مقدمه
گسترش روز افزون جوامع بشري و پيشرفت در زمينه‌هاي صنعتي، هرچند که امتيازات ويژه اي بهمراه داشته است وليکن مشکلات عديده اي را نيز براي اجتماعات به ارمغان آورده است. يکي از اين مشکلات ، فاضلاب حاصل از اماکن مسکوني و فعاليت واحدهاي صنعتي مي‌باشد. از آنجا که دفع غير صحيح فاضلابهاي خانگي و صنعتي اثرات نامطلوبي بر روي محيط زيست دارد، تصفيه هرچه کاملتر فاضلابها اهميت بيشتري مي‌يابد. فاضلابهاي خانگي و از آن مهمتر

فاضلابهاي صنعتي بعلت داشتن مواد آلي و معدني ، در صورت دفع در محيط باعث آلوده شدن آبهاي سطحي و زيرزميني گشته و در نتيجه استفاده مجدد از آب براي بهترين کاربرد آن با مشکل مواجه مي‌گردد. همچنين استفاده از آب براي مصارف مختلف و نياز شديد به آب در هر منطقه از ايران ، ما را برآن مي‌دارد که از به هدر رفتن آب به هر شکل جلوگيري کرده و با تصفيه فاضلابهاي خانگي و صنعتي که از حجم زيادي نيز برخوردار هستند در جهت تأمين آب مورد نياز قدم برداريم.

حجم فاضلاب يک واحد صنعتي بستگي به عواملي همچون نوع محصول ، نحوه توليد ، ابزار و وسايل و … بستگي دارد. از واحدهاي صنعتي که داراي فاضلاب با حجم نسبتا” بالا و آلودگي بسيار شديد مي‌باشند، واحدهاي کشتاري گاو و گوشفند مي‌باشند.در حال حاضر در اکثر شهرهاي ايران کشتارگاهي جهت ذبح گاو و گوسفند وجود دارد. فاضلاب اين کشتارگاهها بيشتر به چاهها ، رودخانه‌ها ، قنوات متروکه بدون کوچکترين عمليات تصفيه دفع مي‌گردند و در بهترين حالت، فاضلاب پس از عبور از يک حوضچه ته نشيني ساده به محيط دفع مي‌شود. علاوه بر اينکه آلودگي معدني و آلي از اين طريق بوجود مي‌آيد، انتشار بيماريهاي مشترک بين انسان و دام نيز از طريق دفع فاضلاب کشتارگاهها بعلت عدم رعايت مسائل بهداشتي وجود دارد.

تاکنون روشهاي بيولوژيکي گوناگوني چه هوازي و غير هوازي در رابطه با تصفيه فاضلابها بکار گرفته شده است. هر يک از اين روشها از امتيازات و بعضا” معايبي برخوردار هستند. مثلا” روش هوازي ( لجن فعال ، فيلترهاي چکنده و … ) در تصفيه فاضلابهاي خانگي و صنعتي داراي کارائي بالا در کاهش مواد آلي و معدني موجود بوده و اين خود يک مزيت عالي است. ليکن همين روش هوازي نياز به وسايل هوادهي و مکانيکي در مراحل مختلف تصفيه دارد و ضمنا” با لجن زيادي که توليد مي‌گردد مشکل هضم لجن آغاز کار است . در روش غير هوازي تصفيه فاضلاب، هرچند که BOD پساب خروجي از واحد تصفيه کننده بيشتر از BOD پساب خروجي در روش هوازي است، ولي امتيازاتي از قبيل عدم نياز به وسايل هوادهي ، لجن توليدي بسيار کمتر ، توليد گاز متان قابل استفاده و … براي روش غير هوازي متصور مي‌باشد. (۱)

 

