تصفیه فاضلاب سپتیک تانگ

فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده
فصل اول: ضرورت تحقیق 1
1-1- مقدمه: ضرورت تحقیق 2
فصل دوم: ضرورت بهینه سازی سپتیک تانک 4
1-2- تعریف فاضلاب 5
2-2- مشخصات فاضلاب 5
1-2-2- مشخصات فیزیکی 5
2-2-2-مشخصات شیمیایی 5
33-2- انواع فاضلاب 11
1-3-2- فاضلاب خا نگی 11
2-3-2 فاضلاب صنعتی 11
3-3-2- فاضلاب سطحی 12
4-2- تصفیه فاضلاب 12
1-4-2- تاریخچه 12
2-4-2- ضرورت و اهداف تصفیه فاضلاب 13
5-2- شناسایی و دلایل ساخت تصفیه خانه های کوچک 17
1-5-2 سپتیک تانک 17
2-5-2تعریف سپتیک تانک 18
3-5-2 علل کاربرد سپتیک تانک 25
6-2- تاریخچه توسعه سیستم RBC 36
1-6-2- توصیف سیستم RBC – 36
2-6-2- مرحله بندی کردن واحدهای RBC 45
7-2- اصول تصفیه بیو لو ژیکی 50
1-7-2 موازنه جرم روی سیستم RBC 52
8-2- موازنه جرم روی سیستم RBC 53
9-2- پارامترهای تایثر گذار برروی رشد بیو لوژیکی 54
1-9-2- اثر PH 55
2-9-2- اثر سمیت وروش کاهش آن 55
3-9-2 – اثر دما 55
10-2- محدود ه بارهیدرولیکی مناسب برای سیستم RBC 56
11-2- مشکلات عملیات اجرایی 59
12-2- تلفیق سپتیک تانک با RBC 59
فصل سوم : تجهیزات و راه اندازی 61
1-3- مقدمه 62
2-3- قوانین طراحی مدلهای هیدرو لیک 62
1-2-3 – تئوری تشابه 62
2-2-3- اصول تشابه 62
3-3- مختصری در مورد طراحی مدل 66
4-3- محاسبه ابعاد مدل آزمایشگاهی 66
1-4-3- محاسبه "زمان ماند " در داخل تانک 67
2-4-3- محاسبه تعداد دیسکها 69
5-3- ساخت پایلوتها ونصب تجهیزات مربوطه 69
6-3 – جزئیات ساخت و راه اندازی پایلوت 77
7-3- محاسبه میزان انرژی تقریبی لازم باری تماس دهنده ها 77
8-3- نصب تجهیزات مربوطه به سیستم RBC 82
9-3- نحوه مونتاژ سیستم 83
10-3- آزمایشات 83
1-10-3- آزمایش اندازگیری اکسیژن محلول (DO)- 83
2-10-3- اکسیژن مورد نیاز بیو شیمیایی ()- 83
3-10-3- آزمایش اکسیژن مورد نیا شیمیایی (COD)- 87
4-10-3- اندازه گیری مواد معلق (MISS)- 87
5-10-3- کل مواد باقیمانده (T.S)- 88
11-3-مواد و روشها 88
12-3- محلولهای لازم و روشهای ساخت آنها 88
1-12-3- آزمایش اکسیژ ن محلول (DO)- 89
2-12-3- آزمایش اکسیژن مورد نیا بیو شیمیایی ()- 89
3-12-3- اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)- 90
13-3 – دستگاهها و وسایل مورد نیاز 91
فصل چهارم : مطالعه تجربی روی پایلوتهای طراحی شده . 93
1-4- مختصری در مورد میکرو بیو لوژی سیستم 94
2-4- سیستمهای مرکب 97
1-2-4- مکانیزم سپتیک تانک 97
3-4- مو جودات زنده موجود در سیستم 100
5-4- رشد فیلم در RBC 117
4-4- محاسبه میزان فسفر ورودی به سیستم 118

1-5-4- توسعه فیلم 120
2-5-4- انتقال اکسیژن بین فیلم و هوای داخل سیستم 121
6-4- تاثیر سطح مدیل (MEDIA) روی رشد فیلم و راندمان سیستم 121
7-4- تاثیر سرعت چرخش برروی رشد فیلم 122
فصل پتنجم : نتایج و بحث 125
1-5- اثرمیزان بار ورودی بر راندمان سیستم 126
2-5- تغییرات PH نسبت به زمان 126
3-5- اثر افزایش دور الکتروموتور در پایلوت(2)- 132
4-5- اثر افزایش ضخات فیلم برراندمان حذف COD- 132
5-5- تغییرات غلظت فاضلاب ورودی به سیستم 136
6-5- تاثیر کاهش ارتفاع فاضلاب ورودی در مخزن بادبی 136
7-5- تفییرات دما در ورودی و خروجیهای دو پایلوت 136
8-5- تغییرات جامدات کل (T.S) در ورودی و خروجی پایلوتها 138
1-8-5- تغییرات جامدات معلق (T.S.S) در ورودی و خروجی پایلوت 138
2-8-5- تغییرات جامدات معلق فرار (V.S.S) در ورودی و خروجی پا یلوتها 138
9-5- بررسی راندمان حذف COD در دو پایلوت 143
10-5- مشکلات عملیات 143
نتایج 146
پیشنهادات 148
فهرست منابع 150

فصل اول :
ضرورت تحقیق

1-1- مقدمه ، ضرورت تحقیق
نیاز انسان به محیط سالم امری انکارناپذیر است که بسادگی نمی توان از کنار آن گذشت ، چرا که متابولیسم بدن انسان در سایه محیط زیستی سالم راندمانی مطلوب از خود نشان میدهد و این مهم میسر نمی شود مگر اینکه در حفظ و نگهداری محیط زیست نهایت دقت و تلاش بکار گرفته شود در راستای اهمیت همین مسئله است که بحث تصفیه فاضلاب به میان می آید و دفت و تامل در این امر کمک شایانی به سلامت محیط زیست می کند . از حدود یکصد سال پیش که رابطه ای بین اثر باکتریها و میکروبهای بیماریزا آشکار گشت انسان بفکر پاکسازی آبهای آلودهخ افتاد ، بعبارت دیگر فن تصفیه آب و فاضلاب در روند امروزی خود بیشتر در اثر پیشرفت علم زیست شناسی و پزشکی بوجود آمده است (1)
پرداختن و توجه به این فن از آنجا شروع گشت که بتدریج برای جلوگیری از آلوده شدن منابع طبیعی آب و بویژه رودخانه ها ، ورود فاضلاب به این منابع ممنوع اعلام گردید .متاسفانه افزایش شهرنشینی و پیشرفتهای صنعتی نه تنها باعث بالا رفتن میزان مصرف آب گردیده بلکه میزان آلودگی آبها را نیز افزایش داده است مخصوصا" که با گذشت زمان بعلت کاربرد دهها محصول شیمیایی جدید در زندگی روزمره و ورود آنها به فاضلاب شهری و تخلیه فاضلاب به آبها و یا مصرف هزاران ترکیب جدید شیمیایی در صنایع و تخلیه آنها به جریانها از طریق پسابها موضوع آلودگی محیط زیست را پیچیده تر ساخته است .بنا به دلایل ذکر شده ، تصفیه فاضلاب امری کاملا" ضروری بنظر رسیده و این ضرورت انگیزه ای جهت ساختن تصفیه خانه های بزرگ و مدرن گردید .
اما ، بعلت اینکه تصفیه خانه های بزرگ نیاز به صرف هزینه فراوان دارد لذا بطور خود بخود ساخت آنها محدود میشود و بجای آنها تصفیه خانه های کوچکتر و محدودتری در نظر گرفته می شوند .
منظور از تصفیه خانه های کوچک ، تصفیه خانه هایی هستند که بنا به عللی که توضیح داده خواهد شد چند واحد از تاسیسات تصفیه خانه بزرگ در آن بکلی حذف و یا ساختمان آن در واحدهای دیگر ادغام شده اند . مهمترین عاملی که موجب کوچک شدن یک تصفیه خانه می شود ، عبارت از کم بودن جمعیتی است که فاضلاب آنها به تصفیه خانه می رسد . بعلاوه علل زیر نیز میتواند کوچک شدن طرح یک تصفیه خانه گردد (1) :
1- عدم نیاز به تصفیه کامل فاضلاب
2- علل اقتصادی .
3- نوع آلودگی فاضلاب .
"سپتیک تانگ" ساده ترین نوع تصفیه خانه تک واحدی است که تصفیه مکانیکی (ته نشینی ) و تصفیه زیستی بکمک باکتریهای بی هوازی بطور همزمان در آن انجام می گیرد .
سپتیک تانک می تواند حدود 30٪ آلودگی را کاهش دهد که این مقدار کم محسوب می شود و نیاز سازمان حفاظت محیط زیست را برطرف نمی سازد . (15)
اما بعلت اینکه در شهرهای مختلف بویژه شهرهایی که در آنها شبکه جمع آوری فاضلاب وجود ندارد ( شهرهایی استان مازندران ) ، سپتیک تانک کاربرد وسیعی داشته و فاضلاب تصفیه شده باید به زمین و یا آبهای سطحی و زیرسطحی منتقل گردد .
لذا این منابع در اثر تماس با فاضلاب دفع شده بشدت آلوده می شوند . این مساله بویژه در تقاطیکه سطح آب زیرزمینی بالاست ( استان مازندران ) شدت بیشتری پیدا می کند .
البته دفع فاضلاب ناشی از سپتیک تانک به رودخانه ها ، زمینهای کشاورزی و غیره مشکلاتی از قبیل آلودگی آبها ، شیوع انواع بیماریهای واگیر و غیر واگیر ، نابودی محصولات کشاورزی و غیره را نیز بهمراه دارد .
وقوع این مشکلات ، نیاز به بهینه سازی سپتیک تانک را ضروری می سازد . جهت بهینه سازی سپتیک تانک از سیستمی به نام RBC "1" ( دیسکهای بیولوژیکی چرخان ) استفاده شده است که این سیستم را درون سپتیک تانک سنتی تعبیه می کنیم .
با استفاده از RBC درون سپتیک تانک عملا" فیلم بیولوژیکی Biofilm ) ( تشکیل و راندمان حذف BOD افزایش می یابد و پساب با کیفیت مقبولتری وارد محیط زیست می گردد .

فصل دوم :
ضرورت بهینه سازی سپتیک تانک

1-2- تعریف فاضلاب
فاضلاب مخلوط رقیقی از انواع آبهای زائد حاصل از فعالیت انسان است که این فعالیتها را می توان در امور شخصی ، صنعتی ، خدماتی و کشاورزی خلاصه کرد (15) .
در فاضلاب همواره مقدار آب ( 9/99٪ ) بوده و تنها (1/0٪ ) بقیه را سایر مواد تشکیل می دهند . فاضلاب تازه ، مایع کدر خاکستری رنگ است که بوی زننده ای ندارد .
این فاضلاب حاوی مواد مختلفی می باشد که با توجه به منشا تولید فاضلاب ، نوع آنها فرق می کند . البته باید توجه داشت در هنگامیکه فاضلاب از صنایع رنگسازی و نساجی تولید می شود ، فاضلاب رنگی خواهد بود . فاضلاب از هر جائیکه تولید شده باشد ، با گذشت زمان اکسیژن محلول آن پایان یافته و بعد از گذشت مدت زمانی متعفن خواهد شد و رنگ آن در مورد فاضلاب خانگی و شهری بطور اخص به ساه تبدیل می شود و بوی بسیار زننده ای دارد که بوی ناشی از تولید هیدروژن سولفید بوده و رنگ سیاه آن بخاطر تشکیل ترکیب سولفید آهن می باشد . ( 2 )

2-2- مشخصات فاضلاب
برای طراحی و بهره وری از تاسیسات جمع آوری ، تصفیه و دفع فاضلاب و نیز به منظور جلوگیری از مشکلات زیست محیطی آگاهی از ماهیت فاضلابها ضروری است .
مشخصات فاضلاب را می توان در سه گروه عمده : مشخصات فیزیکی ، مشخصات شیمیایی و مشخصات بیولوژیکی دسته بندی کرد (18)

1-2-2- مشخصات فیزیکی
مهمترین مشخصه فیزیکی فاضلاب عبارت است از کل مواد جامد که شامل مواد شناور ، مواد قابل ته نشینی ، مواد کلوئیدی و مواد محلول می باشد . سایر مشخصات فیزیکی عبارتند از بو ، دما ، چگالی ، رنگ و کدورت .

2-2-2- مشخصات شیمیایی
ویژگی شیمیایی فاضلاب بسیار گسترده و پیچیده می باشد چون با توجه به ورود مواد معدنی و آلی و آلی گوناگون در هر روز به محیط زیست و اثرات تقریبا" ناشناخته آنها روی همدیگر تنها می توان مشخصات شیمیائی را در سه گروه عمده بررسی کرد .
1- مواد آلی 2- مواد غیرآلی 3- گازها
1- موادآلی
ترکیبات آلی معمولا" شامل کربن ، هیدروژن و اکسیژن و در بعضی موارد همراه با نیتروژن هستند . ممکن است عناصر مهم دیگری نظیر گوگرد ، فسفر و آهن نیز وجود داشته باشند . گروههای اصلی مواد آلی موجود در فاضلاب عبارتند از :
پروتئین (40 تا 60 درصد ) ، کربوهیدراتها (25 تا 50 درصد ) و ( چربی و روغن 10 درصد ) "15" اوره ترکیب آلی دیگری است که در تشکیل فاضلاب نقش دارد . از آنجایی که اوره به سرعت تجزیه میشود ، اوره تجزیه نشده در فاضلابهائیکه تازه نباشند به ندرت دیده میشود . فاضلاب علاوه بر پروتئین ، کربو هیدات ، چربی ، روغن و اوره حاوی مقادیر کمی از مولکولهای آلی سنتزی مختلف با ساختمانهای ساده تا بی نهایت پیچیده است .
از این مواد سنتزی می توان به پاک کننده ها ، ترکیبات آلی فرار و سموم کشاورزی اشاره کرد علاوه بر اینها تعداد اینگونه ترکیبات در نتیجه ساختن مولکولهای آلی جدید ، هر ساله افزایش میابد .
2- مواد غیر آلی ( معدنی )
مواد معدنی داخل فاضلاب دارای اهمیت زیادی بوده و در تثبیت کثرت کیفیت آن حائز اهمیت اند. غلظت مواد غیر آلی در اثر فرسایش زمین و در مسیر حرکت فاضلاب افزایش می یابد . به جز برخی از فاضلابهای صنعتی ، اکثر فاضلابها بندرت از مواد غیرآلی که در چرخه طبیعی آب به آنها اضافه می شود ، تصفیه می شوند .
از مواردیکه روی تصفیه فاضلاب موثر بوده و در گروه مواد غیرالی قرار میگیرند می توان به PH ، قلیائیت ، نیتروژن ، فسفر ، گوگرد ، ترکیبات غیرآلی سمی و فلزات سنگین اشاره کرد . "16" .

3- گازها
گازهائی که عموما" در فاضلابهای تصفیه نشده یافت میشود عبارتند از :
نیتروژن ، اکسیژن ، کربن دی اکسید ، هیدروژن سولفید ، آمونیاک و متان سه گاز اول از گازهای عمومی جو بوده و در همه آبهائی که در معرض هوا باشند دیده می شوند . هر سه گاز در اثر تجزیه مواد آلی موجود در فاضلاب بوجود می آیند . سایر گازهایی که در فاضلاب تصفیه نشده وجود ندارد ولی برای مقاصدی وارد فاضلاب می شود عبارتند از گاز کلر ، اوزن و اکسیدهای گوگرد و نیتروژن می باشد .

3-2-2- مشخصا بیولوژیکی
در ارتباط با مشخصات بیولوژیکی باید به ارگانیزمهای بیماریزا و روشهای شناسائی شاخص آشنا بود" 6 " .
میکروارگانیزمهای اصلی که عمل بخش بیولوژیکی را بعهده دارند عبارتند از باکتریها ، قارچها ، جلبکها ، تک یاختگان ، جانوران و ویروسها که از این میان باکتریها به خاطر تنوع و گستره عملشان نقش مهمتری را بر عهده دارند .
بطور کلی مشخصات فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی فاضلابها در جـدول ( 1-2 ) آورده شده است "18 و 15 "
همچنین بخاطر آشنایی با آلاینده های فاضلاب و دلیل اهمیت آنها در تصفیـه فاضلاب ، در جـدول (2-2 ) آلاینده های مهم فاضلاب و دلایل اهمیت حذف این آلاینده ها آورده شده است "16و 18 "
جدول (1-2 ) – مشخصه های فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی فاضلاب و منابع آنها .

