بررسی روش­های مختلف تصفیه فاضلاب

روش­های تصفیه فاضلاب شامل موارد ذیل می‌باشد:

 الف – برکه­ های تثبیت (WSP)

ب- لجن فعال هوادهی گسترده همراه با رشد چسبیده بصورت نرخ بالا(Highrate : Extended Aeration)

ج- راکتورهای تخلیه تناوبی (Intermittent Cycle Extended Aeration)

د – سیستم لجن فعال همراه با رشد چسبیده (IFAS)

و- لاگون‌های هوادهی (Arated Lagoon )

هـ- سیستم لجن فعال متعاقب فیلتر چکنده (Trickliy filter- Actived Sludge )
  استخرهای تثبیت فاضلاب

استخرهای تثبیت فاضلاب در ساده ترین شکل خود حوضچه های عریض و کم عمقی هستند که در آن فاضلاب خام به روش­های کاملاً طبیعی و در اثر واکنش جلبک­ها و باکتری­ها تصفیه می گردد. هزینه‌های ساختمانی، میزان سرمایه ­گذاری اولیه و تعمیرات مورد نیاز آنها پایین و بهره برداری و نگهداری از آنها بسیار آسان و کم هزینه است. در ضمن در این روش کاهش کلی فرم­های مدفوعی نسبت به سایر روش­های تصفیه فاضلاب بیشتر می‌باشد.

استخرهای تثبیت فاضلاب بدون شک در مناطق گرمسیری و جایی که زمین کافی در اختیار باشد یکی از مؤثرترین روش­های تصفیه فاضلاب است.

بایستی متذکر شد که استفاده از این استخرها منحصر به مناطق گرمسیر نمی‌باشد و در اکثر شرایط آب و هوایی حتی مناطق سردسیری مانند آلاسکا راندمان مناسبی داشته است. در تصفیه فاضلاب­های صنعتی نیز استخرهای تثبیت فاضلاب کارآرایی چشمگیری از خود نشان داده است. در کشورهای صنعتی نیز علیرغم وجود تکنولوژی مدرن و پیشرفته امروزی سهم عمده‌ای به استخرهای تثبیت فاضلاب واگذار گردیده است. به طور مثال یک سوم از کل تصفیه­خانه­های فاضلاب شهری در آمریکا از نوع استخرهای تثبیت می­باشند. به طور کلی بر اساس ماهیت واکنش­های بیولوژیکی درون آنها به سه دسته اساسی زیر تقسیم بندی می­شوند:

1-      استخرهای هوازی

2-     استخرهای بی­هوازی

3-     استخرهای هوازی و بی­هوازی (اختیاری)

 
استخرهای هوازی 

یک استخر هوازی شامل باکتری­ها و جلبک­های در حال تعلیق بوده که در عمق آن نیز شرایط هوازی غالب باشد. در این برکه ها اکثر اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم ها توسط عمل فتوسنتز جلبک­ها و مقداری هم توسط عمل هوادهی طبیعی که در استخر صورت می­گیرد تأمین می شود. صرف­نظر از وجود جلبک­ها در محیط بیولوژیکی موجود، استخرهای تثبیت هوازی شبیه یک سیستم لجن فعال    می­باشد اکسیژن  تولید شده از جلبک­ها در طول عمل فتوسنتز توسط باکتری­ها هنگام تجزیه هوازی مواد آلی مصرف می گردد و در عوض مواد غذایی غیر آلی ( نظیر فسفر و ازت )  و دی اکسید کربن که در اثر این تجزیه آزاد می شوند توسط جلبک­ها مصرف می گردند.

میکروارگانیسم­های دیگری نظیر روتیفرها و پروتوزوئرها نیز در این استخرها وجود دارند که وظیفه آنها بیشتر جلادهی پساب می باشد.

 
استخرهای بی­هوازی

این استخرها در مواقعی مورد استفاده قرار می‌گیرند که بار آلی فاضلاب بسیار بالا بوده و مواد جامد فرار فراوانی نیز در آن وجود داشته و فاضلاب کاملاً عاری از اکسیژن محلول باشد. در این استخرها شرایط بیهوازی در سراسر عمق به جز لایه رویی حاکم است.

در اینجا اکسیژن آزاد مولکولی وجود ندارد و باکتری­های بی­هوازی اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه مواد آلی و غیر آلی فاضلاب به دست می آورند، بدین صورت که مواد آلی را به CO2,CH4 و سایر محصولات گازی شکل، اسیدهای آلی و بافت­های سلولی تبدیل می‌کنند.

مواد جامد در کف برکه، محلی که این مواد به صورت بی­هوازی هضم می­گردند ته­نشین می شود، فاضلابی که مواد جامد آن ته­نشین شده است، جهت تصفیه کامل­تر به استخر اختیاری                        ( Facultative Ponds)  هدایت می گردد.

تصفیه رضایت­بخش در برکه های بی­هوازی بستگی به رفتار متقابل باکتری­های مولد اسید و  باکتری­های مولد گاز دارد. بنابراین لازم است که درجه حرارت برکه بیشتر از 15 درجه سانتی­گراد و pH آن بیش از 6 باشد. تحت چنین شرایطی است که تولید و تجمع لجن به حداقل خود خواهد رسید. تخلیه لجن هنگامی خواهد بود یک دوم ظرفیت (حجم مفید) استخر از لجن پر شده باشد. این استخرها در قدیم به علت بوی شدید طرفدار چندانی نداشته‌اند ولی در حال حاضر رابطه بین تولید بو و بار آلی با دلایل کافی و روشن به خوبی درک شده و بنابراین رفع این مشکل معمولاً با یک طراحی صحیح  امکان­پذیر می باشد.
استخرهای هوازی و بی­هوازی (اختیاری)

در این استخرها تثبیت آلوده کننده ها به وسیله مجموعه‌ای از باکتری­های هوازی، بی‌هوازی و اختیاری صورت می گیرد. یک استخر تثبیت اختیاری از 3 ناحیه تشکیل شده است.
I – ناحیه هوازی :

این ناحیه در سطح استخر قرار دارد و باکتری­های هوازی و جلبک­ها دارای یک رابطه‌ی همزیستی می باشند مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حفظ شرایط هوازی طبقات فوقانی از طریق تماس سطح فاضلاب با هوای آزاد کسب می‌گردد ولی بخش اعظم اکسیژن مورد نیاز توسط فعالیت فتوسنتز جلبک­ها تأمین می شود. این جلبک­ها به طور طبیعی در استخرها و مکانی که مقادیر قابل ملاحظه ای از مواد غذایی حاصل از تابش نور خورشید وجود دارند رشد می‌کنند. رنگ سبز استخرها به علت وجود همین جلبک­هاست.

باکتری­های موجود دراستخر از اکسیژن تولید شده توسط جلبک­ها استفاده نموده و مواد آلی موجود در فاضلاب را اکسیده می‌نمایند.

یکی از محصولات نهایی متابولیسم باکتری­ها گاز کربنیک است که توسط جلبک­ها در واکنش فتوسنتز مورد استفاده قرار می­گیرد زیرا نیاز جلبک­ها به گاز کربنیک از مقداری که از هوا تأمین می شود بیشتر است. بنابراین یک هم­زیستی متقابل و مشترک[4] بین باکتری­ها و جلبک­ها در استخر وجود دارد از آنجایی که واکنش فتوسنتز جلبک یک فعالیت وابسته به نور می باشد در مقدار و غلظت اکسیژن محلول موجود در استخر در طول روز تغـییراتی حاصل می­گردد.

مقدار pH آب استخر نیز در طول روز متناسب با عمل فتوسنتز افزایش و حتی ممکن است به 10 نیز برسد. علت این افزایش آن است که مقدار گاز کربنیکی که توسط جلبـک­ها مـصرف می شود از میزان تولید آن توسط باکتری­ها بیشتر بوده و در نتیجه یون­های بی­کربنات موجود نه تنها جهت جبران کمبود گاز کربنیک بلکه برای تشکیل یون هیدروکسیل قلیایی تجزیه می شوند که باعث افزایش pH   می گردند.

 
I I- ناحیه بینابینی:

که ناحیه هوازی ­- بی­هوازی بوده وتجزیه مواد آلی توسط باکتری های هوازی - بی­هوازی صورت می پذیرد.

 
III – ناحیه بی­هوازی:

این ناحیه در قسمت تحتانی استخر قرار دارد و مواد جامد ­(لجن) ته نشین شده توسط باکتری­های بی‌هوازی تجزیه می‌شوند.

در تصفیه فاضلاب شهری از این نوع استخرها بیشتر استفاده می شود. عمق این استخرها نباید کمتر از 9/0 متر و بیشتر از 2 متر باشد تا جلبک­ها قادر به رشد و نمو باشند.

 
عوامل مؤثر در راندمان استخرهای هوازی – بی­هوازی عبارتند از:
الف- اختلاط

باد و حرارت دو عامل بسیار مهمی هستند که در کیفیت اختلاط موجود در یک استخر تأثیر به سزایی دارند. عمل اختلاط یک سری تغییرات حیاتی و ضروری در برکـه ایـجـاد می‌کنند که عبارتند از:

1- جلوگیری ازتشکیل ناحیه راکد و ساکن

2- اطمینان کافی از توزیع و پخش یکنواخت BOD5 جلبک و اکسیژن در راستای عمودی استـخر.

تنها عمل اختلاط است که قادر به جابجایی جلبک های غیرمتحرک و ساکن به ســطح استخر یعنی محلی که نور به طور مؤثر نفوذ می نماید می باشد. چنانچه اختلاطی حاصل نگردد بیشتر محتویات استخر به طور دائم در تاریکی می ماند.

عمل اختلاط همچنین باعث می شود اکسیژن تولید شده از سطح به طبقات پایین تر منتقل گردد. بنابراین عمل اختلاط مناسب موجود آمادگی استخر برای دریافت بار آلی(BOD5)  بیشتری می گردد.

عمق مؤثری که وزش باد درآن ارتفاع باعث اختلاط می­گردد توسط فاصله­ای که باد با سطح فاضلاب در تماس بوده قابل محاسبه می باشد. برای اینکه حداکثر اختلاط توسط وزش باد انجام گیرد طول مورد نیاز بدون در نظر گرفتن هیچ­گونه مانعی برسر راه آن می بایستی در حدود 100 متر می باشد.

 
ب- لجن

هنگامی گه فاضلاب وارد استخر می شود بیشتر مواد جامد به طرف پایین ته نشین می‌شوند و لایه لجن را تشکیل می دهند. در حرارت­های بیش از 15 درجه سانتی­گراد هضم غیرهوازی مواد جامد با سرعت بیشتری انجام می شود و نتیجتاً ضخامت لایه لجن تقریباً کمی بیشتر از 250 میلی­متر می گردد و در بعضی مواقع ضخامت این لایه خیلی می باشد، تخلیه لجن به ندرت و هر 10 تا 15 سال یک­بار انجام می شود. در حرارت­های بیش از 22 درجه سانتی­گراد تشکیل گاز متان بسیار سریع بوده و در نتیجه موجب شناور شدن ذرات لجن در سطح استخر می­گردد و بدین علت لایه هایی از لجن در سطح تشکیل می گردد این لایه ها به همراه سایر مواد و کف هایی که بر روی استخر وجود دارد بایستی خارج شوند چرا که اجازه نفوذ نور به لایه های استخر را نمی دهند.

 
ج – عمق

عمق کمتر از یک متر باعث رویش سبزینه در سطح استخر خواهد بود که از این حالت بایستی اکیداً پرهیز نمود، در غیر این صورت سطح استخر بهترین مکان جهت پرورش و تخم‌گذاری حشرات و مگس­ها خواهد شد. در عمق های بیشتر از 5/1 متر تجمع اکسیژن نزدیک سطح استخر است و در نتیجه به جای اینکه استخر دارای حالت هوازی باشد به صورت هوازی- بی­هوازی عمل خواهد نمود. در مناطق خشک که میزان تبخیر بالاست پرت آب در اثر تبخیر باید به حداقل برسد که با افزایش عمق به 2 متر این عمل صورت می پذیرد و در نتیجه سطح استخر هم کاهش می یابد. در مناطق سردسیری نیز عمق فوق جهت حفظ انرژی گرمایی فاضلاب خام ورودی در نظر گرفته می شود.

 
د- آب وهوا

آب و هوای گرم برای عملکرد استخرها مناسب و ایده­آل می باشد. از آن جایی که تابش نور خورشید شدید می باشد بنابراین درجه حرارت استخرها بالا هستند. به علت وجود ساعات طولانی روز، واکنش­های عمل فتوسنتز جلبک­ها برای مدت طولانی‌تر انجام می‌گیرد و استفاده مقداری از اکسیژن محلول در طول شب امکان پذیر می‌باشد. در فصول اگرچه شدت نور برای فعالیت­های جلبک­ها کافی است لیکن به علت افت درجه حرارت به حداقل سالیانه باعث کند شدن رشد و تکثیر جلبک­ها و باکتری­ها می‌شود.

جهت اطمینان از کارآرائی مطلوب استخرها باید طراحی براساس بدترین شرایط آب و هوایی (سردترین ماه سال ) انجام گیرد.

 
محاسن استخرهای تثبیت فاضلاب

الف : این استخرها قادرند که هر درجه مورد نیاز از تصفیه را با کمترین قیمت و حداقل امکانات فنی به وسیله کارکنان غیر متخصص و مجرب انجام دهند.

بررسی‌های انجام گرفته حدود مخارج سالیانه که (شامل سرمایه­گذاری اولیه و مخارج تعمیرات) را برای روش­های مختلف تصفیه فاضلاب در هندوستان، نشان داده که استخرهای تصفیه فاضلاب ارزان­ترین روش تصفیه فاضلاب می باشد با توجه به تجربیات این مشاور در زمینه های مختلف، هزینه تصفیه هر متر مکعب فاضلاب در روش برکه های تثبیت معادل  روش لجن فعال است.

ب: کاهش و حذف عوامل بیماری زا در این سیستم ( بدون اضافه کردن مواد ضدعفونی کننده ) نسبت به سایر روش­های تصفیه فاضلاب فوق­العاده زیاد است.

تعداد کلیفرم­های مدفوعی در پساب خروجی از یک سیستم تصفیه فاضلاب متشکل از سه استخر معمولاً کمتر از یک سیستم تصفیه فاضلاب متشکل از سه استخر معمولاً کمتر از 5000 در هر 100  میلی لیتـر می‌باشد (ml 100/ FC 5000) در صورتی که در پساب خروجی از یک سیستم تصفیه مکانیکی معمولی این رقم حدود (ml 100/ FC 5000000) می‌باشد. تخم انگل­های روده‌ای مختلف که معمولاً در پساب خروجی تصفیه خانه های معمولی یافت می‌گردند، در پساب خروجی از استخرهای تثبیت تکمیلی وجود ندارد.

ج : این استخرها به خوبی قادرند شوک­های ناشی از بار موادآلی و بار هیدرولیکی را تحمل نمایند. وجود زمان ماند طولانی به طور کامل اطمینان می‌دهد که به خاطر رقت زیادی که از بارآلی در استخر به وجود می آید شوک­های کوتاه مدت ناشی از افزایش بار را تحمل نماید.

 
نتیجه ­گیری:

با توجه به وجود ترکیب­های مختلف برکه­های تثبیت و با توجه به بار آلی ورودی و نیاز به زمین زیاد از ترکیب برکه­های بی­هوازی و برکه های اختیاری جهت تصفیه فاضلاب استفاده می‌گردد. جهت طراحی برکه­های بی­هوازی از روش بارگذاری حجمی و جهت برکه اختیاری با کنترل بار سطحی در ارتباط با مدل­های مختلف طراحی نمود