تصفیه فاضلاب شهری یکی از ارکان مهم در حفظ سلامت جامعه و مدیریت بهداشت عمومی است. با افزایش جمعیت و توسعه شهرها، حجم فاضلاب‌های تولید شده نیز به طور قابل توجهی افزایش یافته و به تبع آن نیاز به روش‌های مؤثر و کارآمد برای تصفیه این فاضلاب‌ها احساس می‌شود. فاضلاب‌ها می‌توانند شامل مواد آلاینده و خطرناک باشند که در صورت عدم تصفیه مناسب، به آلودگی محیط زیست و منابع آبی منجر می‌شوند. بنابراین، تلاش برای تصفیه این فاضلاب‌ها نه تنها به حفظ سلامت عمومی کمک می‌کند، بلکه بهبود کیفیت آب و حفاظت از اکوسیستم‌های طبیعی نیز از اهداف اصلی این فرایند به شمار می‌رود.

در حال حاضر، روش‌های مختلفی برای تصفیه فاضلاب شهری وجود دارد که هر یک دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. از این رو، بررسی  روش های تصفیه فاضلاب شهری و بررسی فناوری‌های نوین در این حوزه، امری ضروری به نظر می‌رسد. در این مقاله، به معرفی انواع فاضلاب شهری و همچنین فناوری‌های نوین در این زمینه خواهیم پرداخت. 

فاضلاب شهری چیست؟

فاضلاب شهری به مجموعه آب‌های آلوده‌ای اطلاق می‌شود که از فعالیت‌های روزمره انسانی، نظیر استحمام، شستشوی ظروف، سرویس بهداشتی، استفاده در صنعت و ... تولید می‌شود. این فاضلاب‌ها به‌طور معمول شامل فاضلاب‌های خانگی، صنعتی و باران‌های سطحی هستند. فاضلاب‌های خانگی، بخشی از فاضلاب شهری را تشکیل می‌دهند و شامل آب‌های خاکستری و سیاه هستند. فاضلاب خاکستری به آب‌های آلوده‌ای گفته می‌شود که از فعالیت‌هایی مانند شستشوی ظروف، استحمام و دیگر فعالیت‌های خانگی به وجود می‌آید و معمولاً دارای محتوای کمتری از مواد خطرناک نسبت به فاضلاب سیاه (فاضلاب ناشی از توالت) است.

با توجه به حجم بالای فاضلاب شهری، یک راهکار مؤثر تصفیه فاضلاب، پکیج‌ تصفیه فاضلاب خاکستری شناخته می‌شود. این پکیج‌ها به طور خاص برای تصفیه فاضلاب‌ خانگی طراحی شده و می‌توانند به صورت مستقل یا به عنوان بخشی از یک سیستم تصفیه بزرگتر عمل کنند. پکیج‌ تصفیه فاضلاب خاکستری به دلیل سادگی سیستم و سهولت نصب، به ویژه در نقاطی که دسترسی به سیستم‌های مرکزی تصفیه فاضلاب دشوار است، مورد توجه قرار گرفته‌ است. جداسازی فاضلاب خاکستری در مبدا منجر به کاهش هزینه های تصفیه فاضلاب شهری و احیا بخش بزرگی از منابع آبی غیر متعارف با کیفیتی بالاتر میشود.

روش‌ های تصفیه فاضلاب شهری

اساس تصفیه فاضلاب شهری بر پایه فرایند های بیولوژیک می باشد که متداول ترین فرایند های مورد استفاده پس از واحد های عملیاتی (که اساس آن جداسازی فیزیکی ذرات است) شامل موارد ذیل می گردد:

1. هوادهی گسترده (Extended Aeration)

یکی از روش‌های کارآمد در تصفیه فاضلاب، به ویژه فاضلاب‌های خاکستری و بیمارستانی است که به حذف مواد آلی و آمونیاک کمک می‌کند. در این روش، فاضلاب به مدت طولانی‌تری در سیستم هوادهی باقی می‌ماند و در نتیجه، زمان تماس بیشتری بین میکروارگانیسم‌ها و آلاینده‌ها ایجاد می‌شود. این فرایند شامل هوادهی ممتد در یک مخزن بیولوژیکی است که از نوع لجن فعال می‌باشد، که در آن باکتری‌ها با استفاده از اکسیژن موجود در هوا به تجزیه مواد آلی و آمونیاک می‌پردازند. به دلیل زمان طولانی هوادهی، این روش قادر است BOD و COD را به مقدار زیادی کاهش دهد و شوک پذیری بالایی را ارائه دهد. هوادهی گسترده در پکیج تصفیه فاضلاب بهداشتی و پکیج تصفیه فاضلاب خاکستری که تصفیه‌خانه‌های کوچک و متوسطی میباشند به صورت متداول مورد استفاده قرار می‌گیرد و به کاهش نیاز به فیلترهای ثانویه و سایر مراحل تصفیه کمک می‌کند.

2. راکتورهای رشد چسبیده (MBBR & IFAS)

در این راکتورها از مدیای معلق و یا ثابت به عنوان بستر بیوفیلم استفاده می‌شود. این مدیاها در مخزن فاضلاب به صورت آزاد حرکت می‌کنند و یا فیکس می شوند و باکتری‌ها روی سطح آن‌ها رشد می‌نمایند. این سیستم به هوادهی و گردش مداوم نیاز دارد تا اکسیژن کافی برای انجام فرایندهای بیولوژیکی فراهم شود. فرایند مذکور در پکیج های تصفیه فاضلاب صنعتی که دارای بار آلایندگی بالا هستند و به عنوان بخشی از بدنه فاضلاب شهری محسوب میشوند و همچنین در مواردی که نیاز به افزایش ظرفیت تصفیه بدون افزایش حجم کل مخزن باشد، مورد استفاده قرار میگیرد. غالبا از چربی گیر های ثقلی یا پکیج چربی گیر DAF برای افزایش راندمان تصفیه و ممانعت از تاثیر روغن و چربی ناشی از فعالیت های انسانی یا صنعتی بر فرایند تصفیه، پیش از واحدهای فرایندی مورد استفاده قرار میگیرد.

3. فرایند های بی هوازی و سپتیک

فرایندهای بی‌هوازی تصفیه فاضلاب به فرایندهایی اطلاق می‌شود که در آنها تصفیه در شرایط بدون اکسیژن انجام می‌شود. این فرایندها معمولاً برای فاضلاب‌های با بار آلودگی بالا مناسب هستند. از جمله این دسته از فرایند ها که توسط شرکت مهندسی پاک پساب اقلیم اجرا می گردد می توان به سیستم UASB، ABR و سپتیک تانک ها اشاره نمود.  فرایندهایی همچون UASB و ABR قادر به حذف بارهای آلی بالا در پساب های صنعتی میباشند که به صورت گسترده در پکیج های تصفیه فاضلاب صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند.

 در سیستم UASB، فاضلاب از پایین به سمت بالا از بستر لجن بی‌هوازی عبور می‌کند. میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی در این بستر به تجزیه مواد آلی و تولید گاز متان کمک می‌کنند. کارایی بالا در حذف مواد آلی و تولید گاز متان به عنوان منبع انرژی تجدید پذیر از جمله مزایای سیستم مذکور است.

 سیستم UABR شامل چندین محفظه است که فاضلاب به صورت ترتیبی از یکی به دیگری منتقل می‌شود. هر طبقه دارای دیواره‌های موانعی (بافل) است که جریان فاضلاب را سامان‌دهی می‌کند و موجب ایجاد زمان ماند کافی برای تجزیه بی‌هوازی می‌شود. این فرایند ضمن طراحی ساده و عملکرد موثر، کاهش لجن تولیدی نسبت به روش‌های هوازی را به همراه داشته و امکان استفاده در مقیاس کوچک تا بزرگ برای این سیستم وجود دارد.

سپتیک تانک ها با این که به عنوان یک سیستم بی هوازی تام محسوب نمی شوند، اما تجزیه بی هوازی عملا در این مخازن رخ می دهد و به عنوان یک واحد تصفیه مقدماتی، بسیار کاربردی می باشند. از جمله مزایای این مخازن می توان به نیاز به نگهداری کم و هزینه‌های پایین، طراحی ساده و مناسب برای مناطق روستایی و قابلیت مناسب در حذف مواد معلق اشاره نمود.

4. فرایند MBR (Membrane Bioreactor)

این روش ترکیبی از سیستم بیولوژیکی (لجن فعال) و فیلتراسیون غشایی است. در این فرایند، میکروارگانیسم‌ها فاضلاب را تصفیه می‌کنند و سپس آب تصفیه ‌شده از طریق غشاهای نیمه‌نفوذپذیر (فیلتراسیون) جداسازی می‌شود. این سیستم به انجام فرآیندهای بیولوژیکی و جداسازی فیزیکی همزمان می‌پردازد. از مزایای این سیستم می توان به کیفیت بالای آب تصفیه ‌شده (بدون ذرات معلق)، کاهش اندازه و حجم سیستم‌های تصفیه نسبت به روش‌های سنتی و کارایی بالا در شرایط بار متغییر اشاره کرد.

5. فرایند های BNR

از جمله فرایند های تصفیه بیولوژیکی برای حذف هم‌زمان نیتروژن و فسفر از فاضلاب است. از متداول ترین آن ها می توان به چیدمان A2O اشاره نمود.  این روش شامل مراحل بی هوازی، انوکسیک و اکسیک می باشد که به شکل موثری در کاهش مواد مغذی عمل می نماید. در حال حاضر این فرایند بیشترین موارد اجرا را در سطح کشور به خود اختصاص داده است که می بایست دیدگاه reuse پیش از اجرای چنین سیستم هایی به شدت مورد توجه قرار گیرد تا در آینده ای نچندان دور، هدر رفتن سرمایه های ملی را موجب نشود.

فناوری‌های نوین تصفیه فاضلاب شهری

در ادامه جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب شهری را معرفی می کنیم:

فرایند های AOP با اشاره به روش پلاسما

فرآیندهای AOP (Advanced Oxidation Processes) یا فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، برای تصفیه فاضلاب به‌منظور حذف آلاینده‌های مقاوم استفاده می‌شوند. یکی از روش‌های مهم AOP، استفاده از پلاسما است. در این روش، پلاسما (یک گاز یونیزه) تولید شده از طریق تخلیه الکتریکی، رادیکال‌های آزاد بسیار واکنش‌پذیری مانند هیدروکسیل تولید می‌کند که می‌تواند ترکیبات آلی پیچیده و آلاینده‌های موجود در فاضلاب را اکسید و تجزیه کند.

1. انعقاد الکتریکی

 انعقاد الکتریکی (Electrocoagulation) یک روش نوین برای تصفیه فاضلاب است که با استفاده از جریان الکتریکی و الکترودهای فلزی، آلاینده‌ها را از آب جدا می‌کند. در این فرآیند، فلزاتی مانند آهن یا آلومینیوم به‌عنوان الکترودها عمل کرده و با جریان الکتریسیته حل می‌شوند و یون‌های فلزی آزاد می‌کنند. این یون‌ها با آلاینده‌های معلق یا محلول در فاضلاب واکنش داده و لخته‌های جامد تشکیل می‌دهند. این لخته‌ها به‌راحتی ته‌نشین یا فیلتر می‌شوند.

2. روش های الکترو بیو شیمیایی

روش‌های الکترو بیو شیمیایی در تصفیه فاضلاب، ترکیبی از فرآیندهای الکتروشیمیایی و بیولوژیکی هستند. در این روش‌ها، از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه آلاینده‌های آلی استفاده می‌شود و هم‌زمان جریان الکتریکی کم‌ولتاژ به سیستم اعمال می‌شود تا فعالیت میکروبی بهبود یابد. الکترودها به‌عنوان منبع الکترون یا جاذب آلاینده‌ها عمل کرده و شرایط بهینه‌ای برای رشد باکتری‌ها فراهم می‌کنند. این فرآیند باعث افزایش کارایی حذف آلاینده‌ها، به‌ویژه مواد آلی مقاوم و فلزات سنگین می‌شود. روش‌های الکترو بیو شیمیایی به دلیل مصرف انرژی کمتر و پایداری محیط‌زیستی، در تصفیه پیشرفته فاضلاب‌های صنعتی و شهری استفاده می‌شوند.

سخن پایانی

تصفیه فاضلاب شهری یک نیاز اساسی برای محافظت از سلامت جامعه و حفظ محیط زیست به شمار می‌رود. روش‌های مختلف تصفیه در قالب پکیج‌های تصفیه فاضلاب ، با ارائه راهکارهای مؤثر در این زمینه، می‌توانند به بهبود کیفیت آب و حفاظت از منابع آبی کمک کنند. با توجه به چالش‌های پیش‌رو، استفاده از فناوری‌های نوین و روش‌های پایدار در تصفیه فاضلاب، ضرورتی اجتناب‌ناپذیر است. با پاکیزه‌سازی فاضلاب‌ها و بازگرداندن آب تصفیه شده به چرخه طبیعی، می‌توانیم به یک آینده پایدار و سالم دست یابیم.