صافی های چکنده

• مهندسی فاضلاب
• آخرین بروزرسانی: 8 شهریور 1395

شکل ۱ – صافی چکنده با مواد پلاستیکی و سیستم زهکشی آن

برای تصفیه زیستی در شهرهای کوچک و متوسط یعنی تا جمعیت هایی پیرامون ۵۰ هزار نفر می توان از صافی چکنده استفاده کرد. برای شهرهای بزرگتر معمولاً سطح موردنیاز زیاد شده و هزینه تأسیسات افزایش می یابد و طرح جنبه اقتصادی خود را از دست می دهد.

صافی های چکنده از استوانه های بتنی یا فلزی تشکیل شده اند که درون آنها را با قلوه سنگهاییو یا قطعه های پلاستیکی پر کرده و فاضلاب را روی آنها پخش می کنند. برای صافی های با ارتفاع کم می توان مانند شکل شماره ۱ از مصالح آجری یا بلوک سیمانی نیز استفاده کرد. فاضلاب مانند شکل شماره ۲ توسط بازوهای لوله ای سوراخ داری روی قطعه های پلاستیکی سوراخ دار پخش شده و به صورت چکه هایی به قطعه های زیر می رسد. بر اثثر وجود خلل و فرج در قطعه های پلاستیکی و یا میان قلوه سنگها و نیز اختلاف درجه گرما، جریان هوا درون صافی برقرار شده و موجب رسیدن اکسیژن به باکتری های موجود در فاضلاب می شود. باکتری های هوازی به صورت لایه ای ژلاتینی شکل بر روی قطعه های پلاستیکی و یا قلوه سنگها جمع شده، تولید مثل پیدا کرده و مواد آلی موجود در فاضلاب را برای ادامه زندگی خود تغذیه و موجب اکسیداسیون و پایدار شدن آنها می شوند.

شکل ۲ – روش پخش کردن فاضلاب روی قطعه های پلاستیکی صافی چکنده ای به قطر تا ۶۰ متر

قطعه های قلوه سنگهایی که در صافی چکنده مصرف می شوند به سه صورت و در سه لایه متفاوت روی همدیگر ریخته می شوند. نخستین لایه زیرین که لایه ای است نگهدارنده و به کلفتی ۲۰ سانتیمتر از قلوه سنگهایی درشت و به قطرهای ۸ تا ۱۵ سانتیمر تشکیل می شود. روی این لایه یک لایه محافظ به کلفتی ۵۰ سانتیمتر با قطعه هایی به قطرهای ۶/۳ تا ۸ سانتیمتر ریخته می شود. سپس روی این دو لایه، لایه اصلی و مؤثر به قطرهای ۴ تا ۸ سانتیمتر و به کلفتی پیش بینی شده در طرح قرار می گیرد.

ارتفاع صافی های چکنده بسته به نوع و ابعاد لایه مؤثر چکننده فاضلاب و در نتیجه خلل و فرج و امکان جریان هوا از میان آنها و نیز میزان بارگذاری در صافی متفاوت و میان ۱/۵ تا ۱۲ متر انتخاب می شود.

در انگلستان ارتفاع صافی ها را کم و میانگین ابعاد قطعه های چکننده فاضلاب را ۴ سانتیمتر اختیار می کنند، در صورتی که در آمریکا ارتفاع را بیشتر و ابعاد قطعه ها را نزدیک به ۶ سانتیمتر انتخاب می کنند. ممکن است مانند شکل شماره ۳ به جای قلوه سنگ از قطعه هایی با سطح های مورب پلاستیکی و سبک وزن استفاده کرد. سبکی این مواد موجب می شود که بتوان ارتفاع صافی را تا پیرامون ۱۲ متر افزایش داده و بازده آن را بالا برد.

شکل شماره ۳ – مواد قلوه سنگی ]شکل a[ و قطعه های پلاستیکی ]شکل های b تا f[ مصرفی در صافی های چکنده

صافی های چکنده را از دو نظر دسته بندی می کنند. نخست از نظر میزان بارگذاری روی صافی که به صافی های کم بار و پر بار تقسیم بندی می شوند. دوم با توجه به شکل ساختمانی آنها که به صافی های ایستاده و ثابت و صافی های استوانه ای و گردان (خوابیده) تقسیم بندی می شوند. از صافی های چکنده می توان به صورت یک مرحله ای و یا چند مرحله ای استفاده کرد. در نوع اخیر فاضلاب پس از بیرون آمدن از صافی چکنده و برای تکمیل تصفیه به صافی دیگری وارد شده و دوباره تصفیه می شود. برای افزایش میزان بارگذاری حجمی صافی ها، قسمتی از فاضلاب ته نشین شده در استخر ته نشینی نهایی را دوباره همراه با فاضلاب خام روی صافی چکنده پخش می کنند. نسبت فاضلاب برگشتی به کل فاضلاب خام می تواند میان ۵۰ تا ۳۰۰ درصد انتخاب شود. در صورتی که این نسبت ۱۰۰ درصد انتخاب شود، بارگذاری روی صافی را می توان دو برابر حالتی که فاضلاب برگشتی صفر فرض گردد افزایش داد. بازده تصفیه خانه دارای صافی چکنده در کاهش آلودگی فاضلاب جمعاً می تواند میان ۶۵ تا ۹۵ درصد باشد، تغییرات نامبرده ناشی از میزان بارگذاری روی صافی، فاضلاب برگشتی و استفاده دوباره از صافی است. در روش استفاده از صافی چکنده باید پیش و پس از آن همیشه استخرهای ته نشینی نخستین و استخرهای ته نشینی نهایی را پیش بینی کرد. لجن بدست آمده از استخرهای ته نشینی در این روش باید در مخزن های هضم لجن با کمک باکتری های بی هوازی هضم و تثبیت شود.

شکل شماره ۴ – نمایش تغییرات سرعت جریان هوا در صافی در ارتباط با تفاوت درجه گرمای فاضلاب با هوای محیط

معایب و برتری های صافی چکنده

معایب صافی های چکنده در مقابل استخرهای هوادهی عبارتند از:

1. افت فشار زیاد که بسته به ارتفاع صافی تا چندین متر بالغ شود.
2. امکان رشد و نمو و تکثیر مگس، پشه و حشرات دیگر
3. وجود بوی تعفن در نزدیکی صافی که درنتیجه نمی توان آنها را در نزدیکی مناطق مسکونی ساخت.
4. نیاز به سطح زمین بیشتر به ویژه برای شهرهای بزرگ
5. فزونی هزینه های اولیه ساختمانی در مقایسه با استخرهای هوادهی
6. امکان یخ بندان سطح صافی در روزهای زمستان و کاهش بازده آن
7. اجبار در تصفیه کردن مقدماتی فاضلاب پیش از وارد کردن آن به صافی چکنده، این کار برخلاف استخرهای هوادهی حتی برای شهرهای کوچک نیز الزامی است.

برتری های صافی چکنده در مقایسه با استخر هوادهی عبارتند از:

1. بالا بودن قدرت نیترات سازی آنها وقتی به صورت کم بار طراحی شوند.
2. حساس نبودن کار آنها در برابر تغییرات دبی فاضلاب
3. کم بودن هزینه های راهبری و نگهداری آنها، برای نمونه کم بودن مصرف برق مورد نیاز برای راهبری آنها
4. نیاز به تخصص کمتر در راهبری آنها در مقایسه با روش هوادهی

محاسبه صافی های چکنده – محاسبه و طراحی صافی های چکنده را می توان بنابر مأخذها اروپایی با انتخاب بار حجمی و بار سطح از جدول های شماره ۱ و ۲ انجام داد.

رابطه  ۱

رابطه  ۲

در رابطه های شماره ۱ و ۲ و جدول شماره ۱ مقدار L_O کل آلودگی شهر بر حسب کیلوگرم در شبانه روز BOD_۵ و B_V بار حجمی بر حسب کیلوگرم BOD_۵ در هر متر مکعب از صافی، B_S بارسطحی آلودگی بر حسب کیلوگرم BOD_۵ بر هر متر مربع از سطح صافی، B_a بار سطحی بر حسب متر مکعب فاضلاب بر هر متر مربع از سطح صافی چکنده و Q ماکزیمم دبی فاضلاب است. دبی ماکزیمم فاضلاب را در این مورد ۱/۲ تا ۱/۸ میانگین تولید فاضلاب در نظر می گیرند و نسبت فاضلاب برگشتی برای استفاده از جدول ۱ برابر ۱۰۰ درصد است. در آمریکا برای طراحی صافی چکنده معمولاً از فرمول NRC برابر رابطه های شماره ۳ و ۴ و یا از جدول شماره ۲ استفاده می کنند.

رابطه ۳

رابطه ۴

در رابطه های ۳ و ۴ مقدار L_i و L_e به ترتیبآلودگی ورودی و خروجی فاضلاب از تصفیه خانه بر حسب میلی گرم در لیتر BOD_۵ و η بازده تصفیه خانه، R_s مقدار فاضلاب برگشتی بر حسب درصد نسبت به فاضلاب ورودی به تصفیه خانه، Q دبی ماکزیمم فاضلاب بر حسب متر مکعب و V حجم صافی چکنده بر حسب متر مکعب است.
برای محاسبه صافی مرحله دوم در صافی های دو مرحله ای از رابطه شماره ۵ استفاده می شود که در آن η بازده صافی مرحله اول و بقیه پارامترها مربوط به مرحله دوم هستند.

رابطه ۵

در رابطه های ۳ تا ۵ معمولاً نسبت R_s در صافی های کم بار صفر تا ۱۰۰ درصد و برای صافی های پربار ۱۰۰ تا ۳۰۰ درصد انتخاب می شود. در آمریکا ماکزیمم R_s گاهی تا ۸۰۰ درصد نیز انتخاب شده است.

صافی چکنده پربار – بار حجمی آلودگی (B_V) بر این صافی ها زیاد و مطابق جدول شماره ۱ میان ۴۰۰ تا ۸۰۰ گرم BOD_۵ بر هر مترمکعب از حجم صافی در شبانه روز انتخاب می شود. در برخی از کشورها مانند آمریکا بنابر جدول شماره ۲ از صافی های خیلی پربار استفاده می شود که بارگذاری آنها تا ۱۷۰۰و حتی ۶۰۰۰ گرم BOD_۵ بر هر مترکمعب از صافی در شبانه روز می رسد. از این رو عملاً تصفیه فاضلاب در این گونه صافی ها به ویژه هنگامی که بارگذاری از ۶۰۰ گرم BOD_۵ بر هر مترمکعب در شبانه روز تجاوز کند ناقص بوده و عمل نیترات سازی در آنها کامل انجام نمی گیرد. بجز آن چون بارگذاری سطحی فاضلاب نیز زیاد و میان ۰/۵ تا ۱/۸ مترمکعب در ساعت بر هر مترمربع از سطح صافی است عملاً لایه ژلاتینی شکلی که روی قلوه سنگها تشکیل می شود بسیار نازک و غالباً بخش هایی از این لایه قلوه سنگها کنده شده همراه فاضلاب به استخرهای ته نشینی می رود. بنابراین از یک سو لجن بدست آمده از استخرهای ته نشینی نهایی در این گونه صافی ها تثبیت نشده و قابل گندیدن بوده و از سوی دیگر صافی به علت جدا شدن دائمی لایه های ژلاتینی از سنگها نیاز کمتری به تمیز کردن دارد. به عبارت دیگر زیادی بار سطحی موجب خودشویی صافی شده و حجم فاضلاب تصفیه شده را افزایش می دهد. این اثر خودشویی مطابق رابطه شماره ۶ بجز بار سطحی به شمار بازوهای پخش کننده فاضلاب یعنی m و سرعت دوران آنها بر حسب دور در ساعت یعنی n بستگی دارد.

رابطه ۶

در رابطه ۶ مقدار B_a نشان دهنده بار سطحی بر حسب میلیمتر در ساعت، S که قدرت شویندگی صافی نامیده می شود بر حسب میلیمتر در ساعت است. مقدار مناسب S برابر ۲ تا ۶ میلیمتر در هر بار بکار افتادن بازوهای پخش کننده فاضلاب است.

بازده تصفیه خانه ای با صافی پربار یک مرحله ای و با میزان بارگذاری ۶۰۰ گرم BOD_۵ در هر مترمکعب در شبانه روز، در تثبیت مواد آلی ناپایدار فاضلاب، پیرامون ۷۵ تا ۸۵ درصد است.

صافی چکنده کم بار – چنانکه در جدول شماره ۱ دیده می شود، مقدار بار حجمی آلودگی یعنی B_V در این صافی ها کم و میان ۲۰۰ تا ۴۰۰ گرم BOD_۵ بر هر مترمکعب از حجم صافی در شبانه روز و بار سطحی B_a آنها میان ۰/۴ تا ۱/۵ متر در ساعت انتخاب می شود. در برخی از منبع ها بار حجمی آلودگی را تا ۱۷۵ گرم BOD_۵ بر هر مترمکعب در شبانه روز نیز کاهش می دهند. با چنین بارگذاری، فاضلاب فرصت می یابد تا به طور کامل تصفیه شده و فرآیند نیترات سازی در آن انجام گیرد. از این رو لجنی که از این گونه صافی ها در استخر ته نشینی جمع می شود لجنی است نسبتاً تثبیت شده. بازده این گونه صافی ها در تثبیت مواد آلی فاضلاب برای بارگذاری ۲۰۰ گرم BOD_۵ در هر مترمکعب از صافی در شبانه روز ۸۵ تا ۹۵ درصد است.

صافی های چکنده گردان – این گونه صافی ها از استوانه های مشبکی تشکیل شده اند که درون آنها از قطعه های پلاستیکی متخلخل پر شده است. استوانه دور محور افقی خود دوران کرده و همیشه قسمت زیرین آن در فاضلاب غوطه ور است. فاضلاب در حوضچه ای در زیر صافی جریان آرامی را طی می کند. به عبارت دیگر برخلاف صافی های استوانه ای ثابت، صافی های گردان متحرک بوده و به طور متناوب و همیشه قسمتی از آن در فاضلاب و قسمتی در هوا قرار می گیرد. این گونه صافی ها را امروزه تنها با مواد پلاستیکی می سازند.

صافی چکنده با مواد پلاستیکی – امروزه به جای قلوه سنگهای طبیعی و مصنوعی مانند شکل های شماره ۳b و ۳f از قطعه های پلاستیکی متخلخل استفاده می شود. مواد پلاستیکی دارای این برتری هستند که می توان با تغییر درجه تخلخل و یا به عبارت دیگر با افزایش سطح ویژه مواد یعنی مقدار سطح برحسب مترمربع برای هر مترمکعب از حجم مواد، مقدار بارگذاری بر صافی را افزایش داد. در جدول شمار ۱ تغییرات نامبرده دیده می شوند.

همچنین به علت سبکی وزن مواد پلاستیکی می توان صافی های چکنده را بلندتر ساخت و با کمک آنها صافی های چکنده گردانی با قطرهای بزرگتر ایجاد کرد. در جدول ۱ نسبت فاضلاب برگشتی ۱۰۰ درصد (بجز در مورد صافی های گردان) و نسبت وزن لجن خشک به بار حجمی B_V درمورد صافی های پربار ۰/۸ و درمورد صافی های کم بار ۰/۶ برای هر مترمکعب از حجم صافی در شبانه روز داده شده است. بجز آن در صافی های نوع اروپایی معمولاً ارتفاع را ۲ تا ۵ متر انتخاب می کنند.

 جدول ۱ – مشخصات صافی های چکنده نوع اروپایی

جدول ۲ – مشخصات صافی های چکنده نوع آمریکایی