اجرای سیستم بازچرخانی آب خاکستری در ساختمان و موانع فراگیر شدن آن

با توجه به اهمیت صرفه جویی در مصرف آب، روش های مختلفی جهت مدیریت مصرف ارائه گردیده است. در این تجربه به بررسی اجرای باز چرخانی پساب خاکستری در ساختمان های مسکونی و مشکلات در فراگیر شدن آن می پردازیم. محدوده اطلاعاتی اجرای این سیستم در 4 استان ایران (اصفهان، قم، مشهد، شیراز) بود که مجموعا 4 ساختمان مسکونی با مجموع تعداد واحدهای 1200 می باشد. براورد میزان صرفه جویی مصرف آب، قبل و بعد از اجرای سیستم بررسی گردیده و مشکلات موجود قبل، بعد و در حین اجرا سیستم تماما ثبت گردید. پارامترهای موثر در این تجربه شامل: رضایت، عملکرد مناسب، روش تسویه و قیمت تمام شده در هر پروژه مورد بررسی قرار گرفت. در پایان نتایج بدست آمده بیانگر 45 درصد امکان صرفه جویی در مصرف آب، با استفاده از سیستم بازچرخانی پساب خاکستری بود. عدم وجود دستور العمل مناسب جهت فروش آب تصفیه مازاد به شهرداری، مشکل پالایش آنلاین سازمان محیط زیست جهت ورود پساب تصفیه شده به سفره زیر زمینی، عدم واگذاری انشعاب آب بدون فاضلاب جهت ساختمانهایی که تمام فاضلاب تصفیه می گردد و همچنین طرح های حمایتی برای مشترکین از مشکلات موجود در فراگیر شدن این طرح بود. نتیجه گیری: استفاده از سیستم بازچرخانی پساب خاکستری تا 45 درصد امکان صرفه جویی در مصرف آب را فراهم می آورد. فرآیند انتخاب شده برای تصفیه آب خاکستری علاوه بر اینکه باید ارزان و بدون وابستگی به نیروی انسانی ماهر و تمام وقت باشد.

شرح تجربه
فاضلاب های خانگی به دو دسته تقسیم می شوند: دسته اول جریان فاضلاب ناشی از آشپزخانه، شستن ماشین، لباسشویی، حمام و دستشویی می باشد که در مجوع آنها را فاضلاب خاکستری می نامند. دسته دوم جریان فاضلاب ناشی از توالتها است که فاضلاب سیاه نامیده می شودهر آب شستشوی که در خانه استفاده شده است، به جز آب از توالت، آب خاکستری نامیده می شود. که ممکن است برای استفاده مجدد به ویژه آبیاری چشم اندازداشته باشد. طبق مطالعات انجام شده فاضلاب خاکستری حدود 50 تا 80 درصد از کل مصرف آب خانگی را تشکیل می دهد (1). میزان مواد آلی موجود در فاضلاب آب خاکستری، بسیار کمتر از فاضلاب سیاه می باشد و از نظر مواد معلق و کدورت نیز در سطح پایین تری قرار دارد. میزان COD در فاضلاب سیاه بیش از 5/1 برابر COD در فاضلاب خاکستری است (2). به علت آلودگی کمتر فاضلاب خاکستری نسبت به فاضلاب سیاه، می توان نسبت به جمع آوری و تصفیه فاضلاب خاکستری در سطح یک یا چند واحد مسکونی اقدام نمود و از پساب آن به عنوان یک منبع مصارف خانگی که در تماس مستقیم با انسان نیستند، مثل آبیاری و سیفون توالت، مجددا استفاده کرد. نظر به اینکه فاضلاب خاکستری عاری از مواد آلی نیست، لذا جهت جلوگیری از ورود آن به فاز بی هوازی و ایجاد بوی بد، باید به سرعت تصفیه و مورد استفاده قرار گیرد. فاضلاب خاکستری را می توان با فرایندهای فیزیکی و شیمیایی ساده ای چون فیلتراسیون و گند زدایی تصفیه نمود. با جمع آوری، تصفیه و استفاده مجدد از فاضلابهای خاکستری می توان مصرف آب تصفیه شده شهری را تا حدود 40 درصد که میزان قابل توجهی است، کاهش داد و در نتیجه سبب کاهش هزینه های آب مصرفی و همچنین پایین آمدن دبی ورودی به شبکه فاضلاب شهری شد (3).
یک طراحی جهت سیستم بازیافت فاضلاب های خانگی انجام گرفته که این سیستم بازیافت فاضلاب خاکستری تنها جهت تصفیه آب حمام و روشویی طراحی شده و از آب زائد آشپزخانه بعلت وجود مواد عالی بیشتر صرفنظر گردیده است. این سیستم تصفیه بسته به درخواست کاربر برای استفاده پساب قابل تغییر بود ودر اینجا از یک تصفیه شامل فیلتر ماسه ای و مخزن هوادهی و مخزن گندزدایی استفاده شد که آب پس از عبور از فیلتر و حذف مواد زائد در تانک ذخیره شدو سپس جهت مصارف آبیاری و استفاده در فلاش تانک مورد استفاده قرار گرفت. طبق گزارش حدودا 46 درصد از پساب جهت آبیاری و 38 درصد جهت فلاش تانک ها استفاده شد که با نصب این سیستم حدود 40 درصد از مصرف آب تصفیه شده در خانه کاهش یافته است (4).

زمان و موقعیت جغرافیایی:
پروژه 418 واحدی مهتاب 2، خیابان کاوه، شهر اصفهان، پاییز سال 1397
پروژه 46 واحدی فرهنگ، خیابان فرهنگ، شهر اصفهان، زمستان سال 1397 
پروژه 480 واحدی فردوس ، امام رضا (ع)، شهر قم، تابستان سال 1397
پروژه 256 واحدی مارال، صنایع، شهر شیراز، زمستان 1396

تبیین مسائل و چالش های پروژه:
در سه پروژه قبل از اجرا پیش بینی های لازم دیده شده بود و تمام سیستم فاضلاب تفکیک شده بود که همین امر روند کار را تسریع بخشید ولی در یک پروژه در مرحله نازک کاری قرار بر اجرای پساب خاکستری شده بود که با توجه عدم پیش بینی، مجبور به تغییراتی در سیستم لوله کشی شد و در نتیجه هزینه های اضافی به وجود آمد. 
در یک پروژه کل فاضلاب ساختمان اعم از فاضلاب سیاه و خاکستری تصفیه شده و عملا نیازی به اتصال به فاضلاب شهری نبود با توجه به اینکه هزینه فاضلاب شهری پروژه حدود یک میلیارد و دویست میلیون تومان بود و هزینه کل پکیج نصب شده حدود چهارصد و پنجاه میلیون تومان یعنی حدود یک چهارم هزینه فاضلاب شهری، در صورتی که شرکت آب و فاضلاب اجازه واگذاری انشعاب آب بدون فاضلاب را می داد از نظر مالی برای مالک بسیار توجیه مالی داشت که متاسفانه اجازه واگذاری انشعاب آب بدون فاضلاب داده نشد.
با توجه به اینکه طبق برآورد پس از تصفیه پساب، و استفاده در مصارف فلش تانک، فضای سبز و کارواش محلی باز هم آب مازاد در پروژه وجود داشت دو مشکل وجود داشت. اول اینکه ساز و کاری برای فروش یا واگذاری به شهرداری نبود و دوم اینکه برای وارد کردن این آب مازاد به چاه جذبی، طبق دستور سازمان محیط زیست باید در محل لابراتوار  جهت پالایش آنی پارامترهای پساب احداث میشد که هزینه آن بسیار بالا بود. 
در آیین نامه اجرایی قانون توسعه و بهینه، بند 7 تبصره 1 مستقیما به 20 درصد تخفیف دفع فاضلاب در پروژه هایی که سیستم بازچرخانی پساب خاکستری اجرا شده باشد اشاره شده است که متاسفانه شرکت آبفا مساعدتی نکرد. در همین آیین نامه اجرایی به تخفیف در حق انشعاب نیز اشاره شده که فقط کلمه درصدی از حق انشعاب آورده شده، با توجه به اینکه این درصد عدد مشخصی نیست عملا شرکت های آبفا خود را ملزم به اجرا نمی دانند.

فرایند اجرا:
منابع تولید آب خاکستری:
در مصرف خانگی، آب خاکستری همان آب‌های مصرفی حمام، دوش گرفتن، روشویی و ماشین‌های لباسشویی هستند، اما گاهی آب سینک آشپزخانه و ظرفشویی نیز از نظر فنی آب بازیافتی به حساب می‌آیند، اگر چه تمرکز بالای پسماندهای غذایی و شیمیایی به این معناست که این آب برای استفاده مجدد، کمتر مناسب است. در نمودار زیر درصد سهم هر کدام از آبریزهای پساب خاکستری به تفکیک آورده شده است.

نمودار شماره 1- درصد سهم تولیدی پساب خاکستری (منبع:شرکت مهندسی آبفا)

چنانچه در نمودار 1 نشان داده شده است. آب خاکستری 61 درصد کل جریان فاضلاب را تشکیل می دهد. این امر نشان دهنده یک منبع مهم آب است که می تواند با یک اندیشه محیط زیستی مسولانه بر طبق اصول توسعه پایدار اکولوژیکی مدیریت شود. شیوه ای که بهداشت و سلامت انسان را به خطر نیانداخته و همزمان پایداری تامین آب را نیز در نظر می گیرد. در این 4 پروژه، ما از آب حمام و روشویی به دلیل دترجنت و مواد عالی کمتر استفاده کردیم که حدود 71 درصد از آب پساب خاکستری را شامل می شد.

مصارف آب خاکستری:

کاربرد اصلی پساب خاکستری جهت استفاده درآبیاری فضای سبز، پرکردن فـلاش تـانکها، شستشوی محوطه و پارکینک و کاربری هایی مانند آبیاری باغچه ها ، موارد استفاده تزئینی در فواره ها و آبشارها ، باغداری ، آبیاری چمن و همچنین برای شستشوی ماشین و سیفون سرویس های بهداشتی مورد استفاده قرار گیرد.  بازایابی پساب خاکستری منابع آبی را مورد استفاده قرار می دهد که در غیر اینصورت می بایست بصورت فاضلاب دفع شوند. در پروژه ها از جهت مصارف فلش تانک، آبیاری فضای سبز و شستشوی محوطه طراحی و اجرا گردید.

مبانی طراحی سیستم بازچرخانی آب خاکستری:

1. طراحی باید به گونه ای صورت بگیرد که امکان حذف لحظه ای سیستم بازچرخانی در سیستم بطور کامل امکان پذیر باشد. (هم در سیستم ورودی و هم در سیستم خروجی)
2. ساز و کار مناسب و لازم در طراحی برای جداسازی شبکه های آب خاکستری و فاضلاب در مبدا باید پیش بینی و در ساختمان های جدید عملیاتی شود ضمن اینکه برای ساختمان های قدیمی که پتانسیل استفاده از این پساب را دارند هم فکری بشود. (در ساختمان هایی با سقف کاذب)
3. کیفیت آب خاکستری بستگی زیادی به کاربری ملک مورد نظر دارد و لذا انتخاب نوع و فرآیند تصفیه مورد نیاز برای همه یکسان نخواهد بود و باید بر اساس مصارف تعریف شده در هر پروژه طراحی گردد.
4. فرآیند انتخاب شده برای تصفیه آب خاکستری علاوه بر اینکه باید ارزان و بدون وابستگی به نیروی انسانی ماهر و تمام وقت باشد، چون در محل سکونت افراد مورد بهره برداری قرار می گیرد باید بدون ایجاد مزاحمت هایی نظیر سر و صدا یا ناهنجاری هایی نظیر عدم همخوانی با مبلمان شهری یا چیدمان محل سکونت باشد.

اجرای سیستم پساب خاکستری به 4 قسمت تقسیم شد که هرکدام طراحی و اجرای خاص خود را داشت:

1. تفکیک سیستم لوله کشی فاضلاب: در 3 پروژه اول از ابتدا و توسط نرم افزار طراحی گردید ولی در پروژه آخر با توجه به، تصمیم گیری اجرای سیستم پساب خاکستری در زمان اجرای پروژه، مجبور به تغییرات در سیستم لوله کشی موجود شدیم.

   
   شکل 1 و2 - Design software: Autodesk Revit MEP

2. طراحی و اجرای مخزن مناسب: از ضرب تعداد واحدهای پروژه در میزان پساب خاکستری تولیدی هر خانوار، میزان تولید پساب کل پروژه  به دست می آید. (میزان مصرف آب هر نفر در پروژه ها 150 لیتر در شبانه روز و تعداد متوسط هر خانوار را 4 نفر در نظر گرفته شد). جنس مخزن می تواند بتنی، پلی اتیلن و یا فایبرگلاس باشد که با توجه به کیفیت و قیمت مناسب در این پروژه از مخزنی با جنس پلی اتیلن استفاده شد.

3. نکات مهمی که در طراحی و اجرای مخزن لحاظ گردید:

   1-2. حداقل گنجایش مخزن دوبرابر حجم آب مورد نیاز در هر روز برای شستشوی لوازم بهداشتی مندرج در پ(9-1-2) باشد وبه صورت از 190 لیتر کمتر نباشد. ⁽⁵⁾

   2-2. حداکثر گنجایش مخزن باید برای ذخیره 72 ساعت فاضلاب ورودی محدود شود. ⁽⁶⁾

   3-2. حداکثر گنجایش حجم مخزن برابر با ذخیره 72 ساعت فاضلاب ورودی و یا 30 مترمکعب محدود شود. ⁽⁷⁾

   4-2. مخزن باید خالی و دارای درب واشردار قفل شده باشد و روی سطح خاک فشرده و یا دال بتنی 3 اینچی قرار گیرد. باید برچسب ظرفیت مخزن و"سیستم آبیاری آب خاکستری ،آب خطر ناک ونا امن"روی مخزن قرار بگیرد. ⁽⁸⁾

   5-2. تخلیه وسرریز مخزن باید به طور دائم به خط فاضلاب متصل باشد قطر لوله های تخلیه و سر ریز نباید کمتر از لوله ورودی پساب باشد. ⁽⁹⁾

   6-2. طراحی باید بصورتی باشد که کاربر قادر باشد جریان را به حوزه آبیاری و یا دفع و یا سیستم بازچرخانی ساختمان تغییر دهد. سیستم جریان آب خاکستری باید به وضوح برچسب گذاری شده و به راحتی برای کاربر قابل دسترسی باشد. ⁽¹⁰⁾

   7-2. نصب، تغییریا تعمیر سیستم آب خاکستری نباید بر دیگر ویژگیهای ساختمان ، لوله کشی، اجزای الکتریکی و مکانیکی شامل ویژگی های ساختاری، آتش نشانی، بهداشت، و ... تاثیر بگذارد. ⁽¹¹⁾

   8-2. آب خاکستری باید در محل تولید شده باشد. ⁽¹²⁾

   9-2. سیستم های خاکستری باید بصورتی طراحی شود که تماس با انسان و حیوانات خانگی را به حداقل برساند. ⁽¹³⁾

   10-2. باید یک دفترچه راهنمای بهره برداری و نگه داری به کاربر ارائه شود . دستورالعمل ها نشان می دهد که کتابچه راهنمای کاربر باید با ساختمان در طول عمر سیستم باقی بماند و نشان می دهد که با تغییر مالکیت یا اشغال، مالک جدید یا مستاجر باید از ساختار سیستم خاکستری مطلع شود. ⁽¹⁴⁾

   11-2. آب خاکستری باید در مخزن بسته جداگانه ای جمع آوری شود. مخزن باید از جنس با دوام، مقاوم در برابر خوردگی ونفوذ آب ،مورد تایید باشد.مخزن باید دریچه دسترسی برای بازدید وتمیز کردن سطوح داخلی داشته باشد. مخزن باید کاملا آب بندی و گاز بندی باشد . ⁽¹⁵⁾

   12-2.  مخزن آب خاکستر ی باید اتصال سرریز داشته باشد. قطر نامی اتصال سرریز،باید  دست کم برابر قطر نامی لوله ورودی فاضلاب به سیستم تولید آب خاکستری باشد. لوله سرریز باید دارای سیفون باشد وبه صورت غیر مستقیم به شبکه لوله کشی فاضلاب بهداشتی ساختمان متصل شود. ⁽¹⁶⁾

   13-2. مخزن جمع آوری آب خاکستر ی باید در پایین ترین قسمت ، اتصال تخلیه داشته باشد که آب خاکستری را به صورت غیر مستقیم به شبکه لوله کشی فاضلاب بهداشتی ساختمان هدایت کند. روی این خط لوله باید شیر قطع و وصل با همان قطر نامی نصب شود. ⁽¹⁷⁾

   14-2. مخزن جمع اوری آب خاکستری باید لوله هواکش داشته باشد که فضای داخل مخزن  را به هوای آزاد مربوط کند .قطر نامی لوله هواکش باید دست کم برابر با لوله خروجی  از مخزن باشد و چگونگی اجرای انتهای آن باید با توجه به الزامات(16-5) هواکش باشد. ⁽¹⁸⁾

   15-2. در صورت لزوم ممکن است مخزن جمع آوری آب خاکستری ،با آب ورودی از شبکه آب سرد مصرفی ساختمان نیز توزیع شود.در این صورت این اتصال بایدبا رعایت الزاماتی که در(16-3) توزیع آب مصرفی ساختمان به منظور جلوگیری ازبرگشت جریان مقررشده، انجام گیرد. ⁽¹⁹⁾

   16-2. آب خاکستری پیش از ورود به مخزن جمع آوری ، باید به کمک فیلتر شنی ، یا فیلتر های مشابه دیگر ، تصفیه شود. ⁽²⁰⁾

   17-2. در لوله کشی آب خاکستری ، شامل سرریز، تخلیه، هواکش وغیره، الزامات مندرج در مبحث شانزدهم - تاسیسات بهداشتی باید رعایت شود . ⁽²¹⁾

   18-2. سطوح خارجی لوله کشی های آب خاکستری ،باید با رنگ وحروف،علامت گذاری و مشخص شود که این لوله کشی را از لوله کشی آب آشامیدنی کاملا جدا ومتمایز کند. ⁽²²⁾

   19-2. موقعیت اجرای تاسیسات آب خاکستری برای آبیاری زیر سطحی نسبت به ساختمان ها وسایر تاسیسات باید براساس جدول پ 9-8 باشد. ⁽²³⁾

   20-2. در طراحی نسبت طول به عرض 2.7  از جریان میانبر جلوگیری می کند. ⁽²⁴⁾

   21-2. فاکتور کلیدی در طراحی و اجرای مخزن رفتار بین مساحت سطح، نوسان شدید سیستم ذخیره، سرعت تخلیه و سرعت خروج است . این پارامترها در راندمان هیدرولیکی و ظرفیت نگهداری لجن تاثیر دارد. ⁽²⁵⁾

   بر اساس موارد فوق متخصصین شرکت پارتیکان مخزنی را از جنس پلی اتیلن طراحی کردند که به صورت شماتیک در تصویر زیر می بینید.

    

4. روش تصفیه پساب: جهت تصفیه پساب روش های مختلفی وجود دارد و نوع تصفیه بر اساس کیفیت مورد نیاز، هزینه پکیج، داشتن نیرو دائم، هزینه جاری و ... متفاوت است. در پروژه های مذکور تصفیه به صورت مخزن هوادهی، فیلتر شنی و کربنی و همچنین جهت ضد عفونی از 3 روش کلرزنی، لامپ مادون قرمز و ازن ژنراتور در سه پروژه استفاده شد و در پروژه چهارم بدون واحد گندزدایی صورت گرفت.

نمودار شماره 2- مخزن ویژه پساب خاکستری (منبع: شرکت یکتا اندیشان پارتیکان)

نتایج:
پس از اجرای پروژه بر اساس اندازه گیری های بدست آمده با اجرای سیستم باز چرخانی پساب خاکستری می توان تا 60 درصد صرفه جویی در مصرف آب شرب داشت. البته برای فراگیر شدن آن نیز باید موانع موجود که قبلا اشاره شد مرتفع گردد و طرح های تشویقی مناسب نیز اعمال گردد. نتایج تصفیه پساب در این پروژه ها نیز در نمودار زیر آورده شده است.

                               نمودار شماره 2- تغییرات میزان TSS در سیستم تصفیه                                          نمودار شماره 3- تغییرات میزان کدورت در سیستم تصفیه

نمودار شماره 4- تغییرات میزان COD در سیستم تصفیه

نتیجه گیری و جمع بندی:

سیستم بازچرخانی پساب خاکستری می تواند بهترین راه جهت صرفه جویی در مصرف آب شرب تا میزان 60 درصد باشد و همچنین با توجه به آب مازاد تصفیه شده می تواند جهت استفاده در فضای سبز شهری نیز منبع مناسب و ارزانی باشد. طبیعتا جهت فراگیر شدن این سیستم باید موانع موجود بر طرف گردد و طرح های تشویقی نیز ارائه گردد. در زیر به این موانع و مشکلات اشاره می گردد:

1. عدم وجود دستورالعمل اجرایی واحد از طرف سازمان نظام مهندسی و آبفا و دیگر سازمان های مربوطه
2. عدم واگذاری انشعاب آب بدون فاضلاب برای پروژه هایی که می توانند کل فاضلاب تولیدی را تصفیه کنند و از انشعاب فاضلاب شهری بی نیازند.
3. عدم وجود ساز و کار قانونی مصوب جهت فروش پساب تصفیه شده مازاد به شهرداری ها با قیمت تعیین شده.
4. قوانین سخت سازمان محیط زیست برای پالایش آنی و ساخت لابراتوار جهت ورود پساب تصفیه شده به چاه جذبی
5. در آیین نامه اجرایی قانون توسعه و بهینه، بند 7 تبصره 1 مستقیما به 20 درصد تخفیف دفع فاضلاب در پروژه هایی که سیستم بازچرخانی پساب خاکستری اجرا شده باشد اشاره شده است که متاسفانه شرکت آبفا مساعدتی نکرد. در همین آیین نامه اجرایی به تخفیف در حق انشعاب نیز اشاره شده که فقط کلمه درصدی از حق انشعاب آورده شده، با توجه به اینکه این درصد عدد مشخصی نیست عملا شرکت های آبفا خود را ملزم به اجرا نمی دانند.
6. عدم وجود طرح های تشویقی از قبیل بخشش درصدی از تراکم و یا بخشش عوارض شهرداری

تشکر و قدردانی

نوشته حاضر حاصل تجربه کاری در زمینه طراحی و اجرای پساب خاکستری در چهار پروژه می باشدکه با حمایت های بسیج مهندسین استان اصفهان به  انجام رسید. از این رو، نویسندگان این نوشته از زحمات ایشان،  همچنین شرکت آب و فاضلاب ان و سازمان نظام مهندسی استان اصفهان تشکر و قدردانی می نمایند.

منابع:

1.  Wilderer, P. A., “sustainable water management in rural and peri-urbarn areas : what technology
2. do we need to meet the unmillennium development goals? ”, technical university of munich, germany,
3. water science & technology, Vol 51,No 10, pp 1-6, 2005
4. Jefferson, B., Palmer, A., Jeffrey, P., Stuetz, R., Judd, S., “Greywater characterization and its
5. impact on the selection and operation of urban reuse”,school of water siences, cranfield university,
6. Bedfordshire, uk,Vol 50,No 2,pp 157-164, 2004
7. Pearson, P., “Harvesing rainwater for landscape use”, Arizona department of water resources,
8. 85701,(520)770-3816, 1998
9. Chapman companies Rancho San marcos Santa Fe, New Mexico, “Final report for field
10. evaluation of path technologies”, U.S. Department of Housing and Urban Development, Octobr 20045. Yucel A, Ozyalcin S, Talu GK, Yucel EC, Erdine S. Intravenous administration of caffeine sodium benzoate for postdural puncture headache. Reg Anesth Pain Med 1999; 24(1): 51-4.
11. مبحث شانزدهم مقررات ملی ساختمان پیوست نهم
12. [7],[8],[9],[10],[11],[12],[13],[14]. California  Graywater  Policy  Information  Center   Last  updated  Oct  30th,  2016  and SB1258 : Senate Bill  1258 , re 2009
13. [15],[16],[17],[18],[19],[20],[21],[22],[23]. مبحث شانزدهم مقررات ملی ساختمان پیوست نهم
14. [24],[25] California  Graywater  Policy  Information  Center   Last  updated  Oct  30th,  2016  and SB1258 : Senate Bill  1258 , re 2009