مرجع تخصصی آب و فاضلاب

واحد لخته‌سازی در تصفیه آب و فاضلاب: محاسبات، انواع، شیوه ساخت و اجرا، طراحی، شباهت‌ها و تفاوت‌ها

۱. هدف لخته‌سازی

لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation) فرآیندی برای حذف ذرات ریز معلق، کلوئیدها، و مواد آلی با خنثی‌سازی بار سطحی آن‌ها و تشکیل لخته‌های بزرگتر است. این فرآیند در مراحل اولیه تصفیه آب و فاضلاب انجام می‌شود.

۲. مواد منعقدکننده و کاربردها

ماده منعقدکننده فرمول شیمیایی میزان مصرف (mg/L) pH بهینه کاربرد اصلی

آلوم (سولفات آلومینیم)Al2(SO4)3Al2​(SO4​)3​ ۱۰–۱۰۰ ۶–۸حذف کدورت، رنگ، و فسفر

کلروفریک (FeCl₃)FeCl3FeCl3​ ۱۰–۱۵۰ ۴–۶حذف فلزات سنگین، فسفر، و رنگ

پلی‌آلومینیوم کلراید (PAC)۵–۵۰ ۶–۹ مناسب برای آب‌های سرد و کم‌کدورت

پلیمرهای آلی (PAM)پلی‌آکریل آمید ۶–۸ ۰.۱–۵ بهبود لخته‌سازی به عنوان کمک منعقدکننده

۳. شیوه انتخاب منعقدکننده

• آنالیز آب/فاضلاب: اندازه‌گیری کدورت، pH، TOC، و غلظت یون‌های مزاحم (مانند سولفات).

• آزمایش جارت (Jar Test):

  • تعیین دوز بهینه و pH مناسب برای هر ماده.

  • ارزیابی راندمان حذف و سرعت تشکیل لخته.

• ملاحظات اقتصادی: هزینه مواد، حجم لجن تولیدی، و نیاز به تنظیم pH.

۴. محاسبات کلیدی

۱. دوز منعقدکننده:

دوز (mg/L)=غلظت آلاینده (mg/L)*راندمان انعقاد

• مثال: برای حذف ۵۰ mg/L فسفر با راندمان ۹۰٪:

  دوز FeCl₃=۵۰۰.۹≈۵۶ mg/L.دوز FeCl₃=۰.۹۵۰​≈۵۶mg/L.

۲. مقدار لجن تولیدی:

لجن (kg/day)=Q*(دوز منعقدکننده TSS ورودی)*۱۰−۳

• Q: دبی (m³/day).

۳. انرژی اختلاط (G Value):

G=P*μ*V​​

• P: توان مصرفی (W)، μ: ویسکوزیته آب (Pa.s)، V: حجم مخزن (m³).

• مقادیر پیشنهادی:

  • اختلاط سریع: G=۳۰۰–۱۰۰۰  s⁻¹، زمان ماند: ۳۰–۶۰ ثانیه.

  • لخته‌سازی: G=۲۰–۸۰  s⁻¹ ، زمان ماند: ۱۵–۴۰ دقیقه.

۵. انواع واحدهای لخته‌سازی

نوع واحد مکانیسم کاربرد مزایا معایب

مخزن اختلاط سریع همزن مکانیکی یا هیدرولیک تزریق مواد منعقدکننده کنترل دقیق انرژی اختلاط هزینه بالای نگهداری

لخته‌سازهای پلکانی جریان آب از روی پله‌ها تصفیه خانه‌های کوچک ساده و کم‌هزینه راندمان پایین در بارهای بالا

لخته‌سازهای لوله‌ای ایجاد تلاطم در لوله‌های پیچان سیستم‌های فشرده صرفه‌جویی در فضانیاز به فشار آب بالا

۶. طراحی و ساخت

۱. مخزن اختلاط سریع:

• مواد ساخت: بتن مسلح با پوشش اپوکسی یا استن لس استیل.

• همزن: پروانه‌های توربینی با سرعت ۱۰۰–۳۰۰ دور بر دقیقه.

• سیستم تزریق: پمپ‌های دوزینگ با دقت ۱٪.

۲. لخته‌سازهای مکانیکی:

• اجزا: پره‌های چرخان، شفت عمودی، و موتور الکتریکی.

• محاسبه توان موتور:

  P=(G^2*μ*V)

۳. لخته‌سازهای هیدرولیک:

• کانال‌های با جریان آهسته: شیب ۰.۱–۰.۳٪ و سرعت ۰.۲–۰.۶ m/s.

• بافل‌ها (Baffles): ایجاد تلاطم کنترل‌شده.

۷. شباهت‌ها و تفاوت‌ها

معیار تصفیه آب تصفیه فاضلاب

هدف اصلی حذف کدورت و رنگ حذف مواد آلی و فسفر

مواد منعقدکننده رایج آلوم ، PAC کلروفریک، پلیمرها

pH عملیاتی۶–۸ ۴–۷ (بسته به نوع فاضلاب)

انرژی اختلاطG = ۳۰۰–۱۰۰۰ s⁻¹ G = ۵۰–۲۰۰ s⁻¹

لجن تولیدیکم‌حجم با رطوبت بالاپرحجم با مواد آلی بیشتر

۸. مثال کاربردی

طراحی واحد لخته‌سازی برای حذف فسفر از فاضلاب شهری:

• دبی: ۵۰۰ m³/day.

• غلظت فسفر ورودی: ۱۰ mg/L.

• انتخاب ماده: کلروفریک با دوز ۴۰ mg/L.

• مقدار لجن:

  لجن=۵۰۰*(۴۰*۲۰۰)*۱۰−۳=۱۲۰ kg/day.

• مخزن اختلاط:

  • حجم: V=۵۰۰*۰.۰۱=۵ m.

  • توان همزن: P=۵۰^۲*۰.۰۰۱*۵=۱۲.۵W.

۹. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت لجن: خشک‌کردن، کمپوست، یا دفن بهداشتی.

• کاهش مصرف مواد: استفاده از سیستم‌های بازیابی مواد منعقدکننده.

