پروژه پایانی بررسی تصفیه آب به روش صنعتی



فصل اول
مقدمه و تاریخچه

مقدمه
گسترش روز افزون جوامع بشری و پیشرفت در زمینه های صنعتی، هرچند که امتیازات ویژه ای بهمراه داشته است ولیکن مشکلات عدیده ای را نیز برای اجتماعات به ارمغان آورده است. یکی از این مشکلات ، فاضلاب حاصل از اماکن مسکونی و فعالیت واحدهای صنعتی می باشد. از آنجا که دفع غیر صحیح فاضلابهای خانگی و صنعتی اثرات نامطلوبی بر روی محیط زیست دارد، تصفیه هرچه کاملتر فاضلابها اهمیت بیشتری می یابد. فاضلابهای خانگی و از آن مهمتر فاضلابهای صنعتی بعلت داشتن مواد آلی و معدنی ، در صورت دفع در محیط باعث آلوده شدن آبهای سطحی و زیرزمینی گشته و در نتیجه استفاده مجدد از آب برای بهترین کاربرد آن با مشکل مواجه می گردد. همچنین استفاده از آب برای مصارف مختلف و نیاز شدید به آب در هر منطقه از ایران ، ما را برآن می دارد که از به هدر رفتن آب به هر شکل جلوگیری کرده و با تصفیه فاضلابهای خانگی و صنعتی که از حجم زیادی نیز برخوردار هستند در جهت تامین آب مورد نیاز قدم برداریم.
حجم فاضلاب یک واحد صنعتی بستگی به عواملی همچون نوع محصول ، نحوه تولید ، ابزار و وسایل و … بستگی دارد. از واحدهای صنعتی که دارای فاضلاب با حجم نسبتا" بالا و آلودگی بسیار شدید می باشند، واحدهای کشتاری گاو و گوشفند می باشند.در حال حاضر در اکثر شهرهای ایران کشتارگاهی جهت ذبح گاو و گوسفند وجود دارد. فاضلاب این کشتارگاهها بیشتر به چاهها ، رودخانه ها ، قنوات متروکه بدون کوچکترین عملیات تصفیه دفع می گردند و در بهترین حالت، فاضلاب پس از عبور از یک حوضچه ته نشینی ساده به محیط دفع می شود. علاوه بر اینکه آلودگی معدنی و آلی از این طریق بوجود می آید، انتشار بیماریهای مشترک بین انسان و دام نیز از طریق دفع فاضلاب کشتارگاهها بعلت عدم رعایت مسائل بهداشتی وجود دارد.
تاکنون روشهای بیولوژیکی گوناگونی چه هوازی و غیر هوازی در رابطه با تصفیه فاضلابها بکار گرفته شده است. هر یک از این روشها از امتیازات و بعضا" معایبی برخوردار هستند. مثلا" روش هوازی ( لجن فعال ، فیلترهای چکنده و … ) در تصفیه فاضلابهای خانگی و صنعتی دارای کارائی بالا در کاهش مواد آلی و معدنی موجود بوده و این خود یک مزیت عالی است. لیکن همین روش هوازی نیاز به وسایل هوادهی و مکانیکی در مراحل مختلف تصفیه دارد و ضمنا" با لجن زیادی که تولید می گردد مشکل هضم لجن آغاز کار است . در روش غیر هوازی تصفیه فاضلاب، هرچند که BOD پساب خروجی از واحد تصفیه کننده بیشتر از BOD پساب خروجی در روش هوازی است، ولی امتیازاتی از قبیل عدم نیاز به وسایل هوادهی ، لجن تولیدی بسیار کمتر ، تولید گاز متان قابل استفاده و … برای روش غیر هوازی متصور می باشد. (1)

تاریخچه تصفیه آب به روش صنعتی
بر اساس اطلاعات موجود و به نوشته M.N.Baker در کتاب " در جستجوی آب خالص و بهداشتی" قدمت این مقوله به دو هزار سال قبل از میلاد مسیح میرسد. اما آنچه از نقطه نظر تاریخی مدون شده به 400 سال پس از میلاد مسیح تعلق دارد که در آن برای بهداشتی کردن آب ، جوشانیدن آن بر روی آتش و یا فروکردن میله سرخ آهنی در درون آب را توصیه نموده است. گرم کردن آب بوسیله آفتاب و یا صاف نمودنش ، با عبور دادن آن از میان لایه های شنی نیز آمده است.
در کتاب مقدس تورات نیز درارتباط با چگونگی تصفیه آب آلوده در آن زمان تصویری از روش مبادله یونی ارائه شده ، عملا" از روشهای طبیعی مبادله یونی در آن موقع سخن به میان آمده است. این تصویر توسط داشگاه فیلادلفیا واقع در ایالت پنسیلوانیای آمریکا انتشار یافته وقدمتش را به مارس یا آوریل سال 1335 قبل از میلاد مسیح نسبت داده اند.
البته، روش صنعتی تصفیه آب در قرن نوزدهم و در زمان انقلاب صنعتی رشد و تکامل یافت و پایه های اصلی آن عملا" نضج گرفت.این صنعت، همزمان با بهره گیری از دیگ های بخار جهت تولید بخار ، به کار گرفته شد و شکل صنعتی به خود گرفت. عمدهء فعالیتهای اولیه به منظور تصفیه آبها برای رفع مشکلات دیگ های بخار بوده است.
Nodell آغاز این روش را به نخستین روزهای پیدایش ماشین وات و تمیزکردن دیگ بخار و پرکردن مجدد آن نسبت داده است. در همان زمان بر حسب اتفاق دریافتند که استفاده از سیب زمینی در دیگهای بخار کار جمع آوری لجن را راحت کرده و از چسبیدن رسوبات به جداره های دیگ جلوگیری می کند.
در سال 1857 اطلاعیه هایی در باره کنترل مقدار رسوبات با مواد آلی تانن دار، و نیز در سال 1962 استفاده از فسفات دی سدیک جهت جلوگیریاز ایجاد رسوب در دیگ بخار به ثبت رسیده است و از آن زمان همه روزه روش ها و مواد گوناگونی برای تصفیه های مختلف به ثبت میرسد.
از حدود یکصد سال پیش که رابطه بین اثر باکتریها و میکروبهای بیماریزا در واگیری و شیوع بیماریها آشکار گشت ، انسان به فکر پاکسازی آبهای آلوده افتاد.به عبارت دیگر تصفیه آبو فابضلاب در روند امروزی خود بیشتر در اثر پیشرفت علم زیست شناسی ، پزشکی و شیمی بوجود آمده است. به ویژه 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 به کار گرفته شد. بویژه استفاده از فاضلاب برای آبیاری در کشاورزی به علت خاصیت کودی آن از یکصد سال پیش تا کنون در کشورهای اروپائی متداول بوده است.
در ایران نیز همانگونه که از گذشته به یاد داریم ، بیشتر فاضلابها بویژه فاضلاب توالت ها، لجن ته استخرها و … به مصرف کشاورزی می رسید. ولی امروزه بواسطه آلودگی های ناشی از بوی بد، و تولید حشرات مثل پشه و … در دیگر اکثر مناطق و حتی روستاها فاضلاب ناشی از توالتها و … به مخازن زیرزمینی (چاهها) سرازیر شده و در اثر آمیخته شدن با پسآب حاصل از شستشوی ظروف و حمام های خانگی از ارزش این لجن ها برای استفاده در مصارف کشاورزی تا حد زیادی کاسته شده است.
علاوه بر پسآب های متداول ذکر شده با پیشرفت تکنولوژی هسته ای ، امروزه، پسآب حاصل از راکتورهای هسته ای که حاوی فلزات رادیواکتیو هستند و از آب اطراف راکتورها حاصل می شود، مشکلی اساسی بوده و بواسطه ماهیت ویژه چنین پسآب هایی، باید تسریع در تصفیه و حذف این مواد رادیواکتیو به عمل آید. یکی از روشهای متداول در تصفیه فلزات رادیواکتیو استفاده از مبادله کننده های یونی معدنی میباشد.
استفاده از زوائد کشاورزی برای گرفتن یون فلزات سنگین از دهه قبل بویژه مورد توجه قرار گرفته است. Web and Leach در 1971 کار خود را روی پشم تمییز و رنگ نشده برای جذب جیوه بر روی آن مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که پشم طبیعی و هم پشت عمل شده، تصفیه کننده های موثرتری نسبت به رزینهای سنتزی Dowex 1*8,Dowex 1-A آزمایش شده برای جیوه می باشند. این دو محقق سپسبه مطالعه روی زوائد کشاورزی پرداختند و دریافتند که جذب جیوه توسط این مواد از پشم و مشتقات آن بیشتر است.
در ایران نیز در سال 1367 تحقیقی روی میزان جذب یون مس، سرب و کرم شش ظرفیتی ، روی خاک اره صورت گرفته و نتایج خوبی در پی داشته است.(7)

آب و پساب در صنعت
صنایع حجمهای بزرگی از آب را در عملیات کمکی و شستشو و … و فرآیندهای ویژه خود مصرف می کنند. تناژ مصرف آب در کارخانه های مواد غذائی ساخت کاغذ و شیمیایی از همه بالاتر است و 93% آن به پساب تبدیل میشود. 50 milian gal/day بعضی کارخانه ها مصرف می کنند.60% آب مورد نیاز از پساب گرفته شده ، 40% تازه وارد میشود و بیش از 7% مصرف و تبخیر نمی شود.
مقدار آب لازم برای بعضی صنایع
Industry
Unit of Production
Gallen Per Unit
Beet Sugar (چغندر قند)
Ton of beets
7000
Meat
ton
4000-1300
Automobile
Vehicle
10000
‍Cotton Goods
100 eb
20000
Leather
100 ft2
64000
Paper
ton
100000-20000
Steel
ton
50000-15000
پالایشگاه نفت
بشکه
3000

در بسیاری از صنایع 100% آب لازم جهت خنک کردن استفاده میشود.( صنایع برق)

پساب صنعتی (Industrial Wastewater)
پسابهای صنعتی بر حسب منشا و نوع صنعت به دو طبقه کلی تقسیم می شوند:
1) آنهایی که دارای آلودگی معدنی هستند. مثل صنایع معدنی
2) آنهایی که دارای آلودگی آلی هستند. مثل صنایع نفت و مواد غذایی
علاوه بر اینها هر صنعتی ناخالصی در پساب خود دارد و لذا روش های تصفیه متفاوت است.
نوع پساب
ناخالصیهای اصلی
پالایشگاه های نفت
نفت و محصولات نفتی، اسیدهای نفتنیک، مرکاپتانها، سولفیدها، هالوژنها، فنل ها
صنعت تولید کک
پیریدین، هیدروکربنها، اسیدهای چرب، آمونیاک
صنایع تولید خمیر کاغذ و کاغذ
لیگنین، سولفونیک اسید، مرکاپتانها، الکلها، کتونها، آلدئیدها، مواد معلق آلی
صنایع تولید رنگ
اسیدهای معدنی، ترکیبات نیترو، فنولها، بقایای رنگ و رنگدانه ها که در آب حل نمی شوند.
صنایع تولید پلاستیک
الکلها، هیروکربنها، آلدئیدها

تصفیه تا میزانی صورت می گیرد که آلاینده به حد مجاز خود برسد و باید معیاری برای اندازه گیری آنها وجود داشته باشد.
– مقدار مجاز برای اسیدهای معدنی——————-30 ppm
– مقدار مجاز برای فنل ها—————————0.002ppm
– مقدار مجاز برای مرکاپتانها————————-2.5ppm
– مقدار مجاز برای H2s—————————–1-3ppm
– مقدار مجاز برای نفتنیک اسید———————-0.2ppm
– مقدار مجاز برای SO2 —————————-0.1-0.5ppm
استفاده مجدد از پساب تصفیه شده جهت :
1) مصارف شهری ( آشامیدنی )
2) مصرف صنعتی ، خصوصا" برای ‍Cooling . ولی اگر برای Boiler مصرف شود باید بیشتر تصفیه شود.
3) مصارف شستشوی زمینی و خنک کردن
CL< 175 ppm
PH = 6.8-8.5
< 25 ppmمواد معلق
BOD < 30 ppm
4) استفاده کشاورزی و فضای سبز
یونهای سدیم و منیزیوم و کلسیم و پتاسیم باعث ترک خوردگی زمین میشوند.
Na * 100 / ( Na + Mg + Ca + K ) <= 50-60 :مجاز برای کشاورزی
استاندارد آب کشاورزی : آب مطلوب برای زراعت برای بعضی از محصولات حساس به نمک مناسب نیست.اثر منفی بر بسیاری از محصولات وارد می کند. آب خیلی شور را می توان برای صیفی کاری استفاده کرد.
عواملی که باید در تصفیه پسابها در نظر گرفت :
1) مقدار پساب تولید شده در 24 ساعت با جریان حداکثر فاضلاب
2) نوع آلودگی که هر یک تصفیه مخصوص نیاز دارد.
3) میزان آلودگی که بیشتر منظور مواد آلی محلول در فاضلاب (BOD )است.
4) وضع جغرافیای محل

مقدار مجاز برای آب مزروعی ( عناصر محلول )
مقدار مجاز (ppm)
عناصر
1
Al
1
As
5/0
Be
75/0
B
2/0
Co
2/0
Cu
5
Pb
5
Li
2
Mn
005/0
Mo
5/0
Ni
05/0
Se
10
V

پارامترهای مهم
1- اندازه گیری جریان فاضلاب
1-1- روش تخلیه مستقیم در آزمایشگاه و در جایی که جریان کم است .
1-2- Velocity Area : سرعت خطی را اندازه گرفته و در سطح مقطع ضرب می کنیم تا دبی بدست آید.
2- اندازه مواد جامد ( Total Solid ) TS
3- اندازه مواد قابل ته نشینی
بدو روش وزنی و حجمی انجام می شود :
روش وزنی : وزن لجن موجود در یک لیتر آب را پس از عبور دادن از کاغذ صافی و خشک کردن در دمای 105 درجه سانتیگراد اندازه می گیریم .
روش حجمی : به کمک یک قیف ته نشینی به نام ایمهاف از فاضلاب پر کرده و یک ساعت بماند.
4- تعیین قلیائیت :
4-1- قلیائیت کل بر حسب ppm CaCo3 بیان می شود و برابر است با تعداد میلی لیترهای اسید سولفوریک N / 50 که در مجاور معرف متیل اورانژ برای خنثی سازی یک لیتر فاضلاب صاف شده مصرف می شود.
4-2- قلیائیت هیدروکسید : بر حسب ppm CaCo3 عبارتست از تعداد میلی لیترهای اسید سولفوریک N / 50 که در مجاور فنل فتالئین برای خنثی سازی فاضلاب صاف شده لازم است .
قلیائیت بیشتر در فاضلابهای خانگی است که مفید است چون اسیدهای ناشی از فعالیت میکروارگانیسمها را کاهش می دهند.
گازهای موجود در فاضلاب :
شامل N2 , O2, CO, H2S, NH4, CH4, CH3SH ، سولفید و دی سولفید می باشند.
5- اندازه گیری مواد آلی
1) برای تصفیه بسیار مهم است و برای کنترل میزان آلودگی بار فاضلابهاست . مواد آلی را میتوان بکمک هوادهی و میکروارگانیسمهای هوازی به CO2 و آب و مواد معدنی پایدار مثل نیترات و فسفات تبدیل نمود. میزان اکسیژن لازم حهت اکسیداسیون بیولوژیکی عبارتند از :
Biochemical Oxygen Demand ( BOD )
Chemical Oxygen Demand ( COD )
Total Organic Carbon ( TOC )
Total Oxygen Demand ( TOD )
Theorical Oxygen Demand ( THOD )

BOD : مقدار اکسیژن به ppm که برای اکسیداسیون بیولوژیکی پساب توسط باکتریهای هوازی و تبدیل مواد آلی به CO2 و آب در 20 درجه سانتیگراد. این پارامتر هم برای فاضلاب و هم برای آب صنعتی بکار میرود. ( BOD پس از 5 روز زمان ماندن ) یک فرآیند آهسته است که از نظر تئوری برای کامل شدن به زمان بی نهایت لازم دارد ولی در 5 روز حذف مواد آلی بکمک میکروارگانیزمها بصورت نمایی می باشد.

6-عوامل موثر بر غلظت O2 محلول در آب :
6-1- فتوسنتز باعث افزایش غلظت O2 می شود مواد سبزینه دار داخل آب در مجاور نور تنفس کرده O2 تولید می کنند. ( از 6 صبح تا 6 بعدالظهر فعال است.)
6-2- تنفس آبزیان ( مصرف O2 )
6-3- هوادهی مجدد در اثر تلاطم باعث افزایش O2 می شود.
7- COD (Chemical Oxygen Demand) :
همیشه از BOD بیشتر است چون اکسیداسیون شیمیایی است.
Ppm.COD اکسیژن لازم برای اکسیدشدن مواد آلی فاضلاب توسط یک اکسیدکننده شیمیایی.
( مانند K2Cr2O7 )
8- TOC
اندازه گیری کربن مواد آلی توسط سوزاندن آنها در کوره الکتریکی و اندازه گیری CO2 حاصل در مجاورت کاتالیزورها ( اکسید فلزات CuO ) بوسیله IRspectroscopy
9- THOD
مواد آلی ازت دار(1+ O==>آمونیاک + Co2+H2O
(2NH3+O==>HNO2+H2O
(3HNO2+O==>HNO3

از نظر مقدار :
THOD>COD>BOD5>TOC

الف- تعاریف
این استاندارد با استناد ماده 5 آئین نامه جلوگیری از آلودگی آب و با توجه به ماده سه همین آئین نامه و با همکاری وزارتخانه های بهداشت درمان و آموزش پزشکی، نیرو، صنایع معادن و فلزات ، کشور و کشاورزی توسط سازمان حفاظت محیط زیست تهیه و تدوین گردیده است. در این استاندارد تعاریف و اصطلاحاتی که بکار رفته است بشرح ذیل می باشد :
آب سطحی : عبارتست از آبهای جاری فصلی یا دائمی، دریاچه های طبیعی یا مصنوعی و تالابها
چاه جذب : عبارتست از حفره یا گودالی که قابلیت جذب داشته و کف آن تا بالاترین سطح ایستابی حداقل 3 متر فاصله داشته باشد.
ترانشه جذبی : عبارتست از مجموعه ای از کانالهای افقی که فاضلاب بمنظور جذب در زمین به آنها تخلیه شده و فاصله کف آنها از بالاترین سطح ایستابی حداقل 3 متر باشد.
کنار گذر : کانالی است که فاضلاب را بدون عبور از بخشی از تصفیه خانه یا کل آن به تخش دیگر و یا کانال خروجی هدایت کند.
نمونه مرکب : عبارتست از تهیه یک نمونه 24 ساعته از نمونه هایی که با فواصل زمانی حداکثر 4 ساعت تهیه شده اند.
ب- ملاحظات کلی
1- تخلیه فاضلابها، باید بر اساس استانداردهایی باشد که بصورت حداکثر غلظت آلوده کننده ها بیان می شود و رعایت این استانداردها تحت نظارت سازمان حفاظت محیط زیست ضروریست.
2- مسئولین منابع آلوده کننده باید فاضلابهای تولیدی را با بررسی های مهندسی و استفاده از تکنولوژی مناسب و اقتصادی تا حد استانداردها تصفیه نماید.
3- اندازه گیری غلظت مواد آلوده کننده و مقدار جریان در فاضلابها باید بلافاصله پس از آخرین واحد تصفیه ای تصفیه خانه و قبل از ورود به محیط انجام گیرد.
4- اندازه گیری جهت تطبیق با استانداردهای اعلام شده قبل از تاسیسات تصفیه فاضلاب باید بر مبنای نمونه مرکب صورت گیرد. در سیستم هائیکه تخلیه ناپیوسته دارند اندازه گیری در طول زمان تخلیه ملاک خواهد بود.
5- لجن و سایر مواد جامد تولید شده در تاسیسات تصفیه فاضلاب قبل از دفع بایستی بصورت مناسب تصفیه شده و تخلیه نهایی این مواد نباید موجب آلودگی محیط زیست گردد.
6- فاضلاب تصفیه شده باید با شرایط یکنواخت و بنحوی وارد آبهای پذیرنده گردد که حداکثر اختلاط صورت گیرد.
7- فاضلاب خروجی نبایستی دارای بوی نامطبوع بوده و حاوی کف و اجسام شناور باشد.
8- رنگ و کدورت فاضلاب خروجی نباید ظواهر طبیعی آبهای پذیرنده . محل تخلیه را بطور محسوس تغییر دهد.
9- روشهای سنجش پارامترهای آلوده کننده بر مبنای روشهای ذکر شده در کتاب Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water خواهد بود.
10- استفاده از سیستم سپتیک تانک و ایمهوف تانک با بکارگیری چاهها و یا ترانشه های جذبی در مناطقی که فاصله کف چاه یا ترانشه ازسطح آبهای زیرزمینی کمتر از 3 متر می باشد ممنوع است.
11- ضمن رعایت استانداردهای مربوطه خروجی فاضلابها نباید کیفیت آب را برای استفاده های منظور شده تغییر دهد.
12- رقیق کردن فاضلاب تصفیه شده یا خام بمنظور رسانیدن غلظت مواد آلوده کننده تا حد استانداردهای اعلام شده قابل قبول نمی باشد.
13- استفاده از روشهای تبخیر فاضلابها با کسب موافقت سازمان حفاظت محیط زیست مجاز است.
14- استفاده از کنارگذر ممنوع است، کنار گذرهائیکه صرفا" جهت رفع اشکال واحدهای تصفیه ای بکار رفته و یا در زمان جمع آوری توام فاضلاب شهری و آب باران مورد استفاده قرار می گیرند مجاز است.
15- تآسیسات تصفیه فاضلاب بایستی بگونه ای طراحی ، احداث و بهره برداری گردد تا پیش بینی های لازم جهت به حداقل رسانیدن آلودگی در مواقع اضطراری از قبیل شرایط آب و هوایی نامناسب، قطع برق ، نارسایی تجهیزات مکانیکی و … فراهم گردد.
16- آندسته از فاضلابهای صنعتی که آلودگی آنها بیش از این استانداردها نباشد می تواند فاضلاب خود را با کسب موافقت سازمان بدون تصفیه دفع نمایند.

