فرضیات تحقیق
۱- شرایط استفاده از شبکههای جمع آوری به عنوان تاسیسات پیش تصفیه مهیا است.
۲- فاضلاب حین انتقال در شبکههای جمع آوری فاضلاب تحت شرایط هوازی قرار دارد.
۳- رشد الحاقی میکروارگانیسمها در جدارهی داخلی فاضلابروها صورت میگیرد.
۴- با افزایش زبری میزان الحاق باکتریها به جدارهی داخلی افزایش مییابد.
۵- بازچرخانی جریان فاضلاب مانند جریان فاضلاب در لولههای شبکهی جمع آوری است.
۶- حذف مواد آلی کربندار موجود در فاضلاب، هنگام انتقال صورت میگیرد.
۷- از فاضلاب مصنوعی میتوان به عنوان فاضلاب خانگی استفاده کرد.
اهداف تحقیق
با برنامهریزی و مدیریت صحیح میتوان از شبکهها در جهت کاهش بار آلی استفاده کرد که در این صورت از مشکلات خوردگی نیز کاسته میشود. با درک بهتر واکنشهایی که در شبکه جمع آوری فاضلاب رخ میدهند میتوان شبکهها را به نحوی طراحی کرد که میزان حذف مواد آلی هنگام انتقال افزایش یابد و مهندسین قادر خواهند بود که ابعاد تأسیسات تصفیهخانه را کاهش دهند. کاهش ابعاد تصفیهخانه به خصوص در شهرهای بزرگ که زمین در دسترس جهت ساخت تصفیهخانه محدود است، بسیار کارآمد خواهد بود. با کاهش ابعاد تصفیهخانه همچنین نیاز به سرمایه اولیه و هزینههای بهرهبرداری تصفیهخانه به مراتب کاهش مییابد. بنابراین علاوه بر صرفه جویی در هزینههای تصفیهخانه، امکان کاهش هزینههای اجرایی و نگهداری(هزینههایی مانند مبارزه با خوردگی) شبکههای جمع آوری نیز وجود دارد. در کشور ما معمولا BOD5 فاضلاب بین ۲۰۰ تا ۴۰۰ میلی گرم در لیتر است، در صورتی که بتوان این بار آلی را قبل از ورود به تصفیهخانه تا حدودی کاهش داد، کاهش هزینهها قابل توجه خواهد بود.
در این تحقیق با ساخت یک مدل از بخشی از یک شبکه فاضلاب، سعی بر این است که در مسیر انتقال فاضلاب، با افزایش میزان اکسیژن محلول، شرایط هوازی فراهم شود تا امکان استفاده از مسیر انتقال فاضلاب به منظور انجام پیش تصفیه فراهم گردد و مشکل بوی بد فاضلاب و خوردگی لولهها نیز تا حد ممکن مرتفع گردد. در نهایت هدف بررسی امکان استفاده از شبکههای ثقلی قطر کوچک، جهت تصفیه فاضلاب مناطق محروم، روستاها، مناطق توریستی و مناطق سردسیر است.
ساختار پایان نامه
دیگر فصول این پایاننامه بدین صورت ارائه شدهاند: در فصل دوم به طور کلی اهمیت و تاریخچه تصفیه و شبکههای جمع آوری فاضلاب، انواع و خصوصیات فاضلاب و شبکههای جمع آوری و در ادامه به بررسی فرآیندهایی که در این شبکهها رخ میدهند (مانند تغییرات کیفی فاضلاب هنگام انتقال، استفاده از شبکههای جمع آوری متعارف به عنوان تاسیسات پیش تصفیه، عوامل موثر بر نرخ تصفیه فاضلاب در شبکههای جمع آوری فاضلاب و…) با نگاهی بر منابع علمی موجود پرداخته شدهاست. در فصل سوم به انتخاب روش و شرایط مناسب جهت ساخت پایلوت و مصالح مورد استفاده جهت ساخت و راهاندازی پایلوت و همچنین نحوه انجام آزمایشها پرداخته شده است. فصل چهارم شامل نتایج و بررسی عملکرد شبکههای جمع آوری در حذف مواد آلی میباشد و در نهایت نتیجهگیریها و پیشنهادات لازم در فصل پنجم ارائه شده است.
مروری بر منابع
مقدمه
در ابتدای این فصل اهمیت تصفیهی فاضلاب و تاریخچه آن بیان شده است. همچنین به نقش و اهمیت شبکههای جمع آوری فاضلاب و تاریخچه پیدایش آنها نیز اشاره شده است. پس از آن به انواع فاضلاب، ویژگیهای آنها، همچنین انواع و خصوصیات شبکههای جمع آوری مختلف پرداخته شده است. در ادامه تغییرات کیفی فاضلاب هنگام انتقال، استفاده از شبکههای جمع آوری متعارف به عنوان تاسیسات پیش تصفیه، نحوه تشکیل گاز H2S در شبکه جمع آوری و روشهای جلوگیری از آن و روشهای ارزیابی تغییرات کیفیت فاضلاب هنگام انتقال در شبکههای جمع آوری بیان شده است. در انتهای فصل عوامل موثر بر نرخ تصفیه فاضلاب در شبکههای جمع آوری فاضلاب، نحوهی الحاق بایوفیلم به جدارهی داخلی فاضلابروها و مدلهای حذف در شبکههای جمع آوری بیان شده است.
تاریخچه و اهمیت تصفیه فاضلاب
از حدود یک صد سال پیش که رابطه میان اثر باکتریها و میکروبهای بیماریزا در واگیری و شیوع بیماریها آشکار شد، انسان به فکر تصفیهی آبهای آلوده افتاد. دلیل اصلی توسعه روند تصفیه فاضلاب و رسیدن این تکنولوژی به شکل امروزی را میتوان پیشرفت علم زیست شناسی و پزشکی دانست. پرداختن و توجه به این فن زمانی آغاز شد که انسان مجبور به جلوگیری از آلوده شدن منابع طبیعی آب، به ویژه رودخانهها و دریاچههای آب شیرین شد. بنابراین جهت جلوگیری از ورود فاضلاب تصفیه نشده به محیط زیست، مجاب به پیدا کردن روشهایی جهت تصفیه فاضلاب و تکامل این روشها شد.
با گذشت زمان و بویژه پس از جنگ جهانی دوم، در نتیجه توسعه شهرها و صنایع، خطر آلودگی محیط زیست و در نتیجه نیاز به تصفیه ی فاضلاب با شدت بی سابقهای افزایش یافت و همزمان با آن روشهای بسیاری برای تصفیه فاضلاب بررسی، پیشنهاد و به کار گرفته شد. در تکامل صنعت تصفیهی فاضلاب، روشهای طبیعی تصفیه را میتوان جزو قدیمیترین روشهایی دانست که به منظور تصفیه بکار گرفته شدهاند. همچنین به دلیل خاصیت کودی فاضلاب، استفاده از آن جهت آبیاری در زمینهای کشاورزی، از یک صد سال پیش در کشورهای اروپائی متداول بوده است.
فاضلاب خام همواره محتوی مواد آلاینده فیزیکی، میکروبی و شیمیایی است و در صورتی که به صورت خام و تصفیه نشده به محیط زیست تخلیه شود، سبب آلودگی منابع آب، زمینهای کشاورزی و به طور کلی محیط زیست میشود. خطرات ناشی از آلودگی محیط زیست نیز در نهایت از طریق چرخهی غذایی متوجه بهداشت و سلامتی انسان میشود.
شدت آلودگی آبها به وسیله فاضلاب و پساب زمانی آشکارتر خواهد شد که بدانیم هر متر مکعب از فاضلاب، ۱۰ الی ۴۰ متر مکعب آب سالم را آلوده میکند و تنها آبهای سطحی نیستند که در معرض آلودگیهای ناشی از فعالیتهای انسان قرار گرفتهاند بلکه تخلیه فاضلاب و پساب در زمین میتواند آبهای زیر زمینی را به شدت آلوده سازد. در بعضی شهرهای ایران در اثر این گونه آلودگیها، غلظت یون نیترات گاهی تا ۳ برابر حد مجاز استاندارد جهانی می رسد]۷[.
اهمیت جمع آوری فاضلاب
با توسعه شهرها و رشد ناگهانی جمعیت و همچنین گسترش صنایع و کارخانهها، مسئلهی آلودگی محیط زیست روز به روز اهمیت بیشتری پیدا میکند با گسترش زندگی ماشینی و به علت توجه نکردن افراد به منافع عمومی، هر روز انواع بیشتری از آلودگی محیط زیست آدمیان و حیوانات را ناسالمتر و زندگی آنها را در معرض خطری جدیتر قرار میدهد.
وجود فاضلابها یکی از عوامل اصلی آلودگی محیط زیست است، بنابراین بایستی فاضلاب تولیدی در مناطق مسکونی و صنعتی را جمع آوری نمود و برای پالایش به تصفیهخانههای فاضلاب منتقل نمود. جمع آوری فاضلاب از دیدگاههایی نظیر بهداشت همگانی، اختلال در نظم محیط زیست و آلودگی آبهای زیر زمینی، استفاده مجدد از فاضلاب تصفیه شده لازم و ضروری است]۷[.
شبکههای جمع آوری فاضلاب
تاریخچه احداث
مسئلهی جمع آوری فاضلاب از محیط مسکونی زمانی مطرح شد که بشر به زندگی گروهی روی آورد. با پیدایش شهرها و گسترش شبکههای آب رسانی، انسان برای پاک نگهداری زندگی خویش جمع آوری فاضلاب و پساب را لازم دید. پس از پیشرفت تکنیک شبکه آب رسانی، ساختن شبکههای دفع فاضلاب نیز مورد توجه قرار گرفت.
تاریخچه استفاده از فاضلابرو به زمان ایران و روم باستان باز میگردد. از این سیستمها برای انتقال رواناب حاصل از بارندگیهای شدید در مناطق شهری و محافظت از شهرها در برابر جاری شدن سیل استفاده میشده است. قدیمیترین کانالیزاسیون را میتوان در آثار تمدن هندیان مشاهده نمود. در این آثار که تاریخ آنها به حدود چندین هزار سال پیش نسبت داده میشود، باقیمانده فاضلابروهایی با دیواره آجری و یا سفالی برای هدایت فاضلابهای خانگی دیده شده است. در اورشلیم آثار کانالهای هدایت فاضلاب به بیرون شهر و جمع آوری آن در دریاچههای فاضلاب و حتی استفاده از فاضلاب به عنوان کود در کشاورزی دیده شده است که تاریخ ایجاد آن به حدود ۳۰۰۰ سال پیش میرسد]۷[.
تا حدود یک صد سال پیش گندابروها و به ویژه کانالهای فرعی فاضلاب به صورت روباز ساخته میشدند. در قرنهای ۱۶ و ۱۷ سیستمهای زهکشی در اروپا و آمریکا شروع به رشد کرد. امروزه تخلیه زباله به این زهکشها ممنوع شده است.
محققان در اواسط قرن ۱۹ دریافتند مواد انسانی دفع شده که آلوده به وبا بودند به سیستمهای آب آشامیدنی منتقل شدهاند. پس از آن کاملا روشن شد که نصب و راهاندازی بهداشتی و فنی شبکههای جمع آوری فاضلاب در کاهش بیماریهای اپیدمی بسیار موثر است. این ویژگی شبکههای جمع آوری هنوز معتبر بوده و امروزه دلیل اصلی گسترش چشم گیر آنها حتی در کشورهای در حال توسعه و با منابع مالی محدود نیز همین خصوصیت است]۸[.
در گذشته فاضلاب جمع آوری شده در شهرها معمولا بدون هیچگونه تصفیه دفع میشد. در پایین دست رودخانههایی که فاضلاب به آنها وارد میشد، مشکلاتی مانند آلودگی میکروبی، بو، کاهش اکسیژن محلول و مرگ و میر ماهیها دیده میشد. پس از آشکار شدن اثر این قبیل کانالها در بخش بیماریهای واگیردار، کوشش به عمل آمد که تمام گندابروها و فاضلابروها در زیر زمین ساخته شوند.
امروزه هنوز برخی از این مشکلات وجود دارد و مشکلاتی مانند انباشت آب( آتروفیکاسیون) و سمیت فلزات سنگین نیز اضافه شده است. برای حل این مشکلات، ایجاد طرحهای تصفیه فاضلاب در انتهای خطوط پیشنهاد شد. اگرچه تصفیهخانههای فاضلاب (با درجههای متفاوت تصفیه) امروزه در سرتاسر جهان مورد استفاده هستند، روند توسعه تصفیه هنوز در حال پیشرفت است.
کانالهای اصلی شبکه جمع آوری فاضلاب برای اولین بار در سال ۱۷۸۹ میلادی در پاریس به طول ۳۶ کیلومتر ساخته شدند. شهر لندن پس از کشتار ناشی از بیماری وبا که طی آن ۲۵ هزار نفر تلف شدند در سالهای ۱۸۳۲ تا ۱۸۴۸ اقدام به ساخت شبکه زیرزمینی جمع آوری فاضلاب کرد. هامبورگ در سال ۱۸۴۲، برلین در سال ۱۸۵۲ و فرانکفورت در سال ۱۸۶۶ شروع به ساخت شبکه جمع آوری نمودند.
اغلب شبکههای جمع آوری فاضلاب و فاضلابروهای جمع آوری آب باران امروزی، در ۵۰ تا ۱۰۰ سال گذشته ساخته شدهاند و هنوز از سیستمهای قدیمی مرکب نیز استفاده میشود. امروزه این شبکهها در حال بهبود بوده و معمولا با حوضچههای نگهداری آب بارندگی مجهز میشوند. این پیشرفتها که در دهه های گذشته صورت گرفته، سرمایه گذاری بسیار بزرگی است]۷[.
در سرتاسر جهان سعی بر این است که زیرساختهای شبکه فاضلابرو و تصفیهخانهها برای آینده به درستی طراحی شود. امروزه هنوز هم در زمینه اصول فنی و راهکارهای پایدار پیشرفتهایی میبینیم. با این حال، تا به امروز ایدهای برای جایگزینی شبکههای جمع آوری و تصفیهخانه فاضلاب وجود ندارد.
انواع فاضلاب
فاضلابها بسته به نحوه تولید و ویژگی آنها عموما به سه دسته فاضلاب خانگی، فاضلاب صنعتی و فاضلاب سطحی تقسیم میشوند که در ادامه به ذکر خصوصیات هر یک میپردازیم.
فاضلاب خانگی
فاضلابهای خانگی خالص شامل دستگاههای بهداشتی مناطق مسکونی مانند توالتها، دستشوییها، حمام، ماشینهای لباس شویی و ظرف شویی، پساب آشپزخانه و همچنین فاضلاب ناشی از شستشوی قسمتهای مختلف خانهها میباشد. خواص فاضلاب خانگی در سطح یک کشور تقریبا یکسان بوده و تنها غلظت آنها با میزان مصرف سرانه آب تغییر میکند]۷[.
