تصفیه خانه آب شماره 3 مشهد

مقدمه
تأمین آب آشامیدنی مصرفی جوامع شهری مهمترین اولویت در بهره برداری از منابع آب است. در مورد آب آشامیدنی به جز تأمین آب مسئلۀ بهداشت آب نیز از چالش های مهم است که دست یابی به شرایط لازم، نیازمند سرمایه گذاری زیاد و بهره برداری مناسب از منابع موجود است. تصفیه خانه های آب در این بین نقش کلیدی دارند. آب مصرفی شهرهای بزرگ معمولاً هم از منابع آب سطحی و هم زیرزمینی تأمین می شود. در صورتی که از آبهای زیرزمینی استفاده شود چون اغلب آبهای زیرزمینی فاقد آلودگی اند، معمولاًَ تنها کار لازم افزودن کلر برای جلوگیری از آلودگی
احتمالی است اما در صورتی که منابع مورد استفاده از آبهای سطحی باشند به دلیل ویژگی های این آبها تصفیۀ آب قبل از مصرف آن ضروری است. برخی از ویژگی های آبهای سطحی به صورت زیر است:
-    زلال نیستند.
-    pH این آبها حدود 7 – 8 است.
-    مواد آلی موجود در این آب ها در نقاط مختلف فرق می کند. ممکن است حاوی دترجنت ها، نفت و روغن و فلزات سنگین باشند.
-    معمولاً آلوده به میکروارگانیسم ها هستند.
-    مقدار آمونیاک، فنل و نیترات این آب ها ممکن است زیاد باشد.
-    اگر آب های سطحی از آبهای کشاورزی، ناشی شوند معمولاً دارای نیترات و فسفات قابل توجهی هستند، به ویژه در مناطقی که از کودهای شیمیایی استفاده می شود.
بنابراین به طور کلی برای کاهش آلودگی هایی نظیر مواد معلق و میکروارگانیزم ها از این آبها وجود تصفیه خانه های آب آشامیدنی ضروری است.

آب آشامیدنی مشهد
شهر مشهد به حدود   8 آب شرب نیاز دارد که از منابع آب زیرزمینی و سطحی تأمین می شود. بخشی از آب شرب مشهد از 400 حلقه چاه تأمین می شود که 200 حلقه آن در غرب مشهد و در منطقه قاسم آباد تا چناران وشاندیز واقع است و 200 حلقه دیگر در سطح شهر پراکنده است. آب این چاهها از نظر بهداشتی سالم است و نیاز به تصفیه ندارد و فقط عملیات کلرزنی روی آنها انجام می شود.
بخش دیگر آب که از منابع سطحی تأمین می شود از سه سد و سه تصفیه خانه تأمین می شود. دو سد طرق و کارده با آبدهی خیلی کم و سد دوستی که به تنهایی حدود 20 برابر دو سد دیگر آبدهی دارد. این سد به تنهایی 50 تا 60 درصد آب مورد نیاز مشهد را می تواند تأمین کند.

سد دوستی
سد دوستی در 75 کیلومتری جنوب سرخس بر روی رودخانه حریر رود در مرز مشترک ایران و ترکمنستان احداث شده است. بخش عمده آب سد ( 150 میلیون متر مکعب در سال) در بخش کشاورزی سرخس مصرف می شود. رودخانه حریر رود از کشور افغانستان سرچشمه می گیرد و پس از آن وارد ترکمنستان شده و بخش کوچکی از مسیر این رودخانه (حدود 2 تا 3 کیلومتر) از خاک ایران عبور کرده و مجدداً وارد خاک ترکمنستان می شود. پروژه سد، تصفیه خانه و خط انتقال آب سد دوستی از بزرگترین پروژه های سطح کشور است که در سال 1388، با   ظرفیت نهایی مورد بهره برداری قرار گرفته است. با شروع بهره برداری از این سد این فرصت پیش آمده که بهره برداری از تعداد زیادی از چاههای سطح شهر متوقف شود تا آب آنها ذخیره شود.
به دلیل زیاد بودن حجم آب پشت سد، بار آلودگی آن کم است و کیفیت آن از نظر شیمیایی در حد متوسط است. همچنین گل و لای موجود در آب چون در پشت سد ته نشین می شود مقداری از آلودگی را همراه خود ته نشین می کند.
در مجموع 5 ایستگاه پمپاژ در مسیر وجود دارد که 4 عدد قبل از تصفیه خانه و ایستگاه پمپاژ شماره 5 بعد از تصفیه خانه قرار دارد که آب نهایتاً به مخازن منطقه سیدی در شهر مشهد منتقل می شود و از آنجا در مناطق اطراف حرم و کوهسنگی و در آینده به سایر مناطق شهر توزیع می شود.
از محل سد تا شهر حدود 200 کیلومتر فاصله و 700 تا 800 متر اختلاف ارتفاع وجود دارد که با محاسبه افت فشار در لوله ها، مجموعاً 1000 متر هد پمپاژ است.

خط انتقال:
پروژۀ انتقال آب سد دوستی به شهر مشهد از پروژه های بزرگ کشور است که ظرفیت نهایی آن حدود 6 متر مکعب در ثانیه است که تنها هزینۀ برق آن ماهیانه حدود یک میلیارد و صد میلیون تومان است. ابعاد خط لوله، پمپ ها، اتصالات و کلاً تجهیزات مورد استفاده در این خط انتقال بسیار بزرگ است و ساخت و راهبری آنها نیازمند تمهیدات ویژه ای است. در این خط انتقال 160 کیلومتر لوله، 1250 عدد شیرو 1200 کیلو متر خط جوش استفاده شده است. به طور متوسط هر 5 کیلومتر یک شیر قطع و وصل قرار دارد که به صورت الکترومکانیکی که از طریق کنترل مرکزی فرمان می گیرند. قطر داخلی لوله های مورد استفاده mm 2000 است ولی به دلیل سنگینی و گرانی شیر 2000 میلی متری از شیرهای 1700 میلی متری استفاده شده است. بنابراین قبل و بعد از شیر تبدیل از 2000 به 1700 وجود دارد. شیرهای بزرگ استفاده شده در خط و پمپ ها ساخت آلمان است و الکتروموتورها ساخت ایتالیاست. شیرهایی با قطر 1000 میلی متر و کمتر مورد استفاده در طول مسیر، ساخت ایران است.

تمام ورودی ها و خروجی ها مجهز به دبی سنج هستند، اگر بین دبی موجود در دو ایستگاه متوالی اختلاف وجود داشته باشد با مشخص شدن محل ترکیدگی بلافاصله شیر قبل و بعد آن بسته می شود و ایستگاه پمپاژ خاموش می شود و مسیر عیب یابی می شود. این سیستم هماهنگ باعث جلوگیری از اتلاف انرژی و آب می شود.
تمام مسیر خط انتقال هر روز گشت زنی می شود. بنابراین کنترل خط انتقال هم به صورت الکترونیکی و هم با استفاده از نیروی انسانی انجام می شود. در طول مسیر روی زمین سازه هایی قابل مشاهده است که مربوط به شیرهای اصلی قطع و وصل، شیرهای هوا، شیرتخلیه و... است. بیشترین کاربرد این شیرها در زمان آبگیری خط است. یکی از مهمترین کارها در بهره برداری، آبگیری خط انتقال است. باید خط با دبی کنترل شده ای پر شود تا شیرهای تخلیه هوا قادر باشند هوای موجود را تخلیه کنند. چون هوا یکی از عوامل مخرب در اتصالات است. به همین دلیل پر کردن خط و تخلیه هوا با احتیاط انجام می شود و بعد از آن دبی نامی به خط داده می شود. ممکن است آبگیری این خط یک هفته طول بکشد تا آب نهایتاً از سد به مشهد منتقل شود.

پرسنل شاغل در مجموعه خط انتقال:
در هر ایستگاه یک نفر مسئول ایستگاه که مهندس است، دو نفر تکنسین برق، دو نفر تکنسین مکانیک، یک نفر نیروی خدماتی، یک نیروی فنی، یک نگهبان و سرایه دار که همگی در بخش پیمانکاری فعالیت می کنند و علاوه بر آنها یک مهندس مشاور بر کار این پرسنل نظارت می کند، یک سرپرست از طرف پیمانکار، یک سرپرست در بخش مشاور، علاوه بر این افراد ناظرانی از طرف پیمانکار و مشاور، به صورت موردی بازدید و نظارت را در کل مسیر انجام می دهند انجام می دهند به این صورت که از هر تخصص یک نفر برای کل خط مثلاً یک ناظر برق و یک ناظر مکانیک و...
در حال حاضر دبی 1 متر مکعب در ثانیه پمپاژ می شود. طول مسیر km 167 است که فاصله km 15 رینگ شهری مشهد نیز به آن اضافه می شود.
فاصلۀ زیاد سد تا شهر مشهد باعث طولانی شدن خط انتقال شده است. مسیر خط انتقال پرپیچ و خم است و از ارتفاعات عبور می کند. برای کاهش هزینه پمپاژ آب به ارتفاعات، یک دهنه تونل در مسیر احداث شده است تا نیاز به پمپاژ آب به ارتفاعات بالا نباشد.

لوله ها:
برای این خط کارخانه تولید لوله در شهرک کاوه فریمان ساخته شد. ورق لوله ها با قطار از اصفهان به فریمان منتقل می شود و در آنجا لوله ها تولید می شود. چون ابعاد لوله های مورد استفاده در این خط انتقال بسیار بزرگ است و جابه جایی آنها از فاصله دور مقرون به صرفه نبود.
لوله های مورد استفاده در خط انتقال از نوع فولادی و به قطر دو متر است که سطح خارجی آنها با پلی اتیلن سه لایه پوشانده شده و سطح داخلی آن نیز روکش دار است. برای جلوگیری از خوردگی، علاوه بر پوشش سطحی از سیستم حفاظت کاتدی نیز استفاده شده است. فشار داخل لوله ها حدود bar 20 است.

ایستگاه های پمپاژ:
5 ایستگاه پمپاژ در مسیر وجود دارد که تمام این ایستگاه ها توسط سیستم کنترل مرکزی به صورت همزمان کنترل می شوند.
هر پمپ به طور متعارف یک متر مکعب در ثانیه پمپاژ می کند ولی پمپهایی با دبی 1/2 یا بیشتر وجود دارد. ایستگاه شماره 5 شش پمپ دارد. که یک پمپ رزرو است و 5 پمپ کار می کند در ایستگاه شماره 2 ، هفت پمپ وجود دارد که 6 پمپ کار می کند و یک پمپ رزرو است.

کنترل ایستگاههای پمپاژ:
ایستگاههای پمپاژ به چند صورت قابل کنترل هستند. در کنترل دستی در صورت نیاز به تغییر دبی آب ورودی به مخزن در سطح شهر، این مطلب ابتدا به ایستگاه شماره 5 اطلاع داده می شود سپس ایستگاه شماره 5 به ایستگاه شماره 4 و... اطلاع می دهد تا همۀ ایستگاهها تعدادی پمپ را روشن یا خاموش کنند.

تصفیه خانه سوم آب شرب مشهد
آب از سد دوستی پس از گذر از 4 ایستگاه پمپاژ وارد تصفیه خانه می شود. ابتدا کلر و آب آهک به آب اضافه می شود. در آینده نزدیک سیستم اوزن زنی نیز فعال می شود. بعد از این مرحله آب وارد دریچه های تقسیم می شود. داخل حوضچه 4 دریچه وجود دارد.
طراحی هیدرولیکی تصفیه خانه به صورتی است که آب در هد بیشتری نسبت به سطح زمین به تصفیه خانه وارد می شود و این مسئله باعث می شود در طول مسیر تصفیه خانه نیاز به پمپاژ وجود نداشته باشد و بین تمام واحدها انتقال آب به صورت ثقلی انجام شود. تصفیه خانه به صورت قرینه ساخته شده است. و تمام واحد ها در دو بخش مساوی به صورت قرینه کنار هم قرار دارند.
آب از دریچه های تقسیم وارد واحدهای اختلاط سریع می شود. در این بخش ابتدا مواد منعقد کنندۀ کلرو فریک و پلی الکترولیت در صورت نیاز به آب اضافه می شود. یک همزن تند با چرخش 100 تا 120 دور در دقیقه این مواد را با آب مخلوط می کند. این سرعت دورانی زیاد شرایط اختلاط سریع را محیا می کنند تا مواد منعقد کننده به صورت یکنواخت در تمام آب پراکنده شوند. حرکت چرخشی که این میکسرها به آب می دهند، در مسیر بین واحد اختلاط مکانیکی و استخر های ته نشینی به ندرت کاهش می یابد و این حرکت آرام همراه با مکش و رانش ایجاد شده داخل حوضچه ها شرایط اختلاط آرام را نیز در جریان آب ایجاد می کند تا ذرات کلئیدی موجود در آب، قبل از ورود به حوضچۀ ته نشینی، فرصت برخورد و تشکیل فلوک را داشته باشند. به این ترتیب در این تصفیه خانه واحد مجزای مکانیکی برای اختلاط آرام فاضلاب وجود ندارد و اختلاط آرام در مسیر حرکت آب انجام می شود.

حوضچه های ته نشینی پولساتور
چون آب از منبع سطحی تأمین می شود دارای کدورت زیادی است و ذرات کلوئیدی که باعث ایجاد این کدورت می شوند به دلیل داشتن بار منفی یکدیگر را دفع می کنند و در نتیجه به طور خود به خود ته نشین نمی شوند. بنابراین برای ته نشین کردن آنها باید از مواد منعقد کننده استفاده کنیم. با آزمایشات انجام گرفته روی آب سد ماده کلرور فریک برای استفاده در این تصفیه خانه انتخاب شده است. مقدار ماده منعقد کننده مورد نیاز توسط آزمایش جارتست تعیین می شود. پس از افزودن منعقد کننده ، ابتدا توسط اختلاط هیدرولیکی و سپس توسط همزن (اختلاط مکانیکی) آب و منعقد کننده با هم مخلوط می شوند.
دو نوع سیستم ته نشینی متداول در تصفیۀ فاضلاب عبارتند از:
1-    سیستم پولساتور
2-    سیستم اکسیلاتور
سیستم پولساتور در تصفیۀ آب آشامیدنی در ایران متداول تر است. در سیستم سوپر پولساتور ورقه هایی به صورت مورب داخل حوض ته نشینی قرار دارد که از بالا آمدن فلوک ها جلوگیری کرده و به نوعی مسیر ته نشینی ذرات را کوتاه می کند. سیستم پمپ خلأ در ساختمان کوچک نزدیک حوضهای ته نشینی قرار دارد که با ایجاد یک مکش و رانش باعث بالا و پائین رفتن آب داخل حوضچه ها به ارتفاع یک سانتیمتر می شود. این عمل جایگزین فرایند اختلاط آرام به منظور انعقاد بهتر و تشکیل ذرات فلوک داخل حوض ته نشینی است. کاربرد دیگر این سیستم در جمع آوری لجن است. موج ایجاد شده باعث ایجاد تلاطم در آب می شود و این تلاطم باعث سر خردن لجن های ته نشین شده روی هاپرهای ته حوضچه شده و وارد شدن آنها به بخش جمع آوری لجن می شود. تخلیۀ لجن از حوضچه های ته نشینی هر دو ساعت یک بار توسط مکش از انتهای حوضچه انجام می شود. بالای 99% آلودگی در این مرحله گرفته می شود و آب خروجی از این حوضچه ها قابل شرب است.

فیلترهای شنی
صاف کردن یا فیلتراسیون یک روش فیزیکی برای حذف ذرات معلق در هر مایع از جمله آب است. این ذرات معلق می توانند گل، رنگ، مواد آلی، پلانگتون، باکتری ها و ذرات حاصل از خوردگی باشند. فیلترها (صافی ها) را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
1-    فیلترهای سطحی (Surface filter) که عمل جدا شدن ذرات معلق از مایع فقط در عمق بسیار کم که همان سطح فیلتر می باشد، انجام می شود. مثل کاغذ صافی یا فیلتر کیسه ای (Bag filter).
2-    فیلترهای عمقی (Deep bed filter) که عمل جدا شدن ذرات معلق از مایع در اعماق بستر انجام می شود مثل فیلترهای ثقلی یا فیلترهای فشاری.
در تصفیۀ آب از فیلترهای نوع دوم یعنی فیلترهای عمقی استفاده می شود که برای دبی زیاد مثل تصفیۀ آب یک شهر نوع ثقلی آن به علت هزینۀ کمتر استفاده می شود. در این تصفیه خانه نیز از فیلترهای شنی ثقلی استفاده می شود.
بعد از ته نشینی آب وارد فیلترهای شنی می شود. باقیماندۀ آلودگی (کدورت) آب در این صافی ها گرفته می شود. آلودگی باقیمانده در آب خروجی حوضچه های ته نشینی ذرات فلوکی است که در مدت زمان ماند حوضچه نتوانسته اند ته نشین شوند. این ذرات عمدتاً یا از نظر اندازه و وزن کوچک هستند و یا اختلاف چگالی آنها با آب کم است در نتیجه نتوانسته اند ته نشین شوند و باید توسط فیلتر شنی از آب جدا شوند.
تعداد 20 عدد فیلتر شنی تند روباز وجود دارد. حدود 1 متر شن از جنس سیلیس و کوارتز به صورت دولایه است. قطر شنهای سطحی کمتر از 1 میلی متر است. در قسمتهای پائین شنها درشتتر هستند. بعد از فیلترها ، آب وارد سیفونهای موجود در زیر فیلترها می شود.
با توجه به اینکه دبی ورودی به هر فیلتر ثابت می باشد، به مرور زمان با گرفتگی فیلترها و بسته شدن مسیر حرکت آب، سرعت حرکت آب در این فیلترها کم شده و سطح آب روی فیلترها بالا می آید. به این ترتیب با نگاهی ساده به هر فیلتر وضعیت آلودگی آن مشخص می شود.
این فیلترها در دوره های زمانی 2 تا 3 شبانه روز نیاز به شستشو دارند که این کار توسط شستشوی معکوس (Backwash) انجام می شود. این کار در چند مرحله توسط آب و یا مخلوط آب و هوای فشرده انجام می شود. این کار حداکثر 15 دقیقه طول می کشد.
طراحی حوضچه های ته نشینی و فیلترها به صورتی است که در وسط آنها کانال حرکت آب وجود دارد و آب خروجی از تمام حوضچه ها در یک کانال مرکزی جمع آوری شده، به وسط فیلترها منتقل می شود و در آنجا بین تمام فیلترها تقسیم می شود.
تصفیه خانه به شکل قرینه ساخته شده است و در وسط آن ساختمان کنترل فیلترها قرار دارد که برای کنترل و عیب یابی هر فیلتر، در آن یک تابلوی برق کار گذاشته شده که علاوه بر کلیدهایی برای قطع و وصل جریان و کنترل عملیات شستشوی معکوس، نشانگرهای متفاوتی برای حالتهای مختلف شیرها و فشار در قسمتهای مختلف فیلتر وجود دارد.

خروجی تصفیه خانه
بعد از فیلترها، آّب تصفیه شده وارد مخزن 20000 متر مکعبی شده و بعد از آن وارد ایستگاه پمپاژ شماره 5 شده از آنجا به مخازن واقع در منطقۀ سیدی منتقل می شود و بعد از کلرزنی در سطح شهر توزیع می شود.

ساختمان کنترل مرکزی
در این ساختمان امکانات کنترل کل مسیر خط انتقال آب از سد تا تصفیه خانه فراهم شده است. در این مکان می توان به صورت متمرکز تمام ایستگاههای پمپاژ را به صورت همزمان کنترل کرد زیرا در هنگام نیاز به تغییر دبی ورودی باید تمام تغییرات در هر پنج ایستگاه پمپاژ به صورت همزمان اعمال شود.

تأسیسات برقی تصفیه خانه
پست برقی که در تصفیه خانه است مشابه پستهای برق در سایر ایستگاه های پمپاژ است. که به دلیل مصرف زیاد برق در ایستگاههای پمپاژ و خود تصفیه خانه نیاز به تأسیسات برقی زیادی وجود دارد. همچنین برای مواقع قطعی برق، سیستم برق اضطراری نیز در تصفیه خانه پیش بینی شده است که در این مواقع چند ژنراتور با نیروی محرکۀ دیزلی برق مورد نیاز تصفیه خانه را تأمین می کنند. این سیستم به صورت اتوماتیک در زمان قطع برق وارد مدار می شود.

مشکلات
-    با گذشت مدت زمان نسبتاً از شروع بهره برداری تصفیه خانه هنوز سیستم ازن زنی فعال نشده است.
-    اضافه کردن کلر در ابتدای تصفیه خانه ممکن است باعث ایجاد تری هالو متانها (THMs) شود.
-    بتن های مورد استفاده در تصفیه خانه سفید شده بودند که نشان دهندۀ کیفیت نامطلوب آنهاست و در آینده ممکن است مشکل ساز شده و نیاز به صرف هزینه های اضافی تعمیرات پیدا کند.
-    در صورت ترکیدگی لوله، با توجه به موانع اجرایی خاص در مسیر طولانی بین سد و تصفیه خانه کار تعمیرات با مشکل مواجه است. به دلیل دبی و فشار بالا، در مدت زمان بین ترکیدگی لوله و قطع آب حجم زیادی آب از لوله خارج شده و در مناطق اطراف لوله، به دلیل خیس شدن خاک امکان عبور ماشین آلات و دسترسی به لوله وجود نخواهد داشت. با توجه به تجارب اولیۀ حوادث خط در زمان آبگیری بعضاً مشاهده شده که تا 10 روز بعد از وقوع حادثه امکان شروع تعمیرات وجود نداشته است. بنابراین این سؤال مطرح می شود که بعد از تحقق هدف اصلی طرح یعنی تأمین حدود 60 درصد از آب مشهد از این طریق، در صورت بروز مشکل چه تأسیساتی جایگزین آن خواهد بود. البته برای این منظور یک مخزن بزرگ برای ذخیرۀ آب برای این مواقع پیش بینی شده است ولی با توجه به حجم پروژه تردیدهای زیادی در مورد مؤثر بودن این روش وجود دارد.
-    این پروژه مشابه پروژۀ آبرسانی به تبریز است که امروزه منشأ مشکلات زیادی برای شهر تبریز و صنایعی مثل پتروشیمی تبریز است. در پروژۀ تبریز نیز ابتدا قرار بود مانند بسیاری از تأسیسات مربوط به آبرسانی دو خط لوله به صورت موازی اجرا شود ولی فقط یک خط لوله اجرا شده که امروز با هر حادثه ای که در این خط انتقال اتفاق می افتد، آب بخش زیادی از تبریز قطع می شود. بنابراین ممکن است این پروژه نیز مانند بسیاری از پروژه های دیگر محلی برای تکرار اشتباهات یا تجربۀ دوبارۀ مسائلی شود که قبلاً در جایی دیگر مشکل ساز بوده اند.