ارزیابی حذف نیتروژن و فسفر از پساب شهری با استفاده از تالاب های مصنوعی زیرسطحی

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this study the performance possibility of subsurface hybrid constructed wetlands for tertiary treatment of conventional wastewater treatment facilities effluents was evaluated. For this purpose four horizontal-vertical subsurface constructed wetlands were built in the north of Isfahan. The length and width of horizontal wetlands was 25m×4m and for vertical ones were 8m×4m. Three emergent plants comprised of Phragmites australis , Typha latifolia and Arundo donax were planted in each unit of hybrid wetlands and one unit lift unplanted as a control unit. The influent wastewater to the system was the effluent of North Isfahan Wastewater Treatment Facility. The influent discharge to each unit was arranged to 7 m 3 /day and the retention time of each wetland was about 8 days. The sampling from influent and wetland effluents were done monthly in 12 months, and BOD 5 , COD, nitrate, ammonium, total suspended solids and total phosphorus were measured. The sampling results showed that the reduction efficiencies of BOD 5 were between 84-86%, COD were between 77-83%, TSS between 78-80%, nitrate were 47-52%, ammonium were between 45-65% and phosphorus were between 37-74% in the different wetlands. According to the obtained results, the Phragmites and Arundo were recommended for use in subsurface constructed wetlands in Isfahan. Keywords: Hybrid subsurface constructd wetland, Domestic wastewater, Tertiary treatment, Reuse, First-order model In this study the performance possibility of subsurface hybrid constructed wetlands for tertiary treatment of conventional wastewater treatment facilities effluents was evaluated. For this purpose four horizontal-vertical subsurface constructed wetlands were built in the north of Isfahan. The length and width of horizontal wetlands was 25m×4m and for vertical ones were 8m×4m. Three emergent plants comprised of Phragmites australis , Typha latifolia and Arundo donax were planted in each unit of hybrid wetlands and one unit lift unplanted as a control unit. The influent wastewater to the system was the effluent of North Isfahan Wastewater Treatment Facility. The influent discharge to each unit was arranged to 7 m 3 /day and the retention time of each wetland was about 8 days. The sampling from influent and wetland effluents were done monthly in 12 months, and BOD 5 , COD, nitrate, ammonium, total suspended solids and total phosphorus were measured. The sampling results showed that the reduction efficiencies of BOD 5 were between 84-86%, COD were between 77-83%, TSS between 78-80%, nitrate were 47-52%, ammonium were between 45-65% and phosphorus were between 37-74% in the different wetlands. According to the obtained results, the Phragmites and Arundo were recommended for use in subsurface constructed wetlands in Isfahan. Keywords: Hybrid subsurface constructd wetland, Domestic wastewater, Tertiary treatment, Reuse, First-order model

مناطق مرکزی ایران جزو مناطق کم بارش و خشک محسوب می گردند که با رشد روزافزون جمعیت در این مناطق، منابع آبی در دسترس رو به کاهش نهاده و بحران آب در این مناطق تشدید یافته است. یکی از راه هایی که امروزه برای جبران بخشی از این کمبود آب، در مناطق مرکزی کشور و به ویژه شهر اصفهان مورد توجه قرار گرفته است استفاده از پساب های بازیافتی است. بررسی های مختلف نشان داده است که پساب خروجی از تصفیه خانه های فاضلاب در شهر اصفهان دارای کیفیت مناسب برای بازیافت در مصارف مختلف نیست و برای بازیافت این پساب ها نیاز به تصفیه تکمیلی آن ها می باشد. تالاب های مصنوعی یکی از روش های نوین تصفیه سبز پساب ها می باشد که با الگوگیری از تالاب های طبیعی و با استفاده از انواع روندهای طبیعی فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی پساب ها را تصفیه می نمایند. استفاده از یک سیستم تالاب مصنوعی که به نحو مناسبی طراحی و اجرا شده باشد می تواند مزایایی از قبیل هزینه کم، آسانی کار با سیستم، انرژی مورد نیاز کم برای نگه داری و بهره برداری و کاهش مؤثر انواع مختلف آلاینده ها را فراهم نماید. در این تحقیق امکان استفاده از تالاب های مصنوعی زیرسطحی ترکیبی به منظور تصفیه تکمیلی پساب خروجی از تصفیه خانه فاضلاب شمال شهر اصفهان مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور چهار واحد تالاب زیرسطحی ترکیبی افقی- عمودی در منطقه شمال اصفهان احداث گردید. ابعاد هر یک از تالاب های افقی 100 مترمربع (25×4 متر) و عمق آن ها 1 متر و ابعاد هر یک از تالاب های عمودی 32 مترمربع (8×4 متر) و عمق آن ها 2/1 متر در نظر گرفته شد. سه گیاه تالاب نی معمولی، نی بزرگ و لویی یا دم گربه ای که با شرایط اقلیمی اصفهان سازگار بوده انتخاب و هر گیاه در یک واحد تالاب ترکیبی طرح کشت شد و یک تالاب نیز بعنوان شاهد بدون کشت رها شد. پساب وارد شده به طرح پساب خروجی تصفیه خانه فاضلاب شمال اصفهان بود که با دبی متوسط 7 مترمکعب بر روز به درون تالاب ها تزریق می شد. بر این اساس مقدار زمان ماند تالاب افقی 5 روز، مقدار تالاب عمودی 3 روز و مقدار زمان ماند کل تالاب ترکیبی 8 روز بود. نمونه برداری کیفی از پساب ورودی و خروجی تالاب ها بصورت ماهانه انجام گرفته و پارامترهای BOD 5 ، COD، نیترات، آمونیوم، مواد معلق، فسفر و کلیفرم میکروبی در نمونه های اخذشده اندازه گیری شد. بر اساس نتایج بدست آمده از آنالیز کیفی نمونه های آب خروجی تالاب های طرح بررسی راندمان حذف BOD 5 در تالاب های طرح بین 86-84 درصد، برای پارامتر COD بین 83-77 درصد مواد معلق بین 80-78 درصد، نیترات بین 52-47 درصد، آمونیوم بین 45 تا 65 درصد و فسفر بین 37 تا 74 درصد بدست آمد. هم چنین در مورد غلظت عوامل میکروبی مشاهده شد که راندمان تمامی تالاب ها در فصول مختلف بالاتر از 90 درصد و در فصل گرم سال که فعالیت ارگانیکی تالاب افزایش می یابد این راندمان به بالاتر از 99 درصد رسیده و غلظت این آلاینده ها به زیر استانداردهای مورد نیاز برای بخش کشاورزی خواهد رسید. این امر به ویژه در مورد تالاب کشت شده با نی معمولی مشهود بود. مقایسات آماری نشان داد که بجز در مورد آمونیوم و فسفر، در مورد تمامی آلاینده ها تفاوت معنی داری بین کارایی تالاب های مختلف شهر مشاهده نمی گردد. در مورد حذف آمونیوم و فسفر راندمان تالاب نی معمولی بطور معنی داری نسبت به تالاب های دیگر بهتر بود. به این ترتیب مشاهده شد که پوشش گیاهی تالاب در مورد حذف آلاینده های مغذی از درون پساب نقش مؤثری را ایفا می کند و در مورد آلاینده هایی که روند حذف آن ها بیشتر فیزیکی است (مواد معلق و آلی) اثر این پوشش معنی دار نبود. مقایسه غلظت های آلاینده ها در خروجی تالاب های طرح با استانداردهای ارائه شده در آیین نامه های زیست محیطی نشان داد که خروجی تالاب نی معمولی بالاترین کیفیت را دارا می باشد. خروجی این تالاب به ویژه در فصول گرم سال از نظر تمامی آلاینده های فیزیکی، شیمیایی و میکروبی برای بازیافت در مصارف آبیاری کشاورزی و فضای سبز، شرب دام و طیور، تخلیه به منابع آب سطحی و تغذیه مصنوعی مناسب می باشد. پس از تالاب نی معمولی، تالاب نی بزرگ بالاترین کیفیت را از خود نشان داد و کم ترین کارایی نیز مربوط به تالاب های لویی و شاهد بود. در این تحقیق مقادیر ضریب مدل مرتبه اول برای تالاب های طرح بر اساس غلظت های ورودی و خروجی آلاینده های مختلف و دبی ورودی به تالاب ها برای شرایط اقلیمی اصفهان کالیبره شد که برای طراحی تالاب ها در آینده می تواند مورد استفاده قرار گیرد. کلمات کلیدی: تالاب مصنوعی ترکیبی، فاضلاب شهری، تصفیه تکمیلی، بازیافت، مدل مرتبه اول، مواد آلی، نیتروژن، فسفر