مرجع تخصصی آب و فاضلاب

استفاده مجدد از فاضلاب و آب خاکستری به عنوان بخش مهمي از مدیریت تقاضای آب در نظر گرفتنه شده و به حفاظت از آب شيرین باکيفيت، کاهش آلودگي محيط زیست و همچين کاهش هزینههای تأمين آب کمک ميکند.
پيشرفتهای اخير در تكنولوژی و تغيير دیدگاهها نسبت به استفاده مجدد از فاضلاب نشان ميدهد که پتانسيل استفاده مجدد از آب خاکستری در کشورهای در حال توسعه وجود دارد. آب خاکستری پسابهای شهری و خانگي توليد شده از مصارفي مانند شستشوی لباس و ظروف، پخت و پز و استحمام است . آبهای خاکستری به دو دسته ی تيره و روشن طبقه بندی ميشوند. پساب حاصل از استحمام، آبهای خاکستری روشن و پساب حاصل از آشپزخانه و لباسشویي آبهای خاکستری تيره ناميده ميشوند .
آبهای خاکستری منبع با ارزشي در صرفه جویي آب محسوب شده و بين 55 تا 35 درصند مصارف خانگی را تشكيل ميدهد. حجم معمولي آب خاکستری از 75 تا 125 ليتر در روز به ازای هر خانه تغيير ميکند و به سبک زنندگي، استانداردهای زندگي، ساختارهای جمعيت سن، جنسيت ، رسوم و عادات، تأسيسات و فراواني آب بستگي دارد .
رایجترین کاربرد استفادهی مجدد از آب خاکستری در مناطق شهری، فلاش تانکهای سرویس بهداشتي است که ميتواند مصرف آب را تا 35 درصد کاهش دهد. کاربردهای دییر آن شامل آبياری فضاهای سبز در پارکها، حياط مدارس، آرامیاهها، کارواش و آتشنشاني است. همچنين اینن آب منيتوانند در صننایع مختلفي ماننند نساجي، شيمي، پلاستيک و ساختمان مورد استفاده قرار گيرد 6 .
آمارها نشان ميدهد که ترکيبات آب بازیافتي شامل 77 درصد آب و 1 درصد مواد معلق، کلوئيدی و جامدات محلول است. اگرچه ترکيبات تشكيل دهدهی آب بازیافتي با توجه به منبع آن و در طنول زمنان تغيير ميکند ولي آب واجزای اصلي تشكيل دهنده اش باقي ميمانند. بسته به اینكه آب بازیافتي پساب از چه منبعي توليد شده باشند دارای غلظتهای متفاوتي از ترکيبات خواهد بود. آلایندههای موجود در آب خاکستری و منابع توليد آنها در جدول 2 ارائه شده است .

جدول2. ترکيبات احتمالي موجود از منابع مختلف در آب خاکستری

به طور کلي دو نو سيسستم جمع آوری و تصفيه پساب وجود دارد:
- سيستمهای خارج از محل که در آن ضایعات پسابها از طریق شبكه ی فاضلاب به تصفيه خانه یا نقطه ی تخليه و دفع این مواد، منتقل ميشوند.
- سيستمهای در محل که ضایعات در یک گودال یا مخزن گنداب سپتيک تانک ، جمع آوری ميشوند. این مخزن ميتواند به صورت دورهای تخليه شود یا اینكه ميتوان یک مخزن ینا گودال جدید در مكان دیگری ایجاد کرد.
برخي از سيستمهای در محل دارای بسترهای آبشویي هستند که باعث ميشوند آبي که بخشي از آن به وسيلهی سپتيک تانک تصفيه شده است، در زمين نفوذ کد سيستمهای قدیمي عامل مهم آلودگي در بعضي مناطق هستند .
سيستمهای در محنل همچنين ميتوانند شامل سيستمهای فاضلاب در مقياس کوچک شنوند که پسابها را به تصفيه خانه های واقع در نزدیكي محل جمع آوری منتقل ميکند .

