بازگردانی آب از فاضلاب خاکستری در پروژه های ساختمانی

بـه علـت کمبـود آب طبیعـی وافزایش فاضلاب شهری، بازیافت از فاضلاب، بعنوان یک منبع جدید آب، جهت پیشـبرد اهـداف توسـعه پایـدار شـهری، بررسـی شـده اسـت. در سـطح خانگی نیز، بازیافت و استفاده مجدد غیر شرب از بخشی از فاضلاب‌های خانگی و همچنین جمع آوری آب باران از روی بام خانه‌ها مساله مهمی اسـت که در توسعه شهری پایدار و بخصوص درمورد ساختمان‌های سبز جهت کاهش مصرف آب تصفیه شده خانگی مورد توجه قرار گرفته است. فاضلاب خانگی به عنوان بزرگتـرین منبـع پتانسـیل در ذخیره منابع آب، شناخته شده است. بطوریکه بازیافت و استفاده مجدد از آن، سبب کاهش قابل تـوجهی در میـزان مصـرف آب تصـفیه شـده خـانگی می‌گردد. 

1. مقدمه

2. تعاریف:

• آب خاکستری

آب خاکستری مجموعه ای از فاضلاب های ظرفشویی،دستشویی و حمام می باشد و می تواند با ایجاد ساز و کاری جدید، برای آبیاری فضاهای سبز مجتمع ها مورد استفاده قرار گیرد. استفاده مجدد از آب خاکستری باعث کاهش مصرف آب های سطحی و زیر زمینی می شود. این آب تقریبا 50 تا 80 درصد فاضلاب شهری را تشکیل می دهد.بر طبق تعریف سازمان بهداشت جهانی (WHO) آب خاکستری (Gray Water) به پساب منازل مسکونی گفته می شود که با فاضلاب یا همان Black Water در تماس نباشد. آب خاکستری نام خوبی است برای برخی از آب مصرف شده در خانه ها، آبی که به واسطه فعالیت های خانگی کدر شده و در ضمن از منظر بهداشتی چیزی بین آب تمیز و فاضلاب است[7].

• مصارف مجدد

منظور از مصرف مجدد هر نوع مصارف مرسومی است که از پساب ها و آب های برگشتی به عمل می آید. مصارف مجدد مورد نظر در این مطالعه شامل مصارف آبیاری ، تفریحی و زیست محیطی می باشد[5].

• پیشینه

فناوری های آب خاکستری ، به دهه 70 میلادی باز می گردند. از آن زمان تا امروز فناوری های گوناگونی از سوی شرکت های مختلف در بازار عرضه شده است. نخستین فناوری هایی که عرضه شدند بیشتر، فناوری های تصفیه کالبیدی بودند چون صافی درشت و غشا ها بودند. پس از آن در دهه های 80 و 90 ، تماس گر زیستی چرخنده، صافی های زیستی هواداده، و زیست رآکتور ها هواداده پژوهش شدند. درسال های پایانی دهه ی 90 گزارش هایی از استفاده از فناوری های پیشرفته PNMBR داده شد . هم زمان راهکارهای گسترده و کم هزینه تر چون نیزار معرفی شد[2].

تجارب سایر کشور ها

در بسیاری از کشور های جهان که با کمبود آب مواجه شده اند از آب خاکستری به عنوان یک منبع غیر متعارف آب استفاده می شود. در زیر به معرفی چند کشور که از نظر مطالعاتی و اجرایی به استفاده مجدد از آب خاکستری پرداخته اند اشاره شده است :

آمریکا: ایالت کالیفرنیا برای اولین بار قانون استفاده از آب های خاکستری را تدوین کرد. این قانون که در سال 1992 تصویب شد، تجویز کرده لوله کشی منازل و فاضلاب ها به شیوه ای انجام شود که امکان استفاده از پساب ها فراهم شود. البته این قانون بسیار سخت گیرانه بود. فقط اجازه می داد که بخش کوچکی از پساب ها را فقط برای آبیاری گیاهان در خارج از خانه استفاده کنند. از سال 1992 تا سال 2009 انواع سیستم های استفاده وسیع تر از آب خاکستری غیر قانونی بود. ولی به دلیل گرانی آب مردم علاقه داشتند که هر چه بیشتر از آب خاکستری استفاده کنند. برای اینکار ابزار و وسایلی هم ساخته شده و تعداد زیادی از مردم به صورت غیر قانونی از آن استفاده می کردند. تا اینکه به دلیل کم آبی سال های اخیر، فشار زیادی به دولت وارد شد و بالاخره دولت تصمیم گرفت محدودیت های استفاده از آب خاکستری را کاهش دهد. بر اساس قوانین تازه قرار شد در زمان ساخت مسکن های جدید، شرایط استفاده از پساب ها رعایت شود[4].

استرالیا: در استرالیا در سال های 1994-1997 پتانسیل استفاده مجدد از آب خاکستری مورد ارزیابی قرارگرفت. نتایج حاصله بیانگر این می باشد که با استفاده مجدد از آب خاکستری، به میزان قابل توجهی ذخیره آب صورت می گیرد که حفظ منابع موجود آب و کاهش هزینه ها را به دنبال دارد[4].

اروپا: در سال 2001 مطالعات و آزمایشاتی بر روی تصفیه ی آب خاکستری جهت استفاده در سیفون توالت انجام شد. تخمین زده شده است که حدود 150 دستگاه آب خاکستری در کشور راه اندازی شد. از فیلتراسیون و گند زدایی جهت افزایش کیفیت آب به منظور رسیدن به استاندارد استفاده شد[4].

3. موارد استفاده از آب خاکستری

آب خاکستری می تواند در مصارف آب خانگی غیر شرب و بهداشتی مانند فلش تانک توالت، لباسشویی،بام سبز، آبیاری زیر سطحی و قطره ای باغچه ، شستشوی حیاط و خودرو، موارد مشابه استفاده قرارگیرد. همچنین در مصارف عمومی نیز برای آبیاری فضای سبز شهری، مصرف آتش نشانی، شستشوی جداول خیابان ها، حیاط مدارس و دیگر محوطه های شهری و فلش تانک سرویس های عمومی مورد استفاده قرارگیرد. در ساخت و ساز بنا ،در مصارف صنعتی مثل سیستم های خنک کننده، اسـتفاده در دیـگ بخـار و همچنـین جهـت مصـارف زیست محیطـی ، سـرگرمی و تفریحاتی که تماس مستقیم با بدن وجود ندارد از قبیل استخر(غیر شنا) ، آب نما ،دریاچه‌های مصنوعی، ازدیاد آب تالابها ، دریاچه ها ،مرداب‌ها، و در تغذیه مصنوعی آب زیرزمینی بخصوص در آبخوانهایی که با بیلان منفی مواجه هستند مورد استفاده قرار گیرد. باید توجه شود که  هر نوع استفاده به کیفیت آب خاکستری و نوع فرآیندهای تصفیه انجام  شده بر روی آن بستگی دارد[3].

مواردی که نمی توان از آب خاکستری استفاده کرد

از آب خاکستری به هیچ وجه برای آشامیدن، تهیه و طبخ خوراک، ماشین های ظرفشویی، بهداشت شخصی،پاشیدن روی سطح و برگ گیاهان،آبیاری سطحی گیاهان  و صیفی جات و هرگونه مواردی که مستقیما به سلامت و بهداشت وابسته باشد نباید استفاده شود[3].

منابع تولید آب خاکستری در خانه ها

به ترتیب اولویت میزان تولید در یک خانوار ۴ نفره و مدت یک هفته با الگوی مصرف ایران شامل:استحمام (۴۰ درصد)، شستشوی ظروف بدون ماشین ظرفشویی (۲۰ درصد)، شستشوی لباس با ماشین رختشویی (۱۸ درصد)،شستشوی دست، صورت، مسواک زدن و... (۱۲ درصد)، و آبیاری گل ها و گیاهان آپارتمانی (۱۰ درصد) می‌گردد. در جدول شماره 1 میزان تولید آب خاکستری در منازل به تفکیک منابع تولید معرفی شده است و همچنین موادی که ممکن است در پساب های مختلف منازل موجود باشد، در جدول 2 ارائه شده است[3].

جدول شماره 1 : میزان تولید آب خاکستری در منازل به تفکیک منابع تولید[7].

4. معرفی عناصر موجود در آب خاکستری

• مجموع جامدات معلق در آب TSS

کل مواد جامد معلق در آب یا Total suspended solids که به اختصار TSS می نامند در واقع ذرات جذب شده توسط یک فیلتر می باشد این ذرات ممکن بزرگ یا بسیار ریز و در حد یک میکرون می باشد، همچنین این ذرات ممکن است شامل شن و ماسه، چوب و یا انواع میکروب و باکتری ها باشند. برای بدست آوردن مقدار TSS آب ابتدا آب را از یک فیلتر عبور می دهند و سپس ذرات باقی مانده بر روی این فیلتر را جمع آوری، خشک و وزن می کنند و مقدار TSS را بدست می آورند. واحد مجموع جامدات معلق در آب بر حسب PPM یا mg/l بیان می شود. برای اندازه گیری مقدار TSS از یک فیلتر ۲ میکرون از جنس الیاف شیشه استفاده می کنند و  ذراتی که نتوانند از این فیلتر عبور کنند را اندازه گیری می کنند.

تصویر : ذرات معلق در آب TSS

TSS یکی از دیتاهای تاثیر گذار روی کیفیت آب می باشد و قبل و بعد از تصفیه آب بوسیله دستگاه تصفیه آب این مقدار اندازه گیری می شود. در آب های شرب ملاک اصلی مقدار TDS می باشد ولی در تصفیه فاضلاب و تصفیه آب صنعتی و در کل آب هایی که هیچ گونه عمل تصفیه ای روی آن ها انجام نشده است مقدار TSS بسیار مهم است[7].

کدورت: کدورت آب ، آب خالص درطبیعت به دلیل ویژگی حلالیت بالای آن وجود ندارد و دادرای ناخالصی های گوناگون می باشد. ناخالصی های آب را به سه دسته کلی مواد جامد محلول،  مواد جامد معلق و کلوئیدی  و گازها دسته بندی می کنند. آب خالص بدون رنگ است ولی آب ناخالص با توجه به میزان و نوع مواد نامحلول و یا معلق در آن می تواند دارای رنگ باشد.

BOD5:  BOD (Biological Oxygen Demand) نرخ مصرف اکسیژن در داخل آب توسط ارگانیزمهاست است. اگر BOD کم باشد آب پاک و فاقد ارگانیسم است یا آنکه ارگانیزمهای داخل آب مرده و نیازی به مصرف اکسیژن ندارند . BOD مقدار اکسیژن لازم برای ثبات بیولوژیکی در آب است. اندازه تاًسیسات تصفیه بیولوژیکی خصوصاً میزان هوادهی فاضلاب در حوضچه های هوا دهی را می توان با اندازه BOD محاسبه نمود[7].

COD:  (COD (Chemical Oxygen Demand یا همان ((اکسیژن خواهی شیمیایی))، یکی از مهمترین شاخصهای سنجش آلودگی فاضلاب است. آلودگی فاضلاب ناشی از مواد خارجی است که وارد آب شده و بصورت معلق یا محلول باعث آلودگی آن و تولید فاضلاب شده اند. بدیهی است هرچه مقدار این مواد در فاضلاب بیشتر باشد، بارآلودگی آن نیز بیشتر خواهد بود. بنابراین اندازه گیری مقدار مواد خارجی فاضلاب کلید اصلی در تعیین مقدار آلودگی و آلایندگی فاضلاب است[7].

نیتریت : یکی از آنیون ها ی معدنی است که در نتیجه اکسید اسیون نیتروژن عنصری حاصل می شود.این ماده یکی از عنا صر بسیار ضروری برای سنتز پروتئین در گیا هان است ونقش مهمی رادر چرخه نیتروژن دارد، نیترات از طریق اکسیداسیون طبیعی تولید وبنا براین در تمام محیط زیست یافت می شود.  ازآن جائی که نیترات در آب به صورت محلول وجود دارد روش های معمول تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند ازاین‌رو نیاز به آن دسته ازروش های تصفیه پیشرفته می باشد که قادر به کاهش آلاینده های محلول هستند. از سوی دیگر چرخه نیترات سازی در شهرها یی که دفع نادرست فاضلاب از طریق چاه های جذبی انجام می شود همچنان ادامه دارد ومشکل تولید پیوسته نیترات وانتشارآن به آب های زیرزمینی راسبب می گردد[7].

فسفات: حل شدن مقدار کمی پلی فسفات در آب مانع بوجود آمدن کربناتهای نامحلول و در نتیجه باعث جلوگیری از بوجود آمدن رسوب در سیستم می گردد . فسفات ها یکی از عوامل مقابله و مهار یون های آهن و سختی آب به شمار می روند. به علاوه این مواد با تشکیل یک لایه ی نازک خنثی بر روی سطوح فلزی و ایفای نقش پوشانندگی، خوردگی فلزات را مهار می کنند .

PH: PH آب درصد اسیدی یا قلیایی آب است که میزان آن برای سلامتی ، رشد و نمو بسیار مهم است. اصطلاح PH که مخفف دوکلمه Power و Hydrogen است بیانگر قدرت یونی هیدروژن در آب می باشد به عبارت دیگر نسبت مولکولهای یونیزه شده به غیره یونیزه شده در محیط های آبی را PH گویند . در صورتیکه خواسته باشیم بصورت کاملا خلاصه و قابل فهم PH را تعریف کنیم می توانیم بگوئیم درصد اسیدیته و قلیائیت آب را PH می گوئیم.

