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

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

دانه‌گیری فاضلاب: روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. هدف دانه‌گیری

حذف ذرات معدنی و سنگین (مانند شن، ماسه، سنگ‌ریزه، و خرده‌شیشه) از فاضلاب برای:

• جلوگیری از سایش پمپ‌ها و تجهیزات.

• کاهش حجم لجن در مراحل بعدی تصفیه.

• افزایش راندمان فرآیندهای بیولوژیکی.

۲. انواع سیستم‌های دانه‌گیری

۱. حوضچه‌های دانه‌گیری با جریان افقی (Horizontal Flow Grit Chambers):

• مکانیسم: کاهش سرعت جریان برای ته‌نشینی ذرات سنگین.

• سرعت بهینه: ۰.۲–۰.۳ m/s (برای ته‌نشینی ذرات با چگالی ≥۲.۶۵ g/cm³).

• زمان ماند: ۱–۳ دقیقه.

۲. حوضچه‌های هوادهی (Aerated Grit Chambers):

• مکانیسم: تزریق هوا برای ایجاد جریان مارپیچی و جداسازی ذرات.

• مزایا: جداسازی بهتر مواد آلی از معدنی.

• نرخ هوادهی: ۰.۱۵–۰.۳ m³ هوا به ازای هر مترمکعب فاضلاب.

۳. حوضچه‌های گردابی (Vortex Grit Chambers):

• مکانیسم: ایجاد گردابه با استفاده از جریان مماسی.

• سرعت چرخش: ۱–۱.۵ m/s.

• قطر مخزن: ۳–۶ متر.

۴. دانه‌گیرهای مکانیکی (Mechanical Grit Separators):

• مکانیسم: استفاده از صفحات چرخان یا نوار نقاله برای جمع‌آوری دانه.

• سرعت چرخش: ۵–۲۰ دور در دقیقه.

۳. محاسبات کلیدی

۱. محاسبه سرعت ته‌نشینی (Stokes Law):

vs=(g(ρp−ρw)d²)/18μ

• vs​: سرعت ته‌نشینی (m/s).

• ρp​: چگالی ذره (kg/m³).

• ρw​: چگالی آب (≈۱۰۰۰ kg/m³).

• d: قطر ذره (m).

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

۲. تعیین ابعاد حوضچه (Camp’s Equation):
(L=(Q×H)/(vs×W​

• L: طول حوضچه (m).

• Q: دبی فاضلاب (m³/s).

• H: عمق آب (m).

• W: عرض حوضچه (m).

۳. مقدار دانه تولیدی:

• بر اساس جمعیت: ۰.۰۰۵–۰.۰۲ m³/روز به ازای هر ۱۰۰۰ نفر.

• بر اساس دبی: ۱–۴.۵ m³ دانه به ازای هر میلیون مترمکعب فاضلاب.

۴. ساخت و تجهیزات

۱. مواد اولیه:

• بدنه: بتن مسلح یا فولاد ضدزنگ.

• سیستم هوادهی: دیفیوزرهای لاستیکی یا استیل.

• سیستم جمع‌آوری دانه: اسکریپر (Scraper)، پمپ یا نوار نقاله.

۲. اجزای اصلی:

• ورودی و خروجی: دریچه‌های کنترل سرعت.

• تله دانه (Grit Hopper): مخزن ذخیره دانه در کف حوضچه.

• واحد شستشو (Grit Washer): جداسازی مواد آلی از دانه.

۵. شیوه اجرا

۱. مطالعات اولیه:

• اندازه‌گیری دبی فاضلاب و آنالیز ذرات.

• انتخاب نوع دانه‌گیر بر اساس شرایط سایت.

۲. ساخت حوضچه:

• حفر زمین و قالب‌بندی بتن با شیب کف ۱:۱۰۰ تا ۱:۵۰.

• نصب سیستم هوادهی یا گردابی.

۳. نصب تجهیزات:

• مونتاژ سیستم جمع‌آوری دانه (اسکریپر یا پمپ).

• اتصال سیستم کنترل سرعت جریان (سرریزها یا دریچه‌ها).

۴. تست عملکرد:

• بررسی سرعت جریان و راندمان جداسازی.

• تنظیم نرخ هوادهی یا زاویه ورودی در حوضچه‌های گردابی.

۵. نگهداری:

• تخلیه دوره‌ای تله دانه (روزانه یا هفتگی).

• تمیزکردن صفحات یا نوار نقاله از رسوبات.

۶. چالش‌ها و راهکارها

• جمع‌آوری ناقص دانه:

  • راهکار: افزایش زمان ماند یا تنظیم سرعت جریان.

• اختلاط مواد آلی با دانه:

  • راهکار: افزودن واحد شستشوی دانه با آب تمیز.

• خوردگی تجهیزات:

  • راهکار: استفاده از فولاد ضدزنگ یا پوشش اپوکسی.

۷. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی برای حوضچه هوادهی:

  • دبی فاضلاب: ۰.۵ m³/s.

  • زمان ماند: ۲ دقیقه.

  • حجم حوضچه:۰.۵×۱۲۰=۶۰m³.

  • ابعاد: طول ۱۰ متر، عرض ۳ متر، عمق ۲ متر.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت دانه:

  • شستشو و دفن بهداشتی یا استفاده در پروژه‌های عمرانی.

• کاهش مصرف انرژی:

  • استفاده از موتورهای با راندمان بالا (IE3/IE4).

دانه‌گیری یک مرحله حیاتی در تصفیه فاضلاب است که از آسیب به تجهیزات و کاهش راندمان فرآیندها جلوگیری می‌کند. انتخاب روش مناسب به عواملی مانند دبی فاضلاب، فضای موجود، و هزینه‌های عملیاتی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع آشغالگیر در تصفیه خانه آب و فاضلاب: روشها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. انواع آشغالگیرها

آشغالگیرها برای حذف مواد جامد درشت و ریز از فاضلاب یا آب خام استفاده میشوند. انواع اصلی عبارتند از:

• آشغالگیرهای درشت (Coarse Screens):

  • میله‌ای (Bar Screens): میله‌های فلزی با فاصله ۲۰–۱۰۰ میلیمتر.

  • دستی (Manual): تمیزکردن دستی با شنکش.

  • مکانیکی (Mechanical): تمیزکردن خودکار با دستگاههای رنده یا تسمه.

• آشغالگیرهای ریز (Fine Screens):

  • تور سیمی (Wire Mesh Screens): فاصله چشمه ۱–۱۰ میلیمتر.

  • درام چرخان (Rotary Drum Screens): غربالگری با چرخش درام.

  • استپ اسکرین (Step Screens): صفحات متحرک برای جداسازی ذرات ریز.

• آشغالگیرهای میکرو (Micro Screens):

  • غشایی (Membrane Screens): فیلتراسیون ذرات تا ۱ میکرون.

  • تیغه‌ای (Band Screens): برای حذف الیاف و مواد معلق.

۲. روشهای طراحی و انتخاب

• انتخاب بر اساس اندازه ذرات:

  • Coarse Screens: حذف شاخه، زباله، و مواد درشت.

  • Fine Screens: حذف شن، ماسه، و مواد آلی ریز.

• مکانیسم تمیزکاری:

  • خودکار (Auto-Cleaning): استفاده از برس، آب پرفشار، یا ویبره.

  • دستی (Manual): در تصفیه خانه‌های کوچک.

• جهت نصب:

  • شیبدار (Inclined): افزایش راندمان جداسازی.

  • عمودی (Vertical): صرفه‌جویی در فضا.

۳. محاسبات کلیدی

• محاسبه سطح بازشو (Opening Area):
  A=Q/(V×ϵ)​

  • Q=دبی فاضلاب (m³/s)

  • V=سرعت جریان در آشغالگیر (۰.۳–۰.۶ m/s)

  • ϵ=ضریب باز بودن (۰.۵–۰.۷)

افت فشار (Head Loss):

• hL=β×(V2/2g)×(w/b)4/3×sin⁡θ

• β=ضریب تجربی (۱.۷–۲.۹)

• w=ضخامت میله، b=فاصله میله‌ها، θ=زاویه شیب

• راندمان جداسازی:
  η=(Ci−Co)/Ci×100

  • Ci=غلظت ذرات ورودی، Co=غلظت خروجی

۴. ساخت و تجهیزات

• مواد اولیه:

  • فولاد ضدزنگ (Stainless Steel): برای مقاومت در برابر خوردگی.

  • پلیمرهای مقاوم (HDPE, PVC): برای محیط‌های شیمیایی.

• اجزای اصلی:

  • قاب (Frame): سازه نگهدارنده میله‌ها یا تور.

  • سیستم انتقال زباله (Conveyor): نوار نقاله برای جمع‌آوری آشغال.

  • موتور و گیربکس: برای سیستم‌های مکانیکی.

• کنترلرهای هوشمند:

  • تنظیم سرعت چرخش بر اساس میزان بارگذاری.

۵. شیوه اجرا

۱. مطالعات اولیه:

• اندازه‌گیری دبی، آنالیز ذرات، و تعیین نوع آشغالگیر.

• طراحی ابعاد و شیب بر اساس استانداردهای ASCE یا EPA.

۲. ساخت و نصب:

• جوشکاری قاب و نصب میله‌ها/تور با دقت میلیمتری.

• نصب سیستم انتقال زباله و موتورهای محرک.

۳. اتصال به سیستم هیدرولیک:

• تنظیم سرعت جریان و فشار آب شستشو.

۴. تست عملکرد:

• بررسی افت فشار، راندمان جداسازی، و سیستم تمیزکاری.

• اصلاح زاویه شیب یا فاصله میله‌ها در صورت نیاز.

۵. نگهداری:

• روغن‌کاری دوره‌ای موتورها.

• بازرسی ماهانه برای جلوگیری از گرفتگی.

۶. چالش‌ها و راهکارها

• گرفتگی (Clogging):

  • راهکار: افزایش فرکانس تمیزکاری یا استفاده از آب پرفشار.

• سایش میله‌ها (Abrasion):

  • راهکار: استفاده از پوشش‌های سخت (مثل کاربید تنگستن).

• بوگیری (Odor Control):

  • راهکار: نصب سیستم‌های تهویه یا اسپری مواد خنثی‌کننده.

۷. مثال کاربردی

• آشغالگیر میله‌ای مکانیکی در تصفیه خانه فاضلاب:

  • قطر میله: ۱۰ میلیمتر، فاصله میله‌ها: ۲۵ میلیمتر.

  • سرعت جریان: ۰.۴۵ m/s.

  • افت فشار مجاز: کمتر از ۱۵۰ میلیمتر.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت پسماند:

  • خردکن (Shredder): کاهش حجم زباله‌های جمع‌آوریشده.

  • کمپوست یا دفن بهداشتی: برای مواد آلی.

• کاهش مصرف انرژی:

  • استفاده از موتورهای IE3 یا IE4 با راندمان بالا.

آشغالگیرها اولین خط دفاعی در تصفیه خانه‌ها هستند و طراحی دقیق آنها برای جلوگیری از آسیب به پمپ‌ها و تجهیزات بعدی ضروری است. انتخاب نوع آشغالگیر به پارامترهایی مانند دبی، نوع آلاینده‌ها، و هزینه نگهداری بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فرابنفش در تصفیه آب: مکانیزم اثر، از بین بردن باکتریها، محاسنه میزان تزریق و طراحی واحد

۱. مکانیزم اثر فرابنفش (UV)

• نوع UV مؤثر: پرتوهای UV-C (طول موج ۲۰۰–۲۸۰ نانومتر، بهویژه ۲۵۴ نانومتر) دارای خاصیت گندزدایی هستند.

• تأثیر بر میکروارگانیسمها: UV-C باعث ایجاد تیمین دایمر در DNA/RNA میکروبها میشود. این آسیب از تکثیر و عملکرد میکروارگانیسمها جلوگیری میکند و آنها را غیرفعال میسازد (غیر کشنده اما غیرفعال کننده).

۲. از بین بردن باکتری ها و عوامل بیماریزا

• دوز مؤثر (UV Dose):
  دوز UV بر حسب mJ/cm² محاسبه میشود و به عوامل زیر وابسته است:

  • شدت پرتو (Intensity): بر حسب mW/cm².

  • زمان تماس (Exposure Time): مدت تابش پرتو به آب.

  • شفافیت آب (UV Transmittance): آب های کدر یا حاوی ذرات، پرتو UV را جذب یا پراکنده میکنند و کارایی را کاهش میدهند.

  • نوع پاتوژن:

    • باکتری ها (مانند E. coli): ۳۰–۴۰ mJ/cm².

    • ویروس ها (مانند هپاتیت A): ۵۰–۱۰۰ mJ/cm².

    • کیست ها (مانند ژیاردیا): ۱۰–۲۰ mJ/cm².

۳. محاسبه دوز تزریق UV

• فرمول پایه:

  دوز (mJ/cm²)=شدت (mW/cm²)×زمان تماس (ثانیه)

• تأثیر شفافیت آب:
  دوز مؤثر با ضریب UVT (UV Transmittance) اصلاح میشود. برای مثال، اگر UVT آب ۸۰٪ باشد، شدت پرتو مؤثر ۸۰٪ مقدار اسمی است.

• روش طراحی استاندارد:
  استانداردهای EPA یا WHO دوزهای حداقلی را تعیین میکنند (مثلاً ۴۰ mJ/cm² برای باکتری ها).

• مثال محاسباتی:
  اگر شدت لامپ ۱۰۰ mW/cm²، زمان تماس ۱۰ ثانیه، و UVT آب ۹۰٪ باشد:

  دوز مؤثر=۱۰۰×۰.۹×۱۰=۹۰۰ mJ/cm².

۴. طراحی واحد فرابنفش

• پارامترهای کلیدی:

  • دبی آب (Flow Rate): تعیین کننده ابعاد محفظه و تعداد لامپ ها.

  • نوع لامپ:

    • لامپ کم فشار (LP): تابش تک طول موج (۲۵۴ نانومتر)، مصرف انرژی پایین.

    • لامپ پرفشار (MP): طیف گسترده تر، شدت بالاتر، مناسب برای دبی های بالا.

  • چیدمان لامپها: محفظه های استوانهای با لامپ های موازی برای پوشش یکنواخت.

  • پوشش کوارتز: محافظ لامپ ها از رسوب و خوردگی.

• پیش تصفیه آب:

  • فیلتراسیون (حذف ذرات > ۵ میکرون) برای جلوگیری از سایه اندازی روی میکروب ها.

  • نرمکنندگی آب برای کاهش رسوب کلسیم روی پوشش کوارتز.

• سیستم های مانیتورینگ:

  • سنسورهای UV برای سنجش شدت پرتو.

  • سیستم های هشدار برای خرابی لامپ یا کاهش دوز.

• ملاحظات ایمنی:

  • محفظه های کاملاً بسته با قفل ایمنی برای جلوگیری از تماس مستقیم با پرتو UV.

۵. چالشها و راهکارها

• کدورت آب: کاهش UVT → نیاز به پیش فیلتراسیون.

• رسوب روی لامپ ها: تمیزکردن دورهای پوشش کوارتز با اسید یا مواد شوینده.

• تأیید عملکرد: استفاده از بیودوزیمتری (مانند استفاده از باکتریهای شاخص مانند MS2 فاژ) برای اطمینان از دوز مؤثر.

۶. جمع بندی

سیستم های UV بهعنوان روشی فیزیکی و بدون مواد شیمیایی، برای گندزدایی آب کاربرد گستردهای دارند. طراحی مناسب نیازمند محاسبه دقیق دوز، پیش تصفیه آب، و انتخاب لامپ ها و محفظه های متناسب با دبی و کیفیت آب است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

کاربردهای فناوری نانو در تصفیه آب، روش انتخاب و محاسبات میزان استفاده

فناوری نانو با استفاده از مواد و ساختارهای در ابعاد نانومتری (۱ تا ۱۰۰ نانومتر)، تحول بزرگی در حوزه تصفیه آب ایجاد کرده است. این فناوری با افزایش سطح فعال، راندمان بالا و قابلیت هدفگیری آلایندههای خاص، جایگزین مناسبی برای روشهای سنتی است. در زیر به بررسی کاربردها، معیارهای انتخاب و روشهای محاسبه پرداخته میشود:

۱. کاربردهای اصلی فناوری نانو در تصفیه آب

الف) نانوجاذبها (Nano-adsorbents)

• مواد مورد استفاده:

  • نانوذرات اکسید آهن (Fe₃O₄)، نانوذرات سریم (CeO₂)، نانوکربن فعال.

• کاربردها:

  • حذف فلزات سنگین (سرب، آرسنیک، کادمیوم).

  • جذب رنگها و مواد آلی از پساب صنعتی.

ب) نانوکاتالیستها (Nano-catalysts)

• مواد مورد استفاده:

  • نانوذرات TiO₂ (فتوکاتالیست)، نانوذرات آهن صفرظرفیتی (nZVI).

• کاربردها:

  • تجزیه آلایندههای آلی مقاوم (مثل آفتکشها، داروها) تحت نور UV.

  • کاهش ترکیبات نیتروژنی (نیترات به نیتروژن گازی).

ج) نانوفیلترها و غشاها (Nanofiltration Membranes)

• مواد مورد استفاده:

  • نانولولههای کربنی، گرافن اکسید، نانوکامپوزیتهای پلیمری.

• کاربردها:

  • نمکزدایی آب دریا (Desalination).

  • حذف ویروسها، باکتریها و یونهای چندظرفیتی.

د) نانوحسگرها (Nanosensors)

• مواد مورد استفاده:

  • نانوذرات طلا، کوانتوم داتها.

• کاربردها:

  • تشخیص لحظهای آلایندهها (فلزات سنگین، پاتوژنها).

۲. معیارهای انتخاب روش نانو برای تصفیه آب

انتخاب روش مناسب به نوع آلاینده، غلظت آن، هزینه و مقیاسپذیری بستگی دارد:

روش نانوآلاینده هدفمزایامعایب

نانوجاذبهافلزات سنگین، مواد آلیانتخابگری بالا، هزینه کمنیاز به بازیابی مواد

نانوکاتالیستهاآلایندههای آلی، نیتراتهاتجزیه کامل آلایندههانیاز به نور/انرژی

نانوفیلترهانمکها، ویروسها، باکتریهاراندمان بالاهزینه اولیه بالا

نانوحسگرهاتشخیص آلایندههادقت بالا، پاسخ سریعمحدودیت در میدان عملیاتی

نکات کلیدی در انتخاب:

۱. نوع آلاینده:

• برای فلزات سنگین → نانوجاذبهای اکسید فلزی.

• برای آلایندههای آلی مقاوم → نانوکاتالیستهای TiO₂.

• برای نمکزدایی → غشاهای گرافن اکسید.

۲. غلظت آلاینده:

• غلظتهای بسیار کم (ppb) → نانوحسگرها.

• غلظتهای بالا → نانوجاذبها یا نانوکاتالیستها.

۳. هزینه و مقیاسپذیری:

• سیستمهای نانوفیلتراسیون برای مقیاسهای بزرگ هزینهبر هستند.

• نانوذرات آهن صفرظرفیتی (nZVI) برای تصفیه خاک و آبهای زیرزمینی مقرونبهصرفهاند.

۳. روشهای محاسبه میزان استفاده از فناوری نانو

الف) محاسبه دوز نانوجاذبها

• بر اساس ظرفیت جذب:

  مقدار نانوجاذب (mg)=(C0​×V)/qe​

  • C0​: غلظت اولیه آلاینده (mg/L).

  • V: حجم آب (L).

  • qe​: ظرفیت جذب نانوجاذب (mg/g) از آزمایشهای ایزوترم (Langmuir/Freundlich).

• مثال:
  برای حذف سرب (C0=10 mg/LC0​=10mg/L) از ۱۰۰۰ لیتر آب با نانوذرات Fe₃O₄ (qe=50 mg/gqe​=50mg/g):

  مقدار نانوجاذب=/50(10×1000)​=200g.

ب) محاسبه راندمان نانوکاتالیستها

• نرخ تجزیه آلاینده:

  راندمان (%)=(1−C0/​Ct​​)×100

  • Ct​: غلظت آلاینده در زمان t.

• زمان مورد نیاز برای تجزیه:

  t=kln(C0​/Ct​)​

  • k: ثابت نرخ واکنش (از دادههای آزمایشگاهی).

ج) محاسبه شار عبوری در نانوفیلترها

• معادله شار:

  J=Q/A​

  • J: شار عبوری (L/m².h).

  • Q: دبی آب تصفیهشده (L/h).

  • A: سطح غشا (m²).

۴. چالشها و ملاحظات

• سمیت نانوذرات: برخی نانوذرات (مثل نانولولههای کربنی) ممکن است برای محیط زیست خطرناک باشند.

• هزینه تولید: سنتز نانوذرات با خلوص بالا هزینهبر است.

• بازیابی مواد: نیاز به روشهای جداسازی مانند مغناطیس (برای نانوذرات Fe₃O₄) یا فیلتراسیون.

۵. نمونههای عملی و فناوریهای نوین

• غشاهای گرافن اکسید: راندمان ۹۹٪ در نمکزدایی با مصرف انرژی کم.

• نانوذرات nZVI: تزریق به آبهای زیرزمینی برای کاهش کروم ششظرفیتی به کروم سهظرفیتی.

• نانوحسگرهای کربنی: تشخیص سریع آرسنیک در آبهای روستایی.

۶. جمع بندی

• انتخاب روش:

  • برای فلزات سنگین → نانوجاذب های اکسید فلزی.

  • برای آلاینده های آلی → نانوکاتالیستهای TiO₂ یا nZVI.

  • برای نمکزدایی → غشاهای نانولوله کربنی.

• محاسبات:

  • دوز نانوجاذب بر اساس ایزوترم جذب.

  • راندمان نانوکاتالیستها با استفاده از سینتیک واکنش.

فناوری نانو با وجود چالش هایی مانند هزینه و سمیت، پتانسیل بالایی برای حل بحران آب دارد. استفاده از نانوذرات زیستسازگار (مثل سلولز نانویی) و سیستم های بازیافت، آینده این فناوری را روشن تر میکند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

نمونه برداری و آزمایش فاضلاب فرایندی حیاتی برای کنترل کیفیت آب، حفظ محیط زیست، و اطمینان از انطباق با استانداردهای بهداشتی است. این فرایند شامل جمعآوری نمونه های فاضلاب و انجام آزمایشهای مختلف برای شناسایی آلایندهها و ارزیابی ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آن است. در زیر مراحل و نکات کلیدی این فرایند توضیح داده شدهاند:

۱. نمونهبرداری از فاضلاب (Sampling)
نمونه برداری باید به گونهای انجام شود که نماینده واقعی ترکیب فاضلاب باشد. روشهای رایج شامل:

الف) روشهای نمونه برداری
نمونه فوری (Grab Sample): جمعآوری یک نمونه در زمان و مکان مشخص.
مناسب برای پارامترهای ناپایدار (مانند کلر باقیمانده) یا مواقعی که تغییرات غلظت سریع است.

نمونه ترکیبی (Composite Sample): جمعآوری چند نمونه در بازههای زمانی مشخص و مخلوط کردن آنها.
مناسب برای پارامترهای میانگین (مانند BOD، COD، فلزات سنگین).

ب) نقاط نمونه برداری
ورودی و خروجی تصفیه خانه ها

نقاط انتقال فاضلاب (مانند چاهکهای بازرسی یا لوله های خروجی صنعتی)

منابع خاص آلاینده (مانند پساب صنعتی یا بیمارستانی)

ج) ملاحظات نمونهبرداری
استفاده از ظروف استریل و مناسب (مانند بطریهای شیشهای یا پلاستیکی مقاوم به مواد شیمیایی).

ثبت اطلاعات محیطی (دما، زمان، مکان، pH اولیه).

حفظ نمونه ها در دمای مناسب (معمولاً ۴°C) و انتقال سریع به آزمایشگاه.

۲. پارامترهای آزمایش فاضلاب
آزمایشها به سه دسته اصلی تقسیم میشوند:

الف) آزمایشهای فیزیکی
کدورت (Turbidity): اندازهگیری ذرات معلق.

جامدات معلق (TSS): وزن ذرات جامد در نمونه.

رنگ و بو: شناسایی آلایندههای خاص.

دما: تأثیر بر فرایندهای بیولوژیکی.

ب) آزمایشهای شیمیایی
pH: اسیدیته یا قلیایی بودن فاضلاب.

اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD): میزان اکسیژن مصرفشده توسط میکروارگانیسمها.

اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD): اندازهگیری کل مواد آلی اکسیدشدنی.

نیتروژن و فسفر: عوامل تغذیهگر (Eutrophication) در آبهای طبیعی.

فلزات سنگین (سرب، کادمیوم، جیوه): سمی و خطرناک برای محیط زیست.

هیدروکربنها و مواد آلی فرار (VOCs).

ج) آزمایشهای بیولوژیکی
تعداد کلیفرمها: شاخص آلودگی مدفوعی (مانند E. coli).

پاتوژنها (باکتریها، ویروسها، انگلها): مانند سالمونلا یا کووید-۱۹ در فاضلاب.

تست سمیت: ارزیابی اثر فاضلاب بر موجودات زنده (مثلاً با استفاده از دافنی).

۳. روشهای آزمایشگاهی
روشهای استاندارد: استفاده از پروتکلهای بینالمللی مانند ISO، APHA (کتاب Standard Methods)، یا EPA.

دستگاههای پیشرفته:

اسپکتروفتومتر برای اندازهگیری COD و نیترات.

کروماتوگرافی (GC/MS) برای شناسایی ترکیبات آلی.

PCR برای تشخیص پاتوژنهای ویروسی یا باکتریایی.

۴. نکات ایمنی
استفاده از تجهیزات حفاظت فردی (دستکش، عینک، ماسک).

اجتناب از تماس مستقیم با فاضلاب به ویژه در نمونههای بیمارستانی یا صنعتی.

ضدعفونی تجهیزات پس از استفاده.

۵. کاربردهای نتایج آزمایش
پایش محیط زیست: جلوگیری از آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی.

انطباق با قوانین: اطمینان از رعایت استانداردهای تخلیه فاضلاب (مانند استاندارد سازمان محیط زیست ایران).

بهینهسازی تصفیه خانه ها: تنظیم فرایندهای تصفیه بر اساس داده های آزمایش.

ردیابی بیماریها: نظارت بر شیوع بیماریها از طریق شناسایی پاتوژنها در فاضلاب (مانند پایش کووید-۱۹).

۶. چالشهای رایج
تغییرات سریع در ترکیب فاضلاب (به ویژه در فاضلاب صنعتی).

نیاز به تجهیزات تخصصی و نیروی انسانی آموزشدیده.

هزینه بالای آزمایشهای پیشرفته (مانند سنجش فلزات سنگین).

با انجام دقیق نمونه برداری و آزمایش فاضلاب، میتوان از سلامت اکوسیستمها و جوامع انسانی محافظت و از تحمیل جریمه های قانونی اجتناب کرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب