فهرست مطالب

فصل اول- مقدمه و تاریخچه 1

مقدمه. 2

تاريخچه تصفيه آب به روش صنعتي.. 3

فصل دوم – اهمیت تصفیه پسابهای صنعتی.. 7

آب و پساب در صنعت... 8

پساب صنعتي (Industrial Wastewater). 8

مقدار مجاز براي آب مزروعي ( عناصر محلول )11

پارامترهاي مهم.. 11

1- اندازه گيري جريان فاضلاب... 11

2- اندازه مواد جامد ( Total Solid )TS... 11

3- اندازه مواد قابل ته نشيني.. 11

4- تعيين قليائيت :12

5- اندازه گيري مواد آلي.. 12

6-عوامل مؤثر بر غلظت O₂ محلول در آب :13

7- COD(Chemical Oxygen Demand) :14

8- TOC.... 14

9- THOD.... 14

فصل سوم- استاندارد خروجی فاضلاب ها15

الف- تعاريف... 16

ب- ملاحظات کلي.. 16

ج- جدول استاندارد خروجي فاضلابها19

فصل چهارم – انواع روشهای تصفیه فاضلاب... 22

1- روشهاي تصفيه فيزيکي.. 23

2- روشهاي تصفيه شيميائي.. 23

3- روشهاي تصفيه بيولوژيکي.. 23

روشهاي متداول تصفيه فاضلاب صنعتي.. 24

1- تصفيه فيزيکي – شيميايي.. 24

2- تصفيه بيولوژيکي.. 30

2-1 تصفيه بي هوازي.. 33

2-2 تصفيه هوازي.. 39

فصل پنجم- میکروبیولوژی فاضلاب............................................................................... 44

الف - شرايط تغذيه و رشد در جمعيتهاي مخلوط ميکروبي.. 46

ب- اثر دما روي رشد ميکروبي.. 47

ج- اثر درجه اسيديته (PH) روي رشد ميکروبي.. 50

د- نياز رشد ميکروبي به اکسيژن.. 52

ح- منحني رشد ميکروبي.. 52

و- سينتيک رشد بيولوژيکي.. 57

فصل ششم – تصفیه های پیشرفته. 59

1) فاضلابهاي صنعتي ونحوه مقابله با آن.. 60

2) نقش پودر کربن فعال در بهينه سازي سيستمهاي تصفيه فاضلاب صنعتي.. 61

فصل هفتم- استفاده از تالابهای مصنوعی در تصفیه فاضلابهای صنعتی .. 82

1) تالابهاي مصنوعي.. 83

2) ساختار تالابهاي مصنوعي.. 83

3) وظايف اجزاء اصلي تالاب... 87

4) حذف فلزات سنگين در تالاب مصنوعي.. 90

5) تصفيه پساب‌هاي صنعتي توسط تالاب‌هاي مصنوعي.. 91

فصل هشتم- مناسب ترین گزینه فاضلاب صنعتی از دیدگاه مدیریت........................... 93

- هزينه خريد و راه اندازي.. 100

- راهبري و تعميرات نگهداري.. 102

- دفع مواد زايد. 103

- ملاحظات راهبري.. 104

- دفع آب تصفيه. 104

- دفع مواد زايد حاصل از تصفيه فاضلاب... 105

- مزايا وکمبودها106

- تجزيه و تحليل منافع اقتصادي.. 107

فصل نهم – گزارش تصفیه خانه غرب مشهد (پرکند آباد)109

الف- گزارش کلي مراحل تصفيه. 110

ب- توصيف... 111

ج- آزمايشات مهم انجام شده روي فاضلاب... 114

منابع.. 115

مقدمه

گسترش روز افزون جوامع بشري و پيشرفت در زمينه‌هاي صنعتي، هرچند که امتيازات ويژه اي بهمراه داشته است وليکن مشکلات عديده اي را نيز براي اجتماعات به ارمغان آورده است. يکي از اين مشکلات ، فاضلاب حاصل از اماکن مسکوني و فعاليت واحدهاي صنعتي مي‌باشد. از آنجا که دفع غير صحيح فاضلابهاي خانگي و صنعتي اثرات نامطلوبي بر روي محيط زيست دارد، تصفيه هرچه کاملتر فاضلابها اهميت بيشتري مي‌يابد. فاضلابهاي خانگي و از آن مهمتر فاضلابهاي صنعتي بعلت داشتن مواد آلي و معدني ، در صورت دفع در محيط باعث آلوده شدن آبهاي سطحي و زيرزميني گشته و در نتيجه استفاده مجدد از آب براي بهترين کاربرد آن با مشکل مواجه مي‌گردد. همچنين استفاده از آب براي مصارف مختلف و نياز شديد به آب در هر منطقه از ايران ، ما را برآن مي‌دارد که از به هدر رفتن آب به هر شکل جلوگيري کرده و با تصفيه فاضلابهاي خانگي و صنعتي که از حجم زيادي نيز برخوردار هستند در جهت تأمين آب مورد نياز قدم برداريم.