3-2- انواع فاضلاب
فاضلاب بسته به شکل پیدایش و خواص آنها به سه گروه تقسیم می شود "9"
فاضلابهای خانگی ، فاضلابهای صنعتی و فاضلابهای سطحی . البته امروزه فاضلاب کشاورزی را نیز به دسته بندی بالا اضافه می کنند .
1-3-2- فاضلاب خانگی
فاضلاب خانگی از فاضلاب دستگاههای بهداشتی ، شیر دستشویی ، حمام ، ماشین لباس شویی و ظرفشویی و فاضلاب آشپزخانه و همچنین فاضلاب ناشی از شستشوی قسمت هاتی مختلف خانه ایجاد می گردد .
خواص فاضلابهای خانگی در سطح یک کشور تقریبا" یکسان است . فقط غلظت آن فرق میکند "1" .
علاوه بر فاضلاب خانگی ، فاضلاب ناشی از اماکن تجاری و خدماتی نیز به شبکه جمع آوری فاضلاب وارد شده و در نهایت فاضلاب شهری را تشکیل می دهند .
2-3-2- فاضلابهای صنعتی
فاضلابهای صنعتی بر خلاف فاضلابهای بهداشتی ( که از حالت پایداری غلظت مواد آلی و معدنی برخوردارند ) دارای اختلاف گسترده و زیادی هستند که بررسی و پژوهش جداگانه ای برای هر کدام از صنایع لازم خواهد بود .
مهمترین اختلاف فاضلابهای صنعتی با فاضلاب خانگی را می توان بصورت زیر بیان کرد :
الف – امکان وجود مواد و ترکیبات شیمیایی سمی در فاضلاب صنعتی بیشتر است .
ب – خاصیت خورندگی در فاضلاب صنعی بیشتر است .
ج – خاصیت قلیایی و اسیدی متفاوت و وسیعی در فاضلاب صنعتی دیده می شود .
د – امکان وجود موجودات زنده در فاضلاب صنعتی کمتر است .
بعضی از فاضلابهای صنعتی نظیر فاضلاب صنایع غذایی وجه اشتراک بیشتری با فاضلاب خانگی دارند . وجه مشترک فاضلاب صنعتی ناشی از کارخانجات مختلف تنها در فاضلاب خروجی از تاسیسات خنک کننده آنهاست "19" .
درفاضلاب ناشی از معادن ، کارخانجات فولاد سازی و کارخانجات شیمیایی بیشتر مواد خارجی را مواد معدنی تشکیل می دهند . در حالی که در کارخانجات صنایع غذایی و نشاسته سازی بیشتر مواد خارجی ، آلی هستند .
لذا مواد تشکیل دهنده فاضلابهای صنعتی چندین برابر بیشتر از محتویات فاضلاب خانگی است .
3-3-2- فاضلابهای سطحی
فاضلاب سطحی از بارندگی و ذوب برف و یخ در نقاط بلند بدست می آید "20 " .
این فاضلاب در اثر جریان روی سطح زمین و تماس با آشغال و مواد زائد روی زمین آنها را شسته و آلوده میگردد . بیشترین مواد خارجی را در این فاضلابها ، مواد معدنی مانند شن و ماسه تشکیل می دهند که در اثر شستشوی خیابانها ، وارد فاضلاب می شوند . پسمانده ذرات گیاهی و حیوانی و مواد نفتی ، قسمتهای دیگر مواد خارجی را تشکیل می دهند . شبکه های جمع آوری این فاضلابها می تواند بصورت در هم یا مجزا باشد . اگر شبکه به صورت مجزا باشد فاضلاب تنها شامل فاضلاب خانگی صنعتی و جریان ورودی خواهد بود و اگر از شبکه در هم برای جمع آوری استفاده گردد علاوه بر سه جزء برف ، آب باران نیز وارد فاضلاب می شود . در هر حالت اجزای فاضلاب بسته به شرایط محلی و فصلی نیز خواهد بود .
4-2- تصفیه فاضلاب
1-4-2- تاریخچه
بر خلاف فنون آبرسانی شهری و جمع آوری فاضلاب که تاریخچه ای نسبتا" طولانی و چند هزار ساله دارد "9" . پالایش و تصفیه فاضلاب بصورت امروزی دارای سنه تاریخی کوتاهی میباشد . از حدود یکصد سال پیش که رابطه بین اثر باکتریها و میکروبهای بیماری در واگیری و شیوع بیماریها آشکار گشت ، انسان بفکر پاکسازی آبهای آلوده افتاد . بعبارت دیگر ، تصفیه آب و فاضلاب با روند امروزی بیشتر در اثر پیشرفت علم زیست شناسی و پزشکی بوجود آمده است .
اعلام ممنوعیت دفع فاضلابها به رودخانه ها و منابع طبیعی آب ، ضرورت تصفیه را بوجود آورده است .
با گذشت زمان و توسعه شهرها و صنایع ، خطر آلودگی محیط زیست و در نتیجه نیاز به تصفیه فاضلاب با شدت بی سابقه ای افزایش یافته و با آن روشهای بسیاری برای تصفیه فاضلاب پیشنهاد و بکار گرفته شد . روشهای طبیعی تصفیه جزو قدیمی ترین روشهایی هستند که برای تصفیه فاضلاب بکار گرفته شده اند . بویژه استفاده از فاضلاب برای آبیاری در کشاورزی بعلت دارا بودن مواد آلی مورد نیاز گیاه از یکصد سال پیش تا کنون در کشورهای اروپایی متداول بوده است .
در ایالات متحده آمریکا بدلیل عدم وجود موانع قانونی در برابر دفع فاضلاب تصفیه نشده به داخل اقیانوسها و منابع پذیرنده آبی ( نسبت به اروپا ) و همچنین وجود زمینهای وسیع مناسب برای دفع تا اواخر قرن نوزدهم به تصفیه برای دفع فاضلاب چندان توجه نشد اما در اوایل قرن بیستم شرایط زیست محیطی ایجاب کرد ، فشار برای اعمال روشهای کارآمدتر در کنترل فاضلاب رشد فزاینده ای پیدا کند .
عدم امکان فراهم آوردن سطوح وسیع و کافی برای دفع زمینی فاضلاب تصفیه نشده بخصوص برای شهرهای بزرگ منجر به استفاده از روشهای موثرتری در تصفیه فاضلاب شد.
در ایران از زمانهای بسیار دور لجن بدست آمده از چاههای جذب بعنوان کود در کشاورزی استفاده می شد . ولی در تمام این روشها ، تکیه بر بازیافت کود حاصل از فاضلاب بوده است نه تصفیه آن "1" .
مهمترین عاملی که باعث رشد صنعت تصفیه فاضلاب شد بروز اپیدمیها و بیماریهای خطرناک توسط فاضلاب تصفیه نشده و تولید روزافزون فاضلاب بر اثر گسترش شهرنشینی و توسعه صنایع بوده است "19" .
2-4-2- ضرورت و اهداف تصفیه فاضلاب
قبل از اینکه فاضلاب را به آبهای پذیرنده دفع کنیم ، باید آنرا تصفیه کنیم تا اینکه به موارد زیر برسیم :
الف – کاهش گسترش بیماریهای عمومی بعلت وجود میکروارگانیزمهای بیماریزا در فاضلاب .
ب – جلوگیری از آلودگی آبهای سطحی و زیر زمینی "3 " .
این دو دلیل به یکدیگر وابسته بوده ، چرا که یک منبع آب آلوده می تواند بعنوان پتانسیل عفونت نیز باشد . هر چند که در حال حاضر و با آگاهی هر چه بیشتر می توان گفت که آلودگی شیمیایی و میکروبی محیط زیست برای خود طبیعت بیشتر نامطلوب بوده و بنابراین اندازه کاهش آلودگی باید بر اساس نقطه نظرات زیست محیطی استوار باشد .
تصفیه فاضلاب بصورت مصنوعی یکی از راهکارهای دستیابی به استانداردهای محیط های پذیرنده پساب دفع شونده می باشد . تصفیه فاضلاب ، جداکردن آلاینده های موجود در فاضلاب که بصورت جامد و مایع هستند می باشد . این کار امکارن دفع نهایی اجزاء تثبیت شده فاضلاب را بدون ایجاد اثر سوء در محیط فراهم می آورد . در تصفیه فاضلاب اهداف زیر مد نظر است :
الف – تامین شرایط بهداشتی برای زندگی مردم
فاضلابهای شهری همیشه دارای میکروبهای گوناگونی می باشند که قسمتی از آنها میکروبهای بیماریزا هستند . ورود فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست و منابع طبیعی آب ، چه آنهائی که روی زمین قرار دارندت و چه آنهائی که زیر زمین قرار دارند موجب آلوده شدن این منابع به میکروبهای بیماریزا میگردد و در اثر تماس انسان با این منابع و یا مصرف آب آلوده خطر گسترش این بیماریها بین مردم بوجود می آید "19 " .
ب – پاکیزه نگهداشتن محیط زیست
وارد نمودن فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست موجب آلودگی این محیط شده که علاوه بر خطرهای مستقیمی که برای بهداشت مردم دارد ، نتایج دیگری از قبیل : ایجاد مناظر زشت ، بوهای ناخوشایند و سرانجام تولید حشرات را بهمراه دارد . این حشرات ، خود وسیله ای برای جابجا شدن میکروبهای بیماریزا و آلودخ سازی محیط زیست با این میکروبها می باشند " 19 " .
ج – بازیابی فاضلاب
با توجه به اینکه مقدار نمکهای معدنی محلول در فاضلاب بمراتب کمتر از آب دریاهای آزاد می باشد و فاضلاب جزء آبهای شیرین و آلوده بحساب می آید استفاده دوباره از فاضلاب تصفیه شده بجـای آب شیرین جهت آبیاری کشاورزی بمراتب ارزانتر خواهـد بود "15" .
3-4-2- روشهای تصفیه فاضلاب
برای تصفیه فاضلاب روشهای متعددی وجود دارد این روشها شامل تصفیه فیزیکی ، تصفیه شیمیایی و تصفیه بیولوژیکی می باشد . تصفیه فیزیکی شامل واحدهای دانه گیر و ته نشینی اولیه می باشد که مهمترین هدف آن حذف مواد قابل ته نشینی تحت تاثیر نیروی ثقل میباشد . در تصفیه شیمیایی ، استفاده از مواد شیمیایی در حذف آلاینده ها مورد نظر است که به دلیل ایجاد لجن زیاد و گران بودن ، تا حد امکان از این روش استفاده نکرده و از سایر روشها بجای آن بهره میگیریم .
تصفیه بیولوژیکی که مهمترین و پرکاربردترین روش تصفیه فاضلاب می باشد را می توان در دو گروه
کلی : 1- سیستمهای رشد معلق 2- سیستمهای رشد چسبیده تقسیم بندی نمود "19" .
1- سیستمهای رشد معلق ( Suspended growth process)
مواد آلی داخل فاضلاب بصورت محلول یا معلق هستند که وظیفه تجزیه و هضم آنها بر عهده میکروارگانیزمها می باشد .
چنانچه شرایطی فراهم آید که میکروارگانیزمها در داخل فاضلاب معلق باشند به اصطلاح در فاز مایع با هم برخورد داده شوند و در عین حال تصفیه فاضلاب نیز انجام گیرد . به این فرآیند رشد معلق گفته می شود . چون کلیه میکروارگانیزمها به رشد و تکثیر در محیطی می پردازند که همواره در آن معلق می باشند . از فرآیندهای اصلی تصفیه بیولوژیکی رشد معلق می توان به :
1- فرآیند لجن فعال .
2- حوضچه های هوادهی
3- راکتور ناپیوسته متوالی
4- هضم هوازی لجن
اشاره کرد . از میان این روشها ، لجن فعال فرایندی است که بیش از همه در تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرد که مختصرا" بررسی می شود "6 " .
روشهای تصفیه عموما" به دو دسته هوازی و بیهوازی تقسیم می شوند که روشهای تصفیه رشد معلق عموما" هوازی هستند . در سیستمهای بی هوازی گاز متان تولید می شود که منبع انرژی با ارزشی است . در سیستم بی هوازی لجن کمتری تولید می شود . هزینه های تامین انرژی هوادهی در روش هوازی بیشتر از هزینه تامین بی هوازی است . سرعت رشد میکروارگانیزمهای اختیاری در سیستم بی هوازی کمتر است "30 " . سیتمهای بیهوازی حساسیت بیشتری به دما و ph دارند .
فرآیندهای تصفیه هوازی عبارتند از :
1- لجن فعال .
2- فیلتر چکنده .
3- دیسکهای بیولوژیکی چرخان .
4- حوضچه های هوادهی .
5- هضم هوازی لجن .
6- راکتور ناپیوسته متوالی .
و غیره و فرآیندهای تصفیه بیهوازی عبارتند از :
1- سپتیک تانک .
2- فیلتر بیهوازی .
3- هضم بی هوازی لجن و غیره .
سیستمهای رشد چسبیده Attached growth processes) (
در سیستمهای کشت میکروبی چسبیده یا به عبارتی در فرآیندهای رشد چسبیده از راکتورهای بیولوژیکی استفاده می شود که در آنها فاضلاب با لایه های میکروبی متصل به سطوح در تماس است . میکروارگانیزمها در سطح ماده واسطه ای که Media) ( خوانده می شود جمع شده و با استفاده از مواد پروتئینی لزج ( آنزیمها ) به آن می چسبند این لایه جاندار که به آن بیوفیلم گفته می شود مکانی انباشته ااز میکروارگانیزمهاست که نقش تصفیه فاضلاب را بعهده دارد . در این فرآیندها حذف مواد آلی و همچنین فرآیند نیتریفیکاسیون Denitrification) ( قابل تحقق است (23 و 15 ) .
برجی که از ماده واسطه پر شده است بنام برج بیولوژیکی خوانده می شود و چنانچه بستر آن بصورت نامنظم پر شده باشد آن را فیلتر چکنده گویند . آنچه که در این فرآیند اتفاق می افتد بدین صورت است که فاضلاب از سطح بیوفیلم داخل راکتور عبور می رسند و بعلت وجود گرادیان غلظت در لایه به داخل آن نفوذ میکند . ذرات و کلوئیدهای معلق ممکن است در سطوح چسبیده باقی بمانند . اکسیژن لازم برای فرآیندهای هوازی رشد چسبیده از طریق اکسیژن فاضلاب ورودی و همچنین از طریق فضاهای خالی داخل داکتور تامین می شود . رشد لایه بیوسم به یک جهت محدود میباشد و این جهت به طرف بیرون از سطح جامد است .
از مهمترین فرآیندهای رشد چسبیده میتوان به صافیهای چکنده با بار آلی کم و باز زیاد ، دیسکهای بیولوژیکی چرخان ) RBC ( و راکتورهای با بستر پر شده اشاره نمود .
فرآیند لجن فعال – ) Activated (
راکتورهای لجن توسط آردرن و لاکت در انگلستان ابداع شد "26 " .
چون در این فرآیند لجنی که ته نشین می شود حاوی میکروارگانیزمهای زنده است و این لجن را برای افزایش جرم زنده و تسریع واکنشها بر می گردانند آنرا لجن فعال می گویند .
فرآیند لجن یک سیستم تصفیه از نوع رشد معلق است که می توان آنرا در راکتورهای اختلاط کامل یا جریان پیستونی انجام داد .
با توجه به اینکه مطالعات زیادی در خصوص ترکیب روشهای تصفیه بطور مثال لجن فعال با فیلتر چکنده و یا سیستم های هوازی ، صورت گرفته اما کاربرد سیستم ترکیبی سپتیک تانک با دیسکهای بیولوژیکی چرخان در مطالعات و بخصوص در داخل کشور دیده نشده . لذا ضرورت تحقیق در این زمینه امری کاملا" اجتناب ناپذیر است .
در ادامه ابتدا به ضرورت وجود سپتیک تانک و معرفی آن و سپس نیاز به بهینه کردن سپتیک تانک توسط ترکیب با دیسکهای بیولوژیکی چرخان اشاره می شود .
5-2- شناسایی و دلایل ساخت تصفیه خانه های کوچک
هماهنگونه که مختصرا" در مقدمه ذکر گردید تاسیس پالایشگاههای بزرگ و مدرن فاضلاب تنها به دلایلی چند محدود می شود که این دلایل مفصلا" در ادامه بیان می گردد. بنابر این تصفیه خانه های کوچک مطرح می گردند . منظور از تصفیه خانه های کوچک ، تصفیه خانه هایی هستند که به عللی چند واحد از تاسیسات تصفیه خانه بزرگ یا بکلی حذف و یا ساختمان آن در واحدهای دیگر ادغام شده اند "1 " .
مهمترین عاملی که موجب کوچک شدن یک تصفیه خانه می شود ، عبارت از کم بودن جمعیتی است که فاضلاب آنها به تصفیه خانه می رسد . علاوه بر کمی جمعیت ممکن است علل دیگری نیز که در زیر نامبرده می شوند موجب کوچک شدن طرح تصفیه خانه گردند :
الف – عدم نیاز به تصفیه کامل فاضلاب
گاهی ممکن است بعلت وجود منابع طبیعی با ظرفیت تصفیه زیاد مانند رودخانه های بزرگ و یا دریا بتوان از ایجاد بعضی واحدهای تصفیه خانه خودداری و در هزینه سرمایه گذاری اولیه صرفه جویی نمود .
در این صورت فاضلاب را بصورت ناقص تصفیه کرده و بقیه عمل تصفیه را بعهده منابع طبیعی نامبرده می گذارند . البته در این حالت باید دقیقا" میزان آلودگی فاضلاب را داشته باشیم تا مبادا موجبات آلودگی محیط زیست را فراهم آوریم ، که اتفاقا" بحث اصلی مطرح شده در این تحقیق بر روی همین مساله است .
ب – بعلت عدم امکان مالی و نیاز اجتناب ناپذیر به صرفه جویی از ساختن چند واحد تصفیه خانه صرفه جویی نموده و بدین ترتیب ساختمان تصفیه خانه را کوچکتر می سازند.
ج – نوع آلودگی فاضلاب
برای تصفیه فاضلابهای صنعتی ممکن است بعلت نوع آلودگی تنها نیاز به ایجاد چند واحد برای تصفیه خانه گردد و ساختمان آن کوچک طراحی شود .
امروزه با توجه به تعداد روزافزون شهرکهای مسکونی که در مجاورت شهرهای بزرگ ساخته می شوند ، مناطق ییلاقی که نمی توانند از شبکه فاضلاب شهری استفاده کننده روستاهایی که دفع فاضلاب آنها با مشکل مواجه است و بالاخره واحدهای مستقلی از قبیل بیمارستانها ، ارگانها و غیره ، مساله تصفیه خانه های کوچک اهمیت زیادی پیدا کرده است . سبک تانک و ایمهاف تانک از انواع تصفیه خانه های کوچک هستند .
1-5-2- سپتیک تانک Septic tank ) ( .
تاریخچه- از حدود 100 سال پیش توسعه روش بی هوازی در اروپا شروع شد . در سال 1860 لوریس اچ مورزاس از تانکهای سپتیک ، که در آنها لجن ته نشین شده تحت هضم بی هوازی قرار میگیرد و عمل هضم و جدا سازی جامدات هر دو در یک نانک صورت می گیرد "1 " . در فرانسه استفاده کرد " 27 " .
دونالدکالرون در سال 1895 اولین کسی بود که به وجود متان پی برد و برای شهر اکستر انگلستان از تانک سپتیک استفاده نمود و از گاز متان حاصل شده برای روشنایی اطراف استفاده کرد "9 " .
در سالهای 1902 و 1912 آزمایشات مشابهی در آمریکا صورت گرفت . در سال 1904 دکتر کارل ایمهاف "1 " آلمانی ، از تانکی جهت تصفیه بی هوازی استفاده کرد که در آن عمل هضم و جداسازی جامدات در دو قسمت جداگانه انجام می گرفت . وی دستگاه تخمیر بیهوازی را بنام خویش ثبت نمود . که به مخزن ایمهاف معروف گردید و در سال 1904 در انگلستان محققی بنام تراویس "2 " ، تانکی مشابه تانک ایمهاف بکار برد . شمایی از ایمهاف نانک در شکل (3-2 ) آمده است .
2-5-2- تعریف سپتیک تانک
سپتیک تانک سـاده ترین نـوع تصفیـه خانه تـک واحـدی است که تصـفیه مکانیکی (ته نشینی) و تصفیه زیستی با کمک باکتریهای بیهوازی بطور همزمان در آن انجام می گیــرد "1 " .
سپتیک تانک مانند شکلهای صفحات بعد تشکیل شده است از تانک سرپوشیده ای که معمولا" با بتن آرمه و در ابعاد کوچک آن با مواد پلاستیکی مانند فایبرگلاس ساخته میشود .
فاضلاب پس از ورود به تانک و بعلت کاهش سرعت جریان آن ، قسمتی از مواد معلق خود را بصورت ته نشینی از دست می دهد و از سوی دیگر تانک بیرون می رود . درجه آلودگی فاضلابی که از سپتیک تانک بیرون می رود تقریبا" معادل درجه آلودگی فاضلاب بیرون آمده از استخرهای ته نشینی نخستین می باشد یعنی حدودا" 30 درصد کاهش آلودگی بهمراه دارد .
مواد ته نشینی شده بصورت لجن در کف تانک با کمک باکتریهای بیهوازی هضم می شود . بطوریکه تانک حداکثر 1 تا 2 بار در سال نیاز به خالی کردن پیدا می کند "1 " .
سپتیک تانک برای تصفیه فاضلاب یک ساختمان و یا مجتمعی از چند ساختمان مسکونی بکار می رود .
طول تانک مستطیل شکل را معمولا" دو تا چهار برابر عرض آن انتخاب می کنند و عمق موثر تانک حداقل باید 2/1 متر باشد . در تانکهای بزرگ عمق باید از نظر اقتصادی در حدود 2 تا 3 متر انتخاب گردد و بعلاوه فاصله سطح فاضلاب تا سقف تانک باید 30 تا 40 سانتیمتر انتخاب گردد "1 " .
برای بهتر زلال سازی فاضلاب معمولا" تانکها را مانند شکل (1-2 ) از دو قسمت و یا مانند شکل (2-2 ) از سه قسمت می سازند .
حجم قسمت اول را دو برابر قسمتهای بعدی انتخاب میکنند تا اینکه اولا" نوسانهای فاضلاب را تا حدودی جبران کند و ثانیا" مواد جامد بیشتری در آن ته نشین گردد .
ورود و خروج فاضلاب باید در نقطه ای زیر سطح تانک انجام گیرد که مواد شناور از تانک به بیرون نریزد و برای بیرون فرستادن گازهای تولید شده از عمل باکتریهای بیهوازی در سپتیک تانک لازم است لوله های تهویه ای به قطر حدود 10 سانتی متر پیش بینی گردد "15 " .
زمان ماندهیدرولیکی برای پساب در داخل تانک (ساعت 48-16 ) در نظر گرفته می شود بنابراین ابعاد تانک طبق این زمان ماند تعیین می گردند " 15 " .
کد اجرائی BS6297 برای پساب کم در سال 1983 بکار گرفته شده است "1 " .
فرمول زیر برای محاسبه ظرفیت کل سپتیک تانک جائیکه عمل لجن زدایی در فاصله کمتر از یک سال انجام می گیرد داده شده است :

وقتیکه جمعیت تحت پوشش 4 باشد ، ظرفیت تانک برابر است با

با استفاده از استاندارد ساخت سال 1985 مقدار مینیمم ظرفیت 2700 لیتر در نظر گرفته می شود " 10 " .
استاندارد آلمان ) DIN4261 ( حجم لازم در سپتیک تانک برای هر نفر 300 لیتر و حداقل حجم تانک را 3 متر مکعب پیشنهاد کرده است . حداقل حجم تانک در اطریش و سوئیس 5 متر مکعب می گیرند "1 " .
استاندارد انگلستان حجم تانک برای توقف یک شبانه روز میانگین فاضلاب در حالت بدون بارندگی بعلاوه 8/1 متر مکعب فضا برای جمع شدن لجن پیشنهاد می کند . همچنین حداقل حجم را 5/3 متر مکعب پیش بینی کرده است "1 " .
استاندارد هندستان حجم مفید تانک را حداقل 3/2 مترمکعب و بر مبنای 112 تا 252 لیتر برای هر نفر در نظر می گیرد و حجم لجن بدست آمده از تانک را 21٪ لیتر برای هر نفر در شبانه روز پیش بینی می کند "1 " .
لجن بدست آمده از سپتیک تانک از نظر وزنی 25 تا 30 درصد و از نظر حجمی 75 تا 80 درصد کمتر از لجنی است که از استخر ته نشینی نخستین بدست می آید "15 " .
نگهداری سپتیک تانکها :
برای اینکه سپتیک تانک با بازده بهتری کار کند باید به نکات زیر توجه شود :
1- هیچگونه ماده گندزدایی مانند کلر و غیره نباید به درون تانک ریخته شود چون موجب از بین رفتن باکتریهای تصفیه کننده فاضلاب می شود .
2- در فاصله زمانی لازم باید لجن جمع شده در کف تانک را بیرون آورد . لجناب را مب توان بصورت زهکشی و ثقلی خالی نمود و لجن را معمولا" با کمک پمپ بیرون می آورند .
3- هنگام خالی کردن تانک نبایستی تمام مواد لجنی را بیرون آورد ته مانده لجن در سپتیک ، کار دوباره آنرا بهبود می بخشد
شکل ( 4-2 ) نمونه ای از تسهیلات بکار گرفته شده در بیرون سپتیک تانک را نشان می دهد که این تسهیلات جهت محدود کردن تخلیه جامدات معلق بدرون سپتیک تانک ، بکار گرفته شده اند .
( b و a ) با فلهای داخلی جهت منحرف کردن مسیر حرکت گازها .
( c ) لوله ای که از تخلیه جامدات معلق به قسمت دوم سپتیک تانک ، مخالفت می کند .

