جایگزین­هایی برای سیستم­های متعارف تصفیه فاضلاب درجا

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

­جایگزین­هایی برای سیستم­های متعارف تصفیه فاضلاب درجا

 

پیش گفتار

 

هدف این نشریه توصیف تکنولوژی­های تصفیه فاضلاب درجا است. این تکنولوژی­ها برای مناطقی که قادر به استفاده از سیستم­های متعارف (شامل سپتیک تانک و ناحیه زهکشی) نیستند مورد استفاده قرار می­گیرد(US-EPA 2002) که به عنوان سیستم­های جایگزین در این نشریه توضیح داده می­شوند. هدف ما ارائه اطلاعاتی است که مالکین و ساکنین بتوانند از این اطلاعات جهت رفع مشکلات موجود بخصوص در مواردی که تصفیه فاضلاب به درستی انجام نمی­شود استفاده کنند. این نشریه قصد دارد اطلاعاتی در مورد گزینه­های جایگزین تصفیه فاضلاب ارائه دهد که به خواننده کمک می­کند تا هنگام مواجه شدن با سازمان­های نظارتی و پیمانکارن تصمیم آگاهانه بگیرند و قصد ندارد به عنوان مرجعی برای طراحی و ساخت به کار رود.

مقدمه

طبق سرشماری سال ۲۰۱۰ ایالات متحده آمریکا؛ حدود ۴/۱۹ درصد از خانواده­های آمریکایی از سیستم­های درجا برای دفع فاضلاب استفاده می­کنند. Hoover و Konsler در سال ۲۰۰۴ تخمین زدند که حدود ۳۰ درصد از خانواده­های آمریکایی و ۵۰ درصد از خانواده­های کارولینای شمالی از سیستم­های تصفیه درجا فاضلاب استفاده می­کنند.

با وجود اینکه اکثر سیستم­های مورد استفاده، سیستم­های سپتیک متعارف است(که شامل مخزن سپتیک و ناحیه زهکشی در خاک­های اطراف آن می­باشد)، اما در مکان­هایی که دارای خاک نامناسب است استفاده از سیستم­های جایگزین رو به افزایش است. در اینجا هر دو نوع سیستم­های متعارف و جایگزین بحث خواهد شد.

در بسیاری از جوامع ویرجینیای ایالات متحده آمریکا خرابی و یا عدم وجود سیستم تصفیه درجا یک مشکل اساسی است.

آژانس حفاظت محیط زیست(U.S. EPA 2008) تخمین زده است که سالانه ۱۰ تا ۲۰ درصد از سیستم­های تصفیه فاضلاب درجا عملکرد نامناسبی دارند. در ویرجینیا بیش از ۲۸ درصد از خانواده­ها سیستم سپتیک یا چاه فاضلاب دارند که این نرخ بالاتر از میانگین ملی ۲۰ تا ۲۵ درصد است.

چرا تصفیه فاضلاب مهم است؟

تصفیه فاضلاب

با تصفیه مؤثر فاضلاب می­توان از بیماری­های مختلفی که به دلیل قرارگرفتن انسان در معرض پاتوژن­­های موجود در فاضلاب تصفیه نشده منتشر می­شود جلوگیری کرد. تخلیه فاضلاب تصفیه نشده باعث آلودگی آب­های زیرزمینی و آب­های سطحی مورد استفاده جهت آشامیدن، تفریح، ماهیگیری و … می شود(شکل۱).

شکل۱: تعداد زیادی از ساکنین مناطق روستایی از آب چاه­های زیرزمینی به عنوان منبع آب و از سیستم­های تصفیه درجا جهت دفع فاضلاب استفاده می­کنند. سیستم­های متعارف تصفیه درجا همانطور که در شکل بالا نشان داده شده، فاضلاب تصفیه شده را در خاک پخش می­کنند. هنگامیکه چنین سیستمی به درستی طراحی، نصب و بهره­برداری شود نفوذ فاضلاب در خاک، باعث آلودگی آب­های زیرزمینی نمی­شود. عوامل محیطی مانند شیب خاک، مشخصات خاک و عمق آب­­های زیرزمینی، از عوامل تعیین کننده جهت اجرای سیستم­های تصفیه درجا می­باشد.

تخلیه مستقیم فاضلاب خام و یا فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست توسط سیستم­های سپتیک با عملکرد نامناسب، می­تواند به آب­های زیر زمینی نفوذ کرده و باعث آلودگی چاه­های آب آشامیدنی به پاتوژن­ها شود. هم­چنین تخلیه فاضلاب تصفیه نشده به جریانات آبی باعث انتشار بیماری­ها از طریق تماس مستقیم می­شود و آب­های آلوده شده را جهت انجام فعالیت­های تفریحی که در آن­ها پوست انسان با آب در تماس مستقیم است مانند: شنا و قایقرانی نامناسب می­کند. علاوه بر این، بیماری­ها­ می­تواند از طریق تماس غیر مستقیم(یا ثانویه) توسط جانوران جونده و حشرات منتقل شوند. تخلیه فاضلاب تصفیه نشده به جرایانات می­تواند به  سلامت و زندگی موجودات آبزی آسیب زده و شیلات را آلوده کند.

اصول کلی تصفیه فاضلاب خانگی

جدول ۱: آلاینده های فاضلاب و روش­های تصفیه
ترکیبات شرح روش تصفیه
جامدات(شامل ذرات ریز) ترکیبات با پایه کربنی و زیست تخریب پذیری کم اکثر آن­ها با تصفیه مقدماتی حذف می­شوند( ته نشینی توسط نیروی ثقل یا جداسازی توسط غربالگری یا فیلتر خروجی)
اکسیژن خواهی بیوشیمیایی(BOD) ترکیبات کربن آلی زیست تخریب پذیر در اشکال محلول و ذره­ای BOD ذره­ای با تصفیه مقدماتی حذف می­گردد.

BODمحلول توسط باکتری­های ساکن در ناحیه جذبی خاک (absorption field  soil) و یا در فرآیند تصفیه ثانویه که زنجیره ترکیبات آلی کربن توسط فرآیند متابولیسم به دی اکسید کربن تبدیل می شوند مصرف می­گردد.
تصفیه پیشرفته(در صورت وجود) BOD  اضافی را حذف می­کند.

پاتوژن های تک یاخته، میکروبی و ویروسی عوامل بیماری زا، آلاینده های مدفوعی این میکروارگانیسم ها با محیط کم اکسیژن روده انسان به خوبی سازگار شده­اند، بنابراین با محیط های هوازی سازگار نیستند. زمانی که در فاضلاب پاتوژن ها حضور دارند مقداری از آن­ها در تصفیه ثانویه از بین می روند اما مقداری در پساب ثانویه باقی می­مانند. پاتوژن ها در خاک ناحیه جذب و یا در فرآیند گند­زدایی از بین می­روند.
نیتروژن(N) نیتروژن به صورت آلی یا آمونیوم نیتروژن مربوط به جامدات توسط تصفیه ثانویه حذف می­گردد.
مقداری از نیتروژن تبخیر شده و در اتمسفر محو می­گردد.
تصفیه ثانویه مقدار زیادی از نیتروزن را به نیترات تبدیل می­کند.
تصفیه پیشرفته می­تواند جهت حذف نیتروژن اضافی قبل از تخلیه استفاده گردد.
فسفر (P) فسفر به صورت فسفات آلی و غیرآلی فسفر مربوط به جامدات در صورت وجود، توسط تصفیه مقدماتی و زلال ساز ثانویه حذف می­گردد.
در بیشتر محیط­های خاکی فسفر به خاک می­چسبد و قابلیت تحرک زیادی ندارد.
تصفیه پیشرفته می تواند جهت حذف فسفر اضافی قبل از تخلیه مورد استفاده قرار گیرد.
مواد شیمیایی خانگی شوینده ها، پاک کننده ها و…. دفع فاضلاب توسط سپتیک باید به حداقل برسد.

 فاضلاب خام و پساب سپتیک حاوی آلاینده­های مختلفی است(جدول ۱).

با این وجود تکنولوژی­های زیادی قادر به ارائه پساب مناسب، جهت تخلیه مطمئن به محیط زیست می­باشند. اکثر تکنولوژی­های تصفیه فاضلاب با ترکیبی از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی عمل می­کنند. چه در سیستم­های تصفیه متعارف درجا و چه در سیستم­های جایگزین از تکنولوژی­های تصفیه مقدماتی، ثانویه و پیشرفته همراه با گندزدایی استفاده می­­گردد(شکل ۲).

