درباره تصفیه آب و فاضلاب

درباره تصفیه آب و فاضلاب

آب مایه حیات است ، درمصرف آن صرفه جویی کنیم

آب خام نیازمند طی نمودن مراحل مختلفی است تا به کیفیت موردنظر جهت کاربری به عنوان آب آشامیدنی برسد . به عنوان مثال : لخته سازی – زلال سازی – حذف آهن و منگنز- فیلتراسیون – تنظیم PH- گندزدایی – کنترل طعم وبو .

هدف از تصفیه آب :

هدف از تصفیه آب حذف آلاینده ها و ارتقاء کیفیت آن است و مهمترین پارامتر تعیین کننده کیفیت کدورت می باشد .

کدورت در آب عموما توسط مواد معلقی مثل خاک وگل ولای ، مواد آلی و معدنی ریز ، ترکیبات آلی رنگی محلول و پلانکتونها و سایر میکرواورگانیسم ها ایجاد می شود .

کدورت آب را با کدورت سنج که میزان پراکندگی و جذب نور حاصل از منبع نوری حین عبور از محلول را اندازه می گیرد و با واحد NTU گزارش می کند ، می سنجند .

کدورت آب تصفیه شده بعنوان یک پارامتر مهم در تعیین کیفیت آب در کلیه تصفیه خانه ها اندازه گیری می شود ، اما در سال های اخیر علاوه بر کدورت ، شمارش ذزات نیز به عنوان یک پارامتر کیفی آب در کنار کدورت مطرح گردیده است .

انواع فرآیند در تصفیه آب و فاضلاب :

فرایندهایی که در تصفیه آب و فاضلاب وجود دارد عبارتند از : 1-فرآیند انعقاد ولخته سازی 2-فرآیند جذب سطحی 3-فرآیند غشایی 4-فرآیند تبادل یونی 5-فرآیند اکسیداسیون شیمیایی 6-فرآیند بیولوژیکی

1) فرآیند انعقاد و لخته سازی

یکی از فرآیندهایی که در تصفیه آب و فاضلاب صورت می گیرد فرآیندی به نام انعقاد ولخته سازی می باشد که این فرآیند برای حذف ذرات کلوئیدی می باشد که ذرات کلوئیدی باعث بوجود آمدن کدورت در آب میشوند.

یکی از بهترین روشهای راهبری صحیح تصفیه خانه و خصوصا فرآیند اختلاط و انعقاد ، مدیریت تزریق مواد شیمیایی است . مدیریت تزریق منعقدکننده ها یک مسئله جهانی است که معیاری برای رسیدن به کدورت کم در هر تصفیه خانه می باشد و شامل تعیین نوع مواد شیمیایی ، میزان تزریق ، روش کاربرد مواد و... می باشد .

1-1 ) مواد شیمیایی

تزریق ماده شیمیایی مناسب معیاری برای بهینه کردن عملیات لخته سازی و ته نشینی است. سه نوع ماده شیمیایی متداول برای آب خام به کار می رود که شامل منعقد کننده ، کمک منعقد کننده و ماده کنترل کننده pH میباشد.

1-1-الف ) منعقد کننده ها :

منعقد کننده ها مواد شیمیایی هستند که برای جذب کدورت و مواد آلی از آب خام به کار می روند و باکتری ها ، جلبک ها، رنگ ، اکسید آهن ، اکسید منگنز، کربنات کلسیم و خاک رس را حذف می کنند .

دو نوع از متداولترین منعقدکننده ها نمکهای فلزی و پلیمرها هستند که از متداولترین نمکهای فلزی میتوان آلوم ( زاج سفید ) و کلرور فریک را نام برد .

توجه ) برای انتخاب منعقد کننده از آزمایش استاندارد جارتست که تاثیر نسبی منعقد کننده ها بر آب خام را نشان می دهد ، استفاده میشود.

آزمایش جار برای نشان دادن تاثیر مواد شیمیایی ، در تصفیه خانه ها طراحی شده است . این آزمایش یک روش عمومی برای ارزیابی انعقاد ، لخته سازی و ته نشینی در تصفیه خانه می باشد . آزمایش جار در واقع یک مدل کوچک از واحد های اختلاط سریع ، انعقاد وته نشینی در تصفیه خانه است که در این روش افزودن مواد شیمیایی خصوصا موادی مثل آلوم , کلرور فریک , پلیمرها که برای کاهش کدورت آب استفاده می شوند را می توان در مقیاس آزمایشگاهی ارزیابی نمود .