3-5-2- علل کاربرد سپتیک تانک
پرداختن و توجه به سپتیک تانک از آنجا آغاز شد که بتدریج برای جلوگیری از آلوده شدن منابع طبیعی آب و بخصوص رودخانه ها و زمینهای کشاورزی ، ورود فاضلاب به این منابع
ممنوع اعلام شده . این جلوگیریها نیاز به تصفیه فاضلاب و تکامل روشهای آنرا ایجاب نمود "1 " .
با گذشت زمان و بویژه پس از جنگ جهانی دوم ، در نتیجه توسعه شهرها و صنایع ، خطر آلودگی محیط زیست و در نتیجه نیاز به تصفیه فاضلاب با شدت بی سابقه ای افزایش یافت و همزمان با آن روشهای بسیاری برای تصفیه فاضلاب پیشنهاد و بکار گرفته شد .
در تکامل فن تصفیه فاضلاب از نظر زمانی روشهای طبیعی تصفیه جزو قدیمی ترین روشهایی هستند که برای تصفیه بکار گرفته شده اند .
استفاده از فاضلاب برای آبیاری در کشاورزی بعلت خاصیت کودی آن از یکصد سال پیش تا کنون در کشورهای اروپایی متداول بوده است .
از دهها سال پیش تا کنون حوضچه های تثبیت و تصفیه فاضلاب در کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار گرفته اند .
از دیرباز می دانستند که آبهای طبیعی قادرند مواد آلی و آلوده کننده ای را که از طریق تخلیه فاضلاب و پساب دریافت می کنند تحت تاثیر میکروارگانیزمها کنند و نتیجه این عمل مصرف اکسیژن محلول آبهاست .
یکی از مهمترین عوامل آلوده کننده آبها ، فاضلاب و پساب می باشد و بطوریکه تخمین زده اند هر متر مکعب فاضلاب تصفیه نشده می تواند 40 تا 60 متر مکعب آب را بشدت آلوده نماید "9 " .
بطوریکه اگر اکسیژن این آبها بسرعت جایگزین نگردد در هیچ مصرفی ، آب آلوده قابل استفاده نخواهد بود .
در سال 1982 در سواحل ژاپن بعلت تخلیه پساب کارخانه ای ، کلیه ماهیهای دریا تا مسافت دوری بعلت وجود سموم زیاد در پساب ، آلوده و مسموم شدند "9 " .
بطوریکه در عرض چند روز مجبور شدند این ماهیهای مسموم را بمنظور دور ساختن از دسترس مرم ، صید و از بین ببرند .
یا در سال 1960 بود که تخلیه پسابهایی که شدیدا" آلوده به فلزات سنگینی مثل روی – سرب و کادمیم بودند و مصرف آبهای آلوده در کشاورزی ژاپن باعث گردید که اولا" برنجایی که با این آبهای آلوده آبیاری شده اند شد باز ایستند "9 " .
ثانیا" افرادیکه از آب آلوده بعنوان منبع آب آشامیدنی استفاده کردند بنوعی ناراحتی استخوان که در اثر آن استخوانها نازک و شکسته میگردید دجار شدند . بعدها معلوم شد که هر دوی این عوارض بعلت سرب و کادمیم زیاد در آب آلوده بوده است "9 " .
با توجه به شواهدی که بیان گردید در ضرورت تصفیه صحیح فاضلابها ابهامی باقی نمی ماند و به تبع آن لزوم استفاده از سپتیک تانک مطرح می گردد که با طراحی و کاربرد صحیح می توانیم به اهداف زیر تا حدود زیادی نزدیک شویم .
1- تصفیه فاضلاب علاوه براینکه آلودگی های محیط را به میزان وسیعی کاهش می دهد ، فاضلابهای تصفیه شده را با اطمینان می توانیم در آبها یا زمین تخلیه کنیم .
2- فاضلاب تصفیه شده بطریقه بیولوژیکی براحتی می تواند مصارفی در کشاورزی و یا درصنعت بعنوان آب خنک کننده ) Cooling Water ( در مراکز تولید نیرو داشته باشد .
3- بقایای موادیکه انسان مصرف کرده و بصورت مواد دفعی داخل فاضلاب گردیده در روشهای تصفیه بصورت لجن فعال زائد بعد از عملیات هضم لجن ، بعنوان کود بسیار مناسب و مطمئن برای باروری زمینهای زراعتی قابل مصرف خواهد بود .
مطالب عنوان شده فوق در خصوص ضرورت تصفیه فاضلاب و به تبع آن ضرورت سپتیک تانک می باشد . اما پساب خروجی از سپتیک تانک باید با اطمینان کامل ( از لحاظ میزان آلودگی ) وارد محیط زیست گردد .
در گذشته به طرق مختلفی این کار انجام می گرفت که در اینجا به ذکر نمونه هایی از آنها بترتیب زمان استفاده ، پرداخته می شود .
1- پخش فاضلاب خروجی از سپتیک در خاک توسط جریان ثقلی متناوب ، شکل (5-2 ) و شکل (6-2 ) .
2- استفاده از فیلترهای شنی شکل (7-2 ) و ساختن بسترهای سنگی برای جذب فاضلاب به داخل زمین مانند شکلهای (8-2 ) و (9-2 ) .

3- استفاده از والت فیلتر در درون سپتیک تانک شکل (b-10-2 ) .
4- استفاده از فیلتر بیولوژیکی شکل (14-2 ) "15 " .
شکل (11-2 ) – سپتیک تانک بتنی دو خانه ای جدا از هم "15 " .
شکل (12-2 ) – سپتیک تانک دو خانه ای با سیستم جذب در زمین "15 " .
شکل (13-2 ) – سپتیک تانک یا تانک ته نشینی از جنس فایبر گلاس "15 " .
اما تمام این سیستمها بازدهی محدودی دارند و به نوعی نظر ما را از لحاظ اطمینان از آلوده نکردن محیط زیست ، جلب نکردند لذا همین مساله انگیزه ای بود ، جهت تفکر بیشتر در زمینه بهینه سازی راندمان سپتیک تانک .

6

-2- تاریخچه توسعه سیستم RBS
در سال 1900 توسط "ویگاند " در آلمان جهت تصفیه پساب از این فرآیند استفاده شد . امتیاز آن بخاطر توصیف یک استوانه شامل تکه های چوب بود "15 " .
در سال 1926 ، ایمهاف و در سال 1934 بچ نیز این فرآیند را تحقیق کردند "15 " .
در سال 1930 Emscher filter جایگزین این فرآیند شد اما بعلت تراکم و مسدود شدن رسیدگی بیشتر نشد .
بطور مشابه آلن در سال 1929 یک اختراع بنام " چرخ بیولوژیکی " را توسط Maltby در آمریکا گزارش کرد که شامل یک سری چرخهای پره دار گردان بود "15 " .
فرآیند RBC در سال 1960 در کشور آلمان غربی نصب شده بود و سپس تکنولوژی آن به ایالات متحده معرفی شد "15 " .
این فرآیند از سال 1969 فقط در ایالات متحده امریکا بکار گرفته شد در ایالات متحده و کانادا 70 درصد سیستمهای RBC نصب شده فقط برای حذف BOD ترکیبات کربن دار بکار می رفتند ، 25 درصد بصورت ترکیبی از حذف BOD ترکیبات کربن دار و حذف نیتروژن ) Nitrification ( و 5 درصد برای nitritication ثانویه جریان خروجی"15".
بعلت خواص ساختمان RBC ، افت هد هیدرولیکی پائین و عمق کم ، سازگاری با شرایط جدیدی یا وجود تصفیه آسان ، کاربرد آن گسترش بیشتری پیدا کرد .
1-6-2- توصیف سیستم RBC
سیستم RBC شامل یک سری دیسکهای چرخان است که نیروی چرخشی توسط یک الکتروموتور با دور کم (15-1 ) دور در دقیقه ، به سیستم القاء می شود .
این دیسکهای چرخان که اصطلاحا" Media "1 " نیز نامیده میشوند بر روی یک محور نصب میشوند که این محور بصورت مستقیم یا غیر مستقیم به الکتروموتور ارتباط دارد . ارتباط غیرمستقیم الکتروموتور با محور در مواقعی برقرار میشود که دور الکتروموتور زیاد باشد و جهت کم کردن این دور ناچار به نصب چرخ دنده های مناسب یا تسمه میشویم .
حدودا" (60-40 ) در صد سطح Media درون فاضلاب قرار میگیرد و در اثر گردش آرام Media بر روی صفحات ، یک سیستم رشد چسبیده ) Attached growth ( پدید خواهد آمد که biofilm نامیده می شود و این فیلم تشکیل شده مواد مغذی را از درون فاضلاب و اکسیژن لازم را از روی سطح فاضلاب گرفته و به مصرف می رساند که ماحصل این اعمال ، تصفیه فاضلاب می باشد . بدیهی است که فیلم تشکیل شده بر روی Media از نوع هوازی است .

"1 " ) biomass ( اضافی بوسیله نیروی برشی که چرخش ایجاد می کند از فیلم جدا شده و به داخل مخلوط می ریزد که مخلوط نیز بصورت تعلیقی است .
یک سیستم کامل RBC شامل دو یا چند رشته موازی است که هر کدام از این رشته ها شامل چند مرحله می باشد .
مختصری درباره ) biofilm فیلم بیولوژیکی (
تاثیر الگوی جریان یک اجتماع میکروبی سیستمهای biofilm به آنالیز فرآیند بستگی دارد . سیستـمهای biofilm نـظیر RBC,trickling filter ، راکتـور سـوسپانسیـون ) ASR ( ، بسترهای مغشوش و غیره عمدتا" برای تصفیه پساب بکار گرفته می شوند بخاطر اینکه می توانند غلظت biomass زیادی را در راکتور نگهداشته باشند و همچنین کنترل biomass در آنها بسادگی صورت میگیرد "22" .
بطور طبیعی هم ، چنین biojelm هائی روی دیواره یا کف رودخانه های آلوده یافت می شوند "2 " . "22 " .
" هیکی و روبرت و غیره ،3، " توانستند نظرهای بسیاری را جلب کنند بخاطر اینکه شدت تغییر شکل مواد آلی در طرح آنها بسیار بالا و غیر منتظره بود .
فعالیت بیولوژیکی و ترکیب پساب بطور جرئی تعیین گشته و همچنین بار مراحل بعدی واحد تصفیه یا مقدار آب کاهش داده می شود . بنابراین کیفیت آب روی عملیات واحدها و طراحی آنها موثر است . مخصوصا" زمان ماند پساب در سیستم نیز می تواند بهمان اندئازه در واحدهای تصفیه موثر باشد .
کاهش مواد بیولوژیکی نیز یک اصل اساسی در ترتیب پساب جمع آوری شده ، واحدهای تصفیه و آب دریافتی می باشد . برای افزایش ظرفیت تخلیص سعی میشود که biomass اضافی در کانالهای زهکشی جمع آوری گردد "1 " .
از لحاظ آزمایشی تفاوت مابین biomass معلق پراکنده و biofilm الحاقی سبب تغییر فرآیند می شود ترکیب پساب تهیه شده از گلوکز و آمونیا بعنوان منبع نیتروژن در نظر گرفته شده است .
نسبت C:N:P "3 " برابر 14.7:4.3:1 ( وزنی ) میباشد "22 " .
biofilm روی یـک لایـه با جنس پروپیلن در تصفیه پساب خانـگی با یک فیلتـر چکنده ) Gouda,the Netherlands ( در یک دوره زمانی تقریبا" یک ماهه پرورش داده می شود "29 " .
جهت جلوگیری از رشد جلبکها (photoaulotropic ) ، لایه پلی پروپیلن در مقابل نور حفاظت می شود و بیوفیلم فقط در کناره انتهائی لایه پلی پروپیلن مصرف می شود . بعد از بیشتر از یک ماه ، قبل از اینکه آزمایشهای اصلی شروع شود ، biofilm به مدت سه هفته جهت عادت دادن به ترکیب پساب به آزمایشگاه آورده می شود .
تحقیقات قبلی توسط "2 " chudoba در باره اثرات الگوی جریان روی اجتماع میکروبی منظور شده بر حسب انعقاد توده لجن در فرآیندهای لجن فعال انجام شده بود "29 " .
نتیجه اینکه : 1)در راکتوربا رفتار plug و غلظت بالای سوبسترا میلی گرم/لیتر ورودی ، رشد باکتریها بصورت تشکیل لخته است در حالیکه درراکتوری با رفتار mixcd و غلظت پائین سوبسترا ، رشد باکتریها بصورت رشته ای است "1 " (انتخاب سینتیک )
2) نوع سوبسترای موجود در ورودی ، همچنین اثرات ترکیب اجتماع میکروبی ، بطور مثال مواد محلول :

نتیجه اینکه :
1) در راکتور با رفتار plug و غلظت بالای سوبسترا لیتر/ میلی گرم ورودی ، رشد باکتریها بصورت تشکیل لخته است در حالیکه در راکتوری با رفتار mixed و غلظت پایین سوبسترا، رشد باکتریها بصورت رشته ای است 1(انتخاب سینیتیک)
2) نوع سوبسترای موجود در ورودی ، همچنین اثرات ترکیب اجتماع میکروبی ، بطور مثال مواد محلول : رشد باکتریهایی رشته ای را تحریک می کنند. در حالیکه در سوبسترای حاوی ذرات ریز، لخته تشکیل می گردد2.
مورگان3 روی تصفیه پساب بستنی توسط 4 راکتور Bioflim تحقیق کرد و به این نتیجه رسید که طراحی راکتور اساساً نمی تواند نتیجه زیست میکروبی باشد ] 29[ .
لازاروا یافت که برای حجم سلولهای زنده و ترکیب اجتماعی میکروبی biofilm شرایط هیدرودینامیکی دخیل است. اما فهمید که این موضوع هنوز محدودیتهای زیادی دارد4.
سینیتیک ماکروسکپیک biofilm (فرایند ، راکتور یا ظاهر) توسط (1968 …Atkionson) و (1978 Harrcmocs) بررسی شد ] 29[.
در مورد انتقال جرم بیرونی ( از توده مایع تا سطح biofilm ) و درونی (داخل خود biofilm ) توسط تئوریهای کلاسیک مکانیک سیالات و مهندسی شیمی 5 مطالعات موفقیت آمیزی انجام گرفت ] 29[.
از قانون اول نفوذ فیک در انتقال جرم روی biofilm یک مفهوم کلی استنتاج می شود ، که بصورت نفوذگرایی یا جریان در هم روی سطح زیر (بی قاعده) biofilm انجام می گیرد6.
سهم تنفس هوازی کلی توسط biomass معلق که از فرسایش biofilm تولید می شود مشخص می گردد که بوسیله (1993 Alaerts Cao,) تحقیق شد، که همین می تواند درجه اهمیت سهم biofilm را نشان دهد ] 29[.
شکلهای صفحه بعد ، اجتماع میکروبی را در سه راکتور BATCH و CSTR و کانال نشان می دهد.
a) رشد در راکتور Batch بصورت توده ای است.
b) رشد در راکتورهای CSTR و کانال بصورت رشته ای است.

2-6-2- مرحله بندی کردن واحدهای RBC.
شکل مرحله سیستم RBC یک انتگرال جزئی از طرحی کل فرآیند است . مراحل بصورت یک سری سلولهای مستقل قسمت بندی می شوند.
مرحله بندی می تواند با استفاده از بافلها در یک تانک منفرد انجام شده یا بوسیله جدا کننده هایی در داخل یک تانک انجام شود. مرحله ای کردن سبب ایجاد شرایطی می شود که ارگانیزمها در این تغییر شرایط می توانند رشد کنند.
درجه پیشرفت در هر مرحله قبل از هر چیز به غلظت مواد آلی در توده مایع همان مرحله بستگی دارد. همچنانکه پساب به سیستم جریان پیدا می کند هر مرحله دارای یک ورودی با غلظت مواد دلی کمتر از مرحله قبل می باشد. نمونه هایی از مراحل RBC مرتب شده در شکل (19-2) آمده است ] 28[.
در تصفیه ثانوی معمولاً سه مرحله یا بیشتر برای هر جریان در نظر گرفته می شود. مراحل اضافی برای ازت زدایی یا ترکیب جذف BOD و آمونیاک بکار می رود.
برای واحدهای کوچک ، محورهای گردان RBC بصورت موازی با مسیر جریان تنظیم شده و گروه دیسکها نیز توسط بافلها جدا می شوند. (a 19-2) .
در واحدهای بزرگتر و در یک سری از رشته های برآیند، محورها عمود بر مسیر جریان نصب می شوند. شکل (b 19-2).
برای استفاده از بار در واحدهای اولیه ، یک stey-feed شکل (c19-2) یا یک سیستم مخروطی (b19-2) ممکن است بکار گرفته شود.
در مطالعه خواص هیدرولیکی یک سیستم RBC سه پارامتر مهم همیشه مد نظر است ] 28[.
1- شدت جریان مایع فاضلاب.
2- سرعت چرخش دیسکها.
3- درجه تغریق.
با استفاده از پارامترهای فوق همواره می توان راندمان سیستم RBC را هدایت کرد به این معنی که کاهش و یا افزایش هر کدام از این پارامترها تاثیر مستقیم روی بهره دهی سیستم دارد. مثلاً اگر درجه تعریق (submergence of Degree) دیسکها افزایش یابد سطح تماس با فاضلاب درون سیستم بیشتر می شود یعنی biofilm موجود بر روی دیسکها ، مواد مغذی ـ کربن ، نیتروژن ، فسفر و … ) بیشتری را در اختیار می گیرد و این مساله کمک شایاین به بهبود راندمان سیستم می کند.
از سوی دیگر اثر سرعت چرخش دیسکها () و شدت جریان مایع فاضلاب ، توام با یکدیگر مورد بررسی قرار می گیرد. مثلاً اگر سرعت چرخش دیسکها افزایش باید بناچار باید دبی فاضلاب ورودی به سیستم نیز افزایش یابد بعلت اینکه biofilm در مدت زمان کمتری به مواد مغذی و اکسیژن می رسد در نتیجه با کاهش مواد مغذی روبرو می شود که این کاهش از طریق فاضلاب ورودی باید جبران شود.
جهت بررسی پارامترهای هیدرولیکی سیستم نظیر عدد پراکندگی نیز از ترکیب این پارامترها به اعداد بدون بعدی نظیر (Re) و (Fr) می رسیم که با بررسی روی این اعداد پی به تغییرات پارامترهای هیدرولیکی سیستم خواهیم برد.
اگر شدت جریان مایع و درجه تعریق با هم ترکیب شوند پارامتر بدون بعد عدد رینولدر (Re) بدست می آید در حالیکه اگر شدن جریان مایع و سرعت چرخش

با هم ترکیب شوند پارامتر بدون بعد دیگری بنام عدد فرود(Fr) را توصیف می کنند ] 28[.
S= degree of submergence درجه تفریق
U= Velocity of liquid (LT-1) سرعت مایع
ys= Kinematic Viscosity of liquid (L2/T) ویسکوزیته سینماتیک مایع
Dh= mean hydraulic depth of flow (L) عمق متوسط هیدرولیکی مایع
= rotational speed of discs (T-1) سرعت چرخش دیسکها
g=accelertion due to gravity (T2.L) شتاب جاذبه

بعلاوه ، اختلاف مراحلRBC با ترمهای بدون بعد طول (Ln) بیان می شود.
عدد جمعی پراکندگی ( ) ، جائیکه D ضریب پراکندگی و U سرعت مایع و L طول مسیر جریان مایع است) D= Dispersion Coefficient (L2T-1)
رژیم جریان در RBC توسط یک مدل هیدرولیکی چندگانه خطی که در آن 96 پاسخ ردیاب داریم مشخص می شود 7 ] 28[.
تحت شرایط عملیاتی RBC با شدت جریان () 0.04-21.9 بدست می آید ] 28[.
سرعت چرخش 1-15rpm و درجه تغریق (32-60)% می باشد ] 28[.
برای Re محدوده 51-2500 و برای Fr محدوده 10-4× 1.26- 10-6 × 5.61 بدست می آید ] 28[.
مقدار d نیز کاهش عمده ای دارد بطوریکه در مرحله اول 76% و در مرحله چهارم 2.48 و در نهایت به 0.6 می رسد] 28[.
در محدوده پراکندگی (0.048-8.24)d مشاهده شده که انحراف کمی از سل هیدرولیکی پیشنهاد شده زیر برای یک راکتور RBC چند مرحله ای دارد ] 28[.
این مدل با یک ضریب تصحیح 95% بصورت زیر است :
(4-2)
مدل هیدرولیکی پیشنهادی که از آنالیز 96 مشاهده پاسخ ردیاب در 4 مرحله راکتور بدست آمده است. فرمولاسیون این مدل توسط پارامترهای بدون بعد کل تحقیق شده است . (Re,Fr,LR) تخمین مقدار Re توسط تغییر مقادیر S,Q بدست می آید که این دو پارامتر از پارامترهای هم عملیات راکتور RBC جهت ارزیابی می باشد.
طول بدون بعد ، فاصله نقطه نمونه گیری به طول کل راکتور LR=

نتیجه
1- در یک راکتور RBC چند مرحله ای ، عدد پراکندگی محوری جمعی با پارامترهای بدون بعدLR,Fr,Re ارتباط دارد.
2- پارامترهای اصلی عملیاتی راکتور RBC (شدت جریان مایع ، درجه تغریق و سرعت چرخش دیسکها) می توانند بصورت مناسب دسته بندی شده و به پارامترهای بدون بعد Fr,Re تبدیل شوند.
3- نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که بکار بردن مراحل در راکتور RBC بتدریج که به مراحل پایانی نزدیک می شویم اختلاط کمتر می شود در نتیجه به رژیم جریان plug-flow نزدیک می شود بنابراین مرحله بندی در یک راکتور RBC می تواندکاملاً سودمند و متعاقب آن برای تصفیه پساب نیز مفید است.
4- ورود مایع به سیستم راکتور روی خواص هیدرودینامیکی سیستم تاثیر می گذارد که شامل مدل هیدرولیکی پیشنهاد شده نمی شود.

