مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش‌های سنتی و نوین حذف رنگ در تصفیه آب:

۱. اهمیت حذف رنگ از آب

رنگ در آب معمولاً ناشی از ترکیبات آلی (مانند هیومیک اسید، فولویک اسید) یا آلاینده‌های صنعتی (رنگ‌های نساجی، پساب کاغذسازی) است. این ترکیبات نه تنها ظاهر آب را نامطلوب می‌کنند، بلکه ممکن است سمی یا سرطان‌زا باشند.

• استانداردها: آب شرب باید فاقد رنگ قابل تشخیص باشد (معمولاً بر اساس مقیاس Pt-Co ≤ ۱۵ واحد).

۲. روش‌های سنتی حذف رنگ

الف. انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation/Flocculation)

• مواد منعقدکننده:

  • آلوم (سولفات آلومینیوم): رایج برای حذف رنگ‌های طبیعی (دوز: ۲۰–۱۰۰ mg/L).

  • کلرید فریک: مؤثر در pH پایین (۴–۶) برای رنگ‌های صنعتی.

• مکانیسم: خنثی‌سازی بار ذرات رنگی و تشکیل لخته‌های سنگین.

• طراحی:

  • مخزن اختلاط سریع: زمان ماند ۳۰–۶۰ ثانیه، گرادیان سرعت (G) ≈ ۳۰۰–۱۰۰۰ s⁻¹.

  • ته نشینی: سرعت سرریز ۰.۵–۱.۵ m/h.

ب. جذب سطحی با کربن فعال (Activated Carbon)

• انواع:

  • کربن فعال پودری (PAC): دوز ۱۰–۵۰ mg/L (برای رنگ‌های موقت).

  • کربن فعال گرانولی (GAC): در فیلترها با سرعت ۵–۱۵ m/h.

• مزایا: جذب طیف وسیعی از ترکیبات آلی.

• معایب: هزینه بالای تعویض کربن اشباع‌شده.

ج. اکسیداسیون شیمیایی

• کلرزنی:

  • واکنش: اکسیداسیون رنگ‌ها، اما ممکن است ترکیبات جانبی سرطان‌زا (THMs) تشکیل دهد.

• پرمنگنات پتاسیم (KMnO₄): مناسب برای رنگ‌های فنولی (دوز: ۲–۱۰ mg/L).

۳. روش‌های نوین حذف رنگ

الف. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

• ترکیبات:

  • ازون (O₃): اکسیداسیون مستقیم ترکیبات رنگی (دوز: ۱–۵ mg/L).

  • UV/پراکسید هیدروژن (H₂O₂): تولید رادیکال‌های OH· برای تخریب رنگ.

• پارامترها:

  • انرژی UV: ۴۰–۱۰۰ mJ/cm².

  • زمان تماس: ۱۰–۳۰ دقیقه.

ب. فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

• انواع:

  • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات > ۰.۰۱ μm.

  • نانوفیلتراسیون (NF): حذف ترکیبات با وزن مولکولی ۲۰۰–۱۰۰۰ دالتون.

• شار غشایی: ۱۰–۳۰ LMH (لیتر بر متر مربع در ساعت).

ج. بیوفیلتراسیون (Biofiltration)

• مکانیسم: تجزیه ترکیبات رنگی توسط میکروارگانیسم‌ها (مانند Phanerochaete chrysosporium).

• رسانه: شن، کربن فعال، یا پکینگ پلیمری.

• پارامترها:

  • زمان ماند: ۶–۱۲ ساعت.

  • pH: ۶.۵–۷.۵.

د. فوتوکاتالیست‌های نانویی (TiO₂/UV)

• مکانیسم: تخریب رنگ تحت تابش UV با استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم.

• کاربرد: سیستم‌های نقطه مصرف (Point-of-Use).

۴. محاسبات کلیدی

الف. محاسبه دوز منعقدکننده

• آزمون جارتست (Jar Test): تعیین دوز بهینه بر اساس حذف رنگ و کدورت.

• فرمول:

  دوز (kg/day) = (غلظت رنگ (mg/L) × دبی (m³/day)) / راندمان (%)  

ب. انرژی مورد نیاز سیستم UV/H₂O₂

• فرمول:

  انرژی (kWh/m³) = (توان لامپ (W) × تعداد لامپ‌ها × زمان تابش (h)) / دبی (m³/h)  

ج. سطح غشا در نانوفیلتراسیون

• فرمول:

  سطح (m²) = دبی (m³/day) / (شار غشایی (LMH) × ۲۴)  

۵. طراحی سیستم‌ها

الف. سیستم انعقاد + کربن فعال

• اجزا:

  • مخزن اختلاط سریع با میکسر مکانیکی.

  • فیلترهای GAC با لایه ۱–۲ متری.

• مصالح: فایبرگلاس یا استیل ضدزنگ.

ب. سیستم AOPs

• تجهیزات:

  • ژنراتور ازون با ظرفیت ۱۰–۵۰ گرم/ساعت.

  • محفظه UV با لامپ‌های فشار متوسط.

ج. سیستم بیوفیلتر

• طراحی:

  • راکتور با بستر متخلخل و سیستم هوادهی.

  • پایش مداوم DO و دما.

۶. مقایسه روش‌ها

روش مزایا معایب هزینه

انعقادهزینه پایین، سادگی اجرا تولید لجن زیاد کم

کربن فعال مؤثر برای طیف وسیعی از رنگ‌ها نیاز به تعویض دوره‌ای متوسط

AOPs حذف کامل آلاینده‌ها هزینه بالای انرژی بالا

نانوفیلتراسیون عدم نیاز به مواد شیمیایی هزینه نگهداری بالا بالا

۷. اجرا و چالش‌ها

• تولید لجن: در روش‌های شیمیایی، مدیریت لجن حاوی رنگ‌های رسوب‌کرده ضروری است.

• گرفتگی غشا: در فیلتراسیون غشایی، شستشوی معکوس دوره‌ای مورد نیاز است.

• کنترل pH: در اکسیداسیون پیشرفته، pH باید بین ۶–۸ حفظ شود.

۸. مثال طراحی

شرایط:

• دبی آب: ۱۰۰ m³/day

• غلظت رنگ: ۵۰ واحد Pt-Co (ناشی از هیومیک اسید).

• روش انتخابی: ترکیب انعقاد با آلوم + کربن فعال گرانولی (GAC).

محاسبات:

• دوز آلوم: ۳۰ mg/L (بر اساس جارتست) → مصرف روزانه = ۳ kg/day.

• فیلتر GAC:

  • سرعت فیلتراسیون ۱۰ m/h → سطح = ۱۰۰/۲۴/۱۰ ≈ ۰.۴۲ m².

  • قطر فیلتر: ≈ ۰.۷ متر.

تجهیزات:

• مخزن ۵۰۰ لیتری آلوم با پمپ دوزینگ.

• فیلتر GAC با لایه ۱.۵ متری کربن.

۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش حذف رنگ به عواملی مانند نوع رنگ، غلظت اولیه، و هزینه عملیاتی بستگی دارد. روش‌های سنتی مانند انعقاد و کربن فعال برای سیستم‌های کوچک و متوسط مناسب هستند، در حالی که فناوری‌های نوین مانند AOPs و نانوفیلتراسیون برای آلاینده‌های پیچیده یا نیاز به کیفیت بالا پیشنهاد می‌شوند. ترکیب روش‌ها (مانند انعقاد + UV/H₂O₂) می‌تواند راندمان را افزایش داده و هزینه‌ها را بهینه کند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع فیلتراسیون در تصفیه آب: واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. فیلتراسیون گرانولی (Granular Filtration)

۱.۱. فیلتر شنی سریع (Rapid Sand Filter)

• واحدها:

  • لایه‌های فیلتر: شن با دانه‌بندی ۰.۴–۱.۲ میلیمتر، آنتراسیت یا گارنت.

  • سیستم زیرآب (Underdrain): لوله‌های سوراخدار یا صفحات مشبک.

  • سیستم شستشوی معکوس (Backwash): پمپ آب یا هوا.

• روش کار:

  • آب از لایه‌های شن عبور کرده و ذرات معلق در منافذ رسوب می‌کنند.

  • شستشوی معکوس با آب یا هوا هر ۲۴–۷۲ ساعت برای احیای فیلتر.

• محاسبات:

  • سرعت فیلتراسیون: ۱–۱۵ متر بر ساعت۱–۱۵ متر بر ساعت.

  • افت فشار (Head Loss): با معادله Carmen-Kozeny یا Rose.

    hL=((۱۵۰μ(۱−ϵ)²)/(dp²ϵ³))×(Q/A)×L

    μ: ویسکوزیته آب، ϵ: تخلخل، dp​: قطر ذرات، Q: دبی، A: سطح فیلتر، L: ضخامت لایه.

• ساخت:

  • مخزن بتن مسلح یا فولادی با لایه‌های شن و سیستم زیرآب.

• شیوه اجرا:

  • شستشوی اولیه شن قبل از راه‌اندازی.

  • تنظیم دبی و فشار عملیاتی.

۱.۲. فیلتر شنی کند (Slow Sand Filter)

• واحدها:

  • لایه بیولوژیکی (Schmutzdecke): تشکیل لایه میکروبی روی شن.

  • شن با دانه‌بندی ریز: ۰.۱۵–۰.۳۵ میلیمتر.

• روش کار:

  • آب با سرعت کم (۰.۱–۰.۴ متر بر ساعت) از شن عبور می‌کند.

  • لایه بیولوژیکی، پاتوژن‌ها و مواد آلی را تجزیه می‌کند.

• محاسبات:

  • زمان ماند: ۲–۶ ساعت.

  • سطح مورد نیاز: A=Q/v​.

• ساخت:

  • مخزن بتنی با عمق ۱–۱.۵ متر و زهکش زیرین.

• شیوه اجرا:

  • ایجاد لایه بیولوژیکی طی ۱–۲ هفته.

  • برداشت دوره‌ای لایه سطحی (هرس).

۲. فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

۲.۱. اولترافیلتراسیون (UF)

• واحدها:

  • ماژول‌های غشایی: فیبرهای توخالی (Hollow Fiber) یا صفحه‌ای.

  • پمپ فشار پایین: ۱–۵ بار.

• روش کار:

  • جداسازی ذرات ۰.۰۱–۰.۱ میکرون (ویروس‌ها، باکتری‌ها).

  • استفاده از فشار برای عبور آب از غشای نیمهتراوا.

• محاسبات:

  • شار (Flux): J=Q/A (L/m²/h).

  • راندمان: ۹۰–۹۹٪ حذف TSS.

• ساخت:

  • غشاهای پلیمری (PVDF، PES) در محفظه استیل ضدزنگ.

• شیوه اجرا:

  • پیش‌تصفیه آب (شنی و کربنی) برای جلوگیری از گرفتگی.

  • شستشوی شیمیایی (CIP) با NaOH یا HCl.

۲.۲. اسمز معکوس (RO)

• واحدها:

  • ماژول‌های مارپیچی (Spiral Wound): غشای پلیآمیدی.

  • پمپ فشار بالا: ۱۵–۸۰ بار.

  • سیستم بازیابی انرژی (Energy Recovery Device).

• روش کار:

  • حذف یون‌ها (تا ۹۹٪)، نمک‌ها و آلاینده‌های محلول.

• محاسبات:

  • شار اسمزی: Jw=A(ΔP−Δπ).
    A: نفوذپذیری آب، ΔP: فشار اعمالی، Δπ: فشار اسمزی.

  • راندمان بازیابی آب: ۴۵–۸۵٪.

• ساخت:

  • غشاهای پلیمری با پشتیبانی از جنس پلیاستر.

• شیوه اجرا:

  • پیش‌تصفیه شدید (UF، ضدعفونی) برای جلوگیری از Scaling.