تصفیه فاضلاب صنعتی

شکل ۲: این شکل یک فلوچارت کلی از فرآیندهای بازسازی فاضلاب برای تصفیه درجا است. علاوه بر فرآیندهای نشان­داده شده، مقداری از حذف نیتروژن، فسفر، مواد مغذی و آلاینده­های دیگر در طول تصفیه مقدماتی و ثانویه اتفاق می­افتد.

این تکنولوژی­ها در مناطق توسعه یافته که دارای سیستم تصفیه فاضلاب شهری می­باشند و فاضلاب به داخل شبکه فاضلاب شهری تخلیه می­شود استفاده می­شوند. سیستم متعارف تصفیه درجا که از یک مخزن سپتیک و یک ناحیه جذب تشکیل شده، در مناطق روستایی مورد استفاده قرار می­گیرد.

  • در تصفیه مقدماتی، جامدات و ذرات فاضلاب خام، از طریق تفکیک ثقلی و یا غربالگری جدا می­شوند. در سیستم­های تصفیه درجا، رایج­ترین دستگاه تصفیه مقدماتی، سپتیک تانک می­باشد. در سیستم­های جایگزین، معمولا مخزن سپتیک به یک فیلتر خروجی مجهز شده تا ذرات جامدی که به دلیل کوچک و سبک بودن قادر به ته­نشینی نمی­باشند حذف شوند. هنگامیکه به سیستم­های سپتیک متعارف یک فیلتر خروجی اضافه می­شود؛ عملکرد و طول عمر سیستم افزایش می­یابد.

حذف مقداری از آلاینده­های آلی نیز در سپتیک تانک اتفاق می­افتد. محیط کم اکسیژن سپتیک، باعث افزایش میزان تجزیه توسط میکروارگانیسم­های بی­هوازی می­شود. این فرآیند در تصفیه فاضلاب تأثیر کوچکی دارد. مایع تصفیه شده خروجی از تصفیه مقدماتی را، پساب مقدماتی می­نامند.

  • فرآیند تصفیه ثانویه که “هضم میکروبی” نیز خوانده می­شود پساب مقدماتی را دریافت می­کند. در اکثر فرآیندهای تصفیه ثانویه، پساب وارد یک محیط هوازی که برای رشد میکروارگانیسم­های هوازی مناسب است عبور می­شود. در طول این تصفیه فرآیندهای زیر اتفاق می­افتد:
  • جمعیت میکروارگانیسم­های بیماری­زا کاهش می­یابد. اکثر قریب به اتفاق میکروارگانیسم­های موجود در فاضلاب در دستگاه گوارش انسان که یک محیط بی­هوازی است و اکسیژن به شکل O2وجود ندارد رشد می­کنند. در نتیجه این میکروارگانیسم­ها با محیط­های هوادهی(هوازی) به خوبی سازگار نیستند. در دستگاه­های تصفیه ثانویه، تعدادی از میکروارگانیسم­ها( شامل اکثر پاتوژن­ها ) به دلیل قرارگرفتن در معرض اکسیژن می­میرند.
  • سایر میکروارگانیسم­ها شامل میکروارگانیسم­های شکارچی که پاتوژن­ها را مصرف می­کنند می­باشند. این میکروارگانیسم­ها در محیط هوازی که به صورت مخلوط پایدار غنی از آب و اکسیژن، ترکیبات آلی زیست تخریب­پذیر و مواد مغذی اساسی موجود در فاضلاب است رشد و نمو می­کنند. در تصفیه ثانویه جایی که فاضلاب از میان مدیا با منافذ کوچک(مانند فیلتر شنی یا خاک طبیعی) با اعمال فشار فیزیکی عبور می­کند تعداد پاتوژن­ها نیز کاهش می­یابد.
  • آلاینده­های آلی زیست تخریب­پذیر مثل مواد آلی محلول و ذرات آلی که در پساب مقدماتی باقی­ مانده­اند، از طریق فعالیت­های میکروبی حذف می­شوند. میکروارگانیسم­ها در محیط هوازی تصفیه ثانویه ترکیبات آلی زیست تخریب­پذیر را مصرف و متابولیز می­کنند که این عمل با آزادسازی انرژی توسط شکستن باند کربن –کربن و تبدیل کربن آلی به دی اکسید کربن همراه است.
  • آلاینده­های ریز حذف می­شوند. جایی که مدیای فیلتراسیون از ذرات معدنی با منافذ کوچک تشکیل می­شود(مانند فیلتر شنی یا خاک طبیعی) آلاینده­های ریز با غربالگری فیزیکی حذف می­شوند. اجزای زیست تخریب­پذیر ذرات به دام افتاده در منافذ ریز فیلتر، توسط باکتری­های هوازی ساکن حذف می­شوند. مایع تصفیه شده خروجی از تصفیه ثانویه را پساب ثانویه می­نامند.
  • تصفیه پیشرفته فرآیندهای انتخابی هستند که ممکن است برای حذف آلاینده­های اضافی از پساب ثانویه قبل از پخش و پراکنده سازی آن به کار روند. تصفیه پیشرفته معمولا در مواقعی مورد استفاده قرار می­گیرد که سیستم برای تخلیه مستقیم پساب به سطح زمین و یا جریانات سطحی در نظر گرفته شده باشد. در برخی مواقع جهت حفظ کیفیت جریاناتی که پساب تصفیه شده را دریافت می­کنند، طراحی فرآیندهای تصفیه پیشرفته برای حذف نیتروژن و فسفر اضافی پساب، ضروری است.
  • سیستم­های گندزدایی اغلب شامل کلرزنی، ازن زنی و اشعه فرابفش می­باشند. در سیستم­هایی که پساب تصفیه شده به مناطقی که در معرض مستقیم انسان است (مثل سطح زمین یا آب­های سطحی) تخلیه می­شود؛ گندزدایی پساب برای حذف خطرات بالقوه ناشی از تماس انسان لازم است. پساب خروجی از فرآیند تصفیه پیشرفته که گندزدایی گردیده است را “پساب ثالث” می­نامند.

پساب تصفیه شده باید به محیط زیست تخلیه(یا پخش)گردد. پساب ثانویه معمولا در خاک زیر سطح زمین پخش می­شود. در حالیکه پساب ثالث ممکن است به آب­های جاری(مانند جریان آب سطحی) یا سطح خاک تخلیه شود. تخلیه و پخش سطحی معمولا به مجوز سازمان مسئول حفاظت از کیفیت آب سطحی نیاز دارد.

سیستم­های متعارف تصفیه درجا فاضلاب

منظور از متعارف، تصفیه فاضلاب با سیستم­های درجا شامل یک سپتیک، سیستم توزیع و ناحیه جذب پساب است(شکل۳). تصفیه مقدماتی(حذف جامدات از فاضلاب) در سپتیک تانک اتفاق می­افتد. در صورت عملکرد ضعیف سپتیک تانک، مقدار زیادی از ذرات جامد وارد سیستم زهکشی و ناحیه جذبی خاک می­شود. انباشته شدن مواد جامد بر عملکرد مؤثر سپتیک تانک و ناحیه جذب پساب به خاک تأثیر منفی می­گذارد. هنگامیکه ناحیه جذب یا محفظه توزیع پساب به خاک توسط ذرات جامد شروع به مسدود شدن می­کند، نتیجه معمول آن توزیع نامساوی پساب است. این اتفاق به خطوط جذب و نواحی مسدود نشده که در نرخ فشار بالا تمایل به مسدود شدن دارند، اضافه بار تحمیل می­کند. درچنین شرایطی ممکن است پساب تصفیه نشده یا کم تصفیه شده روی سطح زمین ظاهر شود که نشان از خرابی سیستم است.

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

شکل ۳: سیستم­های متعارف تصفیه درجا فاضلاب(مطابق شکل بالا) شامل یک سپتیک تانک(شکل پایین سمت چپ) برای انجام تصفیه مقدماتی و یک ناحیه جذب پساب می­باشند. جهت انجام تصفیه مازاد، پساب سپتیک تانک توسط نیروی گرانش از طریق محفظه توزیع به ناحیه جذب که شامل چندین خط جذب جهت دفع پساب است هدایت می­شود. خطوط جذبی خاک به طور معمول به شکل ترانشه­های شنی ساخته می­شوند اما روش­های دیگر ساخت نیز امکان پذیر است.

برای جلوگیری از این مشکل پاکسازی، تعمیر و نگهداری منظم فیلتر خروجی سپتیک تانک که یک توری سیمی برای به دام انداختن ذرات کوچک است، پیشنهاد می­شود.

محفظه توزیع، پساب را به طور مساوی بین خطوط جذبی خاک تقسیم می­کند. این محفظه معمولا زیر خروجی سپتیک تانک واقع شده تا پساب سپتیک به آسانی و به صورت ثقلی به درون آن وارد شود. از آنجا که عبور جریان از میان محفظه توزیع نیز به واسطه نیروی گرانش رخ می­دهد، باید محفظه در هنگام نصب به گونه­ای تراز گردد که پساب میان خطوط جذبی خاک به صورت یکنواخت توزیع گردد.

تصفیه ثانویه در محیط هوازی خاک­های موجود در ناحیه جذبی خاک(که ناحیه زهکشی نیز نامیده می­شود) رخ می­دهد. خطوط جذبی خاک، پساب را در خاکی که در آن امکان تصفیه بیولوژیکی وجود دارد توزیع می­کنند. پساب از میان منافذ خاک عبور می­کند و با میکروارگانیسم­های ساکن در آن برخورد می­کند. هر خط جذب دارای یک شیب کم (به طور کلی۴/۱ تا ۸/۱ اینچ عمودی به ازای هر یک فوت افقی) می­باشد. این شیب ملایم به توزیع مساوی پساب در امتداد کل طول هر خط جذبی کمک می­کند. اکثر خطوط جذبی خاک، لوله­­های ۴ اینچی pvc و سوراخ دار هستند که در داخل ترانشه­های شنی دفن شده­اند.

پساب از هر لوله بیرون می­آید و از طریق شن به کف ترانشه نفوذ می­کند. استفاده از شکل­های دیگر خط جذبی مثل محفظه نفوذ پساب به خاک، کمتر رایج است. تصفیه پیشرفته و گندزدایی در خاک زیر و اطراف ترانشه جذب رخ می­دهد. اغلب یک بستر از میکروارگانیسم­ها که به آن بیومس گفته می­شود در کف ترانشه تشکیل می­شود. بیومس باعث کاهش بیشتر سرعت نفوذ پساب، افزایش تجزیه میکروبی مواد آلی و جذب مواد مغذی مازاد پساب می­شود. زمانیکه یک سیستم به صورت درجا طراحی می شود باید مقررات دولتی با توجه به نوع خاک و دیگر شرایط محیطی در نظر گرفته شود که شامل مقدار کف ترانشه مورد نیاز برای هر ۱۰ گالن در روز ظرفیت طراحی شده سیستم فاضلاب می­باشد (VDH 2014).

اگرچه محفظه­های توزیع و خطوط جذبی خاک برای توزیع یکنواخت پساب در سراسر ناحیه جذبی خاک در نظر گرفته شده­اند، اما به دلیل فقدان دقت در ساخت سیستم­های وابسته به نیروی گرانش برای توزیع پساب، این موضوع در عمل به ندرت اتفاق می­افتد. بنابراین نواحی جذبی خاک معمولا بزرگتر از مقدار لازم بوده تا از توزیع دقیق و مساوی پساب اطمینان حاصل شود.

شایع­ترین علت خرابی و نارسایی سیستم سپتیک متعارف، عدم پاکسازی کافی مخزن سپتیک و فیلتر است که باعث می­شود ذرات جامد به داخل خطوط جذبی حرکت کرده و با انباشته شدن در آنجا باعث ایجاد گرفتگی و عملکرد معیوب و ضعیف ناحیه زهکشی می­شوند..

علل دیگر خرابی و نارسایی سیستم سپتیک متعارف در محل عبارت اند از:

  • نصب نامناسب که منجر به تجمع بیش از حد پساب در یک ناحیه از منطقه جذبی خاک یا ظهور پساب روی سطح زمین می­شود.
  • نصب یک سیستم خیلی کوچک نسبت به حجم بالای تولید فاضلاب خانگی
  • نصب سیستم در خاک­هایی با نرخ هدایت هیدرولیکی کم و یا بیش از حد نیاز

وزارت بهداشت ویرجینیا روش­هایی را برای جلوگیری از چنین مشکلاتی در نظر گرفته است(VDH 2014). چندین راهنما برای مالکین شامل اطلاعاتی در مورد بهره­برداری، تعمیر و نگهداری از سیستم­های سپتیک متعارف مانند ” سیستم­های سپتیک و نگهداری آن­ها”(Hoover &KONSLER 2004) و “راهنمای مالکین سیستم سپتیک”(Hoover 2004)  قابل دسترسی است.

جایگزین­های سیستم تصفیه درجا فاضلاب:

جایگزین­های متعددی برای سیستم­های سپتیک متعارف، جهت تصفیه فاضلاب خانگی وجود دارد. سیستم­های جایگزین­ درجا در مناطقی که امکان دسترسی به فاضلاب شهری نبوده و یا استفاده از سیستم­ سپتیک به دلیل نامناسب بودن خاک موجود، شیب تند زمین و یا دلایل دیگر امکان­پذیر نیست، تصفیه مناسب را ارائه می­دهند. به طور کلی سیستم­های جایگزین گرانتر از سیستم­های سپتیک متعارف می­باشند. بهره­برداری موفق از سیستم­های جایگزین، معمولا مستلزم این است که بازرسی و سرویس­دهی سیستم به طور منظم انجام شود. بسیاری از مالکین با عقد قرارداد با بنگاه­های واجد شرایط که کارکنان آموزش دیده­ای برای کار با این سیستم­ها دارند از نگهداری مناسب سیستم خود مطمئن می­شوند.

اکثر سیستم­های جایگزین ترکیبی از اجزاء اصلی سیستم­های سپتیک متعارف همراه با قطعات تخصصی­­تر است. جدول ۲ شامل لیستی از فرآیندها و تکنولوژی­های تصفیه فاضلاب درجا است.

جدول ۲: تکنولوژی ها و فرآیندهای تصفیه درجا فاضلاب[۱]
مقدماتی ثانویه حذف پاتوژن ها[۲] دفع پساب
سپتیک تانک فیلتر مدیا ثابت کلرزنی تخلیه زیرسطحی
فیلتر خروجی شن و ماسه ازن زنی خطوط جذب
پیت(Peat) اشعه ماوراء بنفش توزیع فشار پایین
Wetland سیستمهای آبیاری قطره­ای
تپه بسترهای فیلتراسیون
رشد معلق تخلیه سطحی
تصفیه هوازی آبیاری پاششی
تخلیه در آبهای سطحی

یک دستگاه رایج که در اکثر سیستم­های جایگزین استفاده می­شود، محفظه پمپ است(که به آن محفظه تزریق نیز می­گویند). محفظه پمپ یک مخزن آببندی شده است که پساب را نگه می­دارد و درون آن یک پمپ الکتریکی قرار دارد. . پمپ توسط یک کنترل­کننده الکترونیکی به کار می­افتد تا مطابق با برنامه زمان­بندی تعریف شده توسط کاربر عمل کند. محفظه یا اتاق پمپ معمولا زیر سطح زمین قرار دارد و دارای یک دهانه دسترسی سرپوشیده و برآمده روی سطح زمین می­باشد که از جریانات رواناب سطحی محافظت شده است. پمپ ممکن است در سیکل­های چند دقیقه­ای در فواصل زمانی چند ساعت و یا برای یک دوره مشخص در زمان­های خاصی از روز روشن باشد. با دانستن ظرفیت ساعتی پمپ برای حرکت پساب به سیستم دفع یا تصفیه، مقدار پساب به کار رفته در هر سیکل تزریق را می­توان کنترل کرد. ظرفیت ذخیره­سازی محفظه پمپ یک پارامتر مهم طراحی است زیرا مخزن باید در طول دوره پیک مصرف، قادر به ارائه عملکرد موثر باشد. اگر به عنوان مثال مصرف پیک در طول چند ساعت از روز اتفاق می افتد محفظه پمپ با ذخیره­سازی کافی طراحی می­شود تا به پساب دوره پیک اجازه نگهداری در مدت زمان طولانی تر با حاشیه امنیت بیشتر دهد.

همه محفظه­های پمپ به منظور کارکرد ایمن، باید به کنترل­­گرها مجهز باشند. به عنوان مثال اگر حجم فاضلاب نگهداری شده در محفظه، زیر سطح بحرانی باشد، یک سیستم شناور باید از چرخش پمپ جلوگیری کند(پمپ را خاموش کند). در شرایط استفاده از ظرفیت کامل مخزن باید محفظه پمپ به یک شناور و یک هشداردهنده در حالت سرریز مجهز شود به طوریکه اپراتور سیستم از زمانیکه ظرفیت سیستم از حد خود تجاوز کرده و یا سیستم بد عمل می­کند باخبر گردد.

تصفیه مقدماتی در یک مخزن ته­نشینی اتفاق می­افتد. در اکثر اوقات یک مخزن سپتیک معمولی به عنوان یک مخزن  ته نشینی استفاده می­شود که مقرون به صرفه­ترین دستگاه تصفیه مقدماتی است. فیلترهای خروجی مورد استفاده در تانک ته نشینی باعث ایجاد اطمینان از حرکت ذرات جامد کوچک به تصفیه ثانویه یا سیستم دفع پساب می­شود. هدف و عملکرد مخزن ته­نشینی در سیستم­های جایگزین با نقش آن در سیستم­های تصفیه در محل متعارف یکسان است(حذف آلاینده­های جامد و ذرات از پساب مقدماتی).

برخلاف سیستم­های تصفیه متعارف، سیستم­های جایگزین باعث تصفیه بهتر پساب مقدماتی می­شوند. تصفیه ثانویه در سیستم­های رشد معلق و مدیای ثابت رخ می­دهد. با توجه به اهمیت تصفیه ثانویه برای بهبود کیفیت پساب مقدماتی، در طول این سال­ها روش­های متعددی جهت انجام تصفیه ثانویه به وجود آمده است.

سیستم­های فیلتر با مدیای ثابت (Fixed-Media Filter Systems):

در سیستم­ها با مدیا ثابت، پساب مقدماتی روی مواد(یا مدیا) که دارای سطوح جامد جهت ساکن شدن باکتری­های هوازی و سایر میکروارگانیسم­ها می­باشد توزیع می­گردد. با حرکت پساب و هوای اتمسفر از فضاهای خالی درون مدیا، سطوح مدیا و میکروارگانیسم­های ساکن روی آن در معرض اکسیژن اتمسفر قرار می­گیرند. سیستم فیلتر با مدیا ثابت در اصل یک محفظه آب بندی شده است که حاوی مدیای نفوذپذیر مانند شن، ماسه و یا پیت(peat) می­باشد و باعث تصفیه ثانویه هوازی می­­گردد(شکل ۴). پیت

تصفیه فاضلاب

شکل ۴: یک سیستم تصفیه فاضلاب فیلتر مدیا می­تواند یا بازچرخشی(همانند شکل بالا) یا متناوب(تک پاس) باشد. پساب تصفیه شده یا مستقیما دفع می­شود یا برای تصفیه بیشتر از کف واحد تصفیه یا از محفظه پمپ که به آن مخزن بازچرخش هم گفته می­شود زهکشی می­­گردد.

سیستم­های مکانیکی، پساب را در بالای مدیا توزیع می­کنند و پساب تصفیه شده که از میان مدیا فیلتر می­چکد را جمع­آوری کرده و مقداری از آن را دوباره به سیستم بر می­گردانند. ترکیب دو موضوع ۱- میزان پیش تصفیه مورد نیاز برای دفع ایمن زیست محیطی پساب و ۲- اندازه سیستم فیلتراسیون، تعیین می­کند که آیا فیلتر مدیا متناوب(تک پاس) مورد نیاز است یا بازچرخشی (intermittent (single-pass) or a recirculating media filter). یک فیلتر متناوب هر حجم پساب را یک بار تصفیه می­کند درحالیکه یک فیلتر بازچرخشی هر حجم پساب را چندین بار وارد سیکل تصفیه می­کند.

فیلترهای بازچرخشی کوچکتر از واحدهای فیلتراسیون متناوب می­باشند. با این وجود، یک سیستم تک پاس دارای پمپ­ها و لوله کشی کمتر و در نتیجه بهره برداری، تعمیر و نگهداری آسان­تری می­باشد.

فاضلاب خامی که برای تصفیه به روش فیلتر مدیا در نظر گرفته شده معمولا فرآیند تصفیه مقدماتی را در یک مخزن سپتیک با فیلتر خروجی گذرانده است. پساب مقدماتی به داخل محفظه نگهداری منتقل شده که از آنجا به بالای مدیای فیلتراسیون پمپ شده و در سراسر مدیا پخش می­گردد. عمل پخش ممکن است تنها توسط یک نازل افشاننده که در مرکز محفظه قرار دارد یا توسط چندین نازل افشاننده کوچکتر که در سراسر روی محفظه توزیع شده­اند و یا توسط شبکه­ای از لوله­های پلاستیکی سوراخ شده که روی مدیا گسترده شده­اند انجام ­گردد. در اکثر موارد سیستم پمپاژ  برای تحویل پساب طبق یک برنامه زمانبندی با دوز مشخص طراحی شده است.

هنگامیکه پساب بر روی تمام سطح مدیا توزیع می­شود، به دلیل نیروی ثقل، پساب به سمت پایین به درون مدیا جایی که میکروارگانیسم­های هوازی تصفیه ثانیه را انجام می­دهند نفوذ می­کند. زهکشی پساب مدیا معمولا توسط لوله­های پلاستیکی سوراخدار که در کف فیلتر قرار دارند انجام می­شود.

پساب ثانویه زهکشی شده از کف فیلتر، بسته به شرایط یا به صورت گرانشی یا با پمپاژ، جهت دفع یا تصفیه بیشتر(تصفیه پیشرفته یا گندزدایی) هدایت می­شود. در یک سیستم بازچرخش، پساب کف مخزن مدیا به مخزن نگهداری و محفظه پمپ که به آن مخزن بازچرخش(recirculation)یا تزریق گفته می­شود هدایت می­گردد. سیستم پمپاژ بازچرخش معمولا روی یک تایمر تنظیم می­شود به طوریکه به صورت دوره­ای حجم مشخصی از آب را از مخزن تزریق به روی مدیا باز می­گرداند. همانگونه که پساب جدید وارد سیستم می­شود پساب تصفیه شده (معمولا از کف فیلتر) برای تصفیه بیشتر  و یا مستقیما به سیستم­های دفع خاک زیر سطحی تخلیه می­­گردند.

سیستم­های تصفیه مبتنی بر ماسه

سیستم­های مبتنی بر ماسه یکی از رایج­ترین سیستم­های سپتیک هستند که از ماسه بین مخزن پمپ و منطقه زهکشی استفاده می­کنند. در این سیستم از ماسه جهت تصفیه فاضلاب قبل از ورود به منطقه زهکشی استفاده می­گردد. این نوع از سیستم­های سپتیک زمانی استفاده می­شوند که خاک منطقه کم عمق باشد. تصفیه فاضلاب با ماسه کمبود خاک موجود برای تصفیه فاضلاب را جبران می­کند.

هنگامی که از مواد معدنی مانند ماسه به عنوان فیلتر استفاده می­شود توزیع دانه­بندی بسیار مهم است و باید مطابق با مقررات دولتی باشد(VDH 2011). استفاده از موادی مانند ماسه با دانه بندی نامناسب؛ در صورتیکه مواد دارای منافذ ریز باشند موجب انسداد می­گردد و این در حالی است که استفاده از مواد با منافذ خیلی بزرگ باعث تصفیه ناقص و ناکافی می­شود.

متاسفانه، هزینه تهیه مواد معدنی با دانه­بندی مناسب برای ساخت مدیا فیلتر، به خصوص در نواحی که از منابع معدنی فاصله دارند قابل توجه می­باشد. به منظور کاهش مخارج و بهبود عملکرد مدیای معدنی، موادی مثل فیبر آلی، فوم مصنوعی و محصولات فابریک در مدیای فیلترهای عرضه شده توسط تامین کنندگان تجاری استفاده می­شود. در ویرجینیا تعدادی از این سیستم ها برای استفاده تایید شده­اند.

برای یک حجم یکسان، سیستم­ها با مدیای مصنوعی، کوچکتر و سبکتر از سیستم­های با مدیا معدنی باشند. در حالیکه فیلترهای با مدیای معدنی معمولأ در محل ساخته می­شوند، سیستم­های با مدیا مصنوعی می­توانند به صورت پیش­ساخته و خارج از محل ساخته و سپس به محل مورد نظر حمل شوند و یا در محل از اجزای کوچک ساخته شوند. یک نقطه ضعف استفاده از مدیا مصنوعی گستره عمر نامعلوم آنهاست.

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

                                                                     شکل ۵

سیستم­های تصفیه مبتنی بر پیت(Peat):

در این سیستم از پیت بین مخزن پمپ و منطقه زهکشی استفاده می­شود. پیت جهت تصفیه فاضلاب قبل از ورود به ناحیه زهکشی استفاده می­شود. این نوع از سیستم­های سپتیک، زمانی استفاده می­شوند که عمق خاک موجود خیلی کم و یا سطح سفره آب زیرزمینی بالا باشد.

سیستم­های پیت(peat) یک نوع فیلتر با مدیا ثابت می­باشند و ممکن است برای عملکرد به روش تصفیه تک پاس یا سیستم­های بازچرخش ساخته شوند.

پیت(peat):

پیت مواد گیاهی استخرج شده از باتلاق­های اشباع از آب می­باشد که تا حدودی تجزیه شده­اند.

