در صورتيكه تصفيه اوليه فاضلاب و پساب و يا تصفيه شيميايي آن ها نتواند فاضلاب تصفيه شده در حد استاندارهاي موجود توليد نمايد، بايستي تصفيه زيستي به منظور كاهش هرچه بيشتر مواد آلي فاضلاب يا پساب مخصوصا آن قسمت از اين مواد كه بصورت خيلي ريز و كلوئيدي هستند و تشكيل دهنده درصد عمده اي از آلودگي هاي فاضلاب و پساب مي باشند انجام گيرد. تصفيه بيولوژيكي پساب ها علاوه بر تقليل مواد آلي در كاهش مواد معدني ممكن است موثر باشد.
بديهي است در تصفيه بعضي پساب هاي صنعتي چون مواد آلي و معدني موجود احتمالا كفاف نيازهاي فعاليت ميكروارگانيسم هاي موثر در تصفيه بيولوژيكي را ندهد افزودن دستي آنها به محيط تصفيه ضرورت خواهد داشت. همچنين در صورتيكه در پساب مورد تصفيه مواد سمي براي فعاليت باكتري هاي شركت كننده در تصفيه زيستي موجود باشد حذف اين مواد قبل از تصفيه بيولوژيكي ضرورت خواهد داشت.
فاضلاب و پساب كه منبع مهمي از مواد غذايي هستند ميزبان زندگي و فعاليت تعداد زيادي ميكروارگانيسم باشند كه فعاليت آنها در تصفيه زيستي فاضلاب قابل توجه است. باكتري ها مانند هر موجود زنده ديگري براي ادامه حيات و تكثير به اكسيژن و مواد غذايي نياز دارند.
دو منبع مهمي كه ميكروارگانيسم ها از آن كربن لازم براي فعاليت هاي حياتي خود را تامين مي كند گاز كربربنيك، هوا و مواد آلي هستند.
حذف و كاهش آلودگي فاضلاب يا پساب بر حسب BOD در روش تصفيه بيولوژيكي در دو مرحله زير قابل توجيه است.
1. حذف مقدار زياد و سريع مواد كلوئيدي و معلق و BOD
2. ادامه حذف مواد مذكور بصورت بطئي
در تصفيه بيولوژيكي فاضلاب و پساب همواره مقدار ناچيزي از مواد آلي به صورت تجزيه نشده و محلول يا معلق باقي خواهد ماند كه در حقيقت اين مواد لجن هاي اضافي حاصل از تجزيه زيستي هستند.

1. غذاي مورد نياز به اندازه كافي
2. اكسيژن محلول
3. تشكيل توده هاي بيولوژيكي و تماس آن ها با فاضلاب ورودي به واحد تصفيه زيستي
4. زمان لازم براي اكسيداسيون مواد آلي

اگر تجزيه بيولوژيكي با استفاده از اكسيژن محلول يا اكسيژني كه مصنوعا به فاضلاب تزريق مي شود، انجام گيرد، اكسيداسيون بيولوژيكي را هوازي گويند. و اگر اين عمل با استفاده از اكسيژن تركيبي باشد اكسيداسيون را بي هوازي مي نامند. مواد حاصل از اكسيداسيون هوازي اغلب بي بو ولي مواد حاصل از اكسيداسيون بي هوازي بو داري نظير آمونياك، فسفين، هيدروژن سولفوره است.
دو ماده مغذي مهمي كه در فعاليت باكتري هاي هوازي از ساير مواد اهميت بيشتري دارد ازت و فسفر است
فرآيندهاي بيولوژيكي بي هوازي كه در ابتدا براي تثبيت و كاهش حجم لجن فاضلاب توسعه پيدا كرد اكنون براي تصفيه فاضلاب صنعتي شامل مواد زايد آلي به كار مي رود. اين روش ها همچنين براي تصفيه فاضلاب خانگي موثرند.

اين فرآيندها را مي توان به شكل گسترده اي به دو گروه طبقه بندي كرد • فرآيندهاي بي هوازي رشد چسبيده
• و فرآيندهاي رشد معلق

1. راكتورهاي بستري بسته اي جريان بالا رو و پايين رو
2. راكتور بستري گسترده
3. راكتور بستري مايع
4. راكتور با بستر لجن و حريان بالا رو

1. راكتور بي هوازي تركيبي
2. راكتور بي هوازي تماسي
در كنار اين موارد، شكل هاي ديگر فرآيندهاي بي هوازي براي تصفيه فاضلاب صنعتي خاص و لجن معروف مي باشند.
• راكتور ناپيوسته متوالي
• لاگون هاي بي هوازي
• جداسازي غشا
عملا تصفيه بي هوازي فاضلاب بيشتر با تصفيه هوازي همراه است. در مورد فاضلاب با بار آلودگي صنعتي، مشاهده مي شود كه تصفيه بي هوازي اقتصادي تر از تصفيه هوازي تبديلي است اگرچه كيفيت پساب به دست آمده در تصفيه بي هوازي معمولا ضعيف است و همراه با غلظت بيشتر مواد جاند معلق است

حذف محتواي آلي در فاضلاب با ميكروارگانيسم هاي اختياري و بي هوازي با تثبيت ماده آلي به مايع، گازها ( اغلب متان و دي اكسيد كربن) و ديگر فرآورده هاي نهايي ثابت با عدم حضور اكسيژن انجام مي شود. بعضي از مولكول هاي آلي در برابر احياي زيستي مقاومند و تثبيت نمي شوند.اكثر آن ها مانع آبگيري از لجن شده و موجب حذف مواد آلي مزاحم مي شوند.
سه مرحله پايه اي در تثبيت كلي ماده آلي به شرح زير مي باشد.

تركيبات آلي پيچيده با جرم مولكولي بالا اول به تركيبات مولكولي سبك مناسب براي استفاده به عنوان منبع انرژي و كربن سلولي در ميكروارگانيسم ها مورد استفاده قرار مي گيرند.
اين مواد توسط آنزيم هاي توليد شده از باكتري تجزيه مي شوند.

تركيبات مولكولي سبك حاصل شده از هيدروليز با تخمير به اسيدهاي فرار واسطه معين مثل اسيد استيك، اسيد پروپيونيك و اسيدهاي چرب، تبديل مي شوند.
اين فرآيند توسط باكتري بي هوازي و اختياري انجام مي شود كه روي هم اسيد سازها ناميده مي شوند. در اين مرحله تثبيت بسيار كم BOD يا COD انجام مي گيرد.

تركيبات اسيدي حد واسط تشكيل شده توسط اسيدسازها در مرحله ۲ به تركيبات نهايي ساده تري مانند Co2 و CH4 از طريق تثبيت با باكتري بي هوازي مستقيم كه متان ساز ناميده مي شود تبديل مي گردد.

سيستم معمولا شامل يك مخزن با هواي فشرده است كه در آن فاضلاب به صورت مستمر وارد مي شود.
گاز توليدي از طريق سيستم جمع آوري گاز، جمع مي شود و به عنوان منبع انرژي استفاده مي گردد در حالي كه لجن توليدي براي تصفيه بيشتر نگه داشته مي شوند.

براساس نوع بسته بندي مواد و نوع عملكرد،چهار نوع راكتور بي هوازي مرتبط رشد كاربرد دارند. اين راكتورها معمولا شامل مخزن هاي استوانه اي يا مستطيلي پر شده از مديا هاي مختلف مي باشند.

اين راكتورها فيلترهاي بي هوازي هستند و ممكن است از نوع جريان بالا رو يا پايين رو باشند. مواد بستر ممكن است شامل سنگ يا پلاستيك با شكل هاي مختلف باشد. بسترها معمولا ثابت هستند و مواد خروجي تصفيه شده معمولا برگشت نمي شوند.

اين يك نوع راكتور با جريان بالا رو است .معمولا ماده بكار رفته در بستر مورد استفاده شن ريز است. پساب تصفيه شده معمولا برگشت داده مي شود .

اين يك نوع راكتور جريان بالا رو است. مواد مورد استفاده هم، شن ريز است.پساب تصفيه شده برگشت داده مي شود.