ج- جدول استاندارد خروجی فاضلابها
شماره
مواد آلوده کننده
تخلیه به آبهای سطحیmg/l
تخلیه به چاه جاذب
mg/l
مصارف کشاورزی و آبیاری mg/l
1
نقره Ag
1
1/0
1/0
2
آلومینیوم Al
5
5
5
3
آرسنیک As
1/0
1/0
1/0
4
کلسیم Ca
75
–
–
5
کلر آزاد Cl
1
1
2/0
6
کلراید Cl-
600 (تبصره یک)
600 (تبصره دو)
600
7
سیانور CN
5/0
1/0
1/0
8
مس Cu
1
1
2/0
9
فلوراید F
5/2
2
2
10
آهن Fe
3
3
3
11
جیوه Hg
ناچیز
ناچیز
ناچیز
12
منیزیوم Mg
100
100
100
13
نیتریت بر حسب NO2
10
10
–
14
نیترات بر حسب NO3
50
10
–
15
فسفات بر حسب فسفر
6
6
–
16
دترجنت ABS
5/1
5/0
5/0
17
بی.او.دی (تبصره سه)
BOD5
30 (لحظه ای 50)
30 (لحظه ای 50)
100
18
سی.او.دی (تبصره سه)
COD
60 (لحظه ای 100)
60 (لحظه ای 100)
200
19
اکسیژن محلول (حداقل) DO
2
–
2
20
مجموع مواد جامد محلول TDS
(تبصره یک)
(تبصره دو)
–
21
مجموع مواد جامد معلق TSS
40 (لحظه ای 60)
–
100
22
مواد قابل ته نشینی SS
0
–
–
23
PH (حدود)
5/8-5/6
9-5
5/8-6
24
مواد رادیواکتیو
0
0
0
25
کدورت(واحد کدورت)
50
–
50
26
رنگ (واحد رنگ)
75
75
75
27
درجه حرارت T
(تبصره 4)
–
–
28
تخم انگل
–
–
(تبصره 5)
تبصره یک : تخلیه با غلظت بیش از میزان مشخص شده در جدول در صورتی مجاز خواهد بود که پساب خروجی ، غلظت کلراید، سولفات و مواد محلول منبع پذیرنده را در شعاع 200 متری بیش از 10% افزایش ندهد.
تبصره دو : تخلیه با غلظت بیش از میزان مشخص شده در جدول در صورتی مجاز خواهد بود که افزایش کلراید، سولفات و مواد محلول پساب خروجی نسبت به آب مصرفی بیش از 10% نباشد.
تبصره سه : صنایع موجود مجاز خواهند بود BOD5 و COD را حداقل 90% کاهش دهند.
تبصره چهار : درجه حرارت باید بمیزانی باشد که بیش از 3 درجه سانتیگراد در شعاع 200 متری محل ورود آن ، درجه حرارت منبع پذیرنده را افزایش یا کاهش ندهد.
تبصره پنج : تعداد تخم انگل (نماتد) در فاضلاب تصفیه شده شهری در صورت استفاده از آن جهت آبیاری محصولاتیکه بصورت خام مورد مصرف قرار می گیرد نباید بیش از یک عدد در لیتر باشد.
میزان تولید فاضلاب برخی کارخانجات مختلف(7)
صنایع
نوع کارخانه
واحد تولید یا مصرف
M3 مقدار فاضلاب برای هر واحد تولید یا مصرف
صنایع شیمیایی
داروسازی
یک تن دارو
50

صابون سازی و تهیه پودر لباس شویی
یک تن صابون
15

لاستیک سازی
یک تن لاستیک
100

پلاستیک سازی
یک تن پلاستیک
500

شیشه و چینی سازی
یک تن شیشه یا چینی
38-3
صنایع ذوب آهن
تهیه سنگ آهن
یک متر مکعب سنگ
16

کوره ذوب آهن
یک تن فولاد خام
220-65

ریخته گری ذوب آهن
یک تن آهن ریخته شده
8-3

نورد ذوب آهن
یک تن فولاد تولیدی
50-8
صنایع چوبی و کاغذ سازی
کاغذ سازی
یک تن کاغذ
1000- 125

تولید محصولات چوبی
یک متر مکعب چوب
4

چاپخانه ها
هر نفر کارگر
12/0
صنایع نساجی و چوب سازی
دباغی
یک تن پوست
60-40

رنگرزی
یک تن پارچه
70-20

رختشویی
یک تن پارچه
100-50
صنایع غذایی
شیر سازی
1000 لیترشیر
6-4

شیر سازی همراه با پنیر سازی
1000 لیتر شیر
10

شیرینی سازی
یک تن شیرینی
26-6

قند و شکر
یک تن چغندر قند
20-10

آبجوسازی
1000 لیتر آبجو
20-5

کنسرو میوه
یک تن کنسرو
14-4

روغن نباتی
یک تن روغن
20

نشاسته سازی
یک تن ذرت
8-5/1

1- روشهای تصفیه فیزیکی
شامل آشغالگیری (Screening) ، دانه گیری (Grit Chamber) ، یکنواخت سازی (Equalization)، جذب فیزیکی سطح جامد (Adsorption) و نهایتا" ته نشینی ساده (Sedimentation) میباشد.
2- روشهای تصفیه شیمیائی
مشتمل بر خنثی سازی (Neutralization)، انعقاد و لخته سازی تبادل یونی و جذب شیمیایی.
3- روشهای تصفیه بیولوژیکی
شامل تصفیه هوازی و بی هوازی.
تقسیم بندی روشهای تصفیه فاضلاب بر اساس درجه فعالیت و بازدهی
1- تصفیه مقدماتی یا اولیه (Primary Treatment) که در بر گیرنده اکثر روشهای تصفیه فیزیکی میباشد.
2- تصفیه متداول و یا ثانویه (Secondery Treatment) که دربرگیرنده اکثر روشهای تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی میباشد.
3- تصفیه پیشرفته و یا مرحله سوم (Teritary Treatment) که ترکیبی از فرآیندهای تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی است.(3)
روشهای متداول تصفیه فاضلاب صنعتی
با توجه به ویژگیها و مشخصات فاضلابهای صنعتی و وجود پارامترهای گسترده تری نسبت به فاضلاب شهری، انتخاب فرآیندهای تصفیه فاضلاب از ویژگی خاصی برخوردار است.از پارامترهای مهم در فاضلابهای صنعتی وجود ترکیبات رنگی، مواد سنگین و پچیده ، باز آلی بالا و آلاینده های خطرناک و سمی است که نیز به استفاده از فرآیندهای مختلف به خصوص استفاده از فرآیندهای شیمیایی را در برخی موارد اجتناب ناپذیر می نماید. لذا انتخاب نوع فرآیند با توجه به ویژگیهای هر صنعت متفاوت است که به اختصار برخی از این فرآیندها توضیح داده می شود.
1- تصفیه فیزیکی – شیمیایی
یکی از مشکلات عمده فاضلابهای صنعتی وجود ترکیبات پیچیده و آلاینده های متفاوت است که در مدت زمان کوتاه قابل تجزیه بوسیله طبیعت نبوده و خطرات فراوانی را برای محیط زیست و محیط های آبی پذیر بوجود می آورند. این مواد حتی برای میکروارگانیسم ها و موجودات تجزیه کننده مضر بوده و گاها" باعث از بین رفتن و کاهش قدرت تکثیر و رشد آنها نیز می شوند. لذا برای تصفیه مطلوب ازاین پسآب ها بایستی شرایطی بوجود آید تا فرآیندهای بیولوژیکی به راحتی بتوانند عمل نمایند. به همین منظور استفاده ازفرآیندهای فیزیکی – شیمیایی به عنوان پیش تصفیه بیولوژیکی در اکثر فاضلابهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
فرآیندهای فیزیکی – شیمیایی که به طور معمول کاربرد دارند عبارتند از:
– ته نشینی ثقلی
– شناور سازی
– فیلتراسیون یا صافی
– جذب سطحی
– انعقاد و لخته سازی
– اکسیداسیون و احیا
– تبادل یونی و …
استفاده از فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی یکی از روشهای مهم در تصفیه فاضلاب صنایع سلولزی است که در اغلب کشورها با توجه به راحتی این فرآیندهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرد.
1-1- فرآیند انعقاد و لخته سازی:
هدف اصلی از انعقاد ، ته نشینی مواد معلق سبک شامل مواد کلوئیدی و مواد نیمه محلول است که با استفاده از برخی مواد شیمیایی و تبدیل آنها به لخته های بزرگتر صورت می گیرد، تا این لخته ها دراثر وزن خود ته نشین شوند. از مهم ترین مواد منعقد کننده می توان به پلیمرهای طبیعی و مصنوعی ( کیتوزان ،PAM ، HE و… ) سولفات آلومینوم ، سولفات آهن و ، خاک رس و آهک را اشاره کرد.
ذرات کلوئیدی عموما" به جامدات غیر محلول در محیط مایع اطلاق میشود که دارای بار الکتریکی بوده و به سختی قابل رویت هستند. این ذرات عموما" دارای بار الکتریکی منفی بوده و قطری معادل (0.1-0.001 ) دارند. با توجه به ریز بودن و داشتن بار الکتریکی به راحتی از صافی ها عبور کرده و به سختی نیز ته نشین می شوند، لذا با توجه به زمان ماند بالا برایته نشینی این ذرات بایستی در ابتدا این مواد را بی بار کرد تا با جذب این ذرات به همدیگر ( ایجاد لخته ) قابلیت ته نشینی آنها بالا برده شود.
1-2- مکانیسم انعقاد
امروزه از مواد مختلف شیمیایی ، طبیعی و پلیمری برای فرآیند انعقاد استفاده می شود. از جمله مواد مصرفی به عنوان منعقد کننده آلوم به فرمول AL2(SO4)3 . 14H2O میباشد که با قلیائیت موجود در آب ترکیب شده و ایجاد یون AL3+ مینماید. یونهای َAL3+ بار منفی ذرات کلوئیدی را خنثی کرده و باعث انعقاد ذرات میشوند.
به طور کلی به علت پیچیدگی واکنشهای شیمیایی، شناخت چندانی در خصوص مکانیسم فرآیند انعقاد وجود ندارد و این فرآیند به طور کامل شناخته شده نیست ، ولی با توجه به پیشرفتهای اخیر در این مکانیسم می توان آن را در چهار مرحله به صورت زیر خلاصه نمود:
الف- متراکم شدن لایه دوبل الکتریکی
ب- جذب سطحی و خنثی سازی بار
ج- به دام افتادن ذرات در یک رسوب
د- جدب سطحی و ایجاد پل شیمیایی بین ذرات
به علت پیچیدگی واکنشها، پژوهشها و تجربیات مختلفی در این زمینه انجام شده است. دو روش برای تعیین PH و میزان منعقد کننده بهینه مورد توجه قرار گرفته است که عبارتند از:
1- کنترل پتانسیل زتا که توسط Riddick پیشنهاد شد. و در آن از منعقد کننده جهت صفر کردن پتانسیل زتا (1) استفاده میشود.
2- آزمایش جار که در آن PH و مقدار مصرف منعقد کننده برای ایجاد شرایط بهینه مختلف است.
با توجه به کاربرد آزمایش جار در اکثر موارد آزمایشگاهی این روش توضیح داده می شود:
– آزمایش جار (2):
با توجه به پیشرفتهای اخیر در خصوص مکانیسم فرآیند انعقاد، هنوز هم بهترین و ساده ترین روش آزمایشگاهی برای تعیین نوع و مقدار مصرف بهترین منعقد کننده استفاده از آزمایش جار می باشد.
در آزمایش جار با استفاده از یک سری میله های همزن ، محتوای یک سری ظروف شیشه ای هم شکل و هم اندازه که کیفیت آنها از قبل اندازه گیری شده هم زده میشود، در هر آزمایش یک ظرف نیز به عنوان شاهد در نظر گرفته میشود. بعد از اضافه کردن مواد شیمیایی ، پساب به سرعت ، به مدت یک دقیقه برای اطمینان از پخش کامل مواد شیمیایی مخلوط میشود ، این مرحله را انعقاد می نامند.
پس از آن عمل اختلاط کامل به مدت 15 تا 30 دقیقه دیگر جهت تولید ذرات درشت تر و با قابلیت ته نشینی بالا به آرامی ادامه پیدا میکند که این مرحله را لخته سازی می نامند. در طی این مرحله تشکیل لخته را میتوان مشاهده نمود. بعد از این دو مرحله، محلول به مدت 30 دقیقه به منظور به نشینی لخته ها و شفافیت به حال خود گذاشته میشود تا قدرت ته نشینی و مقدار لجن و شفافیت زلال آب پساب مورد نظر ، تحت آزمایش قرار گیرد.
این عمل را چندین بار در PH های مختلف و غلظت های مختلف انجام داده تا در نهایت بهترین شرایط عملکرد تعیین شود. از جمله عوامل موثر در آزمایش جار شرایط مخلوط شدن ، ویسکوزیته ، PH ، دما ، کدورت پساب ، نوع و مقدار منعقد کننده و دور همزن میباشند که می توانند در نوع عمل انعقاد و ذره سازی موثر باشند.
1-3- مواد منعقد کننده:
مواد منعقد کننده مورد استفاده در آب و فاضلاب علاوه بر دارا بودن قدرت انعقاد بایستی از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشند و مشکلاتی از نظر مسمومیت ، ایجاد ترکیبات مضر ، افزایش املاح ناخواسته و … برای آبهای پذیرنده را نداشته باشند. رایج ترین این مواد در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول 1 : مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب
ماده شیمیایی

فرمول

وزن مولکولی
چگالی (lb/ft3)
خشک تر
زاج – آلوم
Al2(SO4)3.14H2O
Al2(SO4)3.18H2O
594.3
666.7
60-75
60-75
83-85
78-80
کلرید آهن
FeCl3
162.1
——-
84-93
سولفات آهن (II)
Fe2(SO4)3
Fe2(SO4)3.3H2O
400
454
——-
70-72
——-
——-
سولفات آهن (III)
FeSO4.7H2O
278
61-62
——-
آهک
Ca(OH)2
56 به شکلCaO
35-50
——-
توجه : kg/m3=16.085 Lb/ft3
علاوه بر مواد منعقد کننده برخی مواد به عنوان کمک منعقد کننده وجود دارند که در غلظت های بسیار کم در مرحله انعقاد یا لخته سازی اضافه شده و باعث تسریع در عمل انعقاد و کارایی این فرآیند می شوند. این مواد را میتوان به صورت زیر دسته بندی نمود:
– اکسید کننده ها نظیر ازن
– مواد سنگین کننده مثل خاک رس و بنتونیت
– سیلیس فعال
– پلی الکترولیتها ( آنیونی-کاتیونی-غیر یونی )
لازم به ذکر است هر منعقد کننده در PH خاصی عملکرد بهتری را از خود نشان میدهد که در جدول 2 برخی از این منعقد کننده ها و PH موثر آنها آمده است.
جدول 2: محدوده PH موثر برخی از منعقد کننده های شیمیایی

منعقد کننده
محدوده PH موثر
آهک
در اکثر PH موثر ولی در PH قلیایی موثرتر
آلوم
5.5-8.5
کلرید آهن
4-11
سولفات آهن( II )
بالای 9.5
سولفات آهن ( III )
(4-6) & (8.8-9.2)

2- تصفیه بیولوژیکی
به طور کلی در اکثر موارد میتوان انواع فاضلاب را به روش بیولوژیکی تصفیه نمود. هدف عمده از تصفیه بیولوژیکی فاضلاب جدا کردن مواد جامد کلوئیدی می باشد. و تغییر در ترکیبات آلی موجود در فاضلاب به طوری که قابلیت ته نشینی آن افزوده میشود و به راحتی ته نشین می شوند. در ضمن تثبیت مواد آلی نیز از اهداف دیگر تصفیه بیولوژیکی می باشد تا در محیط ، مشکلی به وجود نیاید. به طور عمده در فاضلابهای صنعتی هدف جداسازی یا کاهش غلظت ترکیبات آلی و غیر آلی می باشد.لذل برای حصول این امر ، در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب از انواع اورگانیسم ها استفاده می شود،که توده عظیم آن را باکتریها تشکیل می دهند. اهمیت باکتریها آنقدر زیاد است که می توان آنها را قلب یک تصفیه خانه بیولوژیکی دانست. حذف BOD کربن دار، لخته سازی مواد جامد کلوئیدی غیر قابل ته نشینی و تثبیت مواد آلی به روش بیولوژیکی و با استفاده از انواع میکرواورگانیسم ها صورت می پذیرد.
نکته اساسی در طراحی فرآیند تصفیه بیولوژیکی یا انتخاب نوع فرآیند مورد استفاده ، درک فعالیت بیوشیمیایی میکرواورگانیسم ها می باشد.
هر میکروارگانیسم برای رشد ، تکثیر و فعالیت مناسب خود باید این عوامل را در اختیار داشته باشد:
1- منبع انرژی:
انرژی مورد نیازبرای سنتز سلول ممکن است از نور یا واکنش اکسیداسیون-احیای شیمیایی بدست آید.
2-کربن (برای سنتز مواد سلولی جدید):
منبع کربن نیز ممکن است از دو طریق برای سنتز مواد سلولی جدید میکروارگانیسم ها بدست آید . یکی از طریق کربن موجود در مواد آلی و دیگر از دی اکسید کربن.
3- عناصر معدنی ( مواد مغذی ):
نظیر نیتروژن ، فسفر ، گوگرد ، کلسیم ، منیزیوم و پتاسیم
در ضمن شرایط محیطی از دما و PH اثر مهمی در بقا و رشد باکتریها دارد. به طور کلی رشد بهینه در گستره محدودی از دما و PH رخ می دهد. به طوری که طبق مطالعات انجام شده بهترین PH برای رشد و تکثیر باکتریها عموما" 6.5 تا 8 است.
2-1- طبقه بندی فرآیندهای بیولوژیکی :
فرآیندهای بیولوژیکی را میتوان به دو روش تقسیم بندی نمود.
1) طبقه بندی بر اساس محیط بیوشیمیایی
الف – فرآیند هوازی ( Aerobic )
در این فرآیند فعالیت میکروارگانیسم ها در حضور اکسیژن محلول انجام می گیرد، لذا میکروارگانیسم های دیگر فعالیت چندانی ندارند.
ب – فرآیند بی اکسیژن ( َAnoxic )
در این حالت فعالیت بیولوژیکی بدون حضور اکسیژن محلول انجام می گیرد و باکتریها اکسیژن خود را از ترکیبات موادی مانند سولفاتها ، نیتراتها و کربناتها بدست می آورند.
ج- فرآیند بی هوازی ( َAnaerobic )
در این حالت هیچگونه اکسیژن به صورت محلول و ترکیبی وجود ندارد و ازهیدرولیز مواد آلی فعالیت بیولوژیکی صورت می گیرد. در ضمن مقدار لجن کمتری نسبت به دو حالت قبل تولید می شود و با تولید گاز متان به عنوان منبع انرژی می توان از آن استفاده نمود.
2) طبقه بندی بر اساس محیط رشد میکروارگانیسم ها
الف- رشد چسبیده ( Attached Growth )
در این حالت عوامل بیولوژیکی بر روی بستری از مواد همانند سنگ ، سرامیک ، پلاستیک و سرباره رشد می کند و فیلم باکتری بر روی این محیط تشکیل و فاضلاب با عبور از این محیط تصفیه می شود.
ب- رشد معلق
در این حالت جمعیت بیولوژیکی به صورت ذرات معلق و به حالت سوسپانسیونی در مایع رشد می کند. معلولا" روش رشد تعلیقی برای تصفیه ثانویه فاضلاب استفاده میگردد.
جدول 3
نوع باکتری
نوع محیط رشد
برخی از فرآیندهای مورد استفاده
هوازی
رشد معلق
فرآیندهای لجن فعال ( اختلال کامل، هوادهی گسترده، SBR و … ) ، هضم هوازی، نیتریفیکاسیون