3-2- ابعاد تکولوژیکی تصفیه آب خاکستری
تصفيه آب بازیافتي و همچين آب خاکستری شامل فرایندهای فيزیكي، شيميایي، بيولوژیكي ینا ترکيبي از این فرایندهاست. تصفيه ی آب خاکستری شنامل 3 مرحله ی پيش تصفيه، تصفيه اصلي و پس تصفيه است. برای مرحله ی پيش تصفيه، از روشهایي مثل سپتيک تانک، فيلتر بگ و فيلتراسيون با استفاده از جداسازی جامد و مایع برای کاهش ميزان ذرات و چربني استفاده ميشنود. مرحلنهی پنستصفيه نينز همنراه بنا فراینند گنندزدایي بنرای رسيدن به استانداردهای ميكروبيولوژیكي و رفع بوی نامطبو مورد استفاده قرار ميگيرد .

3-2-1- فرایندهای فیزیکی
فرایندهای فيزیكي، مواد و آلایندهها را با استفاده از نيروهای طبيعي مثل گرانش و موانع فيزیكي مانند فيلترها ،غشاءها و یا اشعهی فرابنفش، حاف ميکند. تصفيه فيزیكني آب خاکستری شنامل فيلتراسيون خناک و ماسه درشنت و فيلتراسيون غشایي است و عمدتا به همراه یک مرحلهی گندزدایي ضدعفوني انجام ميشود. فيلتر درشنت به تنهایي اثنر کمي بر حاف آلایندههای موجود در آب خاکستری دارد. استفاده از فراینندهای غشنایي به دلينل کيفينت بنالای پساب خروجي بعد از تصفيه و حاف مؤثر ميكروآلایندههای آلي از قبيل آفتکشها، داروها و محصولات مراقبت شخصني ،در حال افزایش است. سيستمهای غشایي به عنوان سيستمهایي با مصرف انرژی بالا و سطوح بالای عملكرد شناخته ميشوند .
بریكس 1773 سيستم تصفيه آب خاکستری با غشای UF آلترافيلتراسيون را گزارش داد که با استفاده از این
سيستم، مقادیر COD و BOD به ترتيب از 451 و 294 ميليگرم بر ليتر به 119 و 53 ميليگرم بر ليتر کاهش یافت. لي و همكاران 2553 کارایي سيستم تصفيه آب خاکستری که از یک مدول اسپيرال وند استفاده ميکند را بررسي کردنند.
مطالعه ایشان نشان داد که سيستم فيلتراسيون غشایي UF، ميتواند مقدار TOC را از 161 ميليگرم بر ليتر به 6/23 ميليگرم بر ليتر کاهش دهد. غشای UF به طور ميانیين 4/33 درصد از آلاینده ها را حاف نموده و منواد محلنول مثنل آمونيناک و فسفر نيز ميتوانند از آن عبور کند.
اندازه منافا غشاء ،نقش مهمي در کارایي تصفيه دارد. به عنوان مثال ،یک سيستم تصفيه آب خاکستری با غشای نانو فيلتراسيون ميتواند 73 درصد مواد آلي و همچين غشای اسمز معكوس RO ميتواند تا 73 درصند مقدار BOD را حاف کد. با این حال، اغلب مصرف انرژی بالاتر و جمع شدن رسوب در غشاء، عوامل کليندی محندودکنندهی قابلينت اقتصادی فرایندهای غشایي هستند.
بيوراکتور غشایي MBR فرایندی فيزیكي- بيولوژیكي است که دارای دو ننو غشناء بنا انندازه منافا 1/5 و 53/5 ميكرومتر است. اگرچه اندازه منافا غشاء در این سيستمها بزرگتر از اندازه ویروسها 25 نانومتر است امنا این غشاءها موجب حاف مؤثر ميكروارگانيسمها ميشوند. بنابراین مواد آلي باقي مانده در آب خاکستری تصفيه شنده توسط فيلتراسيون غشایي اغلب باع افزایش رشد ميكروارگانيسمها در سيستم ذخينرهسازی و انتقال ميشود. عنلاوه بر این ،رسوب در غشاء با توجه به هزینه های عملياتي و نگهداری آن ميتواند کاربرد وسيع فنآوری های غشایي برای تصفيه آب خاکستری را محدود کند.
در مطالعات صورت گرفته توسط ایتایاما و همكاران 2554 ، مقادیر TN ،SS ،BOD ،COD و TP در آب خاکستری سينک آشپزخانه با استفاده از یک فيلتر خاک شيبدار کاهش یافت اجزای اصلي این خاک آلومينا و سيليس هيدراته است . سيستم تصفيه خاک ميتواند بخشي از آلایندههای آلي، کل فسفر و نيتروژن را حاف کد. فيلتر خناک به کار رفته در مطالعه ایشان، ترکيبي از فيلتراسيون تصفيه و تجزیه زیستي است .
جونكينو کيم و همكاران 2557 تحقيقاتي روی تصفيه آب خاکستری به وسيله ی ميكروفيلتراسيون و اکسيداسيون با نمونه گيری از 195 آپارتمان و همچين با در نظر گرفتن تغييرات فصلي انجام دادند. نو ماژول غشایي در این روش، فيبر توخالي مشبک و اندازهی حفرهها 4/5 ميكرومتر بنود. سيستم گندزدایي نيز اجرا شد. نتایج مطالعات صورت گرفته نشان داد که سيستم اکسایش به همراه ميكروفيلتراسيون غشایي، کارایي جداسازی کدورت، رننگ، ذرات جامد و COD را داشته و استفاده از سيستم گندزدایي نيز پيشنهاد گردید .
مطالعات ذکر شده دربارهی فرایندهای فيزیكي تصفيه آب خاکستری نشنان ميدهد که فيلتراسيون درشت و فيلتراسيون خاک به تنهایي نميتوانند پارامترهای فيزیكي، شيميایي و بيولنوژیكي را به مقادیر منورد نياز در دستورالعمل استفاده مجدد، کاهش دهد. غشای ميكروفيلتراسيون و آلترافيلتراسيون، تعداد کمي از مواد آلي حل نشده را صاف ميکند. مواد آلي باقي مانده در آب خاکستری تصفيه شده توسط فيلتراسيون غشنایي اغلب باعث افزایش رشدميكروارگانيسمها در سيستم ذخيره سازی و انتقال ميشود. بنابراین فرایندهای فيزیكي از قبيل فيلتراسيون غشایي و فيلتراسيون خاک ميتوانند به عنوان پس تصفيه مورد استفاده قرار گيرند. در کل، فرایندهای فيزیكي به تنهایي برای تصفيه آب خاکستری و استفاده مجدد از آن کافي نيستند.

3-2-2- فرایندهای شیمیایی
فرایندهای شيميایي با افزودن مواد شيميایي برای تبدیل آلاینده ها به همراه واکشهای شيميایي مختلف، عمل جداسازی را انجام ميدهد. تصفيه ی آب خاکستری با فرایندهای شيميایي پيچيده تر از فرایندهای فيزیكي است و این مسئله، بهره برداری از فرایندهای شيميایي را با مشكل مواجه ميکند.از این رو تا حد امكان سعي ميشود تنا کمتر از روشهای شيميایي در سيستم تصفيه استفاده شود. همچين در برخي موارد هزینه خرید و نگهداری مواد شيميایي مورد نياز بزرگترین مانع در استفاده از فرایندهای شيميایي است . فرایندهای شيميایي اغلب برای گندزدایي و حذف فلزات سنگين مورد استفاده قرار ميگيرند. تصفيه اوليه ی شيميایي با استفاده از نمک های یا پليالكتروليتي ميتواند BOD و مواد جامد را حذف کند اما لجن توليد شده اغلب به سختي تصفيه و دفع ميشود .انعقاد و لخته سازی، اکسيداسيون فوتوکاتاليستي، تبادل یون و کربن فعال دانهای از جمله روشهای شيميایي مورد استفاده در تصفيه ی آب خاکستری هستند.
لي و همكاران 2555 یک سيستم تصفيه آب خاکستری شنيميایي ترکيبي پيشنهاد دادنند که در آن انعقاد الكتریكي با یک مرحله گندزدایي همراه است .در اینن سيستم مقدار BOD ،COD، کدورت و SS در آب خاکستری کاهش یافت. همچين هيچ باکتری کليفرمي در آب خاکستری اصلاح شده با این سيستم یافت نشد. در مطالعات صورت گرفته توسط پيدو و همكاران 2553 ، فرایندهای انعقاد و فرایند رزین تبادل یون مغناطيسي بنرای تصفيه آب خاکستری دوش حمام مورد استفاده قرار گرفت. در شرایط بهينه، انعقاد با نمک آلومينينوم مقادیر TN ،BOD ،COD، کدورت و فسفات را کاهش داد. فرایند اکسيداسيون پيشرفته بر اساس اکسيداسيون فوتوکاتاليستي با تيتانيوم دی اکسيد و اشعه فرابنفش، فرایند شيميایي دییری است که برای تصفيه آب خاکستری مورد استفاده قرار گرفت و 75 درصند مواد آلي را حاف کرد.
کایو و همكاران 2515 مراحل تصفيه آبهای خاکستری را با فيلتراسيون بستر شني، جذب سطحي کربن فعال و ضدعفوني با کلر ارزیابي کردند. نمونه ها از پساب های خانگي بودند. بستر شني، جداسازی مطلوبي از TSS و کدورت انجام داد به طوری که مقدار COD به اندازه 35 درصد کاهش یافت. غربال مواد آلني به وسيله جناب سطحي کربن فعال دانهای نيز بسيار مطلوب بود 5 .
باریسكي و همكاران 2514 در زمينه تصفيه آبهای خاکستری به وسيله آه VI تحقيقاتي انجام داد. نمونه از یک منطقه عمومي مسكوني در ترکيه از 23 آپارتمنان و 19 خانه جمع آوری شد. آهن VI به وسيلهی روش الكتروشيمي در یک راکتور پلكسيگلس مستطيلي با ابعاد 15´14´22 سانتيمتر ساخته شنده بنود. یک صنفحه الكترود آهني با درجه خلوص بالا به منظور توليد نيرو ساخته شد. الكتروليت با استفاده از مخلوط کن مغاطيسي و الكتروليز 5/1 ساعت شرو به کار کرد. غلظت آهن با استفاده از اسپكتروفتومتر UV/VIS DR5000 در pH های متفاوت آزمایش شدند. ابتدا روی 455 دور در هر دقيقه تنظيم شد و سپس برای 25 دقيقه در 45 دور در هر دقيقه لخته شده و 65 دقيقه یاضافي برای تهشيني باقي ماند. ميزان نمک آه 9/46-9/11 ميليگرم بر ليتر بود. آب تصفيه شده از طریق سلولز ممبران فيلتر سراسري استات 45/5 ميكرومتری برای اندازهگيری فيلتر شد. اثبات شد که جداسازی مهم COD و BOD شكل ميگيرد ولي اثرات سوء بر جداسازی TOC داشت. استفاده از سورفكتات بنا محتویات تجزیه ، جداسازی بهترپاتوژنهارا در pH پایين نشان داد. نتایج نشان داد که پساب تصفيه شده با این روش برای مصارف آبياری و صنعت قابل استفاده است .
فرایندهای شيميایي تصفيه آب خاکستری در مقایسه با فرایندهای فيزیكي ميتوانند منواد آلي و کدورت را در آب خاکستری به درجهی خاصي کاهش دهد ولي این برای رسيدن به استانداردهای استفاده مجدد مخصوصا در آبهای خاکستری تيره کافي نيست. فرایندهای شيميایي از قبيل انعقاد به همراه فيلتراسيون و یا مرحله گندزدایي ميتوانند جامدات معلق، مواد آلي و سورفكتانتها را در آب خاکستری روشن ،به سطح قابل قبولي برای استفاده مجدد از آب شهری کاهش دهد. پساب ناشي از فرایندهای شيميایي ميتواند توسط یک مرحلنه فيلتراسيون ماسه صاف شده یا بنا استفاده از یک مرحله ی فيلتراسيون غشایي تصفيه شود. روشهای شيميایي به طور خاص برای تصفيه آب خاکستری روشن بسيار مناسب است زیرا تغييرات در قدرت و جریان آب خاکستری، عملكرد تصفيه آنها را تحت تأثير قرار نميدهد.

3-2-3- فرایندهای بیولوژیکی
ميكروارگانيسمها و باکتریها نقش اصلي را در تصفيه فرایندهای بيولوژیكي به عهده دارند، زیرا آنها با استفاده از مكانيزمهای دروني خود مواد آلي موجود در فاضلاب را جاب کرده و از آن برای توليد انرژی استفاده ميکند. از آنجا که سهم عمدهای از آلایندههای موجود در پسابها را مواد آلي تشكيل ميدهد، امروزه استفاده از روشهای بيولنوژیكي به طور گستردهای متداول شده است. این روشها ميتوانند با صرف هزینه کمتر نسبت به دییر فرایندها، طيف گستردهای از آلاینده ها را تصفيه کند . فرایندهای بيولنوژیكي در تصفيه فاضلاب، فرایند رسوب که به طورطبيعي در رودخانه ها، دریاچه ها و دیگر جریانها اتفاق ميافتد را باز توليد ميکند. این فرایندها در تصفيه خانه های فاضلاب، جنایي که راکتورهای بيولوژیكي برای افزایش رسوب بيوشيميایي تحت شرایط کنترل شده طراحي و ساخته شده اند و در نتيجه افزایش حذف آلایندهها و تثبيت لجن، مورد استفاده قرار ميگيرند. فرایندهای بيولوژیكي موجنود در بيوراکتورها ميتوانند هوازی یا بيهوازی باشند. حفظ شرایط هوازی درون راکتور به انرژی زیادی نياز دارد و همچين در این شنرایط ضایعات آلي به سوخت زیستي لجن و دی اکسيد کربن تبدیل ميشوند. با این حال از تشكيل متان که بيشتر از دی اکسيد کربن منجر به گرم شدن آب و هوا ميشود، جلوگيری ميکند. فرایندهای تصفيه بيهوازی عموما به انرژی کمتری نياز داشته و توليد لجن کمتری دارند. در فرایندهای هوازی متان نيز توليد ميشود که ميتوان آن را محبوس کرده و به عننوان منبع انرژی مورد استفاده قرار داد. فرایندهای بيولوژیكي تصفيه آب خاکستری شامل صفحات بيولوژیكي چرخان RBC ، راکتور ناپيوسته متوالي
SBR ، بستر بيهوازی لجنن UASB ، تنالاب مصننوعي CW و بينو راکتنور غشنایي MBR ميباشند. فراینندهای بيولوژیكي اغلب به دنبال یک مرحله پيشتصفيه فيزیكي از قبيل ته شيني، استفاده از سپتيک تانک یا آشغالیير مي آیند. به غير از فرایند MBR، اکثر فرایندهای بيولوژیكي با یک مرحله فيلتراسيون برای مثال فيلتراسيون ماسه و یا مرحله ی گندزدایي به کار ميروند 5 .
نولد 1777 روی فرایند تصفيه آب خاکستری به روش RBC مطالعه نمود که شامل یک مخزن رسوب و سپس یک RBC چهار مرحلهای و یک مرحله نهایي گندزدایي UV فرا بنفش است. پس از مرحله گندزدایي اشعه فرا بننفش،کيفيت پساب باکتریولوژیک عمدتا با استانداردهای استفاده مجندد آب مطابقت دارد. فریندلر و همكاران 2555 روی سيستم تصفيه آب خاکستری روشن که ترکيبي از روشRBC ، فيلتراسيون ماسه و کلریناسيون کلرزني است، مطالعه کردند. مرحله ی RBC، به وسيلهی یک آشغالیير ریز برای حاف جامدات درشت و موهای ضخيمتر از 1 ميليمتر و بعد ازآن مرحلهی تهشيني در یک حوضچه تهشيني برای جداسازی لجن از پساب است. در این روش مقادیر TSS، کدورت، BOD ،COD و باکتریهای کوليفرم کاهش یافتند. مرحلهی فيلتراسيون ماسه به عنوان یک صافي عمل ميکند که منجر به کاهش مقادیر TSS، کدورت، COD و BOD شد ولي ميزان باکتریهای کوليفرم به طرز شگفت انگیزی افزایش یافت که نشان ميدهد بعد از فيلتراسيون ماسه باید مرحله ی گندزدایي صورت گيرد تا ميزان کوليفرم ها کاهش یابد.
فرایند راکتور متوالي ناپيوسته SBR برای تصفيه آب خاکستری تيره توسط فرناندز و همكاران 2553 ایجاد شد. زمان نگهداری لجن و زمان نگهداری هيدروليكي به ترتيب 15 روز و 9/11 ساعت بود. بعد از آن هم SBR دگیری برای تصفيه آب خاکستری تيره پيشنهاد شد. در این مدت زمان نگهداری لجن به 393 روز افزایش یافت و زمان نگهداری هيدروليكي به 7/5 ساعت کاهش یافت. مقادیر TN ،TP ،COD و آمونياک هم کاهش یافت .
در مطالعات انجام شده توسط هلالشه و همكاران 2559 دربارهی روش مناسب تصفيه آب خاکستری در مناطق روستایي اردن و با توجه به غلظت بالای مقادیر BOD ،COD و TSS در اینن مناطق، راکتنور هيبریند UASB به عنوان بهترین روش تصفيه آب خاکستری با استفاده از سيستم تصفيه در محل، برای خانه ها که ميتوان ند برای آبياری در ختان مورد استفاده قرار گیرد معرفي شد. حجم مورد نياز راکتور 263/5 متر مكعب با محدوده مساحت 133/5 متر مربع برای هر خانه با میانگین ساکنان به تعداد 15 نفر در نظر گرفته شد. این سيستم به عنوان روشي کم هزینه و انعطاف پایر در عملكرد و نگهداری ، برای این مناطق معرفي شده است ليا ابوگامني و همكاران 2515 سيستمهای هوازی و بيهوازی را بنرای آبياری آزمایش کردند. منبع آب از یک خوابگاه با 155 دانشجو در اردن گرفته شد. حذف COD توسط واحدهای بيهوازی در تابستان و زمستان به ترتیب 45 درصد و 37 درصد و نيز واحدهای هوازی در تابستان و زمستان 53 درصند و 64 درصند بود. پایداری لجن در راکتورهای هوازی و بيهوازی به ترتيب 35 درصد و 75 درصند بر پایه ی COD بود. کيفيت خروجي هوازی به جز پاتوژنها، موافق با استانداردهای آبياری برای آب تصفيه شده بود.
عزیزی و همكاران 2513 ، ارزیابي بر پایهی سه مرحله ی بيولوژی به نام های مرحله ی لجن فعال CASP ، راکتورهای بيوفيلمي با بستر متحرک MBBR و راکتورهای بيوفيلمي با بستر متراکم PBBR را انجام داد. نتایج بدست آمده کاهش 39 درصدی COD، 72 درصدی BOD، 32 درصدی TSS، در ینک HRT دو ساعته در PBBR را نشنان داد. این مطالعه نشان داد که راکتور بيوفيلم متراکم در تصفيه کارایي بهتری دارد . در فرایندهای بيولوژیكي تصفيه آب خاکستری، فرایندهای بيولوژیكي هوازی ميتوانند کدورت و مواد آلي را
به خوبي حاف کند. فرایندهای بيهوازی به دليل اینكه نميتوانند مواد آلي و سورفكتانت ها را به خوبي خذف کند، برای بازیافت آب خاکستری مناسب نيستند. فرایندهای بيولوژیكي هوازی مثل تالابهای مصنوعي ميتوانند با حاف مواد آلي زیست تخریب پذیر به عملكرد رضایت بخشي برسد. بعد از فرایندهای تصفيه آب خاکستری بيولوژیكي هوازی، بيشتر مواد آلي زیست تخریب پذیر حذف ميشوند در نتيجه از رشد مجدد ميكروارگانيسمها و مشكلات بوی آنها جلوگيری شده و باعث ميشود تا آب خاکستری تصفيه شده برای ذخيره ی طولاني مدت پایدارتر باشد. از این رو فرایندهای بيولوژیكي برای تصفيه آب خاکستری تيره و روشن پيشنهاد شده است. با این حال، حذف ضعيف ميكروارگانيسمها، مواد جامد معلق و کدر بودن مشاهده شد که نيازمند فيلتراسيون نهایي و یا مرحله گندزدایي برای رسيدن به استاندارد پيشنهادی استفاده مجددشهری است. سيستم مبتني بر فرایند RBC زماني که اندازه ساختمان به هفت طبقه تبدیل شود، از لحاذ اقتصادی امكانپذیر خواهد بود .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب