به مصداق جمله معروف نبوی :
" من لم یشکر المخلوق لم یشکر الخالق "
و به منظور سپاس گذاری از الطاف بیکران الهی ،در ابتدای نگارش این پژوهش وظیفه خود میدانیم مراتب سپاس و تشکر خود را از کلیه کسانیکه بنحوی ما را در انجام این پژوهش یاری نموده اند ابراز داریم .
بویژه از استاد بزرگوار جناب آقای مهندس حسن هوشی و جناب آقای مهندس حسین مظاهری ریاست محترم دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک ( مجتمع قنات ) که در طول انجام پژوهش همواره زحمات فراوانی را متحمل گردیده اند صمیمانه تشکر و قدردانی می نماییم .
تشکر و قدردانی :
حتی در پیمودن راهی کوتاه از مسیر لایتناهی علم نیز به همراهی و همدلی نیازمندیم . عزیزان بسیاری مر در طی این مسیر یاری کرده اند ،تشکر از تمامی این عزیزان تنها قطره کوچکی در برابر دریای محبت آنان است .
با تقدیر و تشکر از مدیر عامل محترم صنایع چوب و کاغذ مازندران جناب آقای مهندس اصلانی و مدیریت محترم خط تولید جناب آقای مهندس خواجه وند و مدیریت محترم واحد تامین آب و پساب صنعتی جناب آقای مهندس اصغرنژاد .
همچنین با تقدیر و تشکر از مدیرعامل محترم صنایع چوب و کاغذ تالش جناب آقای مهندس احمدی و مدیریت محترم واحد تصفیه فاضلاب جناب آقای مهندس کلبادی .
چکیده
تصفیه بیولوژیکی پساب کارخانه چوب و کاغذ
توسط :
رضا رهنما – سید مجید ستاره
با توجه به آلاینده بودن مواد شیمیایی فاضلاب برای جلوگیری از نشر هرگونه آلودگی از طریق رودخانه ها به بسترهای آبی و جهت جلوگیری از انتقال هرگونه عوامل مسمومیت به آبزیان منطقه و با توجه به این که استفاده از عوامل شیمیایی نظیر لخته سازهای شیمیایی و یا پلیمری بخودی خود موجب افزایش هزینه تصفیه فاضلاب میگردد ،لذا استفاده از فیلترها و رآکتورهای بیولوژیکی پدیده نوینی جهت مقابله با عوامل آلاینده زیست محیطی میباشند . زیرا بازدهی مناسب و کاهش هزینه های مصرف مواد شیمیایی موجب بهبود یافتن روش های تصفیه میگردد .
اساس کار این روش استفاده از میکروارگانیزمهای بی هوازی ،با بسترلجن فعال جهت هضم و حذف ترکیبات آلاینده آلی فاضلاب میباشد . در این پروژه مطالعاتی در زمینه استفاده از لجن فعال بستر مرداب و حوضچه های ته نشینی جهت کاهش BOD و COD فاضلاب انجام شد . نمونه های مورد آزمایش به مدت 22 روز در کشت بی هوازی مورد آزمایش قرار گرفتند ،نتایج رضایتبخشی حاصل شد گرچه جهت بهبود شرایط بیولوژیکی و زیست محیطی میکروارگانیزمها ،مواد غذایی غنی بمیزان 1/0 درصد استفاده گردید .
نتایج بدست آمده از بستر مرداب ما را بر آن داشت که نسبت به استفاده از آن در یک برج آکنده جهت کشت ارگانیزم بصورت فیلم برآییم ،تا روند تجزیه ترکیبات آلی را در برج آکنده فوق مورد بررسی قراردهیم . نتایج پژوهشی نشان میدهد ،استفاده از برج اکنده موفقیت های چشمگیری را جهت تصفیه بیولوژیکی کارخانجات چوب و کاغذ به ارمغان خواهد آورد .
این موضوع ما را بر آن داشت که آزمایشات مختلفی را با انواع پساب تولید شده در کارخانه چوب و کاغذ به کمک بستر لجن فعال انجام داده و نتایج بدست آمده را مورد بررسی و مقایسه قرار دهیم . در ادامه تحقیقات ،مطالعات انجام شده در مورد تصفیه پساب در دنیا و کارهای انجام شده در این زمینه را مورد بررسی قرار داده و میزان پیشرفت تکنولوژی دنیا و تکنولوژی تصفیه پساب صنایع چوب و کاغذ در کشور ما را مورد ارزیابی قرار می دهیم .
مقدمه
اهمیت کاغذ و محصولات ساخته شده در دنیای مدرن امروز برای همه معلوم و مشهود است . هیچ محصولی تاکنون به اندازه کاغذ و مشتقات آن در کلیه فعالیتهای بشر امروزی نقش موثر و تداوم بخشی نداشته است . محصولات کاغذ در بایگانی و ذخیره اطلاعات ،تحریر ،چاپ ،هنر ،تبلیغات ،بسته بندی و ... به صورت نامحدود بکار گرفته می شود . به همین دلیل شاهد تحقیقات و پیشرفت در تمام زمینه های تکنولوژی تولید خمیر و کاغذ در جهان می باشیم و امروزه کمپانی های بزرگ در این صنعت رقابت تنگاتنگی در رابطه با ارائه محصولات متنوع تر و قابل عرضه تر به بازار مصرف داشته و در عین حال با کم کردن هزینه در مصارف انرژی مواد و نیروی انسانی سعی در دست گرفتن بازار و کنار زدن رقبای دیگر می باشد . علاوه بر اینها صنعت کاغذسازی در ایجاد فرصتهای جدید شغلی و بکارگیری نیروهای مجرب و نیمه مجرب نقش موثری را ایفا می نماید .
یکی از فاکتورهای شاخص پیشرفت یک کشور مصرف سرانه کاغذ می باشد . برای مثال آمار موجود گویای آن است که کشور آمریکا با مصرف سرانه 226 کیلوگرم بیشترین مصرف و کشور کنیا با مصرف سرانه زیر 1/0 کیلوگرم کمترین مصرف را داشته اند . کشور ما با مصرف سرانه 14 کیلوگرم در ردیف نیمه پایین این جدول قرار دارد .
همه صنایع ،هم به صورت جامد و هم به صورت مایع ،فاضلاب تولید می کند . بخش مایع این فضولات ،یا فاضلاب اساساً 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 مسکو-نی ،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 گاز-های بدبو شود . علاوه بر آن ،فاضلاب تصفیه نشده معمولاً حاوی میکروارگانیزمهای بیماریزای فراوانی است که در دستگاه گوارش انسان زندگی می کنند و یا در برخی فضولات صنعتی موجودند . فاضلاب ،شامل مواد مغذی نیز هست که می تواند سبب تحریک رشد گیاهان آبزی شود ، وممکن است ترکیبات سمی نیز داشته باشد ،بنابه این دلایل انتقال سریع و بدون دردسر فاضلاب از منابع تولید ،و سپس تصفیه و دفع آن نه فقط مطلوب بلکه در جوامع صنعتی ضروری است .
فاضلابی که از شهرها و قصبات جمع آوری می شود نهایتاً باید به آبهای موجود و یا به زمین بازگردد . باید در هر حالت به سوال پاسخ داده شود که چه مواد آلوده کننده ای در فاضلاب و به چه مقدار باید حذف شود تا سلامت محیط حفظ گردد ،این عمل مستلزم یررسی شرایط و نیازهای محلی همراه با کاربرد اطلاعات علمی و قضاوت مهندسی بر اساس آخرین تجارب و رعایت شرایط و مقررات ایالتی و کشوری میباشد .
اگر چه از زمانهای قدیم به جمع آوری آبهای سطحی و زهکشی مبادرت ورزیده شده است ولی جمع آوری فاضلاب به اوایل قرن 18 میلادی مربوط می شود . تصفیه اصولی فاضلاب از اواخر قرن 18 و اوایل قرن 19 میلادی آغاز شد. در نیمه دوم قرن نوزدهم با تکامل تئوری میکروبی توسط Koch و Pasteur عصر جدیدی در زمینه بهداشت آغاز گشت قبا از این تاریخ اثر آلودگی در ایجاد بیماریها ناشناخته بوده و از علم در حال تکامل میکروب شناسی نیز برای تصفیه فاضلاب کمتر استفاده میشد .
در اواخر قرن هیـجدهم در آمریکا بخاطر عدم وجود مشکل تخـلیه فاضلابها در آبها (مانند اروپا) و بخاطر وجود زمین های وسیع و مناسب برای تخلیه چندان اهمیتی داده نمیشد . در اوایل قرن نوزدهم توجه به امر بهداشت باعث شد تا نیاز به اتخاذ تصمیمات موثر در زمینه فاضلاب بیشتر احساس شود .
در طـول 20 تا 30 سال گذشته تعداد صنـایعی که فاضـلابهای خود را در شبـکه فاضلاب خانگی تخلیه می کنند بطور فزاینده ای افزایش یافته است . بخاطر اثرات سمی ناشی از وجود این فاضلابها مسئله اصلی ترکیب فاضلاب صنعتی و فاضلاب خانگی مجدداً مورد ارزیابی قرار گرفته است . در آینده در بسیاری از جوامع این فاضلابها در تاسیسات جداگانه ای تصفیه شده و یا قبل از تخلیه در شبکه فاضلاب شهری به نحوی که اثرات زیان آور خود را از دست دهند ،تحت تصفیه مقدماتی قرار میگیرند .
حفظ و سلامت منابع آبی موجود و استفاده بهینه از آنها سبب شده است که مسئله تصفیه فاضلاب ها ی صنعتی قبل از تخلیه به رودخانه ها بیش از پیش مورد اهمیت قرار گیرد و در این راستا محدودیت قوانین ومقررات محیط زیستی در حال افزایش است .
حذف آلاینده ها در فاضلاب صنعتی به طور کلی به روشهای فیزیکی ،شیمیایی و بیولوژیکی و یا ادغامی از آنها انجام می پذیرد که در اینصورت به ترتیب به آنها تصفیه مقدماتی ،ثانویه و نهایی اطلاق می گردد . در تصفیه فیزیکی عملیاتی همچون آشغالگیری ،اختلاط و ته نشینی و در تصفیه شیمیایی عملیاتی همچون تزریق مواد شیمیایی ،ضدعفونی کردن و جذب سطحی انجام می شود . در تصفیه بیولوژیکی نیز با ایجاد محیطی مناسب برای رشد و نمو میکروارگانیزمها و فعالیت های بیولوژیکی حذف مواد آلی با قابلیت تجزیه پذیری بیولوژیکی انجام می شود .
شرایط اقلیمی ،موقعیت جغرافیایی ،پارامترهای کمی – کیفی فاضلاب و مورد استفاده پساب تصفیه شده از عوامل مهم در انتخاب سیستم تصفیه فاضلاب محسوب می شوند . در هنگام احداث تصفیه خانه فاضلاب های صنعتی معیارهایی اساسی می بایست مد نظر قرار گیرند :
- امکان توسعه تصفیه خانه در آینده
- شرایط و ساختمان خاک
- فواصل ساختمان های اداری و مسکونی
- ظاهر محل تصفیه
- توپوگرافی محل
- سیلاب گیری محل تصفیه خانه
- جهت بادهای غالب
- امکان دسترسی به منبع انرژی و آب
- امکان حمل و نقل به تصفیه خانه
- امکان دفع و یا استفاده از پساب تصفیه شده و لجن های حاصله
فصل اول
منابع تولید فاضلاب در صنایع چوب و کاغذ
کارخانجات صنایع چوب و کاغذ به منظور تولید سالیانه چندین هزار تن کاغذ فلوتینگ ،کاغذ روزنامه و چاپ و تحریر دارای واحدهای مختلفی می باشد که هر واحد به طور مستقل در زمینه تولید فاضلاب نقش دارند که به طور کلی فاضلابی از این واحد ها تولید میشود که جهت تصفیه آن نیاز به واحدی در انتهای خط تولید یه نام واحد تصفیه پساب می باشد . در ادامه به منظور آشنایی با فرایند تولید کاغذ به معرفی واحدهای تولید کاغذ می پردازیم :
1.واحد آماده سازی چوب ، تولید و انتقال خرده چوب Wood & Chip Handing
2.واحد تولید خمیر Pulp Plant
3.واحد ماشین کاغذ Paper Machine plant
4.واحد بازیابی و آماده سازی مواد شیمیایی Chemical Recovery , Conversation & prepration
5.واحد تبخیرEvaporation
6.واحد بویلر بازیابی Recovery Boiler
7.واحد تولید هوای فشرده و آب DM
1-1- منابع تولید فاضلاب در کارخانه
درهر صنعتی بدلایل مختلف،زایدات صنعتی چه بصورت مواد جامد و یا بشکل محلول در آب فاضلابهای صنعتی را بوجود میاورند.نشتی پمپها ،سرریز تانکها و آب شستشوو...بوجود آورنده فاضلاب صنایع چوب و کاغذ ایران میباشند. در صنعت کاغذ،مقدار زیادی آب برای شستشوی خمیر استفاده میشود و حاصل کار تولید فاضلاب زیاد است.
1-1- الف - منابع تولید فاضلاب در واحد پخت
1)نشت پمپهای انتقال لیکور سیاه
2)کندانس حاصل از گازهای آلوده قابل چگالش
3)سرریز تانک محلول پخت (لیکور سفید)
1-1- ب - منابع تولید فاضلاب در قسمت آماده سازی خمیر
1)نشت پمپهای انتقال خمیر
2)سرریز مخزن تصفیه
1-1- ج - منابع تولید فاضلاب در واحدهای ماشین کاغذ
1)توری ماشین کاغذ
2)فیلتر خلأ استوانه ای
3)آبگیری توسط پرس نمدی
1-1- د - منابع فاضلاب درواحد بازیابی مواد شیمیایی
1)آبگیری لجن آهک در فیلتر خلأ دورانی
2)فاضلاب حاصل از تبخیر کننده های لیکور سیاه با چگالش آلوده
3)نشت پمپهای لیکور سیاه و لیکور سفید
4)سرریز تانکها
1-1- هـ - منابع دیگر
1)آب خنک سازی دستگاههای موجود درواحد تهیه چیپس و آب محوطه که در کانالهای مخصوص جمع آوری شده و بعنوان آب آبیاری استفاده میشود.
2)در واحد تصفیه آب،فاضلاب حاصل از بازشویی فیلترهای شنی و لجن کلاریفایر وارد کانال فاضلاب قلیایی میشود.
3)در قسمت تصفیه ثانویه آب برای دیگهای بخار،هنگام احیای رزینهای آنیونی و کاتیونی از سود و اسید کلریدریک استفاده میشود که فاضلاب این قسمت نیز وارد کانال فاضلاب قلیایی میشود و چون دایمی نیست موجب ایجادشوکهای شدید PHمیگردد.
1-2- تقسیم بندی انواع فاضلابهای تولید شده در کارخانه چوب وکاعذ
بطور کلی میتوان فاضلابهای تولید شده در کارخانه را به سه دسته تقسیم بندی کرد.
1-2- الف - فاضلاب قلیایی کارخانه
این فاضلاب از قسمتهای پخت و تهیه خمیر و بازیابی مواد شیمیایی بوجود می آید قسمتی از این فاضلاب ناشی از نشت پمپهای مختلف،در طول فرآیند تولید میباشد. این فاضلاب از لحاظ کیفیت دارای غلظتهای متفاوت است.
فاضلابهایی که در طول خط تولید وارد کانال قلیایی میگردند و دارای آلودگی بالایی هستند،عبارتند از:
1)فاضلاب حاصل از نشت پمپهای انتقال دهنده لیکور سفید به برج پخت که فاضلاب این قسمت حاوی محلول سولفید سدیم وسودسوزآور است.
2)فاضلاب حاصل از سرریز تانک تصفیه که این فاضلاب لیکور سیاه رقیق بوده که همراه خود الیاف ریز را وارد کانال قلیایی مینماید.
3)نشت پمپهای لیکور سیاه غلیظ که لیکور را جهت بازیابی به کوره پمپاژ میکند.
4)فاضلاب حاصل از آبگیری لجن آهک
5)فاضلاب ناشی از شستشوی گازهای آلوده مثل مرکاپتانها و هیدروژن سولفوره و دیگر ترکیبات سولفوره که وارد کانال قلیایی میگردد.
6)فاضلاب حاصل از تبخیرکننده ها
7)فاضلاب حاصل از بازشویی
8)رزینهای آنیونی و کاتیونی که به کانال فاضلاب قلیایی وارد میشود.
9)فاضلاب ناشی از نشت پمپهای انتقال لیکور سیاه رقیق
10)سرریز تانک لیکور سفید
1-2- ب - فاضلاب الیافدار کارخانه
این فاضلاب از فرآیندهای شستشوی خمیر،پرسها،خشک کنها و مخازن خمیر تولید میگردد،حاوی مقدار قابل ملاحظه ای الیاف و مواد شیمیایی مثل آلوم،اسید ورزین میباشد.فاضلابهای قلیایی و الیافدار تولید شده در فرآیند توسط کانالهای فرعی به کانال اصلی فاضلاب قلیایی و فاضلاب الیافدار منتقل شده و از طریق این دوکانال به تصفیه خانه فاضلاب هدایت میشوند. دو مرحله پیش تصفیه فیزیکی بصورت آشغالگیر در مسیر این دو فاضلاب قرار گرفته است که تکه کاغذهای پاره شده را از فاضلاب جدا میکند.فاضلاب الیافدار به کلاریفایر هدایت شده و فاضلاب قلیایی به حوض ته نشینی اول منتقل میگردد.
فصل دوم
اصول کلی در تصفیه پساب
2-1- پارامترهای فیزیکی – شیمیایی فاضلابها
غلظت کل جامدات TDS
عبارتست از کل موادی که پس از تبخیر نمونه پساب در درجه حرارت 103 الی 105 در جه سانتیگراد باقی می ماند . کل جامدات به دو دسته کلی جامدات معلق (با قطر حداقل 1 میکرون) و جامدات کلوئیدی و محلول (با قطر کمتر از 1 میکرون) تقسیم می شوند . همچنین دسته بندی های فوق نیز بر اساس فراریت با حرارت دادن نمونه تا 600 درجه سانتیگراد انجام می شود ،بطوری که آنچه در اثر تبخیر باقی می ماند بخش معدنی وآن بخش از جامدات که به شکل گاز از ظرف خارج شده به عنوان بخش آلی محسوب می گردند .
بو
بو در فاضلابها معمولاً به دلیل تجزیه مواد آلی حاصل می گردد . هر چه فاضلاب بیشتر در شرایط سپتیک قرار داشته باشد ،بوی آن زننده تر است .
رنگ
معمولاً هر چه فاضلاب کهنه تر باشد رنگ آن تیره تر خواهد بود . وجود مواد آلی گوناگون باعث ایجاد رنگهای متفاوت در فاضلاب می شود .
درجه حرارت
دمای فاضلابها به دلیل فعل و انفعالات بیوشیمیایی معمولاً کمی بیش از درجه حرارت
آب مصرف شده می باشند . بر حسب شرایط جغرافیایی ،درجه حرارت متوسط سالیانه فاضلابها حدوداً 10 الی 21 درجه سانتیگراد تخمین زده می شود .
چربی و روغن
ترکیباتی از الکلها یا گریسرل با اسیدهای چرب می باشند . چربیها ترکیبات
آلی پایدار می باشند که به سختی توسط میکروارگانیزمها تجزیه می شوند و ایجاد لختلال در فعالیت های بیوشیمیایی می کنند .
PH
پارامتر مهمی جهت انجام واکنشهای شیمیایی و بیوشیمیایی محسوب می شود .
BOD 5
جهت تعیین معیار آلودگی مواد آلی در فاضلابها مورد استفاده قرار می گیرد .
COD
جهت تعیین معیار آلودگی در فاضلابها مرد استفاده قرار می گیرد . مقدار COD فاضلابها معمولاًبیش از BOD 5 می باشد . زیرا با این پارامتر می توان کل موادی را که هم بصورت شیمیایی و هم بصورت بیوشیمیایی قابل اکسید شدن هستند مورد اندازه گیری نمود .
ترکیبات نیتروژن و فسفر
وجود مقادیر کافی این ترکیبات جهت انجام واکنشهای بیوشیمیایی و رشد کافی
میکروارگانیزمها ضروری می باشد .
قلیائیت
جهت انجام واکنشهای شیمیایی و بیوشیمیایی و نیز کنترل PH فاضلاب غلظت قلیائیت پارامتر کنترل کننده مهمی می باشد .
غلظت مواد سمی
وجود این مواد واکنشهای بیوشیمیایی را مختل می کند و می بایست قبل از ورود فاضلاب به واحد بیولوژیکی غلظت این مواد تا حد مطلوب و بی خطر برای میکروارگانیزمها کاهش یابند .
اکسیژن محلول
جهت انجام واکنشهای بیولوژیکی هوازی ،وجود غلظت کافی از اکسیژن محلول در فاضلاب ضروری می باشد
2- 2- تصفیه فیزیکی
نوعی از تصفیه است که در آن از یک رشته فرآیندهای فیزیکی برای جداسازی مواد معلق موجود در فاضلاب استفاده میشود . این فرآیندهاعموماً عبارتند از : آشغالگیری اختلاط ،انعقاد ،ته نشینی ،شناورسازی و صاف کردن باید توجه داشت که در هر یک از روشهای نامبرده ،کم و بیش تصفیه بیولوژیکی نیز بصورت خود بخود و توأم با تصفیه فیزیکی انجام میگیرد ولی در برابر تصفیه فیزیکی میزان و اثر آن کمتر است .
2-2-الف - آشغالگیرها
اولین واحد هر تصفیه خانه ای از آشغالگیرها تشکیل شده است . آشغا-لگیرها اشکال مختلفی همچون لوله های موازی ،صفحات سوراخ دار ،تورهای مشبک و غیره می توانند داشته باشند و جهت محافظت از پمپ ها و تجهیزات مکانیکی واحدهای پایین دست و جلوگیری از مسدود شدن کانالها و لوله ها مورد استفاده قرا می گیرند . آشغالگیرهای میله ای بسیار متداول می باشند و بر حسب فاصله بین میله ها به سه دسته آشغالگیرهای ریز ،متوسط و درشت تقسیم می شوند .
راندمان حذف اجسام توسط آشغالگیرها بستگی به فاصله میله ها ،نوع آشغالگیر ها و مقدار آن در فاضلاب مورد نظر دارد . در شکل 1 (ضمیمه) میزان حذف متوسط اجسام در مقابل فاصله بین میله مشخص شده است .
2-2- ب - واحد چربی گیری
هدف از انتخاب این واحد در سیستم تصفیه فاضلاب صنعتی جداسازی چربی و روغن
و مواد شناور از فاز مایع می باشد . روغن و چربیها به دو دسته کلی شناور و با آزاد و امولوسیونی یا محلول تقسیم می شوند . از جمله اثرات منفی حضور چربیها و روغنها در فاضلابها ،می توان به موارد زیر اشاره نمود :
- کاهش سطح مقطع لوله ها و کانالها
- جلوگیری از عبور نور و کاهش سرعت انتقال اکسیژن
- جلوگیری از رشد موجودات آبی همچون ماهیها
- احتمال خطر آتش سوزی در مسیر انتقال
- مزاحمت در فرایندهای تصفیه آب
- ایجاد اشکال در سیستمهای بیولوژیک
- بد منظره نمودن سطح رودخانه ها
روشهای جداسازی و کاهش غلظت روغن و چربیها عموماً عبارتند از :
- جداسازی ثقلی
- شناورسازی با هوای محلول
- انعقاد ،لخته سازی و به دنبال آن شناورسازی یا ته نشینی
- فیلتراسیون
- جذب سطحی توسط کربن فعال
- فرآیندهای غشایی
- تصفیه بیولوژیکی
که با توجه به راندمان حذف ،سه روش اول مصارف زیادی در تصفیه خانه ها دارند . در چربی گیر های ثقلی با ایجاد حالتی لمینار ،روغن و چربیهای آزاد به حالت شناور درآمده و از فاز مایع جدا می شوند .
جدول 2-1:مبانی طراحی چربی گیرهای ثقلی API
عمق (h) 3 –8 ft
عرض (w) 6 –20 ft
عرض / عمق (h / w) 0.3 – 0.6
بار سطحی 0.4 – 1.6 gal / ft2 . min
سرعت افقی حداکثر 3 ft / min
زمان ماند 45 – 90 min
راندمان حذف 70 – 90 %
در روش جداسازی با هوای محلول ،در ابتدا هوا تحت فشار چندین بار در فاضلاب محلول شده است و سپس با کاهش فشار تا حد فشار اتمسفری ،روغن و چربیهای محلول به همراه حبابهای هوا به حالت شناور در می آیند . در این نوع چربی گیرها تزریق مواد شیمیایی همچون آلوم نقش موثری در جذب بهتر حبابهای هوا و در نتیجه شناورسازی بیشتر روغن و چربیها و نیز کاهش BOD فاضلاب بعهده دارند
شکل 2-1 : نمای کلی از یک واحد چربی گیری
جدول 2-2 :مبانی طراحی چربی گیر با هوای محلول DAF
نسبت هوا به جامدات (A / S) 0.01 – 0.06
بار سطحی (2.44-9.76 m3/m2.hr) 1-4 gal / min .ft2
زمان ماند تانک اشباع 2 – 5 min
زمان ماند تانک شناورسازی 20 – 60 min
فشار تانک اشباع 275 – 350 Kpa
راندمان حذف 75 – 95 %
در واحد های بزرگ برای محلول سازی هوا ،بخشی از فاضلاب خروجی در تماس با هوا تحت فشار قرا می گیرد و جریان برگشتی قبل از ورود به تانک شناورسازی با جریان ورودی مخلوط می شود .
2-2- ج - مخازن متعادلساز
هدف از متعادلسازی ،به حداقل رسانیدن و یا کنترل نوسانات کیفی و کمی فاضلابها جهت ایجاد شرایطی مطلوب برای فرآیند تصفیه می باشد . اندازه و نوع این مخازن بر حسب کمیت و تنوع در جریانهای فاضلاب متغیر خواهد بود .
وجود این واحد در تصفیه خانه فاضلابهای صنعتی سبب می شود تا علاوه بر حذف یا کاهش شوکهای هیدرولیکی و در نتیجه جلوگیری از اختلال در انجام واکنشهای بیولوژیکی و شیمیایی ،طراحی تصفیه خانه براساس ظرفیت متوسط انجام گیرد . از جمله فواید دیگر مخازن متعادلساز می توان به موارد زیر اشاره نمود :
- امکان تنظیم PH
- امکان تزریق صحیح مواد شیمیایی به دلیل ثابت ماندن دبی
- پیش هوادهی و جلوگیری از انتشار بوهای نامطلوب
- دفع برخی ترکیبات فرار
مخازن متعادلساز به دو نوع online و offline تقسیم می شوند که در نوع اول تمام فاضلاب در طی زمان مشخصی مخلوط می گردند ولی در نوع دوم بخشی از فاضلاب به این مخازن وارد می گردد . در مواردی که نوسانات و شوکهای سیستم فقط کمی هستند کاربرد مخازن offline اقتصادی تر خواهد بود .
2-3- تصفیه شیمیایی
نوعی از تصفیه است که در آن حذف یا تبدیل عوامل آلوده کننده توسط افزودن مواد شیمیایی و یا سایر واکنشها صورت میپذیرد و یا خصوصیت شیمیایی فاضلاب تغییر داده میشود . فرآیندهای شیمیایی عموماً با فرآیندهای فیزیکی و یا بیولوژیکی همراه هستند و فرآیندهایی همچون انعقاد و لخته سازی ،جذب سطحی و ضدعفونی کنندگی را شامل می شوند .
در فرآیند انعقاد و لخته سازی به کمک مواد شیمیایی ،مواد معلق سبک و بویژه مواد نیمه محلول و کلوئیدی شکل بصورت لخته ها و قطعات بزرگی درمیآیند و در اثر نیروی ثقل ته نشین می شوند . در این فرآیند تا حدود 90-80 درصد مواد معلق ،70-40 درصد BOD5 ،60-30 درصد COD و 90-80 درصد انواع باکتریها از فاضلاب جدا می شوند . در فرآیند جذب سطحی ،با استفاده از برخی از مواد همچون کربن فعال می توان ذرات معلق و محلول موجود در فاضلاب را جذب نمود . استفاده از اینگونه مواد بویژه برای رنگ زدایی بعضی از انواع پسابها مفید خواهد بود .
ضدعفونی کنندگی به فرآیندی اطلاق می شود که در آن میکروارگانیزمهای مولد بیماری بواسطه مکانیزم های تخریب دیواره سلولی ،تغییر در قابلیت نفوذ سلولی ،تغییر در ماهیت کلوئیدی پروتوپلاسم و جلوگیری از فعالیت آنزیمها نابود می شوند . استفاده از مواد شیمیایی همچون ترکیبات کلروازن مصارف زیادی در ضدعفونی کنندگی فاضلابها دارند .
فرآیندهای شیمیایی که در تصفیه خانه ها مورد استفاده قرار می گیرند عموماً شامل مراحل انعقاد ،لخته سازی ،و ته نشینی می باشند لذا در ادامه به بحث در مورد واحدهای مذکور و بررسی انواع منعقدکننده ها پرداخته خواهد شد .
2-3- الف - انعقاد در فرآیندهای شیمیایی و تعیین ماده شیمیایی مناسب
فرآیند انعقاد جهت جداسازی موا دآلاینده در فاضلابها در حالات معلق و یا کلوئیدی مورد استفاده قرار می گیرد . مواد کلوئیدی با اندازه 1-1/0 نانومتر را به دلیل هم بار بودن و دفع یکدیگر نمی توان توسط فرآیندهای فیزیکی از فاضلاب جدا نمود .
کلوئیدها در اثر وجود نیروهای الکترواستاتیک دافعه در حالت پایدار می باشند و با افزودنکاتیونهایی با عدد والانس بالا می توان با کاهش پتانسیل زتا و خنثی نمودن بار منفی کلوئیدها ،پایداری آنها را از میان برد . ذرات بی بار شده در اثر برخورد و تماس با مواد شیمیایی اضافه شده (منعقد کنندها یا کمک منعقدکنندها) به یکدیگر چسبیده و تشکیل فلوکهایی با وزن مخصوص بیش از آب می دهند و در نتیجه قابلیت ته نشین شدن را به دست می آورند .
انتخاب ماده منعقدکننده و مواد مناسب دیگر جهت انعقاد و لخته سازی بهتر توسط روش جارتست انجام می گیرد . معمولاً مواد منعقد کننده در محدوده مشخصی از PH عمل می نمایند که می بایست جهت ایجاد شرایط بهینه به آن توجه نمود .
2-3- الف - I - عوامل موثر در انعقاد و لخته سازی
1.PH : هر ماده منعقد کننده در PH مناسبی ایجاد فلوکهای درشت می نماید . PH محیط باید در محدوده های باشد که رسوب ایجاد شده کمترین حلالیت را داشته باشد .
- درجه حرارت : کاهش درجه حرارت محیط سبب می شود تا تمایل فلوکها برای ته نشین شدن کاهش یابد .
2. نوع مواد و ذرات معلق : انعقاد سازی ذرات رنگ مشکل تر از ذرات کدریت است . آبهایی که از نظر کدریت فقیر ولی از نظر رنگ غنی می باشند تولید لخته های سبک تر می کنند که دیرتر ته نشین می شوند . در این موارد استفاده از مواد کمک منعقدکننده مفید خواهد بود . بطور کلی هرچه کدریت و قلیائیت در پساب بیشتر باشد انعقادسازی راحت تر انجام می شود .
3. مقدار ماده جامد : بطور کلی با افزایش مقدار مهده جامد محلول (TDS) در پساب فرآیند انعقادسازی بهتر انجام می گیرد . با افزایش TDS پساب ،مدت زمان همزدن کمتری برای انعقاد و لخته سازی جهت جلوگیری از پایداری مجدد ذرات ریز نیاز است .
2-3- الف - II - منعقد کننده های متداول
در جدول زیر متداول ترین منعقدکننده ها آورده شده است . همچنین جهت انعقادسازی مطلوب در بسیاری از موارد از مواد اکسیدکننده همچون مشتقات کلر و یا مواد وزین کننده همچون خاک بنتئنیت و کربن غعال (در مواردی که کدورت اولیه پساب کم باشد) بعنوان کمک منعقد کننده استفاده می کنند . پلی الکترولیت ها با زنجیره طولانی مولکولی موارد استفاده فراوانی جهت کمک به ته نشینی بهتر را در تصفیه خانه بعهده دارند .
جدول 2-3 : منعقد کننده های متداول
منعقد کننده ها محدوده PH
آلوم 7 – 4
کلرید فریک بیش از 7
سولفات فرو بهمراه هوادهی 11 – 9
سولفات فریک 11 – 8
2-3- ب - واحد اختلاط سریع و پارامترهای طراحی
جهت انجام انعقادسازی کامل ،پراکندگی و پخش یکنواخت مواد منعقد کننده در راکتور ،اختلاط سریع ضروری می باشد . در اینگونه راکتورها عمل اختلاط به گونه ای باید انجام شود که تلاطم کامل بوجود آید . پارامترهای طراحی واحدهای اختلاط سریع ،رمان اختلاط و گرادیان سرعت می باشند . گرادیان سرعت معیاری از سرعت نسبی دو ذره و فاصله بین آنهاست و مفهوم آن بر حسب تحلیل انرژی در واحد حجم بشکل رابطه زیر تعریف می گردد :
G = ( P / V ) ½
V = m3 حجم راکتور
= N.s/m2 ویسکوزیته
P = w انرژی ورودی
G = s-1 گرادیان سرعت
شکل 2-2 : تانک اختلاط سریع
تانکهای اختلاط معمولاً در گرادیان بین 55 تا 1000 و زمان ماند 20 ثانیه الی 2 دقیقه طراحی می شوند .
2-3- ج - واحد فلوکولاسیون یا لخته سازی و پارامترهای طراحی
فلوکولاسیون فرآیندی است که از طریق اختلاط آهسته ،برخورد بین ذرات بی بار شده
از واحد اختلاط سریع ،مهیا شده و ذرات درشت به نام فلوک حاصل می گردند . سرعت فلوکولاسیون تابعی از تعداد ذرات ،حجم مخزن و گرادیان سرعت می باشد . مقادیر کم G با زمانهای ماند کوتاه تولید لخته های کوچک و فشرده و مقادیر بزرگ G با زمانهای ماند طولانی تولید لخته های بزرگتر و سبکتر می نمایند .چون لخته های بزرگ و فشرده در مخازن ته نشینی ،ساده تر حذف می شوند ،تغییر مقدار G در طی عمل فلوکولاسیون می تواند سودمند باشد . فلوکولاتورها معمولاً در گرادیان بین 20 تا 70 و زمان ماند 20 تا 30 دقیقه طراحی می شوند . همچنین جهت محاسبه مساحت پدالهای فلوکولاتور از رابطه زیر استفاده می شود :
P = CD A V3 / 2
C = ضریب دراگ حدوداً 8/1 برای تیغه های مسطح
A = m2 سطح پدالها
= kg/m3 دانسیته سیال
V = m/s سرعت نوک پدالها
سرعت نسبی پدالها در سیال ،حدوداً 7/0 تا 8/0نشان داده شده است که سرعت نوک پدالها با مقادیر 6/0 الی 9/0 متر بر ثانیه علاوه بر ایجاد تلاطم کافی برای برخورد بین ذرات ،باعث شکسته شدن فلوکها نیز نمی شود .
2-3- د - مخازن ته نشینی
هدف از تصفیه بوسیله ته نشینی ،جداسازی جامدات و مواد معلق با قابلیت ته نشینی
مناسب و بطورکلی کاهش غلظت مواد معلق می باشد . جامدات ته نشین شده در قسمت گودتر کف این مخازن (Hopper) توسط نیروی ثقل یا نیروی مکانیکی جمع شده و برای تصفیه بیشتر به واحدهای دیگر انتقال می یابند . مخازن ته نشینی به طور کلی به سه دسته بشرح زیر تقسیم می شوند :
1. مخازن ته نشینی با جریان افقی که در آنها گرادیان سرعت در جهت افقی می باشد .
2. مخازن ته نشینی با تماس لجن که در آنها در اثر عبور فاضلاب از لایه لجنی کف مخزن به سمت بالا و تماس مواد معلق موجود در فاضلاب با لایه لجنی ،بخش عمده ای از مواد معلق در لابه لای لایه لجنی بدام می افتند . این مخازن در شرایط یکسان زمان ماند کمتری نسبت به مخازن نوع اول دارند و عموماً برای لجن های شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند .
- مخازن ته نشینی با سطح شیب دار که در آنها در اثر عبور فاضلاب از میان صفحات شیب دار به سمت بالا با ایجاد شرایط لمینار Laminar و افزایش سطح سرعت ته نشینی افزایش می یابد . بنابراین با نصب صفحات شیب دار در مخازن ته نشینی موجود نیز می توان بار سطحی آنها را افزایش داد .
مخازن ته نشینی به شکلهای مستطیلی ،مربعی و مدور ساخته می شوند . بطور کلی مزایا و معایب مخازن مستطیلی نسبت به مخازن مدور بشرح زیر خلاصه می گردند .
مزایا
- اشغال فضای کمتر در صورت وجود چند مخزن
- صرفه جویی اقتصادی در صورت وجود چند مخزن به دلیل استفاده از دیواره های مشترک و ساخت ساده تر
- ته نشینی بهتر به دلیل طی مسافتهای بیشتر و اتصال کوتاه تر
- افت فشار کمتر
- مصرف انرژی کمتر برای جمع آوری لجن
- سهولت بیشتر در پوشاندن سطح مخازن و کنترل بهتر بو
معایب
- امکان تشکیل فضاهای مرده
- حساس نسبت به تغییرات جریان
- محدودیت در عریض نمودن بدلیل محدودیت در عرض تجهیزات جمع آوری لجن
- امکان نیاز به سرریزهای چند گانه
- هزینه تعمیر و نگهداری بیشتر تجهیزات جمع آوری لجن مانند زنجیرها و پاروها در نوع مستطیلی
جدول 2-4 : پارامترهای طراحی مخازن ته نشینی اولیه
بار سطحی متوسط (بدون برگشت لجن) 32 –48 m3/m2.d
زمان اقامت 1.5 – 2.5 hr
بار سرریزها 125 – 186 m3/m.d
بار جامدات 1.5 – 34 kg/m2.d
میزان حذف مواد معلق 40 – 70 %
میزان حذف BOD 15 – 40 %
طول (مستطیلی) 10 – 100 m
عرض 3 – 24 m
نسبت طول به عرض 1 – 7.5
نسبت طول به ارتفاع 4.2 – 25
ارتفاع 2.5 – 5 m
سرعت لجن روب 0.6 – 1.2 RPM
قطر (مدور) 3 – 60 m
ارتفاع 3 – 6 m
شیب کف 60 – 100 mm/m
سرعت لجن روب 0.02 – 0.05 RPM
[ 2 ]
2-4- تصفیه بیولوژیکی
یکی از روشهای متداول تصفیه فاضلابهای شهری و اغلب فاضلابهای صنعتی
استفاده از فرآیندهای بیولوژیکی است. بطور کلی هدف عمده فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی تجزیه و تبدیل مواد آلی بوسیله میکروارگانیسمها به محصولات ثانویه دیگری است بنحوی که محصولات تولید شده برای محیط زیست بی ضرر و یا براحتی قابل جداسازی باشند . البته در تصفیه بیولوژیک ممکن است تغییرات و تحولات مفیدی مثل حذف و یا کاهش ا زت آمونیاکی و یا کاهش فلزات سنگین همزمان با حذف مواد آلی اتفاق افتد.
مهم این است که در کلیه فرآیندهای بیولوژیک نقش اصلی و حیاتی را میکروارگانیسمها بعهده دارند و در واقع ماشین تصفیه بحساب میایند .در سیستمهای تصفیه بیولوژیک انواع مختلف میکروارگانیسمها فعالیت دارند ولی نقش اصلی بعهده باکتریهاست. در واقع در اثر واکنشهای بیوشیمیایی توسط میکروارگانیسمها،مواد آلی فاضلاب که فساد پذیر است کاهش یافته و یا بطور کلی حذف می گردد. سیستمهای تصفیه بیولوژیک فاضلاب را بروشهای مختلف تقسیم بندی نموده اند:
2-4- الف - تقسیم بندی سیستمهای بیولوژیک از نظر محیط شیمیایی:
سیستمهای هوازی:تکثیر و فعالیت ارگانیزمها در حضور اکسیژن انجام می گیرد
سیستمهای بی هوازی:تکثیر و فعالیت ارگانیزمها در عدم حضور اکسیژن انجام می گیرد
سیستمهای اختیاری(هوازی-بی هوازی):ابتدا اکسیژن را صرف فعالیتهای متابولیکی نموده و سپس در غیاب اکسیژن فعال میشوند.
2-4- ب - تقسیم بندی سیستمهای بیولوژیک از نظر نوع رشد میکروارگانیسمها
سیستمهای رشد تعلیقی:کشت ارگانیزم در محیط فاضلاب بصورت معلق میباشد
سیستمهای رشد فیلمی:کشت ارگانیزم بصورت فیلم و لایه ای بر بستر ثابت است.
2-4- ج - سیستمهای مهم تصفیه فاضلاب از طریق بیولوژیک
سیستمهای تصفیه بیولوژیک فاضلاب را بر حسب نوع محیط بیو شیمیایی و نحوه
رشد میکروارگانیسمها به چهار دسته زیر تقسیم بندی
می نمایند.
سیستمهای هوازی – رشد تعلیقی
سیستمهای بی هوازی – رشد تعلیقی
سیستمهای هوازی – رشد فیلمی
سیستمهای بی هوازی – رشد فیلمی
در تصفیه فاضلاب دو سیستم هوازی رشد تعلیقی و فیلمی از اهمیت خاصی برخوردارند بطوریکه اکثر سیستمهای تصفیه خانه فاضلاب بر اساس یکی از دو سیستم فوق استوارند،ولی در سالهای اخیر سیستمهای بی هوازی نیز کاربرد فراوانی را پیدا کرده است.
در سیستمهای بی هوازی،ارگانیسمها و میکروارگانیسمها،اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه مواد آلی و معدنی موجود در فاضلاب بدست می آورند و بعبارت دیگر این مواد را احیا می کنند. نتیجه این فعالیت تجزیه مواد آلی ناپایدار و تبدیل آنها به نمک های معدنی پایدار و نیز گازهایی از قبیل گاز هیدروژن سولفوره،گاز متان ،گاز کربنیک و ازت است.
فعالیت این ارگانیسمها دو مرحله دارد که در مراحل اول لجن از حالت خنثی شروع به تعفن نموده وPHآن به 5و4 می رسد که به این،مرحله اسیدی گفته میشود و در این مرحله بیشتر ترکیبات آلی کربن دار مورد تجزیه قرار میگیرند و در مرحله دوم که خمیر متانی یا قلیایی نام دارد، لجنPH 7الی 5/7 بوده و در این مرحله علاوه بر ترکیبهای آلی کربندار،ترکیبهای آلی ازت دار نیز تجزیه می شوند.
2-4- ج - I - سیستمهای هوازی- رشد تعلیقی
یکی از متداول ترین روشهای تصفیه هوازی با رشد تعلیقی،فرآیند لجن فعال است. در این
فرآیند، مواد آلی موجود در فاضلاب توسط میکروارگانیسمها در محیط سرشار از اکسیژن تجزیه و حذف میگردند. این فرآیند مشابه فرآیند بیولوژیکی است که در طبیعت انجام میپذیرد با این تفاوت که میکروارگانیسمها در فرآیند لجن فعال در محیط مایع و کنترل شده ای نگهداری میشوند.
فرآیند حذف آلاینده ها شامل مراحل زیر است:
- استفاده میکروارگانیسمها از مواد آلی بعنوان منبع غذایی که سبب تولید میکروارگانیسمهای بیشتر شده که در نهایت ته نشین و خارج میشوند.
- تولید دی اکسید کربن
- تولید آب که همراه فاضلاب تصفیه شده خارج میشود.
- تولید انرژی که میکروارگانیسمها جهت ادامه حیات خود آنرا مصرف میکنند. برای اینکه سیستم لجن فعال بطور مناسب کار کندباید لجن یا توده های سلولی تشکیل شده براحتی در حوضچه ته نشینی جدا شود واین در صورتی انجام خواهد شد که باکتریها با هم بصورت توده ها یا لخته هایی را تشکیل داده تا عملیات ته نشینی با موفقیت انجام شود.
2-4- ج II - سیستمهای هوازی-رشد فیلمی
دیسکهای بیولوژیکی چرخان و صافیهای چکنده از مهمترین انواع این سیستم میباشند این سیستم ها معمولاًبنام بیوراکتورهای با فیلم ثابت نامیده میشوند. بیو فیلم دارای دو قسمت هوازی و بی هوازی است. درفرآیندهای بیو فیلمی ممکن است همزمان با فرآیندهای هوازی،فرآیندهای اختیاری و فرآیندهای بی هوازی اتفاق افتد ولی در مجموع بیشترین فعالیت را در این نوع سیستم ها جهت حذف مواد آلی موجود در فاضلاب را میکروارگانیسمهای هوازی بعهده دارند. در ابتدا ترکیبات
دانلود مقاله تصفیه فاضلاب
