مـراحــل تـصفیـه بیـولـوژیـکـی آبـهـای آلـوده و نـحـوه کـنـتـــرل آن

۱- مـراحــل تـصفیـه بیـولـوژیـکـی آبـهـای آلـوده
این قسمت که حساسترین و مؤثرترین مرحله تصفیه آبهای آلوده می باشد شامل حوضچه اکسیداسیون بیولوژیکی یا حوضچه هوازنی (Aeration Basin) و زلال کننده (Clarifier) می باشد که اینک به اختصار شرح داده خواهد شد .

۱-۱- حوضچه اکسیداسیون بیولوژیکی (حوضچه هوازنی)
آب پس از تصفیه فیزیکی یعنی عبور از جداکننده های نفت از آب
(API Separator) و قسمت منعقدکننده (Floculation) و شناور کننده
(Dissolved Air Flotation) ناخالص های آن تاحد زیادی گرفته شده و مقادیر لازم موادغذائی و در صورت لزوم پلی الکترولیت به آن اضافه می شود و سپس وارد حوضچه اکسیداسیون بیولوژیکی (حوضچه هوازنی) می شود. این حوضچه هوازنی ها مکانیکی داشته که اکسیژن مورد نیاز را تأمین می نماید .

برای تنظیم درجه حرارت حوضچه از بخار آب استفاده می شود که این بخار توسط لوله ای به کف حوضچه منتقل و مقدار آن قابل تنظیم می باشد تا بتوان درجه حرارت را به اندازه دلخواه تثبیت نمود. لجن فعال که حاوی میکرواورگانیسم های مختلف بوده در این حوضچه موجود می باشد. این لجن توده های دانه ای شکل به رنگ قهوه ای طلائی و دارای بوی مخصوصی می باشد.

این توده ها مرتب بزرگ شده تا بالاخره به بزرگترین اندازه ممکن رسیده و پاره گردند. اندازه این توده ها تابع قوانین جذب می باشد. میکرواورگانیسم هائی که در تصفیه بیولوژیکی آب های آلوده نقش عمده ای دارا می باشند عبارتند از :

باکتریها، قارچها، جلبکها، پروتوزوا، روتیفرها، کروستاسینز و بالاخره ویروسها می باشند .
تعداد از میکرواورگانیسم های موجود در لجن فعال در شکل (۱) نمایش داده شده است .
شمار میکرواورگانیسم ها در هر ۱۰۰سانتی مترمکعب لجن فعال سالم حدود ۱۰۱۲ تا ۱۰۱۸ عدد می باشد .
مواد آلی و مواد معلق و مواد کلوئیدی موجود در آب توسط لجن فعال جذب شده و سپس در مجاورت هوا توسط میکرواورگانیسم ها مصرف و انیدریدکربنیک و آب و مواد بی اثر و موجودات ذره بینی جدید تولید می گردد . در اینجا متذکر

می گردد که مواد آلی عموماً توسط باکتریها مصرف می شوند و پروتوزا و روتیفرها نقش تمیزکننده آب خروجی را دارند. به این ترتیب که باکتری هایی که به هم نچسبیده و شناور می مانند پروتوزا مصرف شده و هرگونه ذرات بیولوژیکی کوچک که ته نشست نمی شود توسط روتیفرها مصرف می گردند .

۲-۱- زلال کننده ( CLARIFIER )
بعد از اتمام مرحله اصلی اکسیداسیون بیولوژیکی، آب و لجن فعال وارد چاله خروجی حوضچه هوازنی شده و از آنجا به زلال کننده هدایت می شود.
در زلال کننده مواد شناور توسط پاروی مخصوص جمع آوری و از آنجا به چاله لجن فرستاده می شود. لجن فعال راسب شده در زلال کننده توسط لجن جمع کن مخصوص به جعبه لجن منتقل و سپس برای تنظیم مقدار لجن فعال (MLVSS) حوضچه هوازنی به آن برگردانده می شود

و مقداری از آن به خارج ارسال می گردد. آب صاف از اطراف زلال کننده سرریز شده، وارد حوضچه یا مخزنی گشته و سپس جهت حذف ذرات معلق در آن به صافی ها ارسال می گردد .
شمای ساده سیستم اکسیداسیون بیولوژیکی در شکل ۲ نمایش داده شده است

شکل ۲- شمای ساده سیستم تصفیه بیولوژیکی با استفاده از لجن فعال

۲- نحوه کنترل سیستم تصفیه بیولوژیکی
به منظور ایجاد محیط مناسب جهت کشت ورشد و فعالیت میکرواورگانیسم ها، سیستم تصفیه بیولوژیکی باید از هر نظر مورد بررسی و کنترل قرار گیرد و برای انجام این هدف عوامل متعددی مؤثر بوده که اهم آنها به شرح زیر است :
۱-۲- اندازه گیری اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون بیوشیمیائی پنج روزه

( BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND , BOD-5 )
مقدار آلودگی موجود در آب را نمی توان مستقیماً اندازه گیری کرد و بطور غیرمستقیم به اندازه گیری مقدار اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون بیوشیمیائی در پنج روز به دست می آید. جهت تکمیل عمل اکسیداسیون بیوشیمیائی حدود ۲۰ روز لازم است ولی در فاصله پنج روز اول حدود ۷۰ درصد فعل و انفعال پایان می پذیرد، بنابراین اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون بیوشیمیائی را در فاصله زمانی پنج روز اندازه گیری می نمایند و با مقایسه مقدار ورودی و خروجی آن بازدهی سیستم اکسیداسیون بیوشیمیائی ارزیابی می شود . اگر اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون بیوشیمیائی پنج روزه به مقدار زیادی تقلیل یابد ولی جامدات معلق بطور کامل حذف نگردند، ممکن است در اثر حجیم شدن ذرات ویا شناور شدن لجن فعال باشد .
برای محاسبه مقدرا اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون بیوشیمیائی که وارد عملیات تصفیه می گردد برحسب پاند در روز مقدار جریان مقدار آب و مقدار
BOD-5 برحسب ميلي گرم در لیتر مورد لزوم می باشد و توسط رابطۀ یک محاسبه می شود .
Ib/day. BOD-5 = mg/1 BOD-5 * gpm * 012

مثال اگر BOD-5 برابر ۲۰۰ میلی گرم در لیتر و جریان آب ورودی ۸۰۰۰ گالن در دقیقه باشد مقدار در روز بصورت زیر بدست می آید :
پاند در روز ۱۹۲۰۰= ۰۱۲/۰ * ۸۰۰۰ * ۲۰۰= Ib/day. BOD-5

لذا با اندازه گیری BOD-5 ورودی به سیستم، مقدار کل باری که وار لجن فعال می شود معلوم می گردد و بدین وسیله می توان مقدار لجن (MLSS) را تنظیم نمود .
۲-۲- اندازه گیری اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون شیمیائی
( CHEMICAL OXYGEN DEMAND , COD )

چون اندازه گیری اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون بیوشیمیائی طولانی بوده و پنج روز لازم است تا نتیجه بدست آید از آزمایش دیگری برای اندازه گیری مقدار آلودگی موجود در آب استفاده می شود که اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون شیمیائی نامیده می شود که یک آزمایش شیمیائی جهت اندازه گیری اکسیژن لازم برای اکسید کردن آلودگی های موجود در آب می باشد .

BOO5 * K= COD
عددی ثابت برای نوع پساب مخصوص و ثابت است =K
این آزمایش خیلی سریع و قابل تکرار است، معمولاً در صورت ثابت بودن نوع آب و نوع آزمایش می توان رابطه ای بین اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون بیوشیمیائی و اکسیژن مورد نیاز اکسیداسیون شیمیائی بدست آورد، بنابراین با اندازه گیری آن در آب ورودی خروجی واحد می توان بازدهی دستگاه را ارزیابی نمود. در ضمن بطوریکه در بالا ذکر آن رفت بدینوسیله می توان BOD-5 را حدس زده و با استفاده از آن تغییرات لازم از قبیل لجن (MLSS) را میتوان انجام داد .

 

۳-۲- اندازه گیری کل مواد جامد معلق در لجن فعال
( Mixed Liquere Suspended Solhdes , MLSS )
با این آزمایش می توان کل مواد جامد موجود در سیستم اکسیداسیون بیولوژیکی را تعیین نمود. با اندازه گیری مقدار کل جامدات معلق در آب ورودی و خروجی زلال کننده و خروجی صافی ها میتوان بازدهی دستگاه را تعیین نمود. این آزمایش یکی از بهترین روشها جهت کنترل واحد می باشد. تعیین مقدار مواد جامد در لجن فعال جهت تعیین مقدار لجن برگشتی از زلال کننده به حوضچه هوازنی و مقدار لجنی که باید از سیستم خارج شود مورد استفاده قرار می گیرد .

بالاخره تعیین مقدار مواد جامد حوضچه اکسیداسیون بیولوژیکی جهت تعیین شاخص حجم لجن (Sludge Volume Index , SVI) مورد لزوم است .
۴-۲- شاخص حجم لجن ( SVI )
شاخص حجم لجن عبارتست از حجمی که یک گرم لجن فعال بعد از سی دقیقه برحسب میلی لیتر اشغال می کند و توسط آن می توان خاصیت ته نشست شدن و سلامتی لجن را بررسی نمود .
شاخص حجم توسط حجم حاصل از ته نشست شدن لجن در مدت زمان ۳۰ دقیقه و مقدار کل مواد جامد معلق برحسب میلی گرم در لیتر بدست می آید و توسط رابطه ۲ محاسبه می شود .

مثال:
اگر حجم ته نشست شده موادجامد در سی دقیقه (Settleable Solides) برابر ۲۵۰ میلی لیتر و وزن کل مواد جامد معلق (MLSS) برابر ۲۵۰۰ میلی گرم در لیتر باشد، شاخص حجم لجن بصورت زیر محاسبه می شود :

مناسبترین شاخص حجم لجن برابر ۱۰۰بوده ولی نباید کمتر از ۷۰ و بیش از ۱۳۰ باشد. اگر شاخص حجم لجن کم باشد نشان دهنده زیاد بودن مواد بی اثر برگشتی به سیستم می باشد و اگر بیش از مقادیر فوق باشد نشان دهنده بهم خودرن وضع سیستم بیولوژیکی و خراب بودن خاصیت ته نشست لجن می باشد .

بطوریکه در بالا ذکر آن رفت برای محاسبه شاخص حجم لجن از مقدار ته نشست مواد در ۳۰ دقیقه استفاده می شودکه آزمایش آن بطریق ذیل انجام می گیرد:
در یک ظرف قیفی شکل تا علامت هزار میلی لیتر آن نمونه مورد آزمایش را ریخته و بعد از ۳۰ دقیقه مقدار لجن راسب را برحسب میلی لیتر می خوانیم .

این آزمایش علاوه بر اینکه جهت محاسبه شاخص حجم لجن مورد نیاز می باشد یکی از آزمایشهایی است که کارکنان توسط آن می توانند نحوه ته نشست لجن را مشاهده نمایند (لجنی خوب است که به سرعت ته نشست شود) .
۵-۲- اندازه گیری مقدار مواد جامد معلق فرار در لجن فعال
( MIXED LIQUER VOLATILE SUSPENDED SOLIDES , MLVSS )
مواد جامد معلق فرار معمولاً ۶۰ تا ۷۰ درصد کل مواد جامد معلق می باشد، مقدار مواد جامد معلق حوضچۀ هوازنی نماینده میکرواورگانیسم ها در لجن فعال می باشد اگر این نسبت برای چند روز بطور مدام بالاتر از مقادیر فوق باشد نشانه بیش از حد بودن خوراک یا وارد شدن ضربه ناگهانی (شوک) در اثر بار زیاد میباشد .

کم شدن مواد فرار نشانه این است که خوراک کمتر از حد لزوم بوده و یا اینکه مواد سمی همراه آب وارد سیستم شده است، در هر دو صورت علت باید مورد بررسی قرار گیرد تا اشکالات بیشتری برای سیستم بوجود نیاید .
برای کنترل مواد جامد معلق فرار و کل مواد جامد باید نسبت خوراک به لجن فعال (F/M) را تنظیم نمود و این عمل با تخلیه لجن فعال اضافی صورت می گیرد .

۶-۲- تنظیم نسبت خوراک به لجن فعال ( FOOD/MASS RATIO ,F/M)
نسبت خوراک به لجن فعال جهت تنظیم رشد و ته نشست شدن میکرواورگانیسم ها و کیفیت آب خروجی مورد استفاده قرار میگیرد، همچنین بوسیله آن میتوان مقدار لجنی را که باید سیستم تخلیه کرد و رشد و تکثیر
میکرواورگانیسم ها یعنی مقدار لجن فعال (MLVSS) راتعیین نمود. معمولاً این نسبت بین ۱/۰ تا ۷/۰ بوده و بستگی به نوع عملیات و طراحی دارد ولی بطور متوسط اغلب حدود ۲/۰ فرض می شود .

اگر این نسبت بیش از ۷/۰ و یا کمتر از ۱/۰ باشد سبب پارکندگی میکرواورگانیسم ها و ایجاد میکرواورگانیسم های رشته ای می گردد، در نتیجه کیفیت آب خروجی نامرغوب و دارای مواد جامد بسیار خواهد بود.

اگر سیستم برای نسبت نزدیک به ۷/۰ طراحی شده باشد میکرواورگانیسم ها بسرعت رشد می یابند، بنابراین زمان توقف آب در حوضچه هوازنی نسبتاً کم بوده واز بین رفتن آلودگی کمتر از موقعی است که این نسبت نزدیک ۱/۰ می باشد، لذا عمر لجن کم بوده و مقدار بیشتری لجن اضافی ایجادمی گردد، ولی اگر نسبت نزدیک ۱/۰ باشد میکرواورگانیسم هاکمتر رشد کرده و

میکرواورگانیسم ها بیشتر مواد ذخیره ای خود را مصرف می نمایند لذا زمان توقف آب در حوضچه های هوازنی بیشتر از حالت قبلی می باشد، کیفیت آب خروجی بسیار خوب، عمر لجن طولانی و مقدار بسیار کمی لجن اضافی تولید می گردد. اگر نسبت خوراک به لجن فعال فرار مقدار مناسبی باشد، تقریباً تمام خوراک مصرف شده و لجن فعال توده های بهم چسبیده ای را که به راحتی ته

نشست می گردد تشکیل خواهد داد و آب با کیفیت خوبی تصفیه و خارج میگردد. اگر خوراک زیادی وارد سیستم گردد یعنی نسبت خوراک به لجن بیش از ۷/۰ باشد تمام خوراک مصرف نشده و میکرواورگانیسم ها پراکنده و بصورت رشته ای خواهند بود در این حالت خوب ته نشست نمی شوند در نتیجه مواد جامد معلق آب خروجی زیاد خواهد شد و اگر خوراک خیلی کمی وارد سیستم گردد یعنی نسبت خوراک به لجن فعال کمتر از ۱/۰ باشد تمام خوراک مصرف شده و

میکرواورگانیسم ها از خودشان نیز تغذیه می نمایند، دراین صورت نیز پراکنده شده و ته نشست نمی شوند لذا کیفیت آب پائین آمده و مقدار جامدات معلق در آب خروجی زیاد خواهد بود .
بهترین لجن آنست که به سرعت ته نشست شده و آب صاف و بدون بو در بالای آن ایجاد گردد .
تود های لجن فعال دانه ای شکل بوده و لبه های تیز با رنگ قهوه ای طلائی داشته و بوی

مخصوصی دارد. برای بدست آوردن نسبت خوراک به لجن فعال از رابطه ۳ استفاده می شود :

که در آن (So) عبارتست از مقدار اکسیژن مورد نیاز اکسید اسیون بیوشیمیائی ۰ روزه برحسب میلی گرم در لیتر آب ورودی (BOD-5)، (XV) مقدار مواد جامد معلق فرار برحسب میلی گرم در لیتر (MLVSS)، (T) زمان توقف آب در حوضچه هوازنی برحسب ساعت برای بدست آوردن (T) از رابطه ۴ استفاده
می شود :

مثال:
اگر (So) یعنی (BOD-5) برابر۱۵۰ میلی گرم در لیتر و (XV)یعنی (MLVSS) برابر ۲۱۰۰ میلی گرم در لیتر باشد و حجم حوضچه هوازنی ۵۶۰۰۰۰۰ گالن و دبی آب ورودی ۱۱۰۰۰ گالن در دقیقه باشد، نسبت خوراک به لجن فعال بصورت زیر محاسبه می شود :

بطوریکه قبلاً ذکر آن رفت F/M برابر ۲/۰ حالت ایده آلی است که توسط پیلوت و مطالعه بدست می آید و این نشان می دهد که اگر کل سیستم با این مشخصات کارکند آب خروجی دارای کیفیت عالی خواهد بود و لجن بخوبی ته نشست شده و مقدار اضافی آن کم خواهد بود ولی اگر در عمل مشاهده شد که با نسبت F/M دیگری راندمان بهتری داده خواهد شد میتوان محاسبات جدید با شرایط جدید بدست آورد .

برای بدست آوردن MLVSS دلخواه به ازاء F/M برابر ۲/۰ چنانچه So برابر ۱۶۰ میلی گرم در لیتر و دبی یا جریان آب ورودی برابر ۸۰۰۰ گالن در دقیقه باشد از رابطه ۰ استفاده می شود :

با استفاده از این روابط میتوان مقادیر مورد لزوم MLVSSرا برای هر BOD-5 ورودی و مقدار جریان آب ورودی بدست آورد .
۷-۲- مواد غذائی مورد لزوم ( N UTRIENTS )
آزمایش بر روی تعدادی از میکرواورگانیسم های مختلف نشان می دهد که آنها دارای ۸۰ درصد آب و ۲۰ درصد مواد خشک می باشند که ۹۰درصد مواد خشک آلی و ۱۰ درصد معدنی است .
فرمول تقریبی جزء آلی بصورت (C5H7O2N) نمایش داده می شود .

همانطور که توسط فرمول نشان داده می شود، حدود ۵۳ درصد جزء آلی کربن می باشد و ترکیبات تشکیل دهنده جزء معدنی در جدول یک داده شده است .
جدول یک- ترکیبات تشکیل دهنده جزء معدنی میکرواورگانیسم ها

درصد ترکیبات شیمیائی درصد ترکیبات شیمیائی
۸ MgO
6 K2 O
1 Fe2O3 50 P2O5
15 SO3
11 Na2 O
9 Ca O

با توجه به اینکه تمام این عناصر و ترکیبات باید از محیط زندگی گرفته شود، لذا کمبود هر یک از این مواد می تواند رشد میکرواورگانیسم ها را محدود و در بعضی موارد تغییر دهد ولی باتوجه به اینکه تقریباً تمام این عناصر در آبهای آلوده موجود هستند فقط در عنصر فسفر و ازت اغلب مورد نیاز می باشد .