دانلود تحقیق روش های تصفیه آب

- روشهای تصفیه فیزیکی شامل آشغالگیری (Screening) ، دانه گیری (Grit Chamber) ، یکنواخت سازی (Equalization)، جذب فیزیکی سطح جامد (Adsorption) و نهایتا" ته نشینی ساده (Sedimentation) میباشد.

2- روشهای تصفیه شیمیائی مشتمل بر خنثی سازی (Neutralization)، انعقاد و لخته سازی تبادل یونی و جذب شیمیایی.

3- روشهای تصفیه بیولوژیکی شامل تصفیه هوازی و بی هوازی.

تقسیم بندی روشهای تصفیه فاضلاب بر اساس درجه فعالیت و بازدهی 1- تصفیه مقدماتی یا اولیه (Primary Treatment) که در بر گیرنده اکثر روشهای تصفیه فیزیکی میباشد.

2- تصفیه متداول و یا ثانویه (Secondery Treatment) که دربرگیرنده اکثر روشهای تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی میباشد.

3- تصفیه پیشرفته و یا مرحله سوم (Teritary Treatment) که ترکیبی از فرآیندهای تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی است.(3) روشهای متداول تصفیه فاضلاب صنعتی با توجه به ویژگیها و مشخصات فاضلابهای صنعتی و وجود پارامترهای گسترده تری نسبت به فاضلاب شهری، انتخاب فرآیندهای تصفیه فاضلاب از ویژگی خاصی برخوردار است.از پارامترهای مهم در فاضلابهای صنعتی وجود ترکیبات رنگی، مواد سنگین و پچیده ، باز آلی بالا و آلاینده‌های خطرناک و سمی است که نیز به استفاده از فرآیندهای مختلف به خصوص استفاده از فرآیندهای شیمیایی را در برخی موارد اجتناب ناپذیر می‌نماید.

لذا انتخاب نوع فرآیند با توجه به ویژگیهای هر صنعت متفاوت است که به اختصار برخی از این فرآیندها توضیح داده می‌شود.

1- تصفیه فیزیکی – شیمیایی یکی از مشکلات عمده فاضلابهای صنعتی وجود ترکیبات پیچیده و آلاینده‌های متفاوت است که در مدت زمان کوتاه قابل تجزیه بوسیله طبیعت نبوده و خطرات فراوانی را برای محیط زیست و محیط‌های آبی پذیر بوجود می‌آورند.

این مواد حتی برای میکروارگانیسم‌ها و موجودات تجزیه کننده مضر بوده و گاها" باعث از بین رفتن و کاهش قدرت تکثیر و رشد آنها نیز می‌شوند.

لذا برای تصفیه مطلوب ازاین پسآب‌ها بایستی شرایطی بوجود آید تا فرآیندهای بیولوژیکی به راحتی بتوانند عمل نمایند.

به همین منظور استفاده ازفرآیندهای فیزیکی – شیمیایی به عنوان پیش تصفیه بیولوژیکی در اکثر فاضلابهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرآیندهای فیزیکی – شیمیایی که به طور معمول کاربرد دارند عبارتند از: - ته نشینی ثقلی - شناور سازی - فیلتراسیون یا صافی - جذب سطحی - انعقاد و لخته سازی - اکسیداسیون و احیا - تبادل یونی و ...

استفاده از فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی یکی از روشهای مهم در تصفیه فاضلاب صنایع سلولزی است که در اغلب کشورها با توجه به راحتی این فرآیندهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

1-1- فرآیند انعقاد و لخته سازی: هدف اصلی از انعقاد ، ته نشینی مواد معلق سبک شامل مواد کلوئیدی و مواد نیمه محلول است که با استفاده از برخی مواد شیمیایی و تبدیل آنها به لخته‌های بزرگتر صورت می‌گیرد، تا این لخته‌ها دراثر وزن خود ته نشین شوند.

از مهم ترین مواد منعقد کننده می‌توان به پلیمرهای طبیعی و مصنوعی ( کیتوزان ،PAM ، HE و...

) سولفات آلومینوم ، سولفات آهن و ، خاک رس و آهک را اشاره کرد.

ذرات کلوئیدی عموما" به جامدات غیر محلول در محیط مایع اطلاق میشود که دارای بار الکتریکی بوده و به سختی قابل رؤیت هستند.

این ذرات عموما" دارای بار الکتریکی منفی بوده و قطری معادل (0.1-0.001 ) دارند.

با توجه به ریز بودن و داشتن بار الکتریکی به راحتی از صافی‌ها عبور کرده و به سختی نیز ته نشین می‌شوند، لذا با توجه به زمان ماند بالا برایته نشینی این ذرات بایستی در ابتدا این مواد را بی بار کرد تا با جذب این ذرات به همدیگر ( ایجاد لخته ) قابلیت ته نشینی آنها بالا برده شود.

1-2- مکانیسم انعقاد امروزه از مواد مختلف شیمیایی ، طبیعی و پلیمری برای فرآیند انعقاد استفاده می‌شود.

از جمله مواد مصرفی به عنوان منعقد کننده آلوم به فرمول AL2(SO4)3 .

14H2O میباشد که با قلیائیت موجود در آب ترکیب شده و ایجاد یون AL3+ مینماید.

یونهای َAL3+ بار منفی ذرات کلوئیدی را خنثی کرده و باعث انعقاد ذرات میشوند.

به طور کلی به علت پیچیدگی واکنشهای شیمیایی، شناخت چندانی در خصوص مکانیسم فرآیند انعقاد وجود ندارد و این فرآیند به طور کامل شناخته شده نیست ، ولی با توجه به پیشرفتهای اخیر در این مکانیسم می‌توان آن را در چهار مرحله به صورت زیر خلاصه نمود: الف- متراکم شدن لایه دوبل الکتریکی ب- جذب سطحی و خنثی سازی بار ج- به دام افتادن ذرات در یک رسوب د- جدب سطحی و ایجاد پل شیمیایی بین ذرات به علت پیچیدگی واکنشها، پژوهشها و تجربیات مختلفی در این زمینه انجام شده است.

دو روش برای تعیین PH و میزان منعقد کننده بهینه مورد توجه قرار گرفته است که عبارتند از: 1- کنترل پتانسیل زتا که توسط Riddick پیشنهاد شد.

و در آن از منعقد کننده جهت صفر کردن پتانسیل زتا (1) استفاده میشود.

2- آزمایش جار که در آن PH و مقدار مصرف منعقد کننده برای ایجاد شرایط بهینه مختلف است.

با توجه به کاربرد آزمایش جار در اکثر موارد آزمایشگاهی این روش توضیح داده می‌شود: - آزمایش جار (2): با توجه به پیشرفتهای اخیر در خصوص مکانیسم فرآیند انعقاد، هنوز هم بهترین و ساده ترین روش آزمایشگاهی برای تعیین نوع و مقدار مصرف بهترین منعقد کننده استفاده از آزمایش جار می‌باشد.

در آزمایش جار با استفاده از یک سری میله‌های همزن ، محتوای یک سری ظروف شیشه ای هم شکل و هم اندازه که کیفیت آنها از قبل اندازه گیری شده هم زده میشود، در هر آزمایش یک ظرف نیز به عنوان شاهد در نظر گرفته میشود.

بعد از اضافه کردن مواد شیمیایی ، پساب به سرعت ، به مدت یک دقیقه برای اطمینان از پخش کامل مواد شیمیایی مخلوط میشود ، این مرحله را انعقاد می‌نامند.

پس از آن عمل اختلاط کامل به مدت 15 تا 30 دقیقه دیگر جهت تولید ذرات درشت تر و با قابلیت ته نشینی بالا به آرامی ادامه پیدا میکند که این مرحله را لخته سازی می‌نامند.

در طی این مرحله تشکیل لخته را میتوان مشاهده نمود.

بعد از این دو مرحله، محلول به مدت 30 دقیقه به منظور به نشینی لخته‌ها و شفافیت به حال خود گذاشته میشود تا قدرت ته نشینی و مقدار لجن و شفافیت زلال آب پساب مورد نظر ، تحت آزمایش قرار گیرد.

این عمل را چندین بار در PH‌های مختلف و غلظت‌های مختلف انجام داده تا در نهایت بهترین شرایط عملکرد تعیین شود.

از جمله عوامل مؤثر در آزمایش جار شرایط مخلوط شدن ، ویسکوزیته ، PH ، دما ، کدورت پساب ، نوع و مقدار منعقد کننده و دور همزن میباشند که می‌توانند در نوع عمل انعقاد و ذره سازی مؤثر باشند.

1-3- مواد منعقد کننده: مواد منعقد کننده مورد استفاده در آب و فاضلاب علاوه بر دارا بودن قدرت انعقاد بایستی از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشند و مشکلاتی از نظر مسمومیت ، ایجاد ترکیبات مضر ، افزایش املاح ناخواسته و ...

برای آبهای پذیرنده را نداشته باشند.

رایج ترین این مواد در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1 : مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب توجه : kg/m3=16.085 Lb/ft3 علاوه بر مواد منعقد کننده برخی مواد به عنوان کمک منعقد کننده وجود دارند که در غلظت‌های بسیار کم در مرحله انعقاد یا لخته سازی اضافه شده و باعث تسریع در عمل انعقاد و کارایی این فرآیند می‌شوند.

این مواد را میتوان به صورت زیر دسته بندی نمود: - اکسید کننده‌ها نظیر ازن - مواد سنگین کننده مثل خاک رس و بنتونیت - سیلیس فعال - پلی الکترولیتها ( آنیونی-کاتیونی-غیر یونی ) لازم به ذکر است هر منعقد کننده در PH خاصی عملکرد بهتری را از خود نشان میدهد که در جدول 2 برخی از این منعقد کننده‌ها و PH مؤثر آنها آمده است.

جدول 2: محدوده PH مؤثر برخی از منعقد کننده‌های شیمیایی 2- تصفیه بیولوژیکی به طور کلی در اکثر موارد میتوان انواع فاضلاب را به روش بیولوژیکی تصفیه نمود.

هدف عمده از تصفیه بیولوژیکی فاضلاب جدا کردن مواد جامد کلوئیدی می‌باشد.

و تغییر در ترکیبات آلی موجود در فاضلاب به طوری که قابلیت ته نشینی آن افزوده میشود و به راحتی ته نشین می‌شوند.

در ضمن تثبیت مواد آلی نیز از اهداف دیگر تصفیه بیولوژیکی می‌باشد تا در محیط ، مشکلی به وجود نیاید.

به طور عمده در فاضلابهای صنعتی هدف جداسازی یا کاهش غلظت ترکیبات آلی و غیر آلی می‌باشد.لذل برای حصول این امر ، در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب از انواع اورگانیسم‌ها استفاده می‌شود،که توده عظیم آن را باکتریها تشکیل می‌دهند.

اهمیت باکتریها آنقدر زیاد است که می‌توان آنها را قلب یک تصفیه خانه بیولوژیکی دانست.

حذف BOD کربن دار، لخته سازی مواد جامد کلوئیدی غیر قابل ته نشینی و تثبیت مواد آلی به روش بیولوژیکی و با استفاده از انواع میکرواورگانیسم‌ها صورت می‌پذیرد.

نکته اساسی در طراحی فرآیند تصفیه بیولوژیکی یا انتخاب نوع فرآیند مورد استفاده ، درک فعالیت بیوشیمیایی میکرواورگانیسم‌ها می‌باشد.

هر میکروارگانیسم برای رشد ، تکثیر و فعالیت مناسب خود باید این عوامل را در اختیار داشته باشد: 1- منبع انرژی: انرژی مورد نیازبرای سنتز سلول ممکن است از نور یا واکنش اکسیداسیون-احیای شیمیایی بدست آید.

2-کربن (برای سنتز مواد سلولی جدید): منبع کربن نیز ممکن است از دو طریق برای سنتز مواد سلولی جدید میکروارگانیسم‌ها بدست آید .

یکی از طریق کربن موجود در مواد آلی و دیگر از دی اکسید کربن.

3- عناصر معدنی ( مواد مغذی ): نظیر نیتروژن ، فسفر ، گوگرد ، کلسیم ، منیزیوم و پتاسیم در ضمن شرایط محیطی از دما و PH اثر مهمی در بقا و رشد باکتریها دارد.

به طور کلی رشد بهینه در گستره محدودی از دما و PH رخ می‌دهد.

به طوری که طبق مطالعات انجام شده بهترین PH برای رشد و تکثیر باکتریها عموما" 6.5 تا 8 است.