  • تنظیم pH و دوز آنتی‌اسکالانت.

۳. فیلتراسیون دیاتومه‌ای (Diatomaceous Earth Filtration)

• واحدها:

  • لایه پیش‌فیلتر: پوشش DE روی صفحات مشبک.

  • سیستم بازیابی DE.

• روش کار:

  • عبور آب از لایه DE که ذرات تا ۱ میکرون را جذب می‌کند.

• محاسبات:

  • مصرف DE: ۰.۱–۰.۵ گرم بر لیتر آب.

• ساخت:

  • مخزن استیل با صفحات پلیمری یا فلزی.

• شیوه اجرا:

  • پوشش‌دهی اولیه صفحات با DE.

  • شستشوی معکوس برای برداشت لجن.

۴. فیلترهای کارتریجی (Cartridge Filters)

• واحدها:

  • کارتریج‌های الیافی یا پلیمری: دقت ۱–۱۰۰ میکرون.

  • محفظه فشار (Housing): استیل یا PVC.

• روش کار:

  • عبور آب از کارتریج برای حذف ذرات معلق.

• محاسبات:

  • ظرفیت: بر اساس سطح فیلتر و دبی (معمولاً ۱–۱۰ m³/h).

• ساخت:

  • الیاف پلیپروپیلن یا سرامیک در محفظه فشرده.

• شیوه اجرا:

  • تعویض کارتریج پس از افزایش افت فشار (ΔP ≥ ۱ بار).

۵. مقایسه روش‌های فیلتراسیون

روش دقت حذف (میکرون)فشار (بار)کاربردهزینه

فیلتر شنی سریع ۱۰–۵۰ ۰.۱–۰.۵تصفیه آب شهریپایین

اولترافیلتراسیون ۰.۰۱– ۰.۱ ۱–۵ حذف ویروس‌هامتوسط

اسمز معکوس ۰.۰۰۱ ۱۵ –۸۰ نمک‌زدایی بسیار بالا

فیلتر کارتریجی ۱–۱۰۰ ۰.۵–۲ پیش‌تصفیه صنعتی پایین

۶. چالش‌ها و راهکارها

• گرفتگی (Fouling):

  • راهکار: پیش‌تصفیه مناسب، شستشوی معکوس، استفاده از آنتی‌اسکالانت.

• خوردگی:

  • راهکار: انتخاب مواد مقاوم (استنلس استیل، پلیمرها).

• هزینه انرژی (RO):

  • راهکار: نصب سیستم‌های بازیابی انرژی (ERD).

۷. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی یک سیستم RO برای آب دریا:

  • دبی: ۱۰ m³/day.

  • شار: ۱۵–۲۰ L/m²/h.

  • ماژول‌ها: ۴ ماژول مارپیچی با قطر ۸ اینچ.

  • پمپ فشار: ۶۰ بار.

  • پیش‌تصفیه: فیلتر شنی + UF.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت پساب: بازیابی آب شستشو یا استفاده از روش‌های کمآب.

• دفع غشاهای فرسوده: بازیافت مواد پلیمری یا سوزاندن کنترل‌شده.

فیلتراسیون قلب فرآیند تصفیه آب است و انتخاب روش مناسب به عواملی مانند کیفیت آب خام، هزینه، و نیازهای خروجی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تصفیه شیمیایی فاضلاب، واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. مقدمه

تصفیه شیمیایی فاضلاب با استفاده از واکنش‌های شیمیایی برای حذف آلاینده‌ها (مانند مواد آلی، فلزات سنگین، و عوامل بیماری‌زا) انجام می‌شود. این روش‌ها معمولاً در ترکیب با فرآیندهای فیزیکی یا بیولوژیکی استفاده می‌شوند.

۲. انواع روش‌های تصفیه شیمیایی

۲.۱. انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation)

• هدف: حذف ذرات ریز معلق و کلوئیدی.

• مواد شیمیایی:

  • منعقدکننده‌ها (Coagulants): آلوم (Al₂(SO₄)₃)، کلروفریک (FeCl₃)، پلی‌آلومینیوم کلراید (PAC).

  • لخته‌سازها (Flocculants): پلی‌آکریل آمید (PAM).

• واحدها:

  • مخزن اختلاط سریع (Rapid Mix Tank): تزریق منعقدکننده با سرعت بالا (G ≥ ۳۰۰ s⁻¹).

  • مخزن لخته‌سازی (Flocculation Basin): اختلاط آهسته (G = ۲۰–۸۰ s⁻¹) برای تشکیل لخته.

  • حوضچه ته‌نشینی (Clarifier): جداسازی لخته.

• محاسبات:

  • دوز منعقدکننده: دوز (mg/L)=(mg/L)راندمان انعقاد/(غلظت آلاینده)

  • زمان ماند: ۱–۲ دقیقه در اختلاط سریع، ۱۵–۳۰ دقیقه در لخته‌سازی.

۲.۲. رسوب‌سازی شیمیایی (Chemical Precipitation)

• هدف: حذف فلزات سنگین (مانند کروم، سرب، روی) و فسفر.

• مواد شیمیایی:

  • آهک (Ca(OH)₂): برای رسوب فلزات به صورت هیدروکسید.

  • سولفید سدیم (Na₂S): برای تشکیل سولفیدهای فلزی.

• واحدها:

  • مخزن تنظیم pH: افزودن آهک یا اسید برای رسیدن به pH بهینه (معمولاً ۸–۱۱).

  • مخزن رسوب‌سازی: تشکیل رسوب.

  • فیلتر پرس یا سانتریفیوژ: جداسازی رسوبات.

• محاسبات:

  • مقدار آهک: دوز (kg)=راندمان/(غلظت فلز (mg/L)×Q×۰.۰۰۱)

  • pH مورد نیاز: بسته به نوع فلز (مثلاً pH ≈ ۹ برای رسوب آهن).

۲.۳. اکسیداسیون شیمیایی (Chemical Oxidation)

• هدف: تجزیه مواد آلی سمی (مانند فنل، سیانید) و گندزدایی.

• مواد شیمیایی:

  • کلر (Cl₂)، ازن (O₃)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂)، پتاسیم پرمنگنات (KMnO₄).

  • فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs): ترکیب ازن/UV، Fenton (H₂O₂ + Fe²⁺).

• واحدها:

  • راکتور اکسیداسیون: تماس فاضلاب با اکسیدان.

  • سیستم تزریق گاز (برای ازن یا کلر).

• محاسبات:

  • نیاز اکسیدان: دوز (mg/L)=راندمان/(غلظت آلاینده (mg/L)×ضریب استوکیومتری)

  • زمان تماس: ۱۵–۶۰ دقیقه بسته به نوع آلاینده.

۲.۴. تبادل یونی (Ion Exchange)

• هدف: حذف یون‌های فلزی (مانند کلسیم، منیزیم، نیترات).

• مواد: رزین‌های تبادل یونی (کاتیونی یا آنیونی).

• واحدها:

  • ستون تبادل یونی: پر از رزین.

  • سیستم احیا: استفاده از اسید (HCl) یا نمک (NaCl) برای احیای رزین.

• محاسبات:

  • ظرفیت رزین: (eq/L)=۱۰۰۰/(بار یونی (meq/g)×چگالی رزین (g/L)(eq/L))

  • زمان چرخه: (h)=(بار یونی ورودی (eq/h))/(ظرفیت رزین (eq/L)×حجم رزین (L))​.

۲.۵. گندزدایی (Disinfection)

• هدف: حذف پاتوژن‌ها (باکتری‌ها، ویروس‌ها).

• مواد شیمیایی:

  • کلر، دی اکسید کلر، ازن، UV.

• واحدها:

  • مخزن تماس کلر: زمان تماس ۱۵–۳۰ دقیقه.

  • سیستم UV: لامپ‌های فرابنفش در کانال.

• محاسبات:

  • CT Value: CT=غلظت (mg/L)×زمان تماس (min)

  • دوز UV: (mJ/cm²)=((s)سطح (cm²))/(انرژی لامپ (W)×زمان)

۳. ساخت و شیوه اجرا

۳.۱. مراحل ساخت واحدهای شیمیایی

۱. طراحی:

• تعیین دوز مواد شیمیایی بر اساس آنالیز فاضلاب.

• انتخاب جنس تجهیزات (فولاد ضدزنگ، PVC، بتن پوشش‌دار).
  ۲. ساخت:

• نصب مخازن اختلاط، پمپ‌های تزریق، و سیستم‌های کنترل.

• ساخت راکتورهای مقاوم در برابر خوردگی (برای اسیدها یا بازها).
  ۳. راه‌اندازی:

• کالیبراسیون پمپ‌های تزریق و سنسورهای pH/ORP.

• تست عملکرد با دوزهای پایین و افزایش تدریجی.

۳.۲. چالش‌های اجرایی

• خوردگی تجهیزات: استفاده از مواد مقاوم مانند Hastelloy یا تفلون.

• مدیریت پسماندهای شیمیایی: جمع‌آوری و دفع لجن‌های خطرناک مطابق استانداردهای EPA.

• اتوماسیون: نصب سیستم‌های کنترل پی‌السی (PLC) برای تنظیم دوز.

۴. مثال کاربردی

• تصفیه فاضلاب صنعتی حاوی کروم:

  • مراحل:
    ۱. تنظیم pH به ۲–۳ با اسید سولفوریک.
    ۲. اکسیداسیون کروم III به VI با بی‌سولفیت سدیم.
    ۳. رسوب‌سازی با آهک در pH ≈ ۸.۵.
    ۴. فیلتراسیون و دفع لجن.

  • مواد مصرفی: H₂SO₄, NaHSO₃, Ca(OH)₂.

۵. ملاحظات زیست‌محیطی

• کاهش مصرف مواد شیمیایی: بازیافت مواد (مانند احیای رزین).

• استانداردهای خروجی: رعایت حد مجاز BOD، COD، TSS و فلزات سنگین.

• انرژی‌دهی سبز: استفاده از اکسیدان‌های طبیعی یا انرژی خورشیدی در AOPs.

تصفیه شیمیایی یک ابزار قدرتمند برای حذف آلاینده‌های پیچیده است، اما نیاز به طراحی دقیق، مدیریت مواد شیمیایی و رعایت الزامات ایمنی دارد. انتخاب روش مناسب به نوع آلاینده، هزینه و مقررات محلی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع تصفیه بیولوژیک فاضلاب، واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. انواع روش‌های تصفیه بیولوژیکی

تصفیه بیولوژیکی از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه مواد آلی فاضلاب استفاده می‌کند. روش‌های اصلی عبارتند از:

• ۱.۱. سیستم لجن فعال (Activated Sludge Process):

  • مکانیسم: هوادهی فاضلاب همراه با مخلوط میکروارگانیسم‌ها (لجن فعال) برای تجزیه مواد آلی.

  • واحدها:

    • مخزن هوادهی (Aeration Tank): تزریق اکسیژن و مخلوط‌سازی.

    • حوضچه ته‌نشینی ثانویه (Secondary Clarifier): جداسازی لجن از آب تصفیه‌شده.

    • بازگردش لجن (Return Activated Sludge): بازگرداندن بخشی از لجن به مخزن هوادهی.

• ۱.۲. راکتور بیوفیلمی (Biofilm Reactors):

  • مکانیسم: رشد میکروارگانیسم‌ها بر روی سطح بستر (مثل سنگ، پلاستیک یا رسانه‌های مصنوعی).

  • انواع:

    • فیلترهای چکنده (Trickling Filters): پاشش فاضلاب بر روی بستر سنگی یا پلاستیکی.

    • راکتور بیولوژیکی با بستر متحرک (MBBR): استفاده از رسانه‌های شناور در مخزن هوادهی.

    • راکتور بیوفیلم غشایی (MBBR Hybrid): ترکیب بیوفیلم و لجن فعال.

• ۱.۳. لاگون‌های هوازی و بی‌هوازی (Aerobic & Anaerobic Lagoons):

  • هوازی: استفاده از اکسیژن طبیعی یا مکانیکی برای تجزیه مواد آلی.

  • بی‌هوازی: تجزیه مواد آلی در غیاب اکسیژن و تولید بیوگاز (متان).

• ۱.۴. سیستم‌های رشد چسبیده (Attached Growth Systems):

  • مثال: فیلترهای بیولوژیکی چرخان (RBC) یا بسترهای ثابت.

۲. محاسبات کلیدی

۲.۱. سیستم لجن فعال

• زمان ماند هیدرولیکی (HRT):
  HRT=V/Q​

  • V: حجم مخزن هوادهی (m³)، QQ: دبی فاضلاب (m³/day).

• زمان ماند سلولی (SRT):
  SRT=(V×X)/(Qw×Xw)​

  • X: غلظت لجن در مخزن هوادهی (mg/L)، QwQw​: دبی تخلیه لجن (m³/day).

• بارگذاری آلی (F/M Ratio):
  (F/M=(Q×S)/(V×X​​

  • S0​: BOD ورودی (mg/L).

• نیاز اکسیژن (OUR):
  OUR=Q×(S0−Se)×1.42  (kg O₂/day)

۲.۲. فیلتر چکنده

• بارگذاری هیدرولیکی (HLR):
  HLR=Q/A  (m³/m²/day)

  • A: سطح فیلتر (m²).

• بارگذاری آلی (OLR):
  OLR=(Q×S0)/A  (kg BOD/m²/day).

۲.۳. لاگون بی‌هوازی

• زمان ماند (HRT): ۲۰–۵۰ روز.

• بارگذاری آلی (OLR): ۱–۵ kg COD/m³/day.

۳. ساخت و تجهیزات

۳.۱. سیستم لجن فعال

• مخزن هوادهی:

  • جنس: بتن مسلح یا فولاد ضدزنگ.

  • هواده‌ها: دیفیوزرهای حباب ریز (Fine Bubble) یا هواده‌های سطحی.

• حوضچه ته‌نشینی:

  • اسکریپر لجن: سیستم مکانیکی برای جمع‌آوری لجن.

• پمپ‌ها: انتقال لجن بازگردشی و مازاد.

۳.۲. فیلتر چکنده

• بستر: سنگ آهک، پلاستیک یا رسانه‌های مصنوعی با سطح ویژه بالا.

• سیستم پاشش: نازل‌های چرخان یا ثابت.

• زیرسازی: لایه زهکشی برای جمع‌آوری آب تصفیه‌شده.

۳.۳. راکتور MBBR

• رسانه‌های شناور: پلیاتیلن با سطح ویژه ۵۰۰–۸۰۰ m²/m³.

• مخزن: فولاد یا بتن با سیستم هوادهی.

۴. شیوه اجرا

۴.۱. مراحل اجرای سیستم لجن فعال

۱. مطالعات اولیه: آنالیز فاضلاب (BOD، TSS، دما).
۲. طراحی: تعیین حجم مخزن هوادهی، زمان ماند و بارگذاری.
۳. ساخت:

• بتن‌ریزی مخزن هوادهی و نصب دیفیوزرها.

• نصب سیستم کنترل هوادهی (DO ≥ 2 mg/L).
  ۴. راه‌اندازی:

• تلقیح لجن فعال از یک سیستم موجود.

• تنظیم دبی بازگردش لجن (معمولاً ۳۰–۵۰٪ دبی ورودی).
  ۵. نگهداری:

• مانیتورینگ مداوم DO، MLSS و SVI.

• تخلیه لجن مازاد برای حفظ SRT.

۴.۲. مراحل اجرای فیلتر چکنده

۱. آماده‌سازی بستر: نصب لایه زهکشی و رسانه بیولوژیکی.
۲. نصب سیستم پاشش: تنظیم فشار و الگوی پاشش.
۳. راه‌اندازی: رشد بیوفیلم بر روی رسانه (۲–۴ هفته).
۴. نگهداری: شستشوی دوره‌ی بستر برای جلوگیری از گرفتگی.

۵. چالش‌ها و راهکارها

• کف کردن (Foaming):

  • راهکار: افزودن مواد ضدکف یا تنظیم SRT.

• شناورشدن لجن (Bulking):

  • راهکار: افزایش اکسیژن یا افزودن مواد منعقدکننده.

• بوی نامطبوع:

  • راهکار: استفاده از سیستم‌های پوشش یا بیوفیلترهای بو.

۶. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی برای یک سیستم لجن فعال:

  • دبی فاضلاب: ۱۰۰۰ m³/day.

  • BOD ورودی: ۳۰۰ mg/L.

  • حجم مخزن هوادهی: V=(Q×SRT)/X=(۱۰۰۰×۱۰)/۳۰۰۰=۳.۳ مترمکعب

  • نیاز اکسیژن: ۱۰۰۰×(۳۰۰−۳۰)×1.42=۳۸۳ kg O₂/day.

۷. ملاحظات زیست‌محیطی

• تولید بیوگاز: در سیستم‌های بی‌هوازی، جمع‌آوری متان برای تولید انرژی.

• مدیریت لجن: خشک‌کردن، کمپوست یا سوزاندن با رعایت استانداردهای EPA.

تصفیه بیولوژیکی هسته اصلی سیستم‌های تصفیه فاضلاب است و انتخاب روش مناسب به عواملی مانند دبی، کیفیت فاضلاب، فضای موجود و هزینه‌های عملیاتی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

برای حذف آرسنیک از آب، از مواد منعقدکننده (کوآگولانت) مختلفی استفاده میشود که با تشکیل فلوكها (ذرات بزرگتر)، آرسنیک را جذب و از آب جدا میکنند. انتخاب ماده منعقدکننده و دوز مصرفی آن به عواملی مانند نوع آرسنیک (آرسنیک III یا V)، pH آب، غلظت آرسنیک و سایر ناخالصیها بستگی دارد. برخی از رایجترین مواد منعقدکننده و دوزهای پیشنهادی آنها عبارتاند از:

---

### ۱. *منعقدکنندههای مبتنی بر آهن (Iron-Based Coagulants)*
این مواد بهدلیل تشکیل هیدروکسید آهن (Fe(OH)₃) که سطح جاذب برای آرسنیک دارد، بسیار مؤثر هستند:
- *کلرید فریک (FeCl₃)*
- *دوز مصرفی*: ۱۰ تا ۵۰ میلیگرم بر لیتر (بسته به غلظت آرسنیک).
- *مکانیسم*: تشکیل Fe(OH)₃ و جذب آرسنیک روی سطح آن.
- *pH بهینه*: ۶ تا ۸.

- *سولفات فریک (Fe₂(SO₄)₃)*
- *دوز مصرفی*: ۲۰ تا ۶۰ میلیگرم بر لیتر.
- *مکانیسم*: مشابه کلرید فریک، اما نیاز به تنظیم pH دارد.

- *پلیمرهای آهنی (مثل PFC - Polymeric Ferric Chloride)*
- *دوز مصرفی*: ۵ تا ۳۰ میلیگرم بر لیتر.
- *مزیت*: تشکیل فلوكهای سنگینتر و سریعتر.

---

### ۲. *منعقدکنندههای مبتنی بر آلومینیوم (Aluminum-Based Coagulants)*
این مواد کمتر از آهن برای حذف آرسنیک استفاده میشوند، اما در برخی موارد کاربرد دارند:
- *آلوم (Alum - Al₂(SO₄)₃·18H₂O)*
- *دوز مصرفی*: ۲۰ تا ۱۰۰ میلیگرم بر لیتر.
- *محدودیت*: در pH بالاتر از ۸ کارایی کمتری دارد.

- *پلیآلومینیوم کلراید (PACl - Polyaluminum Chloride)*
- *دوز مصرفی*: ۱۰ تا ۴۰ میلیگرم بر لیتر.
- *مزیت*: عملکرد بهتر در محدوده وسیعتر pH.

---

### ۳. *منعقدکنندههای ترکیبی یا اصلاحشده*
- *هیبرید آهن-آلومینیوم (Fe-Al Hybrid Coagulants)*
- *دوز مصرفی*: ۱۵ تا ۵۰ میلیگرم بر لیتر.
- *مزیت*: ترکیب مزایای آهن و آلومینیوم برای جذب بهتر آرسنیک.

- *منعقدکنندههای غشایی (مثل Ferrate (VI))*
- *دوز مصرفی*: ۲ تا ۲۰ میلیگرم بر لیتر.
- *مزیت*: اکسیدکننده قوی و تشکیل رسوب آهنی.

---

### ۴. *مواد کمکی (Coagulant Aids)*
برای بهبود عملکرد منعقدکنندهها، از مواد کمکی مانند:
- *پلیمرهای آلی (مثل پلیآکریلآمید)*
- *دوز مصرفی*: ۰.۱ تا ۲ میلیگرم بر لیتر.
- *سیلیکا فعال*
- *دوز مصرفی*: ۱ تا ۵ میلیگرم بر لیتر.

---

### نکات کلیدی:
1. *تنظیم pH*:
- برای آرسنیک III (As³⁺)، اکسیداسیون اولیه به آرسنیک V (As⁵⁺) ضروری است (با کلر یا اُزون).
- pH آب باید بین ۶ تا ۸ باشد تا جذب آرسنیک روی هیدروکسیدهای فلزی بهینه شود.

2. *آزمایش جارتست (Jar Test)*:
- برای تعیین دقیق دوز مصرفی، انجام آزمایش جارتست با نمونه آب واقعی ضروری است.

3. *فرایندهای پس از انعقاد*:
- انعقاد باید همراه با *تهنشینی* (Sedimentation) و *فیلتراسیون* (مثل فیلتر شنی یا غشایی) باشد.

4. *محدودیتها*:
- منعقدکنندههای آهنی معمولاً برای آرسنیک مؤثرتر از آلومینیومیها هستند.
- غلظت بالای سولفات یا کربنات ممکن است کارایی را کاهش دهد.

---

### مثال عملی:
- برای آبی با غلظت آرسنیک ۵۰ ppb:
- از *کلرید فریک* با دوز ۲۰ میلیگرم بر لیتر و pH~7 استفاده میشود.
- پس از انعقاد و فیلتراسیون، غلظت آرسنیک به زیر ۱۰ ppb (مطابق استاندارد WHO) میرسد.

---

برای دستیابی به نتیجه بهینه، همیشه مشاوره با متخصصان تصفیه آب و انجام آزمایشهای اولیه توصیه میشود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در حوزه تصفیه آب و فاضلاب، فناوری های پیشرفته و جدیدی توسعه یافته است که بهبود روند تصفیه و کاهش آلودگی های محیطی در این زمینه را فراهم می کنند. در ادامه، به برخی از جدیدترین فناوری های استفاده شده در تصفیه آب و فاضلاب اشاره می‌کنم:

1. غشای نانو: این فناوری از غشاهای با حفرات بسیار کوچکتر از 100 نانومتر استفاده می‌کند که قادر به جداسازی فوق العاده بارهای آلاینده و ذرات معلق در آب می‌باشد.

غشای نانو یک تکنولوژی پیشرفته در تصفیه آب و فاضلاب است که از غشاهای نانومتری برای فیلتراسیون ذرات و مواد آلی استفاده می‌کند. این غشاها به عنوان فیلترهای بسیار کوچک عمل می‌کنند و به راحتی می‌توانند ذرات و مواد معلق را از آب جدا کنند.

از مزایای استفاده از غشای نانو در تصفیه آب و فاضلاب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. کارایی بالا: غشای نانو با وجود اندازه بسیار کوچک خود، امکان جدا سازی ذرات کربنی و مواد آلی را فراهم می‌کند.
2. کاهش هزینه‌ها: با استفاده از غشای نانو می‌توان هزینه‌های تصفیه آب و فاضلاب را کاهش داد.
3. صرفه‌جویی در انرژی: این تکنولوژی نیاز به کمترین مقدار انرژی برای عملکرد خود دارد.

با این حال، استفاده از غشای نانو در تصفیه آب و فاضلاب نیازمند سرمایه‌گذاری بالا و نگهداری دقیق است. همچنین، لازم است استانداردهای بهداشتی و محیطی رعایت شود تا از کیفیت تصفیه آب اطمینان حاصل شود.

2. اکسیداسیون پیشرفته: این تکنولوژی شامل استفاده از اکسیدانت‌های قوی مانند اوزن، پراکسید هیدروژن و اکسید کلر است که بهبود کارایی فرایندهای اکسیداسیون و حذف آلاینده‌ها در آب و فاضلاب را فراهم می‌کند.

اکسیداسیون پیشرفته یک فرایند پیشرفته است که در تصفیه آب و فاضلاب استفاده می‌شود تا آلاینده‌های آب را حذف کرده و کیفیت آب را بهبود بخشد. این فرایند شامل استفاده از مواد اکسایشی قوی مانند ازن، پراکسید هیدروژن، UV و غیره می‌باشد.

اکسیداسیون پیشرفته می‌تواند برای حذف مواد آلی، میکروب‌ها، فلزات سنگین و دیگر آلاینده‌ها از آب استفاده شود. این فرایند موجب افزایش کارایی تصفیه آب می‌شود و بهبود کیفیت آب نهایی را فراهم می‌کند.

از دیگر مزایای اکسیداسیون پیشرفته می‌توان به کاهش استفاده از مواد شیمیایی و ضایعات تولیدی اشاره کرد. علاوه بر این، این فرایند از لحاظ زیست‌محیطی نیز موثر است و می‌تواند به حفظ منابع آب تا حدودی کمک کند.

به طور کلی، اکسیداسیون پیشرفته یک روش موثر و کارآمد برای تصفیه آب و فاضلاب است که بهبود کیفیت آب و حفظ محیط زیست را تضمین می‌کند.

3. فتوکاتالیست: این فناوری استفاده از نانوذرات فتوکاتالیستی مانند دیوسیدیوم‌تیتانات، سرولوسیت و زینک اکساید را جهت تصفیه آب و فاضلاب به‌کار می‌برد. این نانوذرات قادر به تجزیه اکسایش های آلی و غیرآلی و حذف کلر و آلاینده‌های دیگر در آب می‌باشند.

تکنولوژی فتوکاتالیستی یک روش نوین و انعطاف‌پذیر برای پاکسازی آب و فاضلاب است. این فناوری از ترکیب فوتوکاتالیست (ماده‌ای که در حضور نور خورشید یا نور مصنوعی فعالیت کاتالیزی را انجام می‌دهد) و فرایند اکسایش (تخریب آلاینده‌ها توسط اکسیژن) استفاده می‌کند.

با استفاده از فتوکاتالیست، آلاینده‌های آب و فاضلاب مانند رنگ، بو، مواد آلی و حتی مواد شیمیایی می‌توانند به طور کامل از آب حذف شوند. این روش همچنین قابلیت اکسایش مواد آلی و نیتروژن آمونیاکی را داراست که می‌تواند به تولید کمیته‌های نیتروژن سمی در آب و فاضلاب جلوگیری کند.

استفاده از فتوکاتالیست در تصفیه آب و فاضلاب مزایایی از جمله کارایی بالا، هزینه‌های اجرایی کمتر، عمر طولانی و کاهش نیاز به مواد شیمیایی دارد. این فناوری می‌تواند به بهبود کیفیت آب و فاضلاب در سطح محلی و حتی صنعتی کمک کند و برای محیط زیست بسیار مفید باشد.

4. استفاده از میکروبیالیته: این فناوری شامل استفاده از میکروب ها و ارگانیسم‌های میکروبی برای تصفیه آب و فاضلاب است. این ارگانیسم‌ها قادر به تخریب آلاینده های آلی و غیرآلی در آب هستند.

میکروبیالیته یا روش‌های میکروبیولوژیکی یک روش پایدار و موثر برای تصفیه آب و فاضلاب است که با استفاده از میکروارگانیسم‌ها، باکتری‌ها، قارچ‌ها و دیگر انواع میکروب‌ها، به طور طبیعی و موثر آلودگی‌ها را از آب و فاضلاب حذف می‌کند. این روش جایگزین مناسبی برای روش‌های شیمیایی است که ممکن است عوارض منفی برای محیط زیست و سلامتی انسان داشته باشند.

از جمله موارد استفاده از میکروبیالیته در تصفیه آب و فاضلاب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. تصفیه فاضلاب: میکروبیالیته به عنوان یک روش زیستی کارآمد در تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار می‌گیرد. میکروارگانیسم‌ها موجب تجزیه و تحلیل مواد آلی حاوی در فاضلاب شده و فرایند پاک‌سازی را انجام می‌دهند.

2. تصفیه آب: استفاده از بیولوژیکی فیلترها و حوضچه‌های زیستی برای پاک‌سازی آب و حذف مواد آلی، مواد معلق و همچنین انواع آلودگی‌های میکروبی از آب، از دیگر روش‌های میکروبیالیته است.

3. کنترل و حذف میکروب‌های خطرناک: درصورتی‌که آب و فاضلاب حاوی میکروب‌های خطرناکی مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و انگل‌ها باشد، استفاده از روش‌های میکروبیالیته می‌تواند به دفع این میکروب‌ها و افزایش کیفیت آب و فاضلاب کمک کند.

بنابراین، استفاده از میکروبیالیته به عنوان یک روش پایدار و موثر در تصفیه آب و فاضلاب برای حفاظت از منابع آب شیرین و محیط زیست ضروری است و می‌تواند به بهبود کیفیت آب و کاهش آلودگی‌های محیطی کمک کند.

5. تصفیه ممنوعه: این روش شامل استفاده از فرایندهای تصفیه از جمله جذب، جداسازی غشایی و اکسایش جهت حذف ترکیبات ممنوعه مانند مواد دارویی و هورمون‌ها از آب و فاضلاب است.

در صنعت تصفیه آب و فاضلاب، ممنوعه‌ها به عنوان موادی شناخته می‌شوند که نباید به طور مستقیم به فرآیند تصفیه آب یا فاضلاب افزوده شوند. ممنوعه‌های اصلی معمول در فرایند تصفیه شامل سموم شیمیایی، مواد آلی سنگین، مواد رادیواکتیو و سایر مواد مخرب محیط زیست هستند.

افزودن ممنوعه‌ها به فرآیند تصفیه می‌تواند منجر به آسیب‌های جدی برای سیستم تصفیه و همچنین به تلف شدن مواد تصفیه شده گردد. بنابراین، حفظ ارتباط تنزیلی با فرآیند تصفیه و عدم افزودن ممنوعه‌ها امر بسیار حیاتی است.

برای اطمینان از اینکه تصفیه آب و فاضلاب به درستی انجام شود، می‌بایست مراحل و شرایط تصفیه را به دقت بررسی کرد و از افزودن ممنوعه‌ها به هر نحوی خودداری کرد. همچنین، استفاده از فناوری‌های پیشرفته و روش‌های مناسب نیز می‌تواند کیفیت تصفیه را بهبود بخشد و از آسیب به محیط زیست جلوگیری کند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقاله ارزیابی عملکرد تصفیه خانه فاضلاب یزد (برکه تثبیت)
ابراهیم فاضلیان دهکردی - دانشکده بهداشت ، دانشگاه علوم پزشکی یزد
محمد تقی قانعیان - دانشکده بهداشت ، دانشگاه علوم پزشکی یزد
چکیده مقاله:
برای تثفیه فاضلاب شهری روشهای مختلفی وجود دارد که از آن جمله می توان به روشهای برکه های تصفیه فاضلاب اشاره کرد . برکه های تثبیت فاضلاب در ساده ترین شکل خود حوضچه های عریض و کم عمقی هستند که در آن فاضلاب خام به وسیله ی روشهای طبیعی و به ویژه در اثر واکنش جلبک ها و باکتری ها تصفیه می گردد . هزینه های ساختمانی ، میزان سرمایه گذاری اولیه و تجهیزات مورد نیاز آنها پایین و بهره برداری و نکهداری از آنها بسیار آسان و کم هزینه می باشد . برکه های تثبیت فاضلاب بدون شک در مناطق گرمسیری و جایی که زمین کافی در اختیار باشد یکی از روشهای تصفیه فاضلاب می باشد . برای تصفیه فاضلاب شهر یزد پس از انجام بررسی ها و مطالعات طولانی روش برکه های تثبیت انتخاب شده که روشی مناسب با خصوصیات اقلیمی منطقه می باشد . هدف اصلی از این تحقیق ارزیابی برکه های تثبیت یزد در تصفیه فاضلاب شهری می باشد. این تحقیق به مدت 6 ماه از فروردین تا شهریور سال 1383 انجام گردید. جهت بررسی عملکرد تصفیه خانه پس از انجام بازدیدهای محلی و بررسی سوابق موجود ترتیبی داده شد که ماهیانه بطور همزمان یک نمونه از فاضلاب ورودی و یک نمونه از پساب خروجی برداشته شود نمونه برداری به روش مرکب انجام شد و پس از نمونه برداری سریعا به ازمایشگاه منتقل گردید . در این تحقیق ضمن بررسی وضعیت کلی و نحوه بهره برداری از تصفیه خانه مزبور ، شاخص های کیفی تصفیه ی فاضلاب نظیر PH و دما و BOD5 و COD و E.C فاضلاب ورودی و پساب خروجی مورد بررسی قرار گرفت. در فاضلاب ورودی میانگین مقادیر PH و دما و BOD5 و COD و E.C به ترتیب برابر 8/1 و 24/8 درجه سانتیگراد و 140mg/l و 440mg/l و 1576/7s/cm می باشد . میانگین مقادیر به دست امده از پساب خروجی در مورد PH و دما و BOD5 و COD و E.C به ترتیب برابر 8/8 و 24/7 درجه سانتیگراد و 45/8mg/l و 381/7mg/l و6358/3s/cm می باشد. با توجه به نتایج فوق راندمان سیستم در حذف BOD و COD به ترتیب 67/3 و 13/25 درصد بوده و از طرفی میزان EC شدیدا افزایش یافته که یکی از دلایل اصلی آن تابش خورشید در این فصول و تبخیسر زیاد می باشد.
کلیدواژه‌ها:
فاضلاب شهری ، تصفیه ، برکه تثبیت ، شاخص های کیفی

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقاله کاربرد ازن در تصفیة فاضلاب
یونس حق‌روان - مرکز تحقیقات مهندسی آذربایجان شرقی
رامین زادغفاری - پژوهشکده مهندسی وزارت جهاد کشاورزی
محمدرضا باغچه‌وان - پژوهشکده مهندسی وزارت جهاد کشاورزی
چکیده مقاله:
در این مقاله نقش ازن در تصفیه و ضدعفونی فاضلاب خانگی و صنعتی بصورت تئوری و تجربی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشانگر آنست که ازن، بو، مزه، تمامی میکروارگانیس مها (میکروب، باکتری و ویروس)، یونهای فلزی (کلسیم، منگنز و آهن) و ترکیبات آلی (بجز پارافی نها) را از بین م یبرد. همچنین نقش مؤثری در کاهشBOD و COD داشته و در اکثر موارد نیز ازن نقش عمد های در رن گبری فاضلابها ایفا م یکند.
کلیدواژه‌ها:
فاضلاب، تصفیه، ازن

مرجع تخصصی آب و فاضلاب