تصفیه لجن فاضلاب شهری

تصفيه لجن و فاضلاب شهري

واحد هاي تصفيه فاضلاب شهري در ايالت متحده آمريكا جهت فاضلاب خام شهري شامل مراحل مقدماتي ،اوليه و ثانويه مي شوند و در برخي ازمراحل تصفيه هاي اضافي به پساب تصفيه شده (كه يك جريان تغليظ شده از جامدات در مايع است)بنام لجن تبديل ميشود.لجن تصفيه شده مورد نياز براي مصرف يادر دسترس كه تصفيه اضافي پساب ممكن است فرصت مصرف مجدد آن را فراهم كند.در روش اجرائي تصفيه فاضلاب شهري كه شامل مرحله مقدماتي براي تخليه پساب تصفيه شده به آبهاي سطحي استفاده  مي شود نه براي تسهيل استفاده برروي محصولات كشاورزي .

چون روشهاي تصفيه فاضلاب شهري در ايالت متحده آمريكا به خوبي تاسيس شده و چون پساب مربوط به برخي قسمتهاي تصفيه فاضلاب شهري هر دوبه آبهاي سطحي تخليه مي شوند و نيز براي آبياري زمينهاي كشاورزي مورد استفاده قرار مي گيرد ،سطوح بالاتر ياثانويه تصفيه فاضلاب اساسا"براستفاده مجدد فاضلاب در آبياري زمينهاي كشاورزي در ايالت متحده آمريكا مقدم تراست

رابطه تصفيه لجن و فاضلاب شهري با توليدات كشاورزي بصورت نمودار در تصوير 1-3 نشان داده شده است .همان طور كه نشان داده شده است استفاده مجدد از فاضلاب براي توليد موا د غذائي‌يانياز مصرف مجدد ديگري از قبيل تخليه به آبهاي زير زميني و ياآبياري زمينهاي شهري اساسا"بعد از تصفيه ثانويه فاضلاب اتفاق مي افتد وممكن است به تصفيه اضافي نياز داشته باشد . در تصفيه ثانويه براي توليد آب بازيافتي(يا براي تهيه آب به نحوي كه مجدداستفاده شود)اغلب مواد منعقدكننده ،فيلتراسيون وموادضدعفوني كننده اضافه مي شود .نمودار 1-3 همچنين منشاءتصفيه لجنهاي فاضلاب شهري مورد استفاده براي زمينهاي كشاورزي رانشان ميدهد در اين تصفيه لجنها ممكن است به روش پركردن زمين يادفن،دفع شود يابراي توليد محصولات غذائي يا مصارف ديگري مثل پرورش و ايجاد جنگل وكشاورزي وتوليدمحصولات غيرغذائي استفاده شود .

اين مبحث بطور خلاصه مقادير وويژگيهاي لجن وپساب تصفيه شده رامرور مي كند ،سپس فرايندهاي استفاده شده در تصفيه متعارف فاضلاب (كه به عنوان تصفيه مقدماتي ،اوليه ،ثانويه تعريف شده است )بويژه فرايندهاي مربوط به يكنواخت سازي كاربرد فاضلاب براي محصولات كشاورزي و فرايندهاي تصفيه لجن را امتحان ميكند .

كيفيت وكميت لجن وپساب فاضلاب شهري

 فاضلاب شهري ،منبع آب  مصرفي جوامع را تامين ميكند .در سال 1990،ميانگين مصرف سرانه هرمنطقه ازسيستمهاي منابع آبي عمومي درا يالت متحئه آمريكا 184گالن (700ليتر )در روز بود .در نواحي خشك ،توليد فاضلاب شهري اساسا"كمتر از مقدار دريافتي براي منابع آبي است ،امادر برخي نواحي جريان فاضلاب به دليل نفوذ وشناور شدن درون سيستمهاي جمع آوري فاضلاب به منابع آبي وارد ميشود .

مصرف 85%آب به عنوان يك براوردي از توليد فاضلاب شاخص بكار ميرود .(هنري و هينك در سال 1989 )يك شهري باجمعيت 200000نفري ميانگين حدودا"31ميليون گالن ،فاضلاب خام توليد مي كنند (حدودا"117ميليون متر مكعب در روز ).مقدار پساب فاضلاب تصفيه شده خروجي بطور محسوس از مقدار اوليه فاضلاب خام كمتر نشده است .

همان طور كه معمول است اگر لجن بدون آب (خشك)شده باشدكيفيت پساب تصفيه شده از دستگاههاي تصفيه ثانويه فاضلاب در ايالت متحده بايستي طبق قانون فدرال :ميزان متوسط ماهانه 30 ميليگرم درليتر از آكسيژن خواهي بيوشيميائي يا BODاندازه گيري مقدار مواد زنده قابل تجزيه بيولوژيكي باقيمانده )و 30 ميليگرم از جامدات معلق (جامدات شناور درفيلتراسيون )مطابقت نمايد .

غلظتهاي مشخص شده در پساب واحد هاي تصفيه فاضلاب درقسمت دوم خلاصه شده است بيشتر اطلاعات جزئي مربوط به كيفيت پساب شاخص دربخشهائي از اين گزارش ارائه شده است جائي كه اثرات بالقوه سازنده هاي فردي در نظر گرفته شده است . براي مثال بخش5شامل اطلاعاتي مربوط به انواع و مقداري از بيماري زاهائي مي شود كه بطور شاخص در پسابهاي دستگاههاي مختلف تصفيه فاضلاب يافته مي شود .

مقدار لجن فاضلاب شهري توليد شده توسط دستگاههاي تصفيه فاضلاب يك مقدار دور از ذهن است .چون اين مقدار تحت عنوان تصفيه لجن شاخص تغيير ميكند(مراجعه كنيد به ميزان فرايندهاي توليد در اين قسمت )

به دليل اينكه توده جامدات خشك در طول بيشتر فرايندهاي تصفيه نگهداري مي شوند وزن خشك مفيدترين اصل براي فشردن مقدار لجن تصفيه فاضلاب شهري مي باشد .

تصفيه اوليه وثانويه يك مقدار كلي حدودا"95/1پوند (94/0كيلوگرم)جامدات خشك هرهزار گالن ازفاضلاب تصفيه شده را توليد ميكند .مواد شيميائي ولجنها درطول مراحل تثبيت و انتقال (به بخشهاي بعدي در اين قسمت مراجعه كنيد )به طورمحسوس مي تواند توده جامدات در لجنهاراافزايش دهد .

تثبيت بيولوژيكي براي كاهش توده جامدات معلق درون اكسيداسيون برخي جامدات زنده ارگانوليك فرار درلجنها بكار ميرود براي مثال اگر لجن شامل 80%جامدات معلق فرار شود و 50%آنها ازطريق اكسيداسيون خراب شود توده تثبيت شده جامدات لجن به 60%از توده اوليه كاهش خواهد يافت

جامدات شاخص شامل لجن در مراحل مختف تصفيه در اين بخش خلاصه شده است ميزانهاي مشخص شده مشترك ديگر لجن در بخش دوخلاصه شده است همچنين باپسابهاي فاضلاب بيشتر اطلاعات جزئي در مورد سازنده هاي ويژه فاضلاب در قسمتهائي از گزارش يافت مي شود جائيكه اثرات بالقوه اين سازنده ها بحث مي شود .

                                                   فرايند تصفيه فاضلاب انتقالي

تصفيه فاضلاب شهري بطور شاخص باتصفيه مقدماتي ،اوليه و ثانويه مقايسه مي شود .تصفيه فاضلاب بطور يك استاندارملي ابالت متحده براي پساب تخليه شده به آبهاي سطحي مي باشد

  يك درجه بالاتر ازتصفيه كه" در اينجا تصفيه پيشرفته يا مرحله سوم ناميده مي شود" ممكن است در حلالهاي ويژه اي براي حفاظت كيفيت محيطي و بهداشتي مورد نياز باشد . در اين گزارش تصفيه فاضلاب شهري انتقالي مورد توجه قرار گرفته است كه شامل آشغالگيري ،شن گيري ،ته نشيني اوليه و تصفيه بيولوژيكي مي شود زيرا اين روش متداولترين روش است (نمودار 2-3).

جزئيات اين توضيحات مختصر ومفيد ممكن است در منابعي ازجمله (هنري و هينك -1989 ومتكالف وادي -1991)  يافت مي شود .

تصفيه مقدماتي

تصفيه مقدماتي فاضلاب بطور معمول شامل آشغالگيري و دانه گيري مي شود .آشغالگيري فاضلاب دفع مي كند جامدات زبر وخشن مثل پارچه هائي كه به تجهيزات مكانيكي برخورد كرده اند . دانه گيري جامدات شني وغير زنده و سنگين را كه در كانالها ته نشين شده  اندو مراحل تصفيه را تاثير گذاشته اند .

تصفيه مقدماتي براي آماده كردن فاضلاب براي تصفيه بعدي بكار مي رود اما اين روش تغيير كمي در كيفيت فاضلاب ايجاد مي كند پسابهائي كه از تصفيه مقدماتي فاضلاب (آشغالگيري و شن گيري) بطور معمول بالجنها مخلوط نمي شود اين مطلب در اين گزارش زياد مورد توجه قرار نمي گيرد .

تصفيه اوليه فاضلاب

 تصفيه اوليه فاضلاب معمولا"شامل ته نشيني ثقلي ،آشغالگيري فاضلاب ودانه گيري براي حذف جامدات قابل ته نشيني مي شود بطور جزئي بيشتر از نصف جامدات معلق بطور معمول حذف مي شوندbodدرشكل جامدات قابل حذف شدن توسط ته نشيني نيز حذف مي شود (بطور شاخص حدودا"يك سوم از كل bod )دريك دوره درطول تحول تدريجي تصفيه فاضلاب خانگي در ايالات متحده ودستگاههاطراحي واجراكرده اند تصفيه اوليه وپساب اوليه بطور معمول به آبهاي سطحي تخليه شده كه بطور قابل محسوس رقيق شده است اكنون تصفيه اوليه به عنوان يك وسيله اقتصادي براي برخي آلودگيهاقبل ازتصفيه ثانويه وپس مانده از تصفيه اوليه مواد معلق تغليظ شده ازذراتي در آب بنام لجن اوليه مي باشد اگر چه هدف تصفيه اوليه فاضلاب اين است كه جامدات معلق قابل حذف وbodراجداكند محتويات فاضلاب تحت عنوان جامدات قابل ته نشين بوجود مي آيد يا توسط جامدات قابل ته نشين فاضلابهاكه ممكن است همچنين حذف شوند، جذب مي شود .بنابراين تصفيه اوليه بركاهش غلظت پساب مواد غذائي ،ارگانيسمهاي بيماري زا وعناصر ديگر بطور بالقوه تركيبات زنده سمي اثر مي گذاردو سازنده هايئكه حذف مي شوند در لجن اوليه وجود دارد

تصفيه ثانويه فاضلاب

تصفيه ثانويه فاضلاب تقريبا"هميشه با استفاده يك فرايند تصقيه بيولوژيكي همراه است ميكروارگانيسمها در مواد معلق (در فرايند لجن فعال )چسبيده شده به ديوار (در يك صافي چكنده يا يكي از متغييرهاي آن ) يا در حوضچه ها يا فر آيند هاي ديگريكه براي حذف مواد زنده قابل تجزيه بيولوژيكي استفاده ميشود . قسمت مواد توسط ميكروارگانيسم كه براي توليد co2 وديگر توليدات پاياني اكسيد ميشود وباقيمانده انرژي ومواد مورد نياز براي حفاظت محيط را فراهم ميكند .براي اينكه ميكروارگانيسمها بطور بيولوژيكي لخته تشكيل دهند، ذرات قابل ته نشين رادرتصفيه بيولوژيكي بعدي ، اين توده حياطي اضافي در تانكهاي ته نشيني تحت عنوان مواد معلق غليظ شده، جدا ميشوند كه لجن ثانوي ناميده

مي شوند(همچنين تحت عنوان لجن بيولوژيكي شناخته شده يا لجن فعال شده فاضلاب در صافي چكنده مي باشد ) مواد تشكيل دهنده فاضلاب  مي تواند با لجن ثانوي مخلوط شوند بعنوان نتيجه جذب جامدات قابل ته نشيني

تصفيه مرحله سوم يا پيشرفته فاضلاب

تصفيه مرحله  سوم واحدهاي تصفيه فاضلاب شهري وقتي استفاده مي شود ميشود كه شرايط آب پذيرنده يا كيفيت بهتر خروجي بيشتر از خروجي مرحله دوم تصفيه فاضلاب باشد .گندزدايي جهت كنترل ميكروارگانيسمهاي بيماري زا ،ويروسها اغلب يك مرحله عمومي از تصفيه پيشرفته است غلظت جامدات معلق وbod همراه در خروجي تصفيه شده ميتواندبافيلتراسيون وگاهي اوقات با كمك مواد منعقد كننده كاهش يابد جذب  سطحي بوسيله كربن فعال براي حذف تركيبات آلي مقاوم به عناصر جزئي استفاده مي شود غلظت آمونياك در خروجي ثانوي مي تواند كاهش يابد بوسيله نيتريفيكاسيون تصفيه پيشرفته براي حذف فسفر ونيتروژن ، همچنين بعنوان حداقل تغذيه سطحي متعارف مي تواند حذف شود .بوسيله بالا بردن بار ميكروبي يا ترسيب شيميائي تمام مراحل تصفيه پيشرفته به دنبال نصفيه ثانويه انجام نمي شود . همان طور كه در نمودار شكل 1-3 نشان داده شده است .

انواعي از روشهاي عملي تصفيه مانند تصفيه ثانويه كمتر استفاده ميشود مراحل فيزيكي وشيميايي سريعتر از تصفيه بيولوژيكي انجام مي شود .

تصفيه براي آبياري محصولات كشاورزي همراه با احياء واستفاده مجدد از آنها

با توجه به قوانين وشرايط محلي درجاتي از تصفيه فاضلاب مورد نياز است تا خروجي فاضلاب جهت توليدات كشاورزي مناسب باشد تصفيه اختصاصي براي پذيرش دركشاورزي استفاده ميشود . در واقع در قديم تصفيه متعارف اوليه وثانويه در آمريكا استفاده وتوجهي به آن نمي شد در تشخيص كميت تصفيه فاضلاب براي توليدات كشاورزي كميت شامل تامين كيفيت بهداشتي ومحيطي ، كيفيت آب مورد نياز كشاورزي ، آب مورد نياز جهت ذخيره براي آبياري وسيستم انتقال( به منظور اجتناب از ايجاد بو وطعم وگرفتگي لوله ها بستگي دارد)مي شود (EPA198- فدراسيون كنترل آلودگي آب 1983)

ضدعفوني پساب تصفيه شده اغلب به وسيله كلر زني انجام مي شود .كلر يك ضدعفوني كننده اقتصادي است .اما با مواد آلي در پساب فاضلاب واكنش نشان مي دهد تا تشكيل تركيبات آلي كلرزني شده اي بدهد كه مربوط به مصرف دوباره فاضلاب تصفيه شده قابل شرب ميشود اما به آبياري مربوط نمي شود ( به بخش 6 مراجعه شود ) متغييرهاي براي كلر بعنوان يك ضدعفوني كننده شامل اوزون ونورماوراءبنفش در مرحله  بعدي فراهم

 نمي شوديك ضدعفوني كننده باقيمانده مورد نياز به وسيله برخي قوانين محلي براي بكار بردن فاضلاب تصفيه شده براي محصولات غذايي تدوين شده است (EPA1992)

علاوه براين جامدات معلق گاهي اوقات از پساب دستگاههاي تصفيه متعارف فاضلاب قبل از استفاده از پساب براي كشاورزي، انتقال جامدات معلق به كنترل ارگانيسمهاوويروسهاي بيماري زا كمك مي كند .

انتقال جامدات معلق ته نشين شده يا رسوب جامدات را روي سطح بالاي خاك كاهش ميدهدوگرفتگي برخي از سيستمهاي توزيع آب آبياري را نيز كم مي كند .كاهش بيشترجامدات معلق در پساب بطور شاخص با اضافه كردن يك ماده شيميائي منعقد كننده وته نشين كردن وفيلتر كردن از بستر دانه دانه (با دانه بندي ريز)فعال ميشود (فالروري در در سال 1991 –كيواودر سال 1994) تكنولوژي تصفيه براي توليد هر مرحله از كيفيت فاضلاب به نظر ميرسد ضروري وقابل دسترس باشد به هر صورت هزينه هاي تصفيه با بهبود كيفيت بهتر آب افزايش مي يابد بعلاوه مشكلات اجراي لجن باقيمانده توأم مي شود بات برخي از فرآيند ها (از قبيل استفاده از غشاء) كه ممكن است براي بهبود كيفيت فاضلاب تصفيه شده بيشتر از معيارهاي متداول استفاده ميشود .

امروز ه موقيعتهاي وجود دارد كه در ان درخواستهاي كيفيت تخليه آب،ارزش محصولات وكميابي آب را توجيه ميكند در جات بالاتر از تصفيه فاضلاب را قبل از درخواست براي محصولات غذايي

فعاليتهاي تصفيه لجن

پيش بيني مي شود لجنهاي ثانويه واوليه ممكن است كه شامل مواد قابل ته نشيني از فاضلاب خام وتوليدات تركيبات ميكروبي باشد در هر صورت مواد ديگري همچنين انتقال مي يابند از فاضلابها كه با لجنهاي ثانويه مخلوط ميشوند نواحي سطوح بزرگ ذرات كه با لجنها آميخته شده اند را فراهم مي نمايند محلهاي براي جذب تركيبات از فازمايع تركيبات آلي غير قابل تجزيه در محلول ممكن است ازقسمت آلي مواد تفكيك شود فلوكهاي آلي با ذرات كلوئيدي آميخته شوند كه در غير اينصورت به وسيله رسوب گر داخل ذرات انتقال نمي يابند اينها وديگر مكانيسمها منجر به غني سازي تركيبات فاضلاب درون لجن ميشوند بعلاوه لجنهاي فاضلابي بيشتر آب هستند وبنا براين تركيبات فاضلاب باقيمانده در فاز مايع وهمچنين لجنها را شامل ميشود.

چون لجنهاي اوليه وثانويه ويژگيهاي مختلفي دارند  بازدهي باتصفيه آنها بطور جداگانه بدست مي آيد لجن ثانويه با استفاده از فرآيند شناور هواي غير محلول بهتر غليظ مي شود تابا غليظ كننده هاي ثقيل و گه گاهي اين لجن اوليه غليظ مي شوند .

لجنهاي اوليه وثانويه بدون تغيير قبل از انتهاي تصفيه تركيب مي شوند بدين منظور بحث نهائي مصرف لجن تصفيه شده بيشتر شناسائي نمي شود

يك تنوع گسترده اي از فرآيندهاي تصفيه لجن براي كاهش حجم لجن استفاده مي شودو

ويژگيهاي لجن قبل از مصرف توليدي تصفيه شده تغيير ميكند خصوصيت اين فرآيند خلاصه شده در بخشهايي كه در زير آمده است جزئيات اضافي ممكن است در منابعي از قبيل ديك 1972-ويسيلين1979-epaدر سال 1977 ومتكالف و ادي در سال 1991 يافت شوند )

تصفيه لجن در اينجا مورد توجه قرار گرفته شده تا فرآيندهاي مهندسي براي كيفيت لجن را قبل از مصرف آن شامل شوند . وقتي كه لجن براي زمينها بكار ميرود ،غير فعال كردن ارگانيسمها و ويروسها ي باقي مانده ادامه مي يابد ،تثبيت بيولوژيكي مواد آلي باقي مانده پيشرفت مي كند وتغييرات شيميائي غير زنده و زنده اتفاق مي افتد

حجم فرايند توليد

لجن بيولوژيكي توليد شده از فرآيندهاي تصفيه فاضلاب ثانويه اغلب يك محتوي جامد معلق دارد كه كمتر از يك درصد وزن دارند يعني هر كيلوگرم جامدات لجن فعال بابيشتر از 99كيلوگرم آ ب تركيب مخلوط مي شود لجنهاي اوليه بيشتر تصفيه مي شوند اما بطور حاشيه اي لجن ثانويه واوليه تركيب شده شاخص  ممكن است شامل حدودا %3 ازجامدات داراي وزن شوند.

