بر خلاف فن های آب رسانی شهری و جمع آوری فاضلاب که تاریخچه نسبتاً طولانی و چند هزار ساله دارند پالایش و تصفیه فاضلاب بصورت امروزی خود، دارای سابقه ی تاریخی کوتاهی می باشد. تنها در نوشته های تاریخی از گفته و فرمانهائی که در پرهیز از آلوده سازی منابع طبیعی آب و به ویژه رودخانه یاد شده است نتیجه گیری می شود که نیاکان ما بجز آگاهی از بدی های آلوده نمودن منابع طبیعی آب، از برخی روش های تصفیه ی طبیعی نیز به طور تجربی و محدود آگاهی داشته اند.

نخست از حدود یکصد سال پیش که رابطه ای میان اثر باکتری ها و میکروب های بیماری زا در واگیری و شیوع بیماری آشکار گشت، انسان بفکر پاکسازی آب های آلوده افتاد. به عبارت دیگر فن تصفیه ی آب و فاضلاب در روند امروزی خود بیشتر در اثر پیشرفت علم زیست شناسی و پزشکی بوجود آمده است. پرداختن و توجه به این فن از آنجا آغاز گشت که به تدریج برای جلوگیری از آلوده شدن منابع طبیعی آب و به ویژه رودخانه ، ورود فاضلاب به این منابع ممنوع اعلام گردید. این جلوگیری ها نیاز به تصفیه فاضلاب و تکامل روش های آنرا ایجاب نمود. با گذشت زمان و به ویژه پس تر جنگ جهانی دوم، در نتیجه ی توسعه شهرها و صنایع، خطر آلودگی محیط زیست و درنتیجه نیاز به تصفیه ی فاضلاب با شدت بی سابقه ایافزایش یافت و همزمان با آن روش های بسیاری برای تصفیه ی فاضلاب بررسی، پیشنهاد و بکار گرفته شد.

در تکامل فن تصفیه ی فاضلاب از نظر زمانی، روش های طبیعی جزو قدیمی ترین روش هائی هستند که برای تصفیه بکار گرفته شده اند. به ویژه استفاده از فاضلاب برای آبیاری در کشاورزی به علت خاصیت کودی آن از یکصد سال پیش تاکنون در کشورهای اروپائی متدوال بوده است.

از دهها سال پیش تاکنون دریاچه های تثبیت و تصفیه ی فاضلاب در کشورهای اروپائی مورد استفاده قرار گرفته اند.

تصفیه فاضلاب در ایران

در ایران از زمانهای بسیار دوری لجن بدست آمده از چاههای جب کننده ی فاضلاب به عنوان کود کشاورزی بکار گرفته می شده است. ولی در تمام این روش ها بیشتر تکیه بر بازیابی از مواد کودی فاضلاب بوده است و نه تصفیه ی آن.در ایران امروز تصفیه خانه های فاضلاب به صورت پیشرفته ی خود سابقه ی تاریخی طولانی ندارند و محدودند به چند تصفیه خانه ی محلی در نواحی شمال تهران که قدیمی ترین آنها تصفیه خانه ی صاحبقرانیه می باشد که در سال 1340 شروع بکار کرده است. از نظر بزرگی مهمترین تصفیه خانه ها، تصفیه خانه های اصفهان می باشند که قدیمی ترین آنها در سال 1345 شروع بکار کرده است. جدول شماره ی (0-1) نام برخی از تصفیه خانه های فاضلابی که درسال 1376 مشغول بکار بوده اند را در شهرهای ایران نشان می دهد. با توجه به اعداد این جدول، جمعیت زیر پوشش تصفیه خانه های فعال در سال نامبرده در اصفهان حدود 70% و در تهران کمتر از 3% بوده است.

هدف از تصفیه ی فاضلاب

در تصفیه ی فاضلاب هدف های زیر مد نظر می باشند:

الف- تامین شرایط بهداشتی برای زندگی مردم- فاضلاب های شهری همیشه دارای میکروب های گوناگونی می باشند که قسمتی از آنها را میکروب بیماری زا[1] تشکیل می دهند ورود فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست و منبع زیست و منبع های طبیعی آب، چه آنهائی که در زیر زمین قرار دارند، موجب آلوده شدن این منبع ها به میکروبهای بیماری زا می گردد و در اثر تماس انسان با این منبع ها خطر گشترش بیماری ها میان مردم به وجود می آید:

ب- پاک نگهداری محیط زیست- وارد نمودن فاضلاب های تصفیه نشده به محیط زیست موجب آلودگی این محیط شده که بجز خطرهای مستقیمی که برای بهداشت مردم دارد، نتایجی دیگر از قبیل ایجاد مناظر زشت، بوهای ناخوشایند و سرانجام تولید حشرات بخصوص مگس و پشه را بهمراه دارد. این حشرات خود وسیله ای برای جابجا شدن میکروب های بیماری زا و آلوده سازی محیط زیست با این میکروب ها می باشند.

ج- بازیابی فاضلاب- با توجه به اینکه مقدار نمک های معدنی محلول در فاضلاب به مراتب کم تر از آب دریاهای آزاد می باشد و فاضلاب جزو آب های شیرین ولی آلوده به حساب می آید، استفاده دوباره از فاضلاب تصفیه شده به جای آب شیرین جهت آبیاری کشاورزی به مراتب ارزان تر از شیرین سازی آب دریاهای شور می باشد. این مسئله در ایران که در بسیاری از نقاط آن مردم با کمبود آب شیرین مواجه هستند، می تواند در مصرف آب شیرین مورد استفاده در آبیاری کشاورزی رفه جوئی نماید.

کاربرد دوباره فاضلاب تصفیه شده جهت آبیاری کشاورزی بجز صرفه جوئی در مصرف آب شیرین به علت وجود مواد کودی در فاضلاب تصفیه شده می تواند منبع غذائی خوبی برای گیاهان تقویت کشتزارها گردد.

در اینجا لازم به تذکر است که بکار بردن فاضلاب خام و تصفیه نشده جهت آبیاری کشاورزی مشکلات زیادی در بر دارد، تا جائی که غالباً استفاده از این گونه فاضلاب ها را غیر ممکن می سازد. در هر صورت برای رسیدن به نتایج خوب در کاربرد دوباره فاضلاب در کشاورزی نیاز به مطالعه بررسی و برنامه ریزی کاملی هست.

د- تولید کود طبیعی- لجنی که از تصفیه زیستی فاضلاب بدست می آید دارای مقداری زیاد ترکیبات شیمیایی نظیر نیتراتها، سولفات ها و فسفات ها می باشد که ارزش کودی برای رشد گیاهان دارند. برای افزایش قابلیت جذب این لجن آنرا در یک سلسله عملیاتی با کودهای گیاهی که از باقی مانده برگ و ساقه درختان تشکیل شده اند و یا با کود های حیوانی مانند مدفوع حیواناتی هم چون گاو گوسفند بهم آمیخته و مدتی آنرا بحالت خود می گذارند و سپس به صورت کود طبیعی بکار می برند.

ه- تولید انرژی- همانگونه که بعداً در این کتاب گفته خواهد شد، نزدیک به 70 درصد گازهای تولید شده در انبارهای هضم لجن را گاز متان تشکیل می دهد که ارزش سوختی آن در حدود ارزش سوختی گاز شبکه شهری می باشد. در تصفیه خانه ها می توان با سوزانیدن آن و گرم کردن دیگهای بخار، گرمای مورد نیاز یکان های تصفیه خانه را تامین نمود. حتی در تصفیه خانه های بزرگ این گاز را جمع آوری کرده و با استفاده از توربین های گازی، ژنراتور برقی را بحرکت در آورده و تولید برق می کنند.

مراحل تصفیه فاضلاب

فرایند پالایش یا تصفیه فاضلاب را معمولاً به سه مرحله تقسیم می نمایند.

مرحله یکم- این مرحله بنام تصفیه مقدماتی نامیده می شود و شامل است بر تصفیه فیزیکی از قبیل آشغال گیری، دانه گیری، ته نشینی مواد معلق، و بالاخره خشک کردن و دفع لجن.

مرحله دوم-مرحله دوم تصفیه فاضلاب یا تصفیه ثانوی شامل است بر تصفیه زیستی با استفاده از باکتری های گوناگون هوازی موجود در فاضلاب و تصفیه زیستی با استفاده از باکتری های بی هوازی برای تصفیه فاضلاب و لجن. راهبری تأسیسات تصفیه ثانوی نسبت به مرحله یکم نیاز به صرف انرژی و هزینه بیشتری دارد.

مرحله سوم- این مرحله که تصفیه پیشرفته و یاتصفیه نهائی نیز نامیده می شود، شامل است بر زلال سازی و کاربرد یک یا چند روش از تصفیه تکمیلی زیر:

- ادامه فرایند نیترات زدائی.

- گذرانیدن فاضلاب از صافی های ماسه ای و یا صافی های بسیار ریز گذر[2]

- استفاده از کربن فعال[3]

- نمک زدائی با روش تعویض ین[4]

- روش اسموزی وارونه [5]

- در برخی موارد و بسته به نوع مصرف پساب کلر زدائی و جز آن...

دراینجا لازم به گفتن است که گند زدائی فاضلاب هنگام بیرون آمدن از تصفیه خانه(پساب) ، فرایندی است اجباری و باید درهر حالتی که تصفیه خانه طرح شده باشد اجرا گردد.

درصورتی که تمام تأسیسات یک تصفیه خانه به درستی کار کنند، می توان در مرحله دوم تصفیه آلودگی فاضلاب را 90 تا96 درصد کاهش داد و این کاهش آلودگی برای برقراری ظوابط لازم جهت دفع فاضلاب به منبع های طبیعی آب، حفظ بهداشت و پاک نگه داشتن محیط زیست کافی است. ولی در صورتی که بخواهیم از فاضلاب تصفیه شده برای آبیاری فضاهای سبز درون شهرها استفاده کنیم، یک تصفیه پیشرفته که مرحله سوم را تشکیل دهد، لازم می باشد.

در موارد استثنائی که منبع های طبیعی آب قدرت تصفیه خود بخودی فاضلاب را داشته باشند، پس از مطالعات کامل حتی ممکن است تنها به تصفیه مقدماتی نیز اکتفا نموده و بقیه فرایند تصفیه را به عهده طبیعت واگذار نمود.

به علت اینکه از یک سو امروزه درتصفیه خانه های فاضلاب شهری در ایران از سومین مرحله تصفیه استفاده نمی شود و از سوی دیگر تأسیسات تصفیه پیشرفته و یا سومین مرحله تصفیه فاضلاب بسیار پرهزینه می باشد، نویسنده از گفتگو در جزئیات و ظوابط طراحی یکان های این مرحله در این چاپ از کتاب خود داری می نماید. در صورتی که نیاز به این گونه تصفیه در آینده برای کشور احساس گردد، درتجدید نظرهای بعدی بخش مجزائی در این مورد به کتاب افزوده خواهد شد.

کیفیت فاضلاب در طرح تصفیه خانه

برای طراحی یک تصفیه خانه، فاضلاب را باید از دو دید کمی و کیفی بررسی نمود.

چنانکه در جلد یکم این کتاب ملاحظه گردید 49 ، مقدار فاضلاب بسته به شرایط اقلیمی و مساحت فضای سبر موجود در شهر تنها بخشی از آب مصرف شده یک شهر را در بر می گیرد. ضریب تبدیل آب مصرفی به فاضلاب در شهرهای ایران را می توان 50 تا80 درصد انتخاب نمود.در مقابل ممکن است حدود 10 تا30 درصد دبی فاضلاب خانگی را به صورت فاضلاب های غیر مجازی مانند آب های سطحی ناشی از بارندگی به فاضلاب خانگی افزود. همچنین بای دمقدار نشت آب های زیرزمینی رابه شبکه گرد آوری فاضلاب مورد توجه قرار داد. مقدار نشت آب زیر زمینی و آمیخته شدن با فاضلاب خانگی بسته به عمق سطح آب زیر زمینی، نوع زمین و نوع لوله های گرد آوری فاضلاب می تواند بین 10 تا 100 درصد ماکزیم دبی فاضلاب خانگی تغییر نماید.

در طراحی یکان های گوناگون تصفیه خانه فاضلاب و محاسبه مدت زمان توقف فاضلاب در آنها، باید نوسان های تولید فاضلاب در شهر نیز مورد توجه قرار گیرند. ضریب ماکزیمم و مینیمم جریان فاضلاب بسته به بزرگی و کوچکی شهر یعنی به شمار جمعیت از یک سو و ظرفیت کانال های گرد آوری و طول آنها از سوی دیگر متفاوت می باشد. چون در جلد یکم این کتاب در مورد تعیین مقدار فاضلاب توضیحات مفصلی داده شده است، در این جلد از کتاب از گفتگوی دوباره در این مورد خود داری می شود و تنها متذکر می گردد که به علت دوری تصفیه خانه کاسته می شود، بنابراین حتی الامکان باید عددهای کوچکتری برای ضریب ماکزیمم و عددهای بزرگتری برای ضریب مینیمم انتخاب نمود. این موضوع به ویژه برای یکان هائی که در انتهای تصفیه خانه جای دارند، به علت حجم و خاصیت ذخیره ای که یکان های پیش دارا می باشند، بیشتر اهمیت می یابد.

بجز کمیت فاضلاب، کیفیت آن نیز در طراحی یک تصفیه خانه اهمیت به سزائی دارد. چنانکه بعداً در این کتاب به تفصیل ملاحظه خواهد شد، ابعاد برخی از یکان های تصفیه خانه مانند یکان های تصفیه زیستی با توجه با میزان آلودگی فاضلاب طراحی می شوند. گفتگو در مورد انواع و میزان آلودگی فاضلاب طراحی می شوند. گفتگو در مورد انواع و میزان آلودگی فاضلاب ها در بخش یکم این کتاب انجام می شود.

انواع و خواص فاضلاب ها

فاضلاب ها بسته به شکل پیدایش و خواص آنها به سه گروه تقسیم می گردند:

فاضلاب های خانگی، فاضلاب های صنعتی و سر انجام فاضلاب های سطحی:

فاضلاب های خانگی [6]

فاضلاب های خانگی خالص تشکیل شده اند از فاضلاب دستگاهی بهداشتی خانه ها مانند: توالت ها، دستشوئی ها، حمام ها، ماشین های لباس شوئی و ظرف شوئی، پس آب آشپزخانه ها و یا فاضلاب بدست آمده از شستشوی قسمت های گوناگون خانه. خواص فاضلاب های خانگی در سطح یک کشور تقریباً یکسان و تنها غلظت آنها بسته به مقدار مصرف سرانه ای آب در شهرها تغییر میکند.

آنچه در شبکه های گرد آوری فاضلاب شهری، به نام فاضلاب خانگی جریان دارد بجز فاضلاب خانگی خالص دارای مقداری فاضلاب بدست آمده از مغازه ها، فروشگاه ها ، تعمیر گاه ها، کارگاه ها، رستوران ها و مؤسسه هائی مانند آنها نیز می باشد که اجباراً در سطح شهر و به طور پراکنده وارد کانال های گرد آوری فاضلاب می گردند.بنابراین با توجه به نوع و تعداد اینگونه مؤسسه ها ممکن است نوع فاضلاب در شهر تغییر کند.چنین فاضلابی را فاضلاب خانگی ناخالص نیز می نامند.

رنگ فاضلاب[7]- رنگ فاضلاب خانگی نشان دهنده عمر آن است. فاضلاب تازه دارای رنگ خاکستری است. پس از مدتی که فاضلاب گندید و کهنه شد رنگ آن تیره و سیاه می گردد.

بوی فاضلاب[8] - بوی فاضلاب ناشی از گازهائی است که در اثر متلاشی شدن مواد آلی بوجود می آید. بوی فاضلاب تازه قابل تحمل تر از فاضلاب کهنه است. بوی فاضلاب کهنه بیشتر ناشی از گاز هیدروژن سولفوره می باشد که در اثر فعالیت باکتری های بی هوازی و در نتیجه احیای سولفات ها به سولفیت ها تولید می گردد. در صورتی که به فاضلاب هوا و اکسیژن کافی برسد باکتری های بی هوازی از فعالیت باز ایستاده و بجای آنها باکتری های هوازی مواد آلی فاضلاب را تجزیه می کنند و گار کربنیک مهمترین گازی است که از کار این باکتری ها تولید می شود. بنابراین مانند آنچه در تصفیه خانه های فاضلاب رخ می دهد اگر اکسیژن کافی به فاضلاب دمیده شود، فاضلاب بی بو می گردد.

درجه اسیدی[9]- فاضلاب های خانگی خالص وتازه معمولاً حالتی خنثی و یا متمایل به قلیائی دارند. تنها در اثر ماندن و شروع عمل گندیدگی گازهای اسیدی( هیدروژن سولفوره) تولید گردیده و درجه اسیدی فاضلاب کاهش یافته، خاصیت اسیدی پیدا می کند. هرچه درجه گرمای محیط بیشتر باشد عمل گندیدن و تعفن زودتر رخ می دهد. در شرایط نسبتاً متعارفی عمل تعفن سه تا چهار ساعت پس از تولید فاضلاب شروع می شود.

دمای فاضلاب- به علت اعمال زیستی باکتری های موجود در فاضلاب، درجه گرمای فاضلاب معمولاً بیشتر از درجه گرمای آب در همان محیط است. درجه گرمای فاضلاب در سردترین روزهای زمستان غالباً از 10 درجه سانتیگراد کمتر نمی گردد و در روزهای معمولی فاضلاب درجه گرمائی در حدود 20 درجه سانتیگراد دارد.

مواد خارجی در فاضلاب - در فاضلاب همیشه مقداری مواد خارجی به صورت محلول و یا نا محلول و معلق وجود دارد. مقدار مواد خارجی فاضلاب در حدود 1/0 درصد و بقیه آنرا آب تشکیل می دهد نزدیک به نیمی از مود خارجی موجود در فاضلاب، مواد آلی و بقیه آن مواد معدنی می باشد. چنانکه در جدول شماره (1-1) دیده می شود مواد خارجی معلق نیز خود به دو گروه ته نشین پذیر و ته نشین ناپذیر بخش می شوند. در جدول شماره ( 1-1) مواد معلقی ته نشین پذیر نامیده می شوند که پس از 2 ساعت توقف در ظرفی ته نشین شوند.

وزن مخصوص فاضلاب- با توجه به سبک بودن مواد خارجی موجود در فاضلاب و نیز وجود برخی گازهای محلول در آن، وزن مخصوص فاضلاب کمی کمتر از وزن مخصوص آب است و به نزدیک 99/0 تن بر متر مکعب می رسد. در عمل معمولاً وزن مخصوص فاضلاب ر ابرابر آب فرض می نمایند.

موجودات زنده در فاضلاب- بجز مواد خارجی نامبرده در جدول شماره (1-1) همیشه فاضلاب مقداری زیاد موجودات زنده ذره بینی مانند ویروس ها و میکروب ها[10] باکتری ها[11] را به همراه دارد. تنها بخشی کم از این موجودات زنده ممکن است بیماری زا باشند. از این گروه می توان با سیل حصبه[12] اسهال[13] و وبا[14] که جزو باکتری های انگلی هستند را نام برد.