اين يك راكتور با جريان بالا رونده است. در اين راكتور لايه كه در آن لايه بيولوژيكي گرانول ها را شكل مي دهد كه به عنوان بستر لجن كار مي كنند.
هنگامي كه فاضلاب توزيع شده هماهنگ از انتهاي مخزن تغذيه شوند مايع از ميان منطقه گوارشب راكتور عبور مي كند و جداسازي جامد - مايع رخ مي دهد‌. مواد جامد تصفيه شده جدا شده به منطقه لايه اي فعال بر مي گردند. و پساب تصفيه شده از بالا خارج مي شود‌. مواد معلق به سنگهاي بستر مي چسبند و تثبيت مي شوند و گاز توليدي در اثر تجزيه مواد آلي جمع مي شوند.

اين سيستم شامل يك تانك بسته و فاضلاب تصفيه نشده با جريان پيوسته و با اختلاط كامل مي باشد.
از آنجايي كه پساب خروجي باز چرخاني نمي شود، مدت زمان ماند مواد جامد و زمان ماند هيدروليكي در سيستم يكسان مي باشد. كه براي فاضلاب هايي با محتواي مواد آلي محلول بالا ،مناسب مي باشد.

اين سيستم، مشابه راكتور اختلاط كامل بي هوازي مي باشد با اين تفاوت كه بايومس راكتور در زلال ساز كه در قسمت پايين قرار گرفته جدا مي باشد و نسبتي از مواد جامد ته نشين شده باز چرخاني مي شود.
از آنجايي كه لجن راكتور توليد گاز متان مي كند، كاربرد جداكننده هاي گاز در جداسازي مواد جامد ضروري است.

تصفيه فاضلاب انساني

فاضلاب شهري شامل موارد زير است:

• فاضلاب هاي ناشي از مسائل بهداشت فردي
• فاضلاب ناشي از شستشوي لباس و ظروف
• فاضلاب حاصل از شستشوي عمومي منازل

در اجتماعات شهري ممكن است فاضلاب به تنهايي يا به صورت مخلوط با پساب هاي صنعتي، جمع آوري و مورد تصفيه قرار گيرد. گاهي اوقات به منظور احتراز از مشكلات اختلاط پساب با فاضلاب، انجام تصفيه مقدماتي بر روي پساب قبل از اختلاط توصيه مي شود.

فاضلاب شهري را از نظر تركيب فيزيكي و شيميايي و بيولوژيكي در سه گروه قوي، متوسط و ضعيف مطابق جدول زير طبقه بندي مي كنند. رنگ فاضلاب شهري ( فاضلاب بهداشتي ) كه نشان دهنده عمر آن است در صورت تازه بودن خاكستري است و اگر كهنه و گنديده باشد تيره و سياه خواهد بود.

بوي فاضلاب كه ناشي از متلاشي شدن مواد آلي آن تحت فعاليت باكتري هاي غير هوازي با گازهاي موجود در آن است، در صورت تازه بودن بوي شبيه كف صابون يا بوي نا داشته و اگر كهنه باشد بوي آن شبيه تخم مرغ گنديده است.

pH يا حالت اسيدي يا قليايي فاضلاب از خواص و كيفيت هاي مهم آن بوده كه اغلب در تصفيه آن نقش مهمي دارند.

سرانه فاضلاب انساني

سرانه توليد فاضلاب بستگي به ميزان آب مصرفي، عادات مردم، شرايط اجتماعي و مذهبي و بسياري عوامل ديگر دارد. معمولا برحسب شرايط اقليمي 65-80% آب مصرفي شهري به فاضلاب تبديل مي شود. 

با توجه به ارقام سرانه توليد فاضلاب به نظر مي رسد سرانه 150 ليتر براي تهران و اغلب شهرهاي بزرگ كشورمان مناسب باشد.

هر تصفيه خانه تصفيه فاضلاب بهداشتي انساني ، بدون استثناء تركيبي از فرآيندها و واحدهاي مجزايي است كه پشت سر هم مرتب شده اند، به طوري كه هر واحد، عملكرد فرآيند واحد پايين دست يا فرآيندهاي هم رديف را با شرايط و ويژگي هاي خاصي حمايت مي كند. اين توالي فرآيندها، چرخه ي تصفيه را تشكيل مي دهد. در انتهاي اين زنجيره ي تصفيه انتظار مي رود، پساب خروجي توليدي از كيفيت خاصي برخوردار باشد.

ميزان تصفيه و پيچيدگي آن به اهداف كيفي پساب خروجي تصفيه شده و ماهيت فاضلاب خام وابسته است. بسته به اندازه، پيچيدگي و مهندسي اين تصفيه خانه ها، واحدهاي عملياتي و فرآيندي در آن ها را مي توان به 5 گروه طبقه بندي كرد:

1. تصفيه مقدماتي فاضلاب بهداشتي
2. تصفيه اوليه فاضلاب بهداشتي
3. تصفيه ثانويه فاضلاب بهداشتي
4. تصفيه پيشرفته فاضلاب بهداشتي
5. تصفيه لجن فاضلاب بهداشتي

تصفيه خانه فاضلاب بهداشتي انساني معمولا شامل مراحل 1،2، 3 و 5 بوده هر چند اكثر تصفيه خانه ها در حال حاضر مرحله ي 4، يعني تصفيه ي پيشرفته را نيز دارا مي باشند.

واحدهاي تصفيه درطراحي تصفيه خانه بدون تصفيه ي پيشرفته شامل ايستگاه پمپاژ ورودي، آشغالگير ميله اي يا شبكه اي، دانه گير، ته نشيني اوليه، فرآيند تصفيه بيولوژيكي، ته نشيني ثانويه و گندزدايي قبل از تخليه ي پساب خروجي مي باشد. امروزه در برخي از طراحي ها، زلال سازهاي  اوليه ممكن است به جاي آشغالگيرهاي بسيار ريز كه به طور مكانيكي تميز مي شوند، جايگزين گردند. لجن حاصل از زلال ساز اوليه و واحد لجن فعال، زائدات حاصل از زلال ساز ثانويه، ابتدا تغليظ، سپس تثبيت ( معمولا در تصفيه خانه هاي كوچك در شرايط هوازي و در تصفيه خانه هاي بزرگ در شرايط بي هوازي ) و بعد از انجام آزمايش ، آبگيري و كيك لجن حاصله در مراحل بعدي دفع خواهد شد.

مراحل تصفيه فاضلاب بهداشتي

فرآيند پالايش يا تصفيه فاضلاب بهداشتي را معمولا به سه مرحله تقسيم مي كنند:
• مرحله ي يكم: اين مرحله بنام تصفيه مقدماتي ناميده مي شود و شامل تصفيه فيزيكي از قبيل آشغال گيري، دانه گيري، ته نشيني مواد معلق و بالاخره خشك كردن و دفع لجن
• مرحله ي دوم: مرحله ي دوم تصفيه فاضلاب شامل تصفيه زيستي با استفاده از باكتري هاي گوناگون هوازي موجود در فاضلاب و تصفيه زيستي با استفاده از باكتري هاي بي هوازي براي تصفيه فاضلاب و لجن
• مرحله ي سوم: اين مرحله كه تصفيه پيشرفته و يا تصفيه ي نهايي نيز ناميده مي شود، شامل است بر زلال سازي و كاربرد يك يا چند روش از تصفيه هاي تكميلي

فاضلاب ها برحسب منشا توليدشان، دربردارنده ي مواد آلاينده ي متفاوتي هستند. فاضلاب هاي صنعتي نسبت به فاضلاب بهداشتي داراي تنوع آلودگي هستند، اين مواد آلاينده را مي توان به هفت دسته ي اصلي تقسيم كرد كه عبارتند از :

1- مواد آلي قابل تجزيه بيولوژيكي

اين مواد شامل پروتئين ها، قندها و چربي ها است كه بيشترين آن مربوط به پروتئين ها به ميزان 65 درصد و كمترين آن مربوط به چربي ها به ميزان 10 درصد است. ورود مواد آلي به منابع آب سبب مصرف اكسيژن محلول مي شود. مواد آلي موجود در فاضلاب توسط ميكروارگانيسم ها به عنوان منبع غذايي براي رشد و تكثير و به دست آوردن انرژي به كار مي رود. از نظر سرعت تجزيه بيولوژيكي ، قندها در مرحله اول، پروتئين ها در مرحله دوم و چربي ها در رده آخر قرار دارند.

تركيبات اصلي تشكيل دهنده مواد آلي در فاضلاب ها عبارتند از:

• پروتئين ها : حدود 40 تا 60 درصد از مواد آلي موجود در فاضلاب را پروتئين ها تشكيل مي دهند، پروتئين ها جز تركيبات اصلي موجودات زنده حيواني بوده ولي مقدار آنها در گياهان بسيار كمتر است. پروتئين ها داراي تركيبات شيميايي پيچيده ولي ناپايدار هستند كه به طرق گوناگوني تجزيه مي شوند، بعضي از مواد پروتئيني در آب حل شده و بعضي ديگر نامحلول اند. كليه پروتئين ها داراي كرين و مقدار نسبتا زياد و ثابتي ( حدود 16 درصد ) نيتروژن مي باشند.
• هيدروكربن ها : هيدروكربن ها نظير قند خوراكي، نشاسته، سلولز و بافت هاي چربي به وفور در طبيعت وجود دارند، 25 تا 50 درصد از مواد آلي موجود در فاضلاب از هيدروكربن ها تشكيل مي شوند.
• فنل ها : فنل يا هيدروكسي بنزن يكي از هيدروكربن هاي آروماتيك سمي است. فنل بطور طبيعي در سوخت هاي فسيلي وجود دارد. اين ماده و مشتقات آن در صنايع متعددي از جمله در ساخت رزين، پلاستيك، چسب، لاستيك، آهن، فولاد، آلومينيوم، كاغذ، صنعت تصفيه چوب، سموم حشره كش، قارچ كش، باكتري كش، علف كش، محصولات بهداشتي و پزشكي نظير روغن هاي نرم كننده، پمادهاي روغني، اسپري و لوسيون هاي ترميم زخم، ضدعفوني اتاق هاي عمل، داروهاي بيهوش كننده، قطره هاي چشم و گوش، كارخانجات توليد چرم، صنايع الكتريكي، صنايع رنگ و جوهر، سيالات هيدروليكي، سورفاكتانت هاي سنگين، مواد نگهدارنده چوب، كارخانه پشم شيشه، معادن ذغال سنگ، كارخانه توليد مواد منفجره، تعمير و نگهداري هواپيما كاربرد دارد. فنل از طريق دفع غير بهداشتي فاضلاب صنايع ياد شده باعث آلودگي محيط زيست و بخصوص منابع آب مي شود. اصولا اگر غلظت فنل در فاضلاب زياد باشد، از نظر اقتصادي بازيافت آن مقرون به صرفه تر است، ولي اگر غلظت فنل نسبتا كم تا متوسط بازيافت آن اقتصادي نمي باشد و بهتر است مورد تصفيه قرار گيرد.
• مواد فعال سطحي ( سورفاكتانت ها ) : مواد فعال سطحي مولكول هاي آلي بزرگي هستند كه اكثرا بصورت تركيبي از يك گروه آب گريز شديد و يك گروه آب دوست شديد تشكيل شده اند
• چربي ها، روغن ها و گريس ها : چربي ها حدود 10 درصد از مواد آلي فاضلاب را تشكيل مي دهند و در زمره پايدارترين تركيبات آلي در مقابل تجزيه بيولوژيكي محسوب مي شوند، اسيدهاي معدني بر روي چربي ها اثر كرده و باعث تشكيل گليسيرين و اسيد چرب مي دهند كه بر اثر وجود مواد قليايي مانند گليسيرين آزاد شده و نمك هاي قليايي اسيدهاي چرب يعني صابون ها تشكيل مي شوند، صابون ها نظير چربي ها پايدار بوده و معمولا در تصفيه خانه فاضلاب اين گونه مواد را قبل از ورود به مرحله تصفيه ثانويه به طريق شناورسازي حذف مي نمايند.
• سموم دفع آفات و مواد شيميايي زراعتي : اين مواد جز تركيبات آلي كمياب دسته بندي شده و بعنوان تركيبات اصلي يا ثابت فاضلاب محسوب نمي شود. گاهي ممكن است سموم دفع آفات از طريق آب هاي سطحي زهكش هاي زمين هاي كشاورزي، بوستان ها و فاضلاب بعضي از صنايع وارد فاضلاب شود.

