بخشی از مقاله
نقش فاضلاب شهری و تصفیه آن در محیط زیست شهری
چکیده
در این مقاله، روش های مختلف و مکانیزم های کاربردی تصفیه یکی از مهمترین دور ریز های شهری و صنعتی یعنی فاضلاب مورد بررسی قرار گرفته است .تصفیه فاضلاب، به منظور تثبیت مواد آلی تولیدی ، استفاده مجدد از آب و مواد جامد ناشی از تصفیه فاضلاب و همچنین قابل تخلیه کردن پساب در محیط و محافظت از محیط زیست انجام میپذیرد .تصفیه فاضلاب شامل سه مرحله تصفیه اولیه یا فیزیکی تصفیه ثانویه یا شیمیایی و تصفیه پیشرفته است که به طور کامل در این مقاله مورد بحث قرارگرفتهاند .در نتیجه با دانستن پیش نیاز ها و ساز وکار هر مکانیزم ، مشخصات فنی آن و مزایای هر روش ، می توان بهینه ترین روش را برای کاربری مورد نظر انتخاب کرد.
باتوجه به روند افزایش جمعیت در شهرهای بزرگ که خود بصورت طبیعی باعث افزایش میزان فاضلاب شهری میگردد زمینه تشکیل سیستم جمع آوری و تصفیه فاضلاب شهری امری لازم و ضروری به نظر
میرسد . در این تحقیق سعی شده بصورت اجمالی در مورد فاضلاب و تصفیه و برگشت آن به سیستم آبرسانی نگاهی گذرا داشته باشیم.
کلمات کلیدی :
فاضلاب شهری، روش های تصفیه ، محیط زیست شهری
مقدمه
امروزه حفظ منابع آب ، یعنی حیاتی ترین ماده ای که بشر به آن نیاز دارد بطور فزاینده ای مورد توجه مجامع مختلف بین المللی قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعیت و در نتیجه بهره برداری بیش از حد از منابع محدود آب از یک طرف و آلوده شدن آنها بسبب فعالیت های گوناگون زیستی ، کشاورزی و صنعتی بشر از طرف دیگر همگی دست به دست همدیگر داده و زنگ خطر بحران آب را در سالهای آینده به صدا در آورده است.
بنابراین حفظ کیفیت فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی منابع آب سرلوحه فعالیت بسیاری از سازمانهایی است که به نحوی با این منابع سرو کار دارند.
این مهم از دو جنبه کلی قابل توجه است :
1 -افزایش کیفیت آبی که باید به مصارف گوناگون برسد که تحت تاثیر سه عامل عمده بوده است
-افزایش آلاینده ها در منبع طبیعی آب
-آزمایشهای کیفی آب و فاضلاب با دقت بالا -افزایش سطح استاندارد آب آشامیدنی
تحولاتی که در چند سال اخیر موجب پیشرفت تکنولوژی تصفیه آب و افزایش کیفیت آب آشامیدنی شده است بشرح ذیل می باشد:
حذف مرحله کلر زنی در ابتدای تصفیه خانه ( استفاده از کلر فقط در آخرین مرحله تصفیه برای بهره برداری از کلر باقی مانده در شبکه.
استفاده از ازون و پرتودهی فرابنفش در مراحل مختلف تصفیه.
استفاده بیشتر از سیستم ازون ، بویژه استفاده از اکسیژن برای تغذیه دستگاه و بهره گیری از برق با فرکانس متوسط ،باعث شده تا غلظت ازون بالا رفته و در نتیجه طراحی دستگاههای تولید ازون کوچکتر شود که نهایتا منجر به کاهش سرمایه گذاری اولیه برای تصفیه بروش ازون می گردد.
2 -افزایش کیفیت فاضلاب تصفیه شده گوناگون شهری ، روستایی ، کشاورزی و صنعتی.
پر واضح است که اهمیت این جنبه زیاد بوده و اگر تمام توجه به آن معطوف می شد هیچگاه بشر با بحران کم آبی روبرو نمی شد.
فاضلاب چیست ؟
همه جوامع ، هم به صورت جامد و هم به صورت مایع ، فضولات تولید می کنند . بخش مایع این فضولات ، یا فاضلاب ، اساسا همان آب مصرفی جامعه است که در نتیجه کاربردهای مختلف آلوده شده است . از نظر منابع تولید ، فاضلاب را می توان ترکیبی از مایع یا فضولاتی دانست که توسط آب از مناطق مسکونی ،اداری و تاسیسات تجاری و صنعتی حمل شده و بر حسب مورد ، با آبهای زیرزمینی ، آبهای سطحی و سیلابها آمیخته است.
اگر فاضلاب تصفیه نشده انباشته شود ، تجزیه مواد آلی آن ممکن است منجر به تولید مقدار زیادی گازهای بدبو شود . علاوه بر آن ، فاضلاب تصفیه نشده معمولا حاوی میکروارگانیسمهای بیماریزای فراوانی است که در دستگاه گوارش انسان زندگی می کنند و یا در برخی فضولات صنعتی موجودند . فاضلاب ، شامل برخی مواد مغذی نیز هست که می تواند سبب تحریک رشد گیاهان آبزی شود ، و ممکن است ترکیبات سمی نیز
داشته باشد ،بنا به این دلایل انتقال سریع و بدون دردسر فاضلاب از منابع تولید ، وسپس تصفیه و دفع آن ، نه فقط مطلوب ، بلکه در جوامع صنعتی ضروری است و جنبه اقتصادی و تولید درآمد نیز دارد.
تصفیه آب و فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است که اصول بنیادی علوم و مهندسی را در مسائل کنترل آلودگی آب به خدمت می گیرد . هدف نهایی مدیریت فاضلاب حفاظت محیط زیست است به نحوی که با اصول بهداشت عمومی و مسائل اقتصادی ، اجتماعی و سیاسی هماهنگ باشد.
فاضلابی که به تصفیه خانه شهری میرسد ، مجموع فاضلابی است که از سه منبع مختلف در شبکه فاضلاب وارد میشود . این سه منبع عبارتند از :
الف) فاضلاب خانگی
ب) نشت آب
ج) پساب صنعتی
بنا بر تعریف مجموعه فاضلاب حاصله از سه منبع را فاضلاب شهری یا فاضلاب بهداشتی خوانند . البته ممکن است برای شهرهای ایران در شرایط موجود از مقدار مربوط به پساب صنعتی صرف نظر کرد ولی نشت آب به ویژه درشهرهایی که سطح سفره آب زیرزمینی آنها بالا است بسیار اهمیّت دارد . معمولاً مقدار فاضلابی را که در طرح در نظر میگیرند معادل مقدار فاضلاب متوسط شبانه روز در مواقع غیربارانی است . باید توجّه داشت که این رقم کاملاً قراردادی است زیرا در ساعات مختلف شبانه روز مقدار فاضلاب از مقدار متوسط در 24ساعت مرتبا کمتر و یا بیشتر میشود و عملاً معادل آن جز در چند لحظه ممکن نمیگردد . یکی از طرق تعیین مقدار متوسط فاضلاب در 24 ساعت تعیین آب مصرفی در شهر است.
با داشتن آماری مناسب از مصرف سرانه آب شهر و تعیین حدود منطقه فاضلاب گیر و بالاخره تعداد افراد ساکن در منطقه فاضلاب گیر ، به راحتی میتوان مقدار متوسط فاضلاب روزانه را حساب کرد . البته این
طریقه در شهرهای بزرگ و یا شهرهایی که در آنها خانه سازی کامل نشده باشد چندان صدق نمیکند و در این صورت باید رقمی برای مقدار فاضلاب سرانه در نظر گرفت ، که مطابق با شرایط واقعی باشد . در شهرهای بزرگ مصرف آب هتل ها و رستورانها و بیمارستانها که به تعداد زیاد وجود دارند در موقع اندازه گیری آب مصرفی سرانه بحساب نمیآید ، در حالیکه در عمل آنها نیز به صورت فاضلاب به شبکه وارد میشود . حدود این تغییرات شاید به 25 لیتر به ازاء هر نفر در روز نیز برسد . لذا باید در طرح شبکه فاضلاب برای چنین شهرهایی نهایت دقت را از نظر انتخاب مقدار واقعی فاضلاب مبذول داشت زیرا این موضوع از نظر فنی و اقتصادی عامل مهمی است .
تصفیه فاضلاب
فاضلاب جمع آوری شده چه از مراکز جمعیتی یا کارخانجات نهایتا باید به منابع آب یا خاک باز گردانده شود . در هر مورد باید به این سوال پیچیده پاسخ داد که : برای حفظ محیط زیست ، کدام یک از آلاینده های فاضلاب ، و تا چه حد باید حذف شوند؟ پاسخ به این سوال مستلزم بررسی شرایط و نیازهای محلی ، همراه با کاربرد دانش علمی ، قضاوتهای مهندسی متکی به تجربه و رعایت شرایط و مقررات کشوری می شود.
گرچه جمع آوری آبهای سطحی و زهکشی از زمانهای قدیم شروع شده است ، ولی پیدایش نظریه میکروبی توسط کخ و پاستور در نیمه دوم قرن نوزدهم آغازگر عصر جدیدی در زمینه بهداشت عمومی شد . قبل از آن زمان رابطه آلودگی و بیماری فقط به صورت مبهم شناخته شده و از علم نوپای باکتری شناسی نیز برای تصفیه فاضلاب استفاده نشده بود.
روشهای تصفیه که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی عامل مهمتری است با عنوان عملیات واحد تصفیه شناخته شده اند . روشهای تصفیه که در آن حذف آلاینده ها از طریق واکنشهای شیمیایی و زیست شناسی صورت می گیرد با عنوان فراینده های واحد تصفیه معروف اند
در حال حاضر ، عملیات و فرآیندهای واحد تصفیه در هم ادغام شده و آنچه را که امروزه مراحل اولیه ، و نهایی تصفیه نامیده می شود تشکیل داده اند . در تصفیه اولیه از عملیات فیزیکی تصفیه همچون آشغالگیری و ته نشینی برای جدا کردن مواد شناور و قابل ته نشینی موجود در فاضلاب بهره گرفته می شود
. در تصفیه ثانویه از فرآیندهای شیمیایی و زیست شناختی استفاده می شود تا قسمت اعظم مواد آلی از فاضلاب جدا شود . در تصفیه نهایی از واحدهای اضافی عملیات و فرآوری استفاده می شود . تا سایر آلاینده ها مانند نیتروژن و فسفر ، که مقدار آنها در تصفیه ثانویه کاهش چشمگیری پیدا نکرده است ، حذف شوند . روشهای تصفیه زمینی ، که امروزه بیشتر به "سیستمهای طبیعی " معروف شده اند ، مجموعه ای از مکانیسم های تصفیه فیزیکی ،شیمیایی و زیست شناسی را به خدمت گرفته و آب را با کیفیتی مشابه آبی که از تصفیه نهایی فاضلاب حاصل شود تولید می کنند.
در طول 20تا 30 سال گذشته تعداد مراکز صنعتی که فضولات خود را به شبکه های فاضلاب شهری تخلیه می کنند افزایش چشمگیری یافته است . با عنایت به اثرات سمی ناشی از حضور این فضولات ،حتی با غلظت بسیار کم ، در بسیاری از جوامع آمیختن فاضلاب خانگی با فاضلابهای صنعتی ، که به طور کامل یا ناقص تصفیه اولیه شده اند ، مورد ارزیابی مجدد قرارگرفته است . پیش بینی می شود که در آینده این کارخانجات ملزم شوند که این فضولات را ، در محل تولید ، تا سطح بالاتری تصفیه کنند تا بی ضرربودن آنها ،قبل از تخلیه به شبکه های شهری ،تضمین شود . در حال حاضر بر روی اغلب عملیات و فر آیندهای واحد مورد استفاده در تصفیه فاضلاب تحقیقات وسیع و پیوسته ای ، از دیدگاه کاربرد و اجرا ،صورت می گیرد . در نتیجه ، تغییرات فراوان در فرآیندها صورت گرفته و فرآیندها و عملیات جدیدی ابداع و به کار گرفته شده است : به منظور ارتقا شرایط زیست محیطی آبهای سطحی و رودخانه ها رو شهای تصفیه معمول باید بهبود یابد و سیستمهای تصفیه و تکنولوژی نوین دیگری به خدمت گرفته شوند . اگر قرار باشد پیشرفت مهمی در تحلیل و کاربرد فرآیندهای موجود و جدید حاصل شود باید روشهای پیشرفته تری برای شناسایی مشخصه های مورد نظر بکار گرفته شود . گر چه اغلب مواد آلی حاضر در فاضلابهای انسانی را می شود
تصفیه کرد ،ولی فاضلاب صنعتی با بهره گیری از فرآیندهای معمول حاضر ، قابل تصفیه نیستند و یا فقط کمی تصفیه می شوند ، به علاوه در بسیاری از موارد ، از آثار دراز مدت زیست محیطی حضور اینگونه مواد اطلاعاتی در دسترس نیست و یا اطلاعات موجود ناچیز است . در بعضی از موارد ممکن است برای حفظ اینگونه آلاینده ها ، قبل از تخلیه به داخل شبکه جمع آوری ، کنترل بیشتر در منبع تولید ضرورت پیدا کند.
تصفیه فاضلاب در مجاورت باکتریهای هوازی :
اگر در حین تجزیه مواد ، اکسیژن به مقدار لازم و به طور مرتب به فاضلاب برسد باکتریهای هوازی عمل تجزیه را شروع نموده و عمل مینماید . چنانکه ملاحظه میشود ابتدا مواد آلی ازت دار تبدیل به آمونیاک و سپس به نیتریت و نیترات میگردد . نیترات ها که در واقع جزو مواد غذایی بسیار مناسب برای گیاهان محسوب میشود توسط گیاه جذب و باعث رشد بهتر آنها میگردد . از طرفی خود گیاهان نیز توسط حیوانات خورده شده و در ساختمان سلولهای بدن آنها کمک مینماید . مواد آلی فوق دوباره به صورت مواد آلی پس مانده دفع شده و این گردش بیانتها از نو آغاز میشود . در تمام این تحولات اکسیژن برای تنفس موجودات زنده و همچنین سایر تغییرات و تبدیلات شیمیایی دیگر و به منظور تثبیت مواد کربنی و سولفوری بصورت کربناتها و سولفاتها لازم است .
تصفیه و تجزیه فاضلاب در مجاورت باکتریهای غیر هوازی :
زمانیکه اکسیژن در مجاورت فاضلاب نباشد ، باکتریهای هوازی دیگر قادر به ادامه حیات و استفاده از مواد غذائی نخواهند بود . در چنین حالتی باکتریهای غیرهوازی که قادر به استفاده از اکسیژن مواد آلی هستند وارد میگردند . بدین ترتیب تجزیه مواد در اثر وجود باکتریهای غیرهوازی ، سبب بوجود آمدن اسیدهای آلی ، کربناتهای اسیدی ، اکسید کرین و هیدروژن سولفوره شده و در مرحله بعدی آمونیاک ، کربناتهای اسیدی اکسید کربن و سولفیتها بوجود میآیند . در مرحله نهایی تجزیه و تخمیر ، آمونیاک ، متان ، اکسید کربن و
سولفیتها بوجود میآیند . در مرحله نهایی تجزیه و تخمیر ، آمونیاک ،متان ، اکسید کربن و سولفیت ها تولید میگردند . در تصفیه خانه های فاضلاب ، حوضهای هوارسانی ، واحد اصلی در تجزیه و تصفیه فاضلاب یعنی از بین بردن مواد آلی و کاهش مقدار ( بی . او . دی ) میباشد و در واقع در این واحد است که تصفیه در مجاورت باکتریهای هوازی انجام میگیرد . تجزیه و تخمیر مواد لبنی که در آنها هوا دمیده نمیشود را هضم لجن مینامند که توسط باکتریهای هوازی و در مخازن هاضم انجام میپذیرد و تولید گازهای متان و اکسید کربن مؤید چنین تخمیری است .
لزوم آزمایشات فاضلاب :
فاضلاب را به منظور زیر آزمایش تحلیلی میکنند .
الف) تعیین و تشخیص مواد متشکله اش که اطلاع از آن در رفع مشکلات تصفیه خانه سودمند است .
ب) تصمیم در انتخاب نوع وسائل و روش تصفیه
ج) تنظیم و کنترل هر یک از واحدهای تصفیه خانه در جریان تصفیه فاضلاب
د) تعیین مشخصات فاضلاب خروجی و مقایسه آن با مشخصات فاضلاب ورودی برای اطلاع از بازده تصفیه خانه .
آزمایش تحلیلی فاضلاب :
آزمایشاتی که از فاضلاب بعمل میآید شامل آزمایشهای فیزیکی ، مطالعات بهداشتی ، آزمایشهای شیمیایی و بالاخره آزمایشهای زیستی است . مجموع تمام آزمایشهای شیمیایی و بالاخره آزمایشهای زیستی است .
مجموع تمام آزمایشهای معمول در کار فاضلاب را آزمایش تحلیلی فاضلاب مینامند .
آزمایش فیزیکی :
آزمایش های فیزیکی برای تعیین درجه حرارت ، رنگ ، بو . تیرگی فاضلاب است . اطلاع از درجه حرارت از نظر بازده عملیات واحدها بسیار مهم است . رنگ فاضلاب در تشخیص ظاهری و فوری آن کمک میکند فاضلاب تازه به رنگ خاکستری است ، رنگهای تیره و سیاهدال بر کهنگی فاضلاب و مطمئناً همراه با تعفن است . بوی فاضلاب نیز ناشی از ماندگی فاضلاب است ، همانطور که تیرگی آن نتیجه کهنگی میباشد البته
باید توجّه داشت که فاضلاب اصولا تیره میباشد ولی فاضلاب کهنه تیرگیش شدیدتر است .
آزمایشات شیمیایی :
آزمایشات شیمیایی که در واقع اساسی ترین آزمایشات فاضلاب محسوب میشود به شرح ذیل است :
الف) تعیین خاصیت اسیدی و یا قلیایی
ب) مواد متشکله
ج) اکسیژن محلول ،
د) شدت آلودگی
آزمایشات زیستی :
در فاضلاب انواع مختلف موجودات ریز ذره بینی یافت میشوند . کوچکترین آنها از نوع ویروسی است که با میکروسکوپهای قوی نیز دیده نمیشوند . پس از ویروس ها باید از باکتریها نام برد که معمولاً با کمک میکروسکوپهای بسیار قوی قابل رویت است . دست سوم را موجودات ریز ذره بینی تشکیل میدهند که با
میکروسکوپهای عادی هم میتوان آنها را دید .