رشد چسبیده
صافی چکنده ، دسکتهای بیولوژیکی چرخان (RBC) و …
بی هوازی
رشد معلق
هضم بی هوازی ، فرآیند UASB

رشد چسبیده
فیلتر بی هوازی و …
بی اکسیژن
رشد معلق
دنیتریفیکاسیون با بستر معلق

رشد چسبیده
دنیتریفیکاسیون با بستر ثابت

لازم به ذکر است برخی از فرآیندهای ترکیبی از نوع باکتریها و نوع محیط رشد میباشند که با توجه به تحقیقات اخیر در زمینه تصفیه فاضلاب این گونه فرآیندها برای رفع برخی از مشکلات بوجود آمده است که ترکیبی از رشد معلق و چسبیده هوازی-بی هوازی میباشند که باعث بالا رفتن راندمان و رفع برخی از مشکلات در امر تصفیه می گردد.
2-1 تصفیه بی هوازی
فرآیند تصفیه بی هوازی در بسیاری از جاها مانند معده نشخوارکنندگان ، مردابها و رسوبات برکه ها و دریاچه ها ، مراکز دفن زباله یا لجن و لوله های فاضلاب که حاوی مواد آلی و فاقد اکسیژن محلول ملکولی باشند رخ می دهد.
با استفاده از فرآیند بی هوازی در تصفیه فاضلاب می توان بدون استفاده از تکنولوژی پیچیده و تنها با روش های معمول ، تصفیه فاضلاب را با هزینه های بسیار کمتر اعم از سرمایه ای و جاری به نحو مطلوب انجام داد. از دهه هفتاد در جهت حفظ انرژی و کاهش زمین مورد نیاز، تصفیه بی هوازی به عنوان روش پیشرفته بیوتکنولوژی مورد توجه واقع شده است. راکتورهای با سرعت بالا ساخته شده که در بسیاری موارد با موفقیت همراه بوده است. این راکتورها دارای توده میکروبی فعال با غلظت زیاد هستند.
در تصفیه فاضلاب صنایع با بار آلودگی بالا ، می توان ابتدا فاضلاب را به روش بی هوازی تصفیه نمود و سپس عمل تصفیه را به روش بی هوازی کامل کرد. در تصفیه فاضلاب به روش بی هوازی-هوازی از آنجا که قسمت عمده ای از بار به روش بی هوازی و با هزینه کمتری حذف می شود ، هزینه کلی فرآیند به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. لذا شناخت فرآیند تصفیه بی هوازی و کنترل آن از اهمیت خاصی برخوردار است که در زیر به طور مختصر توضیح داده می شود.
الف- میکروبیولوژی و مکانیسم فرآیند بی هوازی
تصفیه بی هوازی در واقع شامل فرآیندهای بیولوژیکی است که طی آن مواد آلی تجزیه شده و دو گاز عمده متان و اکسید کربن تولیدمی شود که از متان به عنوان منبع سوختی و انرژی می توان استفاده نمود. این مراحل را به طور کلی می توان در چهار مرحله تقسیم بندی نمود که عبارتند از:
1) هیدرولیز ( Hydrolysis )
پروتئینها ، چربیها وپلیمرها به کمک آنزیمهای خارجی میکروارگانیسمها به واحدهای ساختمانی ساده تجزیه می شوند. در اکثر موارد در این مرحله از فاضلاب به عنوان منبع غذایی استفاده می شود. سرعت کل فرآیند محدود و حساسیت زیادی به درجه حرارت وجود دارد.
2) اسیدی شدن ( Acidification )
مواد محلول تولید شده در مرحله هیدرولیز توسط باکتریهای مخمر، جذب و به صورت ترکیبات ساده آلی و معدنی دفع می شوند. به این مرحله که در آن اسیدهای آلی ، الکل و مقدار کمی ترکیبات معدنی تولید می شوند ، به اصطلاح اسیدی شدن گفته میشود. عمل اسیدی شدن را گونه های مختلف باکتریها که اکثر آنها بی هوازی اجباری و برخی از آنها بی هوازی اختیاری می باشند انجام میدهند. اگر در فرآیند اسیدی شدن فقط باکتریهای بی هوازی اجباری نقش داشتند ممکن بود اکسیژن محلول همراه با فاضلاب ورودی ، تمام باکتریهای بی هوازی اجباری را از بین برده و این مرحله متوقف شود.
3) مرحله استات سازی ( Acetogensis )
دراین مرحله تمامی ترکیبات آلی تولید شده در مرحله اسیدی شدن به استات ، هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل می شوند. مواد آلی در این مرحله می توانند با توجه به نوع ترکیب آلی به دو صورت تولید شوند که عبارتند از :
1) CxHyOz+H2O==>CH3COOH+CO2
2) CxHyOz+H2O==>CH3COOH+H2
به طور کلی در این مرحله تشکیل اسیداستیک ، گاز هیدروژن و دی اکسید کربن صورت می گیرد.
4) مرحله متان زایی ( Methanogenesis )
در این مرحله دی اکسید کربن ، هیدروژن و اسیداستیک تولید شده در مرحله قبل به متان ، آب ، دی اکسید کربن و ترکیباتی نظیر آمونیاک تبدیل می شود. این عمل توسط باکتریهایی انجام می شود که بی هوازی اجباری می باشند. عمده باکتریهایی که تاکنون شناسایی شده اند عبارتند از : میله ای ها ( متانو باکتریوم ، متانوباسیلوس ) و کروی ( متانوکوکوس ، متانوسارسینا )
تولید متان می تواند از دو راه صورت پذیرد که دو مسیر اصلیتشکیل متان در هضم بی هوازی عبارتند از (1) تبدیلهیدروژن و دی اکسید کربن به متان و آب و (2) تبدیل استات به متان و دی اکسید کربن.
1) CH3COOH==>CH4+CO2
2) 4H2+CO2==>CH4+2H2O
متان زاها و اسیدزاها رابطه ای متقابلا" مفید دارند که در آن متان زاها ، به سبب هیدروژن خوار بودن ، می توانند فشار نسبی H2 فوق العاده پایینی را حفظ کنند.
با توجه به آنچه گفته شد در تجزیه بی هوازی مواد آلی به شکل متان از مواد غذایی جدا می شوند، لذا در مقایسه با باکتریهای هوازی رشد باکتریهای بی هوازی نسبتا" کندتر است.
ب- عوامل موثر محیطی در فرآیند بی هوازی
یکی از مشکلات عمده سیستم های بی هوازی ، کنترل و راهبری این سیستم ها است. تامین شرایط محیطی مناسب برای رشد میکروارگانیسم های بی هوازی از مهم ترین مسائل در تحقیقات می باشد. لذا برخی از عوامل محیطی که در روند فعالیت باکتریهای بی هوازی نقش مهمی دارند، عبارتند از:
1) درجه حرارت
درجه حرارت یکی از عوامل موثر در رشد و فعالیت باکتریهای بی هوازی است که با توجه به نوع باکتریها از لحاظ تقسیم بندی حرارتی ( ترموفیلیک، مزوفیلیک و ساکروفیلیک ) متفاوت می باشد.
سیستم های تصفیه بی هوازی فاضلاب صنایع سلولزی معمولا" در درجه حرارت 25-45 درجه سلسیوس بهره برداری می شود. در برخی از موارد، این صنایع ممکن است فاضلابهای با درجه حرارت بین 40 تا 80 درجه سانتیگراد تولید نموده که در این صورت از فرآیندهای بی هوازی ترموفیلیک استفاده می شود.
کنترل درجهحرارت برای هر کدام از فرآیندهای مزوفیلیک ضروری است زیرا کاهش و یا افزایش دما در هر حالتی بر رشد بهینه باکتریها تاثیر گذار بوده و باعث از بین رفتن باکتریهای متان زا شده و در نتیجه فرآیند بی هوازی از بین می رود.
2) مواد غذایی
برای رشد میکروارگانیسم ها و تولید سلول جدید ، در فرآیندهای بی هوازی علاوه بر مواد آلی نیاز به ترکیبات نیتروژن ، فسفر و برخی دیگر از عناصر نظیر گوگرد، کلسیم و منیزیم ضروری است.
3) PH
یکی از فاکتورهای مهم در سیستم های بی هوازی کنترل PH سیستم به خصوص در هنگام راه اندازی سیستم است . PH بهینه در سیستم بی هوازی در گستره 6.5-7.5 می باشد. زیرا شرایط اسیدی برای گونه های متان زا بسیار مضر است و درPH حدود 6.5 شروع به تولید متان و درPH<= 5.5 این عمل متوقف می شود.
ج- راه اندازی راکتورهای بی هوازی
راه اندازی سیستم های بی هوازی، نسبت به راکتورهای هوازی از اهمیت و توجه خاصی برخوردار است . به طوری که مدت زمان نسبتا" طولانی به طول می انجامد تا طی آن لجن مورد استفاده در راکتور با فاضلاب مورد نظر تطبیق کامل پیدا نماید. به همین دلیل و با توجه به رشد پایین این گونه از باکتریها، وجود مواد سمی و بازدارنده خیلی حساستر برای سیستم های بی هوازی می باشند. لذا برای تصفیه فاضلاب صنایع سلولزی به روش بی هوازی که دارای مواد سنگین و دیر تجزیه ناپذیر نظیر لیگنین ، تانین ها و رزین های چوبی ، می باشند، بایستی فاضلاب رقیق و بازمان طولانی افزوده شود و در راهبری و کنترل آنها دقت خاصی صورت گیرد. لازم به ذکر است چنانچه فعالیت راکتور راه اندازی شده برای مدت طولانی تعطیل شود را اندازی مجدد آن به سادگی در کوتاه مدت انجام پذیر بوده و در خلال مدت تعطیلی ، سیستم به مراقبت خاص نیاز ندارد.
از این رو فرآیند تصفیه بی هوازی برای پساب صنایعی که به صورت فصلی کارمی کنند و دوران تعطیلی طولانی دارند ایده آل است.
د- راکتورهای بی هوازی
با توجه به اهمیت یافتن تصفیه بی هوازی در چند دهه اخیر، راکتورهای مختلف و پیشرفته ای در این زمینه تهیه شده است که چند نوع مهم از آنها عبارتند از:
1) لاگون های بی هوازی
2) تماس بی هوازی
3) فیلتر بی هوازی
4) بستر سیال بی هوازی
5) بستر لجن بی هوازی با جریان پایین به بالا ( UASB)
6) ایمهاف تانک
7) سپتیک تانک

2-2 تصفیه هوازی
پس از تصفیه بی هوازی معمولا تصفیه هوازی مورد استفاده قرار میگیرد . تصفیه هوازی در حذف ترکیبات رزین چوب که سمیت بالایی دارند ودر سیستمهای بی هوازی مقاوم می باشند بسیار موثر میباشند . فرایندهای تصفیه هوازی معمولی مورد استفاده عبارتند از :
1) فرآیند لجن فعال
2) استخرهای هوادهی شده یا لاگونهای هوادهی
3) رآکتور نا پیوسته متوالی (SBR)
4) هضم هوازی
5) صافی چکنده
6) دیسکهای چرخان چسبنده
2-3-1-روش لجن فعال
تصفیه فاضلاب به روش لجن فعال یکی از انواع تصفیه بیولوژیکی هوازی است که در سال 1914 توسط آردن و لاکت در انگلستان ابداع گردید. در این فرآیند توده ای فعال از میکروارگانیسم ها تولید می شوند که قادر به تثبیت هوازی مواد آلی هستند ، لذا این فرآیند، لجن فعال نام گرفته است.
در این روش فاضلاب خروجی از حوض ته نشینی اولیه ، با لجن برگشتی حوض ته نشینی ثانویه در صورت وجود، در هم آمیخته و در راکتور وارد می شود و تحت عمل هوادهی قرار می گیرد. فرآیند لجن فعال ، یک فرآیند محیط کشت معلق می باشد که لجن ته نشین شده آن محتوی میکروارگانیسم های زنده و فعال است و دارای بازگشت لجن نیز می باشد.
به طور کلی سیستم لجن فعال دارای تجهیزات زیر می باشد:
1) مخزن هوادهی
2) مخزن به نشینی یا واحد زلال سازی
3) سیستم برگشت لجن
4) سیستم دفع لجن
به طور کلی سیستم لجن فعال یک محیط بیولوژیکی مختلفی را شامل می شود که به طور عمده از باکتری پرتوزوآ، روتیفر و قارچ تشکیل یافته است. گونه های مختلی از باکتریهای فرآیند لجن فعال که تاکنون شناخته شده اند عبارتند از : پسودوموناس، زوئوگنا، فلاوباکتریم، نیتروزوموناس، نیتروباکتر و … که با توجه به نوع فاضلاب ورودی ، رشد هرگونه از باکتری ها متفاوت است.
الف- انواع سیستم های لجن فعال:
گرچه سیستم لجن فعال دارای اصول ثابتی است لکن به مرور زمان تغییرات و اصلاحاتی بر روی سیستم متداول انجام یافته است که هر یک دارای محاسن و معایب خاصی است که نحوه اکسیژن رسانی ( هوادهی ) ، تغذیه، لجن برگشتی، نوع رژیم هیدرولیکی و زمان ماند در آنها متفاوت است.
از انواع روشهای لجن فعال می توان هوادهی مرحله ای، اختلاط کامل، تثبیت و تماس، اکسیژن خالص و کانال اکسیداسیون را نام برد.
ب- فاکتورهای موثر در بهره برداری
در بهره برداری و کنترل لجن فعال یک سری پارامترها می باشند که در راهبری سیستم لجن فعال موثر است . این پارامترها عبارتند از:
1) شدت آلودگی
2) مواد مغذی
3) اکسیژن محلول
4) زمان ماند
5)PH
6) سمیت
7) دما
8) اختلاط
9) هیدرولیک جریان
این پارامترها در طی بهره برداری و راهبری سیستم مورد کنترل و آزمایش قرار می گیرند.
ج- کنترل فرآیند:
به طور کلی برای کنترل دقیق یک تصفیه خانه و کنترل فاکتورهای موثر در امر تصفیه به شیوه لجن فعال باید ازشاخص های مهم استفاده کرد تا پارامترهای ذکر شده مورد بررسی قرار گیرد. برخی از این آزمایش ها و اندازه گیری ها که باید به طور روزانه در سیستم لجن فعال مورد مطالعه قرار گیرند عبارتند از:
– مقدار جریان ورودی فاضلاب
– درجه حرارت هوا و فاضلاب
– اندیس حجمی لجن (SVI)
– جریان برگشتی لجن و لجن مازاد
– وضعیت حوض هوادهی و ته نشینی از لحاظ شاخصهای بصری ( رنگ ، شفافیت ، پساب ، کف ، تلاطم ، بو و …)
– اندازه گیری BOD و COD ورودی ، خروجی و حوض هوادهی
-PH ورودی و خروجی و حوض هوادهی
– MLSS1 و MLVSS 2
– DO (اکسیژن محلول)
– آزمایش ته نشینی سی دقیقه ای
– ترکیبات نیتروژن و فسفر
– عمق پوشش لجن
– SS وVSS
– آزمایشات میکروسکوپی
– مصرف آب ، برق و سوخت

د- مشکلات و نواقص لجن فعال :
برخی از مشکلات وسائل که به طور عمده در سیستم لجن فعال ممکن است به وجود آید عبارتند از : حجیم شدن لجن ، تشکیل کف در حوض هوادهی ، تولید بو و صدا ، بالا آمدن لجن ، حذف کم BOD که هر کدام از آنها به عواملی مانند : PH ، درجه حرارت ،F/M ، ، و … بستگی دارد.(2)

روش متداول و اقتصادی تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی و اغلب فاضلابهای صنعتی استفاده ازفرآیندهای بیولوژیکی است.
تصفیه بیولوژیک مهم ترین و اصلی ترین مرحله اکثر سیستمهای تصفیه را تشکیل می دهد، برای شناخت فرآیندهای بیولوژیک و هم چنین طراحی علمی و اصولی ، اجرا و راهبری این فرآیندها و یا مدلسازی و استفاده از روابط بیوشیمیایی و فیزیکی در طرح و کنترل این سیستمها ، باید قبل از هر چیزی به میکروبیولوژی تصفیه فاضلاب که شامل رفتارها و ویژگیهای میکروارگانیسمهای فعال در تصفیه فاضلاب می باشد، شناخت حاصل شود.
سیستمهای تصفیه بیولوژیکی سیستمهای زنده ای هستند که متکی به جمعیتهای ناهمگون میکروبها می باشند. مخلوط میکروارگانیسمها مواد آلی را تجزیه کرده و از محلول جدا می نمایند.
بطور کلی هدف عمده فرایندهای تصفیه بیولوژیکی ، تبدیل و یا حذف مواد آلی به سایر محصولات می باشد، به نحوی که محصولات تولید شده یا بی ضرر بوده و یا براحتی قابل جداسازی باشند. آنچه مهم است آن است که در کلیه فرآیندهای بیولوژیکی ، نقش اصلی و حیاتی را میکروارگانیسمها بعهده دارند و در واقع ماشین تصفیه بحساب می آیند. عموما" در سیستمهای تصفیه انواع متنوع از میکروارگانیسمها فعالیت دارند، هر چند که از میان آنها نقش اصلی بر عهده باکتریها می باشد.یکی از محصولات بسیار مهم و اصلی تولید شده در فرایندهای بیولوژیک رشد میکروبی یا تولید سلولهای اضافی می باشد. توجه به این نکته بسیار اهمیت دارد که اگر این سلولها که در جریان حذف مواد آلی تولید می شوند از محلول جداسازی نگردند عمل تصفیه انجام نشده است، زیرا سلولها که خود در واقع منشاء آلی دارند در جریان خروجی بعنوان BOD یا COD سنجیده می شوند.
بطور کلی باکتریها، قارچها، جلبکها، پروتوزئرها، روتیفرها، سخت پوستان و ویروسها میکروارگانیسمهای مهم در مهندسی تصفیه فاضلاب را تشکیل می دهند.
الف – شرایط تغذیه و رشد در جمعیتهای مخلوط میکروبی
اساس و پایه تمام فرآیندهائی که در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب بکار گرفته می شود، نیاز غذائی میکروارگانیسمها می باشد. برای مثال در سیستم لجن فعال مواد آلی کلوئیدی و محلول توسط میکروارگانیسمها بدین علت حذف می شود که این مواد تامین کننده نیازهای رشد و حیات سلولها هستند. بطور کلی برای میکروارگانیسمها مواد غذائی فراهم کننده تسهیلات ذیل می باشند:
1- منبع انرژی :
1-1- ترکیبات آلی
2-1- ترکیبات معدنی
3-1- نور خورشید
2 -منبع کربن :
1-2- ترکیبات آلی
2-2- ترکیبات معدنی نظیر دی اکسید کربن و بیکربناتها
3- پذیرنده الکترون :
1-3- اکسیژن ترکیبات آلی
2-3- اکسیژن ترکیبات معدنی نظیر سولفاتها، نیتراتها و دی اکسید نیتروژن
4- مواد مغذی :
1-4- نیتروژن
2-4- فسفر
3-4- سایر عناصر کمیاب (Micro Elements)
با توجه به نیاز مواد غذایی و یا نحوه متابولیسم ، میکروارگانیسم ها مطابق جدول 1-1 دسته بندی میگردند.
جدول 1-1- طبقه بندی میکروارگانیسمها با توجه به احتیاجات غذائی و نحوه متابولیسم
منابع تامین کننده
دسته بندی
کربن
معدنی
اتوتروف

آلی
هتروتروف
انرژی
شیمیایی
شیمیوتروف

نور خورشید
فتوتروف
دهنده الکترون
معدنی
لیتوتروف

آلی
ارگانوتروف

ب- اثر دما روی رشد میکروبی
یکی از عوامل فیزیکی موثر بر رشد میکروبی در هر محیطی دما است. میکروارگانیسمها دارای مکانیسم کنترل کننده دما نبوده بنابراین دمای داخل سلول با بیرون یکسان است ، بعبارت دیگر سرعت تمامی واکنشهای حیاتی داخل سلول تابع دما می باشد. شکل ذیل تاثیر درجه حرارت را بر روی سرعت رشد نشان می دهد.