2- كل جامدات معلق

به جامداتي با اندازه ي بزرگتر از يك ميكرون، جامدات معلق گفته مي شود. ورود مواد معلق به منابع آب به ويژه آب هاي جاري سبب افزايش كدورت آب، كاهش عبور نور خورشيد و تجمع رسوبات در كف رودخانه ها مي شود كه در نهايت زندگي آبزيان به خطر مي افتد و شرايط بي هوازي با نزول كيفيت آب را به همراه خواهد داشت.

3- عوامل بيماري زا

اين عوامل شامل باكتري ها، ويروس ها، پروتوزوئرها و قارچ ها مي شود كه وجود آن ها در فاضلاب ها و تخليه ي آن ها به محيط زيست، سبب انتقال بيماري هاي واگيردار در جامعه مي شود. شاخص آلودگي ميكروبي فاضلاب ها، ميكروارگانيسم هاي شاخص هستند كه در اين رابطه باكتري هاي گروه كلي فرم و كلي فرم مدفوعي مطرح مي شوند.

4- مواد مغذي

عمدتا شامل ازت و فسفر است كه منشا ورود آن ها به فاضلابُ استفاده از مواد پاك كننده در منزل و مواد دفعي انسان شامل مدفوع و ادرار است. ورود غلظت زياد ازت و فسفر به محيط هاي آبي سبب بروز پديده ي پيري زودرس مي شود كه با نزول كيفيت آب و از بين رفتن آبزيان همراه است.

5- فلزات سنگين

شامل كروم, كادميوم, سرب, جيوه, روي, آرسنيك و … است كه غلظت اين فلزات سنگين در فاضلاب هاي شهري پايين است.

6- مواد آلي مقاوم به تجزيه ي بيولوژيكي

شامل تركيباتي مثل حشره كش ها, آفت كش ها, تركيبات رنگي و تركيبات آروماتيك و حلال هاي آلي و فنل ها است كه اين تركيبات تحت عنوان SOCs ( تركيبات آلي مصنوعي ) مطرح مي شوند.

تركيبات گفته شده در فرآيندهاي تصفيه متداول فاضلاب به طور موثر زدايش نمي شوند و براي زدايش موثر آن ها بايد از فرآيندهاي تصفيه پيشرفته استفاده كرد.

ورود اين تركيبات به منابع آب و محيط زيست سبب ايجاد بو و مزه ناخوشايند و بروز خطرات ناشي از سمي شدن آب و در مورد بعضي تركيبات, ايجاد خاصيت سرطان زايي احتمالي مي شوند.

7- كل جامدات محلول TDS

مطالعات انجام شده در مورد فاضلاب شهر تهران و ديگر شهرهاي داراي تصفيه خانه ي فاضلاب، نشان داده است كه ميزان بار آلودگي از نظر BOD,TSS, ازت كل و فسفر به ترتيب برابر 40-50 , 45-55 , 8-12 و 1.6 تا 2.4 گرم به ازاي هر نفر در روز است. در كشورهايي كه داراي دستگاه زباله خرد كن در آشپزخانه هستند و پس مانده ي مواد غذايي را پس از خرد كردن به داخل فاضلاب روها تخليه مي كنند، مقادير اين پارامترها به حدود 2 برابر افزايش مي يابد. شدت آلودگي فاضلاب در هر شهري بستگي به مقدار بار آلودگي سرانه ي توليدي و همچنين ميزان مصرف آب دارد كه اين دو پارامتر نيز تابعي از شرايط فرهنگي، اقتصادي، اجتماعي و اقليمي آن جامعه است.

براي اطلاعات بيشتر به سايت مهندسين پالود صنعت مراجعه كنيد.