انعقاد و ته نشینی در تصفیه فاضلاب

ته نشینی در تصفیه فاضلاب و مراحل آن

ته‌ نشینی فاضلاب یکی از مراحل مهم در فرآیندهای تصفیه است که به کمک آن ذرات معلق جامد از فاضلاب جدا می‌شوند. این فرآیند که به‌عنوان رسوب‌گذاری نیز شناخته می‌شود، اساساً بر مبنای نیروی گرانش عمل می‌کند و ذرات سنگین‌تر از آب را به سمت پایین مخازن ته‌نشینی هدایت می‌کند. در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، ته‌ نشینی به‌عنوان یکی از اولین و مهم‌ترین مراحل پیش‌تصفیه و تصفیه اولیه به کار گرفته می‌شود تا بار آلودگی فاضلاب را کاهش دهد و عملکرد مراحل بعدی تصفیه را بهبود بخشد. در ادامه با ته نشینی در تصفیه بیشتر آشنا می‌شوید.

ته نشینی فاضلاب

ته‌ نشینی فاضلاب یک فرآیند فیزیکی است که در آن ذرات جامد معلق و آلاینده‌ها به کمک نیروی گرانش از آب جدا شده و در کف مخازن ته‌نشینی رسوب می‌کنند. این فرآیند به طور گسترده در تصفیه فاضلاب به کار گرفته می‌شود و به‌عنوان یکی از مؤثرترین و ساده‌ترین روش‌ها برای حذف مواد معلق، ماسه، لجن و سایر ذرات سنگین شناخته می‌شود ته نشینی در تصفیه فاضلاب به دلیل سادگی، هزینه پایین و کارایی بالا در حذف مواد جامد معلق اهمیت زیادی دارد و نقش کلیدی در بهبود عملکرد مراحل بعدی تصفیه دارد.

ته‌نشینی با کاهش بار آلودگی فاضلاب از طریق حذف بخش قابل توجهی از مواد معلق و مواد آلی موجود، موجب افزایش راندمان فرایند تصفیه می‌شود؛ زیرا این کار به کاهش بار آلودگی وارد شده به مراحل بعدی مانند تصفیه بیولوژیکی و شیمیایی کمک می‌کند. همچنین با حذف مواد معلق بزرگ و قابل ته‌نشینی، از گرفتگی و کاهش راندمان سیستم‌های بیولوژیکی مانند راکتورهای لجن فعال یا بیوراکتورهای غشایی جلوگیری می‌کند. این امر باعث می‌شود میکروارگانیسم‌ها بتوانند به طور مؤثرتری به تجزیه مواد آلی و آلاینده‌های موجود در فاضلاب بپردازند. از سوی دیگر، حذف مواد جامد معلق بزرگ و دانه‌های شن و ماسه در مرحله ته‌ نشینی اولیه از آسیب‌دیدگی تجهیزات حساس مانند پمپ‌ها و سیستم‌های لوله‌کشی جلوگیری می‌کند. این امر باعث افزایش عمر مفید تجهیزات و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود.

مراحل ته نشینی فاضلاب

ته نشینی در تصفیه‌ خانه‌های فاضلاب به‌طورکلی در دو مرحله صورت می‌گیرد، ته نشینی اولیه و ته نشینی ثانویه:

ته نشینی اولیه در تصفیه فاضلاب

این مرحله به طور عمده در اوایل فرآیند تصفیه و پس از مرحله آشغال‌گیری و دانه‌گیری انجام می‌شود. در اینجا، فاضلاب خام وارد مخازن ته‌نشینی می‌شود و ذرات معلق درشت مانند مواد جامد آلی، شن، ماسه و گل‌ولای تحت تأثیر گرانش رسوب کرده و از فاضلاب جدا می‌شوند. نتیجه این فرآیند، فاضلابی با مواد معلق کمتر است که برای مراحل بعدی تصفیه آماده می‌شود. هدف اصلی ته‌ نشینی اولیه کاهش بار آلودگی و حجم مواد معلق است که وارد مراحل بیولوژیکی می‌شوند.

ته نشینی ثانویه

پس از عبور فاضلاب از مراحل تصفیه بیولوژیکی، ته نشینی ثانویه انجام می‌شود. در این مرحله، لجن فعال که شامل میکروارگانیسم‌هایی است که در فرآیندهای بیولوژیکی تولید شده‌اند، از فاضلاب جدا می‌شود. این لجن که شامل مواد آلی تجزیه شده و میکروارگانیسم‌های مرده است، در کف مخازن ته نشینی ثانویه رسوب می‌کند و فاضلاب تصفیه شده که اکنون تقریباً عاری از مواد معلق است، به مراحل پایانی تصفیه مانند گندزدایی هدایت می‌شود.

انواع ته نشینی فاضلاب

ته نشینی در تصفیه بر اساس روش ته‌نشینی و شکل مخزن به موارد مختلفی تقسیم می‌شود. این تقسیم‌بندی‌ها به‌منظور افزایش کارایی و راندمان فرآیند ته‌نشینی طراحی شده‌اند و بسته به شرایط فاضلاب و نیازهای تصفیه‌خانه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

انواع ته‌نشینی بر اساس روش ته‌نشینی

• ته‌نشینی ساده (رسوب‌گذاری ذرات جداگانه): این نوع ته‌نشینی در شرایطی رخ می‌دهد که ذرات جامد به طور جداگانه ته‌نشین می‌شوند و هیچ تماسی با یکدیگر ندارند. این فرآیند بیشتر برای ذرات ریز و معلق استفاده می‌شود که به‌تنهایی در مخازن ته‌نشینی پایین می‌روند. در ته‌نشینی ساده، سرعت ته‌نشینی هر ذره به خواص فیزیکی آن مانند اندازه، چگالی و شکل وابسته است.
• ته‌نشینی گروهی (ته‌نشینی دسته‌ای): در این روش، ذرات جامد به‌صورت گروهی ته‌نشین می‌شوند و در حین ته‌نشینی با یکدیگر برخورد کرده و توده‌های بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند. این روش معمولاً در مواردی که ذرات معلق در فاضلاب زیاد هستند و فرآیند لخته‌سازی یا انعقاد قبلاً انجام شده، رخ می‌دهد. ته‌نشینی گروهی کارایی بالاتری دارد، زیرا ذرات به دلیل تشکیل توده‌های بزرگ‌تر سریع‌تر ته‌نشین می‌شوند.
• ته‌نشینی منطقه‌ای: در این نوع ته‌نشینی، تراکم بالایی از ذرات جامد وجود دارد که در یک منطقه مشخص ته‌نشین می‌شوند. حرکت ذرات در این حالت به‌صورت یک لایه واحد است و ذرات جامد تمایل دارند که با هم حرکت کنند. این نوع ته‌نشینی معمولاً در مراحل ثانویه و در مخازن ته‌نشینی لجن فعال رخ می‌دهد.

ته‌نشینی فشرده‌ای: در ته‌نشینی فشرده‌ای، تراکم ذرات جامد به‌قدری زیاد است که باعث فشرده‌شدن لایه‌های زیرین می‌شود. در این حالت، ذرات جامد به دلیل وزن زیاد بر روی یکدیگر فشار وارد می‌کنند و به طور فشرده به سمت کف مخزن حرکت می‌کنند. این نوع ته‌نشینی بیشتر در مخازن لجن اتفاق می‌افتد و برای جمع‌آوری و دفع لجن استفاده می‌شود

انواع ته‌ نشینی بر اساس شکل مخزن

• مخازن ته‌نشینی دایره‌ای (استوانه‌ای):مخازن ته‌نشینی دایره‌ای یکی از متداول‌ترین نوع مخازن هستند. در این نوع مخازن، فاضلاب از مرکز مخزن وارد می‌شود و به سمت لبه‌های مخزن حرکت می‌کند. ذرات جامد به دلیل گرانش به سمت کف مخزن حرکت کرده و در مرکز مخزن جمع‌آوری می‌شوند. این نوع مخازن کارایی بالایی دارند و به دلیل توزیع یکنواخت جریان فاضلاب، فرآیند ته‌نشینی به طور مؤثر انجام می‌شود.

• مخازن ته‌نشینی مستطیلی: این نوع مخازن معمولاً به‌صورت خطی طراحی شده‌اند. فاضلاب از یک طرف وارد مخزن می‌شود و ذرات معلق طی مسیر خود به سمت خروجی، به‌آرامی ته‌نشین می‌شوند. این مخازن به دلیل ساختار ساده و امکان ساخت آن‌ها در فضاهای محدود، در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• مخازن ته‌نشینی لاملا (صفحه‌ای): مخازن لاملا از صفحات شیب‌دار یا مورب تشکیل شده‌اند که فرآیند ته‌نشینی را تسریع می‌کنند. در این مخازن، ذرات جامد سریع‌تر ته‌نشین می‌شوند و به سمت پایین صفحات حرکت می‌کنند. این طراحی موجب افزایش سطح تماس ذرات با محیط می‌شود و در نتیجه کارایی ته‌نشینی بالا می‌رود. مخازن لاملا در مقایسه با مخازن دایره‌ای یا مستطیلی نیاز به فضای کمتری دارند و در تصفیه‌خانه‌هایی که محدودیت فضا وجود دارد، مفید هستند.

عوامل مؤثر در ته نشینی فاضلاب

عوامل مختلفی در فرآیند ته‌نشینی مؤثر هستند که به شرح زیر هستند:

• اندازه ذرات: ذرات بزرگ‌تر به طور طبیعی تمایل بیشتری به ته‌نشینی دارند، زیرا نیروی جاذبه بر آن‌ها بیشتر اثر می‌گذارد. ذرات ریزتر نیاز به زمان بیشتری برای ته‌نشینی دارند و ممکن است به دلیل جریان آب مجدداً معلق شوند.
• شکل و چگالی ذرات: شکل ذرات نیز می‌تواند بر سرعت ته‌نشینی فاضلاب تأثیر بگذارد. ذرات کروی به‌راحتی ته‌نشین می‌شوند در حالی که ذرات نامنظم ممکن است در جریان آب معلق بمانند. چگالی ذرات نیز عامل دیگری است؛ ذرات سنگین‌تر به‌سرعت ته‌نشین می‌شوند.
• ویسکوزیته آب: هرچه ویسکوزیته آب بیشتر باشد، مقاومت در برابر حرکت ذرات افزایش یافته و این امر می‌تواند موجب کاهش سرعت ته‌نشینی شود.
• جریان پساب:نوع و سرعت جریان آب نیز در فرآیند ته‌نشینی مؤثر است. جریان‌های آرام به ته‌نشینی کمک می‌کنند، در حالی که جریان‌های شدید ممکن است ذرات را به حرکت درآورند و از ته‌نشینی جلوگیری کنند.
• زمان ته‌نشینی: مدت زمانی که آب در مخزن ته‌نشینی باقی می‌ماند، بسیار حائز اهمیت است. هرچه زمان بیشتر باشد، امکان ته‌نشینی بهتر فراهم می‌شود.
• اختلاط: وجود مواد شیمیایی یا میکروارگانیسم‌ها می‌تواند به تجمع ذرات و تسهیل ته‌نشینی کمک کند.

روش های جمع‌آوری لجن از مخزن ته نشینی

به‌طورکلی برای جمع‌آوری لجن از کف مخزن ته نشینی فاضلاب دو روش وجود دارد. یکی استفاده از تیغه و چنگک و دیگری استفاده از مکش به‌وسیله پمپ لجن‌کش و یا ایرلیفت پمپ. چنگک و تیغه دستی ارزان‌ترین راه‌حل برای این منظور است و به طور ایده‌آل برای مخازن کوچک‌تر مناسب است. در سازه‌های بزرگ‌تر، تراشیدن لجن ته نشین شده با چنگک مکانیکی نیاز به یک کف با شیب تند و در نتیجه سازه‌های عمیق و همچنین تجهیزات پیچیده دارد. از سوی دیگر، جمع‌آوری لجن با مکش پمپ برای سازه‌های بزرگ‌تر و ایرلیفت پمپ برای سازه‌های کوچک مناسب است.

انعقاد و لخته سازی در تصفیه فاضلاب

برای تصفیه آب و فاضلاب و جدا کردن ناخالصی‌های مختلف از آن، روش‌ها و تکنیک‌های مختلفی وجود دارد. یکی از رایج‌ترین روش‌‌های تصفیه فاضلاب، پسآب و آب، فرآیند انعقاد و لخته‌سازی است.

 فرآیند انعقاد و لخته سازی

در این فرآیند مواد منعقد‌کننده شیمیایی، به آب، پساب یا فاضلاب افزوده می‌شوند و مواد اضافی آب مانند مواد معلق، مواد کلوئیدی و محلول‌‌های مختلف حذف می‌شوند. مواد کلوئیدی مهم‌ترین موادی هستند که باید در فرایند لخته‌سازی حذف شوند. انعقاد و لخته سازی در صنایع مختلف، بسیار پر کاربرد است. در کارواش‌‌ها، صنایع داروسازی، کارخانه‌‌های تولید رنگ، قالی شویی‌‌ها، کارخانه‌‌های تولید لبنیات و صنایعی که نیازمند حذف فلزات سنگین یا مواد کلوئیدی از فاضلاب خود هستند، از این فرایند کمک گرفته می‌شود.

مواد منعقد‌کننده و کمک منقعد‌کننده

برای انجام فرایند انعقاد و لخته سازی به مواد شیمیایی مختلفی نیاز است. هدف اصلی این فرایند حذف مواد کلوئیدی، رنگ‌‌ها و عوامل بیماری‌زا است. مواد کلوئیدی در آب حل یا ته نشین نمی‌شوند، بلکه با آب مخلوط می‌شوند و در آن پخش می‌شوند. این مواد اندازه‌ای بین 1 تا 100 نانومتر دارند و اکثرا دارای بار سطحی هستند. وجود همین بار سطحی، حذف این مواد را سخت می‌کند. در اینجا مواد منعقد‌کننده و کمک منعقد‌کننده به کمک می‌آیند.

مکانیزم و طریق فرایند انعقاد و لخته سازی:

مرحله انعقاد

در اولین گام از فرایند انعقاد، با افزودن مواد منعقد‌کننده تلاش می‌شود تا این مواد ته‌نشین شوند. برای ته‌نشین کردن کلوئید‌ها این مواد باید بار سطحی خود را از دست بدهند؛ چرا که هنگامی که این مواد دارای بار سطحی هستند، یکدیگر را دفع می‌کنند. مواد منعقد‌کننده عموما از مشتقات آهن و آلومینیوم هستند

 آلومینات سدیم، سولفات آلومینیوم، سولفات آهن و کلراید‌های آهن و آلومینیوم از مطرح‌ترین منعقده‌کننده‌‌ها هستند

گاهی اوقات در انعقاد و لخته سازی، از مواد پلی الکترولیکی نیز به عنوان منعقد‌کننده یا کمک منعقده‌کننده استفاده می‌کنند. پلی آمین‌‌ها مهم‌ترین مثال این نوع از منعقد‌کننده‌‌ها هستند. مواد کمک منعقد‌کننده نیز نقشی کلیدی دارند. این مواد عموما برای تشکیل لخته‌‌های کلویئدی درشت از لخته‌‌های ریزتر به کار گرفته می‌شوند. این مواد همچنین با تنظیم pH سبب صرفه جویی در مصرف مواد منعقد‌کننده نیز می‌شوند.

هنگامی که نمک‌‌های آهن و آلومینیوم تزریق  می‌شوند، با انجام هیدرولیز، به یون‌‌های باردار تبدیل می‌شوند و این امر سبب کاهش پتانسیل محیط و در نتیجه، خنثی شدن ذرات کلوئیدی می‌شود. پس از خنثی شدن این مواد، آن‌‌ها شروع به چسبیدن به یکدیگر می‌کنند و با فعالیت مواد کمک منعقد‌کننده، لخته‌‌های ریزتر به یکدیگر می‌پیوندند و لخته‌‌های بسیار درشتی را تشکیل می‌دهند که برای ادامه فرایند لخته سازی به کار گرفته می‌شوند.

مرحله لخته‌سازی

پس از اتمام مرحله انعقاد، زمان انجام مرحله کلیدی لخته‌سازی است. در مرحله لخته‌سازی همزن‌‌های مکانیکی یا مخلوط کن‌‌های مکانیکی، در حوضچه‌‌های معینی به ترکیب و اختلاط ذرات می‌پردازند. این عمل باید به آرام‌ترین شکل ممکن صورت پذیرد تا حداکثر میزان تماس بین ذرات رخ دهد و لخته‌سازی به طور کامل انجام شود. اگر سرعت ترکیب این مواد زیاد باشد لخته‌‌های تشکیل شده شکسته می‌شوند و به این ترتیب تمامی مراحل انجام شده، باید دوباره تکرار شود. لخته‌‌های درشت تشکیل شده پس از ته نشین شدن در حوضچه، به کمک مواد سیال جدا و حذف می‌شوند. به جز استفاده برای تصفیه فاضلاب صنعتی، انعقاد و لخته سازی برای تولید آب آشامیدنی و به کمک مراحل تکمیلی دیگری مانند گندزدایی، تصفیه به کمک توری‌‌ها و پمپ‌‌ها و فیلتراسیون انجام می‌گیرد.

عوامل موثر بر فرآیند لخته سازی و انعقاد       

1) PH

تاثیر یک منعقد کننده معمولا به میزان PH بستگی دارد انواع مختلف آب ها بر اساس PH خود نیاز به منعقد کننده های مختلفی دارند به عنوان مثال آب های رنگی در PH های پایین در شرایط بهتری منعقد می‌شوند.

2) قلیائیت یا آلکالیتی

این فاکتور جهت تامین آنیون هایی مثل OH^- لازم است که ترکیبات غیر محلول را تشکیل می‌دهد و می‌توان این ترکیبات غیر محلول را ترسیب داد این آنیون ها می‌توانند به طور طبیعی در ترکیب آب وجود داشته باشند و یا لازم است که به عنوان کمک منعقد کننده و به شکل های هیدروکسیدها یا کربنات‌ها و بی‌کربنات ها به آب اضافه شوند به طور کلی برای انجام مناسب فرآیند انعقاد فاکتور قلائیت اهمیت دارد.

3) دما

هرچه دما بالا باشد واکنش سریع تر انجام می‌گیرد و فرآیند منعقد سازی موثر تر خواهد بود دماهای پایین در فصل زمستان سرعت انجام واکنش را پایین می‌آورد که با در نظر گرفتن یک زمان ماند بیشتر می‌توان آن را جبران نمود.

4) سرعت

سرعت جریان بالای پساب منجر به شکسته شدن و جدا شدن ذرات لخته شده می‌شود این ذرات جداشده مجدد می‌توانند در اثر حرکت با سرعت بالا مجدد باردار و در نتیجه معلق شوند و راندمان فرآیند را کاهش دهند  ولی سرعت های پایین تر اجازه می‌دهند تا ذرات لخته شده ته نشین شود و از خرد شدن آنها جلوگیری شود معمولا سرعت در حوضچه های لخته سازی حدود 3 متر بر ثانیه است

• 
  

   نویسنده و گردآورنده مقاله: آقای محمدحسین اکبرپور