مراحل تصفیه پساب

مهمترین هدف متخصصین و فروشندگان دستگاه های مختلف تصفیه آب این است که آبی سالم، عاری از آلاینده ها و مواد شیمیایی خطرناک، میکروب ها، مواد مخرب، رسوب گذار و با طعم و بوی مناسب در اختیار مردم به عنوان مصرف کننده نهایی قرار دهند. برای رسیدن به این استانداردها، آب، در مراحل مختلف و با دقت بالا تصفیه شده و در اختیار مردم قرار می گیرد. اما در نهایت، آب پس از استفاده توسط مصرف کنندگان، مجدداً بوسیله مواد شیمیایی، مواد شوینده، ذباله های خوراکی و سایر مواد آلوده کننده به سرعت وارد شبکه فاضلاب می شود. با توجه به افزایش جمعیت کره زمین و محدودیت منابع آبی، لزوم تصفیه پساب و استفاده مجدد از آن، روز به روز در حال گسترش بوده و عمومیت بیشتری پیدا می کند. به همین دلیل، متخصصین حوزه تصفیه آب می بایست با فرآیندها و تکنولوژی هایی که در حوزه تصفیه پساب و استفاده مجدد آن (Reuse) مورد استفاده قرار می گیرند، آشنا شوند تا دید بهتری نسبت به این موضوع داشته باشند. در این مقاله، مطالب و کلیاتی در خصوص مراحل اصلی تصفیه پساب، ارائه خواهد شد.

انواع پساب

پیش از اینکه در مورد تصفیه پساب صحبت شود، لازمست تا با دو نوع اصلی پساب آشنا شویم. آبی که به عنوان پساب وارد شبکه فاضلاب می شود را می توان به دو دسته “آب خاکستری” (Graywater) و “آب سیاه” (Blackwater) تقسیم کرد. تعریف ساده "آب خاکستری" عبارت است از: پساب استحمام، شستشوی البسه و روشویی دستشویی ها. تصفیه پساب از نوع خاکستری و استفاده مجدد از آن در مواردی مانند آبیاری فضای سبز و یا استفاده در فلاش تانک های سرویس های بهداشتی، نیاز به مراحل کمتری داشته و از پیچیدگی بالایی برخوردار نیست. میزان آلودگیهای بیولوژیکی در آب خاکستری نسبت به آب سیاه کمتر است. تصفیه آب خاکستری می تواند در محل مصرف (در هر منزلی بصورت جداگانه) و یا در نقاط متمرکز (در نقاط مختلف شهر) انجام گیرد. اما در هر صورت، سیستم تصفیه آب خاکستری، از شبکه آب فاضلاب اصلی شهر، قطعاً جدا خواهد بود.

تعریف آب سیاه، عبارتست از: انواع پساب خانگی، تجاری و صنعتی که می تواند حاوی فاضلاب انسانی، پساب سینک آشپزخانه، ماشین ظرفشویی، آب خاکستری، آب ناشی از بارندگی و سیلاب و سایر آبهای حاوی آلودگی های بیولوژیکی باشد. آنچه که به صورت مصطلح، "فاضلاب" نامیده می شود، عمدتاً منظور، همین آب سیاه است.

تصفیه آب سیاه، در سه مرحله انجام می گیرد: مرحله اول (مقدماتی)، مرحله دوم (بیولوژیکی) و مرحله سوم (پیشرفته).  پساب در هر مرحله، تمیزتز شده و برای مرحله بعدی آماده تر می شود.

مرحله سوم تصفیه پساب، بعد از مرحله دوم قرار داشته و می تواند تا حد بسیار بالایی (بیش از 99 درصد)، ناخالصی های موجود در پساب را حذف و از نظر کیفیت، آنرا به استانداردهای آب شرب نزدیک کند. تکنولوژی های مورد استفاده در مرحله سوم تصفیه پساب، بسیار متنوع و نسبتاً گران هستند. به عنوان مثال، در این زمینه می توان به سیستم هایی مانند ممبران های بیوراکتور (MBR) و اولترافیلتراسیون (UF) اشاره نمود که علاوه بر هزینه اولیه، بهره برداری و نگهداری از آنها نیز نیازمند افراد با تخصص و تجربه کافی است. مرحله سوم تصفیه پساب، مقوله پیچیده ای است که می بایست در مقالات جداگانه و تخصصی تری مورد بحث و بررسی قرار گیرد. در این مقاله، بیشتر روی مراحل اول و دوم تصفیه پساب، صحبت خواهد شد.

مرحله اول تصفیه پساب

(Primary Treatment)

زمانی که پساب سیاه (فاضلاب) به سمت تأسیسات تصفیه خانه حرکت می کند، ابتدا از یک صافی فیزیکی عبور می کند. در این مرحله، مواد معلق و شناور بزرگ موجود در فاضلاب (مانند آشغالهای وارد شده از طریق خانه ها، بطری های خالی، جسد حیوانات مرده که از مناطق غیرسرپوشیده وارد شده اند و سایر موارد)، از آن جدا می شوند. فاضلاب، پس از عبور از این مرحله، وارد فضایی به نام کلریفایر (Clarifier) می شود که چندین ساعت بصورت راکد در آن قرار می گیرد تا شن و سنگریزه موجود در آن ته نشین شده و مایع فاضلاب از بالای کلریفایر  وارد مرحله دوم تصفیه پساب می شود. در کلریفایر، ذرات جامد معلق و لجن در کف آن ته نشین شده و از آن خارج می شوند. در شکل زیر، نمایی از یک کلریفایر، مشاهده می شود.

مواد و لجن های جمع آوری شده، یا مستقیماً برای خشک شدن و دفع برده می شوند و یا به سمت بخش "هضم کننده لجن" (Sludge Digester) ارسال می شوند که در آن، پیش از خشک شدن و دفع، توسط باکتری های مخصوصی تجزیه می شوند.

هدف اصلی مرحله اول تصفیه پساب، کاهش میزان شاخص "اکسیژن خواهی بیولوژیکی" (BOD) در مایع پساب پیش از ورود به مرحله دوم تصفیه پساب است.  شاخص اکسیژن خواهی بیولوزیکی، نشاندنده میزان اکسیژن محلول مورد نیاز میکروارگانیسم های (مانند باکتری های هوازی) موجود در پساب است که به وسیله آن بتواند مواد آلی موجود در پساب را تجزیه نماید. میزان BOD آب، در بازه های زمانی و دماهای مشخص توسط مسئولین نگهداری مربوطه، اندازه گیری و ثبت می شوند. شاخص BOD5 به معنی میزان BOD موجود در آب نمونه گیری شده در دمای مشخص و پس از 5 روز نگهداری نمونه و به همین ترتیب، شاخص BOD7، نشانگر میزان BOD در دمای مشخص و پس از نگهداری 7 روز نمونه آب مورد آزمایش است. به عنوان مثال، BOD آب یک رودخانه تمیز، حدود 2 ml/l است، در حالیکه این میزان برای پساب خام بیش از 100 و برای پساب واحدهای فرآوری مواد غذایی، بیش از 1000 تخمین زده می شود. در برخی از کشورها و مناطقی که قوانین سخت گیرانه ای برای تأسیسات تصفیه پساب دارند، برای کارخانجات صنعتی و فرآوری مواد غذایی که میزان BOD پساب آنها بیش از حد استاندارد تعریف شده باشد، جریمه و عوارض در نظر گرفته می شود. میزان BOD پساب، در واقع، نشاندهنده میزان آلودگی آن است.   

اهمیت کنترل میزان BOD در پساب، از این جهت است که میزان این شاخص می بایست پیش از ورود به مرحله بعدی، حتماً به مقدار استاندارد کاهش پیدا کند. باید این نکته را در نظر داشت که ظرفیت یک واحد تصفیه پساب محدود است. اگر میزان BOD به حد مطلوب نرسد و با میزان بالاتر از حد استاندارد وارد مرحله بعدی تصفیه و یا آبهای سطحی شود، به هیچ عنوان اتفاق خوبی نیست. ورود ناگهانی آب با BOD بالا به آبهای آزاد باعث از بین رفتن اکسیژن محلول در آن و از بین رفتن حیوانات آبزی از جمله ماهی ها می شود. علاوه بر این، پساب دارای میزان بالای مواد آلی که به درستی تصفیه نشده باشد، دارای مقادیر بالای نیترات و فسفات است که ماده ای مغذی برای گیاهان آبزی بشمار می روند. رشد جلبک ها و سایر انواع گیاهان دریایی در چنین شرایطی بیشتر شده و بار ناشی از این مواد در آب افزایش پیدا می کند.

مرحله اولیه تصفیه پساب، باعث کاهش 20 تا 30 درصدی در میزان BODو همینطور کاهش 50 تا 60 درصدی ذرات جامد معلق می شود. هر چه میزان BOD در آب خروجی مرحله اول تصفیه پساب کمتر باشد، باعث کاهش آلودگی در خروجی مرحله دوم تصفیه و تأسیسات تصفیه پساب خواهد شد.

مرحله دوم تصفیه پساب

(Secondary Treatment)

در مرحله دوم تصفیه پساب، مواد آلی موجود در آب خروجی مرحله اول، تجزیه و هضم می شوند. در این مرحله، با انجام عملیات هوادهی، میزان اکسیژن محلول در پساب، افزایش پیدا می کند. دلیل این کار، ایجاد محیطی سالم برای باکتری های مخصوصی است که مواد آلی موجود در پساب را به عنوان تغذیه استفاده کرده و آنها را به دی اکسید کربن، آب و انرژی برای رشد و تکثیر خود تبدیل می کنند. فرد مسئول بهراه برداری متخصص یک واحد تصفیه خانه، می بایست در این مرحله بتواند تعادل مناسبی میان "باکتری ها"، "منبع غذایی آنها (مواد آلی)" و "اکسیژن محلول در پساب" برقرار کند.

کمبود مواد آلی و بالا بودن میزان باکتری ها، باعث عدم وجود تغذیه کافی برای باکتری ها و به تبع آن، افت کیفیت پساب خروجی سیستم خواهد شد. از طرف دیگر، میزان بالای مواد آلی و کمبود باکتری ها نیز باعث خواهد شد که پساب خروجی از این مرحله با توجه به زیاد بودن مواد آلی موجود در آن، از درجه کیفیت مناسبی برخوردار نباشد. از آنجاییکه این برخی از انواع این باکتری ها، هوازی هستند، کاهش میزان اکسیژن محلول در پساب نیز باعث کاهش کیفیت آب خروجی خواهد شد. بنابراین، ملاحظه می شود که تعادل بین این سه عامل در کلریفایر مرحله دوم، از درجه اهمیت بالایی برخوردار می باشد.

باکتری ها تا زمانی که اکسیژن در دسترس آنها باشد، به فعالیت خود ادامه می دهند. وقتی اکسیژن مصرفی آنها به پایان رسید، از فعالیت باز ایستاده و در کف کلریفایر ته نشین می شوند. این باکتری ها با ورود پساب جدید به کلاریفایر، مجدداً به سطح آب برگشته و فعالیت خود را از سر می گیرند. مرحله دوم پساب، میزان ذرات جامد معلق و BODرا حدود 85% کاهش می دهد.

باکتری های مورد استفاده در مرحله دوم تصفیه پساب، به دو نوع "اوتوتروفیک" (autotrophic) و "هتروتروفیک" (heterotrophic) تقسیم می شوند. باکتری های اوتوتروفیک هوازی، قادر به تجزیه و تولید مواد غذایی لازم خود از مواد غیرآلی هستند. به عنوان مثال، معمولاً میزان آمونیاک (NH3) ناشی از اوره در پساب ورودی به مرحله دوم، بالاست. باکتری های اوتوتروفیک، کربن موجود در دی اکسید کربن را بوسیله هیدروژن موجود در آمونیاک احیا کرده و به این ترتیب، با حذف آمونیاک، باعث تشکیل نیترات و نیتریت می شود. به این پدیده، ازت دادن (nitrification) گفته می شود. بنابراین، برای انجام ازت زدایی (denitrification)، باید از باکتری های هتروتروفیک استفاده شود. باکتری های هتروتروفیک، بر خلاف باکتری های اوتوتروفیک ، قادر به تولید غذای خود نیستند. این باکتری ها، از مواد آلی مرده به عنوان تغذیه خود استفاده می کنند. این باکتری های غیرهوازی، اکسیژن مورد نیاز خود را از تبدیل نیترات به گاز بی خطر N2O که وارد اتمسفر می شود، تأمین می نمایند. حذف نیترات از پساب، باعث کاهش ماده غذایی لازم برای رشد جلبک در پساب می شود.  

ماده دیگر موجود در پساب که به عنوان تغذیه جلبک ها محسوب می شود، ترکیبات فسفر (فسفات ها) هستند. اضافه کردن مواد شیمیایی مانند آهک، باعث ته نشینی فسفاتها در پساب می شود. این رسوبات، در حوضچه های ته نشینی، جمع آوری و جدا می شوند.

در بعضی از تصفیه خانه ها، پساب خروجی از مرحله دوم، وارد واحدهای فیلتراسیون و ضدعفونی و در برخی دیگر، وارد مرحله سوم تصفیه و احتمالاً استفاده مجدد می شود. تصفیه خانه ها، بسته به نوع و میزان آلودگی پساب ورودی و نیز کیفیت مورد انتظار پساب تصفیه شده خروجی، دارای انواع طراحی ها و ظرفیت های مختلف هستند. برخی از آنها دارای مراحل مختلف و زیاد تصفیه هستند، در حالیکه در برخی دیگر، مراحل و تجهیزات بسیار ساده ای مورد استقاده قرار می گیرد. تصفیه خانه های تبدیل پساب از نوع آب سیاه به آب شرب، دارای مراحل و پیچیدگی های زیاد و نیازمند مدیریت قوی در بهره برداری، نگهداری و نظارت هستند. همانطور که در مطالب فوق مطرح شد، در برخی از فرآیندهای تصفیه پساب، حضور باکتری ها و میکروب های مخصوص، لازم و اجتناب ناپذیر است.

مواردی که در این مقاله به آنها اشاره شد، در واقع، مروری کلی بود روی مراحل اصلی (خصوصاً مرحله اول و دوم) تصفیه پساب. بسته به نوع و میزان آلودگی های موجود در پساب، تعداد مراحل و نیز هزینه تصفیه خانه، افزایش پیدا خواهد کرد.