• پایش مداوم: اندازهگیری pH، کدورت، و باقیمانده مواد شیمیایی.

۱۰. جدول مقایسه مواد منعقدکننده

ماده هزینه راندمان تولید لجن ملاحظات

آلوم پایین متوسط متوسط نیاز به تنظیم pH

کلروفریک متوسط بالا زیاد مناسب برای فاضلاب اسیدی

PAC بالا بالا کم عملکرد بهتر در آب سرد

پلیمرها بسیار بالا بسیار بالا بسیار کم نیاز به دوز دقیق

با انتخاب دقیق مواد منعقدکننده و طراحی بهینه واحد لخته‌سازی، می‌توان راندمان تصفیه را افزایش و هزینه‌های عملیاتی را کاهش داد. آزمایش جارت و پایش مداوم پارامترهای کیفی آب/فاضلاب برای موفقیت این فرآیند ضروری است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

واحد هوادهی در تصفیه آب و فاضلاب: کاربرد، محاسبات، انواع، شیوه ساخت و اجرا، طراحی، شباهت‌ها و تفاوت‌ها

۱. کاربرد واحد هوادهی

واحد هوادهی در تصفیه آب و فاضلاب به دلایل زیر استفاده می‌شود:

• تأمین اکسیژن: برای فعال‌سازی فرآیندهای بیولوژیکی (مانند لجن فعال) و تجزیه مواد آلی.

• حذف گازهای نامطلوب: مانند دی‌اکسید کربن (CO₂)، سولفید هیدروژن (H₂S) و متان (CH₄).

• اکسیداسیون شیمیایی: تبدیل آهن و منگنز محلول به شکل نامحلول برای حذف توسط فیلتراسیون.

• اختلاط: جلوگیری از رسوب مواد جامد در حوضچه‌های تصفیه.

۲. انواع سیستم‌های هوادهی

۲.۱. هوادهی عمقی (Submerged Aeration)

• دیفیوزرهای حباب ریز (Fine Bubble Diffusers):

  • مکانیسم: تولید حباب‌های ریز (۱–۳ میلیمتر) برای انتقال اکسیژن با راندمان بالا.

  • مواد: EPDM، سیلیکون یا پلی اورتان.

  • کاربرد: فاضلاب شهری و صنعتی با بار آلی بالا.

• دیفیوزرهای حباب درشت (Coarse Bubble Diffusers):

  • مکانیسم: تولید حباب‌های بزرگ (۵–۱۰ میلیمتر) برای اختلاط شدید.

  • کاربرد: حوضچه‌های لجن فعال با نیاز به اختلاط قوی.

۲.۲. هوادهی سطحی (Surface Aeration)

• هواده‌های مکانیکی (Mechanical Aerators):

  • پره‌های چرخان (Rotating Blades): ایجاد تلاطم سطحی برای جذب اکسیژن.

  • جت هوادهی (Jet Aerators): تزریق هوا با فشار بالا به داخل آب.

  • کاربرد: استخرهای اکسیداسیون و لاگون‌های هوازی.

۲.۳. هوادهی با فشار (Pressure Aeration)

• برج‌های هوادهی (Packed Towers):

  • مکانیسم: عبور آب از میان سطوح پرکننده (Packings) در جریان معکوس با هوا.

  • کاربرد: حذف گازهای فرار (CO₂، H₂S) در تصفیه آب.

۳. محاسبات کلیدی

۳.۱. نیاز اکسیژن (Oxygen Requirement, OUR)

OUR=Q×(S0−Se)×1.42 (kg O₂/day)

• Q: دبی فاضلاب (m³/day).

• S0​: BOD ورودی (mg/L).

• Se​: BOD خروجی (mg/L).

۳.۲. انتقال اکسیژن (Oxygen Transfer Rate, OTR)

OTR=SOTR×α×(β×Cs​−C)×θ^(T−20)

• SOTR: انتقال اکسیژن استاندارد (kg O₂/h).

• α: ضریب تصحیح برای فاضلاب (۰.۳–۰.۸).

• β: ضریب تصحیح شوری (معمولاً ≈ ۱).

• Cs​: غلظت اشباع اکسیژن در آب (mg/L).

• C: غلظت اکسیژن محلول (mg/L).

• θ: ضریب دمایی (۱.۰۲۴).

۳.۳. حجم هوای مورد نیاز

Air Flow=(OUR)/(OTE×۰.۲۷۵ )(Nm³/h)

• OTE: راندمان انتقال اکسیژن (معمولاً ۱۵–۳۵٪ برای دیفیوزرهای حباب ریز).

۴. شیوه ساخت و اجرا

۴.۱. هوادهی عمقی (دیفیوزرها)

۱. نصب دیفیوزرها:

• قرارگیری دیفیوزرها در کف حوضچه با فاصله ۰.۵–۱ متر.

• اتصال به لوله‌های اصلی هوا از جنس PVC یا استیل.
  ۲. سیستم هوادهی:

• کمپرسورهای هوا (Blowers) با فشار ۰.۵–۱ بار.

• فیلترهای هوا برای جلوگیری از گرفتگی دیفیوزرها.
  ۳. کنترل:

• استفاده از فلومتر و سنسورهای DO برای تنظیم دبی هوا.

۴.۲. هوادهی سطحی (پره‌های چرخان)

۱. نصب موتور و پره:

• مونتاژ پره‌های فولادی روی شفت عمودی.

• نصب موتور الکتریکی با توان ۵–۵۰ اسب بخار.
  ۲. اجرا:

• تنظیم سرعت چرخش برای ایجاد تلاطم بهینه.

۵. طراحی واحد هوادهی

• انتخاب نوع هواده: بر اساس بار آلی، عمق حوضچه و هزینه عملیاتی.

• محاسبه تعداد دیفیوزرها:

  N=(OTR هر دیفیوزر)/(OTR مورد نیاز)​)

• عمق بهینه حوضچه: ۴–۶ متر برای افزایش راندمان انتقال اکسیژن.

• ملاحظات انرژی: انتخاب کمپرسورهای با راندمان بالا (Turbo Blowers).

۶. شباهت‌ها و تفاوت‌ها

معیارتصفیه آب تصفیه فاضلاب

هدف اصلی حذف گازها و اکسیداسیون مواد معدنیتأمین اکسیژن برای تجزیه مواد آلی

نیاز به اکسیژن کم (معمولاً < ۲ mg/L)بالا (معمولاً ۲–۸ mg/L)

نوع هوادهی غالب برج‌های هوادهی یا جتدیفیوزرهای حباب ریز یا پره‌های چرخان

راندمان انتقال اکسیژن۸۰–۹۰٪ (در برج‌های هوادهی)۱۵–۳۵٪ (در دیفیوزرها)

هزینه عملیاتی پایین (به دلیل نیاز به هوادهی کمتر)بالا (به دلیل مصرف انرژی زیاد)

۷. استانداردها و ملاحظات

• استانداردهای طراحی:

  • ASCE 18-96: استاندارد طراحی سیستم‌های هوادهی.

  • EPA 625/1-74-006: راهنمای انتقال اکسیژن در فاضلاب.

• کاهش مصرف انرژی:

  • استفاده از هواده‌های با راندمان بالا (مثل دیفیوزرهای دیسکی).

  • بازیابی انرژی از کمپرسورها.

واحد هوادهی یکی از مهم‌ترین بخش‌های فرآیندهای بیولوژیکی است که طراحی بهینه آن تأثیر مستقیمی بر راندمان تصفیه و هزینه‌های عملیاتی دارد. انتخاب بین سیستم‌های عمقی و سطحی به عواملی مانند عمق حوضچه، نوع آلاینده و بودجه پروژه بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع فیلتراسیون در تصفیه آب: واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. فیلتراسیون گرانولی (Granular Filtration)

۱.۱. فیلتر شنی سریع (Rapid Sand Filter)

• واحدها:

  • لایه‌های فیلتر: شن با دانه‌بندی ۰.۴–۱.۲ میلیمتر، آنتراسیت یا گارنت.

  • سیستم زیرآب (Underdrain): لوله‌های سوراخدار یا صفحات مشبک.

  • سیستم شستشوی معکوس (Backwash): پمپ آب یا هوا.

• روش کار:

  • آب از لایه‌های شن عبور کرده و ذرات معلق در منافذ رسوب می‌کنند.

  • شستشوی معکوس با آب یا هوا هر ۲۴–۷۲ ساعت برای احیای فیلتر.

• محاسبات:

  • سرعت فیلتراسیون: ۱–۱۵ متر بر ساعت۱–۱۵ متر بر ساعت.

  • افت فشار (Head Loss): با معادله Carmen-Kozeny یا Rose.

    hL=((۱۵۰μ(۱−ϵ)²)/(dp²ϵ³))×(Q/A)×L

    μ: ویسکوزیته آب، ϵ: تخلخل، dp​: قطر ذرات، Q: دبی، A: سطح فیلتر، L: ضخامت لایه.

• ساخت:

  • مخزن بتن مسلح یا فولادی با لایه‌های شن و سیستم زیرآب.

• شیوه اجرا:

  • شستشوی اولیه شن قبل از راه‌اندازی.

  • تنظیم دبی و فشار عملیاتی.

۱.۲. فیلتر شنی کند (Slow Sand Filter)

• واحدها:

  • لایه بیولوژیکی (Schmutzdecke): تشکیل لایه میکروبی روی شن.

  • شن با دانه‌بندی ریز: ۰.۱۵–۰.۳۵ میلیمتر.

• روش کار:

  • آب با سرعت کم (۰.۱–۰.۴ متر بر ساعت) از شن عبور می‌کند.

  • لایه بیولوژیکی، پاتوژن‌ها و مواد آلی را تجزیه می‌کند.

• محاسبات:

  • زمان ماند: ۲–۶ ساعت.

  • سطح مورد نیاز: A=Q/v​.

• ساخت:

  • مخزن بتنی با عمق ۱–۱.۵ متر و زهکش زیرین.

• شیوه اجرا:

  • ایجاد لایه بیولوژیکی طی ۱–۲ هفته.

  • برداشت دوره‌ای لایه سطحی (هرس).

۲. فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

۲.۱. اولترافیلتراسیون (UF)

• واحدها:

  • ماژول‌های غشایی: فیبرهای توخالی (Hollow Fiber) یا صفحه‌ای.

  • پمپ فشار پایین: ۱–۵ بار.

• روش کار:

  • جداسازی ذرات ۰.۰۱–۰.۱ میکرون (ویروس‌ها، باکتری‌ها).

  • استفاده از فشار برای عبور آب از غشای نیمهتراوا.

• محاسبات:

  • شار (Flux): J=Q/A (L/m²/h).

  • راندمان: ۹۰–۹۹٪ حذف TSS.

• ساخت:

  • غشاهای پلیمری (PVDF، PES) در محفظه استیل ضدزنگ.

• شیوه اجرا:

  • پیش‌تصفیه آب (شنی و کربنی) برای جلوگیری از گرفتگی.

  • شستشوی شیمیایی (CIP) با NaOH یا HCl.

۲.۲. اسمز معکوس (RO)

• واحدها:

  • ماژول‌های مارپیچی (Spiral Wound): غشای پلیآمیدی.

  • پمپ فشار بالا: ۱۵–۸۰ بار.

  • سیستم بازیابی انرژی (Energy Recovery Device).

• روش کار:

  • حذف یون‌ها (تا ۹۹٪)، نمک‌ها و آلاینده‌های محلول.

• محاسبات:

  • شار اسمزی: Jw=A(ΔP−Δπ).
    A: نفوذپذیری آب، ΔP: فشار اعمالی، Δπ: فشار اسمزی.

  • راندمان بازیابی آب: ۴۵–۸۵٪.

• ساخت:

  • غشاهای پلیمری با پشتیبانی از جنس پلیاستر.

• شیوه اجرا:

  • پیش‌تصفیه شدید (UF، ضدعفونی) برای جلوگیری از Scaling.

  • تنظیم pH و دوز آنتی‌اسکالانت.

۳. فیلتراسیون دیاتومه‌ای (Diatomaceous Earth Filtration)

• واحدها:

  • لایه پیش‌فیلتر: پوشش DE روی صفحات مشبک.

  • سیستم بازیابی DE.

• روش کار:

  • عبور آب از لایه DE که ذرات تا ۱ میکرون را جذب می‌کند.

• محاسبات:

  • مصرف DE: ۰.۱–۰.۵ گرم بر لیتر آب.

• ساخت:

  • مخزن استیل با صفحات پلیمری یا فلزی.

• شیوه اجرا:

  • پوشش‌دهی اولیه صفحات با DE.

  • شستشوی معکوس برای برداشت لجن.

۴. فیلترهای کارتریجی (Cartridge Filters)

• واحدها:

  • کارتریج‌های الیافی یا پلیمری: دقت ۱–۱۰۰ میکرون.

  • محفظه فشار (Housing): استیل یا PVC.

• روش کار:

  • عبور آب از کارتریج برای حذف ذرات معلق.

• محاسبات:

  • ظرفیت: بر اساس سطح فیلتر و دبی (معمولاً ۱–۱۰ m³/h).

• ساخت:

  • الیاف پلیپروپیلن یا سرامیک در محفظه فشرده.

• شیوه اجرا:

  • تعویض کارتریج پس از افزایش افت فشار (ΔP ≥ ۱ بار).

۵. مقایسه روش‌های فیلتراسیون

روش دقت حذف (میکرون)فشار (بار)کاربردهزینه

فیلتر شنی سریع ۱۰–۵۰ ۰.۱–۰.۵تصفیه آب شهریپایین

اولترافیلتراسیون ۰.۰۱– ۰.۱ ۱–۵ حذف ویروس‌هامتوسط

اسمز معکوس ۰.۰۰۱ ۱۵ –۸۰ نمک‌زدایی بسیار بالا

فیلتر کارتریجی ۱–۱۰۰ ۰.۵–۲ پیش‌تصفیه صنعتی پایین

۶. چالش‌ها و راهکارها

• گرفتگی (Fouling):

  • راهکار: پیش‌تصفیه مناسب، شستشوی معکوس، استفاده از آنتی‌اسکالانت.

• خوردگی:

  • راهکار: انتخاب مواد مقاوم (استنلس استیل، پلیمرها).

• هزینه انرژی (RO):

  • راهکار: نصب سیستم‌های بازیابی انرژی (ERD).

۷. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی یک سیستم RO برای آب دریا:

  • دبی: ۱۰ m³/day.

  • شار: ۱۵–۲۰ L/m²/h.

  • ماژول‌ها: ۴ ماژول مارپیچی با قطر ۸ اینچ.

  • پمپ فشار: ۶۰ بار.

  • پیش‌تصفیه: فیلتر شنی + UF.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت پساب: بازیابی آب شستشو یا استفاده از روش‌های کمآب.

• دفع غشاهای فرسوده: بازیافت مواد پلیمری یا سوزاندن کنترل‌شده.

فیلتراسیون قلب فرآیند تصفیه آب است و انتخاب روش مناسب به عواملی مانند کیفیت آب خام، هزینه، و نیازهای خروجی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خشک‌کردن و آبگیری از لجن: واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. هدف خشک‌کردن و آبگیری از لجن

کاهش رطوبت لجن (معمولاً از ۹۵–۹۸٪ به ۶۰–۸۰٪) برای:

• کاهش حجم و هزینه حملونقل.

• تسهیل دفع یا استفاده مجدد (کمپوست، سوزاندن، یا دفن).

• کاهش خطرات زیست‌محیطی (بو، نشت شیرابه).

۲. واحدها و روش‌های اصلی

۲.۱. آبگیری مکانیکی

• فیلتر پرس (Filter Press):

  • مکانیسم: اعمال فشار برای عبور آب از فیلترها.

  • رطوبت نهایی: ۶۰–۷۵٪.

  • مواد مورد استفاده: صفحات پلیپروپیلن یا فولاد ضدزنگ.

  • کاربرد: لجن با ذرات ریز (مانند لجن شیمیایی).

• سانتریفیوژ (Centrifuge):

  • مکانیسم: استفاده از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی آب.

  • رطوبت نهایی: ۷۰–۸۵٪.

  • سرعت چرخش: ۲۰۰۰–۴۰۰۰ دور بر دقیقه.

  • کاربرد: لجن شهری و صنعتی.

• تسمه فشاری (Belt Press):

  • مکانیسم: عبور لجن بین تسمه‌های متحرک تحت فشار.

  • رطوبت نهایی: ۷۵–۸۵٪.

  • کاربرد: لجن بیولوژیکی با قابلیت فیلتراسیون بالا.

۲.۲. خشک‌کردن حرارتی

• خشک‌کن دوار (Rotary Dryer):

  • مکانیسم: انتقال حرارت غیرمستقیم با گاز داغ.

  • رطوبت نهایی: ۱۰–۳۰٪.

  • دمای عملیاتی: ۲۰۰–۴۰۰°C.

  • کاربرد: لجن صنعتی با حجم بالا.

• خشک‌کن خورشیدی (Solar Dryer):

  • مکانیسم: استفاده از انرژی خورشید در گلخانه‌های پوشیده.

  • رطوبت نهایی: ۴۰–۶۰٪.

  • زمان خشک‌شدن: ۱۰–۳۰ روز.

  • کاربرد: مناطق گرم و خشک با فضای کافی.

۲.۳. روش‌های طبیعی

• لجن‌گیرهای خشک (Drying Beds):

  • مکانیسم: تبخیر طبیعی و زهکشی.

  • رطوبت نهایی: ۵۰–۷۰٪.

  • زمان خشک‌شدن: ۱–۴ هفته.

  • اجزا: لایه شن، زهکش، و سیستم جمع‌آوری شیرابه.

۳. محاسبات کلیدی

۳.۱. محاسبه حجم لجن پس از آبگیری

V2=V1×(100−R1)/(100−R2)​

• V1​: حجم اولیه لجن (m³).

• R1​: رطوبت اولیه (%).

• R2​: رطوبت نهایی (%).

مثال: اگر حجم لجن اولیه V1=10 m³V1​=10m³ با رطوبت ۹۵٪ به رطوبت ۷۵٪ برسد:

V2=10×((100−95)/(100−75))=2 m³

۳.۲. انرژی مورد نیاز خشک‌کن حرارتی

Q=m×(hتبخیر+Cp×ΔT)

• m: جرم آب تبخیرشده (kg).

• hتبخیر​: آنتالپی تبخیر آب (≈ ۲۲۶۰ kJ/kg).

• Cp​: ظرفیت گرمایی لجن (≈ ۴.۲ kJ/kg°C).

• ΔT: اختلاف دمای لجن (°C).

۳.۳. بارگذاری در خشک‌کن خورشیدی

بارگذاری (kg/m²)=مساحت گلخانه/جرم لجن روزانه

• مقادیر پیشنهادی: ۱۰–۲۰ kg/m²/day.

۴. ساخت و شیوه اجرا

۴.۱. مراحل اجرای فیلتر پرس

۱. طراحی: تعیین تعداد صفحات، فشار عملیاتی (معمولاً ۱۰–۱۵ بار)، و جنس فیلتر.
۲. ساخت:

• نصب صفحات فیلتر در قاب فولادی.

• اتصال پمپ فشار بالا و سیستم کنترل.
  ۳. راه‌اندازی:

• تزریق لجن و اعمال فشار.

• جمع‌آوری کیک لجن و شستشوی صفحات.
  ۴. نگهداری: تعویض فیلترها هر ۶–۱۲ ماه.

۴.۲. مراحل اجرای خشک‌کن خورشیدی

۱. انتخاب محل: منطقه با تابش خورشیدی ≥ ۵ kWh/m²/day.
۲. ساخت گلخانه:

• اسکلت فلزی یا چوبی با پوشش پلیکربنات.

• کف بتنی با شیب ۱–۲٪ برای جمع‌آوری شیرابه.
  ۳. راه‌اندازی: پخش لجن به ضخامت ۲۰–۳۰ سانتیمتر.
  ۴. کنترل: هوادهی با فن یا بازکردن دریچه‌ها.

۵. چالش‌ها و راهکارها

• چسبندگی لجن:

  • راهکار: افزودن مواد کمک‌فیلتر (مانند پلیمر یا آهک).

• خوردگی تجهیزات:

  • راهکار: استفاده از فولاد ضدزنگ یا پوشش اپوکسی.

• انتشار بو:

  • راهکار: نصب سیستم بیوفیلتر یا اسپری آنزیم‌های خنثی‌کننده.

۶. مقایسه روش‌ها

روش رطوبت نهایی (%)هزینه سرمایه‌گذاری مصرف انرژی کاربرد

فیلتر پرس۶۰–۷۵ بالا متوسط صنایع شیمیایی

سانتریفیوژ ۷۰–۸۵ بسیار بالا بالا فاضلاب شهری

تسمه فشاری ۷۵–۸۵ متوسط پایین لجن بیولوژیکی

خشک‌کن خورشیدی۴۰–۶۰پایین بسیار پایین مناطق خشک و نیمه‌خشک

۷. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی برای یک فیلتر پرس:

  • دبی لجن: ۵ m³/day با رطوبت ۹۵٪.

  • هدف: کاهش رطوبت به ۷۵٪.

  • تعداد صفحات: ۲۰ صفحه با ابعاد ۱.۵×۱.۵ متر.

  • فشار عملیاتی: ۱۲ بار.

  • زمان چرخه: ۴–۶ ساعت.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت شیرابه: تصفیه شیرابه قبل از تخلیه به محیط.

• استفاده مجدد از لجن: تولید کمپوست یا سوخت جایگزین (RDF).

• کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای: استفاده از انرژی تجدیدپذیر در خشک‌کن‌ها.

خشک‌کردن و آبگیری از لجن یک مرحله حیاتی در مدیریت پسماند است که انتخاب روش مناسب به عواملی مانند هزینه، فضا، نوع لجن، و مقررات محلی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تصفیه شیمیایی فاضلاب، واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. مقدمه

تصفیه شیمیایی فاضلاب با استفاده از واکنش‌های شیمیایی برای حذف آلاینده‌ها (مانند مواد آلی، فلزات سنگین، و عوامل بیماری‌زا) انجام می‌شود. این روش‌ها معمولاً در ترکیب با فرآیندهای فیزیکی یا بیولوژیکی استفاده می‌شوند.

۲. انواع روش‌های تصفیه شیمیایی

۲.۱. انعقاد و لخته‌سازی (Coagulation & Flocculation)

• هدف: حذف ذرات ریز معلق و کلوئیدی.

• مواد شیمیایی:

  • منعقدکننده‌ها (Coagulants): آلوم (Al₂(SO₄)₃)، کلروفریک (FeCl₃)، پلی‌آلومینیوم کلراید (PAC).

  • لخته‌سازها (Flocculants): پلی‌آکریل آمید (PAM).

• واحدها:

  • مخزن اختلاط سریع (Rapid Mix Tank): تزریق منعقدکننده با سرعت بالا (G ≥ ۳۰۰ s⁻¹).

  • مخزن لخته‌سازی (Flocculation Basin): اختلاط آهسته (G = ۲۰–۸۰ s⁻¹) برای تشکیل لخته.

  • حوضچه ته‌نشینی (Clarifier): جداسازی لخته.

• محاسبات:

  • دوز منعقدکننده: دوز (mg/L)=(mg/L)راندمان انعقاد/(غلظت آلاینده)

  • زمان ماند: ۱–۲ دقیقه در اختلاط سریع، ۱۵–۳۰ دقیقه در لخته‌سازی.

۲.۲. رسوب‌سازی شیمیایی (Chemical Precipitation)

• هدف: حذف فلزات سنگین (مانند کروم، سرب، روی) و فسفر.

• مواد شیمیایی:

  • آهک (Ca(OH)₂): برای رسوب فلزات به صورت هیدروکسید.

  • سولفید سدیم (Na₂S): برای تشکیل سولفیدهای فلزی.

• واحدها:

  • مخزن تنظیم pH: افزودن آهک یا اسید برای رسیدن به pH بهینه (معمولاً ۸–۱۱).

  • مخزن رسوب‌سازی: تشکیل رسوب.

  • فیلتر پرس یا سانتریفیوژ: جداسازی رسوبات.

• محاسبات:

  • مقدار آهک: دوز (kg)=راندمان/(غلظت فلز (mg/L)×Q×۰.۰۰۱)

  • pH مورد نیاز: بسته به نوع فلز (مثلاً pH ≈ ۹ برای رسوب آهن).

۲.۳. اکسیداسیون شیمیایی (Chemical Oxidation)

• هدف: تجزیه مواد آلی سمی (مانند فنل، سیانید) و گندزدایی.

• مواد شیمیایی:

  • کلر (Cl₂)، ازن (O₃)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂)، پتاسیم پرمنگنات (KMnO₄).

  • فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs): ترکیب ازن/UV، Fenton (H₂O₂ + Fe²⁺).

• واحدها:

  • راکتور اکسیداسیون: تماس فاضلاب با اکسیدان.

  • سیستم تزریق گاز (برای ازن یا کلر).

• محاسبات:

  • نیاز اکسیدان: دوز (mg/L)=راندمان/(غلظت آلاینده (mg/L)×ضریب استوکیومتری)

  • زمان تماس: ۱۵–۶۰ دقیقه بسته به نوع آلاینده.

۲.۴. تبادل یونی (Ion Exchange)

• هدف: حذف یون‌های فلزی (مانند کلسیم، منیزیم، نیترات).

• مواد: رزین‌های تبادل یونی (کاتیونی یا آنیونی).

• واحدها:

  • ستون تبادل یونی: پر از رزین.

  • سیستم احیا: استفاده از اسید (HCl) یا نمک (NaCl) برای احیای رزین.

• محاسبات:

  • ظرفیت رزین: (eq/L)=۱۰۰۰/(بار یونی (meq/g)×چگالی رزین (g/L)(eq/L))

  • زمان چرخه: (h)=(بار یونی ورودی (eq/h))/(ظرفیت رزین (eq/L)×حجم رزین (L))​.

۲.۵. گندزدایی (Disinfection)

• هدف: حذف پاتوژن‌ها (باکتری‌ها، ویروس‌ها).

• مواد شیمیایی:

  • کلر، دی اکسید کلر، ازن، UV.

• واحدها:

  • مخزن تماس کلر: زمان تماس ۱۵–۳۰ دقیقه.

  • سیستم UV: لامپ‌های فرابنفش در کانال.

• محاسبات:

  • CT Value: CT=غلظت (mg/L)×زمان تماس (min)

  • دوز UV: (mJ/cm²)=((s)سطح (cm²))/(انرژی لامپ (W)×زمان)

۳. ساخت و شیوه اجرا

۳.۱. مراحل ساخت واحدهای شیمیایی

۱. طراحی:

• تعیین دوز مواد شیمیایی بر اساس آنالیز فاضلاب.

• انتخاب جنس تجهیزات (فولاد ضدزنگ، PVC، بتن پوشش‌دار).
  ۲. ساخت:

• نصب مخازن اختلاط، پمپ‌های تزریق، و سیستم‌های کنترل.

• ساخت راکتورهای مقاوم در برابر خوردگی (برای اسیدها یا بازها).
  ۳. راه‌اندازی:

• کالیبراسیون پمپ‌های تزریق و سنسورهای pH/ORP.

• تست عملکرد با دوزهای پایین و افزایش تدریجی.

۳.۲. چالش‌های اجرایی

• خوردگی تجهیزات: استفاده از مواد مقاوم مانند Hastelloy یا تفلون.

• مدیریت پسماندهای شیمیایی: جمع‌آوری و دفع لجن‌های خطرناک مطابق استانداردهای EPA.

• اتوماسیون: نصب سیستم‌های کنترل پی‌السی (PLC) برای تنظیم دوز.

۴. مثال کاربردی

• تصفیه فاضلاب صنعتی حاوی کروم:

  • مراحل:
    ۱. تنظیم pH به ۲–۳ با اسید سولفوریک.
    ۲. اکسیداسیون کروم III به VI با بی‌سولفیت سدیم.
    ۳. رسوب‌سازی با آهک در pH ≈ ۸.۵.
    ۴. فیلتراسیون و دفع لجن.

  • مواد مصرفی: H₂SO₄, NaHSO₃, Ca(OH)₂.

۵. ملاحظات زیست‌محیطی

• کاهش مصرف مواد شیمیایی: بازیافت مواد (مانند احیای رزین).

• استانداردهای خروجی: رعایت حد مجاز BOD، COD، TSS و فلزات سنگین.

• انرژی‌دهی سبز: استفاده از اکسیدان‌های طبیعی یا انرژی خورشیدی در AOPs.

تصفیه شیمیایی یک ابزار قدرتمند برای حذف آلاینده‌های پیچیده است، اما نیاز به طراحی دقیق، مدیریت مواد شیمیایی و رعایت الزامات ایمنی دارد. انتخاب روش مناسب به نوع آلاینده، هزینه و مقررات محلی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع تصفیه بیولوژیک فاضلاب، واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. انواع روش‌های تصفیه بیولوژیکی

تصفیه بیولوژیکی از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه مواد آلی فاضلاب استفاده می‌کند. روش‌های اصلی عبارتند از:

• ۱.۱. سیستم لجن فعال (Activated Sludge Process):

  • مکانیسم: هوادهی فاضلاب همراه با مخلوط میکروارگانیسم‌ها (لجن فعال) برای تجزیه مواد آلی.

  • واحدها:

    • مخزن هوادهی (Aeration Tank): تزریق اکسیژن و مخلوط‌سازی.

    • حوضچه ته‌نشینی ثانویه (Secondary Clarifier): جداسازی لجن از آب تصفیه‌شده.

    • بازگردش لجن (Return Activated Sludge): بازگرداندن بخشی از لجن به مخزن هوادهی.

• ۱.۲. راکتور بیوفیلمی (Biofilm Reactors):

  • مکانیسم: رشد میکروارگانیسم‌ها بر روی سطح بستر (مثل سنگ، پلاستیک یا رسانه‌های مصنوعی).

  • انواع:

    • فیلترهای چکنده (Trickling Filters): پاشش فاضلاب بر روی بستر سنگی یا پلاستیکی.

    • راکتور بیولوژیکی با بستر متحرک (MBBR): استفاده از رسانه‌های شناور در مخزن هوادهی.

    • راکتور بیوفیلم غشایی (MBBR Hybrid): ترکیب بیوفیلم و لجن فعال.

• ۱.۳. لاگون‌های هوازی و بی‌هوازی (Aerobic & Anaerobic Lagoons):

  • هوازی: استفاده از اکسیژن طبیعی یا مکانیکی برای تجزیه مواد آلی.

  • بی‌هوازی: تجزیه مواد آلی در غیاب اکسیژن و تولید بیوگاز (متان).

• ۱.۴. سیستم‌های رشد چسبیده (Attached Growth Systems):

  • مثال: فیلترهای بیولوژیکی چرخان (RBC) یا بسترهای ثابت.

۲. محاسبات کلیدی

۲.۱. سیستم لجن فعال

• زمان ماند هیدرولیکی (HRT):
  HRT=V/Q​

  • V: حجم مخزن هوادهی (m³)، QQ: دبی فاضلاب (m³/day).

• زمان ماند سلولی (SRT):
  SRT=(V×X)/(Qw×Xw)​

  • X: غلظت لجن در مخزن هوادهی (mg/L)، QwQw​: دبی تخلیه لجن (m³/day).

• بارگذاری آلی (F/M Ratio):
  (F/M=(Q×S)/(V×X​​

  • S0​: BOD ورودی (mg/L).

• نیاز اکسیژن (OUR):
  OUR=Q×(S0−Se)×1.42  (kg O₂/day)

۲.۲. فیلتر چکنده

• بارگذاری هیدرولیکی (HLR):
  HLR=Q/A  (m³/m²/day)

  • A: سطح فیلتر (m²).

• بارگذاری آلی (OLR):
  OLR=(Q×S0)/A  (kg BOD/m²/day).

۲.۳. لاگون بی‌هوازی

• زمان ماند (HRT): ۲۰–۵۰ روز.

• بارگذاری آلی (OLR): ۱–۵ kg COD/m³/day.

۳. ساخت و تجهیزات

۳.۱. سیستم لجن فعال

• مخزن هوادهی:

  • جنس: بتن مسلح یا فولاد ضدزنگ.

  • هواده‌ها: دیفیوزرهای حباب ریز (Fine Bubble) یا هواده‌های سطحی.

• حوضچه ته‌نشینی:

  • اسکریپر لجن: سیستم مکانیکی برای جمع‌آوری لجن.

• پمپ‌ها: انتقال لجن بازگردشی و مازاد.

۳.۲. فیلتر چکنده

• بستر: سنگ آهک، پلاستیک یا رسانه‌های مصنوعی با سطح ویژه بالا.

• سیستم پاشش: نازل‌های چرخان یا ثابت.

• زیرسازی: لایه زهکشی برای جمع‌آوری آب تصفیه‌شده.

۳.۳. راکتور MBBR

• رسانه‌های شناور: پلیاتیلن با سطح ویژه ۵۰۰–۸۰۰ m²/m³.

• مخزن: فولاد یا بتن با سیستم هوادهی.

۴. شیوه اجرا

۴.۱. مراحل اجرای سیستم لجن فعال

۱. مطالعات اولیه: آنالیز فاضلاب (BOD، TSS، دما).
۲. طراحی: تعیین حجم مخزن هوادهی، زمان ماند و بارگذاری.
۳. ساخت:

• بتن‌ریزی مخزن هوادهی و نصب دیفیوزرها.

• نصب سیستم کنترل هوادهی (DO ≥ 2 mg/L).
  ۴. راه‌اندازی:

• تلقیح لجن فعال از یک سیستم موجود.

• تنظیم دبی بازگردش لجن (معمولاً ۳۰–۵۰٪ دبی ورودی).
  ۵. نگهداری:

• مانیتورینگ مداوم DO، MLSS و SVI.

• تخلیه لجن مازاد برای حفظ SRT.

۴.۲. مراحل اجرای فیلتر چکنده

۱. آماده‌سازی بستر: نصب لایه زهکشی و رسانه بیولوژیکی.
۲. نصب سیستم پاشش: تنظیم فشار و الگوی پاشش.
۳. راه‌اندازی: رشد بیوفیلم بر روی رسانه (۲–۴ هفته).
۴. نگهداری: شستشوی دوره‌ی بستر برای جلوگیری از گرفتگی.

۵. چالش‌ها و راهکارها

• کف کردن (Foaming):

  • راهکار: افزودن مواد ضدکف یا تنظیم SRT.

• شناورشدن لجن (Bulking):

  • راهکار: افزایش اکسیژن یا افزودن مواد منعقدکننده.

• بوی نامطبوع:

  • راهکار: استفاده از سیستم‌های پوشش یا بیوفیلترهای بو.

۶. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی برای یک سیستم لجن فعال:

  • دبی فاضلاب: ۱۰۰۰ m³/day.

  • BOD ورودی: ۳۰۰ mg/L.

  • حجم مخزن هوادهی: V=(Q×SRT)/X=(۱۰۰۰×۱۰)/۳۰۰۰=۳.۳ مترمکعب

  • نیاز اکسیژن: ۱۰۰۰×(۳۰۰−۳۰)×1.42=۳۸۳ kg O₂/day.

۷. ملاحظات زیست‌محیطی

• تولید بیوگاز: در سیستم‌های بی‌هوازی، جمع‌آوری متان برای تولید انرژی.

• مدیریت لجن: خشک‌کردن، کمپوست یا سوزاندن با رعایت استانداردهای EPA.

تصفیه بیولوژیکی هسته اصلی سیستم‌های تصفیه فاضلاب است و انتخاب روش مناسب به عواملی مانند دبی، کیفیت فاضلاب، فضای موجود و هزینه‌های عملیاتی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

ته‌نشینی فاضلاب: روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. هدف ته‌نشینی

ته‌نشینی (Sedimentation) فرآیندی برای جداسازی ذرات معلق (جامدات، چربی‌ها و مواد آلی) از فاضلاب با استفاده از نیروی گرانش است. این فرآیند در حوضچه‌های ته‌نشینی (Clarifiers) انجام می‌شود و دو هدف اصلی دارد:

• کاهش بار آلودگی (BOD و TSS) قبل از ورود به مراحل بیولوژیکی.

• جمع‌آوری لجن اولیه (Primary Sludge) یا لجن ثانویه (Secondary Sludge).

۲. انواع حوضچه‌های ته‌نشینی

۱. ته‌نشینی اولیه (Primary Sedimentation):

• قبل از فرآیندهای بیولوژیکی برای حذف ذرات درشت.

• زمان ماند: ۱.۵–۲.۵ ساعت.

• راندمان: کاهش ۵۰–۷۰٪ TSS و ۲۵–۴۰٪ BOD.

۲. ته‌نشینی ثانویه (Secondary Sedimentation):

• پس از فرآیندهای بیولوژیکی (مانند لجن فعال) برای جداسازی بیومس.

• زمان ماند: ۲–۴ ساعت.

• راندمان: کاهش ۸۵–۹۵٪ TSS.

۳. ته‌نشینی شیمیایی (Chemical Sedimentation):

• افزودن مواد منعقدکننده (مانند آلوم یا پلیمر) برای بهبود ته‌نشینی.

۳. روش‌های طراحی و محاسبات

محاسبات کلیدی

۱. سرعت ته‌نشینی (Stokes Law):

vs=(g(ρp−ρw)d²)/18μ

• vs​: سرعت ته‌نشینی (m/s).

• ρp​: چگالی ذره (kg/m³).

• ρf​: چگالی فاضلاب (≈۱۰۰۰ kg/m³).

• d: قطر ذره (m).

• μ: ویسکوزیته دینامیکی آب (≈۰.۰۰۱ Pa.s).

۲. سطح بارگذاری (Surface Loading Rate):
SLR=Q/A​

• Q: دبی فاضلاب (m³/day).

• A: سطح مقطع حوضچه (m²).

• مقادیر استاندارد:

  • ته‌نشینی اولیه: ۳۰–۵۰ m³/m²/day.

  • ته‌نشینی ثانویه: ۱۵–۳۰ m³/m²/day.

۳. زمان ماند هیدرولیکی (Detention Time):
t=V/Q​

• VV: حجم حوضچه (m³).

۴. مقدار لجن تولیدی:

• ته‌نشینی اولیه: ۰.۱–۰.۳ kg TSS/kg فاضلاب.

• ته‌نشینی ثانویه: ۰.۳–۰.۶ kg TSS/kg فاضلاب.

۴. ساخت و تجهیزات

اجزای اصلی حوضچه ته‌نشینی

• ورودی (Inlet Zone):

  • بافل (Baffle): توزیع یکنواخت جریان.

• ناحیه ته‌نشینی (Settling Zone):

  • سطح صاف با شیب ۱:۱۰۰ به سمت تله لجن.

• خروجی (Outlet Zone):

  • سرریزهای دندانه‌ای (Weirs) برای جمع‌آوری آب تصفیه‌شده.

• سیستم جمع‌آوری لجن:

  • اسکریپر (Scraper): جمع‌آوری لجن از کف.

  • پمپ لجن (Sludge Pump): انتقال لجن به مخزن.

مواد اولیه:

• بدنه: بتن مسلح یا فولاد ضدزنگ.

• تجهیزات مکانیکی: اسکریپرهای زنجیری یا پنوماتیک.

۵. شیوه اجرا

۱. مطالعات اولیه:

• آنالیز فاضلاب (TSS، دبی، دمای فاضلاب).

• طراحی ابعاد حوضچه بر اساس استانداردهای ASCE یا EPA.

۲. ساخت حوضچه:

• حفاری زمین، قالب‌بندی بتن و نصب سرریزها.

• نصب سیستم اسکریپر و پمپ لجن.

۳. نصب سیستم ورودی و خروجی:

• تنظیم زاویه بافل برای جلوگیری از جریان کوتاه (Short-Circuiting).

۴. تست عملکرد:

• بررسی توزیع جریان و راندمان ته‌نشینی.

• تنظیم سرعت اسکریپر بر اساس مقدار لجن.

۵. نگهداری:

• بازرسی ماهانه اسکریپر و پمپ.

• شستشوی سرریزها برای جلوگیری از گرفتگی.

۶. چالش‌ها و راهکارها

• جریان کوتاه (Short-Circuiting):

  • راهکار: نصب بافل‌های اضافی یا اصلاح هندسه ورودی.

• شناورشدن لجن (Sludge Bulking):

  • راهکار: افزودن مواد منعقدکننده یا تنظیم pH.

• تجمع چربی (Scum Accumulation):

  • راهکار: نصب اسکیمر (Scum Skimmer) برای جمع‌آوری چربی.

۷. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی برای حوضچه اولیه:

  • دبی فاضلاب: ۱۰۰۰ m³/day.

  • سطح بارگذاری مجاز: ۴۰ m³/m²/day.

  • سطح مورد نیاز: A=۴۰*۱۰۰۰​=۲۵m².

  • ابعاد: قطر ۶ متر، عمق ۳ متر.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت لجن:

  • هضم بی هوازی (Anaerobic Digestion) برای کاهش حجم و تولید بیوگاز.

  • خشک‌کردن لجن و استفاده در کشاورزی (در صورت عدم وجود فلزات سنگین).

• کاهش مصرف انرژی:

  • استفاده از اسکریپرهای با موتورهای IE4 یا سیستم‌های خورشیدی.

ته‌نشینی یکی از پایه‌ای‌ترین مراحل تصفیه فاضلاب است که راندمان آن به طراحی دقیق و نگهداری منظم بستگی دارد. انتخاب نوع حوضچه (مستطیلی، دایره‌ای یا لاملا) به عوامل فنی و اقتصادی پروژه مرتبط است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب