مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مدیریت پسماند ها

پسماند های تصفیه آب موادی هستند که در فرایند های مختلف تصفیه حذف شده و دارای مقادیر زیادی آب هستند . این پسماند ها مواد مولد کدورت  و رنگ ، جامدات آلی و غیر آلی  ، جلبک ها ، باکتری ها ، ویروس ها  و مواد شیمیایی رسوب کرده را شامل میشوند. این مواد محصولات جانبی انعقاد شیمیایی ، رسوب آهن و منگنز ، شستشوی صافی ها ، سختی گیری ، احیای رزین ها و ریز پالاینده ها ست . مایع حاصل ممکن است دارای 3 تا 10 در صدحجمی آب باشد. بسته به نوع فرایند و کیفیت آب خام ، غلظت جامدات موجود در پسماند ها بین 1/0 تا 4 درصد متغیر است . این پسماند ها نباید به داخل نهر ها ، رودخانه ها یا دریاچه هایی که از آنها منشا گرفته اند ، تخلیه شوند.

 پسماند های عمده

دومنبع عمده ی تولید پسماند در تصفیه خانه وجود دارد که باید کنترل شوند. این محل ها شامل آب حاصل از شستشوی معکوس صافی ها و لجن حاصل از حوضچه های ته نشینی است . آب حاصل از شستشوی  معکوس صافی ها برای بازیابی آب ته نشین شده  که رو آب آن  به ابتدای تصفیه خانه برگشت داده میشوند. جامدات تخلیه شده  از حوضچه های ته نشینی  و سیستم باز یابی آب حاصل از شستشوی معکوس  ، در تغلیظ کننده ثقلی تغلیظ و سپس آبگیری شده و در نهایت در لاگون های لجن واقع در محل ، دفع میشوند. رو آب تغلیظ کننده و آب زهکش شده از لاگون های آب گیری و دفع لجن ، به ابتدای واحد انعقاد برگشت داده میشود.

الگوی فرایند برای مدیریت پسماند ها

انتخاب یک الگوی مناسب برای تغلیظ ، آمایش و آبگیری ، دفع یا بازیافت لجن بر اساس اندازه ی واحد ، هزینه ساخت  و تجهیزات ، زمین موجود و محل واحد  و عوامل بهره برداری مثل مواد شیمیایی ، انرژی ، نیروی کار  و قابلیت اعتماد تعیین میشود. انتخاب نهایی  مناسب ترین الگوی تصفیه باید بر اساس شایستگی  و قابلیت های هر فرایند و نیز ملاحظات اقتصادی کلی الگوی تصفیه استوار باشد. باید عوامل متعددی در انتخاب نهایی الگوی مناسب تصفیه در نظر گرفته شوند. این عوامل عبارتند از :

1-زمین مورد نیاز
2-عملکرد در شرایط آب وهوایی نا مساعد

3-توانایی مهار تغییرات جریان

4-قابلیت اعتماد فرایند

5-سهولت بهره برداری ونگهداری

6-پیش نیاز ها

7-کیفیت لجن و مایع رویی

قانون کنترل آلودگی آب

قانون عمومی 500-92 و قانون اصلاحیه ی کنترل آلودگی آب 1972 لجن حاصل از تصفیه خانه آب را در دسته فاضلاب های صنعتی دسته بندی می کند، که این قوانین باید رعایت شود. لجن و پساب حاصل از تصفیه خانه آب باید زیر نظر سیستم های حذف آلودگی (NPES ) قرار داشته باشد و دفع شوند . محدودیت دفع لجن در ایالات مختلف با هم فرق میکند. شاخص های مهم در دفع لجن عبارتند از : pH ، BOD ، کدورت ، دما ، دبی و غلظت کل مواد زیر :

مواد جامد معلق ، مواد قابل ته نشینی ، آهن ، منگنز ، آلومینیوم ، کلراید ، سولفات ، کلر باقیمانده ، لجناب و مواد شناور بر روی سطح آب .

بنا بر این اصلاحیه ، به هیچ واحدی بعد از سال 1985 اجازه نمی دادند تا لجن خود را دفع کند ، مگر اینکه دلیل قانع کننده ای برای عدم برگشت لجن خود ارائه می دادند.

سیستم شستشوی فیلتر

برای شستشوی فیلتر 4 طرح وجود دارد : تانک شستشوی هوایی ( ارتفاعی ) ، پمپاژ مستقیم ، خود شستشو ( نوع گرین لیف ) و شستشوی معکوس پیوسته فیلتر های شنی  ( داینا یا هاردینگ ) .

دو سیستم نخست طرح های شستشوی معمول و پیشرفته ای هستند. سیستم فیلتر خود شستشوی معکوس ممکن است یک واحد اختصاصی باشد و یا یک طرح معمولی که توسط یک مهندس طراحی شده باشد. انتخاب فیلتر بر اساس ظرفیت تصفیه خانه ، توپوگرافی محل ، شرایط محلی و عامل های دیگر چون بازده انرژی ، چگونگی دفع پساب و در خواست های کار فرماست.
 
سیستم تانک های شستشوی هوایی و پمپاژ مستقیم  آب قابلیت انعطاف پذیری زیادی را در نرخ شستشوی معکوس دارند. طرح تانک هوایی برای تصفیه خانه هایی خوب است  که ارتفاع جایی که قرار می گیرد، نسبت به اطرافش بلند تر باشد. مزیت طرح تانک های هوایی عبارتند از : بهینه بودن انرژی ، ظرفیت کم پمپ هایی که تانک را در مدت 1 یا 2 ساعت پر می کنند و تامین فشار مورد نیاز آب در هنگام قطع برق . اما سیستم تانک های هوایی  برای  تامین شستشوی دو فیلتر به تانک های بزرگی نیاز دارند ، یعنی به لوله های شستشوی معکوس بزرگ و طویل و و کمترین ارتفاع شستشوی 34 فوت بالای کانال های شستشو ی فیلتر نیاز است. بر عکس ، سیستم شستشو با پمپاژ مستقیم  محدودیت تانک شستشوی هوایی را ندارد و کنترل نرخ شستشوی نسبتا یاده است. اما ، هم اندازه پمپ و هم توان مورد نیاز پمپ برای فیلتر های بزرگ ، خیلی بیشتر است. بنابر این سیستم شستشوی پمپاژ برای سیستم پمپ های کوچک و یا شستشوی معکوس با هوا مناسب است ، زیرا نرخ شستشو را باید دو تا سه بار در طول چرخه شستشو عوض کنند.  با توجه به سیستم شستشو ، روش های پایه عبارتند از : فقط شستشوی معکوس ، ترکیبی از شستشوی سطحی و شستشوی معکوس ، شستشو با پمپاژ هوا  و شستشوی همزمان با آب و هوا . سیستم فقط شستشوی معکوس

نمی تواند بستر فیلتر را در شرایط مناسب نگه دارد ، مگر در مواقعی که انعقاد و لخته سازی با مقدار بسیار کمی آلوم  بدست آید. فیلتر های تند شنی ، فیلتر های معمولی  دو بستره و فیلتر های سه لایه در صورت شستشوی سطحی  ، شستشوی معکوس آنها موثر خواهد بود. در مقابل ، فیلتر های ثالث و فیلتر های با بستر عمیق بیشتر برای شستشو با آب و هوا و یا هوای بسیار سریع و آب خیلی مناسب اند ، این فیلتر ها به صفحات بافری مخصوصی برای هر کانال شستشو احتیاج دارند.

بعضی از نویسندگان ادعا می کنند  که شستشوی با آب و هوا یک سیستم بسیار بهتری نسبت به شستشوی سطحی است . اما این ادعا پس از بازنگری چندین تصفیه خانه اعتبار خود را ازدست داد : اطلاعات بدست آمده نشان دادند که سیستم شستشوی سطحی در صورتی که به خوبی طراحی و راهبری شوند ، میتواند  خیلی مناسب باشد و حتی سبب افزایش کارایی سیستم شستشو با هوا بشود. برای مثال  ، بازنگری چهار تصفیه خانه در کالیفرنیا نشان داده است که در فیلتر های سه لایه که مجهز به همزن های سطحی دو شاخه هستند ، با وجود راهبری پانزده ساله  ، گلوله های گلی جمع نمی شوند و به راحتی تمیز می شوند . در مقابل ، فیلتر های بکار گرفته شده  در ایالات متحده و اروپا که مجهز به سیستم شستشو با هوا هستند ، وقتی که از پلیمر ها بعنوان ماده منعقد کننده  و یا کمک فیلتراسیون استفاده میشود، تا حد زیادی پر از گلوله های گلی میشوند.مهندسان طراح نباید از پدیده جوشش سطح بستر  فیلتر در مدت زمان شستشوی معکوس فیلتر ها با هوا غافل شوند ، زیرا این عمل فقط در 6 تا 8 اینچ قسمت بالای سطح فیلتر و خیلی سریع اتفاق می افتد. بنابراین ، گلوله های گلی که زیر این منطقه جوشان پایین رفته اند ، به حالت دست نخورده باقی می مانند.

شستشو دهنده های کمکی شستشوی فیلتر

وقتی ماده منعقد کننده ای در فرایند پیش تصفیه استفاده میشود بویژه زمانی که پلیمر بعنوان کمک فیلتراسیون استفاده میشود ، شستشو دهنده های کمکی ضروری است . شستشو به تنهایی نمی تواند بستر فیلتر را برای چندین ماه در شرایط تمیز قابل قبولی بدون تنظیم ونعدیل نرخ شستشوی معکوس و کنترل میزان انبساط بستر نگه دارد.

سیستم شستشوی سطحی منظم می تواند به طور مناسبی موجب شستشوی فیلتر های شنی تند معمولی و فیلتر های دو لایه شوند. مزیت این نوع سیستم ها ساده بودن ، موثر بودن و سهولت راهبری ونگهداری آنهاست . برخلاف شستشو دهنده های با هوا  نیازی به شستشو دهندههای کمکی و توالی شستشو و همچنین نیازی به تنظیم و تعدیل شستشوی معکوس در طول چرخه شستشو نیست. سیتم شستشو با هوا باید برای فیلتر های با بستر عمیق و مدیای با دانه بندی درشت بکار رود و برای بستر فیلتر های معمولی به منظور پیش تصفیه فاضلاب نیز ترجیح داده میشود.

دو نوع از سیستم های شستشو دهنده سطحی عبارتند از : شبکه ثابت و بازوهای چرخشی . هر دو نوع بالا از نیمه دوم قرن بیستم استفاده میسوند و در صورتی که به دقت طراحی ، ساخت ، نصب و راهبری شوند خیلی مفید خواهند بود . نوع شبکه ثابت آن توسط مهندسان قابل طراحی است و به علت ثابت بودن قسمت های آن نیاز به نگهداری کمتری دارد . سیستم بازوی چرخشی بعلت حساس بودن طراحی و مشخصات آن نباید توسط مهندسان طراحی گردد و همچنین نباید در محل ساخته شود . سه نوع از همزن های چرخشی عبارتند از : همزن های سطحی ، همزن های زیر سطحی و همزن های دو بازویی . مورد اول در کنار با فیلتر های شنی تند استفاده میشوند. مورد دوم و سوم ، بویژه برای بستر فیلتر های دو لایه و سه لایه استفاده میشود .  سیستم بازوی شیبدار مکانیکی امتحان شده است  ، ولی پیچیده بودن ساز و کار این سیستم ، محدودیت در طراحی و نیاز بهنگهداری زیاد موجب استقبال نشدن آن شده است.

شستشوی فیلتر با هوا

در سال های اخیر برخی از انتشارات  و کارخانه های سازنده تجهیزات بر این عقیده و ادعا بودند که شستشوی فیلتر با هوا تنها روش بهینه ممکن برای تمیز نگهداشتن بستر فیلتر برای هر نوع فیلتر است . اما این مسئله همیشه صحیح نیست. شستشوی با هوا قسمت بالا 6 تا 10 اینچ بستر فیلتر را به شدت به هم می زند. پدیده جوشش موجب گمراهی اپراتور ها میشود ، بطور کلی ممکن است فکر کنند اختلاط شدید در سراسر بستر فیلتر اتفاق می افتد. اما بعضی از گلوله های گلی که به زیر ناحیه جوششی منتقل میشوند بدون شکسته شدن باقی می مانند.

هنگام استفاده از زهکش های با نازل های توری خیلی مهم است که توجه داشته باشیم هوای فشرده شده خارج شده از نازل های کف توری از هر نازل بطور مستقیم بالا می آیند  و به طرف اتاق پخش نمی شوند. مدیای بستر واقع بین خطوط جریان بالا رونده خراب میشود ( قانون تعادل جرمی ) . این موضوع وقتی که شستشوی معکوس با هوای فشرده بکار گرفته شود خیلی شدید است . هم مطالعات پایلوتی و هم نمونه برداری از وسط فیلتر های واقعی استفاده کننده از شستشو دهنده های با هوا این پدیده را نشان می دهند و کمی افزایش ته نشینی لجن در کف بستر را شاهد هستیم.

در بدترین شرایط ، کیست کریپتوسپوریدیوم که از قسمت های بالای فیلتر جمع میشوند  در بستر فیلتر شکسته میشود و به شمت پایین حرکت میکند . بنابراین اشتباه است که از سیستم شستشوی سطحی به همراه سیستم شستشوی با هوا که دارای نازل های توری برای زهکشی باشند ، استفاده کنیم . وقتی که ابتدا شستشوی سطحی استفاده میشود ، این طرح موجب شکسته شدن قسمت های بالایی ( 20 سانتی متری ) از مدیای متراکم قبل از شستشو با هوا میشود و شستشوی معکوس آرام میتواند ذرات معلق جامد را در تما ساعت ها در بالای بستر نگه دارد.

انتخاب سیستم شستشو با هوا ، هم موجب پیچیده شدن طراحی و ساخت فیلتر ها میشود و هم به پیچیده شدن راهبری قسمت های مختلف فیلتر از جمله دمنده های هوا ، خط هوا و کنترل توالی هوا و شستشوی معکوس می انجامد. همچنین زمان شستشوی فیلتر دو تا سه برابر بیشتر از سیستم شستشوی معکوس تاثیر می پذیرد . بنابراین ، فجایع بسیار زیادی ناشی از واژگونی و خراب شدن زهکش ها به علت فشرده شدن و انفجار هوای فشرده وجود خواهد داشت . بنابراین بطور اکید سفارش میشود که لوله های قائمی که در خط لوله اصلی شستشو ی معکوس قرار میگیرند ، قطرشان کمتر از 12 اینچ نباشد تا برای اطمینان از فشار برای هر سیستم شستشو ی با هوا اندازه گیری داشته باشیم . ارتفاع مورد نیاز لوله دبی اضافی در حالت طبیعی 6 فوت در بالاتر از تاج دال سازه فیلتر و 2 تا 3 فوت بالاتر از خط شیب هیدرولیکی در طول شستشوی معکوس است.بنابر عقیده برخی از نویسندگان بستر هر فیلتر با عمق کمتر از 30 اینچ نیازی به شستشو با هوا ندارد، زیرا شستشوی سطحی ( نوع نازل ثابت ) میتواند نتیجه بخش باشد . سیستم شستشوی سطحی که توسط جان بایلیس ، در سال 1950 د رتصفیه خانه آب محددوده ی شمالی 22 متر مکعب در ثانیه طراحی شده است . بعد از حدود 50 سال راهبری بستر فیلتر ، بستر بسیار تمیزی را نشان میدهد . اما وقتی که عمق بستر فیلتر از 3 فوت تجاوز کند ، نصب سیستم شستشو با هوا انتخاب مناسبی است.

موارد مهم برای انتخاب طراحی سیستم های شستشو ی با هواعبارتند از :

1-قدمت و سابقه درخشان کارایی آن

2-سیستم مهاری مناسب

3-توسط کارخانه هایی تولید میشود که دارای کیفیت کنترلی خوبی هستند

4-ساختمان سیستم زهکشی به شدت توسط مهندسان ناظر با تجربه در مدت زمان کارشان نظارت میشود

اگر نوع پلنوم بعنوان سیستم زهکشی انتخاب شود، باید دارای کف کاذب با بتن پیش ساخته مسلح یک پارچه باشد. نباید از المان های پیش ساخته که که باید به پدستال ها پیچ شوند استفاده کرد، زیرا با خراب شدن سیمان تزریقی پس از ده سال استفاده ، مقدار زیادی از هوا را در اطراف بلوک ها از دست خواهیم داد.

سیستم های کمکی

بیشتر سیستم های کمکی فیلتر عبارتند از : تانک شستشوی معکوس فیلتر ، پمپ ها ، سیستم شستشوی کمکی ، سیستم کنترلی شستشوی جریان و سیستم جمع آوری و دفع پساب ناشی از شستشو . تانک شستشوی معکوس فیلتر باید به اندازه کافی ظرفیت داشته باشد تا مقدار آب لازم برای شستشوی دو فیلتر را تامین کند. همچنین تانک باید عمق مناسب آب بالای خروجی تانک را له نحوی فراهم آورد تا در ابتدای لوله خروجی جریان گردابی تشکیل نشود.تشکیل جریان گردابی سبب نشت هوا در آب شستشو و در نتیجه کاهش دبی جریان و مانع از عملکرد صحیح کنترل کننده های جریان میشود. بنابراین همیشه بهتر است یک مجموعه ضد گردابی در تانک شستشو در ورودی اصلی شستشو در نظر گرفت.

سطح آب در تانک شستشوی معکوس حد اقل باید در حدود 40 فوت بالاتر از تاج ناودان های شستشوی تانک فیلتر قرار داشته باشد. در شرایط عادی ، شستشوی سطحی نوع شبکه ثابت میتواند آب را از تانک شستشوی معکوس بگیرد. در مقابل ، سیستم شستشوی سطحی بازوی چرخشی نیاز به حداقل 540 کیلو پاسکال دراد و در نتیجه معمولا به سیستم بوستر پمپ نیاز دارد.

منبع شستشوی معکوس فیلتر ممکن است یکی از موارد زیر باشد:

تانک شستشوی ( هوایی ) ، خط توزیع آب تحت فشار ، آب پمپاژ مستقیم از خروجی و یا خروجی فیلتر های خاموش و ساکن خطی ( در فیلتراسیون خود شستشوی معکوس ) . انتخاب از بین این روش ها به عامل هایی مثل توپوگرافی محل ، هزینه ها و زیبایی آن بستگی دارد. اغلب ، تانک هوایی معمول ترین نوع منبع شستشوی معکوس است . بسته به توپوگرافی محل ، تانک ممکن استبصورت پایه دار یا روی یک تپه بلند و یا بالای یک ساختمان کنترلی نصب شود. همچنین تانک ممکن است در بین شستشو های معکوس توسط یک پمپ با ظرفیت کمتر پر شود.

شستشوی معکوس با پمپاژ  مستقیم یک روش برای سیستم تانک هوایی است. در حالت کلی این سیستم بعلت مصرف زیاد برق از لحاظ راهبری نسبتا گران است.

در حقیقت برخی از تصفیه خانه ها نمی توانند در مدت زمان اوج مصرف برق از پمپ های شستشوی معکوس فیلتر ها استفاده کنند. بنابراین سیستم شستشوی پمپاژ مستقیم باید به یک ژنراتور برقی آماده بکار مجهز شود. همچنین پیشنهاد میشود در خط پمپاژ یک لوله قائم و پیزومتر اطمینان فشار برای جلوگیری از صدمه رسیدن به زهکشی فیلتر قرار داد، زیرا این خسارت ممکن است ناشی از فشار زیاد باشد. توان مصقفی سیستم شستشوی پمپاژ میتقیم  ممکن است با طراحی شستشوی فقط نیمی از سلول فیلتر در هر زمان ، کاهش یابد. این امر موجب میشود از پمپ شستشو با نصف اندازه معمول استفاده کنیم.

فیلتر شستشوی معکوس با هوا اغلب به دو دلیل  با سیستم شستشوی معکوس با پمپاژ طراحی می شوند : نرخ شستشوی معکوس نیمی از سیستم شستشوی معکوس با جریان معمولی ثقلی است ؛ نرخ شستشو در این سیستم دو مرحله ای است. شستشوی معکوس ممکن است با استفاده از یک پمپ در مرحله ی اول و پمپ دومی در طول مرحله ی دوم با سیستم کنترلی نسبتا دقیق دبی بدست آید . دمنده های با جابجایی مثبت  ( از نوع روتز ) بر خلاف سر و صدای زیاد معمول ترین نوع دمنده ها در راهبرب محسوب میشوند.

سیستم کنترلی جریان شستشوی معکوس برای تنظیم نرخ شستشو بدون توجه به نوع سیستم شستشوی کمکی بکار گرفته شده در مدت زمان شستشو الزامی است. دونوع بسیار عمول  عبارتند از : کنترل کننده های مکانیکی جریان  و شیرکنترل کننده اصلی جریان  که در خط اصلی شستشوی معکوس قرار میگیرد. سیستم کنترل کننده جریان ترکیبی از فلومتر و تنظیم جریان با شیر پروانه ای است. سیستم دوم در حالت  کلی یک شیر توپی و کروی است که به آرامی باز میشودو سبب میگردد تا هوا بصورت کنترل شده از بستر فیلتر در شروع شستشو خارج شود و نزخ شستشو را به آرامی از کم به زیاد  ( پیش تنظیمی) افزایش میدهد. میزان تنظیم شده بوسیله مانعی که در بالای شیر راهبری تعبیه میشود ، کنترل میشود.

استفاده از شیر کنترلی مادر جریان در بیشتر مواقع سفارش میشود. اما کنترل کننده جریان اصلی باید در صورتی استفاده شود که سطح آب در تانک شستشو ی معکوس تا بیش از 10 فوت متغیر باشد و یا خط لوله شستشوی معکوس هم دارای قطر بزرگ و هم طول کوتاهی باشد. در غیر این صورت ، با کنترل افت هد با بازده بسیار کم و نوسانات بسیار زیاد در نرخ شستشوی معکوس ( در چرخه شستشو ) مواجه خواهیم شد.

خیلی مهم است توجه داشته باشیم که برای جلوگیری از خراب شدن بستر فیلتر  و سیستم زهکشی ، شیر شستشوی معکوس باید به آرامی باز شود. اگر فیلتر خود شستشوی معکوس انتخاب شود ، سیستم شستشوی فیلتر ممکن است بطور غیر منتظره ای ساده شود زیرا نیازی به سیستم پمپاژ ، سیستم کنترلی جریان شستشوی معکوس ، خط شستشوی معکوس و یا شیر آلات ندارد.

روش های فرایند سختی زدایی

پنج روش برای سختی زدایی وجود دارد . این روش ها به نوع سختی ، میزان سختی زدایی ، راهبری راحت ، مقدار لجنی که باید کاهش یابد و مقدار صرفه جویی در هزینه مواد شیمیایی بستگی داشته و عبارتند از :

1-   سختی زدایی جزئی با آهک

2-   سختی زدایی با آهک اضافی

3-   سختی زدایی با آهک – سود سوزآور

4-   سختی زدایی با آهک پرمایه

5-   سختی زدایی با آهک و سود پر مایه

روش یک : سختی زدایی جزیی آهک

این روش فقط کربنات کلسیم را حذف می کند . آهک به تنهایی به فرایند آب افزوده میشود  تا pH آب را به حدود 5/9 برساند . سپس آب نرم شده با احیای مجدد کربن و با افزودن یک اسید  و کاهش pH تا حدود 8/8 یا کمتر ، آب پایدار میشود  ، بنابراین ، سبب کاهش رسوب فلز های سنگین لوله ها و شیر ها میشود.

روش دو : سختی زدایی با آهک اضافی

این روش برای حذف کربنات منیزیم و کلسیم استفاده میشود . مقدار اضافی آهک برای فرایند آب در حداقل pH 6/10 که بهار لسا 11 تا 3/11 باشد ، استفاده میشود ، زیرا مقدار هیدروکسید منیزیم  تا زمانی که pH آب به بالای 11 نرسد ، زیاد نخواهد بود . با تشکیل هیدروکسید منیزیم و با کاهش pH به 7/8 تا 8/8 باید کربن دوباره احیا شود. در این مرحله شکل هیدروکسیدی آب به کربنات و بیکربنات تبدیل میشود ، زیرا آب دارای غلظت 40 تا 50 میلیگرم در لیتر در pH 11 بوده و همچنین نا پایدار است.

در pH 8/8 ، تقریبا 10 درصد از قلیائیت به کربنات و 90 درصد به بیکربنات تبدیل میشود . کربنات کلسیم در آب حل میشود . ولی بیکربنات کلسیم ته نشین میشود و برای کاهش اثر سختی آب نرم باید توسط ته نشینی و فیلتراسیون حذف شود . در حالت کلی ،فرایند ته نشینی از فرایند کربوناسیون مجدد بدست می آید . زیرا فرایند فیلتراسیون در حالت کلی مقدار زیادی از کربنات کلسیم را ته نشین میکند . وقتی آب صافی مثل آب چاه با این روش سختی زدایی می شود ، بخشی از آب خام با آب نرم شده مخلوط میشود ( تصفیه مجزا یا دو تایی )  در اکسید کربن و بیکربنات ها

( در آب خام ) با هیدروکسید کلسیم آب نرم واکنش می دهند  و رسوب کربنات کلسیم تشکیل میدهند .

روش سوم : سختی زدایی با آهک – سود سوز آور

این روش هم برای حذف سختی کربناتی و هم غیر کربناتی استفاده می شود. سختی غیر کربناتی اغلب توسط کلرید کلسیم  و سولفات کلسیم تولید می شود . برای حذف این مواد باید از سود سوز آور استفاده کرد. pH آب سختی زدایی شده دست کم 6/10 باشد. بنابراین برای تثبیت آب قبل از فیلتراسیون احیای کربن یا اسیدسازی لازم است.

روش چهارم : سختی زدایی باسود پر مایه

سود پر مایه را میتوان در روش های یک تا سه جایگزین آهک نمود . مزیت استفاده از سود پر مایه تولید لجن کم ، نبود مشکلات مرتبط با زباله های شیمیایی و استفاده ساده از مخزن ها و سیستم تغذیه است. بنابراین این روش ها بدون تغذیه سود سوز آور ، سختی غیر کربناتی را حذف می کند . ولی سود پر مایه معایب زیادی نیز دارد : هزینه سود پر مایه چهار تا شش برابر بیشتر از آهک است ، احتمال خطر و نشت در این روش زیاد است  و برای محلول 50 درصد در دمای 55 درجه فارنهایت مشکل یخ زدگی پیش می آید.

روش پنجم : سختی زدایی با آهک و سود پر مایه

این روش حالت تغییر یافته ای از روش 4 است و از آن برای کاهش کل هزینه های شیمیایی و هزینه های سرانه سیستم تغذیه آهک استفاده میشود. واکنش شیمیایی این روش به صورت زیر است:

2 Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2+ 2NaOH       ->    3CaCO3 + Na2CO3 +4H2O

 

فرایند های تصفیه کلی سختی زدایی

تمام پنج روش سختی زدایی آب همه فرایند های تصفیه آب مثل فرایند تصفیه متعارف کامل آب را دارند : اختلاط سریع ، لخته سازی ، ته نشینی ، کربوناسیون مجدد، ته نشینی ثانیه ، فیلتراسیون و کلر زنی  همزن های مکانیکی نباید در سختی زدایی آب بعنوان اختلاط سریع استفاده شود . زیرا تیغه های همزن با کربنات کلسیم پوشیده می شوند و گلوله های بسیار بزرگ CaCO3  را تشکیل نمی دهند . اختلاط سریع این روش از راه اختلاط هیدرولیکی و بااستفاده از کانال های بافلدار و عبور آب از روی سر ریز بدست می آید . درصورتی که آب نرم به جای دی اکسید کربن با یک اسید تثبیت شود، فرایند های احیای کربن و  ته نشینی  حذف میشود. اما ، با اضافه کردناسید ، غلظت سولفات  و یا کلراید افزایش پیدا می کند و سختی آب بعلت حل شدن CaCO3  با اسید ها اندکی افزایش می یابد  و این در صورتی است که از دی اکسید کربن استفاده نشود.

فرایند طبیعی سختی زدایی با آهک ممکن است گاهی سبب افزایش لحظه ای کدورت از 500 تا 1000 NTU  شود ، زیرا مقدار زیاد آهک بعنوان یک ماده منعقد کننده عمل میکند . با این حال ، حذف کدورت و عملکرد فیلتر در صورتی که مواد منعقد کننده فلزی ، مثل آلومینات سدیم و یا سولفات فریک در مجاورت با آهک تغذیه شوند ، بهتر میشوند. در صورتی که کدورت در بیشتر وقت ها از 1000 NTU  تجاوز کند ، مهندسان باید یک فرایند زلال سازی را در بالادست زنجیره فرایند سختی زدایی با آهک در نظر بگیرند.

مهندسان باید توجه داشته باشند که برگشت لجن به ابتدای زنجیره فرایند های  تصفیه خانه همیشه بازده سختی زدایی را افزایش می دهد  و برگشت لجن سبب پخش لخته های تشکیل شده کربنات کلسیم می شود. تماس مواد جامد و برگشت  لجن انواع راکتور های زلال سازی در فرایند های سختی زدایی بعلت موثر و بهینه بودن این روش ها ، در این ظرفیت بسیار استفاده میشود . در صورتی که مقدار در اکسید کربن آب خام از 10 میلیگرم در لیتر بیشتر شود، از یک فرایند هوادهی مثل هواده بشقابی باید برای زدودن گاز استفاده شود . این طرح مقدار آک یا سود پرمایه مورد نیاز برای حذف دی اکسید کربن مثل خحم مورد نیاز تولید لجن را کاهش می دهد.

حذف آهن و منگنز

آهن و منگنز مواد معدنی ای هستند که در خاک یافت میشوند. و بصورت اکسید های فلزی وجود دارند که : اکسید های غیر محلول فریک و اکسید منگنز ( بسیار نامحلول ) گفته میشوند . اما ، وقتی آب دارای دی اکسید کربن یا آب اسیدی باشد، در شرایط بی هوازی ، آهن فریک به فرو احیا شود و این یون در آب محلول است.

در شرایط یکسان ، منگنز به شکل دی اکسید چهار ظرفیتی به دو ظرفیتی احیا می شود  و در آب نیز محلول است . بنابراین ، مقدار زیادی آهن و منگنز در آب چاه های عمیق و چرخش آب در مخزن ها ، در کف مخزن ها و دریاچه ها یافت می شود . آهن و منگنز گاهی در آب های زیرزمینی و همراه با سولفید هیدروژن یافت می شود . همچنین مقدار کمی آهن و منگنز آلی در آب های زیر زمینی با اسید هیومیک وجود دارد.

غلظت آهن و منگنز آب های سطحی به تنهایی از 1 میلیگرم در لیتر تجاوز می کند. در مقدار قلیایی کم ( کمتر از 50 میلیگرم در لیتر ) ، مقدار آهن ممکن است به بیش از 10 میلیگرم در لیتر و مقدار منگنز 2 میلیگرم در لیتر برسد. وجود آهن و منگنز در آب شرب برای سلامتی انسان مشکل ساز است. مواد معدنی بر گوارایی آب و ویژگی هایی چون طعم و بوی نا مطبوع و مشکلات خانگی مثل آلودگی آب شستشو موثرند  و در بسیاری از صنایع مانند ته نشینی  و تشکیل رسوب این مواد رشد باکتری های آهنی در سیستم توزیع آب است . استاندارد  های ثانویه آب شرب سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا حداکثر آلودگی آهن و منگنز را به ترتیب 3/0 و 05/0 اعلام کرده است.

روش های مختلف :

روش های مختلف برای حذف آهن و منگنز در تصفیه آب وجود دارد. روش های پایه عبارتند از :

1-اکسیداسیون با ته نشینی و فیلتراسیون

2-تبادل یونی

3-پایدار سازی بوسیله جدا کردن عوامل

4-سختی زدایی با آهک

اکسیداسیون به اشکال زیر صورت می گیرد:

هوادهی ، کلرزنی ، دی اکسید کلر، پرمنگنات پتاسیم ، ازن زنی

جمع آوری و دفع پساب تصفیه خانه

تصفیه خانه های آب دو نوع پساب دارند : پساب بازیافتی و پساب غیر بازیافتی. نوع اول شامل پساب شستشوی فیلتر ، فرایند های پساب خارج شده از فیلتر ، مواد شناور بستر های خشک کن لجن  و سر ریز تصفیه خانه است.

دومی شامل پساب مخازن نگهدارنده پساب صافی ها و فیلتر ها ، پساب بهداشتی و شیمیایی ، پسابی که توسط سایر فرایند ها تولید میشود مثل متراکم کننده های لجن  و تبادل یونی است. روش های مجاز اداره و جابجایی پساب باید بر اساس مطالعات اولیه  مهندسی انجام گیرد.

در گذشته پساب در مخازن ذخیره  نگهداری میشود و سپس بدون هیچ گونه تصفیه ای  به ابتدای خط برگشت داده میشود مگر در مواقعی که ته نشینی ساده هم انجام می گرفت . اما از نظر قوانین و راهبرد های جدید  آب قابل شرب سازمان حفاظت محیط زیست این موارد غیر قابل قبول است.

از آنجا که پساب معمولا شامل مقدار زیادی مواد خطر ناک  مثل میکرو ارگانیسم ها ، SOCs ، DBPs و فلزات سنگین می باشند پساب قبل از برگشت دادن باید تصفیه ( لخته سازی ، رسوب  و گندزدایی) شود. مورد بعدی این است که کیفیت آب برگشت داده شده بخوبی و یا بهتر  از آب خام ورودی  باشد. اما قانون کنترل آلودگی آب همچنین  اجازه می دهد تا پساب بازیافتی طبق نظر مدیر تصفیه خانه  محلی در مجاورت  منبع آب تزریق شود.

جا به جایی پساب غیر قابل بازیافتی  مورد پیچیده ای است . روش های زیادی وجود دارد و ساده ترین آن سیستم فاضلاب رو است . اما این روش اغلب  بعلت مالیات های اداره های پساب غیر عملی است ، مخصوصا وقتی که  آنها در همان شهر  تصفیه خانه واقع شده باشند. روش های نهایی فرایندی و پساب غیر قابل بازیافتی ، تغلیظ لجن ، تصفیه و دفع مواد جدا شده از مایع ، دفع مواد غلیظ شده و بازیافت محصولات فرعی پساب است. مواد فرعی بازیافتی ، سولفات آلومینیوم  و اکسید کلسیم است. همچنین ترکیبات می توانند بعنوان دانه بندی با ذرات گرد  گوشه در ساخت جاده ها مورد استفاده قرار گیرند. روش های معمول انتقال و دفع لجن عبارتند از : تغلیظ ثقلی ، جداسازی فیزیکی، شیمیایی و تصفیه حرارتی و انواع دیگر فرایند های مهندسی شیمی.

عموما روش های کمی برای دفع پساب نهایی لجن وجود دارد. بنابر این مهندس باید به طور دقیق در دسترس بودن محل ، دفع صحیح لجن ، موارد مورد نیاز دفع لجن ، روش های انتقال پسمانده های پساب و هزینه های مرتبط با دفع نهایی را مطالعه و تحقیق نماید. مطالعات اولیه مهندسی باید تمام روش های عملی برای تصفیه ، اداره و دفع نهایی تمام محصولات پساب تصفیه خانه را ارزیابی نمایند. بنابراین مطالعات باید پیشنهاد های واقعی را بر اساس ملاحظات هزینه ای و موثر بودن طرح فرایند های پساب پیشنهادی و اداره آن ارائه نمایند.

افت ارتفاع اصطکاکی در رژیم جریان لایه ای

بطور کلی لجن بصورت سیالات غیر نیوتنی ( متغیر بودن لزجت با تنش برشی وارد بر سیال ) رفتار می کن دو افت های اصطکاکی در آن تابعی از رئولوژی ( خصوصیات جریان سیال از جمله لزجت و پلاستیسیته )، قطر لوله و سرعت جریان می باشدو مقدار افت ارتفاع در آن می تواند تا جندین برابر افت ارتفاع در مورد آب باشد . عواملی همچون افزایش اصطکاک با افزایش درصد جامدات ، انباشتگی چربی روی دیوار لوله و فرار بودن مواد محلول در لجن باعث پیچیدگی محاسبه افت ارتفاع اصطکاکی در آن نسبت به جریان آب در لوله شده است . برخلاف آب ، جریان لجن در لوله ، افت ارتفاع با سرعت جریان به تنهایی متناسب نیست . برای تخمین میزان افت ارتفاع اصطکاکی لجن در لوله میتوان از رابطه بینگهام استفاده نمود . چگالی لجن را میتوان با توجه به غلظت لجن و چگالی مواد معلق در آن بسادگی از نمودار زیر بدست می آید. Sy  و η نیز تابعی از درصد مواد جامد موجود در لجن هستند  ولی تعیین مقدار آن پیچیده است  و تابع عوامل متعددی است نظیر رئولوژی سیال . نتایج کمی در خصوص تعیین مقدار Sy وجود دارد که فقط مربوط به شرایط خاصی می باشد.

بطور کلی وقتی لجنی رقیق است ( معمولا غلظت کمتر از 2 درصد ) مقدار تنش تسلیم تقریبا به صفر رسیده و با حذف قسمت اول رابطه فوق این رابطه مشابه رابطه افت ارتفاع در جریان آب میگردد. برای غلظت های بالاتر مقدار Sy در محدوده 1/0 تا 10 تغییر می نماید. مقدار ضریب صلبیت نیز بسته به غلظت  ، نوع لجن و دما تغییر میکند  و مقدار آن در شرایط طبیعی برای لجن های آلومی و آهن 003/0 نیوتن ثانیه بر متر مربع و برای لجن های فرایند نرم سازی 006/0 نیوتن ثانیه بر متر مربع پیشنهاد میشود.( حدود 3 تا 6 برابر آب)

افت اصطکاکی در شرایط جریان آشفته

رژیم جریان آشفته بیشتر برای لجن با غلظت مواد جامد پایین مورد استفاده قرار می گیرد. در این رژیم جریان افت های اصطکاکی به جریان آشفته در آب نزدیک بوده و بصورت تابعی از توان 7/1 الی 2 سرعت تغییر میکنند و مقدار آن بطور چشم گیری از افت اصطکاکی در شرایط جریان لایه ای بیشتر است . همچنین در رژیم جریان آشفته بر خلاف جریان لایه ای ، زبری دیواره لوله ، یا جنس آن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است . افت های اصطکاکی در این شرایط تا حدود زیادی با جریان آب در لوله شباهت دارد.

لازم به ذکر است در شرایط بینابینی استفاده از روابط ارائه شده برای رژیم جریان آرام و رژیم جریان آشفته به مقادیر تقریبا یکسانی منتج میشود.

روش های متداول محاسبه افت ارتفاع

محاسبه افت ارتفاع اصطکاکی برای جریان لجن با استفاده از روابط ارائه شده برای جریان های لایه ای و آشفته بعلت زیاد بودن تعداد متغیر ها و پیچیدگی محاسبه ضرایب ساده نیست . لذا برای محاسبه افت ارتفاع اصطکاکی در لوله های انتقال لجن روش های ساده تری نیز ارائه شده است . یکی از این روش ها ساده سازی مساله جریان لجن با فرض جریان آب در لوله و استفاده از ضریب تصحیح می باشد. این ضریب تصحیح تابعی از درصد جامدات موجود در لجن بوده و مقدار آن را برای طراحی در شرایط معمولی از نمودار اول زیر و برای طراحی در شرایط محافظه کارانه از نمودار دوم شکل زیر تعیین می کنند.

یکی دیگر از روش های ساده محاسبه افت ارتفاع جریان لجن در مجاری بسته استفاده از رابطه هیزی – ویلیامز است که اثر لزجت لجن در ضریب هیزن – ویلیامز منعکس شده است . در این روش ضریب هیزن – ویلیامز بر مبنای مقدار 100 برای آب ، بصورت تابعی از درصد جامدات موجود در لجن  از جدول زیر انتخاب می گردد. علاوه رش های بالا استفاده از نمودار زیر که بر پایه مطالعات تجربی بدست آمده به نتایج رضایت بخشی منتج میشود.
 
افت های موضعی در خطوط انتقال لجن

جهت محاسبه ارتفاع مربوط به افت های موضعی برای جریان لجن در مجاری بسته بهتر است طول معادل هر افت تعیین شود و در نهایت طول معادل کل افت های موضعی به طول اصلی لوله اضافه شود و افت ارتفاع کل بر مبنای افت اصطکاکی با طول لوله کلی محاسبه میشود.

خطوط انتقال لجن

در خطوط انتقال لجن در نظر گرفتن رفتار لجن در لوله و کانال طراحی های خاصی را ایجاب مبکند . در این راهنما حداقل قطر لوله های انتقال لجن برای جریان تحت فشار 150 میلی متر و برای جریان ثقلی 200 میلی متر در نظر گرفته میشود. همچنین با توجه به ماهیت لجن لازم است سرعت جریان لجن در لوله در محدوده 3/0 متر بر ثانیه تا 5/1 متر بر ثانیه قرار گیرد. همچنین در طراحی سامانه های انتقال لجن توجه به نکات زیر ضروری است:

-لجن یک سیال غیر همگن است که غلظت مواد جامد در آن میتواند تغییرات زیادی داشته باشد.

-شاخص های مفید در مورد آب ( نظیر عدد رینولدز ) را نمیتوان بطور مستقیم در مورد لجن استفاده نمود زیرا لجن میتواند رفتار یک سیال غیر نیوتنی را داشته باشد . همچنین لزجت در محاسبه افت فشار میتواند ثابت نباشد و روش خاصی بادی در محاسبه افت های اصطکاکی مورد استفاده قرار گیرد.

-افت های اصطکاکی با کاهش درصد جامدات موجود در لجن و افزایش دما کاهش می یابد و غلظت جامدات محلول در لجن بعنوان یک متغیر اصلی در محاسبات هیدرولیکی مورد توجه قرار میگیرد . معمولا افت ارتفاع جریان لجن با غلظت های محدود در رژیم جریان آشفته بین 5/1 تا 4 برابر حالت جریان آب است .

در هر صورتی در طراحی سامانه های انتقال لجن مهم ترین عامل هیدرولیکی محاسبه افت ارتفاع در لوله می باشد. لذا با تغیین ضریب افت  و یا روابط مربوط به آن که میتواند با جریان آب کاملا متفاوت باشد ، افت ارتفاع تعیین میگردد. جریان لجن در لوله ها میتواند هم بصورت لایه ای ( عدد رینولدز کمتر از 2000 ) و هم بصورت غیر لایه ای ( عدد رینولدز بیشتر از 3000 ) وجود داشته باشد و لذا در هر مورد بادی از روابط مخصوص به همان حالت استفاده کرد.

جمع آوری و دفع لجن

هدف : لجنی که در تصفیه خانه آب تولید میشود در دسته لجن های شیمیایی قرار میگیرد و دارای مقدار زیادی مواد غیر فعال است که تا سال 1980 یک محصول فرعی بشمار می آمد و به پایین دست آبگیری تخلیه میشد . در حال حاضر ، قوانین ایالتی و دولتی آنها را در دسته آلوده کننده ها قرار داده اند و از دفع آنها به منابع آب شهری جلوگیری می کنند.

بیشتر تصفیه خانه های آب از سولفات آلومینیوم بعنوان منعقد کننده استفاده می کنند ، در نتیجه لجن حاصل دارای مقدار زیادی آلوم خواهد بود . لجن آلوم به سختی آب زدایی میشود و وقتی که در محیط مرطوب پخش میشود به خاطر خاصیت  و طبیعت برگشت به حالت سیال ، به سرعت به لجناب تبدیل میشود.

 

ملاحظات : موارد مهم که هر مهندس طراحی با آنها مواجه میشود عبارتند از :

1-قانون کنترل آلودگی آب

2-براورد نرخ لجن تولید شده

3-مشخصات لجن

4-روش های کاهش نرخ لجن

5-روش های زهکشی

6-دفع نهایی لجن

جمع آوری و دفع لجن

قبل از دفع نهایی لجن ، باید لجن تا حدی تصفیه شود . میزان کار بر روی لجن به کنترل دفع نهایی لجن مورد نیاز بستگی دارد . در مواقعی که نتوانیم بستر های خشک لجن را بسازیم، از سیستم های زهکشی و آب زدایی مکانیکی استفاده می کنیم . علت های اینکه نمی توانیم بستر های خشک بسازیم عدم وجود فضا و کارکنان کافی ، بارندگی زیاد و مقدار مواد جامد مورد نیاز بسیار زیاد است .

این سیستم ها شامل تغلیظ ثقلی ، فیلتر های خلا ، فیلتر های فشاری ، سانتریفوژ و روش های یخ زدگی – آب شدن آن هستند. با وجود این ، در مناطق معتدل تا گرم و جاهایی که بخار سبب بارندگی زیاد میشود، بهترین و ساده ترین روش بستر های خشک کن لجن لاگون لجن و یا بستر های خشک کن لجن کم عمق است . در صورت طراحی و راهبری صحیح این واحد ها ، این واحد ها قادر به خشک کردن لجن آلوم و آهک با مقدار مواد جامد 45 تا 50 درصد هستند.

در صورتی که بستر ها بطور پیوسته با نرخ 1تا 2 فوت مکعب بر دقیقه و در طول سه هفته اول چرخه خشک کردن هوادهی شوند ، یعنی تا زمانیکه در سطح لجن ترک هایی مشاهده شود، مدت زمان خشک کردن لجن به مقدار زیادی کاهش می یابد. یک شرکت ژاپنی نشان داد ، در صورتی که لجن بخوبی هوادهی شود مدت زمان خشک کردن لجن آلوم ( با استفاده از تجهیزات معمولی خشک کردن ) از چهار ماه به شش هفته کاهش می یابد. علاوه بر این ، با استفاده از هوای فشرده می توانیم از خلا برای خشک کردن لجن استفاده کنیم . ولی این سیستم سبب گرفتگی لوله ها و زهکشی نشدن لجن میشود . همچنین میتوان از بستر های شنی برای خشک کردن لجن استفاده کرد ( لجن آلوم و آهک ) ؛ اما این واحد ها بعلت گرفتگی باید هر 2 تا 3 سال از دوباره ساخته شوند.

در جاهایی که آب و هوای بسیار سردی دارند و حدود یک سوم سال هوا سرد است ، میتوان از پدیده یخ زدگی بعنوان یک روش موثر در آبگیری از لجن استفاده کرد. یخ زدگی میتواند لجن با 25 درصد مواد جامد تولید کند که خاصیت لجناب هم نداشته باشد . نرخ مورد استفاده تقریبا 12 کیلوگرم بر متر مربع و عمق آن زیر 12 اینچ است. تجهیزات بزرگ مکانیکی برای یخ زدگی – آب شدن در 6/6 متر مکعب بر ثانیه  تصفیه خانه آب کاشیوای ، چیبا و سندای برای تصفیه لجن آلوم ساخته شده است . اما ، از این واحد ها بعلت هزینه های اولیه آنها و هزینه زیاد راهبری بسیار کم استفاده میشود ( 100 دلار بر تن ).

دفع آب فیلتر شده

لجناب حاصل از تمام فرایند های آب زدایی بعلت مشخصات شیمیایی شان مشکل سازند، یعنی دارای مقدار و غلظت زیادی از پلیمر ، مواد شیمیایی قلیایی ، آلومینیوم و ترکیب های آلی و مقدار زیاد فلز های سنگین هستند . برگشت پساب به ابتدای تصفیه خانه به تنهایی یا ترکیب یا با ترکیب پساب فیلتر پیشنهاد نمیشود ، زیرا اثر معکوسی بر فرایند های لخته سازی دارد و تا حد زیادی سبب افزایش ترکیب های نامطلوب در فرایند آب میشوند . علاوه بر این ، وزارت بهداشت نیز در برخی از ایالات آمریکا تمایل زیادی به این کار ندارد. زیرا هنوز هم درباره اثر این مواد بر سلامت انسان و اثر های نا مطلوب سایرترکیب های آن تردید دارند . برای دفع این مواد میتوان آنها را به شبکه فاضلاب ، واحد زلال سازی و در صورت موجود بودن بستر های خشک کن لجن در تصفیه خانه به آن تخلیه کرد.

تخلیه به شبکه فاضلاب

ساده ترین روش در تصفیه خانه آب ، تخلیه لجن به شبکه فاضلاب است . ولی جریان لجن قبل از تخلیه به شبکه فاضلاب باید تعدیل شود، زیرا خطوط شبکه فاضلاب قادر به حمل دبی ( بطور مستقیم از حوضچه ) و مواد جامد خیلی سنگین نیستند. لجن تعدیل شده از تانک های نگه دارنده باید با سرعت ثابتی به خط شبکه فاضلاب تخلیه شود تا مشکل سرعت بیش از حد در شبکه فاضلاب را نداشته باشیم .

در بسیاری از موارد ، تخلیه فاضلاب به شبکه فاضلاب بعلت محدود بودن ظرفیت شبکه موجود به شب موکول شود. اثر واقعی این عمل اغلب قابل توجه نیست. مگر اینکه لجن تصفیه خانه آب سبب افزایش مواد جامد معلق تصفیه خانه فاضلاب ( به شکل فاضلاب) شود . در برخی از موارد خاص حتی ممکن است لجن آلوم در فرایند های تصفیه فاضلاب مفید هم واقع شود و ممکن است سبب حذف فسفر گردد و یا در حذف مواد جامد معلق بعلت وجود هیدروکسد آلومینیوم کمک کند.

دفع نهایی

چهار روش برای دفع نهایی وجود دارد :

1-تخلیه مستقیم به شبکه فاضلاب

2-انتقال به لند فیل

3-دفع در محل ( تصفیه خانه )

4-بازیافت محصولات جانبی

تصفیه خانه های زیادی که از مقدار زیادی پلیمر آلی بعنوان منعقد کننده استفاده می کنند. سبب میشوند که لجن تجزیه ناپذیر باشد.اثر منفی لجن آلوم بر تصفیه خانه فاضلاب این است که سبب کاهش گاز متان ( ناشی از مقدار مازاد مواد طبیعی مثل هیدروکسید آلومینیوم و مواد رسی ) و انتقال آن به هاضم های لجن و نیز افزایش مقدار فلزات سنگین میشود که خود بعنوان یک مانع در تصفیه بیولوژیکی تصفیه فاضلاب به شمار میرود . ولی در شرایطی که هم تصفیه خانه آب و هم تصفیه خانه فاضلاب زیر نظارت یک سیستم باشند ، باید هزینه ای را بعنوان حق اشتراک برای تخلیه مستقیم به سیستم شبکه فاضلاب بپردازیم.

برخلاف مشکلات موجود در آمریکا ، در بریتانیای کبیر و فرانسه ، تخلیه لجن به شبکه جمع آوری یک روش معمول دفع لجن است. هنوز درباره کم یا زیاد بودن اثر این کار بر فرایند های تصفیه با فاضلاب یا فرایند های بعدی هضم کننده لجن ، جای بحث دارد.

نتقال لجن به لند فیل

انتخاب لند فیل در نزدیکی شهر مشکل است . در سال های اخیر ، شهروندان در مورد موارد زیست محیطی اظهار ناخشنودی کرده و اعلام کرده اند که این کار سبب کاهش ارزش منطقه میشود. برای تطبیق بیشتر موارد ، بسیاری از لند فیل های موجود تمایلی به جذب لجن مایع و لجن نیمه جامد برای رعایت قوانین دولتی لند فیل ، بدلیل غیر مناسب بودن راهبری آن نشان نمیدهند. بنابراین قوانین  مصوب دفع نهایی فقط در صورتی که لجن ، مخلوط باقی مانده آزاد نداشته باشد باید لجن تصفیه خانه آب را به لندفیل تخلیه کرد. مخلوط آزاد مایعی تعریف میشود که به صورت ثقلی و به راحتی از مواد جامد لجن زهکشی می شود. در حال حاضر ، بسیاری از تصفیه خانه های آب موجود که دردیواره های جانبی و کف دارای لوله گذاری از جنس مواد غیر قابل نفوذ هستند، فقط لجنی با مقدار 20 تا 25 درصد مواد جامد را قبول میکنند.  در بعضی از این واحد ها که لوله کشی ندارند بعلت پتانسیل زیاد آلودگی آبهای زیر زمینی ، مقدار مواد جامد لجن بیش از 40 درصد است . لجن آلومی که بیش از 220 درصد مواد جامد داشته باشد را نمیتوان با استفاده از تجهیزات جمع آوری و دفع یا انتقال با کامیون ها ، به راحتی دفع کرد. لند فیل ها برای دفع هر تن لجن خشک 5 تا 10 دلار هزینه می کنند. اگر لجن در جای دوری واقع شده باشد ، هزینه های انتقال لجن تا حد زیادی افزایش می یابد. مهندس ناظر باید محل لند فیل را در صورت امکان در صورت امکان در نزدیکترین نقطه ممکن در نظر بگیرد . در صورتی که مجبور باشیم کامیون های منتقل کننده لجن را از داخل مناطق مسکونی مهم یا مناطق تجاری شلوغ عبور دهیم ، ممکن است نتوانیم بعلت اعتراض مردم از لندفیل استفاده کنیم.

دفع در محل

روش دفع در محل در شرایطی بعنوان یک روش دفع نهایی استفاده میشود که در تصفیه خانه فضای مناسب داشته باشیم ، از لحاظ زمین شناسی ساختار قدیمی داشته باشد، لجن بسیار کمی تولید کند و یا ترکیبی از این شرایط را داشته باشد. در صورتی که بخواهیم از تصفیه خانه بعنوان محل دفع نهایی استفاده کنیم موارد زیر قبل از طراحی باید به دقت بررسی شوند :

احتمال آلودگی آب خروجی و آب های زیر زمینی و زیبایی و ایمنی واحد .

این روش معایبی دارد. استفاده از لجن آلوم موجب گرفتگی سطح خاک و مانع از رسیدن هوا به ریشه گیاهان میشود. ولی استفاده از آهک مزایایی دارد لجن آهک در بهبود شرایط رس خاک و خنثی سازی اسید خاک نتایج خوبی را نشان داده است.

بازیافت محصولات جانبی

بازیافت آلوم اسیدی ابتدا در یک تصفیه خانه بزرگ در ژاپن تجربه شد و بین سال های 1965 و 1972 در جمع 15 تصفیه خانه ساخته شد. بازیافت آلوم را میتوان تا 80 درصد لیشتر از طریق خارج کردن اسید سولفوریک در pH برابر 5/2 انجام داد . اثر آلوم بازیافت شده برابر آلوم تجاری است. ولی کیفیت آلوم استاندارد تصفیه آب راتامین نمی کند زیرا مواد دیگری نیز در خین فرایند های اسید سازی استخراج میشود مانند آهن ، منگنز ، فلز های سنگین وشکل های مختلف ترکیبات آلی . در نتیجه آلوم بازیافت شده در مجاورت آلوم تجاری موجود استفاده میشود. بعلت خطر های احتمالی بازیافت و جمع شدن فلزات سنگین در این فرایند از این روش زیاد استفاده نمیشود . البته محصولات جانبی بازیافت شده لجن آلوم در تهیه مواد دانه بندی آجر نیز استفاده میشود. همچنین بعنوان تثبیت کننده جاده و مواد دانه بندی آجر نیز استفاده میشود. در ژاپن ، لجن آلوم بعنوان مواد دانه بندی سیمان های صنعتی کارخانه ها، بعنوان آماده کننده خاک برای انواع خاصی از گیاهان و آجر های فشرده بکار می رود.

در بسیاری از جاها ، بازیافت آهک از طریق سوزاندن لجن آهک در کوره انجام می گردد. اما ، بعلت آلودگی هوا و غیر اقتصادی بودن ، خیل یکم از این روش استفاده میشود . لجن آهک با موفقیت در ایالات متحده برای خنثی کردن خاک های اسیدی بکار میرود. همچنین لجن آهک برای افزایش تخلخل خاک های فشرده استفاده میشود و موجب می گردد که خاک برای کار کشاورزی آماده و قابل استفاده باشد.

راهبری و نگهداری

اپراتور های تصفیه خانه باید موارد زیر را دنبال کنند :

1-کاهش نرخ لجن تولید شده

2-خارج کردن غلظت زیادی از لجن از فرایند

3-بهینه کردن راهبری آبگیری از لجن

جمع آوری و دفع لجن سختی گیری

نرخ تولید لجن : 2 تا 5/3 پوند مواد جامد برای حذف هر پوند سختی

آبگیری لجن : لاگون لجن از نوع بستر خشک کن و یا سیستم آبگیری مکانیکی

توجه : بازیافت آهک بوسیله لایه بندی مجدد لجن تا حدی عملی است . ولی ، بعلت قوانین اخیر آلودگی هوا اغلب مناطق شهری استفاده از این روش را محدود کرده اند .

سیستم جمع آوری لجن

سازندگان مخزن های مستطیلی و دایره ای  انواع مختلفی از جمع کننده های مکانیکی  پیوسته لجن را پیشنهاد می کنند. انواع اصلی عبارتند از :

1-پلکانی – زنجیری

2-پل چرخشی با سیستم جمع آوری لجن

3-پل معلق با سیستم لجن کش مکشی و سر ریز های با ساز و کار سیفونی

4-لجن کش های مکشی شناور

5-لجن کش های زیر آب  ( توسط سر ریز )

6-جمع کننده های حول محور 

انتخاب سیستم مناسب جمع آوری لجن بستگی دارد به : شرایط آب و هوایی منطقه ، طبیعت و کیفیت مواد معلق خام ، نوع و مقدار ماده منعقد کننده مرد استفاده ، شکل تانک  نصب ( عدم نصب) ته نشین کنندههای با نرخ بالا  و هزینه . در مناطق سرد تشکیل یخ  در سطح آب مانع از حرکت بخش های محرک در آب میشود. بنابراین ، پل های چرخشی و سیستم های جمع کننده لجن  نباید در این مناطق استفاده شود مگر در مواقعی که توسط یک ساختمانی  پوشیده شده باشند. مورد دیگری که ممکن است اتفاق بیفتد از کار افتادن  پل چرخشی در اثر نیروهای باد است.

عامل های بسیار مهم دیگری که باید در نظر گرفته شوند طبیعت مواد معلق و کیفیت مواد مورد نظر برای ته نشینی در تانک است .

1-آب دارای مقدار زیادی آب شیرین  که بصورت پوسته ای  در آبگیری و مخزن های ته نشینی، ته نشین خواهد شد.

2-سیستم های جمع کننده لجن که به یکسری اریفیس در قسمت سرشان نیاز دارند ، زیرا بطور معمول اندازه اریفیس کمتر 20 میلی متر است ، بنابراین ، اریفیس بطور متناوب گرفته میشود.

3-سختی گیری با آهک آب سخت سبب تولید مقدار زیادی لجن میشود  که ممکن است برای واحد مکش مشکل ساز  باشد.

4-واحد های پلکانی – زنجیری بعلت اینکه شن و ماسه های خورنده و ساینده بصورت پیوسته در حوضچه جمع میشود، به نگهداری زیاد نیاز دارد ( همچنین نگهداری زیاد ممکن است بیانگر نصب نادرست و یا استفاده غیر مناسب از بخش ها باشد) .

شکل تانک نیز نوع واحد جمع کننده لجن را که ممکن است استفاده شود ، محدود می کند. واحد دارای سیستم جمع آوری لجن با محور مرکزی برای حوضچه های دایره ای مناسب است. از آنجا که بیشتر مخزن های ته نشینی مستطیلی شکل و طولانی هستند، بیشتر از واحد های زنجیری – پلکانی یا پل چرخشی استفاده شود. انتخاب بین دو نوع بر اساس هزینه ، زیبایی  و وجود مدول های ته نشینی در تانک است. بیشتر واحد های زنجیر ی – پلکانی ممکن است تا طول 200 فوت را بصورت سیستم جمع آوری پیوسته لجن پوشش دهند . اما ، کارخانه ای که ادعا می کند می تواند تا طول 300 فوت را پوشش دهد ، باید سیستم مشابه  حذف و جمع آوری ذرات سبک لجن را داشته باشد و بطور متناوب کار کند. در صورتی که طول حوضچه بزرگتر از این دامنه باشد ، دو نوع از جمع کننده ها لازم است . حوضچه های دارای ته نشین کننده های نرخ بالا از نظر فضا محدودیت هایی دارند ، بنابراین  باید نوع زنجیری – پلکانی یا لجن روب های زیر آبی نصب شوند.

بر خلاف مدول های زنجیری  - پلکانی ، لجن روب های پل چرخشی می توانند هر طولی را پوشش دهند . اما در صورتی که طول حوضچه از 90-80 متر تجاوز کند ، این نوع خیلی موثر خواهد بود. ولی کسانی که نزدیک این تصفیه خانه زندگی میکنند ممکن است از محع کنندههای پل چرخشی نا خشنود باشند . پل اغلب توسط ساز و کار چرخ دنده ها بر روی ریل می چرخد. اما ممکن است بر چرخ های لاستیکی بدون ریل نیز قرار بگیرد.

توانایی سیستم مکشی با پل چرخشی بطور معمول بیشتر از حذف لجن بسیار غلیظ اسکراپر است.  این واحد لجن را به یک کانال می ریزد که بالا تر از سطح آب قرار دارد و در نتیجه اپراتور تصفیه خانه می تواند غلظت لجن را بصورت چشمی بازرسی کند و هر گونه بوی غیر عادی را تشخیص دهد. استفاده از شیر های تلسکوپی در مجاورت واحد لجن زدا اثر یکسانی خواهد داشت . د ر صورتی که برای لجن کشی از پمپ و یا سیفون استفاده میشود میزان دبی لجن طراحی باید بطور تقریبی (l/m.min 120 ) در عرض تانک طراحی شود.

بطور خلاصه ، یک پل چرخشی  با  بخش مکشی بهترین انتخاب  برای مخزن هایی است که دارای مخزن هایی است  که دارای ته نشین کنندههای نرخ بالا نیستند اما مقدار آلوم یا فریک در لجن ته نشینی شده  در حد طبیعی است ، در مناطق معتدل تا گرم ، تصفیه خانه هایی که از جاهای مسکونی دور هستند اولین گزینه برای انتخاب جمع کننده های مکشی برای پل چرخشی بشمار میروند.

واحد های زیجیری – پلکانی ممکن است در هر شرایطی استفاده شوند. اما بکار بردن آنها برای تانک های عریض  و طویل اقتصادی نیست، زیرا حداکثر طولی واحد زنجیری – پلکانی  به 200 فوت و عرض پلکانی به 20 فوت محدود شده است. علاوه بر آن ، آب دارای مقدار زیاد شن  و ماسه  ریز باید بشدت حفاظت شود. در صورتی که کنترل هزینه  یک امر اساسی باشد ، ممکن است از لجن کش های مکشی  و واحد های لجن روب زیر آب هم استفاده شود. سرعت چرخش یک واحد  جمع آوری پیوسته لجن بطور معمول 1 فوت در دقیقه است. این سرعت به ما این اطمینان را می دهد که لخته سازی دوباره روی نمی دهد. واحد هایی که می توانند لجن جمع شده را از طریق مسیر برگشتی ، برگشت بدهند ممکن است سرعت شان از 5 تا 10 برابر سرعت مسیر جمع آوری لجن بیشتر باشد. برای کشور های در حال توسعه یا تصفیه خانه های کوچک واقع در مناطق ایزوله ، کف تانک ته نشینی باید شیب کمتر از 1 به 300 به سمت ورودی داشته باشد  تا از سهولت جمع آوری  بجن که از جت آب استفاده میشود ، مطمئن شویم . اگر از تجهیزات لجن روب  مکانیکی استفاده میشود ممکن است دامنه شیب از 1 به 300 تا 1 به 600 باشد.

در صورتی که ساز و کار  مکشی انتخاب شود ، کل کف ممکن است هم سطح باشد. اپراتور های تصفیه خانه ای که فقط از این سیستم استفاده می کنند این نوع طراحی حوضچه را مفید نمی دانند. قسمت زیرین کانال  ( برای جمع آوری لجن ) با جریان افقی و حوضچه های مستطیل طویل  معمولا 2/0 تا 1/0 درصد دبی جریان است. غلظت مواد جامد لجن بسته به نوع واحد مکانیکی  بکار گرفته شده و ملاحظات راهبرب 5/0 تا 2 درصد است.

خارج کردن لجن غلیظ

اگر لجنی که به سیستم آبگیری منتقل میشود ، غلیظ باشد ، فرایند غلیظ سازی لجن خیلی موثر و بهینه و بنابراین بازده دفع نهایی خیلی زیاد خواهد بود . برای مثال ، اپراتور با مشاهده مقدار لجناب میتواند چرخه جمع آوری لجن را تنظیم کند . خارج کردن بیش از حد لجن سبب کاهش  بسیار زیاد مقدار مواد جامد خواهد شد. بنابراین اپراتور باید طوری واحد ها را تنظیم کند که مقدار مواد جامد لجن کمتر از 5/0 درصد باشد . بهتر است لجن آلوم بدست آمده از زلال ساز ، دارای 1 درصد مواد جامد باشد.

توجه : لجن را زیاد در زلال ساز نگه ندارید تا غلظتش افزایش یابد ، نگهداری زیاد لجن ، موجب سپتیک شدن وایجاد بوی نامطلوب و رنگ در آب تصفیه شده می شود.

اگر چه لجن زلال ساز را به یک تانک ذخیره پساب فیلتر تخلیه می کنند ، ولی به دلایل زیر  این کار توصیه نمیشود :

1-لجن رقیق میشود.

2-ممکن است مواد نامطلوبی مثل ترکیبات آلی ، میکروارگانیسم های فلزی سنگین و ترکیبات عامل بو  و طعم به آب تصفیه شده برگشت داده شوند.

3-سازمان حفاظت محیط زیست  این عمل را رد میکند

لجن باید بطور مستقیم از زلال ساز به بستر های خشک کن لجن یا شبکه فاضلاب تخلیه شود.

بهیه سازی راهبری دفع و غلیظ سازی لجن

جاهای بسیار زیادی وجود دارد که اپراتور های تصفیه خانه می توانند تغییراتی ایجاد کنند ، ولی این مسئله به نوع سیستم غلیظ سازی بستگی دارد. اپراتور ها می توانند نرخ بارگذارب لجن در فرایند غلیظ سازی و ضخامت لجن تغذیه شده ، سرعت تسمه ، میزان فشار فیلتر فشاری را بهینه کنند ، ولی ، فرایند تغلیظ لجن تا حد زیادی با اضافه کردن یک نوع مناسب و مقدار مناسب پلیمر به لجناب بدون توجه به نوع فرایند لجن بهینه میشود . قانون پساب فیلتر سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا تخلیه لجن زلال ساز را به پساب فیلتر د رصورت برگشت آن منع کرده است .

در مناطقی که به مقدار کافی آهک داشته باشیم ( با هزینه قابل قبول ) و هزینه های کارکنان هم قابل قبول باشد ، استفاده از 15 درصد آهک آلوم اضافی و یا بیشتر pH  بجن را تا 12 افزایش می دهد. تجربه نشان داده است که این عمل بطور چشمگیری سبب بهبود مشخصات آبگیری از لجن آلوم میشود.

پمپاژ لجن

یکی از سخت ترین مواد برای پمپ کردن ، سوسپانسیون جامدات یا لجن است . انتخاب پمپ معمولا به ویسکوزیته ی لجن بستگی دارد . لجن ها در دو گروه  سوسپانسیون با ویسکوزیته پایین و سوسپانسیون با ویسکوزیته بالا طبقه بندی میشوند.

لجن های با ویسکوزیته پایین خیلی شبیه آب رفتار می کنند و به آسانی توسط پمپ های سانتریفوژی لجن پمپ میشوند. لجن های با ویسکوزیته بالا به پمپ های با قدرت مکش بالا مانند پمپ های جابجایی لجن نیاز دارند. از آنجا که لجن اغلب دارای شن و ذرات سیلت است ، بنابراین پمپ های لجن باید طوری انتخاب شوند که با اطمینان در این شرایط کار میکنند.

افت فشار در خطوط لوله ای که لجن را منتقل می کنند ، از رابطه ی  هیزن – ویلیامز به دست می آید. چون پمپاژ لجن بسیار مشکل تر از آب است  ، ضریب هیزن – ویلیامز ( C )  کاهش می یابد. مقادیر پیشنهادی ضریب هیزن ویلیامز برای انواع مختلف لجن در اینجا به اختصار آمده است.

-لجن منعقد شده بطور شیمیایی ( جامدات کل تا 1 درصد ) ،  C = 90

-لجن فشرده شده ( جامدات کل تا 5/4 درصد ) ، C = 55

-لجن تغلیظ شده ( جامدات کل تا 8 درصد ) ، C = 35

 اگر لجن به مسافت های طولانی پمپ شود ، محاسبات افت فشار دقیق تری برای طراحی تجهیزات پمپاژ لازم است . افت های اصطکاک باید با استفاده ا ز رفتار ژلاتینی مانند ، مفهوم تغییر شکل دهی و سایرخصوصیات جریان لجن محاسبه شوند. این روش ، سیال غیر نیوتنی  و شرایط جریان آشفته را شامل میشود  .

عدد رینولدز و عدد Hedstrom  هر دو برای محاسبه ی  ضریب اصطکاک دارسی – ویسباخ لازم هستند. در عمل بهتر است قطر لوله لجن بزرگتر از 6 اینچ در نظر گرفته شود. برای حجم های کم لجن ، به منظور دستیابی به میزان جریان و سرعت های بیشتر در طی دوره پمپاژ ، پمپ ها بصورت یک سیکل زمانی بهره برداری شوند. همچنین در سیستم لوله کشی  لجن باید تعداد کافی دریچه برای رفع گرفتگی و تمیز کردن لوله Picture3در نظر گرفته شود.

مشخصات لجن

مشخصات لجن حاصل از تصفیه آب از یک منطقه تا منطقه دیگر فرق می کند ، زیرا تا حد زیادی به مشخصات آب خام ، نوع و مقدار ماده منعقد کننده و سایر انواع مواد شیمیایی کمکی مورد استفاده در تصفیه آب بستگی دارد . در حالت کلی ، آلوم خشک از 30 درصد آلومینیوم و 50 درصد مواد طبیعی دیگر مثل سیلیکا و کلسیم تشکیل شده است .

مشخصات لجن آهک تابع مقدار هیدروکسید منیزیم است . مشخصات خشک لجن آهک مشابه لجن آلوم است . غلظت هیدروکسید منیزیم از مقدار غیر قابل توجه تا 30 درصد متغیر است . در لجن آهک با مقدار کم هیدروکسید منیزیم ، میتوان با استفاده از بستر های خشک کن  50 تا 60 درصد از آب آن را گرفت . اگر غلظت هیدروکسید منیزیم بیشتر باشد مقدار آبزدایی لجن به 20 تا 25 درصد کاهش می یابد. خیلی مهم است که مشخصات لجن را بشناسیم ، زیرا بر انتخاب روش های جمع آوری و دفع لجن تاثیر میگذارد. برای مثال ، لجن های آلوم و فریک رطوبت پذیرند و مقدار لجن با نیروی فیزیکی متغیر است . این مشخصات سبب جمع آوری و دفع سخت لجن آلوم و آهن ، بویژه لجن آلوم میشود.
مشخصات لجن آلوم

مشخصات لجن آهک

براورد نرخ لجن تولید شده

براورد نرخ لجن تولید شده تا حدی سخت است. زیرا هیچ روش مشخصی برای پیش بینی اقزایش کدورت و دوز شیمیایی مورد نیاز بزای تصفیه آن وجود ندارد  . ولی فرمول های تجربی زیادی برای اینکار وجود دارد. پیشنهاد میشود که مهندسان شاخص هایی مشابه شاخص های راهبری را در نظر گیرند و از فرمول های پایه مثل فرمول های زیر استفاده کنند. ( توجه : نسب بین کل مواد جامد معلق و کدورت 3/1 است . دامنه این مقدار از 1 تا 3 است.

نرخ لجن آلوم خشک تولید شده    بر حسب پوند بر میلیون گالن آب تصفیه شده    =

{   دوز آلوم بر حسب میلیگرم در لیتر  * ( 0.54 * 8.34 )} + { )کدورت آب خام NTU ( *1.3 * 8.34}

 نرخ لجن سولفات فریک خشک شده   بر حسب پوند بر میلیون گالن آب تصفیه شده =

{ دوز سولفات فریک (Mg /L ) * 0.26 * 8.34 } + { کدورت آب خام (NTU) * 1.3 * 8.34}

نرخ لجن کلرور فریک خشک شده   بر حسب پوند بر میلیون گالن آب تصفیه شده =

{ دوز کلرور فریک (Mg /L ) * 0.66 * 8.34 } + { کدورت آب خام (NTU) * 1.3 * 8.34}

توجه :

1-    معدله های بالا بر اساس معادله های زیر است :

Al2(SO4)3 14 H2O + 3 Ca (HCO3)2    ->      3CaSO4 + 2 Al(OH)3+ 6 CO2 + 14 H2O

Fe ( SO4)3 + 3 Ca ( HCO3)2    ->      3CaSO4 + Fe ( OH)3 + 6 CO2

2FeCl3 + 3Ca(HOC3)2      ->   3CaCl2 + 2 Fe (OH)3 + 6CO2

2-    بنابر کتابچه های سازمان حفاظت محیط زیست انعقاد و سختی زدایی سریع ، وقتی که از انعقاد داخلی استفاده می کنیم اطراف هر هیروکسید آلومینیوم را سه آب هیدراته اضافه می کنند. این کتابچه ها نشان میدهند که نرخ لجن آلوم تولید شده برای هر میلیون گالن آب تصفیه شده ، با استفاده از فرایند انعقاد پیشرفته از معادله زیر بدست می آید :

8.34 * { دوز آلوم (Mg/L) + TOC (Mg/L) + 1.5 * کدورت (NTU) +A}

که A بیانگر ماده شیمیایی اضافی  استفاده شده است.

3-    نرخ لجن تولید شده بیشتر به کیفیت آب خام بستگی دارد که هر سال با توجه به شرایط آب و هوایی کنترل میشود. بنابرا ین بسیاری از فرمول های بسیار دقیق به این معنی نیستند که بهترین هستند.

4-    نرخ سالیانه تولید لجن باید بصورت متوسط کدورت ، دوز آلوم و دبی تصفیه خانه استفاده شده محاسبه شود ( بغیر ماه های با کدورت زیاد)

در مورد لجن تولید شده سختی زدایی با آهک ، نرخ لجن تولید شده به مقدار زیادی تابع سختی آب خام و میزان سختی آب نرم است. فرمول پایه برای نرخ لجن تولید شده  ( پوند بر میلیون گالن آب تصفیه شده ) برابر است با :

8.34 * ( 2.0 Ca + 2.6 mg + SS)

که Ca سختی کلسیمی حذف شده بر حسب میلیگرم بر لیتر کربنات کلسیم ، Mg حذف سختی منیزیمی حذف شده بر حسب میلیگرم بر لیتر کربنات کلسیم و SS ذرات جامد معلق آب خام بر حسب میلیگرم در لیتر است. در حالت کلیبا حذف هر میلیگرم در لیتر از سختی 2 تا 3 میلگرم در لیتر مواد جامد تولید میگردد. بنابراین ، متوسط نرخ تولید شده سختی زدایی با آهک بصورت زیر محاسبه میشود:

نرخ تولید لجن آهک خشک  ب حسب پوند بر میلیون گالن آب تصفیه  شده   =

2.5 * 8.34 * سختی کل حذف شده بر حسب میلیگرم بر لیتر کربنات کلسیم

کاهش حجم و نرخ لجن تولید شده

نخستین گام در کاهش هزینه های سرانه و هزینه های راهبری واحد های جمع آوری و دفع لجن ، کاهش تولید نرخ لجن است. مقدار لجن تولید شده را میتوان به وقدار 30 تا 80 درصد از فرایند های تصفیه متعارف و با استفاده از آلوم ( منعقد کننده ) کاهش داد و این در صورتی است که از دو روش تکمیلی زیر استفاده کنیم.

استفاده لحظه ای پلیمر یا آلوم  و یا جایگرین کردن روش فیلتراسیون مستقیم به جای تصفیه کامل متعارف. این  روش ها باید قبل از طراحی ارزیابی شوند.

اطلاعات واقعی بدست آمده از تصفیه خانه های آب نشان میدهند که اگر 1/0 تا 5/1 میلیگرم در لیتر پلیمر کاتیونی در مجاورت با آلوم استفاده کنیم، دوز آلوم به مقدار زیادی ( 30 تا 50 درصد) کاهش می یابد. بکار بردن 2/0 تا 3/0 میلیگرم در لیتر پلیمر کاتیونی یا آنیونی و آلوم اغلب بطور چشمگیری موجب بهود لخته سازی میشود و دوز آلوم را 15 تا 30 درصد کاهش میدهد.

در مورد سختی زدایی با آهک ، استفاده از آهک پر مایه ، لجن تولید شده کربنات کلسیم را 35 تا 50 درصد کاهش میدهد.

وقتی فرایند متعارف را با فیلتراسیون دو مرحله ای ، مستقیم یا خطی جایگزین میکنیم، مقدار لجن تا حد زیادی کاهش می یابد. این فرایند ها برای تصفیه آب خام گرفته شده دریاچه های بزرگ و مخزن ها بکار میروند و فقط به 4 تا 6 میلیگرم در لیتر آلوم یا ترکیب 2 تا 4 میلیگرم در لیتر آلوم و 5/0 تا 1 میلیگرم در لیتر پلیمر کاتیونی نیاز دارند. در مقابل ، فرایند تصفیه کامل متعارف برای تصفیه ی  همان آب به 12 تا 16 میلگرم در لیتر آلوم نیاز دارد. پس  به نظر میرسد لجن تولید شده از فرایند های بالا حدود 10 تا 20 درصد فرایند متعارف کامل باشد. ولی اگر مجبور باشیم  به دلیل کدورت های موقت و  رشد جلبک ها از روش تصفیه متعارف کامل استفاده کنیم  باید در صورت امکان یک کنار گذر در کنار حوضچه ها در نظر بگیریم  تا اپراتور ها بتوانند هنگام ارسال از فرایند فیلتراسیون مستقیم و یا فیلتراسیون خطی استفاده کنند.

خیلی مهم است که مهندسان مناسب ترین نوع کلاریفایر  و واحد های جمع آوری و دفع لجن را انتخاب کنند . برای مثال لجن آلوم تانک ها ته نشینی مستطیلی 3/0 تا 5/1 درصد مواد جامد دارد، ولی در صورتی که در کلاریفایر ها از پتوی لجن استفاده کنیم این مقدار به 2/0 تا 5/0 درصد کاهش می یابد. بنابراین حوضچه هایی که از لجن روی های مکانیکی استفاده نمیکنند، اغلب ، پیش از تمیز کردن حوضچه دارای ارتفاع 10 تا 12 فوت لجن انباشته شده هستند. بنابراین لجن جمع آوری شده در صورت فشرده شدن از 4 تا 6/0 مواد جامد تشکیل خواهد شد و این در حالی است که تانک های ته نشینی با لجن روب های مکانیکی دارای 5/0 تا 5/1 درصد مواد جامد خواهند بود . این موضوع به نوع واحد و چرخه حذف لجن نیز بستگی دارد.

در شرایط طبیعی ، حدود 1/0 تا 5/0 درصد از آب تصفیه شده در تصفیه خانه با چشم پوشی از لجن برگشتی به لجن تبدیل میشود. رابطه بین مقدار مواد جامد معلق و کدورت اندازه گیری شده تابعی است از نوع ، اندازه ، شکل و رنگ مواد جامد معلق. بنابراین رابطه مشخصی وجود ندارد. نسبت کل مواد جامد معلق به کدورت 1 تا 2 درصد و بطور متوسط 3/1 درصد است. مقدار لجن تولید شده از سختی زدایی با آهک خیلی بیشتر از آلوم است و دامنه آن از 1 تا 10 درصد است که به نوع واحد زلال ساز بستگی دارد. لجن حذف شده از زلال ساز ها 3 تا 4 درصد مواد جامد دارد و در چرخه حذف لجن از 3/0 تا 5/1 درصد آب سختی زدایی شده با آهک استفاده می شود.

 

کاهش نرخ لجن تولید شده

برای کاهش نرخ لجن تولیدشده  ، اپراتور ها باید یک ماده منعقد کننده مناسب انتخاب و دوز مواد شیمیایی را بهینه کنند . از آنجا که 26 درصد از آلوم اضافه شده ، هیروکسید آلومینیوم تولید می کند  ( یعنی بخشی از لجن میشود ) بنابراین باید نخستین کار اپراتور کاهش دوز آلوم بدون تاثیر بر کیفیت آب خروجی باشد. اپراتور باید باید پلیمر ها را بررسیکند و ببیند که آیا پلیمر بهطور موثر تغذیه میشود یا خیر  . با توجه به اینکه هزینه پلیمر های کاتیونی حدود 6 برابر آلوم است ، بنابراین در کل هزینه ها ، زیاد فرقی نمی کند  که بجای 6 شسمت آلوم از یک قسمت پلیمر استفاده کنیم . موارد بسیار زیادی وجود دارد که نشان میدهد که دوز 5/0 میلیگرم بر لیتر پلیمر کاتیونی همراه با آلوم مقدار دوز آلوم را 3 تا 5 میلیگرم بر لیتر در مقایسه با لخته سازی فقط آلوم ، کاهش می دهد. استفاده از پلیمر های آنیونی و غیر یونی بعنوان کمک منعقد کننده سبب کاهش آلوم مورد نیاز میشود.

آلوم در فیلتراسیون مستقیم و در مرحله ای در حقیقت با پلیمر های کاتیونی جایگزین میشود. در صورتی که کمترین مقدار هیدروکسید آلومینیوم را در لجن داشته باشیم ، نشان دهنده کاهش نرخ تولید لجن و بهینه بودن آلوم است.

در مدت زمان آب خام با کیفیت خوب ، فرایند فیلتراسیون مستقیم بطور چشمگیری سبب کاهش تولید لجن میشود. بسیاری از تصفیه خانه های آب که آب خود را از مخزن های بزرگ و یا دریچه های بزرگ می گیرند باید در ماههایی از سال از این روش  استفاده کنند. بجای تزریق  15 میلیگرم در لیتر آلوم به آب خام با کدورت 3 NTU برای تشکیل لخته های قابل ته نشینی ، فرایند های فیلتراسیون مستقیم فقط به دوز آلوم 6 میلیگرم در لیتر نیاز دارند . ممکن است از ترکیب آلوم 3 میلیگرم در لیتر و پلیمر کاتیونی 5/0 میلیگرم در لیتر برای منعقد کردن کدورت تیز استفاده شود . فرایند های لخته سازی و فیلتراسیون در بستر فیلتر اتفاق می افتد.

سومین مسئله این است که اپراتور باید از اثر تزریق آهک با آلوم در ابتدای تصفیه خانه آگاه باشد. بسیاری از کتاب های قدیمی این روش را بدون توجه به قلیائیت و pH  اب خام  دنبال می کنند  و تعدادی نیز به آن توجه می کنند . در صورتی که قلیائیت آب خام کمتر از 15 میلیگرم در لیتر باشد و دوز آلوم مورد نیاز از 15 میلیگرم در لیتر تجاوز کند ، دیگر نیازی به قلیائیت اضافی نخواهیم داشت. لخته سازی در pH برابر5 تا 7 بسیار مطلوب است  بجز در مواردی که مشکل خوردگی داشته باشیم  ، ولی pH را میتوان در مراحل بعدی تصفیه تنظیم کرد. در صورتی که آلوم با آهک در ابتدای تصفیه خانه اضافه نشوند ، هم آلوم باقی مانده در آب تصفیه شده و هم تولید لجن کاهش می یابد. تمام مواردی که در این بخش بحث شد  باید از طریق مطالعات آزمایشگاهی بدست آیند  تا بتوان مقدار بهینه دوز مواد شیمیایی را تعیین و اصلاح کرد. 

تهیه:نیلوفر بهاری

ترسيم فني و نقشه كشي - پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390
نقشه های توپوگرافی - پنجشنبه هشتم اردیبهشت

مرجع تخصصی آب و فاضلاب