1-1- کلیات
از قدیم الایام آب را عامل حیات میدانستند.
زندگی انسان و حیوانات و گیاهان بدون آب ممکن نیست، علاوه بر موارد مذکور پیشرفتهای عظیم صنعتی در هر اجتماعی بوجود و فراوانی آب مربوط میباشد.
آب مورد نیاز کلیه فعالیتهای انسان در هر مصرفی تابع کیفیت شیمیایی خاصی است و بندرت اتفاق میافتد از یک منبع آب بتوانیم در تمام مصارف استفاده نمائیم، براساس شواهد موجود اجتماعات میزان آب مصرفی معیار تشخیص پیشرفتهای بهداشتی مردم آن اجتماع است، خلاصه کلام آب که به مصداق «وجعلنا من الماء کل شیء حی» آغازگر حیات بوده، ادامه دهنده حیات نیز میباشد و زندگی انسان و تمام موجوداتی که بنحوی با او در ارتباط هستند بدون آب امکانپذیر نخواهد بود.
آبهای مصرف شده در زندگی بنحوی به منابع اولیه برگردانیده می‌شود ولی اغلب آبی که پس از کاربرد به منابع اولیه خود برگرانیده می‌شود همان آب اولیه نیست بلکه بصورت مایعی است که علاوه بر تشکیل دهندههای آب مصرفی انتقال دهنده انواع و اقسام موادی است که در زندگی روزمره مورد استفاده انسان واقع شده است.
مهمترین مواد موجود در آبهای مصرف شده بوسیله انسان میتوان به پروتئین، چربیها، کربوهیدراتها، مواد پاک کننده صابونی یا دترجنتها اشاره نمود.
اگر آبهای مصرف شده که به منابع اولیه خود برگردانیده می‌شود حاصل فعالیتهای صنعتی باشد محتوی هزاران ترکیب شیمیایی که در صنایع مورد مصرف قرار گرفته خواهد بود.
معمولاً آبهای مصرف شده روزانه بوسیله انسان را که به محیط برمیگردانند، فاضلاب محلول رقیقی است که 9/99% آنرا مواد جامد یا سایر مواد تشکیل داده است، فاضلاب علاوه بر موادی که قبلاً نام برده شد ممکن است محتوی عوامل بیولوژیکی و باکتریهای بیماریزا نیز باشد.
مجموعاً هرگونه تغییری در کیفیت منابع آب در دنیا در اثر تخلیه فاضلاب یا پساب رخ دهد بنحوی که به سادگی و یا با تصفیه اندک نتوانیم از این منابع در مصارف عادی استفاده نمائیم آلودگی گویند.
بنابراین اولین نتیجه فعالیتهای اجتماعی و صنعتی انسان به صورت ویرانگری و تخریب محیط زندگی از طریق آلوده سازی منابع آب خاک هوا و تمام چیزهایی که در بهتر زیستن او دخالت دارند ظاهر می‌شود.
متأسفانه بْعد این ویرانگری به علت پیشرفتهای اجتماعی و صنعتی به حدی رسیده است که حتی برای خود انسان غیرقابل تحمل شده است و ناچاراً مسائل مربوط به آلودگی محیط را بصورت منطقهای و جهانی در نشستهای مختلف مورد بررسی و بحث قرار داده تا راه حلهای مناسبی برای مبارزه با آلودگیها پیدا کند.
عواملی چون افزایش جمعیت، پیشرفتهای تکنولوژی، بهای اندکی که انسان برای محیط زیست بعلت رایگان بودن قائل است و بسیاری عوامل دیگر در تشدید ویرانگری محیط مؤثر است، بعضی از جامعه شناسان عامل فقر اجتماعی را نیز یکی از عوامل مهم آلودهسازی محیط میدانند، بقول جامعهشناسان بینالمللی جهان درگیر 3 نوع بیماری است، آلودگی، جمعیت و فقر.
تنها آبهای سطحی نیستند که در معرض آلودگیهای ناشی از فعالیتهای اجتماعی و صنعتی انسان قرار گرفتهاند بلکه تخلیه فاضلاب و پسات در زمین میتواند آبهای زیرزمینی را بشدت آلوده سازد.
در بعضی شهرهای ایران در اثر اینگونه آلودگیها به غلظت بسیار بالای یون نیترات که گاهی تا 3 برابر حد مجاز استاندارد جهانی است برمیخوریم.
این موضوع مؤید این است که نفوذ مقادیر زیادی فاضلاب در زمین به مرور خاصیت تصفیه خاک را زایل نموده و لایههای خاک که میتوانستند سهم مهمی در تغییرات کیفیت فاضلاب دفعی در زمین داشته باشند دیگر قادر به انجام این تغییرات نیستند از این رو تشکیل دهندههای فاضلاب بدون هیچ تغییری به آبهای زیرزمینی میپیوندد.
در اینگونه موارد تنها راه چاره نجات آبهای زیرزمینی از آلودگی جمعآوری و دفع بهداشتی فاضلاب شهری است.
در بعضی نقاط آلودگیهای حاصل از تخلیه فاضلاب در زمین منحصر به بالا رفتن غلظت یون نیترات نیست بلکه آبهای زیرزمینی از ناحیه بالا رفتن غلظت یون فلزات سنگین دترجنت و آلودگیهای میکروبیولوژیکی مورد تهدید قرار گرفتهاند.
خساراتی که در اثر آلودگی آبهای سطحی بصورت مرگ و میر آبزیان مخصوصاً ماهیها که نقش مهمی در تأمین پروتئین انسان به عهده دارند در دنیا اتفاق کم نیست و حتی این قبیل مرگ ومیرها در کشور ما نیز به کرات اتفاق افتاده است و نیازی به ذکر مواردی از آنها نیست.
کمتر اتفاق میافتد که حداقل سالی چند مورد نشت نفت در سواحل کشورهای مختلف دیده نشود، بعضی مواقع تعداد پرندگان ساحلی تلف شده یک کشور در اثر اینگونه آلودگیها به چند صدهزار میرسد.
2-1- انواع فاضلاب و خصوصیات آنها
در اجتماعات معمولاً 3 نوع فاضلاب بشرح زیر وجود دارد:
1) فاضلاب شهری که شامل موارد زیر است:
فاضلابهای ناشی از مسائل بهداشت فردی
فاضلاب ناشی از شستشوی لباس و ظروف
فاضلاب حاصل از شستشوی عموی منازل
2) پسابهای صنعتی
3) نشد آبها
در اجتماعات شهری ممکن است فاضلاب به تنهای یا به صورت مخلوط با پسابهای صنعتی جمعآوری و مورد تصفیه قرار گیرد.
گاهی اوقات به منظور احتراز از مشکلات اختلاط پساب و فاضلاب، انجام تصفیه مقدماتی بر روی پسات قبل از اختلاط توصیه می‌شود.
فاضلاب شهری را از نظر ترکیب فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی در سه گروه قوی، متوسط و ضعیف مطابق جدول شماره (1-1) طبقهبندی نمودهاند.
رنگ فاضلاب شهری که نشاندهنده عمر آن است در صورت تازه بودن خاکستر است و اگر کهنه و گندیده باشد تیره تا سیاه خواهد بود.
بوی فاضلات که ناشی از متلاشی شدن مواد آلی آن تحت فعالیت باکتریهای غیرهوازی با گازهای موجود در آن است، در صورت تازه بودن بوی شبیه کف صابون یا بوی ناداشته و اگر کهنه باشد بوی آن شبیه بوی تخم مرغ گندیده است.
PH یا حالت اسیدی یا قلیایی فاضلاب از خواص و کیفیتهای مهم آن بوده که اغلب در تصفیه آن نقش مهمی دارد
معمولاً برای اطلاع از کیفیت فاضلاب شهری یا پساب صنعتی اقدام به نمونه برداری و انجام آزمایشات لازم بر روی نمونههای اخذ شده مینماید.
در نمونهبرداری که ممکن است ساعتی یک نمونه یا دو ساعت و بالاخره هر چهار ساعت یک نمونه باشد میتوان نمونههای اخذ شده را تک تک مورد آزمایش قرار داد و براساس دبی فاضلاب در وقت نمونهبردای و حجمی از آن که برای آزمایش مورد نیاز میباشد از مخلوط نمونههای اخذ شده نمونه واحدی نیز تهیه و مورد آزمایش قرار داد.
توضیح فوق مؤید این است که در هنگام نمونهبرداری ساعتی از فاضلاب اندازهگیری دبی ضرورت خواهد داشت.
معمولاً برای اطلاع از کیفیت فاضلاب شهری یا پساب صنعتی اقدام به نمونه برداری و انجام آزمایشات لازم بر روی نمونههای اخذ شده مینماید.
توضیح فوق مؤید این است که در هنگام نمونهبرداری ساعتی از فاضلاب اندازهگیری دبی ضرورت خواهد داشت.
جدول 1-1 طبقه بندی انواع فاضلابها اگر بترتیب V1 و V2وV3 و...Vm دبی فاضلاب در ساعات نمونهبرداری باشد و حجمی از فاضلاب که برای آزمایش مورد نیاز است 200 میلی لیتر تعیین شده باشد.
باید به نسبت و و ....
هر نمونه را برداشته و از اختلاط آنها نمونه واحد و مخلوطی تهیه و مورد آزمایش قرار داد.
مهمترین عواملی که در تعیین شدت آلودگی فاضلاب یا پساب دخالت دارد و اندازهگیری آنها در آزمایشگاه نهایت ضرورت را خواهد داشت.
تعیین مقادیر BOD (Biochemical oxygen Demand) و COD(Demand Oxygen Chemical ) و (Permangnat Value ) میباشد چون اندازه گیری BOD در تصفیه آزمایشگاه عملاً پنج روز بطول میانجامد.
لذا آنرا به BOD5 نمایش میدهند.
بنابراین تعریف کلی BOD5 خواهد بود: (اکسیژن لازم برای اکسیداسیون آلودگیهای فاضلاب بطریقه بیولوژیکی) COD نیز که تعریف آن عبارت است از: (اکسیژن لازم برای اکسیداسیون آلودگیهای فاضلاب بطریقه شیمیایی).
در زمانی حداکثر 2 ساعت تعیین میگردد.
از این رو در آزمایشگاهها ترجیح میدهند برای اطلاع از شدت آلودگی فاضلاب یا پساب اغلب به اندازهگیری COD اکتفا شود.
چون در فاضلاب شهری و قسمت مهمی از پسابهای صنعتی نسبت حدود 5/1 تا 2 است با اندازهگیری COD براحتی BOD5 را با تقریبی قابل قبول محاسبه میکنند.
ممکن است بجای استفاده از نسبت مذکور بعد از تعیین COD از منحنیهایی که نسبت بین COD و BOD را تعیین نموده است برای محاسبه BOD5 استفاده کنند.
فرمول دیگری که در تعیین شدت آلودگی بکار میرود فرمول Mcgowan نام دارد: P 5/6+N 5/4= شدت آلودگی در این رابطه N معادل ازت آمونیاکی و آلی بحسب قسمت در 100000 و P معادل پرمنگنات مصرفی در محیط اسیدی و 27 درجه سانتیگراد جهت اکسیداسیون مواد آلی بحسب قسمت در 100000 است، ضریب 5/4 میزان اکسیژن مصرفی جهت اکسیداسیون به نیترات است و ضریب 5/6 راکلرو ـ سولفات ـ کلسیم ـ منیزیم به همان اندازه که در آب آشامیدنی موجود است.
N پسابهای صنعتی را برقم 4 تقلیل میدهند، فاضلابها را بر حسب BOD5 و فرمول Mcgowan به ترتیب زیر طبقهبندی کردهاند: جدول 2-1 طبقه بندی فاضلابها برحسب BOD5درفرمول MCGOWAN رابطه بین مقدار میلیگرم در لیتر BOD5 و شدت آلودگی برحسب طبقه فرمول Mcgowan به قسمت در 100000 به شرح جدول زیر خواهد بود: جدول 3-1شدت آلودگی برحسب فرمول MCGOWAN در بیشتر کشورها بجای پرمنگنات از پرمنگنات در محیط اسیدی و 28 درجه سانتیگراد برای تعیین اکسیژن لازم برای اکسیداسیون مواد آلی فاضلاب استفاده مینمایند، طبقهبندی فاضلاب با توجه به این نوع مطلب در جدول زیر آمده است.
جدول 4-1طبقه بندی فاضلابها برحسب پرمنگنات در فاضلابها و پسابها علاوه بر BOD5 و COD مقدار مواد معلق یا SS (Suspended Solid ) که در طراحی تصفیهخانهها اهمیت خاصی دارد باید در نمونههای اخذ شده ساعتی مورد آزمایش قرار گیرد.
پسابهای صنعتی ممکن است شامل قسمتهای زیر باشد: 1ـ پسابهای حاصل از شستشوی ماشین آلات و مواد اولیه 2ـ پسابهای ناشی از روش‌های تولید محصولات صنعتی 3ـ فاضلاب فعالیت پرسنل کارخانه نشد آبها مخصولاً در نقاطی که سطح آبهای زیرزمینی بالا است از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد بود، مهمترین آلودگیهای حاصل از اثر دفع نادرست پسابهای صنعتی عبارتند از: ـ مواد آلی و آلوده کننده که باعث مصرف اکسیژن محلول محیط دریافت کننده می‌شود.
ـ عوامل بیماریزا ـ ترکیبات آلی شیمیایی ـ مواد غذایی گیاهی ـ مواد معدنی ـ رسوبات ـ نفت و روغن ـ حرارت ـ مواد رادیواکتیو از کل مواد جامد موجود در فاضلاب 30 درصد آن معلق و 70 درصد آن مواد آلی است.
مواد آلی فاضلاب شامل 10 درصد چربی و روغن ـ25 درصد کربوهیدراتها و 65 درصد پروتئین است.
مطالب فوق در جدول شماره (5-1) نشان داده شده است، ضمناً جدول (6-1) اهم بیماری ناقله بوسیله فاضلاب را نشان میدهد.
ضمناً به منظور مقایسه کیفیت فاضلاب شهری در نقاط مختلف جهان با آنچه که در شهر تهران در نتیجه نمونهبرداری مکرر و انجام آزمایشات در طول مسیر مطالعات فاز اول فاضلاب تهران بدست آمده به جدول (5-1) که نشان دهنده ترکیب فاضلاب در کشورهای جهان اشاره میکنیم.
جدول5-1 ترکیبات فاضلاب شهری فاضلاب 1/0 درصد 9/99 درصد مواد جامد آب 30% مواد معدنی 70% مواد آلی فلزات مواد دانهای 10% چربی و روغن 65% پروتئین املاح 25% کربوهیدراتها جدول 6-1 انواع بیماریهایی که بوسیله آب آلوده انتقال مییابد.
3-1- سرانه فاضلاب BOD5 و مواد معلق سرانه تولید فاضلاب بستگی کامل به میزان آب مصرفی، عادات مردم، شرایط اجتماعی و مذهبی و بسیاری عوامل دیگر دارد.
معمولاً بر حسب شرایط اقلیمی 80-65% آب مصرفی شهری به فاضلاب تبدیل می‌شود.
در آمریکا بر اساس گزارش Anderson Farrel-Watson برای منازل مسکونی با احتساب تعداد ساکنین هر خانواده 5 نفر، بسته به شرایط اجتماعی سرانه تولید فاضلاب شهری به شرح زیر تعیین شده است.
اجتماعات با زندگی خوب 250 لیتر اجتماعات با زندگی متوسط 170 لیتر اجتماعات با زندگی پایین و روستاها 90 لیتر جدول 7-1 کیفیت شیمیایی فاضلاب در کشورهای مختلف فاضلابها را بر مبنای میزان BOD5 و COD مطابق جدول بعد طبقهبندی نمودهاند.
جدول8-1طبقه بندی فاضلابهابرحسبBOD5,COD میزان BOD5 سرانه در فاضلابهای مختلف ناشی از مصارف گوناگون آب در آمریکا و نقاط گرمسیر به شرح زیر است: جدول 9-1میزان سرانه BOD5درفاضلابهای مختلف ضمناً ارتباط بین سرانه فاضلاب (لیتر در روز) و مقدار BOD5 میلی گرم در لیتر در شکل (1-1) نمایش داده شده است و ارتباط بین تغییرات BOD و COD نیز مطابق شکل (2-1، الف و ب) خواهد بود.
شکل 1-1 منحنی تغییرات BOD برحسب سرانه فاضلاب در رابطه بین تغییرات BOD5 برحسب تولید سرانه فاضلاب شکل (4-1) نیز ارائه گردیده است.
در مورد محاسبات تصفیه خانههای فاضلاب اختصاصی مثل کارخانجات ـ هتلها، بیمارستانها و غیره تولید سرانه فاضلاب مطابق جدول صفحه بعد است: جدول 10-1تولیدسرانه فاضلاب شکل 2-1.
الف ـ تغییرات BOD برحسب COD شکل 2-1، ب ـ رابطه بین BOD و COD شکل 3-1.
تغییرات BOD5 برمبنای میزان فاضلاب سرانه.
4-1- جمعیت معادل آلودگی در بیشتر کشورهای جهان برای تعیین شدت آلودگی پسابهای صنعتی از جمعیت معادل آلودگی یا PE (Populatoion equivalent) که از فرمول مقابل بدست میآید، استفاده مینمایند.
PH = دراین فرمول F = میزان پساب به میلیون گالن در روز، B = میلیگرم در لیتر BOD5 آن و X = معادل