تاريخچه تصفيه آب به روش صنعتي
بر اساس اطلاعات موجود و به نوشته M.N.Baker در کتاب ” در جستجوي آب خالص و بهداشتي” قدمت اين مقوله به دو هزار سال قبل از ميلاد مسيح ميرسد. اما آنچه از نقطه نظر تاريخي مدون شده به ۴۰۰ سال پس از ميلاد مسيح تعلق دارد که در آن براي بهداشتي کردن آب ، جوشانيدن آن بر روي آتش و يا فروکردن ميله سرخ آهني در درون آب را توصيه نموده است. گرم کردن آب بوسيله آفتاب و يا صاف نمودنش ، با عبور دادن آن از ميان لايه‌هاي شني نيز آمده است.
در کتاب مقدس تورات نيز درارتباط با چگونگي تصفيه آب آلوده در آن زمان تصويري از روش مبادله يوني ارائه شده ، عملا” از روشهاي طبيعي مبادله يوني در آن موقع سخن به ميان آمده است. اين تصوير توسط داشگاه فيلادلفيا واقع در ايالت پنسيلوانياي آمريکا انتشار يافته وقدمتش را به مارس يا آوريل سال ۱۳۳۵ قبل از ميلاد مسيح نسبت داده اند.

البته، روش صنعتي تصفيه آب در قرن نوزدهم و در زمان انقلاب صنعتي رشد و تکامل يافت و پايه‌هاي اصلي آن عملا” نضج گرفت.اين صنعت، همزمان با بهره گيري از ديگ‌هاي بخار جهت توليد بخار ، به کار گرفته شد و شکل صنعتي به خود گرفت. عمدهء فعاليتهاي اوليه به منظور تصفيه آبها براي رفع مشکلات ديگ‌هاي بخار بوده است.

Nodell آغاز اين روش را به نخستين روزهاي پيدايش ماشين وات و تميزکردن ديگ بخار و پرکردن مجدد آن نسبت داده است. در همان زمان بر حسب اتفاق دريافتند که استفاده از سيب زميني در ديگهاي بخار کار جمع آوري لجن را راحت کرده و از چسبيدن رسوبات به جداره‌هاي ديگ جلوگيري مي‌کند.
در سال ۱۸۵۷ اطلاعيه‌هايي در باره کنترل مقدار رسوبات با مواد آلي تانن دار، و نيز در سال ۱۹۶۲ استفاده از فسفات دي سديک جهت جلوگيرياز ايجاد رسوب در ديگ بخار به ثبت رسيده است و از آن زمان همه روزه روش‌ها و مواد گوناگوني براي تصفيه‌هاي مختلف به ثبت ميرسد.

از حدود يکصد سال پيش که رابطه بين اثر باکتريها و ميکروبهاي بيماريزا در واگيري و شيوع بيماريها آشکار گشت ، انسان به فکر پاکسازي آبهاي آلوده افتاد.به عبارت ديگر تصفيه آبو فابضلاب در روند امروزي خود بيشتر در اثر پيشرفت علم زيست شناسي ، پزشکي و شيمي بوجود آمده است. به ويژه پس از جنگ جهاني دوم ، در نتيجه توسعه شهرها و صنايع، خطر آلودگي محيط زيست و در نتيجه نياز به تصفيه فاضلاب با شدت بي سابقه اي افزايش يافت و همزمان با آن روشهاي بسياري براي تصفيه فاضلاب پيشنهاد و به کار گرفته شد. بويژه استفاده از فاضلاب براي آبياري در کشاورزي به علت خاصيت کودي آن از يکصد سال پيش تا کنون در کشورهاي اروپائي متداول بوده است.

در ايران نيز همانگونه که از گذشته به ياد داريم ، بيشتر فاضلابها بويژه فاضلاب توالت‌ها، لجن ته استخرها و … به مصرف کشاورزي مي‌رسيد. ولي امروزه بواسطه آلودگي‌هاي ناشي از بوي بد، و توليد حشرات مثل پشه و … در ديگر اکثر مناطق و حتي روستاها فاضلاب ناشي از توالتها و … به مخازن زيرزميني (چاهها) سرازير شده و در اثر آميخته شدن با پسآب حاصل از شستشوي ظروف و حمام‌هاي خانگي از ارزش اين لجن‌ها براي استفاده در مصارف کشاورزي تا حد زيادي کاسته شده است.

علاوه بر پسآب‌هاي متداول ذکر شده با پيشرفت تکنولوژي هسته اي ، امروزه، پسآب حاصل از راکتورهاي هسته اي که حاوي فلزات راديواکتيو هستند و از آب اطراف راکتورها حاصل مي‌شود، مشکلي اساسي بوده و بواسطه ماهيت ويژه چنين پسآب‌هايي، بايد تسريع در تصفيه و حذف اين مواد راديواکتيو به عمل آيد. يکي از روشهاي متداول در تصفيه فلزات راديواکتيو استفاده از مبادله کننده‌هاي يوني معدني ميباشد.

استفاده از زوائد کشاورزي براي گرفتن يون فلزات سنگين از دهه قبل بويژه مورد توجه قرار گرفته است. Web and Leach در ۱۹۷۱ کار خود را روي پشم تمييز و رنگ نشده براي جذب جيوه بر روي آن مورد بررسي قرار دادند و دريافتند که پشم طبيعي و هم پشت عمل شده، تصفيه کننده‌هاي مؤثرتري نسبت به رزينهاي سنتزي Dowex 1*8,Dowex 1-A آزمايش شده براي جيوه مي‌باشند. اين دو محقق سپسبه مطالعه روي زوائد کشاورزي پرداختند و دريافتند که جذب جيوه توسط اين مواد از پشم و مشتقات آن بيشتر است.

در ايران نيز در سال ۱۳۶۷ تحقيقي روي ميزان جذب يون مس، سرب و کرم شش ظرفيتي ، روي خاک اره صورت گرفته و نتايج خوبي در پي داشته است.(۷)

آب و پساب در صنعت
صنايع حجمهاي بزرگي از آب را در عمليات کمکي و شستشو و … و فرآيندهاي ويژه خود مصرف مي‌کنند. تناژ مصرف آب در کارخانه‌هاي مواد غذائي ساخت کاغذ و شيميايي از همه بالاتر است و ۹۳% آن به پساب تبديل ميشود. ۵۰ milian gal/day بعضي کارخانه‌ها مصرف مي‌کنند.۶۰% آب مورد نياز از پساب گرفته شده ، ۴۰% تازه وارد ميشود و بيش از ۷% مصرف و تبخير نمي شود.
مقدار آب لازم براي بعضي صنايع
Industry Unit of Production Gallen Per Unit
Beet Sugar (چغندر قند) Ton of beets 7000
Meat ton 4000-1300
Automobile Vehicle 10000
‍Cotton Goods 100 eb 20000
Leather 100 ft2 64000
Paper ton 100000-20000
Steel ton 50000-15000
پالايشگاه نفت بشکه ۳۰۰۰

در بسياري از صنايع ۱۰۰% آب لازم جهت خنک کردن استفاده ميشود.( صنايع برق)

پساب صنعتي (Industrial Wastewater)
پسابهاي صنعتي بر حسب منشأ و نوع صنعت به دو طبقه کلي تقسيم مي‌شوند:
۱) آنهايي که داراي آلودگي معدني هستند. مثل صنايع معدني
۲) آنهايي که داراي آلودگي آلي هستند. مثل صنايع نفت و مواد غذايي
علاوه بر اينها هر صنعتي ناخالصي در پساب خود دارد و لذا روش‌هاي تصفيه متفاوت است.
نوع پساب ناخالصيهاي اصلي
پالايشگاه‌هاي نفت نفت و محصولات نفتي، اسيدهاي نفتنيک، مرکاپتانها، سولفيدها،‌هالوژنها، فنل‌ها
صنعت توليد کک پيريدين، هيدروکربنها، اسيدهاي چرب، آمونياک
صنايع توليد خمير کاغذ و کاغذ ليگنين، سولفونيک اسيد، مرکاپتانها، الکلها، کتونها، آلدئيدها، مواد معلق آلي
صنايع توليد رنگ اسيدهاي معدني، ترکيبات نيترو، فنولها، بقاياي رنگ و رنگدانه‌ها که در آب حل نمي شوند.
صنايع توليد پلاستيک الکلها، هيروکربنها، آلدئيدها

تصفيه تا ميزاني صورت مي‌گيرد که آلاينده به حد مجاز خود برسد و بايد معياري براي اندازه گيري آنها وجود داشته باشد.
– مقدار مجاز براي اسيدهاي معدني——————-۳۰ ppm
– مقدار مجاز براي فنل‌ها—————————۰٫۰۰۲ppm
– مقدار مجاز براي مرکاپتانها————————-۲٫۵ppm
– مقدار مجاز براي H2s—————————–1-3ppm
– مقدار مجاز براي نفتنيک اسيد———————-۰٫۲ppm
– مقدار مجاز براي SO2 —————————-0.1-0.5ppm
استفاده مجدد از پساب تصفيه شده جهت :
۱) مصارف شهري ( آشاميدني )
۲) مصرف صنعتي ، خصوصا” براي ‍Cooling . ولي اگر براي Boiler مصرف شود بايد بيشتر تصفيه شود.
۳) مصارف شستشوي زميني و خنک کردن
CL< 175 ppm
PH = 6.8-8.5
< 25 ppmمواد معلق
BOD < 30 ppm
4) استفاده کشاورزي و فضاي سبز
يونهاي سديم و منيزيوم و کلسيم و پتاسيم باعث ترک خوردگي زمين ميشوند.
Na * 100 / ( Na + Mg + Ca + K ) <= 50-60 :مجاز براي کشاورزي
استاندارد آب کشاورزي : آب مطلوب براي زراعت براي بعضي از محصولات حساس به نمک مناسب نيست.اثر منفي بر بسياري از محصولات وارد مي‌کند. آب خيلي شور را مي‌توان براي صيفي کاري استفاده کرد.
عواملي که بايد در تصفيه پسابها در نظر گرفت :
۱) مقدار پساب توليد شده در ۲۴ ساعت با جريان حداکثر فاضلاب
۲) نوع آلودگي که هر يک تصفيه مخصوص نياز دارد.
۳) ميزان آلودگي که بيشتر منظور مواد آلي محلول در فاضلاب (BOD )است.
۴) وضع جغرافياي محل

مقدار مجاز براي آب مزروعي ( عناصر محلول )
مقدار مجاز (ppm) عناصر
۱ Al
1 As
5/0 Be
75/0 B
2/0 Co
2/0 Cu
5 Pb
5 Li
2 Mn
005/0 Mo
5/0 Ni
05/0 Se
10 V

پارامترهاي مهم
۱- اندازه گيري جريان فاضلاب
۱-۱- روش تخليه مستقيم در آزمايشگاه و در جايي که جريان کم است .
۱-۲- Velocity Area : سرعت خطي را اندازه گرفته و در سطح مقطع ضرب مي‌کنيم تا دبي بدست آيد.
۲- اندازه مواد جامد ( Total Solid ) TS
3- اندازه مواد قابل ته نشيني
بدو روش وزني و حجمي انجام مي‌شود :
روش وزني : وزن لجن موجود در يک ليتر آب را پس از عبور دادن از کاغذ صافي و خشک کردن در دماي ۱۰۵ درجه سانتيگراد اندازه مي‌گيريم .
روش حجمي : به کمک يک قيف ته نشيني به نام ايمهاف از فاضلاب پر کرده و يک ساعت بماند.
۴- تعيين قليائيت :
۴-۱- قليائيت کل بر حسب ppm CaCo3 بيان مي‌شود و برابر است با تعداد ميلي ليترهاي اسيد سولفوريک N / 50 که در مجاور معرف متيل اورانژ براي خنثي سازي يک ليتر فاضلاب صاف شده مصرف مي‌شود.
۴-۲- قليائيت هيدروکسيد : بر حسب ppm CaCo3 عبارتست از تعداد ميلي ليترهاي اسيد سولفوريک N / 50 که در مجاور فنل فتالئين براي خنثي سازي فاضلاب صاف شده لازم است .
قليائيت بيشتر در فاضلابهاي خانگي است که مفيد است چون اسيدهاي ناشي از فعاليت ميکروارگانيسمها را کاهش مي‌دهند.
گازهاي موجود در فاضلاب :
شامل N2 , O2, CO, H2S, NH4, CH4, CH3SH ، سولفيد و دي سولفيد مي‌باشند.
۵- اندازه گيري مواد آلي
۱) براي تصفيه بسيار مهم است و براي کنترل ميزان آلودگي بار فاضلابهاست . مواد آلي را ميتوان بکمک هوادهي و ميکروارگانيسمهاي هوازي به CO2 و آب و مواد معدني پايدار مثل نيترات و فسفات تبديل نمود. ميزان اکسيژن لازم حهت اکسيداسيون بيولوژيکي عبارتند از :
Biochemical Oxygen Demand ( BOD )
Chemical Oxygen Demand ( COD )
Total Organic Carbon ( TOC )
Total Oxygen Demand ( TOD )
Theorical Oxygen Demand ( THOD )

BOD : مقدار اکسيژن به ppm که براي اکسيداسيون بيولوژيکي پساب توسط باکتريهاي هوازي و تبديل مواد آلي به CO2 و آب در ۲۰ درجه سانتيگراد. اين پارامتر هم براي فاضلاب و هم براي آب صنعتي بکار ميرود. ( BOD پس از ۵ روز زمان ماندن ) يک فرآيند آهسته است که از نظر تئوري براي کامل شدن به زمان بي نهايت لازم دارد ولي در ۵ روز حذف مواد آلي بکمک ميکروارگانيزمها بصورت نمايي مي‌باشد.

۶-عوامل مؤثر بر غلظت O2 محلول در آب :
۶-۱- فتوسنتز باعث افزايش غلظت O2 مي‌شود مواد سبزينه دار داخل آب در مجاور نور تنفس کرده O2 توليد مي‌کنند. ( از ۶ صبح تا ۶ بعدالظهر فعال است.)
۶-۲- تنفس آبزيان ( مصرف O2 )
6-3- هوادهي مجدد در اثر تلاطم باعث افزايش O2 مي‌شود.
۷- COD (Chemical Oxygen Demand) :
هميشه از BOD بيشتر است چون اکسيداسيون شيميايي است.
Ppm.COD اکسيژن لازم براي اکسيدشدن مواد آلي فاضلاب توسط يک اکسيدکننده شيميايي.
( مانند K2Cr2O7 )
8- TOC
اندازه گيري کربن مواد آلي توسط سوزاندن آنها در کوره الکتريکي و اندازه گيري CO2 حاصل در مجاورت کاتاليزورها ( اکسيد فلزات CuO ) بوسيله IRspectroscopy
9- THOD
مواد آلی ازت دار(۱+ Oآمونیاک + Co2+H2O
(2NH3+OHNO2+H2O
(3HNO2+OHNO3

از نظر مقدار :
THOD>COD>BOD5>TOC

الف- تعاريف
اين استاندارد با استناد ماده ۵ آئين نامه جلوگيري از آلودگي آب و با توجه به ماده سه همين آئين نامه و با همکاري وزارتخانه‌هاي بهداشت درمان و آموزش پزشکي، نيرو، صنايع معادن و فلزات ، کشور و کشاورزي توسط سازمان حفاظت محيط زيست تهيه و تدوين گرديده است. در اين استاندارد تعاريف و اصطلاحاتي که بکار رفته است بشرح ذيل مي‌باشد :
آب سطحي : عبارتست از آبهاي جاري فصلي يا دائمي، درياچه‌هاي طبيعي يا مصنوعي و تالابها
چاه جذب : عبارتست از حفره يا گودالي که قابليت جذب داشته و کف آن تا بالاترين سطح ايستابي حداقل ۳ متر فاصله داشته باشد.
ترانشه جذبي : عبارتست از مجموعه اي از کانالهاي افقي که فاضلاب بمنظور جذب در زمين به آنها تخليه شده و فاصله کف آنها از بالاترين سطح ايستابي حداقل ۳ متر باشد.
کنار گذر : کانالي است که فاضلاب را بدون عبور از بخشي از تصفيه خانه يا کل آن به تخش ديگر و يا کانال خروجي هدايت کند.
نمونه مرکب : عبارتست از تهيه يک نمونه ۲۴ ساعته از نمونه‌هايي که با فواصل زماني حداکثر ۴ ساعت تهيه شده اند.
ب- ملاحظات کلي
۱- تخليه فاضلابها، بايد بر اساس استانداردهايي باشد که بصورت حداکثر غلظت آلوده کننده‌ها بيان مي‌شود و رعايت اين استانداردها تحت نظارت سازمان حفاظت محيط زيست ضروريست.