آب ها و فاضلاب ها اغلب دارای ترکیبات بسیار پیچیده ای هستند و معمولا برای موارد مصرف ویژه و جلوگیری از آلودگی باید به صورت یک ترکیب مناسب اصلاح شوند. لازم به ذکر است که نوع فرآیند تصفیه آب مورد لزوم به گسترده آلودگی ها که با آن ها مواجه هستیم مربوط است.
· جامدات شناور یا معلق بزرگ، در آب – شاخ و برگ ها و غیره؛ در فاضلاب- کاغذ و تکه های پارچه و سنگ ریزه و غیره.
· جامدات کلوئیدی و معلق کوچک: درآب- ذرات لجن و خاک رس و میکرو ارگانیسم ها؛ در فاضلاب- مولکول های آلی بزرگ و ذرات خاک و میکروارگانیسم ها.
· جامدات حل شده: در آب – قلیاییت، سختی، اسید های آلی ؛ در فاضلاب – ترکیبات آلی، نمک های معدنی
· گاز های حل شده: در آب- کربن دی اکسید ، هیدروژن سولفید ؛ در فاضلاب- هیدروژن سولفید
· مایعات غیر قابل اختلاط، نظیر روغن ها و گریس ها.
ابعاد واقعی ذرات که ماهیت مواد را از یک گروه به گروه دیگر تغییر می دهند به مشخصات فیزیکی آن نظیر چگالی بستگی دارد و تقسیم بندی مابین گروه ها در هر حال دقیقا مشخص نیست. در موارد معینی، ممکن است اضافه کردن موادی به آب و فاضلاب برای بهبود مشخصات آن لازم باشد. به عنوان مثال کلر برای ضدعفونی کردن آب و اکسیژن برای تثبیت بیولوژیک مواد آلی.
فرآیند های تصفیه به سه دسته اصلی تقسیم می شوند.
1. فرآیند های فیزیکی که اساسا بر خواص فیزیکی آلودگی بستگی دارد مثلا اندازه ذره، چگالی،گرانروی و غیره. مثال هایی برای این نوع فرآیند ها عبارت اند از آشغال گیری، ته نشینی، صاف سازی، انتقال گاز.
2. فرآیند شیمیایی که به خواص شیمیایی آلودگی بستگی دارد از خواص شیمیایی مواد اضافه شده ناشی می شود. مثال هایی برای فرآیند های شیمیایی عبارت اند از لخته سازی، ترسیب و مبادله یون.
3. فرآیند های بیولوژیکی از واکنش های بیو شیمیایی برای حذف ناخالصی های کلوئیدی یا قابل حل که معمولا مواد آلی اند استفاده می شود. فرآیند های بیولوژیکی هوازی، شامل فیلتر ممبران های بیولوژیکی .
از فرآیند های اکسایش بی هوازی برای تثبیت لجن های آلی و پساب های آلی مقاوم می شود.
در بعضی شرایط تنها یک فرآیند تصفیه ممکن است تغییرات مورد نظر در ترکیب را ایجاد کند. اما در بیشتر موارد لازم است که از چندین فرآیند همزمان استفاده شود. به عنوان مثال: عمل ته نشینی، آب یک رودخانه به هیچ وجه همه ذرات معلق در آن را حذف نمی کند بلکه فقط مقداری از آن را حذف می کند. افزایش یک منعقد کننده شیمیایی و به دنبال آن بهم زدن آهسته موجب تجمع ذرات کلوئیدی می شود که سپس می توانند بزرگ تر شده و در نتیجه عمل ته نشینی حذف شوند. بیشتر جامدات غیر قابل ته نشینی باقی مانده می توانند به وسیله صاف کردن از میان یک بستر شنی حذف شوند. افزایش یک ضد عفونی کننده برای کشتن میکروارگانیسم هایی که در مراحل تصفیه زنده می مانند مفید خواهد بود.
واحد های تصفیه معمولا به صورت مرکب شامل مجموعه ای از فرآیند ها یا عملیات هستند. بیشتر واحد ها با استفاده از معیار های استانداردمشخصی طراحی می شوند که در طول سال ها توسعه یافته اند و معمولا عملکرد پیش بینی شده در طراحی برای هر یک ازآن ها است، به ترتیبی که یک سیستم کل در شرایط اقتصادی بهینه ایجاد کند. افزایش سرمایه و هزینه های عملیاتی به این معنی است که سرمایه گذاری در واحد های تصفیه باید به دقت بررسی شود تا اطمینان حاصل گردد که از پول موجود به بهترین وجه ممکن استفاده گردد. با وجود اینکه عملکرد صحیح فرآیند های ممبران تصفیه آب و فاضلاب می تواند تاثیر مثبتی بر روی سلامت عمومی داشته باشد ولی یک چنین نظراتی نباید تحلیل منطقی موضوع را تحت پوشش قرار دهد.
برای حفاظت از واحد های اصلی ته نشینی و کمک به عملکرد دموثر آن ها، حذف ذرات جامد بزرگی که به صورت معلق و شناور در جریان ورودی موجودند، ضروری است. این مواد شامل شاخ و برگ ها، کاغذ ، تکه های پارچه و دیگر موادی است که می توانند مسیر جریان واحد تصفیه را مسدود کرده و یا به تجهیزات آن آسیب برساند.
مرحله نخست تصفیه مقدماتی ، شامل عمل ساده آشغال گیری یا صاف کردن ، جهت حذف ذرات جامد بزرگ می باشد. در تصفیه آب، از صفحات شناور حفاظی مایل یا آشغال گیری با سوراخ های درشت در حدود 75mm برای جلوگیری از رسیدن اشیا بزرگ به آب گیر استفاده می شود. معمولا اشغال گیر های اصلی، به صورت یک شبکه، با سوراخ های mm 5-20 ساخته می شوند و به صورت تسمه ، صفحه یا استوانه پیوسته در مسیر عبور جریان قرار می گیرند. شبکه آشغال گیر معمولا به آرامی می چرخد به نحوی که مواد جمع شده، می توانند قبل از اینکه افت فشار اضافی ایجاد شود حذف گردند. آشغال های حذف شده از آب در محل پایین تر از محل برداشت به جریان اصلی آب برگردانده می شود.
اغلب به همراه فاضلاب، اجزا کاغذ و تکه های پارچه، وجود دارد و ماهیت این مواد به گونه ای است که تمیز نگه داشتن آشغال گیر شبکه ای رابا مشکل مواجه می کنند. بنابراین استفاده از اشغال گیر های میله ای که فاصله بین میله ها 1.-60mm است معمول می باشد. در واحد های کوچک، شست و شوی دستی متناوب و در تاسیسات بزرگ تر ، شست وشو مکانیکی خودکار آشغال گیر ها مرسوم است. برنامه شست وشو آشغال گیر ها براساس زمان کار و یا افت فشار اولیه در طول آشغال گیری تنظیم می شود. اخیرا آشغال گیر های دیگری در اندازه و انواع مختلف ، در اشکال تسمه ای چرخشی و استوانه ای متحرک مورد استفاده قرار گرفته است.
با کاهش اندازه سوراخ آشغال گیر، سرعت گرفتگی آن و تجمع آشغال افزایش می یابد. اگر نتوان ذرات را حذف نمود در فرآیند های بعدی دچار مشکل خواهیم شد. به همین دلیل نصب آشغال گیر های ریز در بیشتر تصفیه خانه های فاضلاب یک امر ضروری است. جایگزینی جداکننده های هیدرودینامیکی جامدات با آشغال گیر ها به طور قابل ملاحظه ای توجه عمومی را جلب کرده، زیرا عملکرد آن ها در مقایسه با آشغال گیر ها مطمئن تر است. در راستای کاهش آلودگی ظاهری تبلیغات گسترده ای در جهت استفاده از کیسه پلاستیکی برای قرار دادن ضایعات وسایل بهداشتی مورد استفاده در توالت ها انجام گرفته است.
این آشغال گیر ها مطلوب هستند که قسمتی از مواد مدفوعی به درو جریان برگردانده شده و باقی مانده با دفن کردن یا سوزاندن از بین می روند. در یک روش دیگر، آشغال هی ممکن است به یک آشغال ریز کن هدایت شوند که آن ها را به اندازه های کوچک در می آورد بنابراین می توانند به جریان ، برگشت داده شوند تا در طول فرآیند اصلی تصفیه ، به هنگام ته نشینی جامدات، حذف شوند. در بعضی شرایط ممکن است خرد کردن جامدات توسط آشغال خرد کن به آشغال گیری ترجیح داده شود. اگر چه مشکلات عملیاتی این روش، از قبیل این روش، از قبیل گرفتگی و پیچش مجدد رشته های دراز آشغال ها به طور بطور چشمگیری در سال ها اخیر از مقبولیت این روش کاسته است.
ریز صافی ها ، حالت توسعه یافته ای از آشغال گیر های استوانه ای است که در آن شبکه فولاد زنگ ریز بافی با روزنه هایی در اندازه 20-40mm برای حذف ذرات جامد نسبتا کوچک مورد استفاده قرار گرفته است. کاربرد آن در تصفیه آب برای حذف جلبک . ذرات هم اندازه آن هاست، که باعث ایجاد کیفیت نامطلوب می گردند. همچنین از روش صاف کردن با ریز صافی ها به عنوان سومین مرحله نمهایی برای ارتقاء کیفیت خروجی پساب نهایی استفاده می شود. به دلیل کوچکی روزنه های شبکه، به سرعت عمل گرفتگی رخ می دهد به این منظور استوانه با سرعت محیطی در حدود 0.5 m/s چرخانده می شود و شبکه به طور مداوم با عمل پاشش تحت فشار شسته می شود. رفتار ذرات معلق باتوجه به خاصیت گرفتگی صافی، اندازه گیری می شود. نتایج این آزمایش ها می تواند در تعیین سرعت مجاز صاف کردن، برای جلوگیری از گرفتگی و آسیب دیدگی شبکه مورد استفاده قرار می گیرد.
در بیشتر سیستم های فاضلاب و به ویژه آن هایی که دارای فاضلاب روهای مشترک هستند، مقادیر قابل ملاحظه ای شن در طول مسیر جریان حمل می شود و در صورتی که این مواد حذف نشوند می توانند به اجزا مکانیکی فیلتر ممبران های تصفیه آب آسیب برسانند. چون ذرات شن نسبتا بزرگ بوده و در مقایسه با ذرات آلی موجود در فاضلاب چگالی بیشتری دارند، اغلب آن ها براساس اصل ته نشینی اختلافی حذف می شوند. سرعت ته نشینی ذرات شن با قطر 0.2mm و چگالی نسبی 2.65 در حدود 1.2m/min می باشد در حالی که ذرات جامد معلق در فاضلاب به طور قابل ملاحظه ای سرعت های ته نشین پایین تری دارند. با به کار گیری یک آبراه با مقطع سهمی امکان تامین یک سرعت افقی ثابت در حدود 0.3 m/s به ازای کلیه سرعت های جریان وجود دارد.
نوع دیگری از روش های حذف شن جهت انجام جداسازی مطلوب ممکن است شامل حوضچه هوادهی با جریان ماپیچی و یا شامل استفاده از یک مخزن ته نشینی با زمان ماندکم باشد، کلیه جامدات آلی حذف شده به همراه شن، قبل از تخلیه شن ها دوباره وارد جریان می گردند. میزان تولید شن بسیار متغیر بوده و بسته به مشخصات آبگیر، احتمالا در محدوده0/005-0.05m^3 به ازای هزار متر مکعب فاضلاب خواهد بود.