2-1- طبقه بندی فرآیندهای بیولوژیکی : فرآیندهای بیولوژیکی را میتوان به دو روش تقسیم بندی نمود.

1) طبقه بندی بر اساس محیط بیوشیمیایی الف – فرآیند هوازی ( Aerobic ) در این فرآیند فعالیت میکروارگانیسم‌ها در حضور اکسیژن محلول انجام می‌گیرد، لذا میکروارگانیسم‌های دیگر فعالیت چندانی ندارند.

ب – فرآیند بی اکسیژن ( َAnoxic ) در این حالت فعالیت بیولوژیکی بدون حضور اکسیژن محلول انجام می‌گیرد و باکتریها اکسیژن خود را از ترکیبات موادی مانند سولفاتها ، نیتراتها و کربناتها بدست می‌آورند.

ج- فرآیند بی هوازی ( َAnaerobic ) در این حالت هیچگونه اکسیژن به صورت محلول و ترکیبی وجود ندارد و ازهیدرولیز مواد آلی فعالیت بیولوژیکی صورت می‌گیرد.

در ضمن مقدار لجن کمتری نسبت به دو حالت قبل تولید می‌شود و با تولید گاز متان به عنوان منبع انرژی می‌توان از آن استفاده نمود.

2) طبقه بندی بر اساس محیط رشد میکروارگانیسم‌ها الف- رشد چسبیده ( Attached Growth ) در این حالت عوامل بیولوژیکی بر روی بستری از مواد همانند سنگ ، سرامیک ، پلاستیک و سرباره رشد می‌کند و فیلم باکتری بر روی این محیط تشکیل و فاضلاب با عبور از این محیط تصفیه می‌شود.

ب- رشد معلق در این حالت جمعیت بیولوژیکی به صورت ذرات معلق و به حالت سوسپانسیونی در مایع رشد می‌کند.

معلولا" روش رشد تعلیقی برای تصفیه ثانویه فاضلاب استفاده میگردد.

جدول 3 لازم به ذکر است برخی از فرآیندهای ترکیبی از نوع باکتریها و نوع محیط رشد میباشند که با توجه به تحقیقات اخیر در زمینه تصفیه فاضلاب این گونه فرآیندها برای رفع برخی از مشکلات بوجود آمده است که ترکیبی از رشد معلق و چسبیده هوازی-بی هوازی میباشند که باعث بالا رفتن راندمان و رفع برخی از مشکلات در امر تصفیه می‌گردد.

2-1 تصفیه بی هوازی فرآیند تصفیه بی هوازی در بسیاری از جاها مانند معده نشخوارکنندگان ، مردابها و رسوبات برکه‌ها و دریاچه‌ها ، مراکز دفن زباله یا لجن و لوله‌های فاضلاب که حاوی مواد آلی و فاقد اکسیژن محلول ملکولی باشند رخ می‌دهد.

با استفاده از فرآیند بی هوازی در تصفیه فاضلاب می‌توان بدون استفاده از تکنولوژی پیچیده و تنها با روش‌های معمول ، تصفیه فاضلاب را با هزینه‌های بسیار کمتر اعم از سرمایه ای و جاری به نحو مطلوب انجام داد.

از دهه هفتاد در جهت حفظ انرژی و کاهش زمین مورد نیاز، تصفیه بی هوازی به عنوان روش پیشرفته بیوتکنولوژی مورد توجه واقع شده است.

راکتورهای با سرعت بالا ساخته شده که در بسیاری موارد با موفقیت همراه بوده است.

این راکتورها دارای توده میکروبی فعال با غلظت زیاد هستند.

در تصفیه فاضلاب صنایع با بار آلودگی بالا ، می‌توان ابتدا فاضلاب را به روش بی هوازی تصفیه نمود و سپس عمل تصفیه را به روش بی هوازی کامل کرد.

در تصفیه فاضلاب به روش بی هوازی-هوازی از آنجا که قسمت عمده ای از بار به روش بی هوازی و با هزینه کمتری حذف می‌شود ، هزینه کلی فرآیند به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

لذا شناخت فرآیند تصفیه بی هوازی و کنترل آن از اهمیت خاصی برخوردار است که در زیر به طور مختصر توضیح داده می‌شود.