به دليل ذات حجيم لجنها وفر آيندهاي طبقه بندي شده در اين جا تحت عنوان تغليظ كننده ها بي آب كننده ها وخشك كننده ها مرغوب نمودن ( به منظور كاهش تكرار كاربرد ليست شده اند) طبقه بندي كنترل در لجن رايج مي باشد .

انتقال آب از لجنها كار آيي فرآينده تصفيه مواد را بهبود  مي دهد .حجم ذخيره سازي مخزن وهزينه حمل ونقل را كاهش مي دهد.

تغليظ كننده

تغليظ كننده لجن يك محصول غليظ شده اي را توليد مي كند كه اساسا ويژگيهاي مايع را حفظ مي كند.تغليظ كننده ثيقل يا تغليظ به وسيله ته نشيني ساده هست فر آيند تغليظ كننده اي بطور معمول براي لجنهاي شهري بكار برده مي شوند. محصول تغليظ كننده ثقيل كننده هاي شناور را كه در آن يك گاز ي با جامدات لجن تركيب مي شوند .وسبب شناور شدن آنها واستفاده از كمربندهاي زهكش ، ظروف استوانه اي چرخان سوراخ كننده و سانتريفوژ ميگردد.

بي آب كردن

فر آيندها ي بي آب كردن مواد ي با ويژگيهاي جامدات توليد ميكند حتي اگر لجن بي آب شده تقريبا آبكي باشد. لجن بي آب شده مي تواند  بوسيله ماشين حمل زباله منتقل شوند جاي كه يك تانكر مورد نياز براي حمل لجن غليظ شده ، بي آب كردن ممكن است بسترهاي خشك كننده ماسه اي انجام شوند.معمولا در لاگونها انجام شوند .جاي كه زهكش ثقيل وتبخير رطوبت را حذف ميكند.اغلب تاسيسات شهري بزرگترازوسايل مكانيكي براي بي آب كردن لجن استفاده ميكنند.دستگا ههاي بي آب كننده لجن مكانيكي

 شامل فشارهاي تسمه  فيلتر وفيلترهاي خلاء وسانتريفوژها مي باشند محتوي جامدات      بي آب شده مكانيكي بطور شاخص از 20تا 45% جامدات وزين درجه بندي مي شود .بيشتر فرآيند ها تغليظ كننده هاي جامدات را در انتهايي ترين سطح انجام مي دهند .

فر آيندمرغوب سازي

مرغوب سازي لجن مقدار آب لجن را كاهش نمي دهد بلكه ويژگيهاي فيزيكي جامدات لجن را براي تسهيل حذف آب در فرآيند هاي تكنيكهاي مكانيكي بي آب كردن در پاراگراف بعدي مورد بحث است اقتصادي نخواهد بود .لجنهاي نامرغوب در روشهاي شيميائي وفيزيكي براي مرغوب شدن لجن استفاده مي شود.

در فر آيند مرغوب سازي بطور معمول پوليمرهاي آلي سنتز شده را قبل از بي آب كردن لجن اضافه مي شود همچنين مواد شيميائي غير آلي در آمريكا نيز استفاده مي شود .دوزهاي مرغوب سازي مواد شيميائي غير آلي بزرگ هستند وتوده فاز جامد لجن را افزايش مي دهند روشهاي مرغوب شدن شامل تصفيه حرارتي وسرد كننده مي باشد.

خشك كردن

اگر شرايط محيطي حذف موفقيت آميز تري را توجيه كند مراحل بي آب كردن با خشك كردن مورد نياز است خشك كردن گرمائي بصورت مستقيم وغير مستقيم استفاده مي شود وبراي موفقيت سريعتر در حذف كامل آب از لجن خشك كردن به وسيله خورشيد (وابسته به خورشيد) ممكن است در بعضي از جوامع وجودداشته باشد .همچنين گاهي خشك كردن نتيجه از واكنش توليدات سنگين است كه در طول كود سازي ويا واكنشهاي شيميائي حذف ميشوند ويا كاهش مي دهند مراحل تثبيت را .