7-2- اصول تصفیه بیولوژیکی ـ
فعالیت میکروارگانیزمها روی مواد آلی محلول مغذی (سوبسترا) سبب می شود تا در سوبسترا تغییرات تدریجی ایجاد گشته و میکروارگانیزمهای بیشتری تولید گردد.
بنابراین از طریق تنفس درونزا، سلولهای جدید تولید می شود تا سلولهای موجود در سوبسترا تنزل نداشته باشند.
در ترمهای مهندسی، سوبسترا ، پساب و سلولهای میکروبی ، لجن را تشکیل می دهند.

شدت رشد میکروبی
معادله اساسی مربوط به سرعت تولید جامدات و حذف سوبسترا بصورت زیر داده شده است ] 22[.
(5-2)
جرم جامدات میکروبی (سلول ) در سیستم بنام X=(MLvss)
جرم محلول سوبسترا خارج شده (مثلاً BOD) = Sr
زمان t=
ضریب بهره( ) = Y
یک نمونه مشاهده شده برای پساب خانگی ] 22[ :
بعلت زمان ماند طولانی در طی فرآیندهای تصفیه ، مقداری از سلولها به سبب تنفس درونزا کاهش می یابد. بنابراین سرعت خالص تولید بصورت زیر است :
(6-2)

ثابت سرعت کاهش درونزا
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــ= kd
واحد زمان

نظر به اینکه رشد در سیستمهای بیولوژیکی متناسب با جرم سلولهاست ، سرعت در ترمهای رشد باید بر واحد جرم بیان شود، بصورت :
(7-2)

ثابت ویژه سرعت رشد
ــــــــــــــــــــــــــــــ =
واحد زمان
موناد نشان داد که طبق معادله (8-2) به غلظت سوبسترا بستگی دارد ] 22[.
(8-2)
(لیتر / میلی گرم ) غلظت سوبسترا =s
مقدار غلظت سوبسترا در
ماکزیمم مقدار احتمالی تحت شرایط داده شده وقتیکه سوبسترا محدود نباشد مقدار نمونه برابر (BoDu روز / 3-1) یا CoD پایه می باشد ] 22[.
محدوده ks حدود (لیتر / میلی گرم 55-60) برای پساب ، BoDu پایه یا حدود (لیتر/میلی گرم)45، BoDu پایه است. این مقدار برای ماده ای مانند گلوکز فقط (لیتر/میلی گرم0.2) است ] 22[.

1-7-2- سینیتیک تصفیه :
از معادله داده شده بالا می تونیم بازنویسی کنیم :
(9-2)
ترم را می توان با k جایگزین کرد که سرعت ماکزیمم سوبسترا مصرفی بر واحد زمان است. سینیتیک تصفیه به مقادیر s,ks ارتباط دارد. می توان دو شرایط مرزی در توسعه معادله (9-2) مشخص کرد:
1) وقتی که s>>ks
(10-2)
در اینجا حذف ، مستقل از غلظت سوبسترا و فقط به جرم جامدات میکروبی حاضر در سیستم بستگی دارد.
2) وقتی که s<<ks
(11-2)
1- (زمان ) . 1- (لیتر/میلی گرم) شدت مخصوص سوبسترا مصرفی = k1
در تصفیه پساب ، مقدار s در یک راکتور کاملاً mixed می تواند حدود باشد.
مقدار ks حدود 45 , ، بنابراین یک واکنش درجه 1 ساخته می شود. اما در تصفیه گلوکز با همان 10=S، ks=0.2 و مقدار ، واکنش درجه صفر ساخته می شود در نهایت k1 توسط داده های آزمایشگاهی یا میدان مشاهده اندازه گرفته شده و طرح می شود ]22[.
"اکن فلدر" مقدار نمونه k1 را برای پساب خانگی]-1(day)-10.017-0.03[می دهد. در صورتیکه برای پساب های شیمیایی ـ پتروشیمیایی مقدار آن کمتر است (0.0003-0.017) . غلظت جامدات میکروبی (x) بصورت داده شده است. مقادیر x می تواند از فرآیند دیگر تغییر کند. برای مثال در مردابهای هوادهی x=50-150 است، در حالیکه در فرآیند هوادهی گسترده x=4000 .
همچنین حجمهای (v) تانکهای تصفیه در دو حالت متفاوتند. بنابراین جرم جامدات X و همچنین زمان خواسته شده جهت تصفیه در هر حالت متفاوت است.
تعیین قابلیت تصفیه و ثابتهای سینیتیکی در آزمایشگاه انجام می پذیرد (مخصوصاً برای پساب های صنعتی) جزئیات چنین مطالعاتی در منابع مختلف آورده شده است.
8-2- موازنه جرم روی سیستم RBC
از مدل (fixed-film) برای کنترل شدت واکنش در RBC می توان استفاده کرد فاز مایع در تماس با دیسکها کاملاً یکنواخت (مخلوط کامل) و انتقال جرم موجود نامحدود فرض می شود، بدین ترتیب موازنه جرم روی سوبسترا بصورت زیر بیان می شود]22[ .
(12-2) QSi-QSe+rsvb=0
( )غلطت سوبسترا ورودی = Si و () دبی جریان = Q
() نرخ مصرف سوبسترا = rs و () غلظت خروجی = Se
(لیتر) حجم جامدات بیولوژیکی (biomass) فعال روی دیسکها = vb
(سانتی متر ) طول مسیر انتقال جرم = و vb=av
سطح biofilm
حجم مایع = v و ــــــــــــــــــــــــــــــ = a
واحد حجم مایع
برای واکنشی که از سینیتیک موناد تبعیت می کند، موازنه جرم بصورت زیر درمی آید :
(13-2)

زمان اقامت (14-2)
فاز مایع
اگر نفوذ مایع سوبسترا از فاز مایع به فصل مشترک مایع biofilm انجام گیرد موازنه جرم بصورت زیر بیان می شود:
(15-2) QSi-QSe-kLa(Se-Sf)v=0
با معرفی کردن زمان اقامت (لیتر) حجم مایع v= و () ضریب انتقال جرم kLa= و صفر قرار دادن sf در نزدیکی فصل مشترک داریم :
(16-2)
برای N مرحله بصورت سری و زمان اقامت یکسان برای هر مرحله، مایع سوبسترای خروجی عبارتست از :
(17-2)
اگر جامدات معلق به مایع اضافه شوند ، ترم مختص به آنها به معادله موازنه جرم اضافه می گردد.
لاموتا حد سرعت مایع را کمتر از (0.8) یافت ، در اکثر سیستم های RBC شدت واکنش توسط انتقال جرم کنترل می گردد ]22[ .

9-2- پارامترهای تاثیرگذار بر روی رشد بیولوژیکی
برای میکروارگانیزمها در یک سیستم بیولوژیکی همواره باید شرایط لازم جهت رشد ایجاد گردد. میکروارگانیزمها درگام اول نیاز به مواد مغذی و اکسیژن کافی جهت تنفس دارند بطور مثال اگر در یک سیستم میزان مواد مغذی جهت رشد کافی نباشد رقابت بین میکروارگانیزمها جهت کسب مواد مغذی بوجود می آید.
در مرحله بعد ، یک واحد بیولوژیکی نیاز حیاتی به شرایط فیزیکی و ترمودینامیکی مناسب جهت رشد موجودات زنده دارد. که این شرایط باید بطور کامل تحت کنترل درآید.

1-9-2- اثر PH
تاثیر PH روی فعالیت باکتریها به گونه ای است که کارکردن خارج از محدوده تعیین شده PH اثرات بازدارنده و مخرّبی روی سیستهای سلولی و آنزیمی میکروارگانیزمها دارد و باعث بروز زیانهای جبران ناپذیر می گردد. عموماً PH بهینه برای رشد سلولی 5/8-5/6 در نظر گرفته می شود ]6[ و ]22[ .
در این محدوده PH ، بازده حذف مواد کربن دار متاثر از تغییر PH نیست اما در PH کمتر از 5/6 باکتریها و قارچها شروع به رقابت می کنند و در PH بالای 5/8 تاخیر در رشد متابولیکی سیستم ایجاد می شود.

2-9-2-اثرات سمیت و روش کاهش آن
وجود مواد سمی در داخل واحد بیولوژیکی باعث مرگ و میر میکروارگانیزمها می گردد که روش کاهش سمیت این است که میکروارگانیزمهایی که نسبت به سمیت و تکه شدن مقاوم تر هستند را به یک فرآیند انتخاب طبیعی چندگانه وارد می کنیم که در این حالت حساسیت جمعیت میکروارگانیزمها به سمیت کاهش پیدا می کند.

3-2-9- اثر دما
وقتی که دما کمتر از 55 درجه فارنهایت باشد شدت حذف مواد آلی کاهش می یابد.از اثرات دیگر دما این است که سطح خواسته شده RBC افزایش می یابد.
منحنی سطح صحیح برای دمای کمتر از 55 درجه فارنهایت در شکل (20-2) آورده شده است ]28[ .

10-2- محدوده بارهیدرولیکی مناسب برای سیستم RBC .
طرفیت بهیه برای سیستم می باشد ]28[ .
در نتیجه حجم یک مرحله (45.42m3)1200gal برای یک محور ft2 100000 (m29290) می باشد ]28[ .
این حجم یک زمان اقامت 2h44. 1 را برای یک بار هیدرولیکی فراهم می کند]28[ .
در یک نمونه اگر عمق آب 5ft(1.52m) باشد، medie باید 40% زیر آب باشد ]28[ .

پوشش
معمولاً روی هر محور، پوشش پلاستیکی از جنس فایبرگلاس داده می شود. در بعضی حالات واحدها را جهت حفاظت در مقابل سرمای هوا در خانه هایی محصور می کنند. سیستم های RBC به دلایل زیر حصار کشیده می شوند.
1- محافظت از medie پلاستیکی در مقابل اشعه ماوراء بنفش.
2- محافظت در مقابل دمای پائیدن.
3- محافظت از medie و سایر تجهیزات در مقابل نابودی.
4- کنترل رشد جلبک در طی فرآیند.

11-2- مشکلات عملیاتی اجرایی :
بعضی از واحدهیا RBC در ابتدای مشکلاتی نظیر شکستن یا کوتاهی محور و یا شکستن media، تحمل شکست و مشکلات مربوط به بو داشتند.
شکستن محور یکی از جدی ترین مشکلات مربوط به این فرآیند است بخاطر اینکه خسارت به این قسمت ممکن است باعث نابودی قسمتهایی از media ، نیز شود. علت شکستن محور ممکن است بعلت عدم دقت کافی در طراحی ساختمانی آن ، سائیدگی فلز و biomass اضافی انباشته شده روی media باشد.
شکستن media ممکن است بعلت در معرض حرارت زیاد قرار گرفتن ، حلالهای آلی ، اشعه ماوراء بنفش و یا عدم دقت در طراحی ساختمان آن باشد.
شکستن ممکن است در اثر عدم روغن کاری کافی نیز پدید آید.
مشکلات مربوط به بو بطور جزئی در مرحله اول اغلب بعلت زیاد بار آلی سیستم می باشد. تغییر و تبدیل تجهیزات می تواند مشکلات را تا حدی آسان و نگهداری و تعمیر تجهیزات را ساده تر کند و با افزایش درجه تغریق می توان بار محور را کاهش داد.

12-2- تلفیق سپتیک تانک با RBC
سپتیک تانک سنّتی (معمولی) حدوداً 30% مقدار 8BOD(آلودگی) را کاهش می دهد و این مقدار تقریباً با کاهش آلودگی است که از تانک ته نشینی اولیه بدست می آوریم.
بنابراین به این نتیجه می رسیم که در سپتیک تانک سنتی، تصفیه چندانی صورت نمی گیرد و تقریباً فقط عمل ته نشینی انجام می شود. لذا این راندمان نمی تواند راندمان چندان مناسبی باشد و تخلیه پساب ناشی از سپتیک تانک سنّتی موجب بروز خسارات فراوان در محیط زیست می شود.
بنابراین جهت افزایش راندمان سپتیک تانک تصمیم گرفتیم که سیستم RBC را با آن ترکیب کنیم. بدین ترتیب که سیستم RBC را در قسمت دوم تانک که یک سوم حجم کل سپتیک تانک را دربردارد ، تعبیه کنیم.
در قسمت اول که دوسوم حجم کل سپتیک تانک را دربرگرفته است ضمن اینکه عمل ته نشینی صورت می گیرد، مقداری از تلاطم پساب ورودی کاسته می شود و سپس پساب وارد قسمت دوم می گردد که حاوی سیستم RBC است.
در قسمت دوم در اثر گردش دیسکها و تماس پساب با biofilm تشکیل شده روی سطح دیسک ، عمل تصفیه صورت می گیرد.
به این معنی که میکروارگانیزمهای biofilm موجود روی سطح دیسکها شروع به هضم فاضلاب می کنند و بدین ترتیب BOD فاضلاب کاهش خواهد یافت.
کاهش BOD پساب تصفیه شده توسط سیستم تلفیقی و سیستم سپتیک تانک سنّتی در نهایت با هم مقایسه شده و به این نتیجه می رسیم که سیستم تلفیقی بازده مطلوبتری دارد.

فصــل سوم

تجهیزات و راه اندازی

1-3- مقدمه
در طراحی تجهیزات هیدرولیکی، مسائلی مطرح است که حل آنها صرفاً به کمک تئوری و روابط تحلیلی امکانپذیر نبوده و ناگزیر باید از راههای تجربی و عملی بر روی نمونه کوچک شده استفاده کنیم.
بطور کلی راه حلهای تحلیلی فقط برای حل تعداد محدودی از مسائل جریان وجود دارد و در بسیاری از موارد بعلت شرایط پیچیده هندسی ، جداره معادلات جریان فوق العاده مشکل شده و نمی توان با استفاده از تئوری و روابط ریاضی ، رفتار نمونه اصلی را پیش بینی کرد.
علیرغم رشد چشمگیر علم مهندسی در قرن اخیر ، و از آن جمله استفاده از مدلهای محاسباتی و رایانه ای جهت حل معضلات مهندسی ، هنوز بدون استفاده از مدلهای فیزیکی نمی توان بطور کامل پیش بینی های لازم را در جهت بهینه سازی طرحها انجام داد.
مهندسی هیدرولیکی اصطلاحاً نمونه اصلی را پروتوتیپ9 و نمونه کوچ را مدل 10 معرفی می کند]7[ .
اصطلاح مدل در هیدرولیک به معنی توصیف مشابه آن ، پروتوتیپ می باشد به بیان دیگر، مدل توصیفگر پروتوتیپ است که از آن بمنظور پیش بینی رفتار پروتوتیپ استفاده می شود.

2-3- قوانین طراحی مدلهای هیدرولیک
1-2-3- تئوری مشابه
دو سیستم فیزیکی که در آن یکی به نحو صمیمی تمام رفتارهای دیگری را منعکس کند، با هم متشابه هستند، در این صورت معادلاتی که برای یک سیستم نوشته می شود ، برای سیستم دیگر نیز صادق خواهد بود.

2-2-3- اصول تشابه
در موقع ساخت مدل باید اصول تشابه کاملاً رعایت گردد تا بتوان اطلاعات بدست آمده از آن را نسبت به پروتوتیپ تعمیم داد. تشابه کامل بین مدل و پروتوتیپ در صورتی بدست می آید که هر دو سیستم از نظر هندسی ، حرکتی و دینامیکی متشابه باشند.

الف ـ تشابه هندسی
تشابه هندسی در حقیقت تشابه در شکل می باشد. یک مدل در صورتی مشابه هندسی پروتوتیپ است که نسبتهای تمامی طولهای متناظر در مدل و پروتوتیپ یکسان باشند. اگر این نسبت را با Lr نشان دهیم ، در این صورت نسبت بین کلیه ابعاد خطی مدل و پروتوتیپ مانند طول ، عرض و ضخامت برار خواهد شد با [v] :
(1-3)
اندیسهای m ، p و r بترتیب معرف مدل و پروتوتیپ و نسبت بین مدل و پروتوتیپ می باشد. نسبت Lr را مقیاس مدل می نامند. معمولاً در مطالعات مدل ، تمامی ابعاد و کمیتها را بصورت مقیاس مدل نشان می دهند . مقادیر دیگر مربوط به تشابه هندسی شامل سطحی و حجم می باشد که بصورت زیر نوشته می شود:
(2-3)
(3-3)
بعنوان مثال یک مستطیل با رابطه زیر تعریف می شود:
(4-3) L × B = A
که در آن A سطح ، B عرض و L طول مستطیل است. شکل مستطیل با رابطه زیر تعریف می شود:
L × n = B
با فرض آنکه 2=n باشد، در این صورت خواهیم داشت :

سایر مستطیلهای مشابه با معادله اخیر تعریف می شود. بنابراین برای تشابه هندسی دو سیستم ، لازم است داشته باشیم :
(5-3)
بطوریکه ملاحظه می شود ، در تشابه هندسی هر بعد پروتوتیپ به اندازه مقدار ثابتی که به آن مقیاس می گویند، کوچک می شود . مقیاس در یک مدل به این معنی است که هر طول مدل طول نظیر آن در پروتوتیپ است]7[ .
باید توجه داشت که همواره نمی توان اجزای پروتوتیپ را به این صورت کوچک کرد. مثلاً زیری موجود یک مجرای صاف چنانچه در نظر باشد با مقیاس مدل کوچک شود، عملی نمی باشد. حتی در صورت امکان و پایین آوردن مقدار زبری تا حد تشابه هندسی ، ممکن است این کار شرایط جدار سیال را از حالت یک جدار زیر (از نظر هیدرولیکی) در پروتوتیپ به حالت یک جدار صاف (از نظر هیدرولیکی) در مدل تغییر دهد.
این بدان معنی است که شکل جریان در مدل نسبت به پروتوتیپ فرق خواهد کرد.

ب ـ تشابه حرکتی
تشابه حرکتی در واقع تشابه در حرکت می باشد. تشابه حرکتی در مدل و پروتوتیپ وقتی بدست می آید که شکل خطوط جریان و یا به بیان دیگر مسیرهای پیمایش متناظر تمامی ذرات متحرک در یک زمان معین در هر دو سیستم اولاً به صورت هندسی متشابه باشند و ثانیاً نسبتهای سرعتهای ذرات مختلف متناظر مساوی باشند.
بعبارت دیگر باید داشته باشیم : (6-3)
بدیهی است سایر کمیتهای حرکتی مانند شتاب ، زمان و دبی نیز در هر دو سیستم باید متشابه باشند و می توان نوشت :
(7-3)
(8-3)
(9-3)
ج – تشابه دینامیکی
تشابه دینامیکی در حقیقت تشابه نیروهاست. یک مدل در صورتی از نظر دینامیکی با پزوتوتیپ خود متشابه است که اولاً از نظر هندسی و حرکتی متشابه بوده، ثانیاً نسبت نیروهای وارده بر نقاظ متناظر دو سیستم یکسان باشند.
بنابراین می توان نوشت : (10-3)
بجز تشابه های گفته شده ، تشابه های دیگری مانند تشابه حرارتی و تشابه شیمیایی وجود دارد که شرط ایجاب تشابه دو سیستم می باشد. در تشابه حرارتی ، نسبتهای درجه حرارت در نقاط متناظر و در تشابه شیمیایی، نسبتهای غلظت دوسیال در مدل و پروتوتیپ یکسان می باشد.
نیروهای موثر در مدل و پروتوتیپ عبارتند از نیروی ثقل Fg ، که از خارج سیستم اثر می کند، نیروی فشاری Fp ، نیروی ویسکوزیته Fv و نیروی کشش سطحی Fs که سه نیروی اخیر ناشی از مشخصه های فیزیکی سیال می شوند.
از طرفی بر اساس قانون دوم نیوتن، مقدار هر یک از نیروهای خارجی پیش گفته که بر یک نقطه از سیستم وارد می شوند، مساوی مقدار نیروی اینرسی (عکس العملهای داخلی) در جهت مخالف در آن نقطه می باشد. بنابراین در تشابه دینامیکی باید داشته باشیم:
(11-3)
رابطه اخیر را می توان بر حسب نیروی اینرسی به نیروهای فوق بصورت زیر نوشت :
(12-3) p
(13-3) p
(14-3) p
(15-3) p
(16-3) p

3-3- مختصری در مورد طراحی مدل
برای اینکه بتوانیم مطالعات و تحقیقات مختلف را روی طرح پیشنهادی تلفیقی ، بطور دقیق و موشکافانه مورد بررسی قرار دهیم، لازم است که مدلی از طرح مورد نظر داشته باشیم.
این مدل تمام خصوصیات طرح پیشنهادی را دربرمی گیرد مقیاس درشت بینی ، مدل ، در نظر گرفته شده است.
جهت دستیابی به نتایج دقیق و قابل قبول، دو مدل از سپتیک تانک سنتی و تلفیقی طراحی و ساخته شده و ابعاد واحد مزبور بر مبنای دو مدل هیدرولیکی و هندسی محاسبه گردید.
در ]22[ و ]15[ ، زمان ماند فاضلاب در سپتیک تانک در محدوده 48-6 ساعت در نظر گرفته شده است.
زمان ماند پارامتر بسیار مهمی است که طراحی مدل بر اساس آن صورت می گیرد بدین صورت که زمان ماند در شرایط عملیاتی و زمان ماند در مدل مورد نظر نباید تفاوتی داشته باشد لذا با علم به این مساله به طراحی مدل می پردازیم.

4-3- محاسبه ابعاد مل آزمایشگاهی
قبل از شروع محاسبات به ذکر تعریف ذیل می پردازیم:
تعریف مصرف سرانه آب ـ میزان آب مصرفی یک نفر بطور متوسط در طول یک شبانه روز را مصرف سرانه آب گویند که بر حسب ( محاسبه می گردد ]8[ .
اما میزان مصرف سرانه آب در فصول مختلف متفاوت است مثلاً در فصل تابستان نسبت به فصول دیگر میزان مصرف سرانه آب بیشتر است و در نتیجه میزان تولید فاضلاب بیشتر می باشد.
بهمین منظور ضرب افزایشی (factor Peak) در محاسبه دبی تاثیر داده می شود که این ضریب 2.5-40 در نظر گرفته شده است]15[ .

محاسبات مربوط به طراحی مدل
میزان کل 26 نفر در نظر گرفته شد یعنی اگر بطور متوسط هر خانواده را 5 نفر درنظر بگیریم تقریباً 5 خانوار مدّ نظر است لذا داریم ]8[ :
میران مصرف سرانه آب برای جمعیت 26 نفر = ( ــــــــــــ ) 150 ]8[ .

نوع ، شرایط و میزان آلودگی فاضلاب مورد نظر:
فاضلاب مصنوعی و در دمای معمولی وارد سیستم می شود ، PH خنثی و میزان آلودگی آن ( ) BoD=150 می باشد.
محاسبه دبی مورد نظر برای طراحی :
150 = میزان مصرف سرانه
نفر 26 = جمعیت (P)
2.5= peak factor ( ضریب افزایش)
0.11= 9750= 2.5 × 26.5 × 150= Q
بر اساس فرمولی که از ]15[ اقتباس شده است ظرفیت تانک بصورت زیر محاسبه می شود:
C=180P + 2000
C=ظرفیت (لیتر)
C= 180× 26 + 2000=6680litr =6.68m3

1-4-3- محاسبه "زمان ماند" 11 در داخل تانک
ــــــــــــ =
ساعت ثانیه
با توجه به اینکه حجم مستطیل 6.68 مترمکعب می باشد بنابراین با استفاده از روش سعی و خطاء ابعاد مدل مورد نظر بدین ترتیب بدست می آید:
ضمناً از ]15[ ، ارتفاع این تانک 1.5m در نظر گرفته می شود.
یعنی ارتفاع ثابت نگه داشته می شود و سعی و خطا روی طول و عرض در نظر گرفته می شود.
متر3= طول
1.5m = عرض
1.5m= ارتفاع
بر اساس ]15[ ، ارتفاع نباید از حد معینی کمتر انتخاب شود بدلیل اینکه گاهی پساب موجود در سپتیک تانک ممکن است در اثر فعل و انفعال به بیرون ریخته شود.
مقادیر بدست آمده بالا برای مدل مورد نظر ما بشرح زیر بدست می آیند : (با مقیاس )
100cm= 1m= طول
50cm= 0.5m= عرض
50cm = 0.5m = ارتفاع
0.25m3 = 0.5 × 0.5 × 1

که این مقدار دبی مورد نظر برای مدل ماست.
همانگونه که قبلاً ذکر گردید، سیستم RBC روی قسمت دوم تعبیه گردیده است و این قسمت توسط یک جداره از جنس ورق گالوانیزه از قسمت اول جدا شده است.

پارامترهای مورد نظر در طراحی RBC
1- سرعت چرخش دیسکها.
2- شدت جریان مانع فاضلاب.
3- درجه تغریق دسیکها (بر اساس (10) ، 40% در نظر گرفته می شود )

2-4-3- محاسبه تعداد دیسکها
ابتدا باید سطح مورد نیاز برای ]22[ بار هیدرولیکی کل دیسکها محاسبه شده و سپس این سطح به سطح یک دیسک تقسیم می شود در نتیجه تعداد دیسکها بدست می اید.
سطح کل (متر مربع ) = A
سطح مورد نیاز RBC در 13 درجه سانتیگراد = A
برای اینکه پیش بینی تمام مسائل را کرده باشیم (آشفتگی ، طغیان و غیره) ، مقدار سطح مورد نیاز را حداکثر می کنیم.
mg/L 150 = تقاضای اکسیژن بیولوژیکی
قطر دیسکها 0.35m= d
سطح دیسکها
تعداد دیسکها
در شکلهای (1-3) و (2-3) نمایی از سیستم طراحی شده رسم گردیده است.

5-3- ساخت پایلوتها و نصب تجهیزات مربوطه
پس از محاسبات مربوط به ابعاد سیستم مربوطه و با در نظر گرفتن مقیاس ، ابعاد مدل های مورد نظر (50 × 50 × 100) سانتی متر مکعب بدست می آید.
جهت مقایسه دو سیستم ، دو مدل با اندازه هایی که بدست آمد ساخته می شود تمام شرایط در این دو مدل یکسان در نظر گرفته می شود. مقصود از برقراری شرایط یکسان برای دو سیستم این است که اولاً دو مدل در یک محیط مورد استفاده قرار گیرند ثانیاً شرایط جریان ورودی و خروجی برای دو مدل یکسان باشد.

مدل 1 : مدل سپتیک تان سنتی
مدل انتخاب شده مکعب مستطیل است به حجم (50 × 50 × 100) سانتی متر مکعب که جزئیات مربوط به دست آوردن این ابعاد در مبحث محاسبات مربوط به طراحی آورده شده است. صفحات لازم برای ساخت مکعب مستطیل مورد نظر از جنس ورق گالوانیزه انتخاب شده است. ضخامت این صفحات 6 میلی متر و طول و عرض را به میزان دلخواه برش می کنیم. ابتدا صفحه زیرین مکعب ساخته می شود. البته این صفحه روی چهارچوبی که توسط نبشی (75×14) تهیه شده بود، قرار می گیرد و بقیه صفحات کناری هم بترتیب نصب شده و بدین ترتیب مکعب مستطیل مورد نظر تهیه می شود. در داخل مکعب مستطیل یک ورق گالوانیزه دیگر بطوری که مکعب را به دو قسمت ( و ) تقسیم کند نصب می کنیم و در مرکز آن سوراخی بقطر (25) میلی متر جهت سرریز از قسمت اول تانک به قسمت دوم پیش بینی می شود. دو سوراخ دیگر در پایین مکعب جهت خروجی لجن از دو قسمت منظور می شود البته دو عدد بوشن (5/2) سانتی متر، جهت نصب شیر خروجی، در داخل این دو سوراخ جوش می شود. یک سوراخ در ارتفاع (30) سانتی متر در قسمت دوم تانک به قطر (13) میلی متر جهت خروجی در نظر گرفته می شود.
بدین ترتیب مدل شماره (1) ساخته می شود و فقط باید از آب بندی بودن آن اطمینان حاصل کرد.

مدل 2 : مدل سپتیک تان همراه با RBC
بمنظور برقراری شرایط یکسان ، ابعاد این مدل نیز دقیقاً مانند مدل قبلی است یعنی دقیقاً مکعب مستطیلی به ابعاد (50×50×100) سانتیمتر مکعب مانند مدل قبلی ساخته می شود با این تفاوت که تجهیزات مربوطه به RBC نیز در قسمت ثانوی این مکعب مستطیل تعبیه می گردد.
تجهیزات مربوط به RBC :
1- محور (shaft) : لوله ای با قطر 25 سانتی متر.
2- دو عدد الکتروموتور: 1- 5/1 دور در دقیقه 2-6 دور در دقیقه.
3- ساخت یک بوش برنجی جهت مهار انتهای محور.
4- دیسکها: از جنس نئون تجارتی با ضخامت 3 میلی متر و به تعداد 21 عدد و قطر 35 سانتی متر.
5- واشر جهت تعبیه کردن دیسکها بر روی محور.
6- دو میله فلزی رزوه شده که به دو سر محور نصب می شوند.
7- بلبرینگ محفظه ای که بلبرینگ داخل آن قرار می گیرد.
سایر تجهیزاتی که مربوط به دو مدل می شود :
1- مخزن 120 لیتری : جهت ورودی فاضلاب مصنوعی به دو سیستم.
2- دو عدد شیر جهت نصب روی مخزن ورودی.
3- چهار عدد شیر جهت خروجی لجن.
4- شیر و شیلنگ جهت خروجی های دو سیستم.

ترکیب فاضلاب مورد استفاده
لجنی که جهت تثبیت سیستم بکار گرفته شد, لجن فعال کارخانه شیر پاستوریزه می باشد. لذا جهت آشنایی بیشتر با ترکیبات این لجن ، ترکیبات شیمیایی مربوط به شیر در جدول (1-3) منظور شده است. جهت بررسی دو سیستم از فاضلاب مصنوعی که از لحاظ آلودگی دقیقاً با فاضلاب شهری برابری می کند استفاده گردید یعنی از شیر خشک جهت این کار استفاده شد.

6-3-جزئیات ساخت و راه اندازی پایلوت
همانگونه که در مبحث گذشته ذکر گردید پایلوت طراحی شده بصورت مکعب مستطیلی به ابعاد 75 × 50 × 100 سانتی مترمکعب می باشد (طول = 100 سانتی متر ، عرض = 50 سانتی متر و ارتفاع = 75 سانتیدمتر) که در طول شصت سانتی متر، دیواره ای ثابت ، مکعب مستطیل را به دو قسمت تقسیم کرده است و حجم دو قسمت بدست آمده بترتیب برابر است با :
1- حجم قسمت اول : m3 225/0 = Cm3 225000= 75 × 50 × 60
2- حجم قسمت دوم : m3 15/0 = Cm3 150000 = 75× 50 × 40
در قسمت دوم تانک، تجهیزات مربوط به RBC نصب شده اند . البته روی صفحه وسط و در ارتفاع 30 سانتی متری دو سوراخ به قطر 13 میلی متر پیش بینی شده است که موجودی قسمت اول پس از ته نشینی از طریق این دو سوراخ به قسمت دوم منتقل می گردد. هنگام خروج فاضلاب از قسمت اول باید مراقب باشیم که با لجن ته نشین شده در مرحله اول بهمراه فاضلاب وارد مرحله دوم نشوند چرا که این عمل سبب کاهش راندمان سیستم می گردد و انتخاب ارتفاع 30 سانتی متری روی دیواره وسط نیز دقیقاً با توجه به این مساله انجام شده است.

7-3- محاسبه میزان انرژی تقریبی لازم برای تماس دهنده ها
بنا به اطلاعات ذکر شده ، الکترو موتور مورد نظر 5/1 دور در دقیقه طی می کند بنابراین می توان میزان پریود و فرکانس و همچنین سرعت زاویه ای را به ترتیب زیر دست آورد:
Sec 60 دور 5/1
دور 1
پریود (T) : مدت زمانی که دیسکها یک دور کامل می چرخند (ثانیه)
سرعت زاویه ای =

(هرتز) 025/0 = فرکانس (هرتز) = F
انرژی لازم تقریبی برای تماس دهنده ها را می توان از رابطه زیر بدست آورد]15[ :
(سطح موثر تماس دهنده های بیولوژیکی) × K= ـــــــــــــــــــــــــــــ= [FACT SHEET 31]
m2 4= سطح وثر تماس دهنده ها
برای media استاندارد 3/0 = k
برای media متراکم 2/0 = k
2/1 = 4 × 3/0 = ــــــــــــــــــــــــــــــ
8-3- نصب تجهیزات مربوط به سیستم RBC :
همانگونه که قبلاً نیز ذکر شد، سیستم RBC در قسمت دوم تانک تعبیه می شود.
قبل از اینکه سیستم نصب و راه اندازی تجهیزات مربوطه را معرفی می کنیم.
1- تهیه یک عدد محور (Shart) که از جنس لوله فولادی به قطر داخلی 25 میلی متر می باشد.
2- دیسکها از جنس نئون پلاستیک تجارتی به قطر 35 سانتی متر و ضخامت 3 میلی متر.
3- تهیه دو عدد میله توپر آهنی به قطر 10 میلیمتر.
4- الکتروموتر که به جریان متناوب 380-220 ولت کار می کند و سرعت چرخش آن 5/1 دور در دقیقه می باشد (2 عدد) :
5- واشرهای پلاستیکی به قطر داخلی 25 میلی متر.
6- مخزن اختلاط شیر خشک به آب (فاضلاب مصنوعی )
7- دو عدد شیر کلمنی جهت خروج لجن.
8- شیلنگ و بست فلزی و پیچ و مهره جهت قسمت خروجی تانک.
9- تهیه بوش برنجی .
10- دو عدد بوشن چدنی جهت تعبیه شیرها.
11- بلبرینگ 6002.

9-3- نحوه مونتاژ سیستم :
ابتدا یک عدد لوله فولادی تو خالی (بعلت سبکتر بودن ) به طول 35 سانتی متر و قطر 25 میلی متر تهیه نموده و به دو سر این لوله دو صفحه فلزی جوش می کنیم.
بعلت اینکه محور باید کاملاً آزادانه گردش کند ناچاریم که به دو سر این لوله دو عدد میله توپر آهنی وصل کنیم. در قسمت انتهایی لوله ، میله آهنی به یک بوش برنجی که از قبل تهیه شده است وصل می شود و در قسمت جلویی ، میله آهنی پس از عبور از درون یک بلبرینگ به موتور متصل می گردد البته به علت این که قسمت اتصال موتور به لوله به صورت شش گوشه بود ناچار شدیم که سر میله آهنی را نیز بصورت شش گوشه تراش دهیم تا کاملاً روی هم منطبق شوند.
جهت نصب دیسکها روی محور، واشرهایی با قطر 25 میلیمتر (قطر لوله ) تهیه گردید که روی لوله و در بین دیسکها قرار داده شد. این واشرها جهت ثابت نگهداشتن دیسکها تعبیه شد.
بدین ترتیب محور آماده نصب شد و پس از نصب موتور به سر محور و قرار دادن سر دیگر محور به یک بوش برنجی ، سیستم RBC تهیه گردیده است.

10-3- آزمایشات
کلیه آزمایشات از کتاب روشهای استاندارد چاپ نوزدهم Edition) 14th Methods Standard) استخراج شد.

1-10-3- آزمایش اندازه گیری اکسیژن محلول (DO)
مقادیر اکسیژن محلول در فاضلاب به فعالیتهای فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی آن بستگی دارد. آنالیز اکسیژن محلول یک آزمایش کلیدی در کنترل آلودگی آب و فرآیند تصفیه فاضلاب بشمار می آید. برای انجام این آزمایش از دستگاه DO سنج که قبلاً کالیبره شده بود استفاده می گردد.

2-10-3- اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD5)
در این روش که در آن اساس کار بر مبنای اندازه گیری اکسیژن مصرفی میکروارگانیزمهای داخل فاضلاب در طی 5 روز است نمونه ها باید بدون حباب هوا در داخل بطری بوده و برای مدت 5 روز در انکوباتور در دمای 20 درجه سانتیگراد نگهداری شوند. بطریهای اندازه گیری BOD از نوع بطریهای مخصوص و در سمباده ای می باشد در این تحقیق (BOD5) بر اساس اندازه گیری اکسیژن محلول اولیه و اندازه گیری آن بعد از 5 روز انجام شد. اشکال اساسی آزمایش (5BOD) طولانی بودن آن است.
(17-3)
DO1= اکسیژن محلول اولیه (میلی گرم بر لیتر)
DO5 = اکسیژن محلول بعد از 5 روز (میلی گرم بر لیتر)
P= نسبت رقیق سازی.

3-10-3- آزمایش اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (DOD)
در این آزمایش میزان مصرف اکسیژن در یک واکنش اکسیداسیون شیمیایی ملاک عمل است. این کار با استفاده از یک اکسیدکننده قوی (دی کرومات پتاسیم) در حضور یک اسید قوی (اسید سولفوریک غلیظ + سولفات نقره) انجام می گیرد. مهمترین مزیت آزمایش COD در مقابل BOD سرعت انجام آن است که معمولاً حدود 3 ساعت به طول می انجامد.
(18-3)
A= میزان سولفات آمونیوم فرو مصرفی برای شاهد (ML)
B= میزان سولفات آمونیوم فرو مصرفی برای نمونه (ML)
C= نرمالیته محلول فرو سولفات آمونیم .
8= وزن اکی والان O2
1000= میلی گرم در لیتر

4-10-3- اندازه گیری مواد معلق (MLSS)
اندازه گیری مواد معلق فاضلاب، که خود راهی برای آشنایی با میزان میکروارگانیزمهای داخل راکتور است جهت کنترل MLSS انجام می گیرد. برای انجام این آزمایش ابتدا کاغذ صافی فایبرگلاس را داخل بوته مشبک گذاشته و آن را تا 50 550 درجه سانتیگراد گرم نموده و پس از سردکردن تا دمای محیط، آن را وزن کنیم.
پس از آنکه یک حجم مشخص از فاضلاب هنگن به آن اضافه شد با استفاده از خلاء آن را صاف نموده و سپس بوته را جهت اندازه گیری MLSS به آون 103 درجه سانتیگراد منتقل می کنیم و پس از سرد کردن و وزن آن با محاسبه افزایش وزن ، پی به مقدار MLSS می بریم و همچنین برای اندازه گیری MLVSS دوباره نمونه را به کوره 50 550 درجه سانتیگراد منتقل می کنیم و اختلاف وزن حالت قبل با این حالت بیانگر مقدار MLVSS می باشد. با گذاردن نمونه داخل کوره کلیه مواد آلی آن تبخیر می شود و پس از سرد کردن نمونه تا دمای محیط وزن آن را می خوانیم از تفاوت مقدار MLSS و مقدار مواد ثابت ، مقدار مربوط به MLVSS بدست می آید.

5-10-3- کل مواد باقیمانده (TS)
از آنجا که بخشی از مواد داخل فاضلاب بصورت محلول و بخشی دیگر بصورت معلق می باشد لذا دانستن هر کدام از آنها اطلاعات خوبی بدست می دهد، برای اندازه2گیری کل باقیمانده ابتدا بوته را بهمراه کاغذ صافی در حرارت 103 تا 105 درجه سانتیگراد خشک نموده و پس از خنک کردن تا دمای محیط، آن را وزن می کنیم و سپس فاضلاب را تا حجم مشخص در بوته ریخته و آنرا در حرارت 103 تا 105 درجه قرار داده تا کاملاً خشک شود. تفاوت وزن ، بیانگر میزان کل مواد باقیمانده خواهد بود.

11-3- مواد و روشها
آزمایشهای انجام شده ـ در این تحقیق آزمایشهای اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) ، اکسیژن خواهی بیوشیمیایی پنج روزه (BOD5) ، PH ، جامدات معلق (SS) ، MLSS و علاوه بر آن مطالعات میکروسکوپی MLSS جهت شناسایی و تغییرات کمی باکتریهای رشته ای ، پرتوزوئرها و روتیفرها انجام گرفت.
کلیه آزمایشهای ذکر شده مطابق با جدیدترین روشهای استاندارد آزمایشهای فاضلاب انجام پذیرفت.]33و11[.

12-3-محلولهای لازم و روشهای ساخت آنها :
1-12-3-آزمایش اکسیژن محلول (DO)-
1- محلول سولفات منگنز : 480 گرم بلور سولفات منگنز (Mnso4,H2O) در حجم 400 تا 600 میلی لیتر آب مقطر حل نموده و پس از صاف کردن حجم آن به لیتر رسانده شد.
2- محلول قلیایی یداید آزاید : 10 گرم NaN3 در 500 میلی لیتر آب مقطر حل شد و ظاهراً کدوزت سفید رنگ آن به دلیل کربنات سدیم (Na2Co3) بوده که ضرری هم ندارد.
3- اسید سولفوریک 36 نرمال : از اسید سولفوریک غلیظ 36 نرمان H2So4 (Reagnt-grade) استفاده می شود.
4- محلول تیوسولفات سدیم 025/0 نرمال : دقیقاً 205/6 گرم بلور تیوسولفات سدیم (Na2S2O3.5H2O) و 4/0 گرم از هیدروکسید سدیم جامد (NaoH) را در آب مقطر تازه جوشیده و سرد شده حل می شود، حداکثر تا یک لیتر آن را درست کرده و هر هفته محلول تازه ای آماده می شود.
5- محلول نشاسته : با 20 گرم از نشاسته قابل حل آزمایشگاهی و 2 گرم اسید سالیسیلیک در مقدار کمی از آب مقطر، چسب نشاسته رقیقی می سازیم. این چسب نشاسته را به داخل یک لیتر آب مقطر در حال جوش می ریزیم . فرصت می دهیم تا این مخلوط برای چند دقیقه بجوشد سپس آن را سرد کرده و زمان می دهیم تا در طول شب ته نشین شود بخش سطحی شفاف آنرا خارج نموده و ذخیره می کنیم و باقیمانده را دور می ریزیم.

2-12-3- آزمایش اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (BOD5):
علاوه بر موارد ذکر شده زیر، کلیه معرفهای لازم برای تعیین اکسیژن مورد نیاز است.
1- آب مقطر:آب مورد استفاده برای تهیه محلولها باید از کیفیت بسیار بالایی برخوردار باشد. این آب نباید دارای مس یا مواد آلی تجزه پذیر باشد. آب مقطر باتری معمولی برای این کار نامطلوب است.
2- محلول بافر فسفات: میزان 5/8 گرم فسفات مونوبازیک (KH2PO4) ، 75/21 گرم فسفات پتاسیم دی بازیک (K2HPO4) ، مقدار 4/33 گرم بلور فسفات سدیم دی بازیک (Na2HPO4.7H2O) ، 7/1 گرم کلرید آمونیم (NH4PO4)، را در آب مقطر حل می کنیم و به حجم یک لیتر می رسانیم. PH این بافر بدون تنظیم بیشتر، باید 2/7 باشد.
3- محلول سولفات منیزیم : مقدار 5/22 گرم از بلورهای منیزیم (Mgso4.7H2O) را در آب مقطر حل می کنیم و به حجم یک لیتر می رسانیم.
4- محلول کلرید کلسیم : مقدار 5/27 گرم از کلرید کلسیم بدون آب (CaCl2) را در آب مقطر حل کرده و به حجم یک لیتر می رسانیم.
5- محلول کلرید فریک : مقدار 25/0 گرم کلرید فریک (FeCl3.6H2O) را در آب مقطر حل کرده و به حجم یک لیتر می رسانیم.
6- آب رقیق سازی: یک میلی لیتر از هر یک از محلولهای بافر فسفات، سولفات منیزیم ، کلرید کلسیم، کلرید فریک را به یک لیتر آب اضافه می کنیم حتی الامکان این آب را در دمای محدود به 20 درجه سانتیگراد نگهداری می کنیم این آب نباید در طول 5 روز انکوباسیون بیش از 2 میلی گرم در لیتر کاهش اکسیژن محلول نشان دهد.
7- محلول سولفیت سدیم تقریباً 025/0 نرمال : مقدار 57/1 گرم Na2So3 را در یک لیتر آب حل می کنیم این محلول پایدار نیست.
8- محلول هیدروکسید سدیم (NaoH) 10 نرمال : این محلول تنها موقعی که تنظیم PH نمونه فاضلاب ضروری باشد لازم است.
9- محلول اسید سولفوریک (H2So4) نرمال: این محلولها تنها موقعی که تنظیم PH نمونه فاضلاب ضروری باشد لازم است.

3-12-3- اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD):
1- محلول اسید سولفوریک ـ سولفات نقره : 22گرم از سولفات نقره Ag2So4 را در یک شیشه 1/4 کیلوگرمی از یک اسید سولفوریک غلیظ (H2SO4) حل می نماییم ، این مخلوط برای حل شدن سولفات نقره به 1 تا 2 روز زمان نیاز دارد.
2- محلول دی کرومات پتاسیم (25/0) نرمال: مقدار 259/12 گرم از دی کرومات پتاسیم (K2Cr2O7) را که قبلاً در دمای 103 درجه سانتیگراد و به مدت 2 ساعت خشک شده است ، در آب مقطر حل می کنیم و به حجم 1 لیتر می رسانیم.
3- محلول اندیکاتور فرلون : مقدار 458/1 گرم از ، 10 فناترولین مونوهیدلات (C12H8N2.H2O) را به همراه 695/0 گرم کریستالهای سولفات فرو (FeSO4.7H2O) در مقدار کمی از آب مقطر می کنیم و تا حجم 100 میلی2لیتر رقیق می سازیم . معمولاً این محلول اندیکاترو ممکن است به صورت آماده شده خریداری شود.
4- محلول سولفات فروآمونیوم (FaS) ، 25/0 نرمال: مقدار 98 گرم از سولفات فروآمونیوم (FeSo4(NH4)2.6H2O) را در آب مقطر حل می کنیم ، 20 میلی یتر از اسید سولفوریک غلیظ را به آن اضافه می کنیم سپس بعد از سرد کردن به حجم 1 لیتر می رسانیم، این محلول باید در برابر دی کرومات پتاسیم به طور روزانه استاندار شود.
5- سولفات جیوه (HgSO4) : کریستالهای با درجه آزمایشگاهی.
6- اسید سولفوریک : (H2SO4) : غلیط 36 نرمال ، بدون سولفات نقره.
7- محلول استاندارد COD (500 میلی گرم در لیتر) : ابتدا پتاسیم اسید فتالات (HOOCC6H4COOK) را کمی خرد می کنیم و سپس در دمای 120 درجه سانتیگراد تا رسیدن به وزن ثابت خشک می کنیم . 425 میلی گرم از آن را در آب مقطر حل می کنیم و تا حجم 1000 میلی لیتر رقیق می سازیم . از نظر تئوری پتاسیم اسید فتالات دارای COD به میزان 500 میلی گرم اکسیژن مولکولی در لیتر می باشد.
8- کلرید سدیم (NaCl).
9- هیدروکسید سدیم (NaOH).

13-3 – دستگاهها و وسایل مورد نیاز:
1- دستگاه اندازه گیری COD : از این دستگاه برای اندازه گیری COD استفاده می شود که مجهز به تایمر و کلید تنظیم دما و یک سیستم اطلاع دهنده به صورت آژیر می باشد. ظرفیت این دستگاه برای اندازه گیری همزمان 15 نمونه است.
2- ترازوی دقیق : ترازوی دقیقی که برای آزمایش جامدات و همچنین توزین مواد در محلول سازی بکار رفته شده از نوع الکتریکی با صفحه دیجیتالی با دقت 0001/0 گرم بود.
3- آون : دستگاه آون یا فور ، برای ایجاد حرارت خشک در آزمایشهای جامدات استفاده می شود . این دستگاه مجهز به پیچ تنظیم دما و همینطور صفحه نشان دهنده ماست.
4- میکروسکوپ نوری : از این دستگاه برای مشاهدات میکروسکوپی و شناسایی پروتوزوئرها و روتیفرها استفاده شد.
5- قیف بوخنر : جهت صاف کردن محلولها.
6- انکوباتور (BOD5) : این انکوباتور جهت تثبیت درجه حرارت در محدوده 5/0 20 درجه سانتیگراد بود داشتن الکترود دمایی و دو سیستم ایجاد سرما و گرما که بصورت خودکار با تنظیم سوئیچ دمایی در محدوده دلخواه 5/0 20 درجه سانتیگراد بود استفاده شد.
7- اکسیژن مترالکترودی و متعلقات مربوطه : این دستگاه خیلی حساس و ظریف بوده و از متعلقات ان یک بارومتر بود که فشار هوا بوسیله آن اندازه گیری می شد، سپس برای استفاده از اکسیژن متر از این فشار برای تنظیم کلید اکسیژن متر استفاده می شد. اکسیژن متر مجهز به صفحه دیجیتالی بود و مقدار اکسیژن را بر حسب میلی گرم در لیتر بر روی صفحه نشان می داد. در ضمن این الکترود با تنظیم دستگاه در حالت قرائت دما، قادر بود که دمای محیط را نیز بر حسب سانتی گراد بخواند. این خواندن لازمه تنظیم دستگاه جهت اندازه گیری اکسیژن محلول بود.
8- PH متر: از این دستگاه برای اندازه گیری PH نمونه های فاضلاب و سایر محلولها استفاده می شود.
9- کوزه الکتریکی : از این کوره برای اندازه گیری جامدات معدنی و آلی استفاده می شود.
10- دما سنج : برای اندازه گیری دمای محیط و فاضلاب استفاده می شود.
11- ظروف : ظروف شیشه ای ، انواع بالن ، ارلن ، پیپت ، بورت ، استوانه مدرج و … استفاده می شود.

فصــل چهارم

مطالعه تجربی پایلوتهای طراحی شده

مطالعه تجربی پایلوتهای طراحی شده
بعد از ساخت پایلوتهای مورد نظر (سپتیک تانک سنتی ، سیتیک تانک و RBC ترکیبی) و نصب تجهیزات مربوطه (مخزن ورودی و متعلقات) و تنظیم شدت جریانهای ورودی و خروجی به در پایلوت ، بحث مطالعات تجربی روی سیستم به میان می آید یعنی عوامل تاثیرگذار بر روی دو سیستم بطور کامل مورد بحث و بررسی قرار می گیرند. این عوامل تاثیرگذار یا به صورت فیزیکی یا ترمودینامیکی هستند و یا بصورت هیدرولیکی ( روی هیدرولیک سیستم تاثیر دارند).
عوامل فیزیکی و ترمودینامیکی نظیر دما ، PH ، انتالیبی و غیره و عوامل هیدرولیکی نظیر سرعت جریان ورودی، سطح مقطع ورودی جریان ، سطح موثر دسیکها، ضخامت biofilm و غیره می باشند که هر یک به تفصیل مورد بحث و بررسی قرار می گیرند.

1-4- مختصری در مورد میکروبیولوژی سیستم:
هدف از تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، انعقاد و حذف کلیه مواد معلق غیرقابل ته نشینی فاضلاب و تثبیت مواد آلی است. فاضلاب که منبع غنی و مهمی از مواد غذایی است می تواند میزبان تعداد زیاید از باکتریها و میکروارگانیزمها باشد که زندگی آنها کمک به تصفیه خود بخود و رفع آلودگی فاضلاب خواهد نمود. بطور کلی روشهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به دو گروه هوازی و بی هوازی طبقه بندی می شود ]35[ .
در روش هوازی که متداولترین آن استفاده از بستر باکتری و یا لجن فعال است تصفیه بر اساس مصرف اکسیژنی که بطور مصنوعی به فاضلاب تزریق می گردد، انجام می شود و این اکسیژن نیز به مصرف میکروارگانیزمها می رسد.
میکروارگانیزمها نقشی حیاتی در کنترل آلودگی ایفا می کنند. این اجزا میکروبی عامل ایجاد یک ظرفیت خودپالایی در آبهای طبیعی هستند لذا باید از پتانسیل این اجزا در تصفیه فاضلابها به روش بیولوژیکی استفاده کرد و برای اینکه بتوانیم از میکروارگانیزمها بنحو شایسته و مطلوب بهره بگیریم باید شرایط موجود در سیستم بیولوژیکی جهت رشد و نمو و تنفس این موجودات زنده مهیا شود.
میکروارگانیزمها مواد آلی را به مصرف می رسانند و نتیجه این مصرف، تولید انرژی و پروتئین و دیگر اجزا سلولی است. لذا واکنش جمعی تصفیه فاضلاب را می توان بصورت زیر خلاصه کرد:
(1-4) →New cell +Co2 +H2o+organic matter + o2 +
میکروارگانیزمها به دسته هتروتروف و اتوتروف تقسیم می شوند که هتروتروفها از مواد آلی بعنوان منبع تولید انرژی و از کربن بعنوان منبع جهت تولید سلولهای جدید استفاده می کنند.
اما اتوتروفها مواد معدنی را اکسید کرده و جهت تولید انرژی استفاده می کنند و از Co2 بعنوان منبع کربن جهت ساخت سلولهای جدید استفاده می کنند.
هتروتروفها به دو دسته هوازی و بی هوازی طبقه بندی می شوند. میکروارگانیزمها هوازی از اکسیژن آزاد موجود در سیستم استفاده می کنند اما میکروارگانیزمهای بی هوازی از پیوند اکسیژن موجود در ترکیبات استفاده می کنند بطور مثال از نیترات سولفات بصورت زیر استفاده می کنند:
Orgaincs +
Anaerobic miceo – organisms + Co2 +N2 + Energy (2-4)
Orgaincs +
Anaerobic miceo – organisms + Co2 +H2s + Energy (3-4)
دسته دیگری از میکروارگانیزمها وجود دارند که آنها (facultative) یا هوازی ـ بی هوازی اختیاری گفته می شود که با توجه با نامشان می توانند بهر دو صورت فعالیت داشته باشند.
بعلت اینکه سپتیک تانک یک واحد تصفیه از نوع بی هوازی است لذا میکروارگانیزمهای موجود در سیستم یا از نوع facultative و یا از نوع بی هوازی هستند.
این دو نوع میکروارگانیزم در سپتیک تانک بعلت فقدان اکسیژن آزاد در سیستم ، به اکسیژن موجود در پیوندهای شیمیایی (نیترات ، سولفات و غیره) حمله کرده و از اکسیژن آنها جهت تنفس و تجزیه ترکیبات آلی به اسیدهای آلی و الکل استفاده می کنند که بصورت زیر نمایش داده می شود :
Orgaincs + Organic acide + Co2 +H2s + Energy (4-4)
و با وجود باکتریهای متانزا در سیستم ، فرآیند هضم بی هوازی توسط تبدیل اسیدهای آلی به متان و دی اکسید کربن تکمیل می شود.
Organic acid CH4+ Co2 + Energy (5-4)
در فرآیندهای بی هوازی "پذیرش الکترون" عامل کنترل کننده محسوب می شود بدین ترتیب فقدان عامل پذیرنده الکترون در سیستم ، تجزیه ناقص سوبسترا را بهمراه خواهد داشت. بعلت اینکه میزان انرژی بر واحد سوبسترا ناچیز است.
اما در فرآیند هوازی بعلت فراوانی اکسیژن در سیستم ، میزان کربن عامل کنترل کننده محسوب می گردد.
شکل (1-4) بازده تبدیل انرژی برای متابولیسم های هوازی و بی هوازی را مقایسه می کند.

(1-4) ـ مقایسه انرژی کل مصرفی فاضلاب تحت شرایط هوازی و بیهوازی ]36[ .

A – انرژی از دست رفته
B- تنفس سلولی
C- سنتز.
D- انرژی پیوند در فرآیند نهایی
E- انرژی مصرف نشده ناشی از فقدان پذیرنده الکترون (هیدروژن)
متابولیسم ناقص، رشد بیولوژیکی کم و تولید فرآورده نهایی با انرژی پیوندی بالا نظیر اسید استیک و متان از خصوصیات واکنشهای بیهوازی است.

2-4- سیستمهای مرکب
سیستمهای مرکب سیستمهایی هستند که در آنها عمل ته نشینی و هضم در وضعیتهای مناسب صورت می گیرد.
در این سیستمها یک نوع ته نشینی مقدماتی بهمراه تثبیت لجن (بدلیل هضم ) برای اجتماعات کوچک صورت می گیرد. نمونه هایی از این سیستم ها :
1- چاههای دستشویی
2- مردابهای بی هوازی
3- سپتیک تانک
می باشند که در این تحیق بررسی راندمان سپتیک تانک مد نظر قرار گرفت ضمن اینکه در فصل دوم به تعریف مقدماتی از سپتیک تانک پرداختیم و ضرورت بهینه ساز بنام RBC پیشنهاد شد. اکنون مکانیزم سپتیک تانک و RBC را مورد بررسی قرار داده و تاثیر عوامل مختلف را بر روی آنها مطالعه می کنیم.

1-2-4- مکانیسم سپتیک تانک
سپتیک تانک محفظه ایست که در آن جامدات قابل ته نشینی بصورت لجن ته نشین شده و بطریق بی هوازی تجزیه می شوند و بعلت اینکه حدوداً (40-30) درصد بازدهی دارد معمولاً آنرا به یک فیلتر شنی مرتبط می کنند]36[ .
سپتیک تانک بصورت یک قسمتی ـ دو قسمتی ـ سه قسمتی و معمولاً از جنس بتون ساخته می شد اما امروزه از جنس پلاستیک یا فایبرگلاس هم ساخته می شود.
پساب توسط لوله های T شکل وارد و خارج می شود (بدلیل خارج نشدن جامدات و یا لایه کف).
همچنان که پساب وارد سپتیک تانک می شود جامدات قابل ته نشینی در کف تانک ته نشین می شوند و چربیها و مواد شناور سبک بر روی سطح می مانند و لایه کف را تشکیل می دهند.
در نتیجه محتویات داخل تانک به سه منطقه محدود می شود:
1- منطقه تجمع لجن که کف تانک می باشد.
2- منطقه میانی که محل تجمع مایع صاف شده می باشد.
3- لایه کف که قسمت بالایی را تشکیل می دهد.
لایه کف از سه جهت به سودمندی عملیات سپتیک تانک کمک می کند:
1- از انتقال اکسیژن بین فصل مشترک فاضلاب با هوای بالای آن جلوگیری می کند.
2- از اتلاف حرارت سیستم جلوگیری می کند (Isolation).
3- چربیها، مواد شناور و مواد جامدی که از لجن بطرف بالا می آیند را جذب می کند.
در لایه لجن معمولاً تجزیه بصورت ناقص انجام می گیرد و مواد ته نشین شده فقط هیدرولیز (تجزیه توسط آب) می شوند بنابراین محصولات نهایی یک فرآیند هضم بی هوازی (متان)تولید نمی شود و معمولاً محصولات میانی مانند اسیدهای چرب و اسید استیک تولید می شود که باعث کاهش PH سیستم می گردند این محصولات به آهستگی به قسمت مایع صاف شد، رفته و از سیستم خارج می شوند.
معمولاً دو عامل از تشکیل گاز متان ممانعت بعمل می آورد:
1- دمای کم.
2- کم بودن میزان لجن ذخیره شده.
اما در غیاب متان، گازهای دیگری تولید می شوند مانند (Co2) که جامدات را با خود به فاز مایع حمل کرده و سبب افزایش ضخامت لایه کف می شوند.
اکثر پسابها دارای مواد جامد غیربیولوژیکی هم هستند. تجمع این مواد جامد غیربیولوژیکی در لایه لجن باعث کاهش زمان ماند (time Retention) و کاهش منطقه مایع صاف شده می گردد که در نتیجه راندمان سیستم پایین می آید.
در این حالت چاره ای جز لجنروبی سیستم باقی نمی ماند لذا بطور منظمی معمولاً هر 12 ماه یک بار، سیستم احتیاج به لجن روبی دارد فقط هنگامیکه قصد داریم سیستم را دوباره راه اندازی کنیم، حدود (10-5) درصد لجن قبلی را به سیستم اضافه می کنیم. این عمل، فرآیند هضم را تسریع می کند. طبیعی است که ضمن کار سیستم سپتیک پارامترهای ترمودینامیکی و محیطی هر روز کنترل گشته تا در فرآیند هضم اختلال ایجاد نشود.
اکنون پس از آشنایی با چگونگی عملکرد سپتیک تانک به مطالعه عملکرد RBC و تاثیر پارامترهای مختلف روی این فرآیند می پردازیم.

3-4- موجودات زنده موجود در سیستم
میکروارگانیزمهایی که نقش اساسی در تصفیه فاضلاب دارند عبارتند از :
1- باکتریها
2- قارچها
3- پروتوزوئرها و روتیفرها
4- جلبکها.]31[ .
از این میان باکتریها نقش برجسته ای را در RBC ایفا می کنند همچنین میکروارگانیزمهای موجود در RBC را می توان بصورت:
1) دنیتریفایرها و نیتریفایرها.
2) میکروارگانیزمهایی که در تخمین شرکت می کنند.
3) ارگانیزمهای جمع کننده فسفر (organisms accumulating Phosphorus)
4) اتوتروفها و هتروتروفهای هوازی مورد بررسی قرار داد ]32[ .
آنچه که از لحاظ میکروبیولوژیکی سیمای RBC را مشخص می کند تغییراتی هست که در بین دو فاز و فاز مواد غذایی و کمبود آن بوجود می آید.
همچنین وضعیتهای هوازی، آنوکسیک و بی هوازی نیز در راکتور RBC بیانگر وضعیت کارکرد سیستم می باشند میکروارگانیزمهایی که در RBC فعالیت دارند بشدت پیچیده هستند و آنچه از لحاظ میکروبیولوژیکی در سیستم RBC اتفاق می افتد احتیاج به تحقیقات بیشتری دارد.
جدول (1-4) انواع باکتریها و نقشی که در فرآیند تصفیه فاضلاب دارند را نشان می دهد ]6 و 31 و 4[ .
غالب ترین باکتریهای موجود در RBC بصورت سودوموناس ، زوئوگلتا ، آرکوموباکترفلاو باکتریم ، نوکاردپا ، میکوباکتریم و دو باکتری نیتروز موناس و نیتورباکتر نیز جهت فرایند نیتریفیکاسیون شرکت دارند.
این باکتریها بطور عمده نقش حذف مواد آلی را بعهده دارند اما گونه های دیگری از میکروارگانیزمها نظیر سیلیاته ها و روتیفرها وجود دارند که ذرات کوچک لخته ای و باکتری های معلق را مصرف می کنند و باعث زلال سازی پساب خروجی می شوند.
به مرور زمان که رشد میکروارگانیزمها در داخل RBC افزایش می یابد تحمل پذیری آنها نیز بیشتر می شود. از جمله تغییراتی که میکروارگانیزمها خود را به مرور با آنها مطابقت می دهند عبارتند از :
1- غلظتها : غلظت مربوط به الکترون دهنده ها (مواد آلی ) ، الکترون گیرنده ها (اکسیژن ، نیترات ، سولفات) ، فسفات ، انواع نمکها ، ذرات آلی و غیرآلی.
2- پارامترهای شیمی فیزیکی ، مانند PH ، پتانسیل احیاء.
3- پارمترهای فیزیکی : فشارهای هیدرودینامیکی ، هیدراستاتیکی ، دما و نور.
4- پارامترهای راهبری: مدت زمان و دامنه تغییرات ایجاد شده در سیستم.
برای اینکه به سرعت رشد بالای میکروارگانیزمها و جذف زیاد مواد آلی و مغذی دسترسی پیدا کنیم باید سیستم را از لحاظ میکروبیولوژی بهینه کنیم که این امر خود مستلزم بهینه سازی در زیر مجموعه هایی است که در میکروبیولوژی باکتریها اهمیت دارند که از این عوامل می توان به F/M ، حضور اکسیژن کافی در سیستم ، دما، نور ، PH و همچنین جلوگیری از ورود مواد سمی اشاره کرد.
این بهینه سازی را می توان در زمانیکه رشد تدریجی میکروارگانیزمها اتفاق می افتد، انجام داد. همچنین راهبری درست در زمانهای مناسب می تواند به سرعت رشد کمک نموده و باعث افزایش تنوع میکروبی و جمعیت آنها شود.
علاوه بر آن تحمل تغییرات ایجاد شده در زمانهای مختلف را برای سیستم آسانتر می کند و میزان حذف آلاینده ها را افزیش می دهد ]6[ .
از نظر میکروبیولوژی سیستم RBC دارای مزیتهای بیشتری نسبت به سیستمهای پیوسته می باشد . چون نوساناتی را که باعث تغییر در فعالیت میکروارگانیزمها می شوند را بخوبی تحمل می کند و برای مدت طولانی این تحمل پذیری را حفظ می کند.
این سیستم دارای قابلیت بیشتری در مقابل شوکهای وارده از بار است و توانایی حذف مواد مغذی را در غلظتهای پایین بطور چشمگیری دارد]6[.
میکروارگانیزمها علاوه بر همکاری و همزیستی که در محیط فعالیت دارند بر سر عواملی چون مواد غذایی و مواد مغذی به رقابت می پردازند.
به همین لحاظ در وضعیتهای مختلف که در سیستم بوجود می آید گروهی از میکروارگانیزمها می توانند فعال شوند.
در سیستم RBC هنگامیکه غلظت مواد مغذی بالا باشد میکروارگانیزمهای منفرد سهم بیشتری در تجزیه مواد دارند و هنگامیکه غلظت مواد مغذی پایین است توده های باکتریایی و بیوفیلم ها بیشترین قسمت کار را انجام می دهند]6[.
ترکیب جمعیتی گونه های باکتریایی در RBC بسیار پیچیده بوده و تا اندازه زیادی ناشناخته است بهمین خاطر نمی توان عملکرد یک سیستم RBC را از قبل بطور دقیق پیش بینی کرد.
باکتریهای شیموهتروتروف که مهمترین میکروارگانیزمهای فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی هستند سایر موجودات تک و پرسلولی نیز در سیستمهای تصفیه بیولوژیکی با اهمیت هستند که در یک توده بیولوژیکی مثلاً لخته های لجن فعال وجود دارند که مهمترین آنها شامل:
تاژکداران ، مژکداران ، آمیب ها و روتیفرها می باشند که بطور خلاصه در شرح زیر آمده است :
الف ـ تاژکداران : در فرآیندهای فاضلاب اغلب گزارش شده است تاژکداران معمولاً بی رنگ بوده و از باکتریها تغذیه می نماید و یا برای استفاده از ترکیبات آلی محلول یا باکتریها رقابت می نمایند]10[.
ب ـ آمیب ها : به دو شکل پوشش دارو و بدون پوشش (عریان) وجود دارند در مورد شناسایی آمیب ها در فرآیندهای تصفیه فاضلاب تحقیقات کمی صورت گرفته است. این آمیب ها معمولاً به تعداد کمی وجود دارند اما گاهی ممکن است گروه غالب را تشکیل دهند. آمیب های پوشش دارد در مقایسه با آمیب های عریان آسانتر تشخیص داده می شوند]10[.
ج ـ مژکداران : تک یاخته مژه دار تقریباً همیشه از لحاظ تعداد، تک یاخته های غالب در فرآیندهای تصفیه فاضلاب بوده و با بیشترین تنوع گونه حضور دارند. بطور کلی حدود 250 گونه مژه دار فرآیندهای تصفیه فاضلاب گزارش شده است ]10[.
مژکداران لجن فعال به سه دسته تقسیم می شوند:
1- گونه های چسبیده : یا ساقه دار که توسط پایه خود را به فلاکها و ذرات می چسبانند. ساقه از عضله ای (میونم) تشکیل شده است که به ارگانیزم اجازه انقباض را می دهد. مژه داران چسبیده غالب عبارتند از : گونه های ورتیسلا12 ، اوپراکولاریا13 ، ایستیلیس14 ، کارشزیم15.
2- گونه های خزنده : این مژه داران روی سطح فلاکها حرکت کرده و از باکتریهای روی سطح و فلاکهای لجن تغذیه می کنند دو جنس مهم این گروه عبارتند از آسپیدسیکا16 و اوپلوتس17.
3- گونه های شناور و آزاد : این مژه داران در فاز مایع مخلوط زندگی می کنند و از باکتریهای شناگر آزاد تغذیه می کنند مهمترین جنس های یافت شده لجن فعال عبارتند از : پامسیوم18 ، کولپیدیم 19 ، لیونوتوس 20 ، شیلودونلا21 می باشند.
شکلهای (2-4) تا (7-4) نشان دهنده تک یاخته هایی است که معمولاً در فرآیندهای تصفیه یافت می شود]10[.
د _ روتیفرها : روتیفرهایی که در واحدهای مختلف تصفیه فاضلاب شناسایی شده اند به دو دسته ذیل تقسیم بندی می شوند :
1- بدلوئیده22
2- مونوگوناتا23
شکل (8-4) روتیفرهایی که در فرآیند تصفیه فاضلاب یافت می شوند را نشان می دهد.

4-4 – محاسبه میزان فسفر ورودی به سیستم:
فسفات آمونیوم = PO4NH4
جرم مولکولی فسفات آمونیوم = 113 (g/gmol)
جرم مولکولی فسفر = 31 (g/gmol)
در نسبت 170/N/P برای نیتروژن حدود (17-20)mg/L و برابر فسفر میزان (1.7-2)mg/L معقول بنظر می رسد.
در جدول (3-4) میزان فسفر در gr 100 پودر شیر خشک تعیین گردیده است.
دبی طراحی شده برای سیستم Q=0.36(m3/day)
در جدول تزریق فاضلاب به سیستم به ازای 160 لیتر آب 100 گرم پودر شیر خشک در نظر گرفته می شود.
160 Litr 100 gr
1 Litr X= ?
X= 625 mg/Litr

مقدار بدست آمده میزان شیرخشک ورودی به سیستم در طول 24 ساعت می باشد.
میزان فسفر ورودی در یک شبانه روز :

که میزان فسفر بدست آمده کاملاً معقول بنظر می رسد. مقدار نیتروژن ورودی به سیستم توسط آزمایشات تعیین می گردد و باید دقت شود که این میزان (17-20)mg/Litr رعایت شود.

5-4-رشد فیلم در RBC :
با مهیا کردن تمامی شرایط مناسب جهت رشد باکتری ، در هفته دوم شاهد رشد فیلم بیولوژیکی روی صفحات دایره ای شکل خواهیم بود.
شرایط مناسب جهت رشد عبارتند از :
1- نگهداشتن PH در محدوده خنثی.
2- نگهداشتن دمای محیط در محدوده مناسب (20-35) درجه سانتیگراد ( دمایی که میکروارگانیزمها فعالیت مناسبی دارند.)
3- کافی بودن میزان مواد مغذی لازم جهت رشد بیولوژیکی با رعایت کردن نسبت C/N/P که مقدار (c) بر حسب BOD تعیین می گردد و مقادیر (1/5/100) مطلوب می باشد که (c) میزان کربن و (N) نیتروژن و (P) فسفر موجود در سیستم را نمایش می دهد.
4- کنترل پارامترهای هیدرودینامیکی سیستم نظیر دبی ، میزان پراکندگی (d) ، سرعت چرخش دیسکها و غیره.
در مورد کافی بودن میزان مواد مغذی توجه به این نکته اهمیت دارد که به غیر از کربن ، نیتروژن و فسفر عناصر دیگری نیز باید در محلول موجود باشند که به عناصر ردیاب معروفند نظیر پتاسیم ، کلسیم ، روی ، منیزیم ، آهن و منگنز. نکته آخر اینکه معمولاً از ترکیبات شیمیایی نظیر آمونیاک (NH3) یا نیترات آمونیوم (NH4NO3) و اسید فسفریک (H3PO4) جهت بالانس مواد مغذی محلول استفاده می شود.
میکروارگانیزمها غذا و اکسیژن را مصرف کرده و رشد می کنند در طی این فرآیند آنزیمهای مختلفی تولید می شود که باعث می شوند میکروارگانیزمها به سطح جامد بچسبند.
فرآیند رشد الحاقی (چسبیده) در دو مرحله بوقوع می پیوندد : [35]
1) جذب میکروب به سطح : که نتیجه عمل و عکس العمل چند نیروی مخالف اعم از نیروهای الکتروستاتیکی است.
2) چسبیدن میکروبها به سطح : میکروبها با یک پیوند مولکولی به سطح می چسبند.
نیروهایی که عامل چسبیدن میکروارگانیزمها به سطوح هستند و به دو دسته تقسیم می شوند که به شرح ذیل می باشند : [35]
1) نیروهای قومی : اتصالات پلیمری بین جامد بیولوژیکی (biomass) و حامل میکروب (Carrier)
2) نیروهای ضعیف: که نتیجه عمل و عکس العمل نیروهای الکتروستاتیکی و اندروالس با نیروی آب گریز (hydrophobic) می باشد.
عموماً دو نوع جامدات کلوئیدی در داخل مایعات دیده می شوند و موقعیکه آب بعنوان حلال در نظر گرفته شود این دو نوع جامدات ، آب گریز و آب دوست نامیده می شوند.
جامدات کلوئیدی آب گریز بمیزان بسیار کمی آب جذب می کنند اما جامدات آب دوست مقدار زیادی آب را به خود جذب می کنند.
محنی رشد :
رشد میکروارگانیزمها در محلول سوبسترا به سه فاز تقسیم می شود : ئر فاز اول که فاز رشد

1-5-4- توسعه فیلم :
در سیستم RBC بر روی دیسکها از هفته دوم دانه های تشکیل می شود این دانه ها پس از چند روز تبدیل به یک لایه فیلم نازک می شود که مواد مغذی و اکسیژن به محض رسیدن به این لایه به مصرف می رسند و میکروارگانیزمهایی موجود در این لایه با مصرف اکسیژن و مواد مغذی لازم جهت سوخت وساز درونی خود رشد می کنند که باعث می شوند که ضخامت فیلم بیشتر گردد.
با آزمایشهای COD می توان پی به ضخامت موثر فیلم برد یعنی در کاهش COD ماکزیمم، ضخامت فیلم میزان بهینه خود را دارا است.
سیستم BRC از گروه فرآیندهای رشد الحاقی است (growth attached) و فیلم لزجی که روی دیسکها تشکیل می شود دارای یک زیر لایه بی هوازی است و ضخامت لایه لزج به میزان دبی ورودی به سیستم و همچنین به تقاضای اکسیژن لایه بستگی دارد.
دبی ورودی به سیستم ، بار آلی سیستم را تامین می کند و هر چه این میزان بیشتر باشد ضخامت لایه بیشتر خواهد شد.
شکل (10-4) نمایی از انتقال جرم (مواد مغذی ) بین سوبسترا و Biofilm را نشان می دهد.

سطح زبر یا متخلخل به دو علت باعث تسریع رشد فیلم می شود :
1- چسبندگی بین مولکولهای مایع لزج و دیواره بیشتر می شود.
2- سطح تماس بین مایع لزج و Media بیشتر می شود.
در میان پارامترهای طراحی RBC و سطح میزان بعنوان یک پارامتر مهم و حساس شناخته می شود که مقدار مورد نیاز آن در فصل دوم با توجه به بار هیدرولیکی مشخص ، بدست آمد.
با توجه به اینکه قطر صفحات 35 سانتی متر در نظر گرفته شد، تعداد صفحات مورد نیاز ، 21 بدست آمد . حال اگر قطر صفحات را کوچکتر بگیریم طبیعتاً تعداد صفحات بیشتری خواهیم داشت و با توجه به اینکه سطوح تماس را با این کار زیاد کردیم یقیناً راندمان مطلوبتری حاصل می شود.

6-4- تاثیر سرعت چرخش بر روی رشد فیلم :
برای تعیین اثر سرعت ، بطور جداگانه دو سرعت مختلف روی پایلوت مورد نظر، بررسی گردید. ابتدا با استفاده از الکتروموتوری که با (دور در دقیقه) 5/1 کار می کرد سیستم راه اندازی شد.
پس از حدود (5-4) روز دانه ها مشاهده شدند و پس از حدوداً (8-7) روز فیلم نازکی تشکیل شد و پس از حدود 6 هفته ، فیلم کاملاً قابل رویت بود و سیستم بحالت پایدار (s.s) رسید.
سپس در مرحله دوم از الکترو موتوری استفاده شد که با (دوردر دقیقه) 6 کار می کرد. پس از حدود (7-6) روز دانه ها مشاهده قابل رویت بود و سیستم بحالت پایدار (s.s) رسید.
در حالت اول بعلت اینکه سرعت چرخش دیسکها کمتر بود میکروارگانیزمها میزان اکسیژن و مواد غذایی مورد نیاز خود را با تاخیر بیشتری دریافت می کنند اما به دلیل اینکه سیستم با دور پایئن تری کار می کند میزان اغتشاش در سیستم کمتر است و همچنین تنش برشی (stress shear) کمتری داریم. بعلاوه در این دور اختلاط کمتری هم داریم.
در حالت دوم که الکتروموتور (دور در دقیقه) 6 بکار گرفته شد میکروارگانیزمها ، اکسیژن و مواد غذایی لزم را با سرعت بیشتری دریافت می کنند اما به دلیل اینکه دور نسبت به مرحله قبل بیشتر است اغتشاش و اختلاط (Mixing) و تنش برشی بیشتری خواهیم داشت.

مزایا و معایب دو وضعیت ذکر شده :
1- (5/1) دور در دقیقه : مزیت ـ بعلت اینکه دور کمتر است تنش برشی کمتر و لذا فیلم سریعتر تشکیل شده و دیرتر کنده می شود و احتمال پدیده انباشتگی و طغیان کمتر است.
عیب ـ در این وضعیت فیلم زودتی تشکیل می شود ولی بعلت اینکه مواد غذایی و اکسیژن لازم جهت رشد فیلم با تاخیر بیشتری در اختیار آن قرار می گیرد لذا زمان لازم جهت کامل شدن فیلم بیشتر است و سیستم عملاً دیرتر به حالت پایدار می رشد.
2- (6) دور در دقیقه : مزیت ـ سیستم در مدت زمان کمتری به حالت پایدار می رسد و نیز بعلت اختلاط بیشتر، دیسکها biomass را در مدت زمان کمتر و بمیزان بیشتری دریافت می کنند و لذا زمان لازم جهت کامل شدن فیلم کمتر و سیستم زودتر به حالت پایدار می رسد.
عیب ـ بعلت اینکه تنش برشی بیشتر است (بدلیل دور بالای صفحات) ، فیلم دیرتر شروع به تشکیل شدن می کند و احتمال کنده شدن فیلم از روی صفحات نسبت به حالت قبل بیشتر است.
نموار کاهش COD توسط دو حالت ذکر شده را در فصل 5 مورد بررسی قرار می دهیم.

کاربرد اندازه گیری COD جهت برآورد فیلم بیولوژیکی فعال
برای اینکه مطلع بشویم چه ضخامتی از فیلم بیولوژیکی میزان بهینه ای را داراست می توان با آزمایشهای COD در روزهای مختلف، میزان این ضخامت را بدست آورد . یعنی ضخامتی که در آن حداکثر کاهش COD را داشته باشیم، بهترین ضخامت محسوب می گردد.
البته ذکر این نکته ضروری است که بمرور زمان با افزایش ضخامت فیلم راندمان سیستم (حذف COD) افزایش می یابد.
بمحض اینکه این ضخامت از حد معینی تجاوز کند راندمان با افت مواجه می شود.
علت این امر این است که وقتی ضخامت از حد معینی تجاوز کرد (3mm) ، فیلم بین دو صفحه به یکدیگر نزدیک شده و فضا جهت نفوذ اکسیژن و مواد مغذی کم می شود. ضمن اینکه با ضخیم تر شدن فیلم بیولوژیکی عمق نفوذ اکسیژن نیز کمتر می شود که این مساله سبب کاهش راندمان سیستم می گردد. منحنی های مربوط به این بحث بطور مفصل در فصل 5 بررسی می گردد.

فصــل پنجم

نتایج و بحث

مقدمه:
با توجه به عملکرد دو پایلوت طراحی شده (سپتیک تانک سننتی24 و سپتیک تانک ترکیبی با RBC 25) و با علم به راندمان تئوری که هر پایلوت در محدوده عملیات خود داراست، در این مقطع زمانی به بررسی و تحلیل نتایج آزمایشگاهی می پردازیم ضمن اینکه نتایج تئوری و آزمایشگاهی با هم مقایسه می شوند ، مقایسه اصلی بین دو پایلوت که در شرایط یکسان کار می کنند مد نظر قرار می گیرد.
بدین منظور منحنی های COD ، PH ، BOD ، T.S ، T.S.S و V.S.S بطور مفصل مورد بحث و بررسی و مقایسه قرار می گیرند.
سپس در انتهای این فصل اشاره ای به مشکلات عملیات پیشنهاد راهکارهای مناسب جهت رفع این مشکلات خواهد شد.

1-5- اثر میزان بار ورودی بر راندمان سیستم:
بدیهی است هر چه میزان بار ورودی به سیستم بیشتر باشد درصد جذب BOD کمتر خواهد شد و این مساله در پایلوتهای شماره 1 و 2 با افزایش میزان بار به وضوح دیده شد.
شکلهای (1-5) و (2-5) رابطه کاهش جذف BOD را در پایلوتهای طراحی شده نشان می دهند.

2-5- تغییرات PH نسبت به زمان :
بعلت اینکه فاضلاب ورودی به دو پایلوت ، فاضلاب مصنوعی (شیرخشک) است لذا PH ورودی به سیستم هیچ تغییری نسبت به زمان ندارد.
همچنین سعی بر این بود که PH درون هر سیستم در حد خنثی کنترل گردد لذا PH خروجی دو سیستم نیز تغییرات چندانی نداشت.
شکل (3-5) تغییرات PH ورودی به دو پایلوت را نسبت به زمان نشان می دهد.
شکل (4-5) تغییرات PH خروجی از دو پایلوت را نسبت به زمان نشان می دهد.
بطوری که در منحنی دیده می شود تغییرات PH نسبت به زمان در خروجی پایلوت (1) سطح پایین تری نسبت به پایلوت (2) دارد یعنی اسیدی تر است.
در پایلوت (2) بعلت اینکه سیستم RBA کار گذاشته شده است میزان های ورودی به سیستم بیشتر است یعنی محصولاتی در فرآیند بی هوازی تولید می شوند در این پایلوت کمتر است لذا میزان PH به خنثی نزدیکتر است.

3-5- اثر افزایش دور الکتروموتور در پایلوت (2):
1- (5/1) دور در دقیقه : در این دور موتور ، فیلم بیولوژیکی خیلی سریع مشاهده شد ولی انتقال اکسیژن و مواد مغذی به سطح فیلم با تاخیر انجام می گرفت.
2- (6) دور در دقیقه: در این دور موتور، فیلم بیولوژیکی دیرتر مشاهده شد اما انتقال اکسیژن و مواد مغذی به سطح فیلم با سرعت بیشتری انجام می گرفت.
شکل (5-5) راندمان حذف COD را دو حالت مذکور نشان می دهد.
دو منحنی رسم شده در رسم (5-5) نشان می دهد که در 5/1 دور در دقیقه بعلت اینکه biofilm زودتر تشکیل می شود راندمان حذف COD در ابتدا بیشتر است ولی بمرور بعلت اینکه 6 دور در دقیقه، biofilm درمدت زمان کمتری به مواد مغذی و اکسیژن لازم جهت سوخت و ساز میکروارگانیزمها دسترس دارد راندمان حذف COD بیشتر است.

4-5- اثر افزایش ضخامت فیلم بر راندمان حذف COD:
این اثر با الکتروموتور 6 دور در دقیقه بررسی گردید. با تست COD در روزهای مختلف منحنی شکل (6-5) حاصل می شود.
شکل (5-6) به وضوح نشان می دهد که راندمان حذف COD تا زمانیکه سیستم به حالت پایدار (s.s) برسد افزایش می یابد (هفته ششم) و سپس بعلت ضخیم تر شدن biofilm و کمد شدن عمق نفوذ اکسیژن و همچنین افزایش بار آلی ، اندکی کاهش می یابد.

5-5-تغییرات غلظت فاضلاب ورودی به سیستم :
جهت تثبیت و پایداری سیستم نیاز بود که ابتدا میکروارگانیزمهای موجود در سیستم با غلظت پایین فاضلاب مصنوعی عادت (Adapt) داده شوند و بمرور زمان غلظت فاضلاب ورودی افزایش می یابد. به دلیل اینکه ممکن است به سیستم در اثر ورود بار آلی زیاد شوک وارد شود و سیستم پاسخ نابهنجاری به این شوک ناگهانی وارده بدهد.
شکل (7-5) نمایشی از تغییرات غلظت فاضلاب ورودی به سیستم است.

6-5- تاثیر کاهش ارتفاع فاضلاب ورودی در مخزن با دبی :
همانگونه که می دانیم طبق رابطه ]12[ هر چه هد (ارتفاع) روی سیال بیشتر باشد فشاری که سیال جهت خروج وارد می آورد بیشتر است و در نتیجه سرعت سیال خروجی بیشتر می شود و چنانچه مقدار سرعت در واحد سطح مقطع ضرب شود میزان دبی عبوری از سطح مقطع بدست می آید (Q=V.A) یعنی با کاهش ارتفاع ، میزان دبی نیز کاهش می یابد.
شتاب جاذبه (متر بر مجذور ثانیه ) = g
سطح مقطع ( متر مربع ) = A
سرعت (متر بر ثانیه = V
ارتفاع (سانتیمتر) = h
بررسی این اثر سیستم طراحی شده در شکل (8-5) گنجانده شده است.
بطوریکه ملاحظه می شود ، انحراف بسیار کمی از مقدار اولیه دیده می شود که قابل اغماض است. بعلت اینکه دبی مورد نیاز برای سیستم، مقدار کمی را داراست در نتیجه انحراف چندانی در این میزان دبی دیده نمی شود.
حداکثر میزان انحراف = 4-10 × 5

7-5- تغییرات دما در ورودی و خروجیهای دو پایلوت :
شکل (9-5) تغییرات نقطه ای دما را در ورودی و خروجی نشان می دهد.
نقاط روی منحنی بیانگر این است که خروجی پایلوت (1) تقریباً گرمتر است بدلیل اینکه واکنشهای بی هوازی درون سپتیک، انرژی تولید می کنند و لایه کفی که روی سطح فاضلاب تشکیل می شود عایق گرمای سیستم محسوب می شود ولی در پایلوت (2) بعلت اینکه اولاً میزان تهویه بیشتر است و ثانیاً ضخامت لایه کف کمتر است ، فاضلاب خروجی دمای کمتری دارد.

8-5- تغییرات جامدات کل (T.S) در ورودی و خروجی پایلوتها:
نمونه ها در سه روز مختلف از کار پایلوت گرفته شده و نتایج در منحنی (10-5) خلاصه شده است.
همانگونه که در منحنی ها دیده می شود میزان جامدات خروجی از دو پایلوت مقادیر بسیار کمی را نشان می دهد و این مقدار در پایلوت (2) به مراتب کمتر از پایلوت (1) می باشد.
بعلت اینکه جامدات موجود در این سیستم یا بصورت لجن ته نشین می شوند یا بصورت biomass (جامدات بیولوژیکی) به سطح دیسکها می چسبند و در خروجی مقدار جامد کمتری یافت می شود. تذکر این نکته ضروری است که هنگام نمونه گیری از پایلوت (1) باید دقت شود که ذرات لایه کف با خروجی مخلوط نشوند.

1-8-5- تغییرات جامدات معلق (T.s.s) در ورودی و خروجی پایلوتها:
محنی شکل (11-5) این تغییرات را نمایش می دهد.
این سه منحنی نیز بیانگر این مساله هستند که میزان جامدات معلق در پایلوت (2) بمراتب کمتر از پایلوت (1) هستند و شیب منحنی پایلوت (2) از دو منحنی دیگر کمتر است و میزان مواد معلق در پایلوت (2) بسیار ناچیز است.

2-8-5- تغییرات جامدات معلق فرار (V.S.S) در ورودی و خروجی پایلوتها:
منحنی شکل (12-5) این تغییرات را نشان می دهد.
دقت در منحنی ها این مساله را به اثبات می رساند که V.S.S نیز بمانند t.s.s در پایلوت (2) مقادیر کوچکتری را داراست بعلت اینکه جامدات بیولوژیکی در پایلوت (2) بر روی سطح دیسکها تجمع می یابند و لذا مقادیر آنها در خروجی بسیار ناچیز است.

9-5- بررسی راندمان حذف COD در دو پایلوت:
آزمایشهای COD طی روزهای مختلف طیف وسیعی از این تغییرات را بدست می دهد انتظار می رود که پایلوت (1) (سپتیک تانک سنتی) حذف COD معادل (40-30) درصد داشته باشد و برای پایلوت دوم (سپتیک تانک ترکیبی با RBC )راندمان تئوری حدوداً 93 درصد بدست آمد اما باید دید که عمل چقدر می توان به این راندمان نزدیک شد.
شکل (13-5) بررسی و مقایسه این دو پایلوت را نشان می دهد.
از مشاهده این دو منحنی می توان گفت که منحنی مربوط به پایلوت شماره (2) بمیزان قابل توجهی افزایش راندمان را نشان می دهد البته از هفته ششم به بعد بعلت افزایش ضخامت biofilm ، راندمان اندکی با افت مواجه می شود.
البته حداکثر راندمان حذف COD ، 83 درصد نیز از راندمان تئوری محاسبه شده (93%) اندکی کمتر است که آنهم به دلیل :
1- عدم وجود سیستم تهویه کاملاً مناسب جهت پایلوت 2
2- انتقال حرارت بین این دو پایلوت و محیط آزمایشگاه بعلت عدم وجود لایه کف در قسمتی که سیستم RBC کار گذاشته شده است.
اما در مجموع می توان بروشنی مشاهده کرد: در محدوده بار آلی که دو پایلوت کار می کنند تعبیه سیستم RBC در پایلوت دوم افزایش راندمان چشمگیری را بهمراه دارد و یک طرح کاملاً سودمند بنظر می رسد.

10-5- مشکلات عملیات
در مدت زمان انجام کار مشکلاتی مشاهده شد که با رفع این مشکلات محققاً دو سیستم با راندمان بهتری عمل می کنند. چکیده ای از این مسائل در ذیل آورده شده است.
1- عدم وجود سیستم گرم کننده مناسب جهت ورودی فاضلاب
فاضلاب ورودی به دو پایلوت ، فاضلاب مصنوعی (پودر شیر خشک + آب) می باشد ، اگر سیستم گرم کننده ای وجود داشت آنگاه شیر خشک ورودی بعلت داغ بودن آب ، کاملاً در آن حل می شد و بنظر می رسد که راندمان بهتری حاصل می شد.
چرا که کاملاً حل نشدن شیرخشک در آب سرد باعث می شود که در مخزن ورودی مقداری شیر خشک ته نشین شده و احتمالاً سبب گیر کردن شیر فاضلاب ورودی به سیستم و با تغییرات COD در فاضلاب ورودی گردد.
2- عدم وجود سیستم تهویه کاملاً مناسب جهت دو سیستم
با نصب سیستم تهویه مناسب برای هر دو سیستم محققاً راندمان بهتری خواهیم داشت.
3- مشکلات مربوط به ایجاد بوهای نامطبوع در آزمایشگاه
مشکل اخیر را می توان با لجن روبی طی مدت زمان مناسب برطرف کرد.
4- بدلیل تلاطم زیاد در پایلوت 2 ، خروجی حاصل از این پایلوت کمی کدر بنظر می رسد که پیشنهاد می شود خروجی پایلوت 2 را در محفظه ای ته نشین کنیم یعنی برای سیستم ته نشینی ثانویه نیز در نظر بگیریم. بهترین چاره برای رفع چنین مشکلی این است که پایلوت را سه قسمتی بسازیم.

نتایج :
دو پایلوت طراحی شده تحت شرایط عملیاتی یکسان بکار گرفته شدند و روی ورودی و خروجی های این دو پایلوت تست های متعددی انجام شد و تاثیر پارامترهای مختلف نظیر دما ، PH ، دبی ، سطح موثر و … روی آنها بررسی گردید و باید عواملی که در بهبود راندمان سیستم نقش دارند تقویت و پارامترهایی که از راندمان سیستم می کاهند تضعیف گرند تا سیستم به بالاترین حد بهره دهی خود برسد.
خلاصه ای از نتایج حاصل شده در ذیل آورده شده است :
1- با افزایش بار آلی و هیدرولیکی ورودی به هر دو سیستم ، راندمان کاهش پیدا می کند.
2- پس از حدود شش هفته ، هر دو سیستم به حالت پایدار می رسند و بهترین نتایج در رابطه با حذف COD و کاهش جامدات پس از گذشت این زمان حاصل گشت.
3- از هفته هشتم در پایلوت شماره 2 (سپتیک تانک + RBC ) اندکی کاهش راندمان خواهیم داشت که دلایل آن افزایش ضخامت biofilm و ازدیاد بار آلی ورودی به سیستم و کاهش عمق نفوذ اکسیژن می باشد.
4- راندمان حذف COD در پایلوت 1 به سقف 37 درصد و در پایلوت 2 به سقف 83 درصد می رسد.
5- مواد جامد کل (T.S) ، مواد جامد معلق (T.S.S) ، مواد جامد فرار (V.S.S) در خروجی پایلوت 2 مقادیر بسیار کمی را نشان می دهد.
6- کاهش و افزایش بیش از حد درجه حرارت محیط روی بازدهی سیستم اثرات نامطلوبی بر جای می گذارد و محدوده (37-20) درجه سانتیگراد جهت فعالیت موجودات زنده مناسب است.
7- در سیستم محتوی RBC افزایش سطح تماس صفحات با فاضلاب سبب افزایش راندمان سیستم می گردد. این افزایش سطح را می توان با قرار دادن زوائد بر روی سطح دیسکها، حاصل نمود.
8- جهت افزایش راندمان مستقیم و حذف کدورت خروجی پایلوت حاوی RBC ، شایسته است که برای سیستم ، ته نشینی ثانویه نیز در نظر گرفته شود.
9- استفاده از سیستم تهویه مناسب نیز کمک شایانی به افزایش بهره وری سیستم می کند.
10- مقدار PH در سیستم سپتی تانک سنتی اسیدی تر از (سپتیک تانک + RBC ) است.
11- در پایلوت سپتیک تانک سنتی ضخامت لایه کف (layer Scum) نباید از 4 سانتیمتر تجاوز کند چون در اینصورت بهمراه خروجی، خارج می شود . و ایزولاسیون سیستم از بین می رود.
12- ضخامت لایه لجن نباید از 10 سانتیمتر تجاوز کند چون در اینحالت مشکلات مربوط به بو و ازدیاد مواد جامد غیرفعال در سیستم ایجاد می شود. در صورتیکه در پایلوتهای ما ضخامت لایه لجن از 10 سانتی متر تجاوز کرد سریعاً سیستم را لجن روبی می کنیم و (10-5) درصد این لجن را جهت راه اندازی در مرحله بعد استفاده می کنیم (جهت تسریع فرآیند هضم).
13- هر چه ضخامت biofilm در RBC بیشتر شود میزان زیری آن بیشتر می شود و هر چه میزان زبری biofilm بیشتر شود مقاومت آن در مقابل انتقال جرم کمتر است (البته نکته مهم اینکه این موضوع برای ضخامت بیشتر از 12/0 سانتی متر صادق نیست) ]37[.

فهرست منابع و مآخذ
الف ـ مراجع فارسی :
1) منزوی م . ت "فاضلاب شهری ـ تصفیه فاضلاب" ، انتشارات دانشگاه تهران ، 1373.
2) یزدانبخش ، احمدرضا ، ندافی کاظم ، "تصفیه فاضلاب" ، انتشارات فردابه ، 1371 ، چاپ 1.
3) محوی امیرحسین ، "تصفیه فاضلاب در مناطق گرمسیری" ، 7 انتشارات جهاد دانشگاهی ـ دانشکده بهداشت ، 1364.
4) غلامی میترا ، محمدی حامد، "میکروبیولوژی آب و فاضلاب" ، انتشارات موسسه ـ فرهنگی و انتشاراتی حیان ، چاپ اول 1377.
5) صاحبی گیسو، بهینه سازی بیوراکتورها جهت حداکثر تولید بیوگاز از آب پنیر و طراحی آن در مقیاس بزرگ" ، تز کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم و فنون مازندران ، 1377.
6) بازاری حسین ، "بررسی تصفیه پذیری فاضلاب کارخانه شیر پاستوریزه ساری با SBR " ، تز کارشناسی ارشد ، دانشگاه مازندران ، دانشکده فنی بابل ، 1377.
7) نیک صفت غلامرضا ، دائمی علیرضا ، "کاربرد مدلهای فیزیکی در طراحی سازه های هیدرولیک" ، دومین کارگاه آموزشی کمیته تخصصی هیدرولیک در سدها ، 29 و 30 مهر ماه 1377.
8) حسینیان مرتضی ، "روش علمی تصفیه فاضلاب" (تئوری ، طراحی) ، مهتاب ظهیرالاسلام ، چاپ اول اردیبهشت 1360).
9) منزوی م.ت ، "فاضلاب شهری ـ جمع آوری فاضلاب" ، انتشارات دانشگاه تهران ، 1373.
10) کارگری علیرضا ، "بررسی تصفیه پذیری مواد شوینده فاضلابهای صنعتی و تاثیر تغییرات غلظت آنها برکارآیی فرآیند لجن فعال "، تز کارشناسی ارشد، دانشگاه مازندران ، دانشکده فنی بابل، خرداد 1378.
11) یوسفی ذبیح الله ، "روشهای ساده آزمایشهای فاضلاب " دانشگاه علوم پزشکی مازندران ، 1373.
12) شمیز ایروینگ اچ ، انتظاری علیرضا ، "مکانیک سیالات" ، انتشارات فراز ، 1370 ، چاپ دوم.
13) تریبال رابرت ، جاودانی کامبیز ، سیف کردی علی اکبر ، "عملیات انتقال جرم" ، انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف ، 1370 ، چاپ دوم.
14) آرسی ولا ، ندافی کاظم ، پزدانبخش احمدرضا، "تصفیه فاضلاب" ، انتشارات فردا به ، 1372 چاپ دوم.

1 – Houtmeyers etal … 1980
2 – Verachtert ctal … 1980
3 – Murgan ctal … 1991
4 – Lazorova et al … 1993
5 – Lamotta, 1976.
6 – Siegrist, Gujer, 1985, Mickey 1988 Nielsen et al … 1992.
7 – Elsevier science ltd 1997.
8 – BOD: Biological axygen demand.
9 – Pototype
10 – Model
11 – Relatintion time
12 – Vorticella
13 – Operculari
14 -a Epistylis
15 – Carchesium
16 – Aspidisca
17 – Iuplates
18 – Paramecium
19 – Colpidium
20 – Lionotus
21 – Chilodonella
22 – Bdelloidea
23 – Monogonata
1- پایلوت شماره (1) = سپتیک تانک سنتی.
2- پایلوت شماره (2)= سپتیک تان + RBC .
—————

————————————————————

—————

————————————————————