلق را که در کف مخزن ته نشین شده و تحت هضم بی‌هوازی قرار می‌گیرند، حذف می‌کنند.

مخزن سپتیک می‌تواند یک مخزن تک محفظه یا یک مخزن دو محفظه (به نام تانک ایمهوف) باشد. در مخزن تک محفظه، هیچ جدایی فیزیکی بین مناطق ته نشینی مواد جامد فاضلاب خام و هضم لجن پایین وجود ندارد. مخازن تک محفظه می‌توانند تک یا سری باشند. در مخزن ایمهوف، ته نشینی در محفظه بالایی (محفظه ته نشینی) اتفاق می‌افتد.

مواد جامد ته نشین شده از دهانه‌ای در پایین محفظه عبور کرده و به قسمت پایینی (محفظه هضم) هدایت می‌شوند. پس از آن لجن انباشته شده تحت هضم بی‌هوازی قرار می‌گیرد. گازهای حاصل از هضم بی‌هوازی در فرآیند ته نشینی دخالتی ندارند، زیرا نمی‌توانند به داخل محفظه ته نشینی نفوذ کنند. از آنجایی که سپتیک تانک‌ها مخازن ته نشینی هستند (بدون واکنش بیوشیمیایی در فاز مایع)، حذف BOD محدود است. پساب، هنوز با غلظت مواد آلی بالا، به فیلتر بی‌هوازی می‌رود، جایی که حذف بیشتر در شرایط بی‌هوازی انجام‌می‌شود.

راندمان فیلتر بی‌هوازی مخزن سپتیک معمولاً در مقایسه با سیستم‌های کاملاً هوازی کمتر است، اگرچه در بیشتر موقعیت‌ها کافی است. این سیستم به‌طور گسترده برای جمعیت‌های کوچک مورد استفاده قرار گرفته است، اما روندی از نظر تصفیه بی‌هوازی وجود داشته است که به استفاده از رآکتورهای لجن بی‌هوازی ترجیح داده‌شده‌است. تولید لجن در سیستم‌های بی‌هوازی بسیار کم است. لجن اضافی قبلاً هضم شده‌است و می‌تواند مستقیماً به آبگیری برود (در این سیستم معمولاً توس بسترهای خشک کننده لجن).

به‌عنوان یک سیستم بی‌هوازی، همیشه خطر تولید بوی بد وجود دارد. با این حال، طراحی مناسب و رویه‌های عملیاتی می‌تواند به کاهش این خطرات کمک کند. همچنین باید به‌خاطر داشت که سپتیک تانک و رآکتورهای بی‌هوازی واحدهای بسته هستند.

راکتور UASB

رآکتورهای لجن بی‌هوازی بالارونده (UASB) در حال حاضر روند اصلی در تصفیه فاضلاب در برخی از کشورهای دارای آب و هوای گرم هستند، چه به‌صورت واحد، یا به‌دنبال نوعی تصفیه پساب. در رآکتورهای UASB، زیست توده به‌صورت پراکنده در مایع رشد می‌کند، و مانند فیلترهای بی‌هوازی به یک محیط پشتیبانی متصل نمی‌شود.

هنگامی که زیست توده رشد می‌کند می‌تواند دانه‌های کوچکی را تشکیل دهد که در نتیجه آگلوتیناسیون میکروارگانیسم‌های مختلف است. این دانه‌های کوچک تمایل دارند به‌عنوان یک محیط حمایتی برای سایر ارگانیسم‌ها عمل کنند. دانه بندی راندمان سیستم را افزایش می‌دهد، اما برای کار راکتور ضروری نیست، و در واقع به‌سختی می‌توان آن را با فاضلاب خانگی به‌دست‌آورد.

غلظت زیست توده در راکتور بسیار زیاد است که نام پتوی لجن را توجیه می‌کند. با توجه به این غلظت بالا، حجم مورد نیاز برای راکتور UASB در مقایسه با سایر سیستم‌های تصفیه به‌شدت کاهش می‌یابد. مایع از پایین وارد می‌شود، جایی که با پوشش لجن برخورد می‌کند و منجر به جذب مواد آلی توسط زیست توده می‌شود. جریان به‌سمت بالا است.

در نتیجه فعالیت بی‌هوازی، گازهایی (عمدتاً متان و دی‌اکسید کربن) تشکیل می‌شوند و حباب‌ها نیز تمایل به افزایش دارند. قسمت بالایی راکتور لجن بی‌هوازی ساختاری را ارائه می‌دهد که وظایف آن جداسازی و تجمع گاز و جداسازی و بازگشت مواد جامد (زیست توده) است. به این ترتیب، زیست توده در سیستم نگهداری می‌شود (که منجر به غلظت‌های بالا در راکتور می‌شود)، و تنها بخش کوچکی از پساب خارج می‌شود. این ساختار جداکننده سه فاز نامیده می‌شود، زیرا مایع، جامدات و گازها را جدا می‌کند. شکل جداکننده اغلب به‌شکل مخروط یا هرم معکوس است.

گاز در قسمت بالایی جداکننده، در محفظه گاز جمع آوری می‌شود، جایی که می‌توان آن را برای استفاده مجدد (انرژی حاصل از متان) یا سوزاندن خارج کرد. جامدات در قسمت بالایی جداکننده، در محفظه ته نشینی، ته نشین می‌شوند و تا زمانی که به بدنه راکتور برگردند، از دیواره‌های شیب‌دار تخلیه می‌شوند. به این ترتیب، بخش بزرگی از زیست توده توسط سیستم با بازگشت گرانشی ساده (متفاوت از فرآیند لجن فعال، که نیاز به پمپاژ لجن برگشتی دارد) توسط سیستم حفظ می‌شود. به‌دلیل نگهداری زیاد مواد جامد، زمان نگهداری هیدرولیک می‌تواند کم باشد (در حدود 6 تا 10 ساعت). از آنجا که حباب‌های گاز به منطقه ته نشینی نفوذ نمی‌کنند، جداسازی جامد-مایع مختل نمی‌شود. پساب هنگام خروج از محفظه ته نشینی نسبتاً شفاف می‌شود و غلظت زیست توده در راکتور در سطح بالایی حفظ می‌شود.

سیستم لجن فعال متداول

به‌ دلیل ورود مداوم غذا به‌شکل BOD به مخزن هوادهی، باکتری‌ها به‌ طور مداوم رشد و تکثیر می‌شوند. اگر اجازه رشد جمعیت نامحدود داده شود، باکتری‌ها در مخزن هوادهی به غلظت بیش از حد می‌رسند و انتقال اکسیژن به تمام سلول‌های باکتری را دشوار می‌کند. علاوه بر این، مخزن ته نشینی ثانویه بیش از حد بار آلی دریافت می‌کند، مواد جامد به‌خوبی ته نشین نمی‌شوند و با پساب نهایی شروع به خروج می‌کنند و در نتیجه کیفیت آن کاهش می‌یابد. برای حفظ تعادل سیستم، لازم است تقریباً همان مقدار زیست توده را که با تولید مثل افزایش یافته‌است، ترسیم کرد. بنابراین، این لجن اضافی بیولوژیکی است که می‌تواند مستقیماً از راکتور یا خط چرخش مجدد هدر رود. لجن اضافی باید تحت تصفیه اضافی در خط تصفیه لجن قرار گیرد. سیستم لجن فعال معمولی نیاز به زمین کم دارد و راندمان حذف بسیار خوبی دارد.

فرآیند هوادهی گسترده

در سیستم لجن فعال معمولی، میانگین زمان نگهداری لجن در سیستم بین 4 تا 10 روز است. با این سن لجن، زیست توده حذف شده در لجن اضافی هنوز نیاز به مرحله تثبیت در تصفیه لجن دارد. این به‌دلیل سطح بالای مواد آلی زیست تخریب‌پذیر در ترکیب سلولی آنها است. با این حال، اگر زیست توده برای مدت طولانی‌تری در سیستم نگهداری شود، با سن لجن در حدود 18 تا 30 روز (بنابراین هوادهی طولانی‌مدت یا گسترده نامیده می‌شود)، دریافت همان بار BOD مانند سیستم معمولی، در دسترس بودن غذای کمتری برای باکتری‌ها با توجه به سن لجن بالاتر، راکتور حجم بیشتری دارد (زمان نگهداری مایع در حدود 18 تا 24 ساعت است).

بنابراین در واحد حجم مخزن هوادهی و در واحد جرم میکروبی مواد آلی کمتری وجود دارد. در نتیجه، برای زنده‌ماندن، باکتری‌ها شروع به استفاده از مواد آلی از مواد سلولی خود در فرآیندهای متابولیکی خود می‌کنند. این ماده آلی سلولی از طریق تنفس به دی‌اکسید کربن و آب تبدیل می‌شود. این مربوط به تثبیت (هضم) زیست توده است که در مخزن هوادهی انجام‌می‌شود. در حالی که در سیستم معمولی تثبیت لجن به‌طور جداگانه انجام‌می‌شود (در هاضم‌های لجن در خط تصفیه لجن)، در سیستم‌های هوادهی توسعه‌یافته هضم همزمان با تثبیت BOD در راکتور انجام‌می‌شود. از آنجایی که نیازی به تثبیت جداگانه لجن بیولوژیکی اضافی نیست، از تولید نوع دیگری از لجن در سیستم که نیاز به تصفیه بعدی دارد نیز اجتناب می‌شود. در نتیجه، سیستم‌های هوادهی گسترده معمولاً مخازن ته نشینی اولیه ندارند. یک ساده سازی بزرگ در فلو شیت به‌دست می‌آید: هیچ مخزن ته نشینی اولیه و واحد هضم لجن وجود ندارد.

پیامد این ساده‌سازی در سیستم، صرف انرژی برای هوادهی است که نه‌تنها به‌دلیل حذف BOD ورودی، بلکه به‌دلیل هضم هوازی لجن در راکتور است. از سوی دیگر، کاهش در دسترس بودن غذا و جذب عملاً کامل آن توسط زیست توده، هوادهی گسترده را به یکی از کارآمدترین فرآیندهای تصفیه فاضلاب از نظر حذف BOD تبدیل می‌کند.

راکتور ناپیوسته متوالی (SBR)

سیستم‌های لجن فعال که در بالا توضیح داده شد دارای جریان پیوسته نسبت به فاضلاب هستند، یعنی فاضلاب همیشه در حال ورود و خروج از راکتور است. با این حال، گونه‌ای از سیستم وجود دارد که دارای جریان و عملکرد متناوب است که به آن راکتور دسته‌ای توالی (SBR) نیز می‌گویند. اصل فرآیند لجن فعال با عملکرد متناوب شامل ترکیب تمام واحدها، فرآیندها و عملیاتی است که معمولاً به لجن فعال معمولی (رسوب‌گذاری اولیه، اکسیداسیون بیولوژیکی، ته‌نشینی ثانویه، پمپاژ لجن) در یک مخزن مرتبط هستند. تنها با استفاده از یک مخزن، این فرآیندها و عملیات به‌صورت توالی در زمان و نه واحدهای جدا از هم تبدیل می‌شوند، مانند فرآیندهای معمولی با جریان مداوم. فرآیند لجن فعال با جریان متناوب را می‌توان در لجن هوادهی معمولی یا طولانی مدت استفاده‌کرد، اگرچه لجن فعال به‌دلیل سادگی عملیاتی بیشتر، رایج‌تر است. در حالت هوادهی توسعه‌یافته، مخزن نقش واحد هضم لجن (هوازی) را نیز دارد.

این فرآیند شامل یک راکتور اختلاط کامل است که در آن تمام مراحل تصفیه انجام‌می‌شود. این امر با ایجاد چرخه‌های عملیاتی با مدت زمان مشخص انجام‌می‌شود. جرم بیولوژیکی در راکتور باقی می‌ماند و نیاز به واحد ته نشینی جداگانه و پمپاژ لجن را از بین می‌برد. حفظ زیست توده به این دلیل رخ می‌دهد که پس از مرحله ته نشینی با مایع رویی (پساب نهایی) خارج نمی‌شود و در مخزن باقی می‌ماند. چرخه طبیعی تصفیه از مراحل زیر تشکیل شده‌است:

• پر کردن (فاضلاب ورودی در راکتور)
• واکنش (هوادهی / مخلوط مایع / زیست توده موجود در راکتور)
• ته نشینی (رسوب و جداسازی مواد جامد معلق از فاضلاب تصفیه‌شده)
• تخلیه (حذف مایع رویی، که پساب تصفیه‌شده از راکتور است)
• سکون (تنظیم چرخه و حذف لجن اضافی)

به‌منظور کسب اطلاعات بیشتر در ارتباط با فرآیندها و پکیج تصفیه فاضلاب آرکا گستر با کارشناسان فنی ما در ارتباط باشید.