■ تصفیه لجن و فاضلاب شهری بخش عمران

تصفیه لجن و فاضلاب شهری
واحد های تصفیه فاضلاب شهری در ایالت متحده آمریکا جهت فاضلاب خام شهری شامل مراحل مقدماتی ،اولیه و ثانویه می شوند و در برخی ازمراحل تصفیه های اضافی به پساب تصفیه شده (که یک جریان تغلیظ شده از جامدات در مایع است)بنام لجن تبدیل میشود.لجن تصفیه شده مورد نیاز برای مصرف یادر دسترس که تصفیه اضافی پساب ممکن است فرصت مصرف مجدد آن را فراهم کند.در روش اجرائی تصفیه فاضلاب شهری که شامل مرحله مقدماتی برای تخلیه پساب تصفیه شده به آبهای سطحی استفاده می شود نه برای تسهیل استفاده برروی محصولات کشاورزی .
چون روشهای تصفیه فاضلاب شهری در ایالت متحده آمریکا به خوبی تاسیس شده و چون پساب مربوط به برخی قسمتهای تصفیه فاضلاب شهری هر دوبه آبهای سطحی تخلیه می شوند و نیز برای آبیاری زمینهای کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد ،سطوح بالاتر یاثانویه تصفیه فاضلاب اساسا"براستفاده مجدد فاضلاب در آبیاری زمینهای کشاورزی در ایالت متحده آمریکا مقدم تراست
رابطه تصفیه لجن و فاضلاب شهری با تولیدات کشاورزی بصورت نمودار در تصویر 1-3 نشان داده شده است .همان طور که نشان داده شده است استفاده مجدد از فاضلاب برای تولید موا د غذائی‌یانیاز مصرف مجدد دیگری از قبیل تخلیه به آبهای زیر زمینی و یاآبیاری زمینهای شهری اساسا"بعد از تصفیه ثانویه فاضلاب اتفاق می افتد وممکن است به تصفیه اضافی نیاز داشته باشد . در تصفیه ثانویه برای تولید آب بازیافتی(یا برای تهیه آب به نحوی که مجدداستفاده شود)اغلب مواد منعقدکننده ،فیلتراسیون وموادضدعفونی کننده اضافه می شود .نمودار 1-3 همچنین منشاءتصفیه لجنهای فاضلاب شهری مورد استفاده برای زمینهای کشاورزی رانشان میدهد در این تصفیه لجنها ممکن است به روش پرکردن زمین یادفن،دفع شود یابرای تولید محصولات غذائی یا مصارف دیگری مثل پرورش و ایجاد جنگل وکشاورزی وتولیدمحصولات غیرغذائی استفاده شود .
این مبحث بطور خلاصه مقادیر وویژگیهای لجن وپساب تصفیه شده رامرور می کند ،سپس فرایندهای استفاده شده در تصفیه متعارف فاضلاب (که به عنوان تصفیه مقدماتی ،اولیه ،ثانویه تعریف شده است )بویژه فرایندهای مربوط به یکنواخت سازی کاربرد فاضلاب برای محصولات کشاورزی و فرایندهای تصفیه لجن را امتحان میکند .

کیفیت وکمیت لجن وپساب فاضلاب شهری

فاضلاب شهری ،منبع آب مصرفی جوامع را تامین میکند .در سال 1990،میانگین مصرف سرانه هرمنطقه ازسیستمهای منابع آبی عمومی درا یالت متحئه آمریکا 184گالن (700لیتر )در روز بود .در نواحی خشک ،تولید فاضلاب شهری اساسا"کمتر از مقدار دریافتی برای منابع آبی است ،امادر برخی نواحی جریان فاضلاب به دلیل نفوذ وشناور شدن درون سیستمهای جمع آوری فاضلاب به منابع آبی وارد میشود .
مصرف 85%آب به عنوان یک براوردی از تولید فاضلاب شاخص بکار میرود .(هنری و هینک در سال 1989 )یک شهری باجمعیت 200000نفری میانگین حدودا"31میلیون گالن ،فاضلاب خام تولید می کنند (حدودا"117میلیون متر مکعب در روز ).مقدار پساب فاضلاب تصفیه شده خروجی بطور محسوس از مقدار اولیه فاضلاب خام کمتر نشده است .
همان طور که معمول است اگر لجن بدون آب (خشک)شده باشدکیفیت پساب تصفیه شده از دستگاههای تصفیه ثانویه فاضلاب در ایالت متحده بایستی طبق قانون فدرال :میزان متوسط ماهانه 30 میلیگرم درلیتر از آکسیژن خواهی بیوشیمیائی یا BODاندازه گیری مقدار مواد زنده قابل تجزیه بیولوژیکی باقیمانده )و 30 میلیگرم از جامدات معلق (جامدات شناور درفیلتراسیون )مطابقت نماید .
غلظتهای مشخص شده در پساب واحد های تصفیه فاضلاب درقسمت دوم خلاصه شده است بیشتر اطلاعات جزئی مربوط به کیفیت پساب شاخص دربخشهائی از این گزارش ارائه شده است جائی که اثرات بالقوه سازنده های فردی در نظر گرفته شده است . برای مثال بخش5شامل اطلاعاتی مربوط به انواع و مقداری از بیماری زاهائی می شود که بطور شاخص در پسابهای دستگاههای مختلف تصفیه فاضلاب یافته می شود .
مقدار لجن فاضلاب شهری تولید شده توسط دستگاههای تصفیه فاضلاب یک مقدار دور از ذهن است .چون این مقدار تحت عنوان تصفیه لجن شاخص تغییر میکند(مراجعه کنید به میزان فرایندهای تولید در این قسمت )
به دلیل اینکه توده جامدات خشک در طول بیشتر فرایندهای تصفیه نگهداری می شوند وزن خشک مفیدترین اصل برای فشردن مقدار لجن تصفیه فاضلاب شهری می باشد .
تصفیه اولیه وثانویه یک مقدار کلی حدودا"95/1پوند (94/0کیلوگرم)جامدات خشک هرهزار گالن ازفاضلاب تصفیه شده را تولید میکند .مواد شیمیائی ولجنها درطول مراحل تثبیت و انتقال (به بخشهای بعدی در این قسمت مراجعه کنید )به طورمحسوس می تواند توده جامدات در لجنهاراافزایش دهد .
تثبیت بیولوژیکی برای کاهش توده جامدات معلق درون اکسیداسیون برخی جامدات زنده ارگانولیک فرار درلجنها بکار میرود برای مثال اگر لجن شامل 80%جامدات معلق فرار شود و 50%آنها ازطریق اکسیداسیون خراب شود توده تثبیت شده جامدات لجن به 60%از توده اولیه کاهش خواهد یافت
جامدات شاخص شامل لجن در مراحل مختف تصفیه در این بخش خلاصه شده است میزانهای مشخص شده مشترک دیگر لجن در بخش دوخلاصه شده است همچنین باپسابهای فاضلاب بیشتر اطلاعات جزئی در مورد سازنده های ویژه فاضلاب در قسمتهائی از گزارش یافت می شود جائیکه اثرات بالقوه این سازنده ها بحث می شود .

فرایند تصفیه فاضلاب انتقالی

تصفیه فاضلاب شهری بطور شاخص باتصفیه مقدماتی ،اولیه و ثانویه مقایسه می شود .تصفیه فاضلاب بطور یک استاندارملی ابالت متحده برای پساب تخلیه شده به آبهای سطحی می باشد
یک درجه بالاتر ازتصفیه که" در اینجا تصفیه پیشرفته یا مرحله سوم نامیده می شود" ممکن است در حلالهای ویژه ای برای حفاظت کیفیت محیطی و بهداشتی مورد نیاز باشد . در این گزارش تصفیه فاضلاب شهری انتقالی مورد توجه قرار گرفته است که شامل آشغالگیری ،شن گیری ،ته نشینی اولیه و تصفیه بیولوژیکی می شود زیرا این روش متداولترین روش است (نمودار 2-3).
جزئیات این توضیحات مختصر ومفید ممکن است در منابعی ازجمله (هنری و هینک -1989 ومتکالف وادی -1991) یافت می شود .

تصفیه مقدماتی

تصفیه مقدماتی فاضلاب بطور معمول شامل آشغالگیری و دانه گیری می شود .آشغالگیری فاضلاب دفع می کند جامدات زبر وخشن مثل پارچه هائی که به تجهیزات مکانیکی برخورد کرده اند . دانه گیری جامدات شنی وغیر زنده و سنگین را که در کانالها ته نشین شده اندو مراحل تصفیه را تاثیر گذاشته اند .
تصفیه مقدماتی برای آماده کردن فاضلاب برای تصفیه بعدی بکار می رود اما این روش تغییر کمی در کیفیت فاضلاب ایجاد می کند پسابهائی که از تصفیه مقدماتی فاضلاب (آشغالگیری و شن گیری) بطور معمول بالجنها مخلوط نمی شود این مطلب در این گزارش زیاد مورد توجه قرار نمی گیرد .

تصفیه اولیه فاضلاب

تصفیه اولیه فاضلاب معمولا"شامل ته نشینی ثقلی ،آشغالگیری فاضلاب ودانه گیری برای حذف جامدات قابل ته نشینی می شود بطور جزئی بیشتر از نصف جامدات معلق بطور معمول حذف می شوندbodدرشکل جامدات قابل حذف شدن توسط ته نشینی نیز حذف می شود (بطور شاخص حدودا"یک سوم از کل bod )دریک دوره درطول تحول تدریجی تصفیه فاضلاب خانگی در ایالات متحده ودستگاههاطراحی واجراکرده اند تصفیه اولیه وپساب اولیه بطور معمول به آبهای سطحی تخلیه شده که بطور قابل محسوس رقیق شده است اکنون تصفیه اولیه به عنوان یک وسیله اقتصادی برای برخی آلودگیهاقبل ازتصفیه ثانویه وپس مانده از تصفیه اولیه مواد معلق تغلیظ شده ازذراتی در آب بنام لجن اولیه می باشد اگر چه هدف تصفیه اولیه فاضلاب این است که جامدات معلق قابل حذف وbodراجداکند محتویات فاضلاب تحت عنوان جامدات قابل ته نشین بوجود می آید یا توسط جامدات قابل ته نشین فاضلابهاکه ممکن است همچنین حذف شوند، جذب می شود .بنابراین تصفیه اولیه برکاهش غلظت پساب مواد غذائی ،ارگانیسمهای بیماری زا وعناصر دیگر بطور بالقوه ترکیبات زنده سمی اثر می گذاردو سازنده هایئکه حذف می شوند در لجن اولیه وجود دارد

تصفیه ثانویه فاضلاب

تصفیه ثانویه فاضلاب تقریبا"همیشه با استفاده یک فرایند تصقیه بیولوژیکی همراه است میکروارگانیسمها در مواد معلق (در فرایند لجن فعال )چسبیده شده به دیوار (در یک صافی چکنده یا یکی از متغییرهای آن ) یا در حوضچه ها یا فر آیند های دیگریکه برای حذف مواد زنده قابل تجزیه بیولوژیکی استفاده میشود . قسمت مواد توسط میکروارگانیسم که برای تولید co2 ودیگر تولیدات پایانی اکسید میشود وباقیمانده انرژی ومواد مورد نیاز برای حفاظت محیط را فراهم میکند .برای اینکه میکروارگانیسمها بطور بیولوژیکی لخته تشکیل دهند، ذرات قابل ته نشین رادرتصفیه بیولوژیکی بعدی ، این توده حیاطی اضافی در تانکهای ته نشینی تحت عنوان مواد معلق غلیظ شده، جدا میشوند که لجن ثانوی نامیده
می شوند(همچنین تحت عنوان لجن بیولوژیکی شناخته شده یا لجن فعال شده فاضلاب در صافی چکنده می باشد ) مواد تشکیل دهنده فاضلاب می تواند با لجن ثانوی مخلوط شوند بعنوان نتیجه جذب جامدات قابل ته نشینی



تصفیه مرحله سوم یا پیشرفته فاضلاب

تصفیه مرحله سوم واحدهای تصفیه فاضلاب شهری وقتی استفاده می شود میشود که شرایط آب پذیرنده یا کیفیت بهتر خروجی بیشتر از خروجی مرحله دوم تصفیه فاضلاب باشد .گندزدایی جهت کنترل میکروارگانیسمهای بیماری زا ،ویروسها اغلب یک مرحله عمومی از تصفیه پیشرفته است غلظت جامدات معلق وbod همراه در خروجی تصفیه شده میتواندبافیلتراسیون وگاهی اوقات با کمک مواد منعقد کننده کاهش یابد جذب سطحی بوسیله کربن فعال برای حذف ترکیبات آلی مقاوم به عناصر جزئی استفاده می شود غلظت آمونیاک در خروجی ثانوی می تواند کاهش یابد بوسیله نیتریفیکاسیون تصفیه پیشرفته برای حذف فسفر ونیتروژن ، همچنین بعنوان حداقل تغذیه سطحی متعارف می تواند حذف شود .بوسیله بالا بردن بار میکروبی یا ترسیب شیمیائی تمام مراحل تصفیه پیشرفته به دنبال نصفیه ثانویه انجام نمی شود . همان طور که در نمودار شکل 1-3 نشان داده شده است .
انواعی از روشهای عملی تصفیه مانند تصفیه ثانویه کمتر استفاده میشود مراحل فیزیکی وشیمیایی سریعتر از تصفیه بیولوژیکی انجام می شود .

تصفیه برای آبیاری محصولات کشاورزی همراه با احیاء واستفاده مجدد از آنها

با توجه به قوانین وشرایط محلی درجاتی از تصفیه فاضلاب مورد نیاز است تا خروجی فاضلاب جهت تولیدات کشاورزی مناسب باشد تصفیه اختصاصی برای پذیرش درکشاورزی استفاده میشود . در واقع در قدیم تصفیه متعارف اولیه وثانویه در آمریکا استفاده وتوجهی به آن نمی شد در تشخیص کمیت تصفیه فاضلاب برای تولیدات کشاورزی کمیت شامل تامین کیفیت بهداشتی ومحیطی ، کیفیت آب مورد نیاز کشاورزی ، آب مورد نیاز جهت ذخیره برای آبیاری وسیستم انتقال( به منظور اجتناب از ایجاد بو وطعم وگرفتگی لوله ها بستگی دارد)می شود (EPA198- فدراسیون کنترل آلودگی آب 1983)
ضدعفونی پساب تصفیه شده اغلب به وسیله کلر زنی انجام می شود .کلر یک ضدعفونی کننده اقتصادی است .اما با مواد آلی در پساب فاضلاب واکنش نشان می دهد تا تشکیل ترکیبات آلی کلرزنی شده ای بدهد که مربوط به مصرف دوباره فاضلاب تصفیه شده قابل شرب میشود اما به آبیاری مربوط نمی شود ( به بخش 6 مراجعه شود ) متغییرهای برای کلر بعنوان یک ضدعفونی کننده شامل اوزون ونورماوراءبنفش در مرحله بعدی فراهم
نمی شودیک ضدعفونی کننده باقیمانده مورد نیاز به وسیله برخی قوانین محلی برای بکار بردن فاضلاب تصفیه شده برای محصولات غذایی تدوین شده است (EPA1992)
علاوه براین جامدات معلق گاهی اوقات از پساب دستگاههای تصفیه متعارف فاضلاب قبل از استفاده از پساب برای کشاورزی، انتقال جامدات معلق به کنترل ارگانیسمهاوویروسهای بیماری زا کمک می کند .
انتقال جامدات معلق ته نشین شده یا رسوب جامدات را روی سطح بالای خاک کاهش میدهدوگرفتگی برخی از سیستمهای توزیع آب آبیاری را نیز کم می کند .کاهش بیشترجامدات معلق در پساب بطور شاخص با اضافه کردن یک ماده شیمیائی منعقد کننده وته نشین کردن وفیلتر کردن از بستر دانه دانه (با دانه بندی ریز)فعال میشود (فالروری در در سال 1991 –کیواودر سال 1994) تکنولوژی تصفیه برای تولید هر مرحله از کیفیت فاضلاب به نظر میرسد ضروری وقابل دسترس باشد به هر صورت هزینه های تصفیه با بهبود کیفیت بهتر آب افزایش می یابد بعلاوه مشکلات اجرای لجن باقیمانده توأم می شود بات برخی از فرآیند ها (از قبیل استفاده از غشاء) که ممکن است برای بهبود کیفیت فاضلاب تصفیه شده بیشتر از معیارهای متداول استفاده میشود .
امروز ه موقیعتهای وجود دارد که در ان درخواستهای کیفیت تخلیه آب،ارزش محصولات وکمیابی آب را توجیه میکند در جات بالاتر از تصفیه فاضلاب را قبل از درخواست برای محصولات غذایی




فعالیتهای تصفیه لجن
پیش بینی می شود لجنهای ثانویه واولیه ممکن است که شامل مواد قابل ته نشینی از فاضلاب خام وتولیدات ترکیبات میکروبی باشد در هر صورت مواد دیگری همچنین انتقال می یابند از فاضلابها که با لجنهای ثانویه مخلوط میشوند نواحی سطوح بزرگ ذرات که با لجنها آمیخته شده اند را فراهم می نمایند محلهای برای جذب ترکیبات از فازمایع ترکیبات آلی غیر قابل تجزیه در محلول ممکن است ازقسمت آلی مواد تفکیک شود فلوکهای آلی با ذرات کلوئیدی آمیخته شوند که در غیر اینصورت به وسیله رسوب گر داخل ذرات انتقال نمی یابند اینها ودیگر مکانیسمها منجر به غنی سازی ترکیبات فاضلاب درون لجن میشوند بعلاوه لجنهای فاضلابی بیشتر آب هستند وبنا براین ترکیبات فاضلاب باقیمانده در فاز مایع وهمچنین لجنها را شامل میشود.
چون لجنهای اولیه وثانویه ویژگیهای مختلفی دارند بازدهی باتصفیه آنها بطور جداگانه بدست می آید لجن ثانویه با استفاده از فرآیند شناور هوای غیر محلول بهتر غلیظ می شود تابا غلیظ کننده های ثقیل و گه گاهی این لجن اولیه غلیظ می شوند .
لجنهای اولیه وثانویه بدون تغییر قبل از انتهای تصفیه ترکیب می شوند بدین منظور بحث نهائی مصرف لجن تصفیه شده بیشتر شناسائی نمی شود
یک تنوع گسترده ای از فرآیندهای تصفیه لجن برای کاهش حجم لجن استفاده می شودو
ویژگیهای لجن قبل از مصرف تولیدی تصفیه شده تغییر میکند خصوصیت این فرآیند خلاصه شده در بخشهایی که در زیر آمده است جزئیات اضافی ممکن است در منابعی از قبیل دیک 1972-ویسیلین1979-epaدر سال 1977 ومتکالف و ادی در سال 1991 یافت شوند )
تصفیه لجن در اینجا مورد توجه قرار گرفته شده تا فرآیندهای مهندسی برای کیفیت لجن را قبل از مصرف آن شامل شوند . وقتی که لجن برای زمینها بکار میرود ،غیر فعال کردن ارگانیسمها و ویروسها ی باقی مانده ادامه می یابد ،تثبیت بیولوژیکی مواد آلی باقی مانده پیشرفت می کند وتغییرات شیمیائی غیر زنده و زنده اتفاق می افتد .


حجم فرایند تولید
لجن بیولوژیکی تولید شده از فرآیندهای تصفیه فاضلاب ثانویه اغلب یک محتوی جامد معلق دارد که کمتر از یک درصد وزن دارند یعنی هر کیلوگرم جامدات لجن فعال بابیشتر از 99کیلوگرم آ ب ترکیب مخلوط می شود لجنهای اولیه بیشتر تصفیه می شوند اما بطور حاشیه ای لجن ثانویه واولیه ترکیب شده شاخص ممکن است شامل حدودا %3 ازجامدات دارای وزن شوند.
به دلیل ذات حجیم لجنها وفر آیندهای طبقه بندی شده در این جا تحت عنوان تغلیظ کننده ها بی آب کننده ها وخشک کننده ها مرغوب نمودن ( به منظور کاهش تکرار کاربرد لیست شده اند) طبقه بندی کنترل در لجن رایج می باشد .
انتقال آب از لجنها کار آیی فرآینده تصفیه مواد را بهبود می دهد .حجم ذخیره سازی مخزن وهزینه حمل ونقل را کاهش می دهد.

تغلیظ کننده

تغلیظ کننده لجن یک محصول غلیظ شده ای را تولید می کند که اساسا ویژگیهای مایع را حفظ می کند.تغلیظ کننده ثیقل یا تغلیظ به وسیله ته نشینی ساده هست فر آیند تغلیظ کننده ای بطور معمول برای لجنهای شهری بکار برده می شوند. محصول تغلیظ کننده ثقیل کننده های شناور را که در آن یک گاز ی با جامدات لجن ترکیب می شوند .وسبب شناور شدن آنها واستفاده از کمربندهای زهکش ، ظروف استوانه ای چرخان سوراخ کننده و سانتریفوژ میگردد.
بی آب کردن
فر آیندها ی بی آب کردن مواد ی با ویژگیهای جامدات تولید میکند حتی اگر لجن بی آب شده تقریبا آبکی باشد. لجن بی آب شده می تواند بوسیله ماشین حمل زباله منتقل شوند جای که یک تانکر مورد نیاز برای حمل لجن غلیظ شده ، بی آب کردن ممکن است بسترهای خشک کننده ماسه ای انجام شوند.معمولا در لاگونها انجام شوند .جای که زهکش ثقیل وتبخیر رطوبت را حذف میکند.اغلب تاسیسات شهری بزرگترازوسایل مکانیکی برای بی آب کردن لجن استفاده میکنند.دستگا ههای بی آب کننده لجن مکانیکی
شامل فشارهای تسمه فیلتر وفیلترهای خلاء وسانتریفوژها می باشند محتوی جامدات بی آب شده مکانیکی بطور شاخص از 20تا 45% جامدات وزین درجه بندی می شود .بیشتر فرآیند ها تغلیظ کننده های جامدات را در انتهایی ترین سطح انجام می دهند .

فر آیندمرغوب سازی

مرغوب سازی لجن مقدار آب لجن را کاهش نمی دهد بلکه ویژگیهای فیزیکی جامدات لجن را برای تسهیل حذف آب در فرآیند های تکنیکهای مکانیکی بی آب کردن در پاراگراف بعدی مورد بحث است اقتصادی نخواهد بود .لجنهای نامرغوب در روشهای شیمیائی وفیزیکی برای مرغوب شدن لجن استفاده می شود.
در فر آیند مرغوب سازی بطور معمول پولیمرهای آلی سنتز شده را قبل از بی آب کردن لجن اضافه می شود همچنین مواد شیمیائی غیر آلی در آمریکا نیز استفاده می شود .دوزهای مرغوب سازی مواد شیمیائی غیر آلی بزرگ هستند وتوده فاز جامد لجن را افزایش می دهند روشهای مرغوب شدن شامل تصفیه حرارتی وسرد کننده می باشد.

خشک کردن

اگر شرایط محیطی حذف موفقیت آمیز تری را توجیه کند مراحل بی آب کردن با خشک کردن مورد نیاز است خشک کردن گرمائی بصورت مستقیم وغیر مستقیم استفاده می شود وبرای موفقیت سریعتر در حذف کامل آب از لجن خشک کردن به وسیله خورشید (وابسته به خورشید) ممکن است در بعضی از جوامع وجودداشته باشد .همچنین گاهی خشک کردن نتیجه از واکنش تولیدات سنگین است که در طول کود سازی ویا واکنشهای شیمیائی حذف میشوند ویا کاهش می دهند مراحل تثبیت را .