پایان نامه برکه های تثبیت فاضلاب

مقدمه:

برکه های تثبیت فاضلاب گودال های خاکی هستنند که فاضلاب خانگی و دیگر فاضلاب ها برای مدت طولانی در آن ها نگهداری شده و با عمل ته نشینی و به کمک نور،  حرارت، رشد جلبک ها و میکروارگانیسم ها مواد آلی موجود در فاضلاب تجزیه و تثبیت می گردند.

فرایند های طبیعی در تصفیه فاضلاب در برکه نقش اساسی  داشته و برکه ها جزء روش های ارزان قیمت تصفیه فاضلاب هستند. مهمترین معایب برکه ها تولید بو، پرورش حشرات ، بالا بودن غلظت جامدات معلق در پساب، نیاز به زمین زیاد و اتلاف آب به علت تبخیر و نشت والودگی اب های زیر زمینی
می باشد.

متداولترین نوع برکه ها برکه های اختیاری تثبیت فاضلاب هستند. که در آنها همزیستی میان جلبک ها و باکتری ها  در جریان است. برکه های اختیاری دو نوع می باشند یکی برکه های اختیاری اولیه که فاضلاب خام را دریافت می کنندو دیگری برکه های اختیاری ثانویه که فاضلاب ته نشین شده یا پساب برکه بی هوازی را دریافت میکنند و برکه تثبیت اختیاری مورد بررسی ما از نوع دوم است.

رنگ فاضلاب در برکه های اختیاری به رنگ سبز دیده می شود. غلظت جلبک ها در پساب برکه های اختیاری با توجه به میزان بار گذاری و درجه حرارت معمولا در محدوده 2000- .500 میکروگرم کلروفیل a در هر لیتر قرار دارد .گاهی رنگ برکه به صورت قرمز یا صورتی در می آید به ویژه زمانی که بار آلی ورودی به آنها بالاست و به سبب وجود باکتری های اکسید کننده سولفید می باشد.[1]

سيستم بركه هاي تثبيت فاضلاب:

گزارش بانك جهاني (Shuval .et. al 1986) مفهوم بركه هاي تثبيت فاضلاب را كه سيستم بسيار مناسبي براي استفاده خروجي آن در كشاورزي است تصديق كرد. جدول (1) مزايا و معايب بركه ها را در مقايسه با ساير فرآيندهاي بيولوژيكي تصفيه فاضلاب با سرعت زياد و سرعت كم، فراهم كرده است. نكته اينكه لاگن هاي هوادهي شده و سيستم WSP به عنوان سيستم هاي تصفيه بيولوژيكي فاضلاب با سرعت كم بررسي شده اند بركه هاي تثبيت، فرآيندهاي تصفيه فاضلاب ترجيح داده شده اند در كشورهاي در حال توسعه كه زمين غالباً با هزينه و موقعيت معقول در دسترس است و نيروي كار متخصص اندكي وجود دارد.

كليفرم هاي مدفوعي = Fc

جامدات معلق = SS

خوب = G

قابل قبول = F

بد يا ضعيف = P

سيستم هاي بركه تثبيت فاضلاب براي رسيدن به اشكال مختلف تصفيه در سطح بالا با سه مرحله به صورت سري، بسته به استحكام مواد آلي ورودي فاضلاب و كيفيت واقعي خروجي طراحي شده اند. به منظور سهولت راهبري و قابليت انعطاف پذيري بهره برداري، حداقل دو سري از بركه هاي موازي در برخي طراحي ها تركيب شده اند. فاضلاب هاي قوي، با BOD5 در غلظت بيش ازmg/l 300  (ميلگرم بر ليتر) غالباً اولين مرحله بركه بيهوازي رايج شده است. كه به يك سرعت بالاي حذف از لحاظ حجم سنجي برسيم. فاضلاب هاي ضعيف تر يا جايي كه بركه بيهوازي به لحاظ محيطي غير قابل پذيرش است حتي فاضلاب هاي قوي تر (گفته مي شود در حدود BOD5 1000mg/l) ممكن است مستقيماً در بركه اختياري اوليه تخليه شوند خروجي از بركه بيهوازي اوليه به بركه اختياري ثانويه كه شامل دومين مرحله تصفيه بيولوژيكي مي باشد، سرريز خواهد شد. به دنبال بركه اختياري اوليه يا ثانويه، اگر حذف بيشتر پاتوژن ها ضروري مي باشد، بركه بلوغ براي رسيدن به تصفيه مرحله سوم (پيشرفته) رايج است. شكل هاي سيستم هاي بركه به لحاظ تركيب ظاهري در شكل (1) داده شده است. اگر چه ساير تركيب ها هم ممكن است استفاده شود.

بركه بيهوازي:

حذف نوترنيت ها

نيتروژن:

در سيستم هاي WSP چرخه نيتروژن در حال انجام است. احتمالاً به استثناء نيتريفيكاسيون و دنيتريفيكاسيون، در بركه بيهوازي نيتروژن آلي به آمونياك هيدروليز مي شود. به همين خاطر غلظت آمونياك در خروجي بركه بيهوازي عمدتاً بالاتر از غلظت آن در فاضلاب خام است (بدون زمان انتقال در فاضلابرو كه آنقدر طولاني است كه همه‌ي اوره تبديل مي شود قبل از اينكه به WSP برسد) تبخير آمونياك به نظر مي رسد كه فقط مشابه به مكانيسم حذف نيتروژن باشد كه تا حدي در بركه بيهوازي اتفاق مي افتد.

سوارس 1996 و ديگران دريافته اند كه حذف نيتروژن در بركه اختياري خيلي كم اتفاق مي افتد.

فسفر:

مكانيسم حذف فسفر اغلب شبيه جابجايي در بركه بلوغ است (maraetal 1992).

ملاحظات محيطي:

فاكتورهاي فيزيكي به اندازه فاكتورهاي شيميايي بر محل زندگي ميكروارگانيسم ها و با اين حساب در فرآيند تصفيه بي هوازي فاضلاب مؤثرند. فاكتورهاي محيطي خيلي مهم كه در ملاحظات داده شده اند عبارتند از: دما، PH، درجه اختلاط، نوترنيت هاي مورد نياز كنترل آمونياك و سولفيد و حضور تركيبات سمي در ورودي (van Haandel amdle ttinga 1994)

دما:

با افزايش دما، سرعت واكنش ها هم افزايش مي يابد، به منظور داشتن يك سرعت قابل قبول توليد متان، دما بايستي بالاي 20 درجه سانتيگراد حفظ شود. سرعت توليد متان براي هر 10 درجه سانتيگراد افزايش دما در رنج مزوفيليك دو برابر مي شود. (Droste. 1997).

PH:

بر اساس مطالعات Zehnder 1982 و ديگران، رنج PH بهينه براي همه‌ي باكتري هاي متانوژنيك بين 6 تا 8 است اما مقدار PH براي ساير گروه ها در حدود 7 است. Van Haadel and lettinga 1994 مشاهده نموده مشاهدات و همچنين يادآور شده است كه، چون جمعيت اسيدوژنيك ها كمتر به PH هاي مختلف حساس هستند، تخمير اسيد در آنها بيشتر از تخمير متانوژنيك ها خواهد بود. بعد ممكن است نتيجه آن اسيدي شدن محتويات ظرف واكنش باشد. بنابراين سيستم، اغلب حاوي ظرفيت بافري مناسب براي خنثي كردن توليد اسيدهاي فرارو دي اكسيد كربن، كه در فشار واقعي حل شده اند، خواهد بود.

درجه اختلاط:

جداسازي هظم از ساير فرآيندها و به كار بردن اختلاط اولين پيشرفت ها عمده در تصفيه بيهوازي بودند. اختلاط يك فاكتور مهم در كنترل PH و حتي راهبري شرايط محيطي است. پخش عوامل يا فرعي در حجم رآكتور و پيشگيري در تجمع به صورت ساختار محلي از غلظت هاي        بالاي توليدات ميانه متابوليك كه ممكن است از فعاليت متانوژنيك ها ممانعت به عمل آورد. بر عكس، اختلاط ناكافي شرايط مساعد توسعه ريز محيط هاي نامطلوب را فراهم مي كند.

نوتيرنت هاي مورد نياز:

باكتري هاي متانوژنيك و اسيدوژنيك سرعت هاي رشد آهسته اي براي توليد مقداري سوبسترا دارند و اين بيشتر نتيجه كمبود نوترنيت هاي مورد نياز در مقايسه با سيستم هاي هوازي است. به عبارت ديگر، در سيستم هاي بي هوازي توليد لجن 20% كمتر از مقدار لجن توليد شده در سيستم هاي هوازي براي مقدار مشابه سوبسترا است و همچنين P و N مورد نياز بايد به نسبت كاهش يابد.

كنترل سولفيد و آمونياك:

باكتري هاي بيهوازي مي توانند با غلظت هاي بالاي آمونياك سازگار شوند، اما نوسانات زياد مي تواند براي فرآيندها زيان آور باشد. آمونياك آزاد خيلي سمي تر از يون آمونيوم است و در مقادير PH بالا ايجاد مي شوند. فاضلاب هاي با محتوي مقادير بالاي پروتئين مقادير مشخص آمونياك توليد مي كنند كه باعث بالا رفتن قليائيت مي شود. فاضلاب هاي محتوي خون مي تواند بيكربنات آمونيوم كافي براي افزايش PH بيش از حد رنج اپتيموم را توليد كند و اين براي تصحيح PH شرايط اسيدي مورد نياز است. در بيشتر موارد محتواي پروتئين فاضلاب به قدر كافي بالا نيست تا باعث مشكلات سميتي آمونياكي شود.

در برخي موارد، سولفيد مي تواند در فرآيندي كه منجر به كاهش سولفات ها مي شود تغيير شكل يابد. سولفيدها خود براي متانوژنزها و كاهنده هاي سولفات جلوگيري شده است. اما بر طبق نتايج Rinzema (1988)، غلظت سولفات بالاي mg/l 50 (معمولاً در سيستم هاي تصفيه خانه فاضلاب بي هوازي پذيرفته شده است) پايينتر از حداقل غلظت ايجاد شده مشكلات سيستمي است.

تركيبات سمي:

ساير تركيبات از قبيل فلزات سنگين و مواد آلي كلره بر سرعت هضم بي هوازي حتي در غلظت هاي خيلي پايين مؤثر هستند. بخشي از سولفيد، اكسيژن همچنين بالقوه تركيبات سمي هستند كه مي توانند به همراه جريان       وارد رآكتور شوند. اگرچه حضور اين تركيبات در فاضلاب خانگي به اندازه‌ي غلظت هاي ممانعت كننده نمي باشد. اگر اكسيداسيون در لايه هاي بالايي بركه وجود نداشته باشند، گازهاي بدبو مي توانند پخش شوند.

بركه اختياري:

حذف نوترنيت ها:

نيتروژن:

در بركه هاي اختياري و بلوغ، آمونياك بوسيله جرم بيولوژيكي جلبك هاي جديد تشكيل مي شود. در نهايت آلگ ها نابود شده و در ته بركه ته نشين مي شوند، در حدود 20 درصد جرم سلول هاي جلبك ها غير قابل تجزيه بيولوژيكي است و نيتروژن با اين ذرات باقيمانده كه در ته بركه ساكن مي شوند، ارتباط دارد اين با ذرات قابل تجزيه بيولوژيكي كه در نهايت به داخل مايع بركه منتشر مي شوند، ارتباط دارد و چرخه بازگشت مجدد به سلول هاي جلبك براي شروع دوباره‌ي فرآيند است.در PH بالا، مقداري از آمونياك بركه را به صورت تبخير ترك مي كند. Mara and pear som 1986 تصديق كردند كه در تحت شرايط معيني برخي از جلبك هاي بخصوص مي توانند تطابق يابند و غلظت هاي بالاي mg/l 50 را تحمل كنند.

شواهد اندكي براي نيتريفيكلاسيون وجود دارد (و از اينجا دنيتريفيكاسيون، بدون اينكه فاضلاب داراي غلظت بالاي نيترات باشد)، جمعيت باكتري هاي نيتريفاير در WSP  خيلي كم است، اولاً در نتيجه‌ي عدم وجود محل هاي فيزيكي جهت چسبيدن باكتري ها در منطقه هوازي، اگرچه خودخوري به وسيله‌ي جلبك هاي بركه ممكن است همچنان اتفاق بيفتد. كل نيتروژن حذف شدن در سيستم هاي WSP
مي تواند 80% يا بيشتر، و حذف آمونياك مي تواند بالاي 95 درصد باشد.

فسفر:

قابليت حذف كل فسفر در WSP به اينكه چه مقدار ستون آب بركه را ترك و وارد بركه ته نشيني
مي شود، بستگي دارد. اين در نتيجه ته نشيني فسفر آلي در جرم بيولوژيكي جلبكي و ترسيب فسفر آلي (اساساً هيدروكسيل آپاتيت در سطح PH بالاي 5/9) در مقايسه با مقداري كه به حالت معدني بر
مي گردد و مجدداً حل مي شود، اتفاق مي افتد. به همراه نيتروژن، فسفر در رابطه با ذرات غير قابل تجزيه بيولوژيكي سلول جلبكها كه در رسوبات ته نشين شده باقيمانده اند، است. بنابراين بهترين راه افزايش حذف فسفر در WSP افزايش تعداد بركه هاي بلوغ است، چنانكه به تدريج بيشتر و بيشتر فسفر به صورت ته نشين ساكن مي شود. از عملكرد خوب سيستم دو بركه اي، حذف جرم 70% از فسفر كل ممكن است قابل پيش بيني باشد.

فلزات سنگين:

Polprasrasert and Champratheep (1989) and kaplan (1987) و ديگران سرنوشت فلزات سنگين در هر بركه اي را مورد بررسي قرار دادند. جذب فلزات در بركه هاي بار شد چسبيده در مقايسه با بركه هاي بدون رشد چسبيده افزايش مي يابد. گزارشات كاپلن و ديگران فقط يك كاهش جزئي در كل غلظت فلزات نشان مي داد، اگر چه ذرات به خصوصي بيشتر حل پذير بودند. مطالعه به وسيله Moshe (1972) نشان داد كه غلظت بالاي يون هاي فلزي (d, cu, zn, Ni) بخصوص براي كلرلا سمي هستند، كه از گونه هاي رايج بركه هاي تثبيت است و اين فلزات توانايي تأثير نامساعد در بركه را دارند. اگرچه، PH بالا (بيش از 8) باعث مي شود يون هاي فلزي رسوب كنند و به فرآيند تصفيه كه به طور معمول اتفاق مي افتد در بركه اجازه مي دهند.

منابع وماخذ:

1- برکه های تثبیت فاضلاب – تالیف: دکتر محمد باقر میران زاده – چاپ اول 1383 – انتشارات مرسل

2ـ بخش ترجمه از كتاب

Design and Performance of Waste Stabilization Ponds, Hamzeh Ramadan and Victor M. Ponce, 2006, http://stabilizationponds.sdsu.edu/

3ـ بركه هاي تثبيت فاضلاب،مولف سازمان بهداشت جهانی،ترجمه:  دكترکاظم ندافي . مهندس رامين بني زاده.انتشارات نص 1375

4- سايت دانشنامه رشد                                                        www.daneshnamehrosd.ir

5ـ ميكروبيولوژي كاربردي آب و فاضلاب،مولف: دكتر گاگيك بد ليسانس قلي كندي ،انتشارات نورپردازان1381

6ـ مباني جلبك شناسي،مولف:  دكتر هرمز ديار كيان مهر، انتشارات:جهاد دانشگاهي مشهد1371.

7- تصفيه فاضلاب،تالیف: پروفسور آرسي ولا، ترجمه: مهندس يزدانبخش و مهندس ندافي،انتشارات فردابه 1372

8- مهندسي محيط زيست، ترجمه:دكتر كي نژاد، انتشارات دانشگاه صنعتي سهند، 1381

9- تصفیه آب، مولف AWWA،ترجمه ادریس بذرافشان، ناشر دانشگاه تهران 1381.

10ـ مقدمات ميكروبيولوژي آب و فاضلاب،تالیف:  مهندس ميترا غلامي و مهندس حامد محمديانتشارات حیان 1378

11ـ مهندسي فاضلاب، شركت مهندسي مهتكلاف وادي، ترجمه دكتر ابريشم چي، افشاروجمشید.مرکز نشر دانشگاهی 1381.

12- روش هاي آزمايشات آب و فاضلاب، دكتر تركيان، ناشر دانشگاه اصفهان 1372.