فاضلاب

منشأ فاضلاب می‌تواند موارد زیر باشد (متن‌های داخل پرانتز نشان دهنده اجزایی است که به احتمال زیاد جزو آلاینده‌ها هستند):

• فاضلاب انسانی (مدفوع، دستمال توالت استفاده شده، ادرار یا دیگر مایعاتی که از بدن خارج می‌شوند)، به عنوان آب سیاه شناخته می‌شود، معمولاً از روشویی یا دستشویی خارج می‌شود.
• چاه مستراح
• تخلیه گندانبار
• تخلیه کارخانه‌های تصفیه فاضلاب
• آب مورد استفاده در شستشو (شستشوی شخصی، لباس، کف زمین، ظرف‌ها و غیره) که به عنوان پساب شناخته می‌شود.
• بارش باران جمع‌آوری شده در پشت بام، حیاط، جدول‌ها و غیره. (به‌طور کلی بدون وجود روغن یا سوخت)

• آب زیرزمینی نفوذ کرده به فاضلاب
• مازاد مایعات تولید شده از منابع خانگی (نوشیدنی‌ها، روغن پخت‌وپز، آفت‌کش‌ها، روغن موتور، رنگ، مایعات تمیزکننده و غیره)
• آب جاری‌شده از راه‌ها، سقف‌ها، پیاده‌روها/ سنگ‌فرش‌ها (ترکیب‌شده با روغن‌ها، مدفوع حیوانات، آشغال‌ها، گازوئیل/ بنزین، سوخت دیزل یا لاستیک‌های باقی‌مانده، پس‌ماندهٔ صابون، مواد فلزیِ خارج‌شده از اگزوز وسایل نقلیه
• نفوذ آب دریا (با حجم بالایی از نمک و میکروب)
• نفوذ مستقیم آب رودخانه (با حجم بالایی از موجودات ریز زنده)
• ورود مستقیم مایعات ساخت انسان (دفع غیرقانونی از آفت کش‌ها، روغن‌های استفاده شده و غیره)
• زه‌کشی‌های بزرگ‌راه (روغن، مواد ضدیخ، باقی‌مانده لاستیک‌ها)
• موارد حمل شده با طوفان (تقریباً همه چیز از جمله اتومبیل‌ها، چرخ‌های دستی خرید، درختان، گاو و غیره)
• آب سیاه (آب‌های سطحی آلوده به فاضلاب)
• زباله‌های صنعتی
• زهکشی‌های سایت‌های صنعتی (گل و لای، شن و ماسه، مواد قلیایی، روغن، باقی‌مانده‌های شیمیایی)
  • آب‌های خنک‌کننده صنعتی (زیست‌کش، گرما، لجن‌ها، گل و لای)
  • آب‌های فرایندهای صنعتی
  • زباله‌های زیست‌فروسایی یا آلی، شامل فاضلاب‌های کشتارگاه‌ها، کارخانه‌های لبنیات و بستنی.
  • زباله‌های آلی یا زیست تخریب ناپذیر / سخت تخریب پذیر (داروهای شیمیایی یا آفت‌کش‌ها)
  • زباله‌های با PH بالا (تولیدات اسیدی / قلیایی، آبکاری فلزات)
  • زباله‌های سمی (آبکاری فلزات، تولید سیانید، تولیدات آفت کش‌ها و غیره)
  • مواد جامد و نامیزه‌ها (تولیدات کاغذ، مواد غذایی، روان‌کننده‌ها و تولید روغن هیدرولیک و غیره)
  • زهکشی‌های کشاورزی، مستقیم و پراکنده
  • شکستگی‌های هیدرولیکی
  • چاه فاضلاب
    آب تولید شده از نفت و گاز طبیعی

ترکیبات فاضلاب تنوع گسترده‌ای دارد. موارد زیر لیستی از ترکیباتی است که ممکن است در آن وجود داشته باشند:

• آب (بیش از ۹۵ درصد) که اغلب هنگام استفاده از سیفون توالت برای حمل زباله به فاضلاب اضافه می‌شود.
• بیمارگرها شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها، پریون‌ها و کرم‌های انگلی
• باکتری‌های غیر بیماری‌زا
• ذرات آلی مثل مدفوع، مو، مواد غذایی، استفراغ، الیاف کاغذی، مواد گیاهی، گیاخاک و غیره.
• مواد محلول آلی مثل ادرار، قندهای میوه‌ها، پروتئین‌های محلول، داروها، مواد مخدر و غیره.
• ذرات معدنی مثل ماسه، ماسه سنگ، ذرات فلزی، سرامیک و غیره.
• مواد محلول معدنی مثل آمونیاک، نمک – جاده، نمک – دریا، سیانید، هیدروژن سولفید، تیوسیانات، تیوسولفات و غیره.
• جانوران مثل تک‌یاختگان، حشرات، بندپایان، ماهی‌های کوچک و غیره.
• مواد جامد بزرگ مثل نوار بهداشتی، پوشک، کاندوم، سوزن، اسباب بازی کودکان، جانوران و گیاهان مرده و غیره.
• گاز مثل سولفید هیدروژن، دی‌اکسید کربن، متان و غیره.
• نامیزه‌ها مثل رنگ، چسب، سس مایونز، رنگ مو، روغن‌های امولسیون و غیره.
• زهرابه مثل آفت‌کش‌ها، سم‌ها، علف‌کش‌ها و غیره.
• داروهای شیمیایی و هورمونی

اصولاً فاضلاب‌ها برای تصفیه فاضلاب شهری به سه دسته زیر دسته‌بندی می‌شوند که به ترتیب عبارت اند از:

• فاضلاب خانگی (شهری)
• فاضلاب صنعتی
• فاضلاب سطحی (آب‌های سطحی)
• فاضلاب کشاورزی

فاضلاب شهری

فاضلاب‌های خانگی عموماً از دستشویی، توالت، حمام، ماشین لباس‌شویی و ظرف‌شویی حاصل می‌شود.

لازم است ذکر شود آنچه از آن تحت عنوان فاضلاب خانگی یاد می‌شود حاصل مجموع تمام فاضلاب‌های شهری مانند مغازه‌ها، رستوران و غیره می‌باشد.

رنگ فاضلاب شهری بیان گر عمر فاضلاب می‌باشد به‌طوری‌که فاضلاب تازه دارای رنگ خاکستری و فاضلاب مانده دارای رنگ تیره و سیاه است.

فاضلاب صنعتی در تصفیه فاضلاب شهری

این فاضلاب‌ها از مراکز صنعتی مانند کارخانه‌ها یا کارگاه‌ها حاصل می‌شوند.

این فاضلاب‌ها بسته به نوع بخش صنعتی شامل مواد خطرناک می‌باشند مانند سرب، جیوه، مواد اسیدی و….

لازم است ذکر شود که این فاضلاب‌ها هرگز نباید با فاضلاب‌های شهری ترکیب شده.

عموماً تصفیه این فاضلاب‌ها به تخصص و هزینه بالا نیازمند است.

فاضلاب کشاورزی

این فاضلاب عموماً شامل سموم و ضد آفت‌ها می‌باشد.

همچنین به دلیل تماس آب با کودهای شیمیایی عموماً این پساب‌ها آلوده به مواد شیمیایی می‌باشند.

منشأ این فاضلاب زمین‌های کشاورزی و باغات می‌باشند.

فاضلاب سطحی در تصفیه فاضلاب شهری

فاضلاب‌های سطحی ناشی از بارندگی، ذوب شدن برف و موارد مشابه می‌باشند.

این فاضلاب‌ها با فاضلاب‌های شهری ترکیب شده و سپس به سمت تصفیه خانه هدایت می‌شوند.

لازم به توضیح است این فاضلاب‌ها در مسیر خود با آشغال‌ها، آلاینده‌های هوا و مواد معدنی زمین در تماس می‌باشند.

در جنوب شهر تهران ممکن است این فاضلاب‌ها به شدت آلوده باشند به دلیل در تماس بودن با آلاینده‌های هوا.

هر ماده قابل اکسایش و کاهش در آبراه‌های طبیعی یا فاضلاب‌های صنعتی می‌توانند با فرایندهای بیوشیمیایی (میکروبی) یا شیمیایی اکسید شود. در نتیجه میزان اکسیژن در آب کاهش خواهد یافت. اساساً، واکنش اکسیداسیون بیوشیمیایی به شرح زیر است:

Oxidizable material + bacteria + nutrient + O2 → CO2 + H2O + oxidized inorganics such as NO3- or SO4—

مصرف اکسیژن با کاهش مواد شیمیایی از جمله سولفید و نیتریت به شرح زیر است:

Oxidizable material +--S-- + 2 O2 → SO4-

Oxidizable material +NO2- + ½ O2 → NO3-

از آنجایی که همه آبراه‌های طبیعی شامل باکتری و مواد مغذی هستند، تقریباً هر نوع ترکیب زائدی که وارد این آبراه‌ها می‌شوند واکنش‌های بیوشیمیایی را آغاز می‌کنند (همان‌گونه که در بالا گفته شد). این نوع واکنش‌های بیوشیمیایی که در آزمایشگاه‌ها اندازه‌گیری می‌شوند اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی نامیده می‌شوند (BOD). این مواد شیمیایی مسئول شکستن اکسیدکننده‌های قوی هستند، این واکنش‌های شیمیایی که در آزمایشگاه انجام می‌شوند اکسیژن مورد نیاز شیمیایی نامیده می‌شوند (COD). هر دو آزمایش‌های BOD و COD برای اندازه‌گیری ارتباط اثر کاهش اکسیژن حاصل از آلاینده‌های فاضلابی هستند. تأثیر هر دو آزمایش به‌طور گسترده‌ای در اندازه‌گیری اثر آلاینده‌ها به اثبات رسیده‌است. آزمایش BOD برای اندازه‌گیری اکسیژن مورد نیاز برای آلاینده‌های زیست‌فروسایی است، درحالی‌که آزمایش COD برای اندازه‌گیری اکسیژن موردنیاز برای آلاینده‌های اکسیدشونده است.

اصطلاح BOD پنج - روزه مقدار اکسیژن مصرف‌شده توسط اکسیداسیون بیوشیمیایی مواد تشکیل‌دهندهٔ فاضلاب را در دورهٔ ۵ روزه اندازه‌گیری می‌کند. مقدار کل اکسیژن مصرفی در زمان واکنش‌های بیوشیمیایی که تا پایان آن مصرف می‌شود BOD نهایی نامیده می‌شود. از آنجایی که BOD نهایی زمان بر است، BOD پنج - روزه به عنوان واحد اندازه‌گیری ارتباط اثرات آلودگی، تقریباً به‌طور جهانی تصویب شده‌است.

همچنین آزمایش‌های COD مختلف زیادی وجود دارند که COD چهار-روزه از همه معمول‌تر است.

هیچ ارتباط کلی بین BOD پنج‌روزه و BOD نهایی وجود ندارد. همچنین هیچ ارتباط کلی بین BOD و COD نیز وجود ندارد. ممکن است که بتوان این نوع ارتباط را در یک جریانی خاص از فاضلاب برای آلاینده‌های خاص تعمیم داد اما این نوع ارتباط برای آلاینده‌های دیگر پساب در یک جریان دیگر از فاضلاب قابل استفاده نخواهند بود. چرا که ترکیبات هر جریان فاضلابی متفاوت است. به عنوان مثال آب رویی متشکل از محلول‌های قندهای ساده که می‌توانند از یک شیرینی پزی خارج شوند احتمالاً ترکیبات آلی دارند که خیلی سریع از بین می‌روند. در این صورت، BOD پنج-روزه و BOD نهایی بسیار مشابه خواهند بود و بعد از ۵ روز مواد آلی بسیار کمی وجود خواهد داشت. با این حال، آب روی نهایی یک تصفیه خانه که در یک منطقه بزرگ صنعتی کار می‌کند ممکن است تخلیه BOD نهایی بسیار بیشتر از BOD پنج روزه داشته باشد چراکه بیشتر این موادی که به راحتی از بین می‌روند ممکن است در طی مراحل تصفیهٔ فاضلاب حذف شده باشند و در بیشتر فرایندهای صنعتی، مولکول‌های آلی خیلی سخت از بین می‌روند.

تست‌های آزمایشگاهی برای تعیین میزان بالای اکسیژن موردنیاز در بسیاری از متون استاندارد دقیق هستند. نسخهٔ آمریکایی آن «روش‌های استاندارد برای آزمایش‌های آب و فاضلاب» است.

در بعضی از مناطق شهری، فاضلاب‌های بهداشتی و فاضلابی که از خیابان‌ها به دلیل بارش باران یا طوفان‌ها جاری می‌شود جداگانه منتقل می‌شوند. دسترسی به هر کدام از این‌ها از یک منهول امکان‌پذیر است. در طول بارش‌های شدید ممکن است فاضلاب‌های بهداشتی سرریز کنند و به محیط زیست جاری شوند. این مورد می‌تواند تهدید جدی برای بهداشت عمومی و محیط زیست باشد.

فاضلاب‌ها می‌توانند مستقیماً به داخل یک حوزه آبریز بزرگ با تصفیهٔ کم یا بدون تصفیه وارد شوند. فاضلاب بدون تصفیه می‌تواند تأثیر جدی روی کیفیت محیط زیست و سلامت مردم بگذارد. بیمارگرها می‌توانند باعث بسیاری از بیماری‌ها شوند. مواد شیمیایی حتی در مقدار کم نیز خطراتی جدی ایجاد می‌کنند و در دراز مدت در بافت‌های بدن انسان و حیوانات تجمع می‌یابند.

روش‌های بسیاری برای تصفیه فاضلاب از انواع مواد تشکیل دهنده آن وجود دارد. دو روش اصلی موارد زیر می‌باشند: استفاده از زباله‌های آب به عنوان منبع (مثل ساختن تالاب) یا تأکید آن‌ها بر آلودگی (مثل انواع کارخانه‌های تصفیه‌کنندهٔ امروزی). بیشتر فاضلاب‌ها در مقیاس صنعتی پرانرژی در تصفیه خانه‌های فاضلاب (WWTPs) تصفیه می‌شوند که شامل مراحل تصفیه فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی می‌باشند. به هر حال، استفاده از گندانبار و دیگر امکانات فاضلابی در محل (OSSF)، به صورت گسترده در مناطق روستایی وجود دارند به‌طوری‌که بالای ۲۰ درصد از خانه‌ها را در ایالات متحده ساپورت می‌کنند.

مهم‌ترین سیستم تصفیه هوازی، فرایند لجن فعال است، اساس آن نگهداری و چرخش توده مخلوط تشکیل شده از میکرو ارگانیسم‌هایی است که توانایی جذب و جذب سطحی مواد آلی درون فاضلاب را دارند. فرایندهای تصفیه بی‌هوازی فاضلاب (UASB , EGSB) به‌طور گسترده‌ای در تصفیه فاضلاب صنعتی و لجن‌های بیولوژیکی استفاده می‌شوند. بعضی فاضلاب‌ها خطرات بالایی برای استفاده دوباره آب دارند. برای اکثر فاضلاب‌ها روش‌های زیست‌محیطی با استفاده از سیستم‌های نی زار استفاده می‌شود، مثل تالاب‌های ساخته شده. قسمت سوم تصفیه‌ها استفاده بیشتری دارند و عمومی‌ترین تکنولوژی مورد استفاده، میکروفیلتراسیون یا غشای مصنوعی می‌باشند. بعد از فیلتراسیون غشایی، فاضلاب تصفیه شده غیرقابل تشخیص از آب طبیعی قابل نوشیدن (بدون مواد معدنی) باشد. نیترات با روش‌های طبیعی در تالاب از فاضلاب خارج می‌شود اما همچنان نیتروژن دهی میکروبی وجود دارد، مقدار کمی متانول توسط باکتری‌های کربنی اضافه می‌شود. تصفیه خانه‌های اوزونی نیز محبوبیت رو به رشدی دارند و از ژنراتور اوزون استفاده می‌کنند به این صورت که آلودگی‌های آب را مثل حباب‌های اوزونی از مخزن خارج می‌کنند اما انرژی فشرده می‌شود.

دفع فاضلاب از یک کارخانهٔ صنعتی سخت و هزینه‌بر می‌باشد. پالایشگاه‌های نفت، کارخانه‌های شیمیایی و پتروشیمی در محل خود امکاناتی دارند تا فاضلابشان را تصفیه کنند؛ بنابراین، غلظت آلاینده‌ها در فاضلاب تصفیه‌شدهٔ آن‌ها مطابق با مقررات محلی یا ملی در مورد دفع فاضلاب در کارخانه‌ها یا داخل رودخانه، دریاچه یا اقیانوس می‌باشد. تالاب‌های ساخته‌شده موارد استفاده زیادی دارند چراکه کیفیت بالا داشته و تصفیه را در همان مکان انجام می‌دهند. دیگر فرایندهای صنعتی که فاضلاب زیادی تولید می‌کنند صنعت کاغذ و خمیرکاغذ می‌باشد که نگرانی‌های زیست‌محیطی را ایجاد کرده‌اند، در نتیجه، آب مورداستفاده‌شان در کارخانه قبل از دفع پاکسازی می‌شود.

فاضلاب تصفیه شده می‌تواند دوباره به عنوان آب آشامیدنی، در صنعت (برج خنک‌کننده)، شارژ مجدد سفره‌های آب، در کشاورزی و توان بخشی اکوسیستم طبیعی (زمین‌های باتلاقی فلوریدا)، استفاده شود.

در سالهای اخیراً با توجه به رشد روزافزون مواد آلی و آلاینده رها شده در محیط از طریق جوامع انسانی لزوم استفاده از پکیج‌های تصفیه فاضلاب اهمیت بالایی پیدا کرده‌است. پکیج تصفیه فاضلاب بهداشتی که با بدنه معمولاً فولادی (با جنس پلاستیک فشرده یا کامپوزیت) ساخته می‌شود، یک مجموعه از قبل ساخته شده می‌باشد که بعد از انتقال به محل استفاده، سریعاً آماده استفاده می‌شود. و خروجی آن شامل آب زلال، بدون رنگ و بو می‌باشد. یکی از پراهمیت‌ترین تجهیزات تصفیه فاضلاب که می‌تواند فاضلاب تولید شده در محلهای روستایی و مسکونی یا جوامع کوچک انسانی و شهری استفاده شود پکیج‌های تصفیه فاضلاب بهداشتی می‌باشد.

استفاده از فاضلاب تصفیه نشده در کشاورزی

حدود ۹۰ درصد فاضلاب تولید شده در سطح جهان تصفیه نشده باقی می‌ماند و باعث آلودگی گسترده آب به‌خصوص در کشورهای کم درآمد می‌شود. استفاده از فاضلاب تصفیه نشده برای آبیاری زمین‌های کشاورزی رو به افزایش است. شهرها، محصولات تازهٔ پرسود خود را برای جذب کشاورزان به فروشگاه‌ها عرضه می‌کنند. درحالی که بخش کشاورزی برای افزایش منابع آبی خود با صنعت و شهروندان در رقابت است اغلب هیچ جایگزینی برای کشاورزان وجود ندارد که از آب آلوده شده با فاضلاب شهری مستقیماً برای آبیاری محصولات خود استفاده نکنند.

خطرات بهداشتی آبیاری با آب آلوده

خطرات بهداشتی قابل توجهی در استفاده از این نوع آب وجود دارد. فاضلاب‌های شهری می‌توانند شامل مخلوطی از آلودگی‌های بیولوژیکی و شیمیایی باشند. در کشورهای کم درآمد، اغلب سطح بالایی از پاتوژن در فضولات وجود دارد، در حالیکه در کشورهای در حال توسعه جایی که صنعت از مقررات زیست‌محیطی پیشی می‌گیرد خطرات ناشی از مواد شیمیایی آلی و غیرآلی در حال افزایش است. سازمان بهداشت جهانی، در همکای با سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد (FAO) و برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP) دستورالعمل‌هایی را برای استفاده ایمن از فاضلاب‌ها نوشته‌است.

مؤسسه بین‌المللی مدیریت آب که در هند، پاکستان، ویتنام، غنا، اتیوپی، مکزیک و دیگر کشورها در حال کار است پروژه‌های مختلفی را با هدف بررسی و کاهش خطرات ناشی از آبیاری فاضلابی انجام می‌دهد. آن‌ها خواستار یک رویکرد چند مانعی برای استفاده از فاضلاب و تشویق کشاورزان برای اتخاذ رفتارهای با خطر کمتر، هستند. این رویکردها شامل متوقف کردن آبیاری، چند روز قبل از درو به منظور از بین رفتن پاتوژن‌ها در برابر نور خورشید، جلوگیری از آلوده شدن برگ‌هایی که به‌طور خام مصرف می‌شوند بادقت در آب دادن به آنها، ضدعفونی کردن سبزیجات یا خشک کردن لجن مدفوع انسانی پیش از استفاده به عنوان کود، می‌باشند.

اتحادیه اروپا

دستور شورای EEC/271/91 در مورد تصفیه فاضلاب شهری در تاریخ ۲۱ می ۱۹۹۱ توسط دستور کمیسیون EC/15/98 اصلاح و به‌روزرسانی شده‌است. تصمیم کمیسیون EEC/481/93 دستورالعملی را که کشورهای عضو باید در کمیسیون دولت اجرا کنند را تعریف می‌کند.

ایالات متحده

قانون آب پاک اولین قانون فدرال در ایالت متحده برای حاکمیت بر آلودگی آب است.

• فاضلاب‌زدایی
• تصفیه فاضلاب
• همه‌گیرشناسی فاضلاب بنیان