پس آزمایش جار به سه دلیل میباشد : 1)کدام نوع مواد منعقد کننده لازم است 2)آیا مواد منعقد کننده لازم است 3)چه میزان مواد منعقد کننده لازم است .

1-1-ب) کمک منعقد کننده ها :

کمک منعقد کننده ها به ورودی یا همزمان با منعقد کننده برای بهبود لخته ها ؛ اضافه میشود.کمک منعقد کننده ها از طریق تشکیل سریعتر لخته ها ، فرآیند ته نشینی را ( که ته نشینی مواد بر اساس دو مکانیزم 1-قطر مواد 2-سبک و سنگین بودن مواد انجام می شود )تسریع و بارگذاری کدورت روی فیلترها ( که در اغلب تصفیه خانه های آب از فیلتر شنی ثقلی استفاده میشود که در کاربردهای تجاری میتوان از مواد منعقدکننده به همراه فیلترهای تحت فشار نیز استفاده نمود .) را کاهش میدهد و به تبع آن افزایش سیکل راهبری فیلترها را سبب می شود .

کمک منعقد کننده ها شامل 1- اکسید کننده 2- عوامل جاذب و سنگین کننده 3- سیلیکا فعال 4- پلی الکترولیت ؛ که انواع پلی الکترولیت سه نوع می باشند یعنی کاتیونی و آنیونی و غیریونی ویکی از کاربردهایی که پلی الکترولیتها دارند این است که حالت پل سازی دارد.

1)اکسید کننده : زمانی که مواد آلی محلول در آب وجود داشته باشد و باعث کدورت و کدر شدن آب شود از اکسیدان استفاده می شود ، مانند کلر و دی اکسید کلر ، منگنات پتاسیم و ازن .

توضیحی درباره کلر در تصفیه آب و فاضلاب

گسترده ترین استفاده کلر ، ضد عفونی آب آشامیدنی می باشد و کلر ومشتقات آن مانند هیپوکلریت سدیم و دی اکسید کلر ضد عفونی کننده های قوی می باشند و زمانی که به آب در مقادیر ناچیز اضافه می شوند به سرعت باکتری ها و دیگر میکرواورگانیسم ها را می کشند ، کلر نه تنها رشد توده بیولوژیکی و جلبک در لوله های توزیع و مخازن ذخیره را کنترل می نماید بلکه به حذف بو و طعمهای ناخوشایند نیز کمک می کند. در حال حاضر استفاده از کلر برای گندزدایی بدلیل ارزان بودن و قدرت میکروبکشی و اثر ابقایی نسبتا خوب آن ، متداولترین روش در دنیا و از جمله کشور ما می باشد .

2)عوامل جاذب وسنگین کننده : که عبارتند از الف-رس بنتونیت ؛ که دارای خواصی از جمله اینکه دانسیته مواد بنتونیت خیلی بالاست- خاصیت رنگ بری دارد – خاصیت جذب سطحی دارد . ب-پودر سیلیکا ج-آهک د-کربن فعال ؛ که کربن فعال جهت حذف کلر باقیمانده در آب ، کاهش وحذف مواد آلی محلول و حذف گاز رادن در آب به کار می رود و موارد کاربرد کربن فعال عبارت است از :

- در نقاطی که مواد آلی محلول در آب موجود است و این مواد چون از بین نرفته اند برای رفع اینها از کربن فعال استفاده می شود .

- در تصفیه فاضلاب های صنعتی وقتی که فاضلاب قابلیت تجزیه بیولوژیک نداشته باشد و یا سمی باشد مورد استفاده قرار می گیرد.

- کربن فعال یک نقش کاتالیزوری دارد ودر کلرزدایی آب کاربرد دارد.

1-1-ج ) کنترل کننده PH و قلیائیت :

بهینه کردن pH سبب میشود که منعقد کننده های فلزی ، نامحلول و لخته های قویتری تشکیل دهند ودر نتیجه حذف کدورت بهتر صورت گیرد . آب باید مقدار مناسبی قلیائیت برای تشکیل لخته کلرید آهن یا آلوم داشته باشد . به عنوان مثال – محدوده pH آلوم بین 4 تا 7 و محدوده pH کلرور فریک بین 5/3 تا 5/6 و بالاتر از 5/8 است .

تعیین میزان تزریق

در حالی که نوع منعقد کننده به شدت به ویژگی ورودی تصفیه خانه بستگی دارد، مقدار آن از آزمایش خروجی تعیین میشود . آزمایشات انعقاد میتواند به دو صورت بسته batch یا پیوسته continous انجام شود . آزمایش بسته شاخصهای انتخاب میزان تزریق منعقد کننده را در یک نقطه از جریان ورودی فراهم می کند . اما آزمایش پیوسته می تواند فرآیند انعقاد را پایش و عوامل راهبری را تنظیم کند .

توجه ) واکنش های شیمیایی و بیولوژیک در تصفیه آب و فاضلاب مانند انعقاد و لخته سازی و... در مخازن ، حوضچه ها و محفظه هایی که به آنها راکتور میگویند صورت میگیرد که میتوان به راکتورهای بسته و پیوسته اشاره نمود .

آزمایش های انعقاد و پایش کدورت

سه آزمایش اصلی برای تعیین شرایط انعقاد و پایش کدورت شامل جارتست،تکنیک مشاهده بار ذرات ( پتانسیل زتا ) و فبلتر پایلوت می باشد .

جارتست که توضیح داده شد .

روش مشاهده پتانسیل زتا

در این روش با الکترودهایی بار ذرات اندازه گیری می شود . آزمایش بار ذرات ، خروجی الکترود را به پتانسیل الکتریکی بین آب و یون های اطراف ذرات کلوئیدی مربوط میکند .

فیلترهای پایلوت :

فیلترهای پایلوت کیفیت آب را بصورت پیوسته اندازه می گیرد . آن ها اندازه گیری مستقیم و دقیق از کدورت مورد انتظار آب خروجی را فراهم می کنند و باعث حذف مرحله واسطه آزمونهای آزمایشگاهی برای پیشگویی اجرای مقیاس واقعی تصفیه خانه می شوند . فیلترهای پایلوت کافی بودن میزان تزریق مواد شیمیایی را تعیین می کنند و با مکانیزم های تنظیم دستی یا اتومات استفاده می شوند .

نقاط تزریق

نقطه تزریق هر ماده شیمیایی به شدت میتواند بر راندمان تاثیر بگذارد . بهترین حاالت آن است که مواد بتواند در هفت نقطه از فرآیند تصفیه به آب اضافه شود تا راهبر با انجام آزمایش قادر باشد بهترین نقطه تزریق را پیدا کند . این نقاط عبارتند از :

قبل از اختلاط سریع ، در طی اختلاط سریع ، قبل از لخته سازی ، قبل از ته نشینی ، قبل از فیلتراسیون ، پس از فیلتراسیون ، قبل از شستشوی فیلترها .

2) فرآیند جذب سطحی :

این فرآیند نیز به منظور تصفیه مواد محلول دیرتجزیه ، تجزیه ناپذیر و یا سمی میباشد ودر فیلترهای شنی که وجود دارد و در انعقاد صورت می گیرد که این فرایند شامل دو حالت فیزیکی و شیمیایی می باشد که بیشتر فرایندهای جذب سطحی حالت فیزیکی را تحت نیروهای الکترو والانس و جاذب دارد.

3) فرآیند غشائی :

در فرایند غشائی آب یا اجزای آب از طریق غشاء تحت نیروی محرکه سه عامل 1-فشار2-پتانسیل الکتریکی 3-گرادیان غلظت حرکت می نماید . امروزه تکنولوژی غشائی به واسطه کم بودن اثر مخرب آن بر محیط زیست ونیز کم بودن هزینه های نگهداری و بهره برداری ، در مقیاس بسیار وسیع در صنایع تصفیه آب و فاضلاب بکار گرفته می شود ، که نتیجه آن حذف اغلب آلودگی های محلول ، معلق و بیولوژیکی در آب و فاضلاب می باشد .

اساس تکنولوژی اسمز معکوس بر فرایند نفوذ یا تراوش آب از غشای نیمه تراوا میباشد، که این غشاهای نیمه تراوا فقط قابلیت عبور دادن آب خالص را از یک سمت به سمت دیگر دارند و در نتیجه ، باکتریها ، نمکهای محلول و مواد آلی و معدنی موجود در آب بدلیل عدم توانائی در عبور از غشای فوق ، از آب خالص جدا می گردند .

سیستم اسمز معکوس تنها تکنولوژی است که قابلیت جداسازی انواع مواد خارجی محلول و معلق را دارد، که نتیجه آن حصول آبی با کیفیت مناسب جهت شرب و مصارف صنعتی میباشد .

توجه ) چنانچه یک محلول رقیق و یک محلول غلیظ داشته باشیم که وسط آن یک غشاء نیمه تراوا وجود داشته باشد ، در حالت عادی آب از قسمت رقیق به سمت غلیظ می رود تا محلول به تعادل برسد. اما اگر فشار کوچکی بر قسمت غلیظ وارد کنیم تا نگذاریم آب از قسمت رقیق به سمت غلیظ بیاید را فشار اسمزی گویند و اگر فشار را بیشتر کرده بطوریکه آب از غلیظ به رقیق برود را فشار اسمزی معکوس گویند .

4- فرآیند تبادل یونی

فرایند تبادل یونی یکی از شکل های پدیده جذب سطحی است ، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار میگیرد . طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می گردند . فرایند تبادل یونی فرایند برگشت پذیر است که طی آن یون های خارجی موجود در آب جذب گروههای عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری ( فاز جامد ) می گردند و بدین ترتیب آب عاری از هر گونه ناخالصی یونی حاصل می گردد .

دامنه کاربرد تکنولوژی تبادل یونی عبارت است از :

تولید آب بدون یون – حذف سختی آب – حذف کاتیونهای خارجی از آب – حذف قلیائیت – بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی – حذف نیترات و سولفات و...

5- فرآیند اکسیداسیون شیمیایی :

زمانی که مواد موجود در فاضلاب سمی ، دیر تجزیه و تجزیه ناپذیر به لحاة بیولوژیکی باشند ازاین فرآیند استفاده میشود .

در این فرایند یک ماده شیمیایی مضر را با یک ماده اکسید کننده ( اکسید کننده مانند پرمنگنات پتاسیم – کـلر – ازن – پراکــــــسید هیدروژن ) ترکیب می کنیم که در نتیجه آن ماده شیمیایی اکسید میشود و به صورت رسوب در می آید و ماده اکسید کننده احیا می شود ، یعنی در واقع با فرایند اکسیداسیون شیمیایی یک ماده شیمیایی مضر را تبدیل به کم ضرر یا بی ضرر می کنیم .

6- فرایند بیولوژیکی :

فرایند تصفیه بیولوژیکی مهمترین مرحله در تصفیه فاضلاب به شمار میرود . سیستم های تصفیه بیولوژیکی ، محیطهای زنده باکتریایی هستند که با مصرف مواد مغذی فاضلاب ، آلودگی آنرا از بین میبرند. نقش یک واحد تصفیه بیولوژیکی در واقع فراهم نمودن شرایطی مناسب برای رشد بیولوژیکی باکتریها جهت حذف الودگی است . در واقع موجودات زنده تحت عنوان میکرواورگانیسم ها مواد آلاینده را به عنوان ماده غذایی استفاده می کنند و باعث تصفیه آب یا فاضلاب میشوند .

که در این نوع فرایند تصفیه دو روش وجود دارد :

-روش هوازی : در این روش مواد آلی موجود را با کمک اکسیژن آزادی که در آب وجود دارد (که تامین اکسیژن مورد نیاز می تواند توسط هواده های سطحی ویا عمقی صورت پذیرد ) تجزیه می کنند .

-روش بی هوازی : در این روش مواد آلی را با کمک اکسیژن ترکیبی مانند نیترات وسولفات تجزیه می کنند .

توجه ) برآورد تخمینی سرانه تولید فاضلاب برابر است با :

                                          جمعیت X سرانه مصرف آب (لیتر) X 80%

توجه ) سه مکانیزم در فرایند لخته سازی آب وفضلاب عبارتند از :

1- جذب سطحی و خنثی سازی

2- به دام افتادن ذرات کلوئیدی

3- پل سازی