سختی آب: سختی آب یکی از عوامل تاثیر گذار در گوارایی آب است که در اثر وجود املاح کلسیم و منیزیم در آب ایجاد می شود. این عامل که به صورت ظاهری به جهت رسوب در کتری، سماور و تاسیسات قابل تشخیص است، حساسیت های زیادی در بین مردم ایجاد کرده است از جمله شایعاتی در خصوص بیماری های کلیوی و ایجاد سنگ کلیه که نتیجه آن رجوع به آب های بسته بندی شده و تصفیه خانگی است[7].

5. استاندارد BS 8525-1:2010

تصفیه فاضلاب خاکستری به منظور بازگردانی آن در سیکل مصرف از جمله اقداماتی است که در یک دهه گذشته در دنیا برای حفظ و حراست از منابع آبی به صورت بسیار جدی صورت گرفته  و راه حل های مختلفی برای آن تجویز کرده اند. بدیهی است که این سیکل شامل فرآیند حذف فیزیکی و بیولوژیکی خواهد بود . بر اساس استاندارد BS 8525-1:2010  تصفیه فاضلاب خاکستری به 6 روش صورت می گیرد .لازم به ذکر است که این روش ها بر اساس نیاز به صورت تکی و یا به صورت ترکیبی انتخاب می شود[11].

1. ته نشینی ساده
2. غربالگری و حذف المان های درشت فاضلاب مانند استفاده از مش
3. فیلتراسیون و حذف فیزیکی مانند فیلتر شنی یا ممبران
4. تصفیه بیولوژیکی مانند هوادهی
5. تصفیه شیمیایی و ضدعفونی کردن مانند کلر زنی
6. استفاده از  UV  و ضدعفونی کردن

بر اساس استاندارد NSF/ANSI 350  مشخصات فاضلاب ورودی به دستگاه تصفیه فاضلاب خاکستری به صورت زیر می باشد .

جدول 2 : مشخصات فاضلاب ورودی به دستگاه تصفیه فاضلاب خاکستری[11].

• ته نشینی ساده : در این روش فاضلاب خاکستری وارد یک محفظه با ظرفیت مشخص می شود . بعد از گذشت مدت زمان مشخص و وارد شدن در مرحله ارامش ، مواد سنگین ته نشین شده و پساب سبک از سمت دیگر مخزن خارج می شود . این روش صرفا به منظور حذف مواد سنگین فاضلاب معرفی می شود[11].
• غربالگری: در این حالت فاضلاب از صافی های مختلف عبور می کند . به این صورت که مش های ابتدایی با سوراخ های درشت تر ، مخصوص حذف آشغال های درشت تر و صافی های ریز تر مخصوص حذف مواد جامد کوچکتر می باشند . آخرین مرحله می تواند با سوراخ های بسیار ریز بوده و مانند موگیر عمل نماید . این روش مانند روش قبل در کیفیت فاضلاب تغییری ایجاد نکرده و صرفا فرآیند تصفیه را تسهیل می کنند .
• فیلتراسیون و حذف فیزیکی : این روش به منظور حذف فیزیکی آلودگی های موجود در فاضلاب بوده و شامل مواد با ذرات بسیار ریز می باشد . در این روش با توجه به نوع انتخاب سیستم ، کیفیت فاضلاب به سمت پساب با کیفیت بالاتر خواهد رفت .
• فیلتر ممبران : نحوه کار این ممبران ها براساس تکنولوژی   Hollow Fiber  می باشد . به این صورت که این الیاف با سوراخ های میکرونی و به صورت رشته های چند صد تایی داخل محفظه نگهدارنده یا همان کارتریج قرار دارند . آب از یک سر وارد این الیاف شده و با فشار از جداره های آن خارج می شود . همین امر باعث شده که آلودگی و مواد جامد معلق به کوچکی 0.2 µm  از فاضلاب جدا شود . دقت حذف مواد در این حالت بسیار بیشتر از فیلتر شنی بوده ( 500 برابر ) و به این ترتیب کلیه باکتری ها، انگل ها، تخم انگل ها، کرم های فاضلابی و بسیاری از ویروس ها را از فاضلاب حذف نموده و آبی عاری از آلودگی به دست می آید[11].

تصویر  : فیلتر ممبران[11].

• تصفیه بیولوژیکی
• روش رشد چسبنده : قرار دادن MEDIA  در تانک جمع آوری فاضلاب یکی از روش های تصفیه فاضلاب می باشد . در این حالت میکرو ارگانیسم ها بر روی سطح مدیاها تشکیل BIOFILM  داده و سطح تماس بیشتری با فاضلاب ایجاد می شود . از این رو میکروارگانیسم ها قدرت تصفیه بیشتری پیدا کرده و کیفت پساب خروجی بالاتر خواهد شد . با توجه به اینکه حجم میکروارگانیسم ها در فاضلاب خاکستری کمتر از فاضلاب سیاه می باشد ، همچنین میکروارگانیسم ها بر روی اجسام جامد چسبیده و رشد می کنند ، فراهم اوردن بستری مناسب به منظور رشد آنها و تصفیه فاضلاب امری واجب به نظر می رسد . [11].

تصویر روش رشد چسبنده[11].

• روش هوادهی : برای تصفیه فاضلاب و فعالیت میکروارگانیسم های هوازی احتیاج به دو فاکتور اساسی است . اولا مواد آلی به منظور تغذیه میکروارگانیسم ها و ثانیا اکسیژن . به همین منظور در این روش از طریق مولد توید هوای فشرده مانند کمپرسور، هوا وارد تانک تصفیه شده و میکروارگانیسم های هوازی شروع به فعالیت می کنند . همچنین برای تغذیه ، از مواد آلی موجود در فاضلاب استفاده کرده و فاضلاب را تصفیه می کنند . این امر موجب سنگین شدن میکروارگانیسم ها شده و به مرور ته نشین می شوند . میکروارگانیسم های فعال شده بسیار با ارزش هستند چراکه فرآیند تصفیه توسط آنها صورت می گیرد [11].

ضدعفونی کردن با UV : اشعه فرابنفش شکلی از نور است که برای انسان قابل رویت نیست. این اشعه بین طیف  X-Ray و نورهای مرئی قرار دارد. برخلاف ضدعفونی کننده های شیمیایی، واکنش اشعه UV بسیار سریع، موثر بوده به صورت کاملا فیزیکی باعث غیرفعال شدن میکروارگانیسم ها می شود. وقتی که باکتری ها، ویروس ها و انگل های تک سلولی در معرض اشعه UV قرار می گیرند، قدرت آلوده کنندگی و تکثیر خود را از دست می دهند. این اشعه تاثیر خوبی بر روی عوامل بیماری زا شامل بیماری های وبا، فلج اطفال، تیفوئید، هپاتیت و دیگر بیماری های انگلی و ویروسی را دارد. همچنین اشعه UV تاثیری در جهت خنثی کردن اثرات آفت کش ها، حلال های صنعتی و مواد دارویی را نیز دارد[11].

6. دستگاه فاضلاب خاکستری INTEWA

در حالیکه چالش کمبود آبهای شیرین، هرروز گسترده تر از روز قبل می شود و در بسیاری از مناطق جهان به بحران تبدیل شده است، تکنیکهای مهندسی بسرعت در حال تکامل و پیشرفت بوده و بعنوان یاور بشر در مقابله با این بحران تلقی می گردند. یکی از روش های نوین مهندسی در این خصوص تصفیه فاضلاب خاکستری است که اگر چه در کشور ما خیلی شناخته شده نمی باشد ولی بدلیل شدت بحران آب، بطور قطع بعنوان یکی از اصلی ترین روشهای مقابله با موضوع کم آبی است[11].

• کمپانی :INTEWA: این کمپانی در سال 1993 توسط یک مهندس حرفه ای بنام Oliver Ringelstein  و با هدفگذاری در ارائه سیستم های استحصال آب باران و پکیج های تصفیه فاضلاب خاکستری در شهر آخن آلمان تأسیس گردید. این کمپانی در حال حاضر در کل اروپا، ایالات متحده، برزیل، هند، سنگاپور، افریقای جنوبی نماینده داشته و ضمن تحقیق و پژوهش درخصوص موضوعات فوق الذکر ،  هرساله محصولات کاملتری را  روانه بازار می نماید.

پکیج های :AQUALOOP: این پکیج تصفیه فاضلاب که بر پایه عملکرد ممبران ها و هوادهی مجزا طراحی و تولید می گردد، با افزایش تعداد ممبران ها، بصورت مدولار، افزایش ظرفیت داده و از حجم 300Lit/Day الی 1800Lit/Day را پوشش می دهد. برمبنای کیفیت فاضلاب ورودی به پکیج و بصورت کاملا محاسبه شده، تعداد المانهای مورد نیاز و حجم پسآب خروجی متغیر خواهد بود، بگونه ای که با افزایش BOD فاضلاب ورودی، حجم پسآب خروجی از هر ممبران تغییر محسوسی خواهد داشت :

کاربرد ها