حجم فاضلاب يک واحد صنعتي بستگي به عواملي همچون نوع محصول ، نحوه توليد ، ابزار و وسايل و ... بستگي دارد. از واحدهاي صنعتي که داراي فاضلاب با حجم نسبتا" بالا و آلودگي بسيار شديد مي‌باشند، واحدهاي کشتاري گاو و گوشفند مي‌باشند.در حال حاضر در اکثر شهرهاي ايران کشتارگاهي جهت ذبح گاو و گوسفند وجود دارد. فاضلاب اين کشتارگاهها بيشتر به چاهها ، رودخانه‌ها ، قنوات متروکه بدون کوچکترين عمليات تصفيه دفع مي‌گردند و در بهترين حالت، فاضلاب پس از عبور از يک حوضچه ته نشيني ساده به محيط دفع مي‌شود. علاوه بر اينکه آلودگي معدني و آلي از اين طريق بوجود مي‌آيد، انتشار بيماريهاي مشترک بين انسان و دام نيز از طريق دفع فاضلاب کشتارگاهها بعلت عدم رعايت مسائل بهداشتي وجود دارد.

تاکنون روشهاي بيولوژيکي گوناگوني چه هوازي و غير هوازي در رابطه با تصفيه فاضلابها بکار گرفته شده است. هر يک از اين روشها از امتيازات و بعضا" معايبي برخوردار هستند. مثلا" روش هوازي ( لجن فعال ، فيلترهاي چکنده و ... ) در تصفيه فاضلابهاي خانگي و صنعتي داراي کارائي بالا در کاهش مواد آلي و معدني موجود بوده و اين خود يک مزيت عالي است. ليکن همين روش هوازي نياز به وسايل هوادهي و مکانيکي در مراحل مختلف تصفيه دارد و ضمنا" با لجن زيادي که توليد مي‌گردد مشکل هضم لجن آغاز کار است . در روش غير هوازي تصفيه فاضلاب، هرچند که BODپساب خروجي از واحد تصفيه کننده بيشتر از BOD پساب خروجي در روش هوازي است، ولي امتيازاتي از قبيل عدم نياز به وسايل هوادهي ، لجن توليدي بسيار کمتر ، توليد گاز متان قابل استفاده و ... براي روش غير هوازي متصور مي‌باشد. ⁽¹⁾

 

تاريخچه تصفيه آب به روش صنعتي

بر اساس اطلاعات موجود و به نوشته M.N.Baker در کتاب " در جستجوي آب خالص و بهداشتي" قدمت اين مقوله به دو هزار سال قبل از ميلاد مسيح ميرسد. اما آنچه از نقطه نظر تاريخي مدون شده به 400 سال پس از ميلاد مسيح تعلق دارد که در آن براي بهداشتي کردن آب ، جوشانيدن آن بر روي آتش و يا فروکردن ميله سرخ آهني در درون آب را توصيه نموده است. گرم کردن آب بوسيله آفتاب و يا صاف نمودنش ، با عبور دادن آن از ميان لايه‌هاي شني نيز آمده است.

در کتاب مقدس تورات نيز درارتباط با چگونگي تصفيه آب آلوده در آن زمان تصويري از روش مبادله يوني ارائه شده ، عملا" از روشهاي طبيعي مبادله يوني در آن موقع سخن به ميان آمده است. اين تصوير توسط داشگاه فيلادلفيا واقع در ايالت پنسيلوانياي آمريکا انتشار يافته وقدمتش را به مارس يا آوريل سال 1335 قبل از ميلاد مسيح نسبت داده اند.

البته، روش صنعتي تصفيه آب در قرن نوزدهم و در زمان انقلاب صنعتي رشد و تکامل يافت و پايه‌هاي اصلي آن عملا" نضج گرفت.اين صنعت، همزمان با بهره گيري از ديگ‌هاي بخار جهت توليد بخار ، به کار گرفته شد و شکل صنعتي به خود گرفت. عمدهء فعاليتهاي اوليه به منظور تصفيه آبها براي رفع مشکلات ديگ‌هاي بخار بوده است.

Nodellآغاز اين روش را به نخستين روزهاي پيدايش ماشين وات و تميزکردن ديگ بخار و پرکردن مجدد آن نسبت داده است. در همان زمان بر حسب اتفاق دريافتند که استفاده از سيب زميني در ديگهاي بخار کار جمع آوري لجن را راحت کرده و از چسبيدن رسوبات به جداره‌هاي ديگ جلوگيري مي‌کند.

در سال 1857 اطلاعيه‌هايي در باره کنترل مقدار رسوبات با مواد آلي تانن دار، و نيز در سال 1962 استفاده از فسفات دي سديک جهت جلوگيرياز ايجاد رسوب در ديگ بخار به ثبت رسيده است و از آن زمان همه روزه روش‌ها و مواد گوناگوني براي تصفيه‌هاي مختلف به ثبت ميرسد.

از حدود يکصد سال پيش که رابطه بين اثر باکتريها و ميکروبهاي بيماريزا در واگيري و شيوع بيماريها آشکار گشت ، انسان به فکر پاکسازي آبهاي آلوده افتاد.به عبارت ديگر تصفيه آبو فابضلاب در روند امروزي خود بيشتر در اثر پيشرفت علم زيست شناسي ، پزشکي و شيمي بوجود آمده است. به ويژه پس از جنگ جهاني دوم ، در نتيجه توسعه شهرها و صنايع، خطر آلودگي محيط زيست و در نتيجه نياز به تصفيه فاضلاب با شدت بي سابقه اي افزايش يافت و همزمان با آن روشهاي بسياري براي تصفيه فاضلاب پيشنهاد و به کار گرفته شد. بويژه استفاده از فاضلاب براي آبياري در کشاورزي به علت خاصيت کودي آن از يکصد سال پيش تا کنون در کشورهاي اروپائي متداول بوده است.

در ايران نيز همانگونه که از گذشته به ياد داريم ، بيشتر فاضلابها بويژه فاضلاب توالت‌ها، لجن ته استخرها و ... به مصرف کشاورزي مي‌رسيد. ولي امروزه بواسطه آلودگي‌هاي ناشي از بوي بد، و توليد حشرات مثل پشه و ... در ديگر اکثر مناطق و حتي روستاها فاضلاب ناشي از توالتها و ... به مخازن زيرزميني (چاهها) سرازير شده و در اثر آميخته شدن با پسآب حاصل از شستشوي ظروف و حمام‌هاي خانگي از ارزش اين لجن‌ها براي استفاده در مصارف کشاورزي تا حد زيادي کاسته شده است.

علاوه بر پسآب‌هاي متداول ذکر شده با پيشرفت تکنولوژي هسته اي ، امروزه، پسآب حاصل از راکتورهاي هسته اي که حاوي فلزات راديواکتيو هستند و از آب اطراف راکتورها حاصل مي‌شود، مشکلي اساسي بوده و بواسطه ماهيت ويژه چنين پسآب‌هايي، بايد تسريع در تصفيه و حذف اين مواد راديواکتيو به عمل آيد. يکي از روشهاي متداول در تصفيه فلزات راديواکتيو استفاده از مبادله کننده‌هاي يوني معدني ميباشد.

استفاده از زوائد کشاورزي براي گرفتن يون فلزات سنگين از دهه قبل بويژه مورد توجه قرار گرفته است. Web and Leach در 1971 کار خود را روي پشم تمييز و رنگ نشده براي جذب جيوه بر روي آن مورد بررسي قرار دادند و دريافتند که پشم طبيعي و هم پشت عمل شده، تصفيه کننده‌هاي مؤثرتري نسبت به رزينهاي سنتزي Dowex 1*8,Dowex 1-A آزمايش شده براي جيوه مي‌باشند. اين دو محقق سپسبه مطالعه روي زوائد کشاورزي پرداختند و دريافتند که جذب جيوه توسط اين مواد از پشم و مشتقات آن بيشتر است.

در ايران نيز در سال 1367 تحقيقي روي ميزان جذب يون مس، سرب و کرم شش ظرفيتي ، روي خاک اره صورت گرفته و نتايج خوبي در پي داشته است.⁽⁷⁾

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

آب و پساب در صنعت

صنايع حجمهاي بزرگي از آب را در عمليات کمکي و شستشو و ... و فرآيندهاي ويژه خود مصرف مي‌کنند. تناژ مصرف آب در کارخانه‌هاي مواد غذائي ساخت کاغذ و شيميايي از همه بالاتر است و 93% آن به پساب تبديل ميشود. 50 milian gal/day بعضي کارخانه‌ها مصرف مي‌کنند.60% آب مورد نياز از پساب گرفته شده ، 40% تازه وارد ميشود و بيش از 7% مصرف و تبخير نمي شود.

مقدار آب لازم براي بعضي صنايع

Industry	Unit of Production	Gallen Per Unit
Beet Sugar (چغندر قند)	Ton of beets	7000
Meat	ton	4000-1300
Automobile	Vehicle	10000
‍Cotton Goods	100 eb	20000
Leather	100 ft2	64000
Paper	ton	100000-20000
Steel	ton	50000-15000
پالايشگاه نفت	بشکه	3000

 

در بسياري از صنايع 100% آب لازم جهت خنک کردن استفاده ميشود.( صنايع برق)

 

پساب صنعتي (Industrial Wastewater)

پسابهاي صنعتي بر حسب منشأ و نوع صنعت به دو طبقه کلي تقسيم مي‌شوند:

1) آنهايي که داراي آلودگي معدني هستند. مثل صنايع معدني

2) آنهايي که داراي آلودگي آلي هستند. مثل صنايع نفت و مواد غذايي

علاوه بر اينها هر صنعتي ناخالصي در پساب خود دارد و لذا روش‌هاي تصفيه متفاوت است.

نوع پساب	ناخالصيهاي اصلي
پالايشگاه‌هاي نفت	نفت و محصولات نفتي، اسيدهاي نفتنيک، مرکاپتانها، سولفيدها،‌هالوژنها، فنل‌ها
صنعت توليد کک	پيريدين، هيدروکربنها، اسيدهاي چرب، آمونياک
صنايع توليد خمير کاغذ و کاغذ	ليگنين، سولفونيک اسيد، مرکاپتانها، الکلها، کتونها، آلدئيدها، مواد معلق آلي
صنايع توليد رنگ	اسيدهاي معدني، ترکيبات نيترو، فنولها، بقاياي رنگ و رنگدانه‌ها که در آب حل نمي شوند.
صنايع توليد پلاستيک	الکلها، هيروکربنها، آلدئيدها

 

تصفيه تا ميزاني صورت مي‌گيرد که آلاينده به حد مجاز خود برسد و بايد معياري براي اندازه گيري آنها وجود داشته باشد.

- مقدار مجاز براي اسيدهاي معدني-------------------30 ppm

- مقدار مجاز براي فنل‌ها---------------------------0.002ppm

- مقدار مجاز براي مرکاپتانها-------------------------2.5ppm

- مقدار مجاز براي H₂s-----------------------------1-3ppm

- مقدار مجاز براي نفتنيک اسيد----------------------0.2ppm

- مقدار مجاز براي SO₂ ----------------------------0.1-0.5ppm

استفاده مجدد از پساب تصفيه شده جهت :

1) مصارف شهري ( آشاميدني )

2) مصرف صنعتي ، خصوصا" براي ‍Cooling . ولي اگر براي Boiler مصرف شود بايد بيشتر تصفيه شود.

3) مصارف شستشوي زميني و خنک کردن

CL< 175 ppm

PH = 6.8-8.5

< 25 ppmمواد معلق

BOD < 30 ppm

4) استفاده کشاورزي و فضاي سبز

يونهاي سديم و منيزيوم و کلسيم و پتاسيم باعث ترک خوردگي زمين ميشوند.

Na * 100 / ( Na + Mg + Ca + K ) <= 50-60 :مجاز براي کشاورزي

استاندارد آب کشاورزي : آب مطلوب براي زراعت براي بعضي از محصولات حساس به نمک مناسب نيست.اثر منفي بر بسياري از محصولات وارد مي‌کند. آب خيلي شور را مي‌توان براي صيفي کاري استفاده کرد.

عواملي که بايد در تصفيه پسابها در نظر گرفت :

1) مقدار پساب توليد شده در 24 ساعت با جريان حداکثر فاضلاب

2) نوع آلودگي که هر يک تصفيه مخصوص نياز دارد.

3) ميزان آلودگي که بيشتر منظور مواد آلي محلول در فاضلاب (BOD )است.

4) وضع جغرافياي محل

 

مقدار مجاز براي آب مزروعي ( عناصر محلول )

مقدار مجاز (ppm)	عناصر
1	Al
1	As
5/0	Be
75/0	B
2/0	Co
2/0	Cu
5	Pb
5	Li
2	Mn
005/0	Mo
5/0	Ni
05/0	Se
10	V

 

پارامترهاي مهم

1- اندازه گيري جريان فاضلاب

1-1- روش تخليه مستقيم در آزمايشگاه و در جايي که جريان کم است .

1-2- Velocity Area : سرعت خطي را اندازه گرفته و در سطح مقطع ضرب مي‌کنيم تا دبي بدست آيد.

2- اندازه مواد جامد ( Total Solid )TS

3- اندازه مواد قابل ته نشيني

بدو روش وزني و حجمي انجام مي‌شود :

روش وزني : وزن لجن موجود در يک ليتر آب را پس از عبور دادن از کاغذ صافي و خشک کردن در دماي 105 درجه سانتيگراد اندازه مي‌گيريم .

روش حجمي : به کمک يک قيف ته نشيني به نام ايمهاف از فاضلاب پر کرده و يک ساعت بماند.

4- تعيين قليائيت :

4-1- قليائيت کل بر حسب ppm CaCo₃ بيان مي‌شود و برابر است با تعداد ميلي ليترهاي اسيد سولفوريک N / 50 که در مجاور معرف متيل اورانژ براي خنثي سازي يک ليتر فاضلاب صاف شده مصرف مي‌شود.

4-2- قليائيت هيدروکسيد : بر حسب ppm CaCo₃ عبارتست از تعداد ميلي ليترهاي اسيد سولفوريک N / 50 که در مجاور فنل فتالئين براي خنثي سازي فاضلاب صاف شده لازم است .

قليائيت بيشتر در فاضلابهاي خانگي است که مفيد است چون اسيدهاي ناشي از فعاليت ميکروارگانيسمها را کاهش مي‌دهند.

گازهاي موجود در فاضلاب :

شامل N₂ , O₂, CO, H₂S, NH₄, CH₄, CH₃SH ، سولفيد و دي سولفيد مي‌باشند.

5- اندازه گيري مواد آلي

1) براي تصفيه بسيار مهم است و براي کنترل ميزان آلودگي بار فاضلابهاست . مواد آلي را ميتوان بکمک هوادهي و ميکروارگانيسمهاي هوازي به CO₂ و آب و مواد معدني پايدار مثل نيترات و فسفات تبديل نمود. ميزان اکسيژن لازم حهت اکسيداسيون بيولوژيکي عبارتند از :

Biochemical Oxygen Demand ( BOD )

Chemical Oxygen Demand ( COD )

Total Organic Carbon ( TOC )

Total Oxygen Demand ( TOD )

Theorical Oxygen Demand ( THOD )

 

BOD : مقدار اکسيژن به ppm که براي اکسيداسيون بيولوژيکي پساب توسط باکتريهاي هوازي و تبديل مواد آلي به CO₂ و آب در 20 درجه سانتيگراد. اين پارامتر هم براي فاضلاب و هم براي آب صنعتي بکار ميرود. ( BOD پس از 5 روز زمان ماندن ) يک فرآيند آهسته است که از نظر تئوري براي کامل شدن به زمان بي نهايت لازم دارد ولي در 5 روز حذف مواد آلي بکمک ميکروارگانيزمها بصورت نمايي مي‌باشد.

 

6-عوامل مؤثر بر غلظت O₂ محلول در آب :

6-1- فتوسنتز باعث افزايش غلظت O₂ مي‌شود مواد سبزينه دار داخل آب در مجاور نور تنفس کرده O₂ توليد مي‌کنند. ( از 6 صبح تا 6 بعدالظهر فعال است.)

6-2- تنفس آبزيان ( مصرف O₂ )

6-3- هوادهي مجدد در اثر تلاطم باعث افزايش O₂ مي‌شود.

7- COD(Chemical Oxygen Demand) :

هميشه از BOD بيشتر است چون اکسيداسيون شيميايي است.

Ppm.COD اکسيژن لازم براي اکسيدشدن مواد آلي فاضلاب توسط يک اکسيدکننده شيميايي.

( مانند K₂Cr₂O₇ )

8- TOC

اندازه گيري کربن مواد آلي توسط سوزاندن آنها در کوره الکتريکي و اندازه گيري CO₂ حاصل در مجاورت کاتاليزورها ( اکسيد فلزات CuO ) بوسيله IRspectroscopy

9- THOD

مواد آلی ازت دار(1+ Oèآمونیاک + Co₂+H₂O

(2NH₃+OèHNO₂+H₂O

(3HNO₂+OèHNO₃

 

از نظر مقدار :

THOD>COD>BOD₅>TOC