مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش‌های سنتی و نوین حذف بو و طعم در تصفیه آب:

۱. اهمیت حذف بو و طعم

بو و طعم نامطبوع در آب معمولاً ناشی از ترکیبات آلی (مانند جلبک‌ها، فنول‌ها)، مواد معدنی (سولفید هیدروژن، آهن)، یا محصولات جانبی فرآیندهای تصفیه (مثل کلروفرم) است. این مشکلات نه تنها کیفیت آب را کاهش می‌دهند، بلکه ممکن است نشانگر وجود آلاینده‌های خطرناک باشند.

• استانداردها: آب شرب باید فاقد بو و طعم قابل تشخیص در دمای ۲۵°C باشد.

۲. روش‌های سنتی حذف بو و طعم

الف. هوادهی (Aeration)

• مکانیسم: حذف ترکیبات فرار (مثل H₂S) با انتقال آن‌ها به فاز گازی.

• طراحی:

  • برج‌های پکینگ: افزایش سطح تماس هوا-آب با استفاده از پکینگ پلاستیکی یا سرامیکی.

  • آب‌فشان‌ها (Cascades): ایجاد آبشار برای اکسیژن‌دهی و حذف گازها.

• پارامترها:

  • زمان تماس: ۱۰–۳۰ دقیقه.

  • نسبت هوا به آب: ۵:۱ تا ۲۰:۱.

ب. جذب سطحی با کربن فعال (Activated Carbon)

• مکانیسم: جذب ترکیبات آلی و فنولی روی سطح کربن.

• انواع کربن: پودری (PAC) یا گرانولی (GAC).

• پارامترهای طراحی:

  • دوز کربن پودری: ۵–۵۰ mg/L (بسته به شدت آلودگی).

  • سرعت فیلتراسیون GAC: ۵–۱۵ m³/h/m².

ج. اکسیداسیون شیمیایی

• کلرزنی (Cl₂):

  • محدودیت: تشکیل ترکیبات جانبی (THMs) با بو و طعم نامطبوع.

• ازون (O₃):

  • مزایا: اکسیداسیون قوی و حذف ترکیبات آلی.

  • دوز: ۱–۳ mg/L.

۳. روش‌های نوین حذف بو و طعم

الف. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

• ترکیبات:

  • UV/پراکسید هیدروژن (H₂O₂): تولید رادیکال‌های OH· برای تخریب ترکیبات آلی.

  • ازون/UV: افزایش راندمان اکسیداسیون.

• پارامترها:

  • انرژی UV: ۴۰–۱۰۰ mJ/cm².

  • دوز H₂O₂: ۲–۱۰ mg/L.

ب. فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

• انواع:

  • نانوفیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس (RO): حذف ترکیبات با وزن مولکولی پایین.

• شار غشایی: ۱۰–۳۰ LMH (لیتر بر متر مربع در ساعت).

ج. بیوفیلتراسیون (Biofiltration)

• مکانیسم: استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه ترکیبات آلی.

• رسانه: شن، کربن فعال، یا پکینگ پلیمری.

• پارامترها:

  • زمان ماند: ۱–۴ ساعت.

  • pH بهینه: ۶.۵–۸.

د. فوتوکاتالیست‌ها (نانو TiO₂)

• مکانیسم: تخریب ترکیبات آلی تحت تابش UV با استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم.

• کاربرد: سیستم‌های نقطه مصرف (Point-of-Use).

۴. محاسبات کلیدی

الف. محاسبه دوز کربن فعال (PAC)

• فرمول:

  دوز (kg/day) = (غلظت ترکیب هدف (mg/L) × دبی (m³/day)) / راندمان جذب (٪)  

  • مثال: حذف ۲ mg/L ترکیب آلی با دبی ۱۰۰ m³/day و راندمان ۹۰٪ → دوز ≈ ۲۲۲ kg/day.

ب. انرژی مورد نیاز سیستم UV/H₂O₂

• فرمول:

  انرژی (kWh/m³) = (توان لامپ (W) × تعداد لامپ‌ها × زمان تابش (h)) / دبی (m³/h)  

ج. سطح مورد نیاز فیلتر GAC

• فرمول:

  سطح (m²) = دبی (m³/h) / سرعت فیلتراسیون (m/h)  

۵. طراحی سیستم‌ها

الف. سیستم کربن فعال

• اجزا:

  • مخزن تماس برای PAC یا بستر GAC.

  • سیستم شستشوی معکوس برای احیای کربن.

• مصالح: استیل ضدزنگ یا فایبرگلاس.

ب. سیستم AOPs

• تجهیزات:

  • لامپ‌های UV-C در محفظه کوارتز.

  • تزریق خودکار H₂O₂ یا ازون.

ج. سیستم بیوفیلتر

• طراحی:

  • راکتور با بستر متخلخل و سیستم هوادهی.

  • پایش مداوم DO و pH.

۶. مقایسه روش‌ها

روش مزایا معایب هزینه

کربن فعال مؤثر برای طیف وسیع ترکیبات نیاز به تعویض دوره‌ای متوسط

AOPs حذف کامل آلاینده‌ها هزینه بالای انرژی بالا

بیوفیلتر سازگار با محیط زیست زمان راه‌اندازی طولانی متوسط

نانوفیلتراسیون عدم نیاز به مواد شیمیایی هزینه نگهداری بالا بالا

۷. اجرا و چالش‌ها

• کربن فعال: مدیریت اشباع‌شدگی و دفع کربن مصرفی.

• AOPs: کنترل دقیق دوز مواد شیمیایی و انرژی.

• بیوفیلتر: حفظ شرایط بهینه برای رشد میکروارگانیسم‌ها.

• تغییرات فصلی: افزایش رشد جلبک‌ها در تابستان نیاز به تنظیم دوز اکسیدان‌ها دارد.

۸. مثال طراحی

شرایط:

• دبی آب: ۲۰۰ m³/day

• مشکل: بوی گل‌مانند ناشی از جلبک‌ها (ترکیبات ژئوسمین و MIB).

• روش انتخابی: ترکیب اکسیداسیون با ازون + فیلتر GAC.

محاسبات:

• دوز ازون: ۲ mg/L → مصرف روزانه = ۰.۴ kg/day.

• فیلتر GAC:

  • سرعت فیلتراسیون ۱۰ m/h → سطح = ۲۰۰/۲۴/۱۰ ≈ ۰.۸۳ m².

  • قطر فیلتر: ≈ ۱ متر.

تجهیزات:

• ژنراتور ازون با ظرفیت ۵۰۰ گرم/ساعت.

• فیلتر GAC با لایه ۱.۵ متری کربن گرانولی.

۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش حذف بو و طعم به عواملی مانند منشأ آلاینده، مقیاس سیستم، و هزینه بستگی دارد. روش‌های سنتی مانند کربن فعال و هوادهی برای سیستم‌های کوچک مناسب هستند، در حالی که فناوری‌های نوین مانند AOPs و نانوفیلتراسیون برای آلاینده‌های پیچیده یا نیاز به کیفیت بالا پیشنهاد می‌شوند. ترکیب روش‌ها (مانند ازون + کربن فعال) می‌تواند راندمان را افزایش داده و هزینه‌ها را بهینه کند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش‌های سنتی و نوین حذف آهن و منگنز در تصفیه آب و فاضلاب:

۱. اهمیت حذف آهن و منگنز

آهن (Fe) و منگنز (Mn) از جمله فلزات محلول در آب هستند که باعث ایجاد مشکلاتی مانند لکه‌دار کردن سطوح، طعم و بوی نامطبوع، و رسوب‌گیری در لوله‌ها می‌شوند.

• استانداردهای مجاز:

  • آهن: ≤ ۰.۳ mg/L (WHO/EPA).

  • منگنز: ≤ ۰.۰۵ mg/L.

۲. روش‌های سنتی حذف آهن و منگنز

الف. هوادهی و اکسیداسیون

• مکانیسم: تبدیل آهن و منگنز محلول (Fe²⁺, Mn²⁺) به اشکال نامحلول (Fe³⁺, Mn⁴⁺) با استفاده از اکسیژن.

• طراحی:

  • برج‌های هوادهی (Aeration Towers): استفاده از پکینگ برای افزایش سطح تماس هوا-آب.

  • آب‌فشان‌ها (Cascades): ایجاد آبشار برای افزایش اکسیژن‌دهی.

• فرمول اکسیداسیون:

  ۴Fe²⁺ + ۳O₂ + ۶H₂O → ۴Fe(OH)₃↓ (زرد-قرمز)  
  ۲Mn²⁺ + O₂ + ۲H₂O → ۲MnO₂↓ (سیاه)  

ب. فیلتراسیون با رسانه‌های اکسیدکننده

• رسانه‌ها:

  • گرین سند (Greensand): پوشش‌دهی با منگنز اکسید (MnO₂) برای کاتالیز اکسیداسیون.

  • BIRM (Batalytic Iron Removal Media): ترکیب سیلیس و اکسید آهن.

• پارامترهای طراحی:

  • سرعت فیلتراسیون: ۵–۱۵ m³/h/m².

  • شستشوی معکوس: با آب یا هوا برای احیای رسانه.

ج. اکسیداسیون شیمیایی

• مواد شیمیایی:

  • کلر (Cl₂): اکسیداسیون سریع آهن و منگنز.

    • دوز: ۰.۶–۱.۲ mg Cl₂ به ازای هر mg آهن/منگنز.

  • پرمنگنات پتاسیم (KMnO₄): مؤثر برای منگنز.

    • واکنش:

      ۳Mn²⁺ + ۲KMnO₄ + ۲H₂O → ۵MnO₂↓ + ۲K⁺ + ۴H⁺  

۳. روش‌های نوین حذف آهن و منگنز

الف. فیلتراسیون غشایی (نانوفیلتراسیون/اسمز معکوس)

• مکانیسم: حذف یون‌ها با استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا.

• پارامترها:

  • شار غشا: ۱۰–۳۰ LMH (لیتر بر متر مربع در ساعت).

  • راندمان: > ۹۵% برای آهن و منگنز.

ب. تصفیه بیولوژیکی

• مکانیسم: استفاده از باکتری‌های اکسیدکننده (مثل Gallionella برای آهن و Leptothrix برای منگنز).

• طراحی:

  • بیوراکتورهای هوازی: زمان ماند ۴–۸ ساعت، DO ≥ ۲ mg/L.

  • فیلترهای بیولوژیکی: استفاده از شن یا زغال به عنوان بستر رشد باکتری.

ج. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

• ترکیبات: UV/پراکسید هیدروژن (H₂O₂) یا ازون (O₃).

• مکانیسم: تولید رادیکال‌های OH· برای اکسیداسیون سریع.

د. رزین‌های تبادل یونی

• مکانیسم: جایگزینی یون‌های آهن و منگنز با یون‌های بی‌ضرر (مانند Na⁺).

• محدودیت: مناسب برای غلظت‌های پایین (Fe < ۵ mg/L).

۴. محاسبات کلیدی

الف. محاسبه دوز کلر

• فرمول:

  دوز کلر (mg/L) = (غلظت آهن + غلظت منگنز) × ۱.۵  

  • مثال: آهن = ۲ mg/L، منگنز = ۱ mg/L → دوز = ۴.۵ mg/L.

ب. محاسبه سطح فیلتر گرین سند

• فرمول:

  سطح (m²) = دبی (m³/h) / سرعت فیلتراسیون (m/h)  

  • مثال: دبی ۱۰ m³/h، سرعت ۱۰ m/h → سطح = ۱ m².

ج. انرژی مورد نیاز AOPs

• فرمول:

  انرژی (kWh/m³) = (توان دستگاه (W) × زمان تماس (h)) / دبی (m³/h)  

۵. طراحی سیستم‌ها

الف. سیستم هوادهی + فیلتراسیون

• اجزا:

  • هوادهی: برج پکینگ با دمنده هوا.

  • فیلتر: لایه‌های شن و گرین سند.

• مصالح: فایبرگلاس (FRP) برای مقاومت در برابر خوردگی.

ب. سیستم بیولوژیکی

• پارامترها:

  • بار آلی: ۰.۱–۰.۳ kg Fe/m³/day.

  • کنترل pH: ۶.۵–۷.۵ برای رشد بهینه باکتری.

ج. سیستم نانو فیلتراسیون

• تجهیزات:

  • پمپ فشار بالا (۸–۲۰ bar).

  • غشاهای پلی آمیدی یا سلولزی.

۶. مقایسه روش‌ها

روش مزایا معایب هزینه

هوادهی بدون مواد شیمیایی نیاز به فیلتراسیون تکمیلی کم

گرین سند مناسب برای غلظت‌های بالا نیاز به احیای دوره‌ای با KMnO₄ متوسط

بیوفیلتر سازگار با محیط زیست زمان راه‌اندازی طولانی متوسط

نانوفیلتراسیون حذف کامل یون‌ها هزینه بالای انرژی و نگهداری بالا

۷. اجرا و چالش‌ها

• رسوب‌گیری: نیاز به شستشوی معکوس دوره‌ای در فیلترها.

• مدیریت لجن: لجن اکسید آهن/منگنز نیاز به خشک‌کردن و دفع ایمن دارد.

• تغییرات کیفیت آب: پایش مداوم pH و غلظت آهن/منگنز.

۸. مثال طراحی

شرایط:

• دبی آب: ۵۰ m³/day

• غلظت آهن: ۵ mg/L، منگنز: ۱ mg/L

• روش انتخابی: هوادهی + فیلتر گرین سند.

محاسبات:

• هوادهی: زمان تماس ۳۰ دقیقه → حجم مخزن = ۵۰ m³/day / ۲۴ ≈ ۲.۱ m³.

• فیلتر گرین سند:

  • سرعت فیلتراسیون ۱۰ m/h → سطح = ۵۰/۲۴/۱۰ ≈ ۰.۲۱ m².

  • قطر فیلتر: (۰.۲۱ × ۴/π)√ ≈ ۰.۵ متر.

تجهیزات:

• برج هوادهی با پکینگ پلی پروپیلن.

• فیلتر گرین سند با سیستم شستشوی معکوس خودکار.

۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش حذف آهن و منگنز به عواملی مانند غلظت اولیه، هزینه، و پایداری محیطی بستگی دارد. روش‌های سنتی مانند هوادهی و گرین سند برای سیستم‌های کوچک و متوسط مناسب هستند، در حالی که فناوری‌های نوین مانند نانو فیلتراسیون و AOPs برای آب‌های با غلظت بسیار بالا یا نیاز به کیفیت ممتاز پیشنهاد می‌شوند. ترکیب روش‌ها (مثل هوادهی + بیوفیلتر) می‌تواند راندمان را بهینه کند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش‌های سنتی و نوین حذف سولفید هیدروژن (H₂S) در تصفیه آب و فاضلاب:

۱. اهمیت حذف سولفید هیدروژن

سولفید هیدروژن (H₂S) گازی سمی با بوی تخم مرغ فاسد است که در فاضلاب و آب‌های زیرزمینی یافت می‌شود.

• خطرات: خوردگی لوله‌ها، سمیت برای انسان و محیط زیست، ایجاد بو و طعم نامطبوع.

• استانداردها:

  • آب شرب: حداکثر مجاز ۰.۰۵ mg/L (USEPA).

  • فاضلاب: بسته به کاربرد مجدد، معمولاً ≤ ۱ mg/L.

۲. روش‌های سنتی حذف H₂S

الف. هوادهی (Aeration)

• مکانیسم: انتقال H₂S از فاز مایع به گاز با استفاده از تماس هوا-آب.

• طراحی:

  • برج‌های هوادهی (Packed Towers): استفاده از پکینگ (مانند سرامیک یا پلاستیک) برای افزایش سطح تماس.

  • پارامترها:

    • نسبت هوا به آب (A/W): ۵–۲۰ (بر حسب حجم).

    • ارتفاع برج: ۳–۱۰ متر.

• فرمول:

  راندمان حذف = ۱ - e^(-KLa * t)  
  KLa: ضریب انتقال جرم (h⁻¹)، t: زمان تماس (h).  

ب. اکسیداسیون شیمیایی

• مواد شیمیایی:

  • کلر (Cl₂): اکسیداسیون H₂S به سولفات (SO₄²⁻).

    • واکنش:

      H₂S + ۴Cl₂ + ۴H₂O → H₂SO₄ + ۸HCl  

    • دوز: ۸.۳۴ mg Cl₂ به ازای هر mg H₂S.

  • پراکسید هیدروژن (H₂O₂): اکسیداسیون به سولفات بدون باقیمانده مضر.

    • واکنش:

      H₂S + ۴H₂O₂ → H₂SO₄ + ۴H₂O  

    • دوز: ۲–۴ mg H₂O₂ به ازای هر mg H₂S.

ج. جذب سطحی (Activated Carbon)

• مکانیسم: جذب H₂S روی سطح کربن فعال.

• محدودیت: نیاز به تعویض مکرر کربن اشباع‌شده.

۳. روش‌های نوین حذف H₂S

الف. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

• ترکیبات: ازون (O₃) + UV یا H₂O₂ + UV.

• مکانیسم: تولید رادیکال‌های آزاد (OH·) برای اکسیداسیون سریع.

• پارامترها:

  • دوز ازون: ۱–۳ mg/L.

  • انرژی UV: ۴۰–۱۰۰ mJ/cm².

ب. تصفیه بیولوژیکی (Biofiltration)

• مکانیسم: استفاده از باکتری‌های اکسیدکننده سولفید (مثل Thiobacillus).

• طراحی:

  • بیوراکتورهای هوازی: زمان ماند ۲–۶ ساعت، pH ۷–۸.

  • رسانه بیوفیلتر: پکینگ آلی (مانند کمپوست) یا مصنوعی.

ج. فیلترهای شیمیایی (Greensand)

• مکانیسم: اکسیداسیون H₂S توسط منگنز اکسید (MnO₂) روی بستر شن سبز.

• واکنش:

  H₂S + MnO₂ → MnS + H₂O  

• بازسازی: شستشو با پرمنگنات پتاسیم (KMnO₄).

د. سیستم‌های الکتروشیمیایی

• مکانیسم: اکسیداسیون H₂S در آند و تولید گاز هیدروژن در کاتد.

• ولتاژ: ۲–۵ ولت، جریان: ۱۰–۵۰ mA/cm².

۴. محاسبات کلیدی

الف. هوادهی

• محاسبه ارتفاع برج (Z):

  Z = (Q * (C_in - C_out)) / (KLa * A * (C_in - C_eq))  
  Q: دبی (m³/h)، C_eq: غلظت تعادلی H₂S (از قانون هنری).  

ب. کلرزنی

• مصرف کلر:

  دوز کلر (kg/day) = (غلظت H₂S (mg/L) × دبی (m³/day) × ۸.۳۴) / ۱۰۰۰  

ج. بیوفیلتر

• بار سطحی (Loading Rate):

  LR (kg H₂S/m³/day) = (غلظت ورودی × دبی) / حجم راکتور  

۵. طراحی سیستم‌ها

الف. هوادهی

• اجزا:

  • پمپ آب، پکینگ برج، دمنده هوا.

  • مخزن جمع‌آوری گاز H₂S با فیلتر کربن فعال.

• مصالح: فایبرگلاس یا استیل ضدزنگ برای جلوگیری از خوردگی.

ب. بیوراکتور هوازی

• پارامترها:

  • اکسیژن محلول (DO) ≥ ۲ mg/L.

  • دما: ۲۰–۳۵°C.

• تجهیزات: دیفیوزرهای حباب ریز، سیستم کنترل pH.

۶. مقایسه روش‌ها

روش مزایا معایب هزینه

هوادهی بدون مواد شیمیایی راندمان پایین در غلظت‌های بالا کم

کلرزنی سریع، مؤثرتشکیل محصولات جانبی (THMs) متوسط

بیوفیلتر سازگار با محیط زیست نیاز به کنترل دقیق شرایط متوسط

AOPs حذف کامل آلاینده‌ها هزینه بالای تجهیزات بالا

۷. اجرا و چالش‌ها

• خطرات ایمنی: H₂S گازی سمی و قابل اشتعال است → نیاز به سیستم‌های تهویه و حسگرهای گاز.

• خوردگی: استفاده از مواد مقاوم (مثل PVC یا FRP) در تجهیزات.

• مدیریت لجن: در روش‌های شیمیایی، لجن حاوی گوگرد نیاز به دفع ایمن دارد.

۸. مثال طراحی

شرایط:

• دبی فاضلاب: ۱۰۰ m³/day

• غلظت H₂S ورودی: ۰.۱ mg/L → هدف: ≤ ۱۰ mg/L

• روش انتخابی: کلرزنی.

محاسبات:

• دوز کلر = mg/L۱۰ × ۸.۳۴ = ۸۳.۴ mg/L.

• مصرف روزانه = (۸۳.۴ × ۱۰۰) / ۱۰۰۰ = ۸.۳۴ kg/day.

تجهیزات:

• مخزن ۵۰۰ لیتری هیپوکلریت سدیم با پمپ دوزینگ.

• مخزن تماس ۳۰ دقیقه‌ای با میکسر.

۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش حذف H₂S به عواملی مانند غلظت اولیه، هزینه، و ملاحظات محیط‌زیستی بستگی دارد. روش‌های سنتی مانند هوادهی و کلرزنی برای سیستم‌های کوچک مناسب هستند، در حالی که فناوری‌های نوین مانند AOPs و بیوفیلتراسیون برای غلظت‌های بالا و نیاز به پایداری محیطی پیشنهاد می‌شوند. ترکیب روش‌ها (مثل هوادهی + کلرزنی) می‌تواند راندمان را افزایش دهد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش‌های سنتی و نوین حذف جلبک در تصفیه آب و فاضلاب: طراحی، محاسبات و اجرا

۱. مقدمه

جلبک‌ها به دلیل رشد سریع در حضور نور، مواد مغذی (نیتروژن و فسفر)، و آب گرم، چالش بزرگی در سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب ایجاد می‌کنند. حذف آن‌ها برای جلوگیری از گرفتگی فیلترها، کاهش کیفیت آب، و تولید ترکیبات سمی (مثل مایکروسیستین) ضروری است.

۲. روش‌های سنتی حذف جلبک

الف. روش‌های شیمیایی

۱. سولفات مس (CuSO₄):

• مکانیسم: مختل کردن فتوسنتز و نابودی سلول‌های جلبک.

• دوز مصرف: ۰.۲–۰.۵ mg/L (بسته به گونه جلبک).

• محدودیت: سمیت برای آبزیان و تجمع مس در محیط.

۲. کلرزنی:

• مکانیسم: اکسیداسیون دیواره سلولی جلبک.

• دوز مصرف: ۱–۵ mg/L (بسته به کدورت آب).

• محدودیت: تشکیل ترکیبات جانبی سرطان‌زا (THMs).

۳. آلوم (سولفات آلومینیوم):

• مکانیسم: لخته‌سازی و حذف جلبک‌ها همراه با ذرات معلق.

• دوز مصرف: ۱۰–۵۰ mg/L.

ب. روش‌های فیزیکی

۱. فیلتراسیون (شن، کربن فعال):

• کاربرد: حذف جلبک‌های معلق.

• طراحی: استفاده از فیلترهای چندلایه با سرعت جریان ۵–۱۵ m/h.

۲. هوادهی:

• مکانیسم: کاهش مواد مغذی (فسفر) با اکسیداسیون.

• اجرا: هوادهی عمقی با دیفیوزرهای حباب ریز.

۳. روش‌های نوین حذف جلبک

الف. فناوری‌های پیشرفته اکسیداسیون

۱. ازون‌زنی (O₃):

• مکانیسم: تخریب دیواره سلولی جلبک با رادیکال‌های آزاد.

• دوز مصرف: ۱–۳ mg/L.

• مزایا: عدم تشکیل لجن و حذف همزمان ترکیبات آلی.

۲. اولتراسونیک (Ultrasonic Treatment):

• مکانیسم: ایجاد حفره‌های ریز (Cavitation) برای تخریب سلول‌ها.

• انرژی مورد نیاز: ۲۰–۵۰ W/L به مدت ۱۰–۳۰ دقیقه.

ب. روش‌های بیولوژیکی

۱. زیست‌کنترل (Bio-control):

• استفاده از موجودات رقیب: مانند دافنی (کک آبی) یا باکتری‌های جلبک‌خوار.

• محدودیت: نیاز به شرایط زیست‌محیطی خاص.

۲. گیاه‌پالایی (Phytoremediation):

• استفاده از گیاهان آبزی: مانند نی (Phragmites) برای جذب مواد مغذی.

ج. فناوری نانو

۱. نانوذرات اکسید فلزی (مثل TiO₂):

• مکانیسم: تولید رادیکال‌های آزاد تحت نور UV برای تخریب جلبک.

• دوز مصرف: ۰.۱–۰.۵ g/L.

۲. نانوفیلترها:

• کاربرد: حذف انتخابی جلبک‌ها با اندازه منافذ ۱۰–۱۰۰ نانومتر.

۴. محاسبات کلیدی

الف. محاسبه دوز مواد شیمیایی

• فرمول پایه:

  دوز (mg/L) = (غلظت هدف × حجم آب) / خلوص ماده  

  • مثال: برای حذف جلبک با سولفات مس (غلظت هدف ۰.۳ mg/L، حجم آب ۱۰۰۰ m³، خلوص ۹۸%):

    دوز = (۰.۳ × ۱,۰۰۰,۰۰۰) / ۰.۹۸ ≈ ۳۰۶ mg/m³ ≈ ۰.۳۰۶ kg/day  

ب. انرژی مورد نیاز اولتراسونیک

• فرمول:

  انرژی (kWh) = (توان دستگاه (W) × زمان (h)) / ۱۰۰۰  

  • مثال: دستگاه ۵۰۰ W برای ۳۰ دقیقه:

    انرژی = (۵۰۰ × ۰.۵) / ۱۰۰۰ = ۰.۲۵ kWh  

۵. طراحی سیستم‌ها

الف. سیستم شیمیایی

• تجهیزات: مخازن ذخیره مواد شیمیایی، پمپ‌های دوزینگ، میکسرهای سریع.

• اجرا: تزریق ماده شیمیایی در ابتدای فرآیند تصفیه (قبل از لخته‌سازی).

ب. سیستم اولتراسونیک

• پارامترهای طراحی:

  • فرکانس امواج: ۲۰–۴۰ kHz (بهینه برای حفره‌سازی).

  • تعداد مبدل‌ها: بر اساس حجم آب و شدت آلودگی.

• اجرا: نصب مبدل‌ها در کانال‌های ورودی یا مخازن ذخیره.

ج. سیستم نانوذرات

• طراحی:

  • تزریق نانوذرات در مخزن واکنش با زمان ماند ۱–۲ ساعت.

  • استفاده از لامپ UV برای فعال‌سازی نانوذرات TiO₂.

۶. مقایسه روش‌های سنتی و نوین

روش مزایا معایب

سولفات مس ارزان، سریع سمیت زیست‌محیطی

کلرزنی باقیمانده گندزدا تشکیل THMs

ازون‌زنی عدم لجن، حذف ترکیبات آلی هزینه بالا

اولتراسونیک عدم نیاز به مواد شیمیایی مصرف انرژی بالا

نانوذرات راندمان بالا در دوز کم هزینه اولیه بالا

۷. اجرا و چالش‌ها

• روش‌های سنتی:

  • چالش: مدیریت لجن و باقیمانده مواد شیمیایی.

  • اجرا: نیاز به پایش مداوم pH و دوز مواد.

• روش‌های نوین:

  • چالش: هزینه بالای تجهیزات و نیاز به نیروی متخصص.

  • اجرا: یکپارچه‌سازی با سیستم‌های موجود (مثل ترکیب UV و نانوذرات).

۸. نمونه طراحی عملی

شرایط:

• حجم آب: ۵۰۰ m³/day

• روش انتخابی: ترکیبی از آلوم (۲۰ mg/L) و اولتراسونیک (۳۰ دقیقه با ۴۰ kHz).

محاسبات:

• دوز آلوم: m³ ۵۰۰× ۲۰ mg/L = ۱۰ kg/day.

• انرژی اولتراسونیک: W ۵۰۰ × ۰.۵ h = ۲۵۰ Wh/day.

تجهیزات:

• مخزن ۲۰۰ لیتری آلوم با پمپ دوزینگ.

• دستگاه اولتراسونیک با ۱۰ مبدل ۵۰ واتی.

۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش حذف جلبک به عواملی مانند هزینه، راندمان، و ملاحظات محیط‌ زیستی بستگی دارد. روش‌های سنتی مانند سولفات مس و کلرزنی به دلیل هزینه پایین هنوز پرکاربرد هستند، اما روش‌های نوین مانند اولتراسونیک و نانوذرات با وجود هزینه اولیه بالا، سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند. ترکیب روش‌ها (مثل استفاده همزمان از آلوم و UV) می‌تواند بازدهی را افزایش دهد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

گندزدایی در تصفیه آب و فاضلاب: روش‌ها، محاسبات

۱. اهمیت گندزدایی

• حذف پاتوژن‌ها: باکتری‌ها، ویروس‌ها، و انگل‌ها (مانند اشرشیاکلی، کوکسیدیوم).

• پیشگیری از بیماری‌ها: وبا، حصبه، و اسهال‌های عفونی.

• مطابقت با استانداردها: رعایت حد مجاز باقیمانده مواد گندزدا (مثل کلر باقیمانده ≤ ۰.۲–۰.۵ mg/L).

۲. روش‌های گندزدایی

الف. روش‌های شیمیایی

۱. کلرزنی (Cl₂, NaOCl, Ca(OCl)₂):

• مزایا: ارزان، باقیمانده مؤثر، گسترده در سیستم‌های شهری.

• معایب: تشکیل ترکیبات جانبی سرطان‌زا (THMs، HAAs).

• فرمول واکنش:

  Cl₂ + H₂O → HOCl + HCl  
  HOCl → H⁺ + OCl⁻ (گندزدایی مؤثر در pH < ۸)  

۲. ازون (O₃):

• مزایا: قدرت اکسیداسیون بالا، عدم تشکیل باقیمانده شیمیایی.

• معایب: هزینه بالا، نیمه‌عمر کوتاه (نیاز به تزریق در محل).

• فرمول واکنش:

  O₃ → O₂ + O· (رادیکال آزاد اکسیژن)  

۳. کلرآمین‌ها (NH₂Cl):

• مزایا: کاهش تشکیل THMs، باقیمانده پایدار.

• معایب: قدرت گندزدایی کمتر نسبت به کلر آزاد.

۴. دی‌اکسید کلر (ClO₂):

• مزایا: عدم تشکیل THMs، مؤثر در حذف ویروس‌ها.

• معایب: خطر انفجار در غلظت بالا.

ب. روش‌های فیزیکی

۱. پرتو فرابنفش (UV):

• مکانیسم: آسیب به DNA پاتوژن‌ها با طول موج ۲۵۴ نانومتر.

• مزایا: عدم تشکیل ترکیبات جانبی، مناسب برای آب‌های کم کدورت.

• معایب: نیاز به آب شفاف، عدم باقیمانده گندزدا.

۲. گرمایش (پاستوریزاسیون):

• کاربرد: سیستم‌های کوچک یا روستایی.

۳. محاسبات کلیدی

الف. دوز گندزدا

• فرمول پایه (CT Value):

  CT = غلظت گندزدا (mg/L) × زمان تماس (دقیقه)  

  • مثال: برای حذف ۹۹.۹% ویروس‌ها با کلر (CT ≈ ۱۵ mg·min/L).

ب. محاسبه باقیمانده کلر

• فرمول:

  باقیمانده کلر = دوز تزریقشده – مصرفشده در واکنش با آلاینده‌ها  

ج. انرژی UV مورد نیاز

• فرمول:

  انرژی (mJ/cm²) = شدت تابش (μW/cm²) × زمان تماس (ثانیه)  

  • حداقل انرژی برای گندزدایی: ۴۰ mJ/cm² (برای باکتری‌ها).

۴. طراحی سیستم‌های گندزدایی

الف. کلرزنی

• مخزن تماس: زمان ماند ≥ ۳۰ دقیقه برای اطمینان از CT کافی.

• تجهیزات:

  • سیستم تزریق گاز کلر (فشار پایین).

  • مخازن ذخیره هیپوکلریت سدیم.

ب. سیستم UV

• پارامترهای طراحی:

  • شفافیت آب: NTU < ۱ برای عبور مؤثر پرتو.

  • تعداد لامپ‌ها: بر اساس دبی و انرژی مورد نیاز.

• اجزای سیستم:

  • محفظه استیل ضدزنگ با لامپ‌های UV.

  • سیستم تمیزکننده خودکار (برای جلوگیری از رسوب).

ج. ازون‌زنی

• ژنراتور ازون: تولید ازون با تخلیه الکتریکی یا تابش UV.

• مخزن تماس: زمان تماس ≈ ۱۰–۲۰ دقیقه.

۵. مقایسه روش‌های گندزدایی

روش مزایا معایب کاربرد

کلرزنی ارزان ، باقیمانده مؤثرتشکیل THMs، خطر سمیت شبکه‌های آب شهری

UV عدم ترکیبات جانبی نیاز به آب شفاف بیمارستان‌ها، صنایع دارویی

ازون قدرت اکسیداسیون بالا هزینه بالا ، نیمه‌عمر کوتاه استخرهای شنا ، آب بطری

کلرآمین‌ها کاهش THMs قدرت گندزدایی کمتر سیستم‌های توزیع طولانی

۶. اجرا و چالش‌ها

• کلرزنی:

  • خطرات: نشت گاز کلر (نیاز به سیستم‌های ایمنی).

  • مدیریت THMs: استفاده از کربن فعال یا اصلاح pH.

• UV:

  • رسوب بر لامپ‌ها: نیاز به تمیزکاری دوره‌ای.

• ازون:

  • تولید در محل: نیاز به تجهیزات پیچیده.

۷. پیشرفت‌های نوین

• گندزدایی ترکیبی: استفاده همزمان از UV + کلر برای کاهش THMs.

• فناوری پلاسما: تولید رادیکال‌های آزاد برای گندزدایی سریع.

• نانوفتوکاتالیست‌ها: استفاده از TiO₂ تحت UV برای تخریب آلاینده‌ها.

۸. مثال طراحی

شرایط:

• دبی آب: ۵۰۰ m³/day

• روش گندزدایی: کلرزنی با هیپوکلریت سدیم (غلظت ۱۰% کلر).

• CT مورد نیاز: ۱۵ mg·min/L.

محاسبات:

• زمان تماس: ۳۰ دقیقه → غلظت کلر = CT / زمان = ۱۵ / ۳۰ = ۰.۵ mg/L.

• دوز هیپوکلریت سدیم: (۰.۵ mg/L) / (۰.۱) = ۵ mg/L.

• مصرف روزانه: m³/day ۵۰۰ × ۵ mg/L = ۲.۵ kg/day.

تجهیزات:

• مخزن ۱۰۰۰ لیتری هیپوکلریت سدیم.

• پمپ دوزینگ با دقت ±۰.۱ mg/L.

• ۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش گندزدایی به عواملی مانند هزینه، کیفیت آب، و استانداردهای بهداشتی بستگی دارد. کلرزنی هنوز پرکاربردترین روش است، اما فناوری‌هایی مانند UV و ازون به دلیل ایمنی و کاهش ترکیبات جانبی در حال گسترش هستند. پایش مداوم باقیمانده گندزدا و تطابق با استانداردهای جهانی کلید موفقیت 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

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