سه نوع پیت وجود دارد: sphagnum، Reed-Sedge و  .woody peatsپیت اسفگنوم، تصفیه و مقاومت بهتری در برابر فروپاشی نسبت به دو نوع پیت دیگر داراست. پیت باغبانی برای سیستم تصفیه مناسب نیست.

پارامترهای مهم برای پیت مورد استفاده در سیستم های تصفیه شامل موارد ذیل است:

  • ۵ to 4.5 pH
  • ترکیب مواد آلی                                          حداقل ۹۵ درصد
  • میزان نیتروژن                                              ۵/۰ تا ۱ درصد از مواد آلی خشک
  • میزان رطوبت ۵۰ تا ۶۰ درصد

فاضلاب خام قبل از تصفیه با سیستم پیت باید در یک سپتیک تانک با فیلتر خروجی یا هر دستگاه دیگری تصفیه مقدماتی را گذرانده باشد. محفظه پمپ با ظرفیت ذخیره­سازی یک روز یا بیشتر، پساب مقدماتی را دریافت می­کند. پمپ روی یک سیکل تزریق با زمانبندی مشخص تنظیم می­شود تا پساب را از طریقر لوله­های توزیع روی سطح پیت توزیع کند، سپس پساب از میان پیت به پایین نفوذ می­کند.

 چندین مکانیسم اصلاح پساب درون پیت عمل می­کند. ذرات خیلی کوچکی که از  فیلتر سپتیک تانک عبور کرده­اند را می­توان در پیت به دام انداخت و با فیلتراسیون از پساب حذف کرد. به دلیل اینکه این ذرات داخل مواد پیت جمع ­می­شوند؛ دوام و طول عمر این سیستم، با حفظ عملکرد فیلتر خروجی سپتیک افزیش می­یابد. در پیت به دلیل تجزیه میکروبی مواد آلی محلول، میزان BOD کاهش می­یابد. بازسازی میکروبی در مدیا هوازی پیت به شیوه­ای شبیه فیلتر شنی یا خاک طبیعی رخ می­دهد و ممکن است با طبیعت اسیدی مواد پیت افزایش یابد.

بسته به بارگذاری و مشخصات خاک چند گزینه برای تصفیه پساب پیش تصفیه شده از سیستم پیت وجود دارد. اگر سیستم پیت به اندازه کافی بزرگ است و خاک زیرین آن مناسب باشد ، پساب از طریق نفوذ به بستر فیلتراسیون که در زیر سیستم قرار گرفته است تخلیه می­گردد(به بخش فیلتراسیون مراجعه شود). اگر شرایط فوق وجود نداشت پساب با یک سیستم لوله­کشی جمع آوری شده و برای تصفیه بیشتر یا به وسایل دیگر جهت پراکنده­سازی هدایت می­شود. عملکرد اصلی سیستم پیت مشابه سایر فیلترهای مدیا است اما به طور کلی سیستم­های پیت فضای بیشتری را اشغال می­کنند. از آنجا که مدیا پیت یکنواختی کمتری از آنچه در دیگر سیستم­های فیلتر مدیا به طور معمول استفاده می­شود دارند؛ تصفیه داخلی نیز در این سیستم دوام کمتری دارد و به طور کلی نرخ­های تزریق پیشنهادی برای پیت کمتر از مدیا مصنوعی و انواع دیگر است. پیت همانند یک ماده آلی که تحت شرایط هوازی در معرض بارگذاری مواد مغذی قرار گرفته، تجزیه شده و در طول زمان منحط می گردد و این یکی دیگر از دلایل بالابودن حجم پیت است. در نهایت پیت باید تعویض گردد. تعدادی از سازنده­های سیستم­های پیت دوره جایگزینی پیت را بیش از ۱۰ سال ذکر کرده­اند در حالیکه دیگر سازنده ها دفعات تعویض بیشتری را پیشنهاد کرده­اند.

مزایای سیستم پیت:

  • کمبود فضا: اماکن زیادی برای اجرای یک سیستم متعارف تصفیه، فضای کمی را در اختیار دارند. سیستم پیت مدولار با طبیعت فشرده خود، امکان تصفیه مناسب فاضلاب یک خانه سه خوابه را با استفاده از سه مدول پیت در فضای تقریبی ۴×۷ متر فرآهم می­آورد(فضای حدود ۳×۵/۱ متر نیز برای سپتیک مورد نیاز است).
  • خاک­های سفت و محکم: خاک محکم و کم تراوای موجود در بسیاری از اماکن، مشکلات پذیرش هیدرولیکی فاضلاب تصفیه نشده را به داخل خاک به وجود می­آورد. یک سیستم پیت فاضلاب تصفیه شده را آزاد می­کند و می­توانند راه حل موثری برای خاک­های سفت باشند.
  • مکان­های دارای سنگ بستر: در این اماکن مخازن یا تپه­هایی با هزینه بالا در حال اجراست. در حالیکه سیستم پیت یک جایگزین اقتصادی مناسب می­باشد.
  • میزان تصفیه بالا: سیستم پیت سطح بالایی از تصفیه را ارائه می­دهد.
  • این حقیقت که سیستم­ پیت یک سیستم غیرفعال است یکی از بزرگترین مزایای آن نسبت به دیگر پکیج­ها و سیستم­­های پیش ساخته مهندسی است. سیستم­هایی که دارای پمپ­ها و هواده­های مکانیکی هستند نیاز به مانیتورینگ، تعمیر و نگهداری مورد نیاز سیستم­های فعال را دارند. مزیت سیستم غیرفعال این است که نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری توسط مالک دارد. عملکرد سیستم­های غیر­فعال، به موتورها و دیگر اجزاء مکانیکی که در معرض سایش و شکست باشند وابسته نیست. در یک سیستم فعال هنگامیکه کار بخش­های مکانیک متوقف می­شود جریان فاضلاب و تصفیه نیز متوقف می­شود.

 

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

شکل ۶

سیستم تپه

سیستم تپه (به آن تپه Wisconsin هم می­گویند (شکل ۷) برای ساخت به یک ناحیه­ی دارای خاک مناسب نیاز دارد. خاک­هایی که به دلایلی مانند عمق کم، سطح بالای آب زیرزمینی، نفوذپذیری پایین و … برای اجرای سیستم­های سپتیک متعارف مناسب نیستند ممکن است برای ساخت تپه مناسب باشند. برای اجرای این سیستم، بهتر است از یک ناحیه مسطح استفاده شود اما امکان ساخت آن در نواحی دارای شیب ملایم نیز وجود دارد. در مکان­های شیبدار، سیستم تپه در راستای کانتور زمین ساخته می­شود.

این سیستم مانند تپه­ای از ماسه همراه با وسایلی جهت پخش یا توزیع پساب در سراسر بالای تپه ساخته می­شود. یک شیوه مرسوم برای انجام این کار این است که یک لایه کم عمق از شن و سنگریزه را در بالای لایه ماسه اجرا کنیم. لوله­های سوراخدار در داخل لایه شن قرار داده می­شوند. این لوله ­ها قادر به تحمل فشار نسبتا کم مورد نیاز برای دریافت و توزیع پساب پمپ شده می­باشند. سیستم توزیع در جهت اطمینان از توزیع سراسری پساب در روی سطح تپه طراحی می­شود. یک پوشش فابریک(fabric) محافظ روی سیستم توزیع و مدیا شنی استفاده می­شود که به هوا و آب اجازه عبور می­دهد اما مانع عبور مواد پوششی خاک سطحی به سمت پایین می­شود.

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

شکل ۷

سطح بیرونی فیلتر شنی به وسیله خاک یا پوشش گیاهی پوشانده می­شود.

فاضلاب خام وارد واحد تصفیه مقدماتی که معمولا یک سپتیک تانک با یک فیلتر خروجی است می­شود. برای توزیع پساب با دوزهای زمانبندی شده در طول دوره پیک مصرف، محفظه پمپ مقداری ذخیره­سازی انجام می­دهد. پساب مقدماتی به داخل محفظه پمپ وارد شده و از آنجا به  بالای تپه و داخل لوله­های توزیع پمپ می­شود. پساب خروجی از لوله­های توزیع توسط نیروی گرانش از میان لایه ماسه که تصفیه ثانویه در آن رخ می­دهد جریان می­یابد. سیستم تپه پساب تصفیه شده ثانویه را تولید می­کند. یک روش رایج برای پراکنده­سازی پساب، ساخت کف تپه به عنوان یک بستر فیلتر است که به پساب ثانویه اجازه ورود به خاک طبیعی را می­دهد(به بخش بستر فیلتراسیون در این نشریه مراجعه شود). اگر خاک زیر تپه الزامات شرح داده شده توسط مقررات دولتی(VDH 2011) را برآورده نکند، یک سیستم زهکشی برای جمع­آوری پساب جهت تصفیه بیشتر یا پخش سطحی پساب در مکانی دیگر نصب می­شود

عملکرد موفق تپه به چندین فاکتور طراحی و اجرا بستگی دارد. داشتن چند نوع غربالگری قابل دسترسی(مثل فیلتر خروجی مخزن سپتیک) بین خروجی مخزن سپتیک و پمپ ضروری است تا از ورود ذرات کوچک به لوله­های توزیع جلوگیری کنند. اگر ذرات ریز وارد مدیای ماسه شوند فضاهای خالی بین ذرات ماسه را مسدود کرده و باعث عملکرد نامناسب سیستم می­شوند. توزیع اندازه­های ذرات( و به تبع سایز منافذ بین ذرات) یک فاکتور اساسی دیگر است. ماسه باید توسط یک پیمانکار واجد شرایط که به مقرات دولتی (VDH 2011) پیرامون اندازه ذرات ماسه آشنا است تهیه گردد.

ساخت و تعمیر سیستم­های تپه بسیار پرهزینه است. اگر استفاده از سیستم­های تپه در مناطق دیگر کشور عملکرد موفقی داشته اما در ویرجینبا تجربه خوبی از این سیستم ها وجود ندارد. نگهداری مناسب سیستم و اطمینان از فیلتراسیون مناسب پساب ورودی به سیستم، به دلیل اینکه از تعمیرات گران­قیمت جلوگیری می­کند به نفع مالکین است.

تصفیه فاضلاب

شکل۸: ناحیه زهکشی سیستم تپه (که در بالا نشان داده شده) از ماسه پرکننده تشکیل شده که بالای سطح خاک قرار دارد. این سیستم برای غلبه بر محدودیت مکان مثل خاک با نفودپذیری کند، خاک کم عمق نفوذ پذیر روی بستر سنگی متخلخل و شکافدار و خاک نفوذپذیر با بستر آب زیرزمینی بالا طراحی شده است. ماسه پرکننده موجود در تپه در اصل یک فیلتر مدیای تک پاس است. در سیستم تپه پساب با دوز مشخص در زمان­های معین توسط محفظه پمپ به کار گرفته می­شود.

سیستم­های wetland

سیستم­های wetland با هزینه کمتری نسبت به دیگر جایگزین­های تصفیه فاضلاب ساخته می­شوند. با این وجود سیستم­های wetland به طور کلی کارایی و دوام کمتری نسبت به سایر سیستم­های جایگزین تصفیه درجا دارند.

به طور کلی سیستم­های wetland پساب مقدماتی را دریافت می­کنند، اگر چه در برخی موارد این سیستم­ها برای دریافت پساب ثانویه نیز به کار برده می­شوند. مؤثرترین عملکرد سیستم wetland زمانی است که به یک تانک نگهداری پساب و یک پمپ که با یک زمانسنج کار می­کند و قادر به ارائه دوز کنترل شده پساب می­باشد مجهز شده باشد. سیستم­های wetland معمولا به صورت حفره­های باریک یا ترانشه هایی به عمق ۱۲ تا ۱۸ اینچ ساخته می­شوند. برای حفاظت از سطح آب سیستم خروج جریان در یک عمق مشخص ساخته می­شود. یک مدیا متخلخل مانند شن با قطر ذرات کوچک در گودال که چندین اینچ بالاتر از سطح آب طراحی شده است قرار داده می­­شود. هنگامیکه حفره­های پر شده از شن تا عمق طراحی از پساب پر می­شوند، پوشش گیاهی  wetlandدر مدیای متخلخل رشد می­کند. به دلیل اینکه سطح مدیا بالای پساب است فرصت­ها برای تماس مستقیم انسان، حیوانات و یا حشرات با پساب تصفیه نشده یا کم تصفیه شده به حداقل رسیده است. پساب wetland به یک دستگاه پخش همانطور که در ذیل توضیح داده شده هدایت می­شود.

تصفیه در wetland همچنانکه پساب از میان مدیا حرکت می­کند رخ می­دهد. به دلیل اینکه مدیا اشباع شده است، فرآیندهای هوازی فقط در سطح آب و نزدیک ریشه گیاهان رخ می­دهد. توانایی زنده ماندن گونه­های گیاهی در wetland، معمولا باعث جابه­جایی گازهای اتمسفر حاوی اکسیژن به سطح ریشه شده و به دلیل ایجاد یک محیط هوازی برای زندگی باکتریایی، تصفیه پساب رخ می­دهد. اگرچه سیستم wetland هزینه کمتری نسبت به سایر روش­های تصفیه ثانویه دارد، اما این سیستم چند عیب نیز دارد که باعث شده به جز در مواردی که گزینه دیگری برای حل مشکلات موجود موجود نیست از محبوبیت کمتری برای استفاده­های مسکونی برخوردار باشد. یک نقطه ضعف عمده سیستم­های wetland این است که کارایی سیستم با تغییر شرایط آب و هوایی تغییر می­کند. این سیستم­ها در هوای سردتر کارایی کمتری دارند. هم­چنین به دلیل اینکه سیستم­های wetland برای کار کردن باید در معرض خورشید و اتمسفر باشند این امکان وجود دارد که بچه­ها، یا حیواناتی مانند جانوران جونده یا سگ­ها در صورت خرابی مدیا شنی، در معرض پساب تصفیه نشده قرار گیرند. در این صورت، حشرات یا حیوانات می­توانند میکروارگانیسم­های پاتوژنیک را به مکان­هایی که در تماس با انسان است منتقل کنند. برای ممانعت از تماس بچه­ها و حیوانات بزرگ با سیستم wetland باید از ابزارهای فیزیکی(مانند فنس) استفاده شود. تعدادی از اپراتورهای wetland برای حفظ درجه حرارت بالاتر و تأثیر بیشتر در طول ­ماه­های زمستان، سیستم­های خود را درون گلخانه­ها یا محوطه­های مشابه قرار می­دهند. به دلیل قرارگیری wetland در محیط گلخانه، تبخیر و تعرق افزایش می­یابد و باعث می­شود حجم پساب کمتری جهت دفع یا تصفیه بیشتر خارج گردد.

یکی از مزایای سیستم Wetland، قابلیت ساخت آن توسط مالک است که مالک می­تواند با صرف هزینه کم با مواد دور ریختنی و بدون پمپ و قطعات محرک اقدام به ساخت آن کند.

تصفیه فاضلاب

شکل۹: wetlands، دریاچه­های مصنوعی هستند که مشابه با لجن­زارها و مرداب­های طبیعی با مدیا درشت ساخته می­شوند که در آن­ها پتانسیل زندگی گیاهان آبزی وجود دارد.

پراکنده ­سازی پساب

تصفیه ثانویه، مقدار پاتوژن­ها و BOD را کاهش می­دهد. با این وجود به­کارگیری پساب تولید شده توسط فرآیند تصفیه ثانویه که معمولا در محیط زیست تخلیه می­شود باید به دقت انجام شود. پساب تصفیه شده باید قبل از رهاسازی سطحی، گندزدایی شود.

مشخصات فیزیکی و موقعیت خاک، پتانسیل خاک را برای دفع پساب تعیین می­کند. اغلب از سیستم­های تصفیه جایگزین در نواحی استفاده می­شود که پتانسیل خاک برای تصفیه پساب محدود است. در مواردی که خاک­ توانایی محدودی برای تصفیه فاضلاب دارد، روش­ها و تکنولوژی­های مختلفی برای پخش و پراکنده سازی پساب مورد استفاده قرار می­گیرد.

سیستم­های تخلیه زیرسطحی پساب

تخلیه پساب در زیر سطح زمین به منظور انجام تصفیه ثانویه و پیشرفته، با استفاده از سیستم­ها و تکنولوژی­های مختلف صورت می­گیرد. برای پخش پساب ثالث از لاین­های جذب و محفظه­های نفوذ پساب به خاک(و در برخی مواقع سیستم­های کانتور(contour)) با جریان ثقلی استفاده می­شوند.

خطوط جذب (Absorption Lines)

خطوط جذب مورد استفاده در سیستم­های متعارف معمولا از لوله­های سوراخ دار PVC به قطر ۴ اینچ تشکیل شده­اند که درون ترانشه­های پوشیده شده از شن قرار دارند. پساب تصفیه شده، از سوراخ لوله­ها بیرون آمده و به واسطه شن به کف ترانشه نفوذ کرده و وارد خلل و فرج خاک می­شود. مقررات دولتی مقدار کف ترانشه مورد نیاز برای هر ۱۰۰ گالن در روز فاضلاب را برای شرایط مختلف خاک تعریف کرده است.(VDH 2014)

هنگام دریافت پساب مقدماتی، کف هر ترانشه که پساب سپتیک تانک را دریافت می­کند، باید حداقل ۱۸ اینچ بالاتر از هر عامل محدود کننده خاک مثل: لایه­های نفوذناپذیر، سفره­های آب دائمی یا فصلی و یا سنگ بستر باشد. حداقل فاصله جداکننده بین کف ترانشه­های دریافت کننده پساب ثانویه و لایه­های محدود کننده ۱۲ اینچ است. به طور کلی ترانشه­ محفظه­های نفوذ پساب به خاک در عمق ۱۸ اینچی زمین هستند، اگرچه ممکن است با کسب مجوزهای لازم، محفظه­ها نزدیکتر یا روی سطح نیز قرارداده شوند. سیستم­های محفظه در هر عمقی که نصب شوند باید با خاک پوشانده شوند.

محفظه­ های نفوذ پساب به خاک

محفظه­های نفوذ پساب به خاک، طراحی جدیدتر ناحیه جذب می­باشند که از لوله­هایPVC  که به شکل نیم استوانه هستند در محل ترانشه­های شنی استفاده می­کنند(شکل ۸). کف هر محفظه باز است؛ محفظه­های تولید شده توسط سازندگان مختلف، دارای شکلبندی جدار مختلف هستند. این سیستم می­تواند از موادی شامل پلاستیک و فایبر گلاس ساخته شود. یکی از مزیت­های این سیستم به ویژه در مناطقی که فرآهم­آوری شن به سختی انجام می­شود سهولت اجرای آن است.

تصفیه فاضلاب

شکل۱۰

سیستم­های کم عمق (Shallow- Placed)

بر طبق مقررات ویرجینیا، سیستم­های کم عمق به سیستم­هایی که در عمق ۱۸ اینچی از سطح زمین قراردارند گفته می­شود. طبق مقرارت، این سیستم­ها باید پساب ثانویه یا پساب با کیفیت بهتر را دریافت کنند(VDH 2014). معمولأ سیستم­های کم عمق، به همراه سیستم­های تزریق دارای زمانبندی معین استفاده می­شوند و در ویرجینیا در مناطقی که سیستم ۱۲ اینچ پایین­تر از سطح زمین قرار گرفته است استفاده از این سیستم­ها لازم است. در سیستم تزریق، یک پمپ مورد نیاز است. معمولا حجم ذخیره­سازی محفظه پمپ، به اندازه مصرف یک روز است. به دلیل اینکه آب­های پساب می­توانند ذخیره شوند، سیستم پخش می­تواند به صورت اتفاقی عمل کند خواه در دوره­های زمانی مشخص یا زمانی که حجمی از پساب در محفظه پمپ جمع می­شود. این موضوع به ناحیه جذب اجازه می­دهد تا بین درخواست­های پساب استراحت کند. هم­چنین محفظه پمپ می­تواند حجمی از پساب را در مواقعی که پمپ خراب است یا برق قطع می­باشد، ذخیره کند. تکنولوژی­های مورد استفاده در این سیستم­ها در زیر مرور شده است.

توزیع کم فشار

عملکرد سیستم­ توزیع کم فشار همانند سیستم متعارف است اما چندین تفاوت مهم وجود دارد. یک تفاوت عمده، چگونگی توزیع پساب از طریق سیستم پخش است. به جای تکیه بر نیروی ثقل، سیستم­های LPD طراحی شده­اند تا از توزیع پساب در تمام ناحیه جذب اطمینان حاصل شود. در این سیستم پساب به داخل یک محفظه جمع­آوری هدایت می­شود. درون این محفظه یک پمپ قرار دارد که معمولا با یک دوز زمانبندی شده، خطوط توزیع را تغذیه می­کند. ناحیه جذب خاک همانند ترانشه­های کم عمق که معمولا به صورت لاین­های شنی هستند ساخته می­شوند.

شبکه­ای از لوله­های PVC در بالای هر ترانشه قرار داده شده است. این لوله­ها با چسب PVC به گونه­ای به هم چسبانده شده­اند که اتصالات در برابر فشار مقاومت کافی خواهد داشت. یک سری سوراخ با قطر کوچک(معمولا در محدوده ۸/۱ تا ۴/۱ که با محاسبات مهندسی تعیین شده است( روی لوله­های توزیع ایجاد می­شود تا هنگامیکه خطوط توسط پمپ تحت فشار قرار گرفتند، پساب از این خطوط به ترانشه وارد شود.

یکی از مزایای سیستم LPD در مقایسه با سیستم سپتیک متعارف این است که LPD به حجم خاک کمتری نیاز دارد. در سیستم LPD پتانسیل هر ناحیه از منطقه زهکشی برای دریافت جریانات ترجیحی کمینه شده و درنتیجه احتمال توزیع یکسان پساب در سراسر منطفه زهکشی افزایش یافته است که به دنبال آن عملکرد سیستم افزایش می­یابد. بنابراین سیستم LPD نسبت به سیستم سپتیک متعارف می­تواند روی ناحیه کوچکتری جهت تصفیه فاضلاب ساخته شوند. معمولا سیستم­های LPD همانند سیستم­های کم عمق، برای دریافت پساب ثانویه استفاده می­شوند. آن­ها هم­چنین می­توانند در ترکیب با سپتیک تانک و فیلتر برای تصفیه پساب مقدماتی در صورت وجود مساحت و عمق کافی خاک استفاده شود .

سیستم­های LPD اغلب به منظور پخش پساب از دستگاه­های تصفیه ثانویه جایگزین مثل فیلترهای مدیا در نواحی که شرایط خاک پخش ثقلی متعارف را محدود می­کند استفاده می­شود.

یک سیستم LPD از یک سیستم سپتیک متعارف پیچیده­تر است. از آنجا که پمپ­ها و سیستم­های کنترل طول عمر محدودی دارند، سیستم­های LPD به تعمیرات و نگهداری بیشتری نسبت به سیستم­های سپتیک متعارف نیاز دارند.

بسترهای فیلتراسیون

بسترهای فیلتراسیون(که به آن­ها بسترهای فیلتر نیز می­گویند) در بالای سطح زمین ساخته می­شوند. این بسترها با توزیع پساب از میان یک ناحیه از خاک طبیعی، عمل فیلتراسیون را انجام می­دهند. یک بستر فیلتر معمولی دارای عمق ۱ تا ۲ فوت،  مستطیلی شکل و از جنس شن و ماسه می­باشد. وجود یک لایه شن در بالای بستر فیلتر به توزیع پساب از میان لایه ماسه کمک می­کند. پساب از طریق لایه ماسه به خاک زیرین نفوذ می­کند. از بستر فیلتر در نواحی که سنگ بستر در عمق کم واقع شده و یا سطح آب زیرزمینی بالا است استفاده می­شود.

بسترهای فیلتر، پساب را از دستگاه تصفیه ثانویه دریافت می­کنند. این بسترها اغلب برای پخش پساب تولید شده توسط واحدهای مدولار مثل سیستم تصفیه پیت استفاده می­شوند(شکل۱۱). سیستم­های پیت می­توانند مستقیمأ بالای بستر فیلتر قرار داده شوند تا پساب ثانویه بتواند به صورت گرانشی از تصفیه ثانویه به داخل بستر فیلتر حرکت کند. به دلیل اینکه ماتریس شن در برابر جریان عرضی مقاومت کمی دارد؛ پساب، روی سطح پخش می­شود و خاک زیرین را می­خیساند. بستر فیلتر معمولأ با زمین و پوشش گیاهی پوشانده می­شود.

مزایای بسترهای فیلتر قیمت پایین و سهولت ساخت آنهاست. ضروری است خاک زیر بستر فیلتر نفوذپذیر باشد و تراز سطح آن به گونه­ای باشد که گرانش زمین باعث جمع­آوری پساب در یک ناحیه به خصوص نشود. جهت آماده کردن سطح مورد نظر برای ساخت بستر فیلتر باید پوشش گیاهی حذف شود و تراز بندی سطح با دقت انجام پذیرد. سطح نباید با ماشین­آلات متراکم شود، در حقیقت سطح باید بعد از ترازبندی نرم باشد تا باعث نفوذ پساب به داخل زمین شود. به دلیل اینکه بسترهای فیلتر در سطح زمین ساخته می­شوند و نیاز به حفاری ندارند می­توان از آن­ها در مناطقی که عمق تا سطح آب زیرزمینی و یا سنگ بستر کم است استفاده کرد. با این وجود باید حداقل مقداری خاک غیر اشباع در فضای بین بستر فیلتر و سنگ بستر یا سفره فصلی آب باقی­بماند.

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

شکل۱۱: بسترهای فیلتر می­توانند در پایین دستگاه­های تصفیه ثانویه مانند فیلترهای تورب یا سیستم­های تپه قرار داده شوند و یا به صورت جداگانه از واجد تصفیه ثانویه ساخته شوند. در این دیاگرام واحد فیلتر تورب در بالای یک بستر فیلتر قرار داده شده است. پساب ثانویه از فیلتر تورب توسط نیروی گرانش به داخل بستر فیلتر جریان می­یابد که روی سطح ناحیه به اندازه کافی بزرگ خاک جهت پخش مؤثر و سازگار با محیط زیست پساب به کار برده شده است.

آبیاری قطره­ای

وسیله دیگر توزیع پساب به خاک­ها، آبیاری قطره­ای است(شکل۱۲). سیستم آبیاری قطره­ای از لوله­های باریک که روی دیواره­های جانبی آنها سوراخ­های کوچک وجود دارد ساخته می­شود. سیستم لوله­گذاری به گونه­ای ساخته می­شود که در برابر فشار داخلی مقاوم است. این لوله­ها حداکثر چند اینچ زیر سطح زمین دفن و پوشانده می­شوند. در این سیستم پساب از طریق یک پمپ به سیستم لوله­گذاری توزیع و سپس به داخل خاک پخش می­گردد. این روش برای توزیع برابر پساب در تمام شبکه لوله­گذاری طراحی شده است. در صورتیکه که نصب و به کارگیری سیستم آبیاری قطره­ای به درستی انجام شود، این سیستم، یک سیستم پخش پساب زیرسطحی بسیار مؤثر است زیرا مقدار پساب به کار برده شده در هر دوز را می­توان با دقت کنترل کرد. تصفیه و حذف تمام آلاینده­های ذره­ای از پساب مورد استفاده در سیستم آبیاری قطره­ای ضروری است تا از انسداد سوراخ­های توزیع جلوگیری کند. به این دلیل معمولأ سیستم­های آبیاری قطره­ای به یک فیلتر با قطر کوچک مجهز می­شوند تا ذرات اضافی پساب ثانویه را حذف کند. این سیستم­ها به یک سیکل جریان برگشتی مجهز شده­اند که به صورت دوره­ای جهت جریان سیال داخل شبکه لوله را برمی­گرداند تا هر ذره کوچکی که از فیلتر عبور کرده و در شبکه لوله­کشی ساکن شده را حذف کند. سیستم­های آبیاری قطره­ای باید در نواحی ساخته شوند که در معرض رفت وآمد افراد یا وسایل نقلیه نباشد. در اصل این سیستم­ها از لوله­های تأمین شده برای آبیاری کشاورزی ساخته می­شوند و اخیرا برخی از سازندگان به طور خاص شروع به ساخت لوله­های طراحی شده برای پخش پساب کرده­اند.

تصفیه فاضلاب

شکل ۱۲: آبیاری قطره­ای باعث توزیع یکنواخت پساب در خاک در عمق­های کم می­شود. این سیستم در برابر مقدار و زمان به کارگیری پساب حداکثر انعطاف­پذیری را داراست. لوله­های سیستم قطره­ای تقریبأ دارای قطر ۲/۱ اینچ که در فواصل ۱ تا ۲ فوت قرار گرفته­اند. لوله­گذاری قطره­ای کمی زیر سطح زمین روی کانتور و به مراکز ۲ فوت قرار می­گیرند. سیستم به ذرات کوچک خیلی حساس است بنابراین باید از پساب فیلتر شده استفاده شود و یک سیکل جریان برگشتی، به صورت دوره­ای ذراتی را که داخل لوله­ها جمع شده را پاکسازی می­کند.

سیستم­های تخلیه سطحی

تخلیه پساب ثالث بر روی سطح در شرایط مطمئن مجاز است(VDH2014)، آبیاری پاششی و تخلیه به جریانات که دو روش اصلی دفع پساب ثالث می­باشند.

آبیاری پاششی

آبیاری پاششی یک وسیله پخش پساب تصفیه شده بر روی سطح زمین می­باشد(شکل۱۲). این سیستم به روشی مشابه با یک آبپاش چمن کار می­کند که پساب را به طور یکنواخت در سراسر سطح زمین می­پاشد. سیستم پاششی معمولا به یک محفظه ذخیره­سازی متصل است که پساب را به صورت کنترل­شده، طبق زمانبندی مشخص توزیع می­کند. توزیع پساب در مواقعی انجام می­شود که احتمال در معرض قرارگرفتن انسان با پساب پخش شده کم باشد مثلأ اواخر شب. طبق مقررات، پساب باید قبل از پخش توسط آبیاری پاششی ضدعفونی شود و سیستم آبیاری پاششی باید در فاصله دوری از مناطق مسکونی قرار اجرا شود.

شکل ۱۲: آبیاری پاششی یک روش مؤثر برای تغذیه گیاهان و پخش پساب تصفیه شده روی سطح زمین است. با این وجود به منظور حفاظت از بهداشت عمومی، پساب باید قبل از پخش بر روی سطح زمین ضدعفونی شود.

تخلیه به آب سطحی

این روش به تخلیه پساب به جریان، دریاچه یا دیگر آب­های سطحی اشاره دارد. آب تخلیه شده به آب سطحی باید استانداردهای کیفیت آب را تأمین کند. اپراتورهای سیستم­­های تخلیه آب سطحی باید عملکرد سیستم را با برداشت حداقل یک نمونه در سال و آنالیز آن برای پارامترهای BOD و جامدات معلق بررسی کنند. پساب تمام سیستم­های تخلیه سطحی( هم تخلیه به آب سطحی و هم آبیاری پاششی) باید قبلا از رهاسازی ضدعفونی شود.

خلاصه

جایگزین­های مختلفی برای سیستم­های متعارف فاضلاب در محل وجود دارد. این سیستم­ها گرانتر می­باشند و به تعمیر و نگهداری بیشتری نسبت به سیستم­های متعارف نیاز دارند و همچنین این سیستم­ها معمولا به نیروی برق نیز نیاز دارند. از این رو به طور کلی استفاده از آنها به شرایطی که سیستم فاضلاب شهری در دسترس نمی­باشد و شرایط منطقه برای سیستم­های متعارف در محل مناسب نیست محدود می­شود. این سیستم­ها در صورتیکه به درستی نصب و نگهداری شوند تصفیه مؤثر و بی خطری  را برای فاضلاب انجام می­دهند.

مراجع:

  • Hoover, M., and T. Konsler. 2004. Soil Facts: Septic Systems and Their Maintenance. North Carolina Cooperative Extension publication AG-439-13.
  • Hoover, M. 2004. Septic System Owner’s Guide. North Carolina Cooperative Extension publication AG 439-22.
  • Solomon, C., P. Casey, C. Mackne, and A. Lake. 1998. Environmental Technology Initiative Fact Sheets. West Virginia University. (Fact sheets on individual system alternatives are available from this location.)
  • Reneau, R. B., C. Hagedorn, and M. J. Degen. 1989. “Fate and Transport of Biological and Inorganic Contaminants from On-Site Disposal of Domestic Wastewater.” Journal of Environmental Quality 18:13544.
  • S. Census Bureau. 2013. American Housing Survey for the United States: 2011. Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office.
  • S. EPA (U.S. Environmental Protection Agency). 2002. Onsite Wastewater Treatment Systems Manual. Office of Water. EPA publication EPA/625/R-00/008.
  • S. EPA (U.S. Environmental Protection Agency). 2008. Septic Systems Fact Sheet. Office of Wastewater Management. Decentralized Wastewater Program. EPA publication 832-F-08-057.
  • VDH (Virginia Department of Health). 2011. Regulations For Alternative Onsite Sewage Systems. 12 VAC 5-61310 et seq. Richmond: VDH.
  • VDH (Virginia Department of Health). 2014. Sewage Handling and Disposal Regulations (Emergency Regulations for Gravelless Material and Drip Dispersal). 12 VAC 5-610-10 et seq. Richmond: VDH.

 

۱ فرآیندهای تصفیه پیشرفته در این نشریه بررسی نشده است

۲ به طور کلی گند زدایی(حذف پاتوژن) هنگامی که دفع پساب از طریق جذب خاک زیرسطحی انجام می­شود لازم نیست .زمانی که پساب در سطح تخلیه می­شود، این فرآیندها با تصفیه مقدماتی، ثانویه و یا پیشرفته جهت حذف پاتوزن ها به کاربرده می­شوند.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *