اساس کار در تصفیه شیمیایی فاضلاب بر کاربرد مواد شیمیایی در تصفیه فاضلاب است. در تصفیه خانه های فاضلاب مواد شیمیایی مانند کلروفریک و انواع مختلف پلیمرها را برای تاثیر گذاشتن روی مواد خارجی نامحلول و کلوییدی و یا مواد محلول در فاضلاب به کار می برند.
در روش های شیمیایی فرآیند جداسازی یا تبدیل مواد آلاینده با افزودن مواد شیمیایی انجام می شود. پیچیدگی در این فرآیندها به مراتب بیش از روش های فیزیکی است. همین پیچیدگی سبب دشواری نسبی در بهره برداری از روش های شیمیایی می شود, از این رو تا حد امکان سعی می شود که کمتر از روش های شیمیایی در سیستم تصفیه استفاده شود.
بعلاوه هزینه ی خرید و نگهداری مواد شیمیایی مورد نیاز در برخی موارد, مانع بزرگی در کاربرد فرآیندهای شیمیایی است.
تصفیه شیمیایی فاضلاب ها در طی چند دهه ی اخیر, مورد توجه قرار گرفت ولی به دلیل هزینه ی زیاد, استفاده ی چندانی از آن نشد, ولی با پیشرفت و تکامل بیشتر و تعیین شاخص های بالاتر در حوزه ی استاندار فاضلاب خروجی, در بیشتر موارد تصفیه شیمیایی ضروری بنظر می رسد.
بطور کلی, به استثنای ضدعفونی کردن, در تصفیه شیمیایی فاضلاب ها از منغقدکننده هایی مانند آهک, آلومینیوم, نمک های فریک یا پلی الکترولیت های مصنوعی استفاده می شود که باعث ایجاد شرایطی مناسب برای چسبیدن ذرات, بزرگ تر شدن آن ها و به آسانی ته نشین شدنشان می شود.
در این روش, ترکیبات آهک, آلومینیوم و نمک های فریک به میزان بسیار زیادی به کار می رود. همچنین از گاز کلر برای تبدیل نیتروژن آمونیاکی به گاز نیتروژن استفاده می شود که غیر محلول است و از آب خارج می شود.
خنثی سازی در برخی از قسمت های تصفیه خانه کاربرد دارد. از جمله قبل از تخلیه ی آب تصفیه شده به محیط زیست, چرا که حیات موجودات آبزی به شدت نسبت به هر گونه تغییر PH ( هر چند ناچیز ) محیط, چه بالاتر و چه پایین تر از عدد 7 وابسته است. همچنین قبل از شروع تصفیه بیولوژیکی, میزان PH محیط بین 6/5-8/5 تنظیم می شود تا حیات بیولوژیکی محتویات فاضلاب را تضمین کند. در این روش عمل خنثی سازی را با افزودن اسید یا باز به جریان قلیایی یا اسیدی فاضلاب می توان انجام داد.
در برخی موارد برای تجزیه و یا تغییر فرم شیمیایی مواد به کار برده می شود. از مثال های بسیار معروف در این مورد, اکسیداسیون سیانور ( با هدف تجزیه ی سیانور ) است که کاربرد وسیعی در تصفیه فاضلاب های آبکاری دارد. اکسیداسیون سیانور در شرایط قلیایی و با استفاده از مواد اکسید کننده ی قوی مثل کلر و یا ازن انجام می شود و در این واکنش, سیانور تبدیل به سیانات شده و در مرحله ی بعد سیانات نیز تجزیه و به طور کامل حذف می شود. این فرآیند به طور معمول در پساب های سیانوری کاربرد زیادی دارد.
برای تبدیل کروم شش ظرفیتی به کروم سه ظرفیتی به کار برده می شود. در صنایع فلزی از اسید کرومیک و یا ترکیبات دیگر کروم برای حفاظت از فلز در برابر خوردگی استفاده می شود. برای جداسازی کروم شش ظرفیتی باید ابتدا آن را تبدیل به کروم سه ظرفیتی کرد. این عمل با افزودن مواد احیا کننده ی قوی مانند اکسید گوگرد و یا احیا کننده هایی مثل بی سولفیت سدیم در شرایط اسیدی انجام می گیرد.
فرآیند تبادل یونی یکی از شکل های پدیده ی جذب سطحی است که در آن فاضلاب در تماس با جاذب قرار می گیرد. طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاضلاب جذب جاذب شده و از پساب جدا می شوند. فرآیند تبادل یونی, فرآیندی برگشت پذیر است که طی آن یون های خارجی موجود در آب جذب گروه های عاملی قرار گرفته و روی شبکه پلیمری ( جاذب ) می چرخند و بدین ترتیب هر گونه ناخلصی یونی آب برطرف می شود. پس از اشباع شدن گروه های عاملی, سیستم تحت عملیات بازیابی و شست و شوی شیمیایی قرار می گیرد و مجددا از آن استفاده می شود. از سیستم های تبادل یونی به دو منظور سختی گیری و همچنین تولید آب با خلوص بالاتر استفاده می شود.
در تصفیه خانه های فاضلاب، بلوئر هوادهی بایستی جریان های مختلف هوا را با فشار مشخصی برای شرایط مختلف محیطی تامین کند. معمولا هر بلوئر هوادهی تنها قادر به تامین بخشی از نیازهای شرایط بهره برداری است. از آن جایی که تامین دامنه ی گسترده ای از جریان هوا و فشار در تصفیه خانه ی فاضلاب ضروری است ، به منظور تنظیم و یا کاهش کار بلوئر، در زمینه ی طراحی سیستم بایستی به نکات مهمی توجه شود.
یکی از کاربردهای بلوئر هوادهی دمیدن هوا در دیفیوزرها است که اکسیژن لازم برای تصفیه میکروبیولوژیکی را تامین کند.
روش های انجام تنظیم و یا کاهش کار بلوئر هوادهی عبارتند از :
محل نصب یونیت هوادهی لازم است تمیز و عاری از گرد و خاک بوده، ترجیحا خشک و بدون رطوبت باشد. نصب یونیت در داخل یک اتاق حفاظت شده، بهتر از فضای آزاد و یا فضای مسقف مملو از گرد و غبار است. ضمنا محل نصب باید به گونه ای باشد که تعویض روغن بلوئر و فیلتر هوا و نیز کنترل های جاری یونیت به راحتی انجام پذیر باشد. سعی شود در تابلوی برق از تایمرنیز استفاده شود تا ساعات کارکرد بلوئر مشخص باشد.
به منظور جلوگیری از انتقال صوت توصیه می شود دیواره های اتاقک نصب بلوئر از دو ردیف سفال تو خالی ساخته شوند، سطح پنجره ها به اندازه حداقل کافی باشد، پنجره ها دو جداره باشند و محل های ورود هوا و تهویه، عایق صوت طراحی شوند.
تهویه بلوئر خانه به شرح ذیل توصیه می گردد:
این نوع از بلوئرها، هوادهی عمقی است و در مقایسه با سیستم های هوادهی سطحی دارای یک سری مزایا می باشد. مثلا هوادهی عمقی مشکلات راهبری و نگهداری کمتری نسبت به هوادهی سطحی دارد. علاوه بر این هواده های سطحی باعث پخش سلول های بیماری زا شده و راندمان انتقال اکسیژن در آن ها کمتر است. از نظر مصرف انرژی نیز هواده های سطحی بواسطه نیاز به ژروانه و موتور چرخش پروانه حدودا 10 درصد بیش تر از هواده های عمقی انرژی مصرف می کنند.
تعریف خاصی برای کیفیت خورندگی آب وجود ندارد زیرا فاکتورهایی چند در این خاصیت نقش دارند که هریک باید بصورت جداگانه بررسی گردند. با وجود این در بین عوامل فراوان خورندگی سه صفت ویژه آب خام در خورندگی فلزات بوسیله آن مسئول می باشند. این صفات بشرح زیر است:
آب هایی که دارای خاصیت خورندگی می باشند عبارتند از: آب های سبک مردابی، آب های چاههای کم عمق دارای PH پایین با سختی موقت کم و سختی دائم زیاد، آب های آهن دار، آب های گچ و آهک دار با محتوی CO2 بالا، آب های حاوی ماسه سبز و ذغال سنگ و آب های دارای کلر و یا کلر آزاد باقی مانده
برای آزمایش خاصیت خورندگی آب می توان آنرا مدتی در تماس با پودر سنگ مرمر یا گچ قرار داد. آزمایشهای اولیه و نهایی تعیین PH نشان می دهند که آیا آب کلسیم را در خود حل نموده و یا اینکه کلسیم ته نشین شده است اگر کلسیم در آب حل شده باشد، آب احتمالا بر روی آهن و فولاد و همچنین سیمان خورندگی دارد.
مساله مهمی که همواره در مورد آزمایش های خورندگی آب باید کنترل نمود بررسی قابلیت حل شدن سرب در آن می باشد، زیرا از آنجایی که سرب عنصر سمی است و قابلیت تجمع در بدن دارد مسائلی در رابطه با لوله کشی آب از جنس سرب پیش می آید.
از باکتری اشرشیا کلیفرم یا کلیفرم روده ای ( مدفوعی ) به عنوان شاخص بهداشتی بودن آب استفاده می شود. این شاخص معرفی آلودگی آب به فاضلاب های انسانی است. بنابراین بهداشتی بودن آب را مدنظر دارد.
چون علیرغم استفاده مکرر از این شاخص، بسیاری از افراد، احساس علمی درستی از آن ندارند از این رو در این مورد توضیح بیشتری داده می شود.
کلیفرم روده ای به تعداد میلیونی در روده بزرگ انسان وجود دارد بنابراین بیماری زا نیست. دلایل استفاده از کلیفرم روده ای بعنوان شاخص بهداشتی بودن آب عبارتند از :
1- در برابر شرایط نامساعد محیط مقاومت بالایی دارند بطوری که اگر بخاطر نامساعد بودن محیط، کلیفرم روده ای از بین برود می توان با اطمینان گفت که هیچ ویروس و باکتری بیماری زایی نمی تواند در آن محیط وجود داشته باشد.
2- تعداد این باکتری بسیار زیاد است بنابراین حتی در اثر رقیق شدن های مکرر هم می توان اطمینان داشت که اگر هر نوع باکتری در نمونه باشد حتما کلیفرم روده ای هم هست.
3- طرز تشخیص این باکتری در مقایسه با باکتری های بیماری زا،بسیار ساده و ارزان است.
4- چون این باکتری بیماری زا نیست از این رو وجود آن در نمونه آب خطری ایجاد نمی کند.
با توجه به مراتب فوق می توان گفت که آلودگی آب طبیعی به این باکتری می تواند هشداری به احتمال آلودگی آب به باکتری های بیماری زا و فاضلاب های انسانی باشد و در نتیجه اقدامات لازم برای بهداشتی کردن آب مطرح می شود.
واحد بیان غلظت این شاخص MPN است. در شرایط استاندار در فاضلاب تصفیه شده، MPN در یک لیتر از نمونه باید 200-300 باشد. در آب شرب MPN باید صفر باشد.
کلر در حضور رطوبت به شدت واکنش دهنده و بسیار خورنده است. گاز کلر محرک دستگاه تنفسی بوده و به عنوان گاز سمی طبقه بندی شده است. اثرات مواجهه با گاز کلر شامل خفگی، سرفه، آبریزش چشم، تحریک ملایم پوستی و تحریک ریه ها می شود. این اثرات وقتی ظاهر می شوند که غلظت کلر به 5-10ppm برسد. غلظت کلری که باعث ایجاد خطرات فوری برای زندگی و سلامتی می شود 10ppm تعیین شده است.
هیپوکلریت سدیم یک محرک دستگاه تنفسی بوده و باعث تخریب بافت های زنده می شود. باید از فراهم شدن شرایطی که ممکن است باعث ایجاد خطرات شدید می شوند مثل گرمای زیادی یا اختلاط با مواد ناسازگار جلوگیری شود. همچنین محلول های هیپوکلریت باعث رهاسازی یک جریان گاز می شوند که دارای بوی کلر به راحتی قابل تشخیص شده و به عنوان مونوکسید کلر معرفی شده است.
در حضور رطوبت، بخارات حاصله از کلر باعث خوردگی فلزاتی مثل آهن و مس می شوند. بنابراین نگهداری و ذخیره سازی محلول های هیپوکلریت سدیم به ملاحظات طراحی خاصی نیاز دارند زیرا باعث ایجاد خوردگی می شوند.
جهت فراهم نمودن اقدامات ایمنی مناسب، استفاده از عینک ایمنی، دستکش و دیگر تجهیزات محافظتی توصیه می شود. استفاده از تجهیزات ایمنی فردی به همراه روش های کنترل مهندسی، روش های راهبری استاندار و تجهیزات تغذیه با شرایط نگهداری مناسب، باعث فراهم شدن ایمنی کار با کلرزن می شود.
عوامل کلرزدا مثل دی اکسید گوگرد نیز یک گاز خورنده و محرک محسوب می شود. همچنین در هنگام استفاده از بی سولفیت سدیم نیز باید احتیاط شود زیرا بر اثر مواجهه با اسیدها یا حرارت می تواند تجزیه شده و باعث تشکیل دی اکسید گوگرد خورنده شود.
گازهای کلر و دی اکسید کلر را به عنوان گازهای کلر و دی اکسید کلر را به عنوان گازهای سمی طبقه بندی کرده و بر جلوگیری از رهاسازی های اتفاقی آنها در حین تولید، حمل و نقل، ذخیره سازی و نگهداری تاکید کرد. استفاده از هیپوکلریت سدیم و عوامل مایع کلرزدا باعث کاهش خطرات حمل و نقل و مواجهه هم برای محیط پیرامون و هم بهره برداران تصفیه خانه ها می شود. با این حال، راهبران تصفیه خانه ها باید آموزش های کافی در ارتباط با روش های تولید، دریافت و بارگیری، کنترل نشت های ناگهانی به محیط و دیگر مهارت های مورد نیاز را دریافت نمایند.
مقدار ذخیره سازی در محل باید با توجه به قابلیت اعتماد روش تامین انتخاب شود. برای تصفیه خانه هایی که در نزدیکی منبع تامین اصلی ترکیبات شیمیایی قرار دارند، ذخیره سازی برای مدت 7 روز نیز کفایت می کند. برای مناطقی که ممکن است باعث به تاخیر افتادن تامین مواد مورد نیاز شود، مقادیر ذخیره سازی بیشتری باید مورد ملاحظه قرار گیرد. برای هیپوکلریت سدیم باید از ذخیره سازی خیلی زیاد خودداری شود زیرا محلول های خیلی قوی پایدار نیستند.