تاثیر درجه حرارت بر روی آهنگ رشد میکروبی

همانگونه که پیداست برای هر گونه از میکروارگانیسمها محدوده ای از درجه حرارت وجود دارد که در کمتر یا بیشتر از آن رشد کاملا" متوقف می شود، دمای بهینه آن محدوده دمائی است که سرعت رشد حداکثر باشد. بر اساس محدوده دمائی که در آن میکروارگانیسمها می توانند رشد کنند، آنها را به دسته های ذیل تقسیم نموده اند :
1- میکروارگانیسمهای گرمادوست اجباری
2- میکروارگانیسمهای گرمادوست اختیاری
3- میکروارگانیسمهای حد واسط
4- میکروارگانیسمهای سرمادوست اختیاری
5- میکروارگانیسمهای سرمادوست اجباری
نمودار ذیل تقسیم بندی تقسیم بندی میکروارگانیسمها را از نظر درجه حرارت و دمای مناسب برای رشد آنها نشان می دهد. نقاط هاشور زده در این نمودار معرف محدوده دمای بهینه برای حداکثر رشد را نشان می دهد.

طبقه بندی میکروارگانیسمها بر حسب دامنه درجه حرارت

البته می توان بطور خلاصه میکروارگانیسمها را از نظر دمای مناسب به سه گروه سرما دوست ، گرما دوست و حد واسط تقسیم بندی کرد. حدود درجه حرارت مناسب هر گروه در جدول ذیل نشان داده شده است.
جدول 2-1- درجه حرارت مناسب برای انواع میکروارگانیسمها
گونه های میکروارگانیسم
درجه حرارت به 0C

حدود
حد مطلوب
سرما دوست
30-(2-)
18-12
اعتدالی
40-20
40-25
گرما دوست
75-45
65-55

دلیل حساسیت باکتریها به درجه حرارت بسیار پیچیده است. در یک عبارت ساده می توان تصور کرد که باکتریها به صورت بسته های شامل کاتالیزورها ، واکنش دهنده ها و محصولات هستند. هر واکنش دارای یک سرعت خاص است که تابعی از درجه حرارت محسوب می شود. این تابعیت از درجه حرارت بوسیله معادله آرینوس ( Arrhenius ) توصیف شده است.
d(LnK) / dt = E / RT2
که در آن :
=Kسرعت واکنش
E =انرژی اکتیواسیون ظاهری
=R ثابت گازها
T =درجه حرارت
ج- اثر درجه اسیدیته (PH) روی رشد میکروبی
فاکتور مهم دیگری که مثل دما روی سرعت رشد میکروبی تاثیر دارد، غلظت یون هیدروژن یا PH است. همانند دما، برای PH نیز محدوده ای معین وجود دارد که در کمتر یا بیشتر از آن امکان رشد وجود ندارد.
در محدوده مناسب PH برای رشد ، PH بهینه وجود دارد که سرعت رشد در آن حداکثر است و این نقطه معمولا" میان حداقل و حداکثر محدوده رشد است.

تاثیر درجه اسیدیته بر روی آهنگ رشد میکروبی

البته برای بیشتر میکروارگانیسمها در محدوده PH 9-4 امکان رشد فراهم است و PH بهینه برای بیشتر آنها 5/7-5/6 است. قابل ذکر است که اثرPH روی فعالیتهای میکروبی اصولا" بعلت تاثیر روی آنزیمهای آنهاست. بطور کلی نظرات زیر در مورد اثرPH روی فعالیت انواع میکروارگانیسم های ارائه شده است :
1- بیشتر قارچها دارای PH بهینه نزدیک خنثی هستند.
2- بشتر قارچها یک محیط اسیدی را ترجیح می دهند که PH بهینه آن نزدیک 5 است که حداقل PH محدوده رشد آنها مابین 3-1 است.
3- برای بیشتر جلبکهای سبز – آبی، PH بهینه بیش از 7 است.
4- بیشتر پروتوزوئرها قادرند در PH بین 8-5 ( با بهینهPH نزدیک 7 ) رشد کنند.
د- نیاز رشد میکروبی به اکسیژن
میکروارگانیسمها را از نظر نیاز به اکسیژن ، به چند دسته تقسیم میکنند :
1- میکروارگانیسمهای مطلق هوازی ، که نیاز به اکسیژن محلول مولکولی دارند.
2- میکروارگانیسمهای مطلق بی هوازی ، که نمی توانند در حضور اکسیژن محلول مولکولی فعالیت کنند.
3- میکروارگانیسمهای اختیاری ، که هم در حضور و هم در غیاب اکسیژن محلول مولکولی قادر به فعالیت هستند.
4- میکروارگانیسمهای میکروآئروفیل ، که نیاز به غلظت کمی از اکسیژن محلول مولکولی دارند.
اکسیژن برای میکروارگانیسمهای هوازی برای دو کار لازم است :
1- در واکنش تولید انرژی اکسیژن بعنوان پذیرنده نهائی الکترون لازم است . ( استفاده اصلی )
2- برخی از واکنشهای آنزیمی احتیاج به مقادیر کم اکسیژن دارند. مثلا" اکسیداسیون هیدروکربنها نیاز به افزایش اکسیژن جهت شکست مولکولها دارد.
ح- منحنی رشد میکروبی
هرگاه تعداد کمی میکروارگانیسم در یک محیط کشت مناسب قرار داده شود، تعداد میکروارگانیسمهای زنده در محیط 6 فاز رشد مختلف را مطابق شکل ذیل در بر خواهند داشت :

خصوصیات منحنی های رشد کشت میکروبی

1- فاز تاخیری (Lag Phase) : میکروارگانیسمها در این فاز به مدت زمانی احتیاج دارند تا خود را با شرایط محیطی و نوع مواد غذائی موجود تطبیق دهند. در این فاز تعداد میکروارگانیسمها افزایش پیدا نمی کنند.
2- فاز رشد لگاریتمی (Exponential Growth Phase) : دراین فاز میکروارگانیسمها بسرعت افزایش پیدا می نمایند و رشد آنها تنها مربوط به قابلیت آنها در مصرف مواد غذائی است.
3- فاز رشد کاهنده (Declining Growth Phase) : بدلیل کاهش مواد غذائی در محیط ، از سرعت رشد کاسته می شود.
4- فاز ساکن (Stationary Phase) : تعداد میکروارگانیسمهائی که در این فاز بوجود می آیند تقریبا" برابر با تعدادی است که از بین می روند.
5- فاز مرگ و میر (Death Phase) : بدلیل کاهش مواد غذائی و افزایش سموم ، میزان مرگ و میر بیشتر از تکثیر میگردد.
6- فاز خودخوری (Endogenous Phase) : در متابولیسم خودخوری ، سرعت مرگ و میر زیاد و متلاشی شدن سلولها از جمله مشخصات این فاز می باشد.
قابل توجه است که از نظر مهندسی محیط زیست عموما" فاز رشد میکروارگانیسمها مطابق شکل ذیل از سه ناحیه اصلی تشکیل شده است :
1- فاز رشد لگاریتمی
2- فاز کاهش رشد
3- فاز خودخوری

منحنی رشد ایده آل برای یک محیط کشت ناپیوسته میکروبی
در دو فاز اول و دوم مواد آلی حذف می شوند و بعبارتی دیگر عمل تصفیه در این دو فاز انجام می شود.
بنا بر دلایل ذیل سلولها نمی توانند در یک محیط غذائی بطور نامحدود رشد کنند :
1- محدودیت مواد غذائی
2- محدودیت اکسیژن محلول
3- ازدحام جمعیت میکروبی
4- تغییرات در محیط شیمیائی بعلت رشد میکروبی بویژه تولید متابولیتهای سمی.
خ- باکتریها
باکتریها آغازیان بک سلولی هستند که از غذای محلول استفاده می نمایند و در هر کجای طبیعت که رطوبت و منبع غذائی موجود باشد یافت می شوند. روش معمول تکثیر آنها، تقسیم دوتائی (Bifission) است. از نظر شکل سه نوعند : کروی، میله ای و خمیده . شکل زیر ساختار ساختمانی باکتری را نشان میدهد.

ساختمان باکتری یوکاریوتیک

از نظر متابولیسم باکتریها به دو دسته تقسیم می شوند :
1- باکتریهای هتروتروف (Heterotrophic Bacteria) : مهم ترین گروه در تصفیه فاضلاب می باشند که به مواد آلی جهت رشد و تغذیه نیاز دارند.
2- باکتریهای اتوتروف (Autotrophic Bacteria) : دسته ای از باکتریها می باشند که به دی اکسیبد کربن (CO2) جهت رشد نیازمند هستند.
هم چنین باکتریها از نظر نیاز به اکسیژن به سه دسته تقسیم می شوند :
1- هوازی مطلق
2- بی هوازی مطلق
3- اختیاری
آزمایشهای مختلف نشان داده است که حدود 80% وزن باکتریها آب و بقیه مواد جامد است که 90% مواد جامد آلی و بقیه معدنی است. سلولهای زنده به مقدار زیادی از ترکیبات نظیر کربوهیدراتها، چربیها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک تشکیل شده اند که وزن مولکولی آنها کمتر از 100 تا بیش از یک میلیون می رسد.
ترکیب اصلی سازنده سلولها متشکل از کربن، اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، فسفر، گوگرد، پتاسیم، سدیم بطور کلی بیش از 90% وزن خشک باکتری و یا سلول از ‍N2 ،O2 ،H2 ،C تشکیل شده است که بصورت C5H7NO2 قابل فرموله است. مقدار اکسیژن مورد نیاز شیمیائی تئوریکی سلول با این فرمول تجربی را می توان چنین حساب کرد.
C5H7NO2+5O2 ==>5CO2+2H2O+NH3
محاسبات نشان داده است که 1 mg سلول معادل 1.42 mg COD می باشد.در تجربه مشخص شده است که هر گرم تقریبا" معادل 1.3-1.5 mg COD می باشد. باکتریها باید تمام مواد لازم برای ساخت پروتوپلاسم و بطور کلی ترکیبات سلولی را از محیط دریافت کنند. اگر محیط نسبت به هر یک از عناصر دارای کمبود باشد ، رشد باکتریها کند یا متوقف خواهد شد، زیرا اجزاء لازم برای رشد را در اختیار نخواهد داشت.

و- سینتیک رشد بیولوژیکی
برای طراحی واحدهای تصفیه فاضلاب وجود شرایط زیست محیطی کنترل شده امری ضروری است. شرایط زیست محیطی که قابل کنترل می باشند عبارتند از :
درجه حرارت ، PH ، مواد مغذی (Nutrients) و عناصر با مقدار ناچیز (Trace Elements) ، اکسیژن دهی و اختلاط مناسب. کنترل شرایط زیست محیطی این اطمینان را بوجود می آورد که ، میکروارگانیسمها یک محیط مناسب برای رشد در اختیار دارند.جهت اطمینان یافتن از رشد میکروارگانیسمها، بایستی به آنها اجازه داده شود که برای مدت کافی در درون سیستم برای تولید مجدد باقی بمانند. این مدت زمان وابسته به آهنگ رشد میکروارگانیسمها می باشد که مستقیما" در ارتباط با آهنگ سوخت و ساز و یا مصرف مواد غذائی فاضلابها است . فرض بر اینست که در شرایط زیست محیطی کنترل شده مناسب، تثبیت موثر فاضلاب توسط کنترل آهنگ رشد میکروارگانیسمها قابل حصول است.(3)

1) فاضلابهای صنعتی ونحوه مقابله با آن
از صنایع مهمی که می تواند نقش مثبت و ارزنده و بالعکس خسارت و تباهی جبران ناپذیری برای انسان به ارمغان آورد ، صنایع نساجی ، شیمایی ، پتروشیمایی وپالایشگاهی است. ضایعات این صنایع در نهایت به صورت پسمانهای جامد و مایع به محیط زیست وارد می شود که در صورت تصفیه وبازیابی به حد استاندارد می تواند از نظر اقتصادی نیز مفید باشد .
به منظور جلوگیری از مشکلات حاصل از تخلیه فاضلابهای صنعتی به محیط زیست ، فاضلابهارا با استفاده از روشهای گوناگون مورد استفاده قرار می دهند.
گر چه فرایندهای لجن فعال ،بعد از مراحل پیش تصفیه و تصفیه اولیه فتوان تصفیه بسیاری از پسابهای صنعتی را داراست ولی این روش در مقابل ترکیبات سمی و شوکهای ناگهانی بسیار حساس است. در ضمن با توجه به افزایش روز افزون مواد آلی جدید که تعداد بسیار زیادی از آنها قابل تجزیه بیولوژیکی نیستند یا به میزان کمی تجزیه میشوند و یا علم به این دارند که تعدادی از این ترکیبات خاصیت سرطان زایی یا موتاسیون سلولی دارند تصفیه اولیه وثانویه کافی نبوده وپساب خروجی از این سیستمها جهت تخلیه به آبهای پذیرنده و زمینهای کشاورزی مناسب نمی باشد . لذا در بسیاری از کشورهای جهان جهت نیل به استانداردهای مورد نیاز تصفیه ثالث متداول است .
تصفیه سوم ممکن است از یک صافی شنی ساده ، ستونهای کربن فعال ، اکسید شدن توسط ازن ، کلر ونظایر آن تشکیل شده باشد.
با استفاده از کربن فعال بسیاری از مواد آلی مقاوم در مقابل تجزیه بیولوژیکی قابل حذف است.
گرچه این روش در دنیا متداول است ولی هزینه آن بسیار زیاد است و ممکن است هزینه ای بیش از فرآیند لجن فعال دربر داشته باشد .لذا اخیرا به منظور بالا بردن کیفیت پساب خروجی از لجن فعال ، افزایش مقاومت وبازدهی آن ابتکار جدیدی به کار رفته است که در آن پودر کربن فعال را به حوضچه هوادهی اضافه می کنندو در نتیجه بدون نیاز به تجهیزات اضافی و گرانقیمت ،راندمان سیستم به نحو چشمگیری افزایش می یابد .به علاوه با این روش میتوان رنگ ، تعدادی از فلزات سنگین ، آروماتیکها و ترکیبات کلره آنها ، سموم دفع آفات ، فنول و ترکیباتی که سبب به هم خوردن کار واحد تصفیه بیولوژیکی می شود را نیز از پساب خارج میکند و مقاومت سیستم در مقابل تغییرات بار آلی و سموم مختلف افزایش می یابد. این روش به نام pact powdered،activated carbon treatment نامیده می شود که بنیانگذار آن شرکت du.pont و توسط شرکت zimpro به صورت تجاری به بازار عرضه شده است.
2) نقش پودر کربن فعال در بهینه سازی سیستمهای تصفیه فاضلاب صنعتی
2-1- فرایند pact و تئوری حذف آلودگی
این فرایند ، روش تغییر یافته فرایند لجن فعال است .در این فرایند بدون صرف هزینه زیاد، پودر کربن فعال به حوضچه هوادهی اضافه می شود. جهت ثابت نگه داشتن مقدار غلظت کربن فعال در فرایند ، به طور مداوم پودر کربن فعال به حوضچه هوادهی اضافه می شود تا مقدار کربن که از سیستم همراه با لجن اضافی یا پساب تصفیه شده خارج میشود جبران گردد. شکل زیر شمای ساده فرایند PACT را نشان میدهد.

شمای ساده فرایند PACT
ذرات کربن فعال ، ترکیبات الی ، اکسیژن و باکتریها را به خود جذب می کند و به صورت حامل عمل می کند . سپس ترکیبات جذب شده بتدریج توسط باکتریها تجزیه می شوند و کربن مجددا فعال می شود.
گر چه بسیاری از آلودگیها در سیستمهای متعارف لجن فعال قابل تجزیه بیولوژیکی نیستند ولی ممکن است در اثر زمان تماس طولانی با جرم بیولوژیکی تجزیه شوند.زیرا ممکن است از لحظه جذب آلودگی توسط پودر کربن فعال تا ته نشین آنها همراه بالجن و تخلیه ، ساعتها تا روزها طول بکشد. باکتریهایی که مولکولهای مقاوم را تجزیه می کنند به آهستگی بر روی زغال فعال رشد می نمایند .این باکتریها بیشتر موادی را که بر روی سطح جذب شدهاند تجزیه می کنند.
لذا غلظت بیشتر کربن سبب می شود که مواد آلی بیشتری در دسترس میکروارگانیسمهاقرار گیرد . در این عمل ، کربن فقط نقش نگهدارنده را ایفا نمی نماید بلکه یک اثر فیزیکی بیولوژیکی دارد. به این ترتیب خاصیت جذب فیزیکی کربن فعال غلظت مواد آلی را در سطح بالا می برد و به راحتی در اختیار میکروارگانیسم قرار می دهد. این موضوع نشان میدهدکه بهبود کیفیت پساب توسط pact یک پدیده فیزیکی بیولوژیکی است.
روی سطح خارجی و خلل وفرج بزرگ کربن فعال مکانهای مناسب و محفوظی برای اتصال و رشد مجموعه های میکروبی وجود دارد .باکتریهایی به اندازه 1 میکرومتر از طریق موتاسیون به ترکیبات مقاوم در مقابل تجزیه بیولوژیکی از قبیل رنگها و سموم عادت کرده و انها را تجزیه می نمایند،این عمل احیای بیولوژیکی کربن نیز می باشد.
میکروارگانیسمهایی که قادرند این عمل تجزیه را انجام دهند معمولا دارای سرعت رشد کمی بوده و زندگی آنها نمی توانند توسط میکروارگانیسمهایی مثل پروتزوئرها با قطر200- 19 میکرومتر که خیلی بزرگتراز باکتریهای عادت داده شده هستند در معرض خطر واقع شود زیرا این میکروارگانیسمها نمی توانند وارد خلل و فرج و محل استقرار این باکتریها شوند. لذااین باکتریها بدون مانع می توانند رشد کنند و ترکیباتی را که مقاومت زیادی در مقابل تجزیه دارند و جذب کربن شده اند مصرف کنند. در واقع در اثر برخورد طولانی بین باکتریها و مواد جذب شده روی کربن فعال – کربن دوباره فعال می شود (احیای بیولوژیکی).
در این فرایند بیش از 95درصد آلودگیهای آلی غیر قابل تجزیه بیولوژیکی حذف می شوند و مکانیسمهای متعددی جهت حذف مواد آلی توسط کربن فعال پیشنهاد شده است.
1- کاهش مواد آلی که به سادگی قابل تجزیه بیولوژیکی نیستند، حاصل جذب فیزیکی توسط کربن فعال است.
2- کاهش مواد فوق نتیجه افزایش سرعت تجزیه بیولوژیکی توسط باکتریهای چسبنده به پودر کربن فعال ، یعنی حذف از طریق جذب واکسید شدن بیولوژیکی است.
لازم به تذکر است که حذف مواد کاملا غیر قابل تجزیه بیولوژیکی ، فقط از طریق جذب سطحی صورت می گیرد . لذا با توجه به حذف آلودگیهای غیر قابل تجزیه بیولوژیکی در این فرآیند ، پساب خروجی از آن در حدی تصفیه خواهد شد که سیستمهای تصفیه بیولوژیکی متعارف به تنهایی قادر به این عمل نیستند. از مزایای دیگر این فرایند می توان به موارد زیر اشاره کرد:
– نیاز به حداقل نظارت وسرپرستی
– نیاز کم به تاسیساتی از قبیل ضد کف
– نیاز کم به انرژی جهت حذف نیتروژن
– کاهش بو
– بالا بودن بازده تصفیه
– سهولت در امر خشک کردن و دفع لجن
پارامترهای موثر در تعادل فرایند pact عبارت از:
غلظت کربن، غلظت سموم ارگانیکی، عمر لجن ، زمان توقف هیدرولیکی و نوع ترکیبات موجود در فاضلاب می باشند.(4)
2-2- بررسی مزایای استفاده از پودر کربن فعال
استفاده از پودر کربن فعال در تصفیه فاضلاب یک ایده جدید نمی باشد ، زیرا از سال 1935 تجربیاتی برای استفاده از این ماده بمنظور افزایش انعقاد و لخته سازی جامدات ، هضم بیهوازی ، لجن و آبگیری از آن بعمل آمده است . این تجربیات نشان دادند که پودر کربن فعال بعنوان یک ماده کمکی بهنگام افزایش بار هیدرولیکی فاضلاب باعث افزایش بار هیدرولیکی فاضلاب باعث افزایش فشردگی لجن و سهولت آبگیری از آن می گردد. در این آزمایشات اولیه ، سودمندی PAC تشخیص داده شده ولی بنابر دلایل اقتصادی و این حقیقت که سطوح بالای تصفیه عموما مورد نیاز نبود، بطور کامل پذیرفته نشد. درگذشته کربن فعال دانه ای GAC غالبا بیش از PAC مورد استفاده قرار می گرفت و دارای کارآیی مطلوبتری در فرآیند پالایش فاضلاب می بود اما پس از آن تا اوایل دهه 1970 میلادی استفاده از پودر کربن فعال در فرایندهای بیولوژیکی به فراموشی سپرده و تنها در این دوره بود که بوسیله پژوهشگران شرکت صنایع شیمیایی و پتروشیمی دو پونت ، کاربرد پودر کربن فعال در واحد هوادهی سیستم لجن فعال مورد توجه قرار گرفت و نهایتا به این نتیجه رسیدند که چنین عملی باعث افزایش بازدهی حذف مواد آلی فاضلاب میگردد ، بدون اینکه مخارج سرمایه گذاری یا عملیاتی چندان تغییر کند .
پژوهشگران سرانجام با اصلاح سیستم پیشنهادی و ارائه روشهای نگهداری و بهره برداری کل روش را با واژه اختصاری PACT به نام شرکت فوق به ثبت رسانیدند و بعدها توسط شرکت زیمپرو به صورت تجارتی عرضه گردید . در سالهای بعد شرکت آی – سی – آی مطالعات را دنبال نموده وبررسیهای زیادی در زمینه استفاده همزمان پودر کربن فعال و سیستم لجن فعال برای تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی مختلفی را انجام داد .

طرح شماتیک فرایند تصفیه بروش PACT شرکت دویونت
اسکاراملی و دیگیانو ( Scaramelli & Digiano . 1973 ) ضمن مطالعات خود راههای کنترل و بهره برداری سیستم PACT را شامل اندازه گیری مواد جامد مایع مخلوط ، شاخص حجمی لجن ، اکسیژن خواهی شیمیایی و بیوشیمیایی مواد آلی و سرعت مصرف اکسیژن می دانند .
آدامز (Adams.1973 ) در مطالعه کاربرد پودر کربن فعال در سیستم لجن فعال برای تصفیه فاضلابهای مختلف شهری و صنعتی به این نتیجه رسید که روش فوق دارای مزایای بسیار زیادی به شرح ذیل می باشد :
1- حذف BOD5 و COD را حتی در صورت تغییرات کمی و کیفی فاضلاب نسبت به سیستم لجن فعال افزایش می دهد .
2- باعث بهبود ته نشینی جامدات شده ، میزان مواد جامد معلق را در خروجی کاهش می دهد و لجن سنگین تر و غلیظتری ایجاد می کند.
3- رنگ و مواد سمی که برای سیستم بیولوژیک سمی و یا مانع رشد هستند یا اینکه غیر قابل تجزیه بیولوژیک می باشند را جذب می نماید.
4- با جذب مواد پاک کننده میزان کف را در مخزن هوادهی و در خروجی کاهش می دهد .
5- مشکل حجیم یا متورم شدن لجن را با ایجاد نسبت F/M مناسب برطرف می نماید.
6- ظرفیت تصفیه خانه را با مخارج اندک عملیاتی و بدون هرگونه مخارج سرمایه ای افزایش می دهد.
7- موجب یکنواخت شدن فرایند تصفیه و ایجاد خروجی با کیفیت یکنواخت می گردد
نامبرده معتقد می باشد که در میان موارد فوق حذف کف ، بهبود ته نشین جامدات و کاهش مواد سمی فاضلاب بیشترین تاثیر را بر بهبود کل عملیات فاضلابهای صنعتی بجای می گذارد.
تجربیات فراوانی در زمینه استفاده از روش PACT در مقیاس واقعی نیز انجام گرفته است. آدامز در سال 1974 به امکانپذیر بودن کاربرد این روش برای تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی با بازدهی بسیار زیاد توجه نمود . وی با کاربرد فرایند PACT در تصفیه فاضلاب مشترک صنایع تولید مصنوعات پلی اتیلنی و فاضلاب شهری با مشخصاتBOD5 = 1700 mg/l وCOD=3200mg/l و مقایسه نتایج با فرایند لجن فعال ، افزایش 25% COD و 20% حذف BOD5 را گزارش نمود .
وی این فرایند را در تصفیه فاضلاب صنایع نساجی و رنگ و تکمیل پارچه نیز مورد بررسی قرار داد و مجددا بهبود حذف BOD5 را تا 20% بیشتر از لجن فعال برآورد نمود . همچنین در فاضلاب صنایع تولید رنگهای اسیدی نیز کاربرد PACT نسبت به لجن فعال باعث بهبود حذف فسفر ، کاهش مواد معلق خروجی و بهبود شرایط ته نشینی می شود . وی به این نتیجه رسید که علاوه بر موارد اشاره شده ، افزودن پودر کربن فعال به سیستم لجن فعال مزایای ذیل را نیز ارائه می دهد:
1- کنترل وبهره برداری از سیستم را ساده نموده و نیاز به نگهداری دائم را کاهش می دهد.
2- باعث رشد بسیاری از میکرواورگانیسمهای مفید گردیده و تنوع زیستی در سیستم را افزایش می دهد.
3- تصفیه ، حمل و نقل لجن ثانویه را بهبودی بخشیده و نیاز به آبگیری را کاهش میدهد.

نامبرده در همین مطالعات به این نتیجه رسید که حتی با قطع ورود کربن تا یک ماه هنوز کیفیت فاضلاب تصفیه شده بمراتب بهتر از عملکرد یگان شاهد می باشد.
وی این موضوع را ناشی از احیا بیولوژیکی کربن در حین چرخش در سیستم تصفیه میداند.
همچنین آدامز در سال 1975 ضمن مطالعه راجع به هضم بیهوازی لجن ثانویه به این نتیجه رسید که :
1- افزودن پودر کربن فعال در سیستم تصفیه لجن فعال ، نهایتا منجر به تولید لجنی گردیده که براحتی هضم می گردد.
2- وجود کربن فعال باعث کاهش چربی و کف در هاضم میشود.
3- کربن فعال مانند یک کاتالیزور عمل نموده و لذا با شکستن اجزا آلی در لجن آنرا به حداقل می رساند.
4- تولید گاز در سیستم بیشتر می شود.
5- حساسیت سیستم در برابر مواد سمی کاهش یافته وزمان بازیافت کوتاهتر می شود.
6- وجود کربن فعال باعث افزایش محلهای مناسب جذب و تغلیظ مواد آلی در نتیجه افزایش واکنش بیهوازی و کاملتر هضم می گردد.
7- لجن هضم شده غلیظ تر شده حمل و دفع آن ساده تر می گردد.
هون سیکر و المیدا ( 1975 ، Hunsicker& Almmedia ) در همین زمینه به این نتیجه رسیدند که مصرف کربن فعال در سیستم هضم غیر هوازی لجن باعث بهبود عملیات میگردد، نامبردگان اعلام کردند که:
1- افزودن پودر کربن فعال باعث کاهش بوی نامطبوع هاضم ها میگردد.
2- باعث کاهش در مقدار مواد جامد هاضم میگردد.
3- تولید گاز در اثر افزودن پودر کربن فعال زیاد میشود.
4- از نظر اقتصادی ،بدلیل کاهش مشکل عملیاتی این روش بسیار مناسب است.
بر اساس مطالعات انجام گرفته دیجان و آدامز ( 1975 ،Dejohn& Adams) راجع به بررسی ومقایسه بازدهی و مزایای ستون کربن فعال دانه ای و سیستم PACT ، در تصفیه پالایشگاه نفت ، با ارائه مزایای اساسی روش اخیر و نشان دادن نقاط ورود پودر کربن ( مخزن هوادهی ، خط برگشت لجن ، ته نشین ثانویه) به این نتیجه رسیدند که استفاده از فرایند PACT ، برای تصفیه فاضلاب یک پالایشگاه نفت با میزان BOD5 ورودی mg/l400 موجب افزایش حذف BOD5 تا 50% نسبت یگان شاهد ، کنترل میزان کف در منطقه هوادهی ، به حداقل رسانیدن اثرات مواد سمی و چربی در فرایند تصفیه بیولوژیک و بهبودی در ته نشینی لجن میگردد. مطالعات بیشتر نشان داد که این فرایند دربرابر ورود آبهای ترش حاوی سولفیدها و نیز فلزات سنگین و مواد سمی فاضلاب بخوبی مقاومت مینماید و از نظر اقتصادی نیز نسبت به فرایند لجن فعال به تنهایی و همراه با ستون کربن فعال دانه ای ارجحیت دارد.
فلین و باری ( 1976، Flynn & Barry) ، ضمن ارائه مراحل انتخاب یک گزینه از بین روشهای موجود تصفیه فاضلاب ، در پایان دلایل انتخاب فرایند PACT را همراه با مزایای این روش ارائه نمود . بر اساس نظریات نامبردگان انتخاب یک روش تصفیه در چهار مرحله اساسی بشرح ذیل انجام میشود.
1- غربال کردن فرایندها برای حذف روشهایی که از جنبه تکنیکی قابل اجرا نمی باشند.
2- تعیین شرایط اقتصادی روشهای باقیمانده و حذف روشهایی که از جنبه اقتصادی قابل اجرا نمی باشند.
3- بررسی اقتصادی روشهای باقیمانده در شرایط بهینه برای تعیین دقیق مخارج و مزایای هر روش
4- انتخاب یک روش نهایی با در نظر گرفتن شرایط اقتصادی و نیز عوامل کیفی مانند سیاستهای زیست محیطی ، انعطاف پذیری روشها و ملاحظات آتی در مورد منابع آبی.
و سرانجام با بررسی نتایج سیستم تصفیه فاضلاب تاسیسات شرکت دوپونت در جنوب فیلادلفیا با بیش از 2000 واحد صنعتی که دارای فاضلاب کاملا اسیدی ، حاوی فلزات سنگین ، رنگهای محلول و ترکیبی پیچیده و متغیر مواد آلی بود ، به این نتیجه رسیدند که:
1- سیستم PACT بسیار پایدارتر از سیستم لجن فعال بوده و دارای پساب نهایی با کیفیت بالاتری است.
2- سیستم PACTبه مثابه یک تصفیه مرحله سوم و پیشرفته عمل می نماید.
3- عملکرد این روش با واحد لجن فعال مجهز به ستون کربن فعال دانه ای ، کاملا قابل مقایسه می باشد.
4- از جنبه مخارج سرمایه ای روش PACT ، ارزانتر از روش کاربرد ستون کربن فعال دانه ای ، پس از تصفیه بیولوژیک می باشد.
فرگوسن و همکاران (1976، Ferguson etal ) ، ضمن مطالعه در مورد تصفیه فاضلاب صنعتی و انسانی در سیاتل آمریکا مزایای ذیل را با افزودن پودر کربن فعال در سیستم تصفیه بیولوژیک لجن فعال بصورت تثبیت تماسی بصورت ذیل ارائه نمودند:
1- این روش زمان ماند هیدرولیکی را بدلیل جذب سریع و حذف مواد آلی کوتاه می نماید.
2- سیستم بیولوژیک را در برابر بار ناگهانی یا کاهش ناگهانی درجه حرارت محافظت می نماید.
3- سیستم را از مواد سمی و بازدارنده رشد و فلزات سنگین محافظت می کند.
4- مواد غیر قابل تجزیه بیولوژیک توسط کربن فعال جذب می گردد.
5- نسبت برگشت لجن مورد نیاز کاهش می یابد.
6- بدلیل احیا بیولوژیک کربن فعال در فرایند تصفیه لجن فعال عملکرد این ماده بهتر از سیستمهای تصفیه فیزیکی و شیمیایی می باشد .
روبرتاسیو و همکاران (1976 ،Robrtaccio etal )، در مطالعات خود پیرامون برخی از اشکالات مطرح شده بوسیله دیگر محققین ، با بررسی تصفیه خانه های مختلف و ضمن ارائه یک طبقه بندی کامل از مواد موجود در فاضلاب ، شامل چهار گروه ( غیر قابل تجزیه و غیر قابل جذب ، قابل تجزیه و غیر قابل جذب ، غیر قابل تجزیه و قابل جذب ، ونهایتا قابل تجزیه و قابل جذب) در نهایت به این نتیجه رسیدند که اشکالات مطرح شده از قبیل اشغال سطح کربن بوسیله محصولات جانبی سوخت و ساز در عمل پیش نخواهد آمد علاوه بر آن نامبردگان مزایای دیگری را نیز برای این روش PAC به سیستم لجن فعال بشرح ذیل ارائه نمودند:
1- افزایش سرعت تصفیه بیولوژیکی .
2- سازگاری روش فوق با تاسیسات موجود تصفیه خانه.
3- امکان افزایش میانگین زمان اقامت توده بیولوژیکی.
آنها به این نتیجه کلی رسیدند که ورود PAC ، بطور مداوم د رمنطقه هوادهی باعث ایجاد شبکه متنوعی از میکرواورگانیسمهما و ذرات کربن می گردد. در این حالت کربن بخشی از موادآلی را جذب می کند و علاوه بر اینکه همانند یک عامل وزنی عمل نموده و ته نشین و تغلیظ لجن را بهبود می بخشد همچنین صرف نظراز قابلیت تجزیه پذیری مواد آلی حذف آنها را تسریع می نماید خاصیت جذب کربن باعث کنترل نوسان مواد آلی فاضلاب شده، جذب مواد سمی را ممکن نموده ، مواد مانع رشد بیولوژیکی و مواد فعال سطحی را که باعث بروز کف در هوادهی می شوند جذب می نماید. وجود کربن باعث تسهیل حمل و آبگیری و هضم بیهوازی و دفع لجن می گردد. در پایان پیشنهاد نمودند که برای ایجاد شرایط مناسب تر اقتصادی میتوان از سن لجن بالا ، مقدار مصرف کربن را کاهش داد.
گریوزو استنستروم (1977 ، (Grieves & stenstrom ضمن استفاده از روش PACT برای تصفیه فاضلاب پالایشگاه نفت نتایج را با روش کاربرد ستون کربن دانه ای ، پس از تصفیه بیولوژیکی مقایسه نمودند. نامبردگان مطالعات خویش را در ضمینه کاربرد ، PACT و مقایسه اقتصادی آن با روشهای دیگر برای تصفیه فاضلاب پالایشگاه نفت را در سالهای بعد نیز ادامه دادند. آنان همچنین به این نتیجه رسیدند که افزودن پودر کربن فعال ، به دلیل حذف مواد سمی بیشترین اثر نیتریفیکاسیون دارا می باشد. هم چنین آنان در مطالعات خود بر روی یک مدل نیمه صنعتی لجن فعال همراه با PAC ، سه مسئله اساسی در سیستم را بترتیب میزان سطح فعال ، غلظت کربن در هوادهی و سن لجن ارزیابی نمودند. این مطالعات نشان داد که با افزودن PAC ، میتوان سن لجن را به مقدار بسیار بیشتر از سیستم لجن فعال بالا برد . دریک مورد سن لجن تا 150 روز افزایش یافت ، اماالبته در این محدوده ، اشکالاتی در سیستم مشاهده شد.
تیبالت و همکاران (1977 ،Thibauil etal ) با بررسی کاربرد روش PACT در تصفیه فاضلاب پالایشگاههای نفت ، در درجه اول به ازدیاد نیتریفیکاسیون و حذف آمونیاک و نیز بهبود شاخص حجمی لجن توجه نمودند. در بررسیهای بعمل آمده توسط نامبردگان از یک پلیمر آنیونی برای افزایش لخته های بیولوژیکی و کاهش مصرف PAC استفاده شد و. سپس کربن را بصورت مخلوط با آب وارد سیستم می شد.
با ادامه بررسی در مدل نیمه صنعتی و کاربرد کربن فعال با پایه چوب و لیگنیت به این نتیجه رسیدند که کربن با پایه چوب بهتر از کربن نوع دوم عمل نموده و مخصوصا در برابر شوکهای وارده عملکرد بمراتب بهتری دارد.مطالعات آنها هم چنین نشاندهنده کاهش د رمقادیر COD وTOC خروجی و بهبود SVI در حالت استفاده از پودر کربن فعال نسبت به حالت یگان شاهد بود.
کالپ و شاکرو (1977 ، Culp & Shuckrow ) ضمن مقایسه کابرد ستونهای GAC بعد از تصفیه بیولوژیک با سیستم PACT ، در زمینه بازدهی حذف مواد آلی و شاخصهای اقتصادی به این نتیجه رسیدند که روش PACT از جنبه بازدهی نیز دارای نتایج مشابه می باشند . نامبردگان در مطالعات خود روش PACT از جنبه اقتصادی بر کاربرد ستونهای GAC پس از تصفیه بیولوژیک ارجحیت دارد و از جنبه بازدهی نیز دارای نتایج مشابه می باشند . نامبردگان در مطالعات خود روش PACT را با روشهای مختلف فیزیکی و شیمیایی و روش لجن فعال برای تصفیه فاضلابهای صنایع شیمیایی نیز مقایسه نمودند و به این نتیجه رسیدند که ، روش PACT از تمام روشهای مورد بررسی در حذف مواد آلی و آمونیاک مناسب تر می باشد.
دوال و چاین ( 1977 ، Dewalle & chain ) برای پیش بینی نتایج کاهش غلظت مواد آلی ناشی از افزودن PAC یک مدل ریاضی ایجاد نمودند در تشریح رفتار جذب سطحی PAC ، از معادله همدما فرندلیچ ( Freundlich Isotherm ) استفاده و ملاحظه شد که با افزایش زمان ماند سلولی در درون راکتورها، افزایش قابل ملاحظه ای در ماکزیمم ظرفیت جذب کننده روی میدهد. هم چنین جذب مواد آلی که از طریق بیولوژیک نیز به کندی صورت میگیرد، با افزودن PAC امکان پذیر است. مقادیر نسبتا" بالای نوده زیستی منجر به بازیابی و تولید مجدد آسانتر PAC میگردد و اینطور نتیجه گیری نمودند که نسبت نسبی ذرات جامد توده بیولوژیک به ذرات کربن میتواند در تعیین مقدار و اندازه بازیابی و تولید مجدد روزانه PAC بکار گرفته شود و تولید مجدد روزانه بطور تقریبی با ریشه دوم غلظت ورودی افزایش می یابد.
برندت و یالکوسکی ( Berndt & Pollcowskl , 1978 ) طی بررسی کار برد PACT در تصفیه فاضلاب شهری باین نتیجه رسیدند که ، اولا" این روش باعث حذف کامل آمونیاک در دمای 0C10 میگردد. همین بررسی نشان داد که در شرایط پائین رفتن درجه حرارت محیطی تا 0C0 نیز کارایی سیستم در حذف آمونیاک مناسب میباشد. ثانیا" نامبردگان نشان دادند که در صورت احیا کربن فعال مصرف شده با استفاده از اکسیداسیون هوای مرطوب و درجه حرارت 0C200 حداکثر افت وزنی کربن بیش از 5% نخواهد بود. فرگوسن و همکاران ( Ferguson etal , 1979 ) ضمن مقایسه عملکرد سیستم لجن فعال با روش تثبیت تماسی و افزودن PAC با یگان شاهد و بررسی نحوه مقابله هرکدام از روشهای فوق در برابر بارهای ناگهانی برخی فلزات سنگین ( مس، سرب، روی و کرم ) و مواد آلی نظیر تری کلروفنل نشان دادند که روش PACT علاوه بر حذف بهترCOD نسبت به سیستم شاهد و بهبود به نشینی لجن ، بار وارده بوسیله فلزات سنگین و تری کلروفنل را نیز بخوبی تحمل نموده و می تواند تا 50% فلزات سنگین و تمامی کلروفنل را حذف نماید. عملکرد سیستم شاهد در مقابل ورود مقادیر مشابه تری کلروفنل و فلزات سنگین کاملا" مختل گردید.
فلین و استادنیک ( Flynn & Stadnikg , 1979 ) سیستم تصفیه فاضلاب یک مجتمع شیمیایی و پتروشیمی را راه اندازی نمودند. نامبردگان برای کنترل عملکرد و راه اندازی سیستمهای اندازه گیری تغییرات آدنوزین تری فسفات ، سن لجن و میزان کربن ورودی را مهم میدانند.
سانداستورم و همکاران ( Sundstorm etal , 1979 ) راکتورهای بیولوژیک را در معرض شوک و انتشار گلوکز و فنل قرار دادند. با ورود ناگهانی فنل ، افزودن PAC ، سریعا" غلظت فنل را در راکتور پائین آورده و به بهره برداری دائمی در حضور غلظت فنل ورودی بالایmg/l 100 منجر میگردد. آنان نتیجه گرفتند که PAC یک روش کنترل موثر برای نگهداری پساب خروجی با کیفیت بالا در حضور مواد سمی و خطرناک میباشد .
لیپزیک ( Lelpzig , 1980 ) با مطالعه تاثیر PACT برای تصفیه فاضلاب صنایع شیمیایی در مقیاس نیمه صنعتی ، گزارش داد که ، در سیستم PACT ، با سن زیاد لجن ، نیتریفیکاسیون بسیار خوب انجام میشود. در حالیکه در همان شرایط درAS این عمل بخوبی انجام نمیگردد. وی دلیل چنین وضعیتی را جذب مواد بازدارنده رشد نیتریفایرها و اتصال باکتریهای عامل نیتریفیکاسیون به سطح کربن میداند.
گراتچ (Grutsch , 1980 ) در مورد تصفیه فاضلاب صنایع پالایشگاههای نفت عنوان نمود که ، استفاده از زمان ماند بیولوژیکی طولانی AS و PAC بیشتر ، دو رویه مورد استفاده ، در بهبود بخشیدن به اجرای هر چه بهتر یگان AS در حذف مواد آلی موجود در فاضلاب میباشد.
سابلت و همکاران ( Sublette etal , 1982 ) ضمن بررسی مقالات موجود، دلیل استفاده از فرایند PACT را امکان پذیری تکنیکی و اقتصادی این روش و افزایش بازدهی فرایند لجن فعال تا حد تصفیه پیشرفته ، بدون افزایش مخارج عملیات و سرمایه گذاری دانستند.
در بررسی روشهای جدید تصفیه فاضلابهای صنعتی اکن فلدر ( Eckenfelder , 1982 ) استفاده از پودر کربن فعال را برای تصفیه فاضلاب پالایشگاههای نفت بدلیل حذف بیولوژیکی آمونیاک از طریق فرایند نیتریفیکاسیون – دنیتریفیکاسیون، مقابله با بارهای ناگهانی مواد آلی و سمی بهبود شرایط سیستم و حذف مواد آلی غیر تجزیه بیولوژیکی را توصیه می نماید.
جادکینز ( Judkinz , 1982 ) در بررسی مقالات مربوط به تصفیه فاضلابهای نساجی، به این نکته اشاره گردید که، نتایج خوبی از راندمان تصفیه خانه هایی که در راکتور هوادهی لجن فعال آنها PAC اضافه میگردد و فاضلاب حاصل توسط منعقد ساز آلوم لخته میگردد گزارش شده است.
کرمک و همکاران ( Cormack etal , 1983 ) اعلام نمودند که ، برای حذف ترکیبات سمی و مقابله در برابر ورود ناگهانی این ترکیبات، واحد PACT کاملا" موثر میباشد.
هم چنین کانی و همکاران (Canney etal , 1984 ) راندمان بالای حذف پارامترهای BOD5 , COD و ترکیبات آلی کلردار را در فرایند تصفیه PACT که مجهز به واحد بازیابی WAR بود، گزارش دادند. غلظت ترکیبات آلی کلردار از میزان mg/l 150 به کمتر ازmg/l 05/0 کاهش یافته بود.
چائو و شیه ( Chao & Shieh , 1985 ) در مورد تصفیه خانه فاضلاب کارخانه تولید فولاد مطالعاتی انجام دادند. نتایج این بررسی به شرح ذیل میباشد:
1- ظرفیت تصفیه یگان AS با در نظر گرفتن میزان حذف COD ، سیانید و تیوسیانات هنگامیکه PAC به مقدار mg/l 300 به راکتور هوادهی افزوده میشود به بیش از دو برابر مقدار عادی خواهد رسید.
2- جذب سطحی ، کسری از COD که بطریقه بیولوژیکی غیر قابل تجزیه می باشد ، توسط PAC به عنوان مکانیسم عمده جذب سطحی ظاهر گردیده و نهایتا منجر به بهبودی در حذف COD و سودمندی یگانهای حاوی PAC خواهد شد.
3- افزودن PAC ، موجب تحریک اکسیداسیون میکروبی سیانید و تیوسیانات در فرایند AS خواهد شد.
4- مابین تعداد نیتروژن آزاد شده از سیانید و تیوسیانات توسط اکسیداسیون میکروبی و افزایش مقدار نیتروژن در پساب خروجی روابط استوکیومتری موجود است.
تاکاس ( 1986 ، Takacs ) کاربرد یک مدل ریاضی در تصفیه PACT را ارائه داد. وی مدلهای دینامیکی دولد، آکاما و مارایس را برای تصفیه بطریقه PACT اصلاح نمود . جذب سطحی توسط PAC ایزوم لانگ میر برآورد میگردید و قادر بود که فرایند افزودن PAC را مشابه سازی نماید. هم چنین معادله پفلانز ( Pflanz ) که ته نشینی و گردش مجدد فاضلاب را شامل میگردید ، برای تسریع بهره برداری پیوسته در این مدل بکار گرفته شد.
گارسیا و همکاران ( Garcia etal , 1986 ) عکس العمل راکتورهای موازی لجن فعال مجهز به همزن را که یکی از آنها PAC دریافت مینمود، مورد مورد آزمایش قرار دادند. فاضلاب ساختگی ورودی به راکتورها حاوی ماده شیمیایی 4 ، 6 – دی نیترو-او-کرزول بود. بر مبنای اندازه گیری حذف سوبسترا ویژه و ضریب سرعت تجزیه پذیری بیولوژیکی برای یگانهای موازی ، بهبودی در میزان تجزیه پذیری بیولوژیک مشاهده شد.
بندک و همکاران ( Benedek etal , 1986 ) با افزودن PAC در راکتورهای تصفیه بیولوژیک فاضلاب صنایع شیمیایی ، نشان دادند که بازدهی حذف COD افزایش یافته و حذف هرچه بیشتر مواد آلی کمیاب را ناشی میگردد. مقدار مناسب PAC لازم برای فاضلاب ورودی با COD ، mg/l 3000 ، در حدود mg/l 100 میباشد. همچنین افزودن PAC مشکلات ناشی از کف نمودن فاضلاب را کاهش میدهد و موجب بهبودی در شاخص حجمی لجن میگردد.
نگ و استنستروم ( Ng & Stenstrom ) در بررسی اثر افزودن PAC به یگان لجن فعال بر نحوه نیتریفیکاسیون در مقیاس آزمایشگاهی، مهمترین مزایای این روش را در افزایش نیتریفیکاسیون یعنی احیا مداوم بیولوژیک کربن فعال ، افزایش سطح رشد نیتریفایرها بوسیله کربن فعال و جذب مواد سمی و بازدارنده رشد نیتریفایرها را مورد ارزیابی قرار دادند. معلوم شده که افزودن PAC بدلیل حذف مواد سمی بیشترین اثر را در افزایش نیتریفیکاسیون دارا میباشد.
تیم و موزاینی ( Thiem & Muzaini , 1987 ) کارایی یگان PACT را در افزایش حذف ترکیبات آلی سمی مخصوص در فاضلاب را مورد ارزیابی قرار دادند. نتایج حاصل از مطالعات بر روی راکتورها در شرایط یکنواخت نشان میدهد که ، افزودن PAC به میزان کمتر از mg/l 100 حذف ترکیبات آلاینده با اولویت اول را افزایش نمی دهد. همچنین PAC نه تنها در کاهش آلودگی پساب خروجی ، بلکه همچنین مقادیر ترکیبات فرار را که به اتمسفر رها میشوند را کاهش داده و در کنترل بو نقش بسار مهمی را ایفا می نماید.
نگ و همکاران ( Ng etal , 1988 ) بر روی چگونگی هضم بیهوازی لجن تولیدی در فرایند تصفیه PACT را در کنترل مواد سمی و بازدارنده رشد در هضم بیهوازی را مورد بررسی قرار دادند. آنان با انجام بررسی در مقیاس آزمایشگاهی به این نتیجه رسیدند که ، وجود پودر کربن فعال باعث افزایش سرعت تولید گاز متان در حضور مواد بازدارنده رشد مانند 2 و 4-دی کلروفنل، 2-نیتروفنل، 2-کلروفنل و فنل میگردد. علاوه بر این PAC ، اثرات بازدارندگی مواد فوق را بحداقل میرساند.
لی و همکاران ( Lee etal , 1988 ) از فرایند PACT برای تصفیه فاضلاب مصنوعی حاوی Cr+6 در مقیاس آزمایشگاهی استفاده نموده و ضمن ارائه سینتیک حذف ، باین نتیجه دسیدند که ، اولا سیستم PACT بهتر از سیستم لجن فعال با اختلاط کامل این ماده را حذف می نماید و ثانیا" مقاومت این فرایند در برابر بارهای ناگهانی غلظتهای بالای Cr+6 بیشتر از یگان شاهد میباشد.
لی و همکاران ( Lee etal , 1989 ) در مطالعات بعدی خود در همین زمینه به مسئله مکانیسم حذف Cr+6 توجه نموده و عامل اصلی بازدهی مناسب جذف کرم در فرایند PACT را جذب این ماده توسط PAC و نیز جلوگیری از ورود فشار به سیستم بیولوژیک بدلیل همین جذب ارزیابی نمودند.
دینی و همکاران ( Deeny etal , 1989 ) افزودن PAC به راکتورهای لجن فعال در 11 تصفیه خانه فاضلاب شهری را مورد ارزیابی قرار دادند. غلظت PAC در درون تانک هوادهی در مقادیر mg/l 6000-3000 بود. نتایج نشاندهنده افزایش در حذف پارامترهای شاخص آلودگی بود.(3)

1) تالابهای مصنوعی
تالابهای مصنوعی سیستم هایی هستند که بویژه برای تصفیه فاضلاب ساخته شده اند و در محل هایی قرار دارند که تالاب طبیعی حداقل در زمان ساخت تالاب مصنوعی در آنجا وجود نداشته است. تالاب های مصنوعی 5 جزء اصلی به شرح زیر دارند:
-بسترهایی با توان متفاوت در نگهداری آب،
-گیاهان سازش یافته با بسترهای غیر هوازی،
-ستونی از آب که به طرق مختلف وارد بستر شده یا به آن میریزد.
-مهره داران و بی مهرگان،
-جمعیت میکربی هوازی و بی هوازی.
2) ساختار تالابهای مصنوعی
تالابهای مصنوعی عمدتا" به دو نوع زیر تقسیم می شوند:
-سیستم جریان سطحی آب ( Surface flow system )
-سیستم جریان زیر سطحی آب ( Subsurface flow system )
در سیستم جریان سطحی آب (SF) گیاهان برآمده از آب در بستر کم عمق کاشته می شود. در تمام مدتی که فاضلاب در بستر جریان دارد سطح آن درمعرض هواست.

شکل 1) مدلهای اصلی جریان فاضلاب در تالابهای مصنوعی
در سیستم جریان زیر سطحی آب (SSF) بستری عمیق حدود سی سانتیمتر از سنگ، سنگریزه، ماسه یا خاک وجود دارد.گیاهان این محیط همان گیاهان برآمده از سیستم اول هستند با این تفاوت که سطح آب، زیر سطح بالایی بستر قرار دارد و در نتیجه جریان فاضلاب درتمام طول بستر، جریان زیر سطحی است. جریان فاضلاب در تالاب مصنوعی به 3 وضعیت می تواند باشد: (شکل 1)
1- جریان یکسره (Plug flow) : در این وضعیت فاضلاب یکباره وارد سیستم میشود، این شیوه کمترین نیاز را به لوله کشی، صرف انرژی و نگهداری دارد.
2- جریان مرحله ای (Step feed) : در این روش می توان از سطح بیشتری از تالاب استفاده کرد. جریان مزبور برای جدا کردن جامدات و تامین کربن برای خروج نیتروژن در بخش پایینی بستر مفید است.
3- جریان چرخشی (Recirculation) : چرخش چند باره فاضلاب در سیستم ، باعث کاهش اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه زیستی ، ذرات جامد معلق ، کاهش بوی بد و بالا بردن اکسیژن محلول و زمان ماند است. این شیوه هزینه ساخت و نگهداری را بالا می برد و نیاز به پمپ کردن دارد.
شیوه دیگری نیز وجود دارد که ترکیبی از جریان چرخشی و جریان مرحله ای است و به آن ژلی رول (Jelly roll) میگویند. این روش نیاز به لوله کشی و پمپ کردن کمتری دارد و در آن یک لوله ورودی بلند با انشعابات قابل تنظیم ، فاضلاب را بخوبی پخش می کند. با توجه به این که زمان ماند در تالابهای مصنوعی نسبتا" بالاست و اصولا" این سیستم ها قادرند آلودگی های ناچیز در فاضلاب را حذف نمایند، توصیه می شود از آنها در تصفیه ثانویه و نهایی استفاده شود. برای تصفیه مقدماتی می توان از تانک ایمهوف ، چاه فاضلاب، لاگون تثبیت فاضلاب یا تانک رسوب گذاری اولیه استفاده کرد.(شکل 2) سیستمهای بالابی بربسیاری از آلودگیها اثر دارد و سبب کاهش آنها می شود که ذرات معلق جامد، اکسیژن خواهی زیستی، نیتروژن، فسفر، فلزات سنگین و عوامل بیماریزا از آن جمله است. کاهش آلودگی نتیجه کارهای متفاوتی چون رسوب گذاری ، فیلتر شدن، ته نشین شدن مواد، جذب سطحی ، عملکرد میکروبی و جذب گیاهی می باشد. در بسیاری اوقات برای بالا بردن داندمان تصفیه از ترکیبات مختلف تالاب های مصنوعی با همدیگر یا با سیستم های دیگر تصفیه استفاده می شود که انتخاب این ترکیب بستگی به شرایط دارد. (شکل 3 تعدادی از این سیستم های ترکیبی را نشان می دهد)

شکل2) مدلهای پیشنهادی برای تصفیه مقدماتی یا اولیه فاضلاب توسط تالابهای مصنوعی

3) وظایف اجزاء اصلی تالاب
الف- گیاهان
در تالابهای مصنوعی از گیاهان برآمده از آب استفاده میشود که معمول ترین آنها عبارتند از:
نی : Phragmites Australis
لوئی : Typha Latifolia
بوریا : Scirpus Lacustris
وظایف مهمی که ریشه ها و ساقه های زیرزمینی گیاهان داخل بستر به عهده دارند، شامل این موارد است:
1- تهیه اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم ها،
2- افزایش هدایت هیدرولیکی بستر،
3- جذب آب و مواد غذایی و کاهش مواد مغذی فاضلاب،
4- ایجاد محیط مناسب برای رشد چسبنده میکرب ها و تشکیل لایه میکربی،

گزینه های مختلف جهت استقرار تالابهای مصنوعی

ب- بستر
موادی که معمولا" در بسترها استفاده می شود عبارتند از:
شن ، ماسه بادی ، خاک ، ماسه ، قلوه سنگ و یا مخلوطی از این مواد است.
مواد تشکیل دهنده بستر وظایفی را به عهده دارند که عبارتند از:
1- بوجود آوردن محیط چسبنده رشد میکربی،
2- بوجود آوردن شرایط رشد ریشه،
3- ایجاد محل برای عبور فاضلاب و ایجاد تماس آن با ریشه نی ها و بیوفیلم شکل گرفته،
4- مرطوب یگهداشتن ریشه نی ها.
در مطالعات بسترهای شنی حداکثر عمق بستر برای گیاهان بوریا، نی و لویی بترتیب 6/0، 72/0 و 3/0 متر برآورد شده است.
ج- میکروارگانیسمها
در سیستم تالاب های مصنوعی گستره وسیعی از گونه های مختلف میکرب ها در تصفیه شرکت دارند. از باکتریها تا پروتوزئوها و حتی بعضا" جانوران بزرگتر نیز نقش عمده ای در تصفیه فاضلاب ایفا می کنند.
این میکروبها با استفاده از مواد آلی ، فسفر و نیتروژن فاضلاب در تصفیه شرکت می کنند.
نوع رشد باکتری های در تالاب های مصنوعی از نوع رشد چسبنده است.
در سیستم تالاب های مصنوعی ، نی ها، بستر و میکرب ها هر کدام با نقشی که تشریح شد در تصفیه شرکت دارند. این اجزاء با هم می توانند مواد آلی ، مواد جامد معلق ، مواد مغذی ، فلزات سنگین و عوامل بیماریزا را حذف کنند.
بیشترین کاربرد تالاب های مصنوعی در تصفیه فاضلاب شهری و فاضلاب معادن است. از دیگر کاربردهای آن تصفیه فاضلاب صنایع نساجی، پساب صنایع مواد غذایی ، پساب پالایشگاه ، مازاد مرغداری ها، شیرابه یا زیراب حاصل از دفن زباله ها و هرزاب شهری را می توان نام برد.

4) حذف فلزات سنگین در تالاب مصنوعی
تالاب های مصنوعی قادر به کاهش فلزات از طریق : رسوب گذاری، فیلتر شدن، جذب سطحی، ایجاد ترکیبات، ته نشینی، جذب گیاهی و فعل و انفعالات واسطه ای میکربی بویژه اکسیداسیون هستند.
1- در سال 1988، Dunbabin etal ثابت کرد که حذف فلزاتی مانند کادمیم، مس و روی در تالاب های مصنوعی کوچک که در آن گیاه کاشته شده است بیشتر از همان تالاب و نوع بدون گیاه می باشد،
2- براساس کارهای انجام شده در مقیاس نیمه صنعتی در سال 1996، A.S.Mungur etal ثابت کرد که سیستم تالاب مصنوعی با جریان زیر سطحی قادر به کاهش فلزات مس، سرب و روی می باشد.
تحقیقات انجام شده با 3 غلظت 10 ، 5 و 1 میلی گرم بر لیتر کارآیی سیستم جهت کاهش فلزات شامل مس، سرب و روی به ترتیب 7/81% تا 8/91% ، 8/75% تا 3/95% و 82 تا 4/90% به اثبات رساند.
همچنین آزمایش های B.H.Oue etal در سال 1996 در مقیاس نیمه صنعتی حاکی از کارایی بالای سیستم تالاب های مصنوعی جهت کاهش فلزات سنگین بوده است.
در این تحقیق گونه استفاده شده Carca phragmites و بستر آن مخلوطی از شن و خاک رسی لومی بوده است.
کارایی سیستم جهت کاهش مس، کروم، روی، منگنز، کادمیم و آهن را به ترتیب 70-68 ، 75-72 ، 74-70 ، 80-74 ، 75-70 ، 80-73 را نشان داد. همچنین میزان تجمع فلزات سنگین در ریشه گیاه 8 تا 12 برابر بیش از مقدار آن در برگ و جوانه های گیاه بوده است.

5) تصفیه پساب های صنعتی توسط تالاب های مصنوعی
تالاب های مصنوعی ظرفیت تصفیه فاضلاب های صنعتی را که شامل طیف وسیعی از مواد شیمیایی است دارا هستند. به ویژه فنل ها و کرزول ها که معمولا" توسط فرایندهایی چون جذب سطحی، تخریب مولکول توسط باکتریها، اکسیداسیون و ته نشینی انجام می گیرد. کارهای انجام شده جهت حذف فنل از آبهای آلوده توسط Wolverton etal در سال 1976 روی ماکروفیت شناور سنبل آبی در مقیاس پایلوت انجام شده است. وی همچنین گیاه Phragmites Communis و Typha-Lalifalia را در محفظه های جداگانه ای با بستر شنی گذاشت و مدت 8 ماه فاضلاب خانگی را بر آنها تاثیر داد، سپس کاهش فنل را طی 24 ساعت با کارایی 90% برای سیستم با گیاه و 60% برای واحد بدون گیاه و کارایی کاهش 70% کرزول را در واحد گیاهدار و 58% جهت سیستم بدون گیاه مشاهده نمود. تالاب های مصنوعی هدف ما را از تصفیه فاضلاب تامین می کنند.
مزیت استفاده از تالاب های مصنوعی در تصفیه فاضلاب و امکان استفاده مجدد از آب حاصل از تصفیه فاضلاب در درجه اول به علت هزینه بسیار کم آن است.
با استفاده از تالاب مصنوعی می توان بازیافت آب را با صرف هزینه کم عملی کرد و در ضمن بهره برداری اکولوژیکی از آن را افزایش داد. البته بهره برداری اکولوژیکی هدف اولیه نیست ولی از مزایای بسیار مهم و جانبی این سیستم تصفیه محسوب می شود.(5)

در اکثر موارد برای طرح یک سیستم صحیح تصفیه فاضلاب متناسب با شرایط موجود، مجبور به انتخاب یک سیستم از میان چندین گزینه متفاوت هستیم . لذا باید ابتدا هر کدام از این گزینه ها را ارزیابی کرده و سپس یکی از سیستمهای پیشنهادی را انتخاب کنیم. ممکن است بسیاری از گزینه ها مناسب شرایط مورد نظر ما باشند. هر کدام مزایا و معایب خاصی داشته باشند پس مجبور خواهیم بود که این خصوصیات را پیدا کنیم و سپس آن سیستمی که بیشتر از همه رضایت ما را جلب می کند انتخاب کنیم . برای ارزیابی این گزینه ها ابتدا باید شرایط کاری خود را کاملا" بشناسیم تا تنوانیم قضاوت صحیحی داشته باشیم. جهت ارزیابی سیستمهای پیشنهادی باید شاخصهای خود را طبقه بندی نموده و موارد ذیل را حتما" در تعیین آنها به کار بگیریم :
1- اثر بخشی و اقتصادی بودن
2- اعتماد پذیری سیستم
3- انعطاف پذیری سیستم
4- سرمایه ثابت و هزینه عملیاتی
5- فضای عملیاتی مورد نیاز
6- نیازهای راهبری و تعمیرات و نگهداری
7- دفع مواد زاید حاصل از تصفیه فاضلاب.
– در هر مورد انتخاب باید از خود بپرسید :
آیا عملکرد سیستم می تواند با جریان کاری متفاوت و مشخصات فاضلاب حاصل از آن تطبیق لازم را پیدا کند؟ هزینه نصب و راه اندازی و تعمیرات و نگهداری چه مقدار است؟ آیا فضای مورد نیاز موجود است؟ چه مقدار آموزش و مهارت نیاز است تا بتوانیم سیستم را راه اندازی کنیم ؟ آیا شما و کارکنان بخش بهره برداری آشنایی کافی با سیستم دارید تا با آن کار کنید؟ این سیستم چه نوع لجنی تولید می کند و چگونه این لجن باید دفع شود؟ البته باید بدانید که هیچ سیستم تصفیه استانداردی در همه شرایط کار نمی کند بسته به اینکه شما با چه کسی صحبت می کنید با دامنه گسترده ای از عقاید و نظرات در مورد یک سیستم بخصوص روبرو خواهید شد. البته مطمئن باشید که با یک برخورد نظام گرا (Systematic) می توانید انتخابها را دسته بندی و ارزیابی کنید و هر چه بیشتر وارد کار می شوید متوجه می شوید که چه نکاتی اهمیت دارد و به سوالات با اهمیت تری می رسید.
هدف از ارزیابی هرگزینه این است که شانس بررسی درست را بالا برده و ریسکها را کم کنیم. یکی از بهترین راههای ارزیابی یک سیستم این است که آن را در حال کارکردن در جایی همانند مورد کاری خودمان ببینیم. قبل از بازدید از محل، سوالات خود را فرموله کنید : ببینید که هزینه و زمان راه اندازی چه مقدار بوده است، هر روز چه مقدار فاضلاب تصفیه می شود؟ آیا این فاضلاب شبیه به فاضلاب شماست؟ چه مدتی سیستم در محل بوده و چه مشکلات و مسائلی ایجاد کرده است؟ به چه تغییرات و اصلاحاتی نیاز بوده تا این سیستم کار کند؟ پیش زمینه اپراتورها چه مقدار بوده و چه مقدار آموزش دیده اند تا با این سیستم کار کنند؟ چه مقدار زمان و مراقبت لازم است تا سیستم کار کند؟ کیفیت خدمات بعد از فروش، راضی بوده است؟ ببینید چرا مدیریت فکر می کند که سیستم همانگونه کار می کند که قرار بوده کار کند؟ چه نوع آزمایشها و داده هایی موجود است؟ آیا مجوز دهندگان از سیستم بازدیدی داشته اند و از آن راضی بوده اند؟ با نگاه اجمالی به سیستم ببینید از عهده چنین سیستمی در محیط کاری خود بر می آیید؟ آیا از اصول راهبری به اندازه کافی اطلاع دارید؟ آیا تمایلی به حمل مواد زاید و تهیه مواد شیمیایی دارید؟ آیا هزینه های خرید و راه اندازی و تعمیرات نگهداری در حد بودجه شماست؟
یکی دیگر از راههای ارزیابی یک سیستم انجام آزمایش در مقیاس آزمایشگاهی است. (bench scale) انجام آزمایشها در مقیاس آزمایشگاهی در حقیقت یک شبیه سازی در مقیاس کوچک است و هدف از آن ارزیابی تکنولوژی موجود تحت شرایط کنترل شده است. شما می توانید با تغییر پارامترهای آزمایش قسمتهایی از فاضلاب اصلی را تحت آزمایش قرار دهید . آزمایشهای آزمایشگاهی قدم اولیه مناسب برای شناخت سیستم با هزینه کم و تجربیات مشخص شده است و شما می توانید با آنچه به دست آورده اید مشکلات سیستم اصلی را حل کنید.
از فروشنده بپرسید چگونه می توان این آزمایشها را انجام داد. قدم بعدی انجام آزمایش در مقیاس نیمه صنعتی (pilot) است هدف از این آزمایش ارزیابی روش تصفیه تحت شرایط میدانی (field) قبل از پیاده سازی سیستم است. اگر سیستم تحت شرایط حقیقی آزمایش شود می تواند اطلاعات لازم را برای طراحی به ما بدهد . هر موقعی که لازم بود باید قبل از خرید، یک سری آزمایش در مقیاس نیمه صنعتی انجام شود. کسری از فاضلاب در یک پایلوت تصفیه می شود. تجهیزات این آزمایش کوچک تر از مقیاس اصلی است. شخصی که آزمایش نیمه صنعتی را انجام می دهد باید آگاهی کامل داشته باشد تا بتواند پیشگویی کند . آیا واقعا" سیستم در مقیاس حقیقی هم همین نتیجه را می دهد؟ اگر تجهیزات را از یک فروشنده خریداری می کنید کاملا" بر طبق دستورات آنها آزمایشها را انجام دهید. تجهیزات را در محل نگهدارید و بدون کمک فروشنده چند هفته با آن کار کنید تا حدی که مطمئن شوید با تجهیزات آشنا شده اید. تصفیه فاضلاب آزمایشی را ادامه دهید ، ببینید آیا می توانید از عهده مشکلات برآیید؟
انجام آزمایش در مقیاس نیمه صنعتی شاید مهم ترین عامل در طراحی یک سیستم پیش تصفیه باشد، ممکن است شما بشنوید که یک سیستم در جایی دیگر کاملا" موفق عمل کرده و خوب کار میکند ولی از آنجایی که ماهیت فاضلابی که شما با آن سر و کار دارید کاملا" با آن فاضلاب متفاوت است شاید مجبور باشید که از سیستم دیگری استفاده کنید . تا زمانی که خودتان با فاضلابی که با آن سر و کار دارید آزمایش انجام نداده اید نمی توانید مطمئن باشید که یک سیستم کار می کند یا نه؟
حالا شما باید از میان چندین سیستم ارزیابی شده که ممکن است کمترین قیمت را هم نداشته ولی بیشترین هماهنگی را با شرایط کاری شما داشته باشند، سیستمی را انتخاب کنید، بنابراین مجبور خواهید بود که ملاکهای ارزیابی را مجددا" بررسی کنید و یک تجزیه و تحلیل اقتصادی انجام دهید. در انتخاب سیستم نهایی ملاکهای زیر را مد نظر قرار دهید:
1- آیا سیستم اثر بخش است؟ آیا فاضلاب مورد قبول را تولید میکند؟
2- آیا شما استطاعت مالی خرید آن را دارید؟ هزینه خرید، نصب، راه اندازی و تعمیرات و نگهداری چه مقدار خواهد بود؟
3- راه اندازی و نگهداری سیستم به چه سطحی از آموزش و تخصص نیاز دارد ؟آیا از عهده شما و اپراتورهایتان بر می آید ؟
4- چند نوع لجن فاضلابی تولید می شود؟ چگونه این لجن کنترل می گردد؟ و هزینه دفع این مواد زاید چه میزان خواهد بود؟
ملاک انتخاب هر گزینه شامل فاکتورهای بیشماری می شود، لذا در انتخاب فرایند باید بسیار نظام گرا عمل کنید. مسلما به علت تعداد گزینه ها تمایلی به ارزیابی همه آنها نیست . هم چنین زمان کافی برای ارزیابی همه آنها را نخواهیم داشت. آنچه شما بدان نیازمندید برآوردی دقیق از تکنولوژیهاست تا گزینه های را که مشخصا" قابل قبول نیستند حذف کنید. این گزینه ها یا هزینه زیادی دارند یا نیازمند مراقبت فراوان یا آموزش هستند.
پس تا اینجا به این مرحله رسیده ایم که یک سری تکنولوژیهای مشخص در مورد فاضلاب شما کاربردی هستند ولی آیا این سیستمها در حوزه کاری شما اثر بخشی هم دارند؟در مورد هر گزینه با استفاده از مشخصات فاضلاب سیستم خودتان داده های مربوط به تست تصفیه پذیری را انجام دهید این مسئله فوق العاده حایز اهمیت است که به ادعاههای فروشندگان تکیه نکنید و خودتان داده ها را جمع کنید البته یک فروشنده می تواند به شما کمک کند ولی مطمئن باشید که خودتان هم درگیر ماجرا هستید. در حد امکانات خود یک آزمایش درحد ازمایشگاهی انجام دهید یا از فروشنده بخواهید که یک تست تصفیه پذیری انجام دهد . از سیستمهایی که به عالی ترین طریق در این مرحله عمل کرده اند یا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند آزمایشی در حد نیمه صنعتی (Pilot ) انجام دهید . در این مرحله می توانید بعضی از گزینه ها را بر پایه داده های آزمایش تصفیه پذیری در مقیاس آزمایشگاهی حذف کنید.انعطاف پذیری سیستم را در نظر بگیرید اگر مشخصات فاضلاب شما به دلیل نوع فرایند یا تغییرات بار کاری تغییر کند آیا این سیستم قابلیت وفق پذیری برای تصفیه فاضلاب را دارد ؟ اگر به دلیل حفظ منابع آبی و یا به دلیل بار کاری کمتر ، جریان فاضلاب کاهش یابد آیا این سیستم می تواند به طور ناپیوسته کار کند ؟ اگر کاهش جریان آب شستشو باعث تمرکز آلوده کننده ها شود آیا سیستم می تواند یک فاضلاب متمرکز را تصفیه کند؟
– هزینه سیستم چه مقدار است؟
مرحله بعدی انجام یک آنالیز هزینه برای سیستمهایی است که از آزمایش در مقیاسهای آزمایشگاهی (bench scale ) و نیمه صنعتی (Pilot ) موفق بیرون آمده اند . هزینه های بیشمار مرتبط با یک سیستم تصفیه فاضلاب وجود دارد. شما باید شاخص ترین هزینه های هر سیستم را مدنظر قرار دهید. برای هر گزینه که مورد ارزیابی قرار گرفته و از نظر شما به طور بالقوه امکان پذیر است طراحی های مقدماتی را انجام دهید و حداقل هزینه های زیر را حدس بزنید:
1- هزینه خرید و نصب
2- هزینه راه اندازی و تعمیرات و نگهداری
3- هزینه دفع مواد زاید
هزینه آزمایشها در مقیاس نیمه صنعتی و آزمایشگاهی جزئی از هزینه های ابتدایی پروژه است که در هزینه کلی پروژه است که در هزینه کلی پروژه حساب می شوند ولی باید از آنالیز هزینه نهایی کم شوند. ملزومات کاربردی و هزینه ها راحساب کنید تا واقعا بدانید انتظارات شما در چه سطحی است ؟ فرایند دفع فاضلاب برای همه سیتمها یکسان است؟ در صورت نیاز یک سیستم نشر هوا به هزینه های مجاز اضافه خواهد شد. هزینه های لوله کشی ، ساختمان ، سیستم جریان برق و دفع حریق را نیز حساب کنید. ممکن است هر یک از مسئولین صدور مجوز از شما گزارش بخواهند. مشخص کنید آیا که گزارشی که شما تهیه می کنید مورد قبول است یا باید یک مهندس استخدام کنید تا گزارش را تهیه نماید . هزینه تهیه گزارش را تخمین بزنید. هزینه های مجاز ممکن است برای تمام گزینه ها یکسان باشد.

– هزینه خرید و راه اندازی
هزینه خرید و راه اندازی سیستم چه مقدار خواهد بود؟ بر پایه طراحی اولیه سیستم که باید نمایانگر اجزای اصلی سیستم باشد، لیستی از اجزاء تهیه کنید. هزینه اجزای اصلی سیستم و نیروی کار مورد نیاز برای نصب و راه اندازی سیستم را حدس بزنید، شما برای انتخاب سیستم بهینه به این تخمین نیازمندید.
مسلما" هزینه و نیروی کار مربوط به ساخت سیستم بستگی به این مسئله دارد که چه مقدار خودتان درگیر کار می شوید و سیستم را از کجا خریداری می کنید؟ اگر یک سیستم پیش ساخته خریداری نمایید هزینه ساخت در قیمت فروشنده حساب شده است. اگر خودتان بخواهید یک سیستم را راه اندازی کنید دقیقا" مثل این است که اجزاء را بخرید، آنها را مونتاژ کنید ، در صورت نیاز یکسری برقکار و لوله کش و جوشکار و نجار استخدام کنید. به مخازن، مخلوط کن و پمپها نیاز خواهید داشت. می توانید از وسایل جدید استفاده کنید و یا وسایل دسته دوم خریداری نمایید. در هر صورت تخمینی باید از سیستم مونتاژ شده به دست آورید. هزینه اصلاحات جزئی را هم حساب کنید به یک سری جاده و راهرو بتنی یا آسفالتی نیازمند خواهید بود. چون در هر صورت مجبور هستید فاضلاب را به محل و خارج از آن حمل و نقل کنید.
تاسیسات مورد نیاز به نوع سیستم بستگی دارد. نیازهای برقی ، گازی، هوای فشرده و تهویه را مشخص کنید. آیا از قبل موجود هستند و یا باید تهیه شوند. ممکن است اتاقی برای این تجهیزات داشته باشید و یا مجبور باشید یک اتاق اضافه بسازید. اگر مجبور هستید که تجهیزات را در هوای آزاد قرار دهید حداقل یک سقف روی آنها نصب کنید تا از باران محفوظ بمانند. در هر صورت سیستم را در محلی قرار دهید که نکات ذیل در آن لحاظ شده باشد:
1- در صورت توسعه کارگاه، به محل تصفیه خانه آسیبی وارد نشود و امکان توسعه خود تصفیه خانه هم وجود داشته باشد.
2- تصفیه خانه در صورت بروز حوادث غیر منتظره در محیط کار مانند آتش سوزی، انفجار و … آسیب ناپذیر باشد.
3- وجود تصفیه خانه برای کارکنان دیگر بخشها مشکلی مانند بو و … ایجاد نکند.
4- تصفیه خانه به قسمت دفع فاضلاب یا پساب تصفیه شده نزدیک باشد.
5- تصفیه خانه در جایی قرار گرفته باشد که انتقال فاضلاب و پساب جمع آوری شده به آن با نیروی ثقل امکان پذیر باشد.
6- ساختار زمین در ایجاد تصفیه خانه اشکال ایجاد نکند.
7- تصفیه خانه به منابع تامین انرژی نزدیک باشد.
8- در صورتی که انتقال فاضلاب از آخرین محل جمع آوری به تصفیه خانه به کمک پمپاژ انجام می شود باید فاصله خیلی زیاد نباشدتا در حین جریان ، گندیدگی در فاضلاب به وجود نیاید.

– راهبری و تعمیرات نگهداری
مشخصا قسمت اعظم هزینه را هزینه سیستم تصفیه و گارگران مورد نیاز تشکیل می دهد. هزینه دور ریز لجن نیز یکی از هزینه های شاخص است. برای راه اندازی سیستم های تصفیه ممکن است به مراقبت پیوسته از سیستم و امکانات زیادی برای راهبری سیستم نیازمند باشیم. وقتی سیستم را ارزیابی میکنید این مسائل را در نظر بگیرید.
هزینه نصب و راه اندازی هر گزینه چه مقدار خواهد بود؟ هزینه تاسیسات مورد نیاز چه مقدار خواهد بود؟
هزینه این تجهزات مشخصا به اصول راهبری سیستم بستگی دارد ودر تجهیزات کوچک عامل مهمی به حساب نمی ایند. به عنوان مثال هزینه برق در یک سیستم ترکیب شیمیایی با پمپ و مخلوط کن قابل اغماض است چرا که هزینه برق برای 50 گالن در روز 5 دلار است که کسر کوچکی از کل هزینه عملیات و نگهداری تشکیل می دهد.راه اندازی سیستم چند ساعت در روز طول میکشد؟ این مسئله زمان بر است و باید زمان کاری مشخصی را به این کار اختصاص دهید به این مسئله اولویت دهید بار کاری را با وفق دهید.
هزینه اموزش را در نظر بگیرید. به چه آموزشهای ابتدایی و یا مستمر نیاز خواهید داشت، آیا کلاسهای آموزشی موجود هستند؟ در صورت جواب مثبت هزینه آن چه مقدار خواهد بود؟ کارگران سیستم تصفیه چه پیش نیازهایی را باید گذرانده باشند؟ آیا برای راه اندازی سیستم مجبور هستید شخصی را استخدام کنید یا یکی از کارگران موجود توانایی اداره سیستم را دارد؟ با توجه به نوع سیستم به چه سطحی از تخصص نیاز است؟ هزینه متعارف تعمیرات و نگهداری را برای اجزاء و افراد حدس بزنید، تعمیرات و نگهداری معمول این سیستم چیست؟ آیا بعضی از قطعات به تعویض دوره ای نیازمندند؟
به عنوان مثال غشاء های اولترا فیلتراسیون باید سالی یکبار یا دو بار با یک هزینه مشخص عوض شوند. غشاءهای کاتریج به جایگزینی مداوم نیاز دارند، پمپها و موتورها به تعمیرات مداوم نیاز مندند، از تامین کننده قطعات و یا کسی که از این سیستم برای یکسال استفاده نموده است نیازهای تعمیرات و نگهداری را سوال کنید.

– دفع مواد زاید
هر سیستم چه نوع لجنی تولید می کند و شما چگونه باید این لجن را کنترل کنید؟ ، با استفاده از نتایج آزمایش در مقیاس نیمه صنعتی و اطلاعات بدست آمده حدس بزنید چه مقدار لجن و با چه مشخصاتی تولید خواهد شد؟ آیا این لجن ارزش بازیافت را دارد؟ ، با مراکزی که مسئولیت دفع مواد زاید را بر عهده دارند تماس بگیرید، امکانات آنها برای قبول ضایعات و هزینه پیشنهادی آنها را مشخص کنید . ممکن است به آزمایشهای دوره ای نیازمند باشید که هزینه آنها را هم باید در صورت حساب خود بیاورید. تجهیزاتی که برای انبار و نگهداری و حمل و نقل لجن لازم است را مشخص کنید. آیا برای نگهداری لجن مجبور به ساختن فضای خاصی هستید؟ مدت حمل و نقل لجن چه مقدار خواهد بود ؟ هزینه اصلی لجن، هزینه آزمایش و دفع آن است.

– ملاحظات راهبری
راه اندازی تکنولوژی های متفاوت و کاربری های متفاوت به تجربیات متفاوت نیاز دارد. باید بدانید که یادگیری راه اندازی و تعمیرات و نگهداری یک سیستم ارزان قیمت ولی نا آشنا مفید و ارزنده است. مثلا" ممکن است با صرف 1000 دلار، روزی صد گالن فاضلاب را با یک سیستم ترسیب شیمیایی تصفیه کنید. در حالی که یک سیستم تبخیری 3000 دلار و یک سیستم اولترافیلتراسیون 5000 دلار هزینه می برد که فقط با کسب دانش در مورد سیستم ترسیب شیمیایی می توانید در هزینه و سرمایه خود بسیار صرفه جویی کنید.
عامل مهم دیگری که باید در نظر گرفته شود ماهیت موادی است که در تصفیه مورد نیاز است، باید عوامل ایمنی و بهداشت کار ، مواد شیمیایی را رعایت کنید.

– دفع آب تصفیه
گزینه های دور ریز خود را مورد بررسی قرار دهید، مشخص کنید کدام یک از گزینه ها، فاضلابی تولید می کند که با روشهای دور ریز شما همخوانی داشته باشد ، ممکن است امکان دفع به یک شبکه فاضلاب وجود نداشته باشد و یا به علت عدم تطابق با مجوزهای خروج مجبور به پرداخت جریمه های کلان باشد و در این صورت شاید مجبور باشید هزینه بیشتری برای سیستم بپردازید تا از این مشکلات خلاص شوید.

– دفع مواد زاید حاصل از تصفیه فاضلاب
ماهیت و حجم لجن به نوع تکنولوژی که شما به کار می برید بستگی دارد مثلا" سیستم ترسیب شیمیایی یک ماده آبکی تولید می کند که می توان برای کاهش حجم ، آنرا از یک صافی عبور داد. ممکن است لجن یک آب روغنی باشد که بتوان آنرا به عنوان یک ضایعه روغنی دور ریخت و یا حتی لجن ممکن است حاوی مواد خطرناک باشد ، این خطرات ، هزینه دور ریز و حمل و نقل لجن را در نظر بگیرید.
یا یک سیستم پیش ساخته خریداری نمائید و یا خودتان کار را انجام دهید. برای نصب و توسعه یک سیستم تعداد زیادی انتخاب وجود دارد، می توانید همه کارها را خودتان عهده دار شوید و یا از یک فروشنده و یا مشاور بخواهید که کارها را انجام دهد و یا کارها را بین خودتان و یک مشاور تقسیم کنید.
اگر کارها را خودتان انجام دهید این مزیت را خواهید داشت که در مورد جنبه های اجرائی سیستم فاضلاب اطلاعاتی را کسب کنید و وقتی سیستم شروع به کار کرد خود کفا می شوید و با آمادگی بیشتری سیستم را با نیازها و شرایط متغیر وفق می دهید البته ازآنجایی که هزینه ای برای شخص ثالث نپرداخته اید سیستم را با سرمایه گذاری اولیه کمتری راه اندازی می کنید و می توانید سیستم را با عملیات خودتان هماهنگ کنید. از طرف دیگر باید مطالعات و تجربیات مداوم در این زمینه داشته باشید که اگر علاقه ای به این امر ندارید باید هزینه ای به دیگران پرداخت کنید تا از تجربیاتشان استفاده کنید. شما می توانید یک سیستم پیش ساخته خریداری کنید و از فروشنده بخواهید تا مسئولیت نصب و راه اندازی و آموزشهای لازم را بر عهده بگیرد. مزیت این روش در این است که شما حداقل زمان را صرف کرده اید، اگر فروشنده واقعا بداند که چه کار می کند شما می توانید از این تجربه استفاده کنید ولی از طرف دیگر هزینه بیشتری نسبت به زمانی که خودتان سیستم را می سازید باید متحمل شوید. صرفه جویی در زمان به جای صرفه جویی در هزینه. البته متقبل این ریسک هم هستسد که ممکن است بعدا متوجه شوید که سیستم برای شرایط کاری شما مناسب نیست چرا که فروشنده فقط یک دلال بوده و نه یک فرد آگاه از تجربیات تکنولوژی.

– مزایا وکمبودها
مزایا و معایب بالقوه هر سیستم یا مشکلات مرتبط با هر سیستم را در مورد هر گزینه یادداشت کنید. ممکن است مجبور باشید تا فرایند و یا جریان کار را تغییر دهید. این امر چه تـاثیری بر بهره وری کارگاه شما خواهد گذاشت؟ آیا تغییرات فرایند مثلا کاهش تماس مستقیم کارگران با مواد خطرناک و یا کاهش تولید ضایعات تاثیر مثبتی بر بهره وری می گذارد؟ مدت راه اندازی سیستم تصفیه شما چقدر است؟ اگرسیستم را به صورت پیش ساخته از یک فروشنده می خرید خدمات بعد از فروش فروشنده را مشخص کنید ، و آیا خریداران قبلی از خدمات بعد از فروش راضی هستند.
آیا از قوانین کاری سیستم مطلع هستند؟ آیا سیستم به آسانی شروع به کار میکند یا متوقف می شود؟ آیا خودتان می توانید سیستم را متوقف کنید؟ آیا قطعات و مواد شیمیایی حاضر و آماده هستند یا شما را به یک منبع خاص وابسته می کنند؟ در کار با تجهیزات چه خطرهای راهبری وجود دارد؟ به عنوان مثال آیا اسید و مواد آتش زا به کار برده می شود؟ آیا تولید ازن می کند ؟ آیا اشعه ماوراء بنفش در سیستم موجود است؟ آیا شما حاضر هستید با این مخاطرات زندگی کنید؟ آیا حاضر هستید تصفیه مواد شیمیایی و لجن فاضلاب را بر عهده بگیرید؟ آیا سیستم به گونه ای طراحی شده که شانس تولید فاضلاب تصفیه نشده را از روی بی دقتی کاهش دهد. در یک سیستم پیوسته نسبت به یک سیستم منقطع شما به سوپاپ های اطمینان بیشتری احتیاج دارید.
در یک سیستم منقطع شما می توانید قبل از باز کردن دستی شیرها و جاری ساختن آن به داخل شبکه فاضلاب batch را مورد آزمایش قرار دهید اما در یک سیستم پیوسته مجبور هستید طراحی را به نحوی انجام دهید که ابتدا در یک مخزن نگهدارنده تخلیه صورت پذیرد و پس از تستهای مقدماتی آن را به خارج منتقل کنیم.

– تجزیه و تحلیل منافع اقتصادی
تجزیه و تحلیل هزینه های اقتصادی تعیین تکمیلی مزایا و معایب است. برای اینکه یک نمونه را با هم انجام داده باشیم بیایید: گزینه های باقیمانده را بررسی کنید، هزینه های عملیاتی، ثابت و تعمیرات و نگهداری را مشخص کنید. نمودار صرفه جویی اقتصادی هرگزینه را برای یک داده مشخص مثلا" خارج کردن فاضلاب برای تصفیه حساب کنید. سیستم تصفیه شما باید آبی تولید کند که با قوانین خروج فاضلاب هماهنگ باشد. گزینه هایی که اینچنین نیستند را حذف کنید. مشکلاتی که قوانین و مقررات محلی به وجود می آورند موانع بالقوه ای هستند که زیاد محسوس نیستند. با تمام این تفاسیر مزایای نصب یک سیستم تصفیه با ارزش تر از صرفه جویی مالی و مشکلاتی است که نداشتن این سیستم به وجود می آورد.
موقعیتتان را بررسی کنید، مزایا و معایب گزینه های متفاوتی را که ارزیابی کرده اید در نظر بگیرید، ریسکها و مزایای غیر محسوس را اضافه کنید، تصمیم بگیرید چقدر هزینه در نظر دارید، برای این کار بپردازید، مناسب ترین سیستم را برای کارگاهتان انتخاب کنید.(6)

الف- گزارش کلی مراحل تصفیه
1) مشخصات فنی
نوع سیستم : برکه تثبیت
ظرفیت تصفیه خانه ( جهت یک مدول ) : m3/day 60000
سیستم لاگون : هوادهی ( برگشت لجن نداریم )
دبی : m3 15200 ( بعد از 10 سال باید لجن خارج شود.)
2) ابعاد حوضچه ها
حوضچه هوادهی :
5/61 * 5/134 متر – عمق :4 متر
حوضچه ته نشینی :
5/95 * 5/95 – عمق : 5/2 متر
حوضچه جلادهی :
171*171
عمق : 5/1 متر
حوضچه کلر زنی :
عمق : 5/2 متر ( به صورت مارپیچی است ، زیرا زمان تماس بالا میرود. )
3) زمان ماند
حوضچه هوادهی : 5 روز
حوضچه ته نشینی : 4 روز
حوضچه جلادهی : 3 روز

ب- توصیف
تصفیه خانه پرکند آباد واقع در غرب مشهد، ورودی تصفیه خانه فاضلاب صنایع و فاضلاب خانگی غرب مشهد می باشد. خط انتقال، حدود 22 کیلومتر است و فاضلاب با استفاده از نیروی ثقلی وارد تصفیه خانه می شود. حوضچه ورودی فاضلاب شامل 2 کانال می باشد:
1) کانال ورودی
2) کانال بای پس (Bypass)
کانال ورودی برای وارد کردن فاضلاب با حجم معین می باشد، اما کانال بای پس نقش مهمی را در مواقع شوک ایفا می کند. مثلا" در زمان بارندگی حجم فاضلاب زیاد می شود. در این زمان مقداری از فاضلاب بای پس می شود و دریچه ورودی بسته می شود.
یک حالت شوک می تواند هنگامی باشد که فاضلاب از صنایع وارد می شود. در این زمان ورودی بسته می شود و به رودخانه وارد شده و به مصرف کشاورزی می رسد. فاضلاب پس از ورود به حوضچه اولیه از کانالی به مرحله آشغالگیری میرود. که این مرحله می تواند به صورت دستی و مکانیکی صورت گیرد. این مرحله برای جدا ساختن آشغالها و اشیاء جامد که قابل تجزیه هم نمی باشند، قرار داده می شود.
بعد از این مرحله فاضلاب وارد استخر هوادهی شده که حاوی مقدار زیادی آلودگی است. منظور از آلودگی که ما خطاب می کنیم ، دترژنت ها، فضولات خانگی ، عوامل شیمیایی صنایع که اینها برای میکرواورگانیسم ها غذا محسوب می شوند، می باشند. میکرواورگانیسمها ، موجودات تک سلولی یا چند سلولی هستند که به صورت غیر ارادی واکنش شیمیایی انجام می دهند. در استخر هوادهی، اکسیژن، به مقدار زیادی توسط لاگونهای هوادهی که به صورت پره هایی می باشند که هوا را به داخل می کشند ، در اختیار این میکرواورگانیسمها قرار داده می شود. این اسخرها به صورت دو استخر شرقی-غربی هستند که در هر کدام 20 عدد پره هوادهی نصب شده است. بنابراین میکرواورگانیسمها تکثیر می یابند که این به صورت لجن است. مقدار لجن باید اندازه گرفته شود که این کار توسط قیف اینهاف انجام می شود و همیشه باید کنترل شود.
حدودا" بین 60 تا 70 درصد آلودگی در لاگونهای هوادهی حذف می شوند. بعد از این مرحله فاضلاب وارد استخر ته نشینی که به صورت دو استخر غربی-شرقی است، می شود. در این حوضچه چون محیط ساکن است، اکسیژن خارج می شود. در این حوضچه در سطح فاضلاب مرتبا" حبابهایی مشاهده می شود، که نشان از گازهای H2S , CO2 , H2O , NH3 , N2 و متان است. در اینجا چون محیط ساکن است اکسیژن کم شده و مواد غذایی کم میشود. جمعیت باکتری ماده غذایی ندارند، پس خودخوری کرده و اجسادشان به نشین می شود.
سیستم لجن فعال وقتی است که قبل از خودخوری میکرواورگانیسمهاست. که در این مواقع این لجن فعال را به حوضچه هوادهی می رساند که در این تصفیه خانه نیازی هنوز نمی باشد. و لاگونهای هوادهی جوابگو می باشند. در استخر ته نشینی اکسیژن کاهش یافته و باکتریهای هوازی از بین میروند، بنابراین باکتریهای بی هوازی شروع به کار می کنند. و اکسیژن داخل ترکیبات را گرفته و این ترکیبات را می شکنند. وجود حبابی که بیان شد همیشه نشانه انجام گرفتن واکنش کی باشد.
در انتهای حوضچه ته نشینی 85 تا 90 درصد آلودگی حذف می شود. باکتریهای بی هوازی به صورت مواد معلق می باشند که غیر فعالند. به محض اینکه شرایط ایجاد شود فعالیت آنها دوباره شروع می شود.
در یک مرحله اینها پرورش داده می شوند و حالا وجود خودشان مضر است. در استخر جلادهی میکروارگانیسمها را از بین می بریم. عمق استخر جلادهی دارای سطح وسیع است و عمق آن باید کم باشد. و از 2 متر نباید بیشتر شود. به خاطر اینکه نور خورشید نفوذ کامل کند و باکتریها را از بین ببرد. لجن موجود در استخر جلادهی جزء اجساد است و به مصرف ماهیها می رسد.
تا این مرحله هنوز مواد آلی حذف شدند، نور خورشید درصد زیادی از مواد مضر بیماری زا را از بین می برد اما برای اطمینان بیشر کلر زنی میشود که مقدار باقیمانده کلر از 2/0mg/lit نباید بیشتر شود.
بنابراین تعد از استخر جلادهی حوضچه کلرزنی می باشد که این حوضچه، مارپیج ما باشد. چون فاضلاب سکون بهتری پیدا می کند تا سطح تماس فاضلاب و کلر بیشتر باشد.
فاضلاب خروجی وارد یک رودخانه فصلی شده و به مصارف کشاورزی می رسد.

ج- آزمایشات مهم انجام شده روی فاضلاب
جهت انجام آزمایشات، دو نمونه نمونه برداری صورت می گیرد که عبارتند از :
1) نمونه برداری لحظه ای
2) نمونه برداری مرکب .
درنمونه برداری لحظه ای، نمونه ها بصورت لحظه ای گرفته شده و زمان معین شده ای ندارند. مثلا" در ساعت 7 صبح نمونه گرفته شده و درساعت 5/7 آزمایشات بر روی آن انجام می شود.
در نمونه برداری مرکب، نمونه ها، نمونه های 24 ساعت کاری هستند. ساعاتی که در آنها نمونه برداری صورت می گیرد عبارتند از : 12 ظهر – 5 بعد الظهر – 10 شب – 2 صبح – 7 صبح
نمونه های مرکب از فاضلاب وردی و خروجی قبل و بعد از کلر زنی گرفته می شوند.
نمونه برداری ساعت 7 صبح از تمام حوضچه هاست ، که شامل حوضچه های ورودی ، هوادهی غربی و شرقی ، ته نشینی غربی و شرقی و کلرزنی می باشند.
آزمایشات صورت گرفته عبارتند از :
آزمایشات روزانه که شامل :BOD، COD، اندازه گیری PH و قابلیت هدایت الکتریکی، کدورت، دما جامدات و میزان مواد ته نشینی.
آزمایشات هفتگی که شامل : نیترات، فسفات ماهانه، سولفیت، سولفید و میکروبی.

منابع

1) پایان نامه کارشناسی ارشد – دانشگاه تربیت معلم – تهران، تهران، 1371، دانشمند، رضا
2) پایان نامه کارشناسی ارشد – دانشگاه تربیت مدرس – دانشکده فنی و مهندسی، هادی فهمی، تاثیر منعقد کننده های شیمیایی و پلیمری درمقایسه با تصفیه بیولوژیکی فاضلاب لینتر، 1379
3) پایان نامه کارشناسی ارشد – دانشگاه شیراز، تاثیر پودر کربن فعال و خاک رس بر روی عملکرد تصفیه هوادهی، جمشید ایلاتی خامنه ، به راهنمایی پرویز منجمی، 1374
4) مقاله – نقش پودر کربن فعال در بهینه سازی سیستمهای تصفیه فاضلاب صنعتی – توسط غازی عیدان – رفعت کاوه آهنگر – رادا زراسوند اسدی و فرزانه زنوزی – نشریه شماره 34 – انجمن نفت ایران – تابستان 1372
5) مقاله – استفاده از تالابهای مصنوعی در تصفیه فاضلابهای صنعتی – منوچهر وثوقی ، بیتا عبادیان – مجله آب و محیط زیست – خرداد77 – صفحه 17
6) مقاله – مناسب ترین گزینه تصفیه فاضلاب صنعتی از دیدگاه مدیریت ، هورک قربان نژاد ، نشریه آب و محیط زیست، خرداد77 – صفحه 33
7) پایان نامه کارشناسی ارشد – دانشگاه تربیت معلم – بررسی پساب واحد صنعتی تهیه آمونیاک پر کلرات و حذف نمک های کرم – رضا دانشمند، به راهنمایی : ایرج نوجوان ، 1371

فهرست مطالب
فصل اول- مقدمه و تاریخچه 1
مقدمه 2
تاریخچه تصفیه آب به روش صنعتی 3
فصل دوم – اهمیت تصفیه پسابهای صنعتی 7
آب و پساب در صنعت 8
پساب صنعتی (Industrial Wastewater) 8
مقدار مجاز برای آب مزروعی ( عناصر محلول ) 11
پارامترهای مهم 11
1- اندازه گیری جریان فاضلاب 11
2- اندازه مواد جامد ( Total Solid ) TS 11
3- اندازه مواد قابل ته نشینی 11
4- تعیین قلیائیت : 12
5- اندازه گیری مواد آلی 12
6-عوامل موثر بر غلظت O2 محلول در آب : 13
7- COD (Chemical Oxygen Demand) : 14
8- TOC 14
9- THOD 14
فصل سوم- استاندارد خروجی فاضلاب ها 15
الف- تعاریف 16
ب- ملاحظات کلی 16
ج- جدول استاندارد خروجی فاضلابها 19
فصل چهارم – انواع روشهای تصفیه فاضلاب 22
1- روشهای تصفیه فیزیکی 23
2- روشهای تصفیه شیمیائی 23
3- روشهای تصفیه بیولوژیکی 23
روشهای متداول تصفیه فاضلاب صنعتی 24
1- تصفیه فیزیکی – شیمیایی 24
2- تصفیه بیولوژیکی 30
2-1 تصفیه بی هوازی 33
2-2 تصفیه هوازی 39
فصل پنجم- میکروبیولوژی فاضلاب 44
الف – شرایط تغذیه و رشد در جمعیتهای مخلوط میکروبی 46
ب- اثر دما روی رشد میکروبی 47
ج- اثر درجه اسیدیته (PH) روی رشد میکروبی 50
د- نیاز رشد میکروبی به اکسیژن 52
ح- منحنی رشد میکروبی 52
و- سینتیک رشد بیولوژیکی 57
فصل ششم – تصفیه های پیشرفته 59
1) فاضلابهای صنعتی ونحوه مقابله با آن 60
2) نقش پودر کربن فعال در بهینه سازی سیستمهای تصفیه فاضلاب صنعتی 61
فصل هفتم- استفاده از تالابهای مصنوعی در تصفیه فاضلابهای صنعتی 82
1) تالابهای مصنوعی 83
2) ساختار تالابهای مصنوعی 83
3) وظایف اجزاء اصلی تالاب 87
4) حذف فلزات سنگین در تالاب مصنوعی 90
5) تصفیه پساب های صنعتی توسط تالاب های مصنوعی 91
فصل هشتم- مناسب ترین گزینه فاضلاب صنعتی از دیدگاه مدیریت 93
– هزینه خرید و راه اندازی 100
– راهبری و تعمیرات نگهداری 102
– دفع مواد زاید 103
– ملاحظات راهبری 104
– دفع آب تصفیه 104
– دفع مواد زاید حاصل از تصفیه فاضلاب 105
– مزایا وکمبودها 106
– تجزیه و تحلیل منافع اقتصادی 107
فصل نهم – گزارش تصفیه خانه غرب مشهد (پرکند آباد) 109
الف- گزارش کلی مراحل تصفیه 110
ب- توصیف 111
ج- آزمایشات مهم انجام شده روی فاضلاب 114
منابع 115

1 – Mixed Liqure Suspended Solids
2 Mixed Liqure Volatile Suspended Solids
—————

————————————————————

—————

————————————————————

فصل اول – مقدمه و تاریخچه 4

فصل دوم – اهمیت تصفیه پساب های صنعتی 14

فصل سوم – استاندارد خروجی فاضلابها 18

فصل چهارم – انواع روشهای تصفیه فاضلاب 33

فصل پنجم – میکروبیولوژی فاضلاب 46

فصل ششم- تصفیه های پیشرفته 62

فصل هفتم – استفاده از تالابهای مصنوعی در تصفیه فاضلابهای صنعتی 87

فصل هشتم – مناسبترین گزینه تصفیه فاضلاب صنعتی از دیدگاه مدیریت 95

فصل نهم – گزارش تصفیه خانه غرب مشهد ( تصفیه خانه پرکند آباد ) 112