تصفیه پیشرفته فاضلاب | شرکت مهندسی شاران صنعت

نیاز به تصفیه پیشرفته فاضلاب

تصفیه پیشرفته فاضلاب عموماً به دلایل زیر صورت می گیرد:

  • حذف بیشتر مواد آلی و کل جامدات محلول از پساب حاصل از فرآیندهای تصفیه ثانویه جهت دستیابی به استانداردهای زیست محیطی و استفاده مجدد.
  • حذف کل جامدات معلق باقی مانده به منظور افزایش راندمان و گندزدایی مؤثرتر فاضلاب تصفیه شده.
  • حذف بیشتر مواد مغذی موجود در پساب حاصل از فرآیندهای متداول تصفیه ثانویه فاضلاب به منظور پیشگیری از رشد جلبکی در محیط های آبی.
  • نیاز به حذف مواد غیرآلی (نظیر فلزات سنگین) و آلی (نظیرMTBE و NDMA) خاص برای تامین الزامات سختگیرانه تر تخلیه به آب های سطحی و پخش زمینی پساب به منظور کاربردهای غیر مستقیم آب شرب (نظیر تغذیه آب زیرزمینی) و همچنین استفاده مجدد از پساب تصفیه شده.
  • نیاز به حذف اجزاء غیرآلی (نظیر فلزات سنگین، سیلیس) و آلی خاص برای استفاده مجدد صنعتی (نظیر دستگاهای خنک کننده آب، آب جبرانی دیگ بخار کم فشار و آب دیگ بخار پرفشار)

 

جدول ۱- اجزا باقی مانده معمول موجود در پساب های تصفیه شده فاضلاب و اثرات آن ها

اثراتاجزء باقی مانده
جامدات معلق و کلوئیدی آلی و غیرآلی
ممکن است منجر به رسوب لجن یا کاهش شفافیت آب پذیرنده شود.

می­تواند با محافظت از میکروارگانسیم ها بر گندزدایی اثر منفی داشته باشد.

جامدات معلق
ممکن است بر کدورت پساب اثرگذار باشد.جامدات کلوئیدی
ممکن است از باکتری ها در طول گندزدایی محافظت کند، ممکن است ذخایر اکسیژن را کاهش دهد.مواد آلی(معلق)
مواد آلی محلول
ممکن است ذخایر اکسیژن را کاهش دهد.کل کربن آلی
سمیت برای انسان، سرطان زاییمواد آلی مقاوم
سمیت برای انسان، سرطان زایی، تشکیل اکسیدان های فتوشیمیاییترکیبات آلی فرار
اثر برگونه های آبی (نظیر قطع ترشح غدد درون ریز، نقض جنسی)ترکیبات دارویی
تولید کف و تداخل با انعقادسورفکتانت ها (مواد فعال کننده سطحی)
مواد محلول غیرآلی
افزایش کلر مورد نیاز در فرآیند گندزدایی

قابل تبدیل به نیترات و در فرآیند می­تواند ذخایر اکسیژن را کاهش دهد.

به همراه فسفر، می­تواند منجر به توسعه رشدهای آبی نامطلوب شود.

سمیت برای ماهی ها

آمونیاک
تحریک رشد جلبکی و آبی

ایجاد متهموگلوبینا در نوزادان (سندرم آبی کودکان)

 

نیترات
تحریک رشد جلبکی و آبی

تداخل با انعقاد

تداخل با نرم سازی به وسیله آهک و سود اَش

فسفر
افزایش سختی و کل جامدات محلولکلسیم و منیزیم
ایجاد طعم شوریکلراید
تداخل با فرآیندهای کشاورزی و صنعتیکل جامدات محلول
بیولوژیکی
امکان ایجاد بیماریباکتری
امکان ایجاد بیماریکیست ها و اووسیت های پروتوزئر
امکان ایجاد بیماریویروس

 

باتوجه به افزایش آگاهی علمی ناشی از مطالعات آزمایشگاهی و پایش های محیطی در مورد اثرات اجزای باقی مانده موجود در پساب ثانویه، پیش بینی می­شود که بسیاری از روش هایی که اکنون به عنوان تصفیه پیشرفته طبقه بندی می­شوند، طی ۵ تا ۱۰ سال آینده روش های متداول خواهند بود.

نمودار های جریان متداول در تصفیه پیشرفته فاضلاب

 

اجزا باقی مانده در فاضلاب تصفیه شده

اغلب فاضلاب های خانگی حاوی طیف وسیعی از عناصر و ترکیبات جزئی هستند، که معمولا به صورت روزمره اندازه گیری نمی شوند. اثرات احتمالی اجزاء باقی مانده موجود در پساب های تصفیه شده ممکن است بسیار متغیر باشد.

حذف جامدات معلق و کلوئیدی آلی و غیرآلی

حذف جامدات معلق و کلوئیدی آلی و غیرآلی معمولا به وسیله صاف سازی انجام می­شود، صافی های مورد استفاده برای فاضلاب به سه گروه اصلی تقسیم بندی می­شوند:

  • صاف سازی عمقی
  • صاف سازی سطحی
  • صاف سازی غشایی

در صافی سازی عمقی، حذف مواد معلق بر روی سطح بستر صافی انجام می­شود. در صافی سازی سطحی و غشایی، مواد معلق از طریق غربالگری در یک سطح غربال کننده (نظیر پارچه صافی) یا یک غشای نازک حذف می­شوند. یک صافی روغن اتومبیل یا کف گیر آشپزخانه مثال هایی از صافی های سطحی هستند.

حذف اجزاء آلی محلول

روش های مختلف تصفیه برای حذف اجزاء محلول آلی قابل استفاده هستند. به دلیل ماهیت پیچیده اجزاء محلول، خصوصیات ویژه فاضلاب و ماهیت اجزای فاضلاب باید در روش های تصفیه لحاظ شوند. فرآیندهای تصفیه مورد استفاده برای حذف برخی اجزاء آلی محلول خاص عبارتند از:

  • جذب سطحی با کربن
  • اسمز معکوس
  • ترسیب شیمیایی
  • اکسیداسیون شیمیایی
  • اکسیداسیون شیمیایی پیشرفته
  • الکترودیالیز
  • تقطیر

حذف اجزا غیرآلی محلول

حذف اجزا غیرآلی محلول به وسیله فرآیندهای شیمیایی یا صاف سازی غشایی انجام می­شود. واحد های عملیاتی و فرآیندی اصلی عبارت اند از:

  • ترسیب شیمیایی
  • تبادل یونی
  • اولترافیلتراسیون
  • اسمز معکوس
  • الکترودیالیز

حذف اجزا زنده

واحد های عملیاتی و فرآیندی موثر در حذف اجزا زنده نظیر باکتری، کیست ها و اووسیت های پروتوزئرها و ویروس ها در جدول ۲ گزارش شده اند. به دلیل متغیر بودن اثربخشی واحدهای عملیاتی و فرآیندی مذکور در جدول زیر گندزدایی پساب تصفیه شده در بیشتر کاربرد ها مورد نیاز است.

انواع فرآیندهای صاف سازی مورد استفاده در مدیریت فاضلاب

صاف سازی عمقی

این روش شامل حذف مواد جامد معلق موجود در مایع یا عبور دادن مایع از یک بستر صافی متشکل از محیط گرانوله یا فشرده است. اگر چه صاف سازی عمقی یکی از واحد های عملیاتی اصلی مورد استفاده در تصفیه آب آشامیدنی است، اما امروزه در تصفیه پساب های ناشی از تصفیه فاضلاب نیز نقش دارند. امروزه صاف سازی عمقی برای حذف تکمیلی جامدات موجود در پساب های ناشی از فرآیند های تصفیه بیولوژیکی برای مهیا نمودن شرایط گندزدایی موثر پساب صاف سازی شده استفاده می­شود. هم چنین صاف سازی عمقی به عنوان یک مرحله پیش تصفیه برای صاف سازی غشایی نیز استفاده می­شود. صاف سازی یک مرحله ای و دو مرحله ای نیز برای حذف فسفر ترسیب شده به روش شیمیایی به کار می­رود. از جنبه تاریخی، اولین فرآیند های صاف سازی عمقی برای تصفیه فاضلاب، استفاده از صافی ماسه ای کند بوده است. نرخ صافی سازی معمول و تند به ترتیب معادل ۶۰ -۳۰ و  ۲۰۰ -۸۰.

جدول ۲- پدیده ها و مکانسیم های اصلی سهیم در حذف مواد در یک بستر عمیق گرانوله

مکانسیم/ پدیدهشرح
غربالگیری

الف) مکانیکی

ب) تماس تصادفی

 

ذرات بزرگتر از فضای منافذ بسترصافی به صورت مکانیکی پالایش می­شوند.

ذرات کوچکتر از فضای منافذ از طریق تماس تصادفی در درون صافی به دام می­افتند.

ته نشینیذرات بر روی بستر صاف کننده درون صافی ته نشین می­شوند.
گیرافتادنذرات سنگین از خطوط جریان تبعیت نمی­کنند.
برخوردذرات بسیاری که در در طول خطوط جریان حرکت می­کنند، به هنگام تماس با سطح بستر صاف کننده حذف می­شوند.
چسبندگیذرات به موازات عبور از سطح بستر صاف کننده به آن می­چسبند. به دلیل نیروی آب جاری، مقداری مواد پیش از اتصال محکم به ذرات بستر کنده شده و به بخش های عمیق تر بستر صافی رانده می­شود. پس از گرفتگی بستر، نیروی تنش سطحی تا نقطه ای افزایش می­یابد که در آن هیچ حذف مازاد مواد اتفاق نمی­افتد. مقداری مواد ممکن است در کف صافی شکسته شده و منجر به کدورت ناگهانی کدورت پساب خروجی شود.
لخته سازیلخته سازی می­تواند در درون شکاف های بستر صافی رخ دهد. سپس ذرات بزرگتر تشکیل شده و به وسیله گرادیان های سرعت درون صافی از طریق یکی از روش های فوق حذف می­شوند.
 جذب شیمیایی

الف) پیوند

ب) واکنش شیمیایی

حذف فیزیکی

الف) نیروی الکترواستاتیک

ب) نیروهای الکتروکینتیک

ج) نیروهای واندروالس

به محض آنکه یک ذره با سطح بستر صاف کننده تماس پیدا کند، یکی از این مکانسیم ها جذب فیزیکی یا شیمیایی شده و یا هردو ممکن است مسئول نگه داشتن ذره در آن جا باشد.
رشد بیولوژیکیرشد بیولوژیکی در درون صافی حجم منافذ را کاهش داده و ممکن است حذف ذرات را با هریک از مکانسیم های فوق ارتقا دهد.

 

صاف سازی سطحی

این روش شامل حذف ذرات معلق در سیال به وسیله غربال مکانیکی، از طریق عبور دادن سیال از میان یک دیواره نازک (نظیر مواد بستر صافی) است. غربال مکانیکی مشابه زهکش آشپزخانه است. مواد مورد استفاده به عنوان محیط های صافی شامل الیاف فلزی به هم بافته شده، الیاف پارچه ای با بافت های مختلف و انواع مواد مصنوعی هستند. صاف سازی های سطحی برای حذف جامدات معلق باقی مانده از پساب های ثانویه و پساب های برکه تثبیت استفاده شده اند.

صاف سازی غشایی

این روش به منظورجداسازی (حذف) مواد معلق و کلوئیدی از سیال استفاده می شود. محدوده حذف ذرات در صاف سازی های غشایی گسترده تر شده تا ذرات ریز محلول نیز حذف شوند (معمولا µm 0/0001-1).  نقش غشا همانند یک مانع انتخابی است که به برخی از اجزا اجازه عبور داده و سایر اجزا موجود را در مایع نگه می­دارد. فرآیند های غشایی شامل میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF)، نانوفیلتراسیون (NF)، اسمز معکوس (RO)، دیالیز و الکترودیالیز (ED) هستند.

جذب سطحی

فرآیند جذب سطحی به فرآیند تجمع مواد موجود در محلول بر روی یک فاز مشترک مناسب گفته می شود. جذب سطحی یک فرآیند انتقال جرم است که در آن یک جز موجود در فاز مایع به فاز جامد منتقل می­شود. ماده جذب شونده ماده ای است که در فاز مشترک از مایع حذف می­شود. جنس جاذب می تواند جامد، مایع یا گاز باشد تا ماده جذب شونده برروی آن تجمع ­یابد. تصفیه فاضلاب با کربن فعال یک فرآیند زلال سازی برای پساب ناشی از فرآیند تصفیه بیولوژیکی است. انواع جاذب ها شامل کربن فعال، جاذب های مصنوعی پلیمری و سیلیکاتی هستند، هرچند که جاذب های مصنوعی پلیمری و سیلیکاتی به دلیل هزینه بالا به ندرت برای تصفیه فاضلاب استفاده می­شوند.

کربن فعال

کربن فعال ابتدا با تولید چار (ذغال نیم سوز) از مواد آلی نظیر پوسته بادام، گردو و نارگیل آماده می­شود. سایر مواد مثل چوب، استخوان و ذغال نیز مورد استفاده قرار گرفته اند. کربن فعال به دو گروه کربن فعال پودری (PAC) و کربن فعال گرانوله طبقه بندی می­شود. کاربرد اقتصادی کربن فعال به روش های کارآمد احیا و فعال سازی مجدد کربن پس از تکمیل ظرفیت جذب آن بستگی دارد. فعال سازی مجدد شامل موارد زیر است

  1. کاربرد مواد شیمیایی برای اکسیداسیون مواد جذب شده
  2. کاربرد بخار برای خارج کردن مواد جذب شده
  3. کاربرد حلال ها
  4. فرآیندهای تبدیل بیولوژیکی

به طور معمول مقداری از ظرفیت جذب کربن (در حدود ۱۰-۴ درصد) نیز در فرآیند احیا از بین می­رود که به مواد جذب شده و روش احیا بستگی دارد. مشکل عمده کربن پودری، احیا نشدن خوب آنها می باشد. در اصل جذب سطحی با استفاده از کربن برای حذف ترکیبات آلی مقاوم و نیز مقادیر باقی مانده ترکیبات غیرآلی نظیر نیتروژن، سولفیدها و فلزات سنگین به کار می­رود. حذف ترکیبات مولد طعم و بو از فاضلاب، یکی دیگر از کاربرد های مهم به ویژه در استفاده مجدد است. کربن فعال پودری و گرانوله مورد استفاده قرار گرفته، تمایل جذبی اندکی به مواد آلی قطبی با وزن مولکولی کم دارند. اگر فعالیت بیولوژیکی در تماس دهنده کربن یا در سایر واحدهای  فرآیندی بیولوژیکی اندک باشد حذف این مواد با کربن فعال دشوار است.

عریان سازی با گاز

شامل انتقال جرمی یک گاز از فاز مایع به فاز گاز است. انتقال از طریق تماس دادن مایع حاوی گاز مورد نظر برای عریان سازی با یک گاز انجام می­شود (معمولا هوا) که حاوی گاز آلاینده نیست. حذف گاز های محلول از فاضلاب ها به وسیله عریان سازی با گاز  به ویژه برای حذف آمونیاک و گاز های بودار و ترکیبات آلی فرار بسیار مورد توجه بوده است. اولین فعالیت ها  در شناور سازی آمونیاک از فاضلاب به وسیله هو در کالیفرنیا انجام شد.

عوامل مهمی که در تجزیه و تحلیل عریان سازی با گاز باید مدنظر قرار گیرند عبارت اند از:

  1. خصوصیات ترکیبی که قرار است عریان سازی روی آن صورت گیرد.
  2. نوع تماس دهنده مورد استفاده و تعداد مراحل مورد نیاز
  3. تجزیه و تحلیل موازنه جرمی برج عریان سازی
  4. ابعاد مورد نیاز برج عریان سازی

ترکیبات حذف شده توسط عریان ساز

حذف ترکیبات محلول فرار به وسیله عریان سازی شامل تماس دادن مایع با گازی است که در ابتدا حاوی ترکیب آلاینده نیست. ترکیبی که مورد عریان سازی قرار گیرد از محلول خارج شده و طبق قانون تعادل هنری، وارد فاز گازی می­شود. ترکیباتی نظیر بنزن، تولوئن و ونیل کلراید با ثابت های هنری بزرگتر از atm 500  به سادگی قابل عریان سازی هستند. ترکیباتی نظیر آمونیاک با ثابت هنری atm  ۰/۷۵ و دی اکسید گوگرد با ثابت هنری ۳۸ atmبه طور نسبی قابل عریان سازی بوده و ترکیباتی نظیر استون و متیل اتیل کتون با ثابت های هنری کمتر از ۰/۱ ضرورتا قابل عریان سازی نیستند. برای عریان سازی آمونیاک از فاضلاب به وسیله هوا، این ترکیب باید گازی شکل آمونیاک باشد یون های آمونیوم موجود در فاضلاب با آمونیاک  با آمونیاک گازی در تعادل هستند.

به موازات فراتر رفتن PH فاضلاب به بیش از ۷، تعادل به سمت چپ تغییر کرده و یون آمونیوم به آمونیاک تبدیل می­شود، که ممکن است از طریق عریان سازی حذف شود.

تبادل یونی

یک واحد فرآیندی است که در آن یون های معینی در مواد تبادلی یونی غیر محلول با یون های گوناگون موجود در محلول جایگزین می­شود. متداول ترین کاربرد این فرآیند در نرم سازی آب شهری است که در آن یون های سدیمی رزین تبادل کاتیونی جایگزین کلسیم و منیزیم در آب تصفیه شده گردیده و سختی را کاهش می­دهند. تبادل یونی در عملیات تصفیه فاضلاب جهت حذف نیتروژن، فلزات سنگین و کل جامدات محلول استفاده شده است.

فرآیند های تبادل یونی به صورت پیوسته یا ناپیوسته قابل راهبری هستند. در حالت ناپیوسته، رزین در یک راکتور با آب تصفیه شونده تماس داده می­شود تا واکنش کامل شود. رزین مستعمل با ته نشینی حذف شده و در ادامه احیا شده و مورد استفاده مجدد قرار می­گیرد. در یک فرآیند پیوسته مواد تبادلی در یک بستر یا ستون آکنده جایگذاری شده و آب تصفیه شده از میان آن عبور می­کند. مبدل های یونی پیوسته معمولا از نوع ستونی بستر اکنده جریان رو به پایین هستند. فاضلاب تحت فشار از بالای ستون وارد شده و به طرف پایین از میان بستر رزین عبور و از کف خارج می­شود. پس از اشباع ظرفیت رزین، ستون به منظور حذف جامدات به دام افتاده شست و شوی معکوس شده و سپس احیا می­شود.

مواد تبادل یونی

مواد تبادل یونی طبیعی با نام زئولیت برای نرم سازی  آب و حذف یون آمونیوم استفاده می­شوند. زئولیت های مورد استفاده برای نرم سازی آب، کمپلکسی از آلومینیوسیلیکات های حاوی سدیم به عنوان یون متحرک هستند. تبادل آمونیوم به وسیله زئولیت طبیعی کلینوپتی لولایت انجام می­شود. گرچه آلومینوسیلیکات های مصنوعی نیز ساخته شده اند، اما بیشتر مواد مصنوعی تبادل یونی رزین ها یا پلیمرهای فنولی هستند.

پنج نوع رزین مصنوعی تبادل یونی در حال استفاده هستند که شامل:

  1. کاتیونی اسیدی قوی
  2. کاتیونی اسیدی ضعیف
  3. آنیونی بازی قوی
  4. آنیونی بازی ضعیف
  5. رزین های انتخابی شلاته کننده فلزات سنگین

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، برای اکسیداسیون اجزا آلی پیچیده موجود در فاضلاب به کار می­روند که تجزیه بیولوژیکی آن ها به محصولات نهایی ساده تر، دشوار است. به هنگام استفاده از اکسیداسیون  شیمیایی، ممکن است اکسیداسیون کامل یک ترکیب مشخص با گروهی از ترکیبات ضروری نباشد. در بسیاری از موارد اکسیداسیون جزئی برای آماده سازی بیشتر ترکیبات خاص جهت تصفیه بیولوژیکی بعدی یا به منظور کاهش سمیت آن ها کافی است. اکسیداسیون ترکیبات خاص، ممکن است به وسیله تجزیه محصولات نهایی اکسیداسیون به صورت زیر مشخص شود.

تجزیه اولیه: یک تغییر ساختاری در ترکیب مادر

تجزیه قابل قبول: یک تغییر ساختاری در ترکیب مادر به حدی که سمیت کاهش یابد.

تجزیه نهایی (معدنی سازی): تبدیل کربن آلی به غیر آلی

تجزیه غیر قابل قبول: یک تغییر ساختاری در ترکیب مادر که منجر به افزایش سمیت شود.

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته معمولا شامل تولید و کاربرد رادیکال های هیدروکسیل آزاد  HO. به عنوان یک اکسیدان قوی برای تخریب ترکیباتی است که به وسیله اکسیدان های متداول نظیر اکسیژن، ازن و کلر اکسید نمی­شوند.

تقطیر

تقطیر یک واحد عملیاتی است که در آن اجزاء یک محلول مایع به وسیله تبخیر و میعان جداسازی می­شوند. در کنار اسمز معکوس، تقطیر نیز می­تواند برای کنترل تشکیل نمک ها به کار رود. از آنجا که تقطیر پرهزینه است، کاربرد آن به موارد زیر محدود می­شود.

  1. نیاز به درجه  بالایی از تصفیه
  2. عدم امکان حذف آلاینده ها به وسیله سایر روش ها
  3. انرژی در دسترس برای تامین حرارت لازم برای تقطیر فراهم و مقرون به صرفه باشد.

1 دیدگاه

  1. رهام صادق گفت:

    تصفیه فاضلاب پیشرفته مقاله خوبی هست و باید مقاله های تصفیه فاضلاب دیگه ای هم باشه که مکمل این مقاله بتونه به بار علمی صنعت تصفیه فاضلاب کمک کنه

پاسخ دهید

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