دو گروه دیگر از موجودات زنده موجود در فاضلاب باکتری های هوازی و باکتری های بی هوازی حتی در تصفیه فاضلاب نقشی مثبت و بسیار کمک کننده دارند. شمار موجودات زنده در یک سانتیمتر مکعب از فاضلاب شهری به یک تا چند میلیون عدد نیز می رسد.

فاضلاب های صنعتی [15]

خواص فاضلاب های صنعتی و پس آب کارخانه ها کاملاً بستگی به نوع فرآورده های کارخانه دارد. با توجه با این موضوع مهمترین تفاوتی که می تواند فاضلاب کارخانه ها با فاضلاب های خانگی داشته باشد عبارتند از:

الف- امکان وجود مواد و ترکیب های شیمیایی سمی در فاضلاب کارخانه ها بیشتر است.

ب- غالباً خاصیت خورندگی بیشتری دارد.

ج- خاصیت قلیائی و یا اسیدی زیاد دارد.

د- امکان وجود موجودات زنده در آنها کمتر می باشد.

به عنوان نمونه می توان خاصیت اسیدی را در فاضلاب کارخانه چیت سازی تهران در جدول شماره (1-2) مشاهده نمود.

تنها بخشی از فاضلاب کارخانه ها که تقریباً در تمام کارخانه ها خاصیتی یکسان دارند، فاضلاب بدست آمده از تشکیلات خنک کننده ی آنها است. آلودگی این فاضلاب ها بسته به شماره دفعه هادی که آب برای خنک کردن کارخانه بکار برده شده است متفاوت می باشد و معمولاً آلودگی آنها کمتر از فاضلاب های دیگر می باشد و بیشتر به صورت وجود مواد نفتی و روغن در آنها نمو دار می شود.

در فاضلاب برخی از کارخانه ها مانند کارخانه های بهرد برداری از معادن، کارخانه های فولاد سازی و کارخانه های شیمیایی بیشتر مواد خارجی را مواد معدنی تشکیل می دهند، در صورتی که در برخی مواد خارجی در فاضلاب، مواد آلی هستند. بنابراین بررسی در مقدار مواد خارجی موجود در فاضلاب های صنعتی باید در هر مورد با توجه به مشخصات کارخانه بعمل آید. درجه آلودگی این فاضلاب ها می تواند چندین برابر و حتی ده ها برابر آلودگی فاضلاب های خانگی باشد. در این مورد جدول شماره (1-6) نسبت نامبرده را برای برخی از صنایع نشان می دهد.

فاضلاب های سطحی[16] ( آب های سطحی )

فاضلاب های سطحی ناشی از بارندگی و ذوب یخ ها و برف های نقاط بلند هستند. این فاضلاب ها به علت جریان در سطح زمین و تماس با آشغال ها و کثافت های روی زمین و شستن سطح خیابان ها و پشت بام ها آلوده شده و مقداری مواد آلی و معدنی در آنها وجود دارد. از این رو در شروع بارندگی درجه آلودگی فاضلاب های سطحی زیاد و پس از پاک شدن سطح های بارش، مقدار آلودگی آنها کاسته می شود.

بیشترین بخش مواد خارجی را در این فاضلاب ها مواد معدنی مانند ماسه و شن تشکیل می دهند که در اثر شستشوی خیابان ها وارد فاضلاب می شوند. بجز آن پس مانده ذرات گیاهی و حیوانی و مواد نفتی و دوده، بخش های دیگری از مواد خارجی موجود در آب های سطحی را تشکیل می دهند.

چنانکه در جدول شماره (1-2) نمودار است آب های سطحی که در برخی از جوی های سنتی تهران جریان دارند دارای درجه آلودگی زیاد و حتی بیش از فاضلاب های خانگی هستند.