مقدمه

زمانی که صحبت از فاضلاب و تصفیه آن به میان می آید اولین موضوعی که در ذهن تداعی می نماید بحث محیط زیست و حفظ آن از آلوده شدن است چرا که فاضلاب همواره به عنوان یک پارامتر آلاینده اصلی در محیط زیست انسانی و طبیعی مطرح می باشد .فاضلاب چیزی جز آب مصرف شده در جنبه های مختلف زندگی انسان نیست . که در اثر این مصارف ترکیب اصلی طبیعی خود را از دست داده است . و نه تنها قابل استفاده در مصارف مختلف نمی باشد بلکه با توجه به میزان آلاینده های موجود در آن و نوع آنها خود می تواند تهدیدی بر سلامت و فعالیت های مختلف انسانی باشد . در کشور ما نیز مانند سایر نقاط دنیا ، افزایش جمعیت شهرها و در نتیجه بالا رفتن میزان مصرف آب سبب تولید روز افزون فاضلاب گردیده است که خود موجب بروز اشکالات و نارسایی هایی در جوامع شهری و حتی روستایی کشورمان شده و روز به روز هم در حال ازدید است . این اشکالات عموماٌ مسایل بهداشتی و آلودگی محیط ، به هم خوردن رابطه ی طبیعی بیلان آب و بالا آمدن سطح آبهای زیر زمینی و آلودگی منابع مختلف پذیرنده می باشد .

آمار منتشره از سوی مراکز درمانی کشور نشان می دهد ، بیماریهایی نظیر هپاتیت های عفونی ، اسهالها ، انگلهای روده ای و سایر انواع بیماریهایی که به دلیل وجود آلودگی محیط ناشی از دفع نادرست فاضلابها می باشند ، در شهرهای مختلف از قبیل بوشهر ، بندر عباس ، سنندج ، کرمانشاه و دیگر شهرها شیوع پیدا کرده است .بالا آمدن سطح آبهای زیر زمینی در مناطق جنوبی تهران ، تبریز و شیراز وجود نیترات بیش از اندازه در آبهای زیر زمینی شهر مشهد و بالاخره آلودگی سبزی کاری در جنوب تهران ، بر اثر آبیاری با فاضلابها نمونه هایی از این قبیل مسایل هستند که سال به سال حادتر شده و هر چه دیرتر اقدام موثر صورت گیرد مشکلات بزرگتر خواهد بود .

میزان فاضلابهای شهری و صنعی کشور ایران در سال 1390 حداقل حدود 6 میلیارد متر مکعب خواهد بود که با توجه به این که هر متر مکعب فاضلاب تصفیه شده حدود 40 متر مکعب آب را به شدت آلوده می نماید ، لذا این میزان فاضلاب در صورتی که جمع آوری و تصفیه نگردد . منبع آلودگی عظیمی خواهد بود که نهایتاً به پذیرنده های سطحی و زیر زمینی کشور تحمیل خواهد شد از این رو به عنوان بخشی از  استراتژی ملی برای حفظ سلامتی و محیط زیست و اقتصادی ترین استفاده از منابع آب موجود بایستی با ایجاد تأسیسات لازم برای جمع آوری و تصفیه فاضلابهای شهری و صنعتی روند آلوده سازی محیط را به سمت بهبود رو به تزاعی و در زمینه های مختلف تغییر دهد . چرا که « محیط زیست ارثیه نیاکان ما نیست بلکه امانتی است که به دست ما سپرده شده است و بایستی سالم به نسلهای بعدی تحویل داده شود » .

 ارزیابی نیاز زیست محیطی و بهداشتی طرحهای فاضلاب

 اگر چه اجرای طرحهای جمع آوری و تصفیه فاضلاب از دیدگاه های مختلف از قبیل حفظ محیط زیست ، جلوگیری از بالا آمدن آبهای سطح زیر زمینی ، توسعه اقتصادی ، درآمدهای جانبی حاصل از استفاده مجدد از پسآب و کود در کشاورزی ، فروش انشعاب، اشتغال زایی و کمک به رفع آلودگی هوا در اثر توسعه فضای سبز و غیره اهمیت زیادی دارد . لیکن مهمترین حث ، مورد اول یعنی حفظ محیط زیست و کاهش آلودگیهاست . محیط زیست مجموعه ای پیچیده از عوامل گوناگونی است که بر اثر یک روند و تکامل تدریجی موجدات زنده و اجزاء سازنده سطح زمین شکل گرفته است . این مجموعه که از آب ، هوا ، انرژی ، حیات زیستی و غیره تشکیل شده است ، طبیعت کلیه موجودات را در برگرفته و بر فعالیتهای انسان تأثیر گذاشته و در ضمن از آنها متأثر می شود . با توجه به اهمیت این موضوع به بررسی اثرات فاضلاب ناشی از دفع نادرست فاضلاب خام در محیط های مختلف پرداخته و در این خصوص مهمترین مشکلات احتمالی به اختصار بررسی خواهد شد و سپس با توجه به این اثرات سوء ، طرحهای فاضلاب به عنوانی کلیدی برای حل این معضلات و به عنوان یک نیاز ضروری معرفی می گردد .

 آثار آلودگی فاضلابها بر منابع آب ، خاک و هوا

 کلیه آبهای مصرف شده به نقلی به منابع اولیه برگردانده می شوند ولی اغلب آبی که به مصارف مختلف رسیده است ، همان آب اولیه نیست بلکه به صورت مایعی است که علاوه بر اجزای اصلی ، حاوی انواع و اقسام مواد مورد استفاده در زندگی روزمره ی انسان و یا در مورد فاضلاب صنعتب حاوی عناصر و ترکیبات شیمیایی مورد استفاده در آن صنعت خاص می باشد .از دید کلی آبهای مصرف شده درفعالیتهای روزانه ی انسان را که به محیط برگشت داده می شود ، فاضلاب انسانی یا شهری می گویند و فاضلاب یا پسآب صنعتی به خروجی از سیستم ها و تأسیسات صنعتی اطلاق می گردد که هر دوبه نوبه خود می توانند در زمره ی آلوده کننده های منابع آب قرار گیرند . چرا که ترکیب فاضلاب با آب مصرفی متفاوت است لذا پس از ورود به منابع آب باعث تغییر در کیفیت آب آن منبع می گردد .

   تعریف آلودگی آبها

 آبی آلوده اطلاق می گردد که ترکیب یا شرایط آن طوری تغییر یافته باشد که کمتر یا به هیچ وجه قابلیت استفاده مفید را نداشته  باشد ، حال آنکه به شرط سالم بودن ، می توانید به این مصارف برسد . این تعریف شامل تغییرات فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی آب و یا اضافه شدن مایعات ، گازها و یا مواد جامد پسآب بوده که باعث اختلالاتی در خواص آن می گردد و می تواند به سلامت ، امنیت و بهزیستی جوامع اعم از اجتماعات شهر نشین ، صنعتی ، کشاورزی ، محیط زیست حیوانات وحشی ، ماهیها و غیره لطمه بزند .

این تعریف همچنین آلودگی حرارتی آب ناشی از افزودن آب داغ را نیز در بر می گیرد . فاضلابهای حاصل از مصارف شهری و یا صنعتی می توانند شامل آلاینده های متفاوتی باشند . مهمترین مواد آلاینده ی فاضلابها مواد آلی موجود در آنها می باشند که به طور اعم از کربوهیدراتها ، پروتوئینهای حیوانی ، چربیهای مختلف و روغن ها تشکیل می شوند . نمونه های مشخص ترکیبات آلی شامل آمینو اسیدها و اسیدهای چرب ، صابون ها ، استرها ، پاک کننده های آنیونیک و غیره می باشند . فاضلابها همچنین شامل انواع مختلفی از میکروارگانیز ها بوده که بعضی از آنها بیماریزا می باشند و عوامل دیگر اگر چه ممکن است خود بیماریزا نباشند ، می توانند به عنوان شاخص آلودگی آبها به حساب آمده و وجودشان در آب آشامیدنی نشانه آلوده شدن آن به منبع به فاضلابهای انسانی است . مهمترین این دسته ، باکتریهای کلیفرم مدفوعی هستند که جزء باکتریهای روده ای انسان هستند و از بین آنها اشریشیاکلی ( E.Coli ) مورد توجه بیشتری است .

  اثر آلودگی فاضلابها بر منابع آبهای سطحی

 الف ) اثر آلودگی فاضلابها بر رودخانه

هنگامی که یک ماده ی آلی دارای انرژی زیاد ، مانند فاضلاب خام به رودخانه ریخته می شود ، تغییرات چندی در قسمت پایین رودخانه از محل ورود فاضلاب رخ می دهد . مواد آلی فاضلاب با اکسیژن آب ترکیب شده در نتیجه سرعت مصرف اکسیژن به مراتب بیشتر از زمانی است که آلودگی به آنها وارد نشده است و اکسیژن محلول آن کاهش می یابد . همچنین سرعت هوادهی یا انحلال اکسژن هوا در آب افزایش می یابد . اما انحلال اکسیژن به اندازه ای نیست که بتواند از کاهش اکسیژن رودخانه جلوگیری نماید . در چنین شرایطی می گویند رودخانه بیهوازی شده است به هر حال ، اغلب غلظت اکسیژن آب به صفر تقلیل نیافته و رودخانه مجدداً به حالت اول بر می گردد بدون اینکه در شرایط بیهوازی قرار گیرد 

اثر فاضلاب در غلظت اکسیژن رودخانه را می توان به وسیله فرمولهای ریاضی تخمین زد . اساس فرض بر این است که در هر نقطه ای از رودخانه یک تعادل اکسیژن وجود دارد و این حد تعدال به وسیله میزان اکسیژن مصرفی میکروارگانیزها و انحلال اکسیژن هوا در آب مشخص می شود سرعت مصرفی یا کاهش اکسیژن به وسیله رابطه زیر تعیین می گردد .

L-Y  ) = K₁ = سرعت مصرف یا کاهش اکسیژن

به طوری که L مقدار اکسیژن لازم برای تجزیه مواد آلی بر حسب میلی گرم در لیتر است که به نام مقدار اکسیژن لازم برای واکنشهای بیوشیمیایی ( BOD ) خوانده می شود ، Y مقدار اکسیژن مصرفی میکروارگانیزها در هر لحظه ای از زمان ، که بر حسب میلی گرم در لیتر بیان می شود و K₁ ثابت مصرف یا اکسیژن روزانه است و برای یک فاضلاب به خصوص ، ثابت فرض می شود و به نوع زاید ، درجه حرارت و غیره بستگی دارد .

زمانی که شرایط بیهوازی در رودخانه فراهم می شود گازهایی از قبیل : هیدروژن سولفوره و متان تشکیل می شود و به صورت حباب به طرف سطح حرکت می کند ، حبابها حین حرکت به طرف بالا به ذرات بزرگ مواد جامد سیاه رنگ به نام لجن چسبیده و آنها را در سطح آب شناور نگه می دارد . بنابراین وجود بوی گاز هیدرژن سولفوره از فاصله ی دور مشخص است که دال بر شرایط بیهوازی رودخانه می باشد .

رنگ رودخانه معمولاً سیاه است و وجود رشته های طویل که به صخره ها چسبیده و معمولاً به صورت توده لزج و ژلاتینی در جهت پایین آب رودخانه مواجه هستنددو نشانه مشخص دیگر شرایط بیهوازی رودخانه می باشند .فاضلابها بر موجدات آبزی نیز اثر می گذارند به طوری که نوع و تعداد آنها بعد از محل ورود فاضلاب به رودخانه تغییر می کند . افزایش کدورت ، رسوب و غلظت کم اکسیژن محلول باعث کاهش زندگی ماهیها می شود . فقط چند نوع ماهی مخصوص می توانند در این شرایط به حیات خود ادامه دهند و چون مواد غذایی فراوان می باشد ، بنابراین تعداد آنها بسیار افزایش می یابد . ماهیهای کپور و گربه ماهی می توانند در آبهای کاملاً آلوده زنده بمانند و حتی در صورت لزوم می توانند از اکسیژن سطح آب نیز استفاده نمایند . از طرف دیگر ، ماهی غزل آلا به آب بسیار خالص ، پاک و خنک نیاز دارد و به آلودگی هوا بسیار حساس است .

عکس العمل رودخانه متناسب با نوع فاضلاب ورودی است . واکنشهای فوق الذکر رودخانه به آلودگی زمانی اتفاق می افتند که مواد آلی آلاینده به سرعت تجزیه شوند و چنانچه زواید برای موجودات آبزی سمی باشند ، تعداد و نوع میکروارگانیسم های نقطه زیر محل ورود آلودگی به رودخانه کاهش می یابد . اکسیژن محلول آب کاهش نیافته و حتی ممکن است سیاه تر بشود . به طور کلی انواع مختلف آلودگی وجود دارد و رودخانه به طور متفاوتی به هر آلودگی عکس العمل نشان می دهد .

 ب) اثر آلودگی فاضلاب بر دریاچه ها

اثر آلودگی بر دریاچه ها از چند نظر با رودخانه ها متفاوت می باشد . نور و حرارت اثر قابل ملاحظه ای بر یک دریاچه دارندو این دو عامل باید در تمام تجزیه و تحلیل های لیمنولژیکی گنجانده شوند .

اغلب درجه حرارت ، اثر عمیقی بر دریاچه می گذارد . وزن مخصوص آب در 4 درجه سانتیگراد حداکثر می باشد ( بنابراین ، آب سرد تر و گرم تر از آب 4 درجه سانتیگراد سبک تر بوده در نتیجه یخ در آب غوطه ور می ماند ) .آب حرارت کم را هدایت می کند و معمولاً درجه حرارت آب دریاچه ها در فصول مختلف سال دستخوش تغییر می شود . در طول زمستان ، فرض بر این است که آب دریاچه منجمد نمی شود ، اغلب درجه حرارت آب با عمق دریاچه ثابت است . با گرم شدن هوا لایه های فوقانی آب دریاچه تدریجاً گرم می شوند و چون قابلیت هدایت حرارت آب کم می باشد و آب گرم تر ، سبک تر است ، بنابراین یک افت حرارت مشخص ( منحنی شیب دار حرارت ) به نام « طبقه بندی حرارتی » تشکیل می شود . این طبقات حرارت اغلب خیلی با ثبات بوده و تا فصل تابستان باقی می مانند . لایه فوقانی آب به نام «اپی لیمنیون » ، لایه میانی « متا لیمنیون » و لایه زیرین « هیپو لیمنیون » خوانده می شود . نقطه ی انحنای منحنی ترموکلاین نامیده می شود . آب فقط در یک منطقه مشخص گردش می نماید ، بنابراین فقط مقدار محلولی از مواد شیمیایی و بیولوژیکی ، شامل اکسیژن محلول ، در این لایه های حرارتی انتقال می یابند . با فرا رسیدن هوای سرد ، لایه فوقانی آب به تدریج سرد شده و فرو می شیند . این گردش آب را « برگشت پاییز » می خوانند . همچنین در بهار نیز اغلب آب برگردانده می شود . ( شکل 2-3 ) واکنش شیمیایی یک دریاچه طبیعی را نشان می دهد . رودخانه هایی که آب دریاچه را تأمین می نمایند ، مقداری کربن ، فسفر و ازت به صورت ترکیبات کم انرژی یا مواد آلی دارای انرژی زیاد ، به دریاچه می ریزد  . آلگ ها به کمک انرژی خورشید از کربن ، فسفر و ازت ، ترکیبات  دارای انرژی زای زیادی می رسانند .

پلانکتونهای حیوانی و موجودات آبزی بزرگتر ، مانند ماهیها ، از آلگ ها استفاده می نماید .تمام موجودات آبزی موادی از خود دفع می نمایند که بر غلظت کربن آلی محلول آب افزوده و با مرگ آنها ، این ذخیره کربن آلی محلول بیشتر می شود . میکروب ها از کربن آلی محلول استفاده کرده و دی اکسید کربن تولید می کنند که به مصرف آلی ها می رسد . همچنین ، دی اکسید کربن از تنفس ماهیها ، پلانکتونهای حیوانی و انحلال مستقیم گاز دی اکسید کربن هوا در آب نیز حاصل می شود .

مقدار کربن ، فسفر و ازت ورودی به یک دریاچه غیر آلوده به قدری است که رشد آلگ ها را محدود می کند و در این حالت باروری اکوسیستم محدود است . ولی چنانچه مقدار زیادی کربن ، فسفر و ازت وارد دریاچه شود ، رشد آلگ ها افزایش می یابد . پس از مرگ ، بقایای آلگ ها ، ماهیها و پلانکتونهای حیوانی در بستر دریاچه قرار گرفته و منبع غذایی ذیگری برای میکروبها می شود . باکتری های هوازی تمام اکسیژن محلول آب را برای تجزیه مواد آلی مصرف می نمایند و ممکن است شرایط بیهوازی ایجاد شود .

با تولید بیشتر و بیشتر آلگ ها در لایه ی اپی لیمنیون ، باکتریها  در لایه های زیرتر آب دریاچه مقدار بیشتری از اکسیژن را مصرف کرده و لایه متا لیمنیون ممکن است بیهوازی شود . بنابراین ، فعالیت زیستی تمام باکتریهای هوازی در چند فوت فوقانی آب طبقه اپی لیمنیون متمرکز می گردد . این فعالیت ها باعث کدروت آب شده و نفوذ نوع خورشید به آب را کاهش می دهند ، در نتیجه فعالیت آلگ ها به لایه های سطحی محدود می شود . مقدار اکسیژن محلول که توسط آلگ وارد آب می گردد کاهش یافته و سرانجام زمانی که لایه اپی لیمنیون نیز بیهوازی شود تمام موجودات آبزی هوازی از بین می روند . آلگ ها به علت کاهش نفوذ نور در سطح آب متمرکز شده ، توده های لزج و ژلاتینی را تشکیل می دهند که پس از مرگ در بستر دریاچه قرار گرفته و به مرور ممکن است دریاچه پر شده و شرایطی به نام « مرداب سگ » بوجود آید . سراسر این فرایند را« اتروفیکاسیون » نامند که یک فرایند طبیعی ادامه دار است و به طور طبیعی هزاران سال وقت لازم است تا اتفاق افتد در صورتی که مواد غذایی کافی در نتیجه فعالیت انسان وارد دریاچه شود بعد از ده سال ممکن است روی دهد .

معمولاً فسفر به مقدار 1/0 ـ 01/0 میلیگرم در لیتر برای تسریع اتروفیکاسیون کافی است . پسآب خروجی تصفیه خانه های فاضلاب اغلب حاوی 10ـ 5 میلی گرم در لیتر فسفر است . غلظت فسفر آب رودخانه ای که از میان چراگاه ها می گذرد ممکن است 4 ـ 1 میلی گرم در لیتر باشد . چنین غلظتی در رودخانه های جاری مشکلی به وجود نمی آورد زیرا که مرتباً از آب خارج شده و آلگ ها وقت کافی برای استفاده از فسفر و تجمع آن را ندارند .بنابراین ، اتروفیکاسیون فقط در دریاچه ها ، حوضچه های تثبیت ، خلیج ها و بعضی اوقات در رودخانه هایی که با سرعت کم در حرکت می باشند رخ می دهد .

معمولاً یک نسبت کربن : ازت : فسفر برابر 1 : 16 : 100 برای رشد آلگ ها در آب لازم است . به عبارت دیگر 16 قسمت ازت و 100 قسمت کربن برای هر یک قسمت فسفر لازم است تا آلگ ها رشد نمایند . چنانچه مقادیر فوق الذکر برای هر قسمت فسفر بیش از اعداد فوق باشد ، در این صورت می گویند ازت و کربن به مقدار اضافی هستند ، بنابراین غلظت فسفر باید عامل محدود کننده رشد آلگ ها شود . اگر چه این شرایط در بسیاری از دریاچه ها وجود دارد ولی دریاچه هایی نیز وجود دارند که حاوی مقدار زیادی فسفر می باشند و مشکلات کمی از نظر رشد توده های لزج و ژلاتینی آلگ ها دارند . برعکس در بعضی از دریاچه ها که مقدار کمی فسفر دارند رشد آلگ ها سریع بوده و مواجه با مشکلات بسیار جدی آلگ ها هستند . ضمناً شواهدی وجود دارند که نشان می دهند ازت عامل محدود کننده رشد آلگ ها در آبهای شور مزه ، مانند آب خلیجها ، می باشد . به طور کلی باید این نکته را تذکر داد که در این لحظه نمی توان فقط یک ترکیب شیمیایی را عامل اصلی اتروفیکاسیون معرفی کرد ، بلکه باید گفت که واکنش میان بسیاری از آلاینده های آب علت آلودگی آن می باشد .

 ج) اثر آلودگی فاضلابها بر دریاها

اکسیژن محلول آب دریا حدوداً 20% کمتر از آب تازه است . آب دریا به علت داشتن املاح محلول زیاد قدرت دریافت و جذب فاضلاب را به اندازه ی آبهای معمولی ندارد . در صورت ورود فاضلاب فعل و انفعالاتی رخ می دهد که باعث ایجاد مواد معلق می گردد . این فعل و انفعالات منجر به پیدایش رنگ شیری در آب می گردد . مواد ته نشین شده فاضلاب در کف دریا باعث ایجاد لایه ی لجن در آنجا شده که پس از مدتی با آزاد نمودن گاز سولفید هیدروژن باعث تولید بوی تعفن می گردد . به علت بالا بردن وزن مخصوص آب دریا نسبت به فاضلاب و بالاتر بودن دمای فاضلاب نسبت به آب دریا ، فاضلاب ، ورودی به دریا ، به طرف سطح آب حرکت نموده و پس از تجمع ، ایجاد یک لایه نازکی در سطح آب دریا می نماید و این لایه نازک در مدت کوتاه حدود چند روز به فواصل دورتری از محل تخلیه حرکت نموده و منجر به آلوده شدن سطح وسیعی از دریا می گردد . به منظور محاسبه سطحی از دریا که در اثر تخلیه دریا فاضلاب آلوده می شود میتوان از رابطه تجربی زیر استفاده نمود :

(log P 5/3 – 5/11  ) * P 45/0 = A

که در این رابطه A سطح آلودگی به هکتار و P جمعیت آلوده کننده به هزار نفر است .

در صورتی که در نقطه ای بهترین گزینه دفع فاضلاب یا پساب ، دفع آن در دریا باشد ، بایستی به مواد زیر توجه کافی مبذول داشت :

فاضلاب باید فقط در لایه های عمیق یا عمق های عمیق دریا تخلیه شود .

فاضلاب نباید در سطح دریا تخلیه شود بلکه باید حداقل در 3 تا 4 متری عمق آب دریا تخلیه شود .

لوله تخلیه فاضلاب یا پساب در دریا باید دارای فونداسیون سخت و سنگی باشد .

قبل از تصمیم به تخلیه فاضلاب در دریا باید با دو جهت آن ، سرعت حرکت و جریان آب دریا در نظر گرفته شود و محل تخلیه باید در جایی قرار گیرد که جریان آب دریا فاضلاب را به دورتر از سواحل و محل تخلیه انتقال دهد .

 د) اثر آلودگی فاضلابها بر خلیج ها

خلیبج از ورود آب شیرین به داخل آب شور تشکیل می شود و آبی دارد که مزه نمکی آن از آب شیرین به آب نمکی متغیر است . مزه نمکی حد واسط میان آب شیرین و آب شور برای ادامه سیکل زندگی بسیاری از موجودات دریایی حیاتی است . خلیج ها را قلمستان اقیانوس نام داده اند زیرا که مراحل اولیه زندگی بسیاری از موجودات دریایی در آن می گذرد . مردابها و رودخانه هایی که به داخل خلیج می ریزند مواد غذایی لازم جهت زندگی موجودات ریز و بنابراین بارور شدن خلیج برای رشد موجودات عالی تر ، مانند میگو و ماهی را تأمین می نمایند . علف کشها ، آفت کشها و فلزات سنگین ناشی از فاضلابهای مختلف کشاورزی و صنعتی و همچنین روان آبهای حاصل از شستشوی زمین های اطاف که به داخل خلیج حمل می گردند دارای اثر سمی بر ارگانیسم های آب می باشند .