استفاده از میکروارگانیزم ها در تصفیه فاضلاب
                                تدوین از رسول هادیزاده – مکانیک 53        
مقدمه
میکروارگانیسم‌ها موجودات ریز و عمدتا تک‌ سلولی هستند که کم و بیش در همه جا وجود دارند و در صورت مساعد بودن شرائط محیطی با سرعت تکثیر میگردند. اگرچه استفاده از میکرو ارگانیسم ها برای تامین نیازهای انسان سابقه ای دیرینه دارد (فرآیند تبدیل انگور به سرکه یا شیر به پنیر و ماست)، ولی در سال های اخیر گسترش زیادی پیدا کرده و توانسته در یرخی موارد جایگزین پروسه های شیمیائی و یا فیزیکی گردد. به عنوان مثال انواعی از میکروارگانیسم ها در برخی از فرآیند های تصفیه فاضلاب، مثل تجزیه مواد آلی، آماده سازی لجن، گوگرد زدائی گازهای تولیدی و سیستم بوگیری در تصفیه خانه جنوب تهران مورد استفاده قرار میگیرند. این  میکروارگانیسم ها شامل انواع باکتری ، ویروس، قارچ ، جلبک و غیره می شود. آنها ساختار ملکولی مواد آلی را شکسته و ازین راه به تصفیه فاضلاب کمک می‌کنند. برخی از میکروارگانیسم‌ها قابلیت حذف مواد معدنی از فاضلاب را دارند. عوامل متعددی بر میزان رشد میکروارگانیسم ها موثر هستند که از مهم ترین آنها می توان به دما، اکسیژن، شدت اسیدی (یا قیائی) بودن محیط و مواد مغذی اشاره نمود. 
بیشترین تعداد میکروارگانیسم های موجود در فاضلاب را باکتری ها تشکیل میدهند، که میکروارگانیسم های تک سلولی هستند. باکتری های هوازی از اکسیژن موجود در هوا که در فاضلاب دمیده میشود استفاده کرده تا پیوند ملکولی مواد آلی را شکسته و از انرژی حاصله برای تکثیر و رشد خود استفاده کنند.  باکتری های بی هوازی از منبع غذایی خود اکسیژن دریافت می کنند و در این فرآیند گاز متان تولید میگردد. برخی از باكتريها میتوانند آمونياك را اکسید کرده و آن را بـه نيتريـت و نيتـرات تبدیل کنند  (نيتريفيكاسـيون)، در حاليكه ساير باكتريها مي توانند نيتروژن اكسيد شده را به نيتروژن گازي احيا كنند. براي حذف فسفر فرآيندهاي بيولوژيكي بگونه ای انجام میشود كه باكتريهـايي بـا توانـايي ذخيـره و جـذب  فسفر رشد نمایند.
 یکی دیگر از میکروارگانیسم‌های فاضلاب، جلبک‌ها هستند. جلبک ها گروهی از موجودات فتوسنتزی هستند که در همه جا وجود دارند و نقش مهمی در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب دارند. جلبک ها عملکردهای مختلفی را در تصفیه فاضلاب انجام می دهند زیرا می توانند فلزات سنگین، آفت کش ها و مواد سمی آلی و معدنی موجود در پساب را حذف کنند.
قارچ‌ها یکی دیگر از انواع میکروارگانیسم‌های موجود در فاضلاب هستند. قارچ‌ها برای رشد و تکثیر از مواد آلی استفاده کرده و از این طریق می‌توانند ترکیبات آلی پیچیده را هیدرولیز نمایند. آنها توانایی تجزیه مواد آلی در محیط اسیدی را دارند و میتوانند آمونیاک را به نیتریت و نیترات تبدیل کنند.  
تصاویر انواعی از میکروارگانیسم ها در زیر نشان داده شده است.
 

قبل از ورود به بحث اصلی لازم است در چند مورد توضیح داده شود.

1 – چرخه کربن در طبیعت
کربن به عنوان عنصر اصلی مواد آلی نقش مهمی در زندگی موجودات زنده بازی میکند و این نقش در طبیعت به صورت چرخه تکرار میشود. توضیح اینکه درختان کربن را به صورت گاز کربنیک از هوا و آب را از زمین دریافت کرده و با گرفتن انرژی از طریق نور خورشید اتم های کربن را بیکدیگر متصل کرده و ملکول های بلند و پیچیده مواد آلی را میسازند. به عبارت دیگر انرژی خورشید در اتصال اتم های کربن ذخیره میشود. موجودات زنده این ملکول های آلی را مصرف کرده و این اتصال اتم های کربن در بدن آنها شکسته شده و در نتیجه انرژی ذخیره شده در آن آزاد میگردد که صرف فعالیت  های حیاتی موجودات زنده میشود. این کربن مصرفی از طریق تنفس و مدفوع و جسد موجودات مجددا به طبیعت بازگشته و این چرخه تکرار میگردد. یعنی این کربن مصرفی به شکل های مختلف مجددا به طبیعت باز میگردد. به طور کلی میتوان چنین برداشت کرد که چرخه کربن هم در جانداران و هم درگیاهان و حتی درجامدات وجود دارد که در مورد هرکدام به اختصار توضیح داده میشود.
1 – 1 – چرخه کربن در جانوران 
مواد غذائی که توسط انسان ها و جانوران خورده میشود، صرف سه مورد زیر میشود.
⦁    بخشی از آن در سلول های بدن سوزانیده شده (احتراق کند) و انرژی لازم جهت فعالیت انسان و حیوان را فراهم میکند و کربن (گاز کربنیک) به طبیعت برگردانیده میشود.
⦁    بخش دیگری در بدن انسان و حیوان ذخیره شده و جسم او را تشکیل میدهد. این بخش نیز پس از مرگ توسط میکروارگانیزم هائی تجزیه شده و کربن به طبیعت برمیگردد و انرژی آزاد شده نیز صرف تکثیر و رشد میکروارگانیزم ها میشود.
⦁    بخش دیگر نیز به صورت مدفوع از موجودات زنده دفع میگردد که موضوع بحث این گزارش است و البته توضیح داده خواهد شد که گازکربنیک آزاد شده و مجددا به طبیعت برمیگردد.
1 – 2 – چرخه کربن در گیاهان 
مواد آلی که در گیاهان ساخته میشود، صرف موارد زیر میگردد.   
⦁    از احتراق چوب و برگ درختان انرژی که صرف اتصال اتم های کربن شده بود، آزاد شده و تولید گرما میکند و ضمنا نتیجه احتراق به صورت گازکربنیک به هوا میرود. (احتراق تند)
⦁    برگ و چوب درختان در طبیعت تحت شرائطی توسط میکروارگانیزم هائی تجزیه شده (پوسیده شده) و گاز کربنیک آزاد میشود. در حقیقت این میکرو ارگانیزم ها انرژی مورد نیاز خود را با پاره کردن اتصال اتم های کربن تامین میکنند.
⦁    تحت شرائط دیگری چوب درختان در زیر زمین مدفون میگردد و در بلند مدت به ذغالسنگ تبدیل میشود. احتراق ذغالسنگ موجب میشود که اتصال اتم های کربن شکسته شده و انرژی ذخیره شده در آنها آزاد گردد و گاز کربنیک نیز مجددا به هوا برگردد.
1 – 3 – چرخه کربن در جامدات
چرخه کربن در جامدات نیز وجود دارد و دوره آن بسیار طولانی است. در این سیکل باران گاز کربنیک هوا را در خود حل میکند و در نتیجه آب باران خاصیت اسیدی ملایمی پیدا میکند که میتواند سنگ های آهکی را درخود حل نموده و با جریان آب به دریا ببرد. در دریا با تغییر شرائط قسمتی از آهک نامحلول شده و ته نشین میگردد و قسمتی نیز توسط مرجان ها و سخت پوستان مصرف شده وپس از مرگ آنها در کف دریا ته نشین میشود. در یک دوره طولانی لایه های رسوبی دیگری روی آنها را پوشانیده این مواد ته نشین شده طی هزاران سال تحت فشار و گرما، تغییر حالت داده و گاز کربنیک تولید میشود. درصورت وقوع زلزله و یا آتش فشان، گازهای تحت فشار آزاد شده و به هوا برمیگردد.
 

2 – آشنائی با پروژه تصفیه فاضلاب شهر تهران
کلان شهرها در دنیا معمولا کنار رودخانه قرار دارند و دارای شبکه فاضلاب بوده و پساب پس از تصفیه مجددا به طبیعت بازگردانیده میشود. شهر تهران یکی از معدود شهرهای بزرگ دنیا با جمعیتی حدود ده میلیون نفر است که رودخانه ای ندارد و مضافا نیز تا چند سال پیش فاقد شبکه فاضلاب بود.  
طرح فراگیر تصفیه فاضلاب شهر تهران شامل 9000 کیلومتر شبکه لوله کشی به قطر 250 تا 2200 میلیمتر میباشد که در فاز نهائی با اتصال نهصد هزار انشعاب خانگی، قرار است فاضلاب شهررا با دبی متوسط 25 متر مکعب در ثانیه به دو تصفیه خانه بزرگ یکی در جنوب تهران (شهر ری) ودیگری در جنوب غربی تهران (منطقه رباط کریم) انتقال دهد. ظرفیت اسمی این دو تصفیه خانه بترتیب برای 4.5 و 6.5 میلیون نفر، جمعا یازده میلیون نفر میباشد. پروژه در پنج فاز تعریف شده که در طول 25 سال باید اجرا گردد. 
این طرح از سال 1374 با وام بانک توسعه اسلامی (به مبلغ 172 میلیون یورو) آغازشده که طبق برنامه باید ظرف 25 سال (حدود سال 1400 ) کامل میشد. درحال حاضر از 9 هزار کیلومتر شبکه حدود 6 هزار کیلومتر اجرا شده و از 8 مدول تصفیه خانه جنوب، 6 مدول آن به بهره برداری رسیده است. 
ناگفته نماند که در برخی از محلات نسبتا جدید تهران مانند شهرک اکباتان و شهرک غرب، تصفیه خانه های محلی اجرا و در حال بهره‌برداری است.
شمای کلی یک طرح تصفیه فاضلاب در شکل زیر نشان داده شده است.
 

3 – فاضلاب
فاضلاب یا پساب به هر آبی که از چرخه مصرف خارج شود گفته میشود، ولی میتوان انواع فاضلاب را در گروه های زیر دسته بندی کرد.
⦁    فاضلاب خانگی: فاضلاب خانگی عمدتا ناشی از دستشوئی، توالت، حمام، ماشین لباسشوئی است و ضمنا سایر فاضلاب شهری مانند مغازه ها ورستوران ها به آن اضافه میشود. رنگ فاضلاب شهری در ابتدا خاکستری است ولی به تدریج تیره شده و به سیاهی میل میکند.
⦁    فاضلاب صنعتی: فاضلاب کارخانجات و مراکز صنعتی بسیار متنوع بوده و میتواند حاوی مواد خطرناک مانند فلزات سنگین، مواد سمی، مایعات اسیدی و یا قلیائی قوی باشد. تصفیه هرکدام از این نوع فاضلاب ها پروسه مخصوص بخود را دارد. ولی آنچه که مهم است، اینست که فاضلاب صنعتی را نباید با فاضلاب شهری (خانگی) مخلوط کرد. (در برخی موارد استثنائی می توان با ترکیب فاضلاب شهری و صنعتی که باعث تامین مواد آلی در فاضلاب صنعتی می شود از فرآیندهای بیولوژیک برای تصفیه آن نوع فاضلاب بهره برد). 
⦁    آب های سطحی: روان آبها ناشی از جریان نهرها و جوی ها در سطح شهر و یا آب باران هستند. این آبها اگرچه در سرچشمه میتواند تمیز باشد، ولی در مسیر خود اگر با زباله ها وآلاینده های شهری در تماس باشد، بتدریج آلوده خواهد شد. ولی به دلائلی که متعاقبا گفته خواهد شد، باید حتی المقدور از مخلوط کردن آنها با فاضلاب شهری خودداری شود.
⦁    فاضلاب کشاورزی: منشا این نوع فاضلاب، باغ ها و مزارع هستند. این فاضلاب ها میتواند حاوی انواع سموم و حشره کش ها و یا باقیمانده کودهای شیمیائی باشد.

4 – پارامتر های مهم فاضلاب شهری 
⦁    بار (مقدار) مواد آلی
⦁    مقدار مواد معلق (کولوئیدی)
⦁    بار میکروبی
⦁    مواد همراه 
⦁    مقدار چربی
⦁    دبی فاضلاب
البته برای طراحی سیستم، مقدار این پارامترها و دامنه تغییرات آنها مهم است. مثلا بار مواد آلی، وقتی یک کارخانه لبنیات سازی شیر فاسد شده را در فاضلاب تخلیه کند، بار مواد آلی به شدت بالا میرود و ممکن است، سیستم را دچار اختلال کند، و یا اگر آب باران در سیستم فاضلاب تخلیه شود، محاسبات دبی فاضلاب و غلظت آلاینده ها را بهم میزند و چه بسا فاضلاب از طریق سرریز (بایپس) بدون تصفیه شدن به خروجی هدایت گردد.  
5 – هدف از تصفیه فاضلاب
هدف از تصفیه فاضلاب یا قابل استفاده نمودن مجدد پساب (re-use) و یا بی خطر نمودن آن برای محیط زیست قبل از رها سازی آن در طبیعت میباشد.  برای اینکار باید:
⦁    عوامل بیماریزا و ناسازگار با محیط زیست را از بین برد. 
⦁    مواد معلق و شناور را حذف کرد.
⦁    کدورت و رنگ پساب را به حد مجاز رسانید.
⦁    مواد آلی قابل تجزیه توسط میکروارگانیسم را تجزیه نمود و به مواد ساده و پایدار تبدیل نمود.
گفتنی است که در مورد عامل چهارم، یعنی وجود مواد آلی، که عامل اصلی ایجاد بو و تعفن در فاضلاب میباشد باید بیشتر توضیح داده شود. یک ملکول مواد آلی شامل مجموعه ای از اتم های کربن است که اتصالاتی نیز با سایر اتم ها مثل ازت و گوگرد و فسفر وغیره دارد و ماده غذائی برای میکرو ارگانیزم ها را فراهم میکند. در حقیقت این میکروارگانیزم ها پیوند این اتم ها را شکسته و انرژی آن را برای فعالیت خود مصرف میکنند. این پروسه شکستن زنجیره ملکولی در چندین مرحله انجام میگیرد تا اینکه یک زنجیره ملکولی به ملکول های ساده و پایدار (درشرائط عادی) مثل گازکربنیک و هیدروژن سولفوره و امثال آن تبدیل گردد. انجام این پروسه به صورت طبیعی در طول زمان در طبیعت انجام میگیرد ولی انجام آن زمان نسبتا طولانی نیاز دارد. در صورتیکه این پروسه طولانی در تصفیه خانه ظرف در کمتر از یک ماه انجام میگیرد.
شاخص های فاضلاب
فاضلاب با شاخص های زیر تعریف میشود.
⦁    (Biological Oxygen Demand) BOD یک پساب عبارتست از میزان اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیزم ها به منظور تجزیه مواد الی. این میکروارگانیزم ها معمولا شامل باکتری ها ( هوازی یا بی هوازی)، قارچ ها و پلانکتون های موجود در اب می باشند. این شاخص نمایانگر میزان آلودگی پساب بوده و به صورت mgO2/l (میلیگرم اکسیژن بر لیتر) بیان می شود. 
هرچه میزان آلودگی بیشتر باشد،BOD  نیز بالا تر است. برای بدست آوردن یک تخمین اولیه و داشتن یک نقطه مرجع، BOD  برخی از پساب ها به در زیر بیان شده است:
– آب خالص  mg/l 2-20 
– آب با آلودگی کم mg/l 20-100
– آب با آلودگی متوسط  mg/l 100-500
– آب با آلودگی بالا  mg/l 500-3000
– آب بشدت آلوده  mg/l 3000-15000

⦁    COD  (Chemical Oxygen Demand) یک پساب عبارتست از میزان اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه شیمیایی مواد آلی و تبدیل آن ها به CO2 و H2O. این پارامتر نیز بر حسب mgO2/l بیان شده و مقادیر بالای آن نشانه آلودگی بالای پساب است. COD پساب های صنعتی بین 50 تا 2000 میلی گرم برلیتر میباشد. هرچند در پاره ای از موارد به 5000 واحد نیز می رسد.
تفاوت اساسی بین BOD و COD آنست که در COD اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه همه مواد آلی موجود در پساب اندازه گیری می شود در حالی که در BOD تنها اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه مواد آلی که به روش بیولوژیکی قابل تجزیه هستند محاسبه می شود. بنابراین برای یک نمونه پساب، COD همواره بیشتر از BOD می باشد.نسبت COD به  BOD در فاضلاب شهری  حدود 1.8 تا  2.2 می باشد.  
⦁    (Total Organic Carbon) TOC به مقدار کربن آلی موجود در فاضلاب اصطلاحا TOC گفته میشود. در حالت استاندارد این شاخص باید در بازه 80 تا 290 میلی گرم بر لیتر باشد که در حالت معمول 150 است. 
⦁     TDS (Total Dissolved Solids) به مقدار کل مواد آلی و غیر آلی موجود در پساب ها گفته میشود که از مهم ترین عوامل و فاکتورها در بررسی و تعیین کیفیت پساب های بهداشتی به شمار می رود. این فاکتور باید در بازه 230 تا 830 میلی گرم بر لیتر باشد که البته در حالت معمول 500 است.
⦁    PH یکی دیگر از فاکتورهای فاضلاب اسیدی یا قلیائی بودن آن است و بهتر است درحالت خنثی قرار داشته باشد.
⦁    (Total Suspended Solids) TSS به مقدار کل مواد جامد معلق در فاضلاب های بهداشتی گفته میشود که مقدار آن در بازه 120 تا 360 میلی گرم بر لیتر است. این شاخص در حالت معمول 280 میلی گرم بر لیتر است. TSS عامل کدورت فاضلاب میباشد.
⦁    (Total Nitrogen) TN به مقدار کل نیتروژن موجود در پساب ها گفته میشود که مقدار آن در بازه 25 تا 90 قرار گرفته و در حالت معمول 45 میلی گرم بر لیتر است. (این شاخص در فاضلاب خام تحت عنوان TKN استفاده می شود. تفاوت TKN و TN میزان نیتریت و نیترات است که با توجه به اینکه مقادیر نیتریت و نیترات در فاضلاب خام شهری ناچیز است از شاخص TKN استفاده می شود)
⦁    (Total Phosphor) TP مقدار کل فسفر موجود در پساب ها بوده و مقدار آن در بازه 5 تا 9 میلی گرم بر لیتر متغییر است. این فاکتور در حالت معمول 7 میلی گرم بر لیتر می باشد.
⦁    Fecal Coliforms کلیفرم به عنوان شاخص میکروبی برای نشان دادن آلودگی مدفوعی درفاضلاب استفاده میشود. زیستگاه طبیعی کلیفرم ها در دستگاه گوارشی حیوانات خونگرم است و لذا در مدفوع به تعداد زیاد وجود دارد. البته در آب تکثیر قابل توجهی ندارند زیرا که زیستگاه طبیعی آنها آب نیست. ضمنا همه باکتری هائی که در این گروه قرار میگیرند، منشا مدفوعی ندارند،  بلکه برخی منشائی غیر از مدفوع مثلا از خاک دارند. لذا به کل کلیفرم ها (Total Coliforms) TC میگویند.
هرکدام ازین مواد ممکن است از طرق مختلف وارد فاضلاب شوند، ولی نیتروژن عمدتا از طریق ادرار، و فسفر و گوگرد از طریق شوینده ها (surfactants) وارد فاضلاب میشوند. 

بخش های مختلف تصفیه خانه
شدت جریان فاضلاب شهری در طول شبانروز تغییر میکند و با یک الگوی قابل پیش بینی از نظر کیفی و کمی (حجمی) جریان دارد.از اینرو میتوان با تقریب خوبی تجهیزات و ابعاد لازم برای تصفیه خانه را طراحی کرد. در کتابهای مرجع فاضلاب تولیدی توسط هر نفردر روز را 380 لیتر در نظر می گیرند. (در ایران حدود 120 تا 200 لیتر در روز برای هرنفر در نظر گرفته میشود) 
فاضلاب مراحل زیر را در تصفیه خانه طی میکند. ابتدا با تصفیه اولیه یا فیزیکی شروع میشود.
⦁    ته نشینی قطعات بزرگ
جریان فاضلاب در لوله ها سرعت دارد و بسیاری ازجامدات (حتی لاستیک خودرو) را با خود حمل میکند. لوله های انتقال دهنده در ابتدای تصفیه خانه به یک کانال باز وعریض منتهی میشوند و سرعت فاضلاب گرفته میشود و لذا جامدات سنگین در همان ابتدای مسیر ته نشین میشوند. 
⦁    آشغالگیر
در مرحله بعد برای جلوگیری از ورود مواد جامد شناور یا معلق فاضلاب (مثل قوطی نوشابه، قطعات چوبی و پلاستیکی، کیسه های نایلونی، ...) از دو نوع اشغالگیردرشت و ریز استفاده میشود. معمولا اشغالها توسط دستگاه پرس هیدرولیکی متراکم شده و اب انها گرفته میشود. 
 

⦁    دانه گیرو چربیگیر
به منظور حفاظت از وسایل مکانیکی  و مخصوصا پمپ ها و کاهش گرفتگی مسیر انتقال فاضلاب لازم است ذرات شن و ماسه و مواد جامد فاضلاب در اولین فرصت ممکن جدا شوند، ضمنا اگر فاضلاب دارای مواد چربی باشد، باید تاحد امکان چربی گرفته شود، زیرا اولا تصفیه خانه برای حذف چربی کاری انجام نمیدهد و ثانیا چربی در جریان ایجاد اختلال میکند. 
مکانیسم جداسازی دانه از فاضلاب معمولا به سه صورت انجام می شود
۱- سرعت مناسب جریان و امکان ته‌نشینی ذرات در مسیر جریان (دانه گیر ثقلی برای تصفیه خانه های کوچک)
۲- استفاده از حبابهای هوا و ایجاد حرکت چرخشی جهت جداسازی دانه و چربی (دانه گیر هوادهی)
۳- استفاده از نیروی گریز از مرکز جهت جداسازی دانه (دانه گیر گرداب یا ورتکس)
در تصفیه خانه جنوب تهران فاضلاب وارد چندین رشته کانال موازی شده و به آرامی جریان پیدا کرده و ذرات سنگین مثل ماسه ته نشین میگردد و ذرات روغن نیز به برخی از دانه ها چسبیده و آنها را سبک کرده و روی آب شناور میشوند. ارابه هائی مجهز به پارو در طول این کانال ها حرکت کرده و هم ذرات ته نشین شده و هم ذرات شناور را پارو کرده و تخلیه میکند.  
 

⦁    حوضچه ته نشینی اولیه
حوضچه ته نشینی اولیه اخرین بخش تصفیه اولیه یا فیزیکی است و به فاضلاب اجازه داده میشود که با توقف 2 تا 4 ساعته ذرات قابل ته نشینی خود را از دست بدهند. تا این مرحله حدود 40 تا 60 درصد مواد جامد معلق (TSS) و حدود 35 درصد الودگی بیولوژیکی (BOD5) فاضلاب حذف میشوند.
 

پس از تصفیه اولیه (مقدماتی) تصفیه ثانویه یا تصفیه بیولوژیکی شروع میشود و هدف از آن کاهش آلودگی بیولوژیکی فاضلاب (BOD) است که توسط میکروارگانیزم ها انجام میگیرد. در تصفیه بیولوژیکی میکروارگانیسمها که مهمترین انها باکتریها میباشند از مواد الی محلول و نامحلول موجود در فاضلاب به عنوان ماده غذایی استفاده میکنند. به عبارت دیگر پیوند بین اتم های کربن شکسته و آنرا به ملکول های ساده تر تبدیل میکنند و انرژی آزاد شده را صرف رشد و تکثیر خود میکنند.  تجزیه مواد آلی اگر توسط باکتریهای هوازی انجام گیرد، گازهای CO2 و SO2 تولید میشود. در حالی که اگر توسط باکتریهای بی هوازی انجام شود تولید گازهای CH4 وH2S میکند که موجب بوی نامطبوع میگردد.
روش های معمول برای تصفیه بیولوژیکی عبارتند از سیستم تصفیه لاگونی، سیستم فیلتر چکنده و سیستم لجن فعال، که در مورد هرکدام مختصری توضیح داده میشود.
سیستم لاگونی
در سیستم تصفیه فاضلاب به روش لاگونی، اساس کار بر تصفیه طبیعی فاضلاب است. فاضلاب وارد گودال کم عمق و عموما مستطیلی میشود و در طی عبور از این گودال بطور طبیعی مواد الی فاضلاب توسط باکتریها تجزیه شده و مواد معلق ان ته نشین میشوند. به این گودال های کم عمق و طویل برکه یا لاگون می گویند. عملکرد لاگون ها به زمان توقف یا ماند فاضلاب بستگی دارد. زمان ماند فاضلاب در لاگون معمولا چندین ماه (3 تا 8 ماه) میباشد. معمولا لاگونها استاندارد تخلیه به آبهای سطحی را تامین نمی کنند در ضمن این سیستم فاقد ته نشینی اولیه است و معمولا قبل از برکه از یک برکه بی هوازی استفاده می کنند
سیستم فیلترهای چکنده
در این روش استوانه بزرگی وجود دارد که زیر آن خالی است و استوانه از شن درشت و سنگ پر شده است. فاضلاب از بالا روی بستری از ذرات شن و سنگ توسط توسط فواره هائی پخش میشود و از پایین استوانه هوا به داخل فیلتر دمیده میشود. باکتری های هوازی با استفاده از اکسیژن هوا تجزیه مواد الی را انجام میدهند. 
 

سیستم لجن فعال
اساس این روش نیز تصفیه بیولوژیکی با باکتریهای هوازی است و روش پیشرفته تری است. اجزای اصلی ان عبارتند از حوضچه های هوادهی و استخر ته نشینی با سیستم برگشت لجن.
⦁    حوضچه هوادهی
فاضلاب خروجی از مرحله تصفیه مقدماتی و مقداری از لجن برگشتی از قسمتهای بعدی وارد حوضچه های هوادهی میشوند. از طریق تعداد زیادی (دیفیوزر) و یا نازل های مجهز به ممبران های مخصوص که در کف حوضچه ها قرار گرفته، هوا به صورت ذرات بسیار ریز درون حوضچه ها دمیده میشود. در سیستم لجن فعال ها دیفیوزرها به صورت یکنواخت نصب می شوند ولی در سیستم نهرهای اکسایش Oxidation Ditch که در تهران کار شده به جهت تامین شرایط هوازی و انوکسیک نازلها در بخشهایی از کف حوضچه نصب می شوند. در هرناحیه میکروارگانیزم های خاصی فعال شده و با توجه به وفور مواد آلی به سرعت تکثیر میشوند و در ناحیه بعدی آن میکروب ها از بین رفته و گروه دیگری از میکروارگانیزم ها تکثیر میشوند. زمان ماند در لجن فعال با توجه به نوع آن (متعارف حدود ۸ساعت و هوادهی گسترده ۲۴ تا ۳۰ ساعت) متفاوت میباشد. در آخر مواد آلی تجزیه شده واجساد میکروب ها به صورت لجن شناور میشود. 
 

فاضلاب خام شهری حاوی نیتروژن به صورت آمونیاکی (ادرار) می باشد که پس از هوادهی به نیتریت و نیترات (توسط نیتریفایرها) تبدیل می شوند. پس از قرار گرفتن نیتراتها در فاز انوکسیک (توسط دنیتریفایرها) گاز نیتروژن و اکسیدهای نیتروژن آزاد میشود. 

⦁    استخر ته نشینی ثانویه
در استخر ته نشینی ثانویه فاضلاب 3 تا 4 ساعت زمان ماند دارد و لجن بتدریج ته نشین میگردد. لجن ته نشین شده در این بخش لجن فعال است که بخشی از آن جهت تامین غلظت مناسب لجن در تانک هوادهی به تانک هوادهی برگشت داده شده و بخش دیگر آن تحت عنوان لجن مازاد به بخش فرآوری لجن منتقل می شود.
 

ازینجا ببعد جریان فاضلاب به دو بخش تقسیم میگردد، و در حقیقت مسیر آب و لجن جدا میشود.
⦁    گند زدائی
آب خروجی از تصفیه بیولوژیکی از لحاظ مواد معلق و مواد آلی و رنگ و بو در شرائط استاندارد قرار دارد ولی قبل از دفع آن به محیط باید ان را ضد عفونی کرد تا ناقل باکتریهای بیماریزا به محیط نباشد. برای ضدعفونی کردن راه های معمول عبارتند از استفاده از گاز کلر، گاز ازن و اشعه ماورای بنفش (UV). که هرکدام مزایا و معایبی دارد.
گاز کلر
سالهاست که از گاز کلر یا مشتقات ان (پر کلرین و اب ژاول) برای ضدعفونی کردن اب و فاضلاب استفاده میشود. اگرچه به خاطر احتمال سرطانزائی کلر باقیمانده در آب تمایل به استفاده از آن در سالهای اخیر کمتر شده است. درهرحال درصورت استفاده از گازکلر برای سترون سازی باید اطمینان حاصل شود که میزان گاز کلر محلول در آب خروجی در حد استاندارد میباشد.
گاز ازن
گاز ازن (O3) ، یک مولکول متشکل از سه اتم اکسیژن در یک ساختار ناپایدار است. هنگامی که این گاز با سیستم های شیمیایی و بیولوژیکی در تماس باشد، موجب اکسید شدن مواد در این سیستم ها می شود. گاز ازن دارای خاصیت ضد باکتری، ضد ویروس و قارچ کش است که در تصفیه آب، کنترل بو و کاربردهای دارویی مورد استفاده قرار می گیرد.
اشعه ماورای بنفش
یکی از راههای موثر برای گندزدائی آب خروجی استفاده از اشعه یو وی میباشد. در استفاده ازین روش باید به مسائل زیر توجه گردد.
الف- آب باید زلال و صاف باشد. وجود ذرات مانع تابش مستقیم اشعه ماورای بنفش روی میکروب ها شده و گندزدائی به صورت کامل انجام نخواهد شد. 
ب- روی لامپ یووی کثیف میشود و باید مرتبا آنرا تمیز کرد. در سیستم های پیشرفته تر اینکار به طور خودکار انجام میگیرد.
ج- تابش مستقیم اشعه ماورای بنفش مضر است و کارگران سیستم باید نکات ایمنی را رعایت کنند. 
⦁    پایش
کنترل پیوسته ای در مورد کیفیت آب استحصالی باید صورت پذیرد تا از تحت کنترل بودن پروسه ها اطمینان حاصل گردد. 
درمجموعه هائی که آب دراستخرهائی ذخیره شده و مجددا مورد استفاده قرار میگیرد، یکی از روش های مرسوم استفاده از آبزیان (ماهی) برای حصول اطمینان از کیفیت آب است و به این منظور تعدادی ماهی در این استخرها پرورش داده میشوند.
⦁    تطهیر
دراین مجموعه، پروسه ها پیوسته بوده و اگر فاضلاب ورودی نجس تصور شود، از لحاظ شرعی معلوم نیست ازکدام مرحله آب پاک میگردد. به این منظور در نهر خروجی که آب را به بیرون هدایت میکند، یک لوله آب تعبیه گردیده و آب پاک به نهر ریخته میشود و گفته میشود که با اتصال به آب پاک، آب نهر هم پاک خواهد بود.
ادامه پروسه لجن
تغلیظ لجن
با توجه به حجم لجن و غلظت کم آن در ابتدا با فرآیند تغلیظ بخش عمده ای از آب آنرا جداسازی می کنند. جهت تغلیط از دو روش ثقلی یا مکانیکی استفاده می شود. در روش ثقلی که عمدتا برای لجن اولیه استفاده می شود از یک تانک تغلیظ (که کارکردی شبیه تانک ته نشینی اولیه دارد) جهت تغلیظ لجن حدود ۴ درصد به ۷ درصد استفاده می شود. لازم به ذکر است با توجه به غلظت کم لجن ثانویه اینگونه تغلیظ بازدهی مناسبی ندارد.
در روش تغلیظ مکانیکی از دستگاههای بلت جهت تغلیظ لجن ثانویه استفاده می شود.
در صورتی که سن لجن در مرحله هوادهی بالاتر از ۲۰ روز باشد لجن تقریبا تثبیت شده است و نیازی به هاضم ندارد در غیر اینصورت بایستی جهت هضم از هاضمهای هوازی یا بی هوازی استفاده شود.
معمولا لجن تغلیظ شده اولیه و ثانویه را با هم مخلوط و سپس به هاضم هدایت می کنند.
⦁    آبگیری اولیه
برای ادامه پروسه تصفیه، لجن جمعآوری شده از حوض های ته نشینی مراحل مقدماتی و بیولوژیک باید آبگیری شود. برای آبگیری لجن روی نوارنقاله با سوراخهای ریز ریخته میشود. این لجن ها حاوی ذرات ریز و مخصوصا اجساد میکرو ارگانیزم ها میباشد، برای اینکه آبگیری امکانپذیر شود، با افزودن پلی الکترولیت به لجن این ذرات را قطبی نموده، در نتیجه بیکدیگر چسبیده و تشکیل لخته میدهد و در نتیجه آبگیری را امکانپذیر میسازد. 
⦁    هاضم (تجزیه نهائی)
پروسه تجزیه درهاضم به صورت غیرهوازی بوده و لجن وارد مخازن بزرگ بتونی سربسته شده و دردمای 37  درجه نگهداشته میشود. میکروارگانیزم های فعال در هاضم به دما و پی اچ خیلی حساس هستند. به طوریکه دما دارای تلرانس دو درجه است و محیط اسیدی نیز این میکروارگانیزم ها را از بین برده و به اصطلاح هاضم مسموم میشود. برای گرمایش لجن از مبدل حرارتی آبگرم استفاده میشود. (در مورد تامین آبگرم بعدا توضیح داده خواهد شد) روش کار بدینصورت است که دو مسیر گردشی برای لجن پیشبینی شده است تا اولا لجن به صورت همگن در تمام هاضم باشد و ثانیا یکنواخت گرم شود. یک مسیر لجن را از پائین هاضم مکش کرده و پس از اختلاط با لجن تازه به بالای هاضم میریزد. پمپ دوم یک درافت تیوب است که لجن را از پائین به بالا و بالعکس پمپ میکند. برای جلوگیری از شوک حرارتی لحن تازه مستقیما به هاضم ریخته نمیشود.
زمان ماند لجن در هاضم به طور متوسط سه هفته است و گازهای کربنیک CO2 و متان CH4 و هیدروژن سولفوره  SH2آزاد میگردد.  
 

بعد از هاضم مسیر گاز و لجن جدا میگردد، که به اختصار در زیر شرح داده شده است.
مسیر گاز
⦁    گراول فیلتر (فیلتر سنگی و یا فیلتر درشت)
گاز خروجی هاضم با شیرابه غلیظ و آشغال (خورده های چوب، مو، ...) همراه است. با عبور از از فیلتر سنگی (قلوه سنگ) اشغال ها گرفته میشود.  
⦁    گوگرد زدائی
گاز خروجی از هاضم در دستگاه دی ام تی با آب ولرم شستشو داده میشود. فعالیت میکروارگانیزم باعث میشود که گوگرد در آب حل شده و اسید تولید گردد. این اسید هرازگاهی در آب خروجی تصفیه خانه به صورت تدریجی تخلیه میشود. (پی اچ از حد مجاز کمتر نمیشود) 
⦁    انبارش گاز هاضم
مخزنی با سقف شناور به ظرفیت پنجهزار مترمکعب برای انبارش و متعادل نگه داشتن فشار سیستم پیشبینی شده است. البته در برخی موارد از بالن های بزرگی که روی زمین تثبیت شده اند، برای انبارش گاز استفاده میشود. 
⦁    سرامیک فیلتر (فیلتر ریز)
گاز هاضم با عبور از سرامیک فیلتر کاملا تمیز شده و قابل استفاده به عنوان سوخت در ژنراتورهای برق میشود.
⦁    ژنراتور برق
دو دستگاه (Combined Heat & Power) CHP گازهاضم را مصرف کرده و برق و آبگرم تولید میکنند. برق تولیدی به شبکه داده میشود و آبگرم تولیدی نیز صرف گرمایش هاضم میگردد.
⦁    فلر
چنانچه بهر دلیل گاز تولیدی هاضم مصرف نشد، گاز اضافی در فلر سوزانیده میشود.
⦁    بوگیری
درهرحال درتصفیه خانه فاضلاب بوهای ناخوش آیند وجود دارد. (در ساختمان هائی مثل آشغالگیرها، مخازن لجن، مراحل آبگیری، ...) روش های مختلفی برای حذف گازهای بدبو وجود دارد و ازجمله استفاده از مواد شیمیائی، ذغال فعال و غیره. در این تصفیه خانه هوای مناطق بد بو مکش شده و به سیستم بوگیر بیولوژیک هدایت میشود. سیستم بوگیر بیولوژیک تشکیل شده از یک مخزن به شکل مکعب مستطیل بزرگ که زیر آن خالی است و روی آن دولایه قراردارد. لایه زیرین از قطعات چوب با خلل و فرج بسیار تشکیل شده و روی آن لایه ای از پوست درختان پرز دار ریخته شده است. هردو لایه آغشته به موادی هستند و میکروارگانیزم هائی روی آنها رشد میکنند که این مواد بدبو را حذف میکنند.    

مسیر لجن
لجن پس از خروج از هاضم پرس شده و آبگیری میگردد. آب خروجی به سیستم بازگشت داده میشود. لجن آبگیری شده باید در کانال هائی که از طریق دیواره وکف گرم میشود ریخته شده و تا دمای حدود 80 درجه گرم شود. در این پروسه هم لجن خشگ میشود و هم میکروب ها غیرفعال میشوند. این لجن خشگ شده میتواند به عنوان کود کشاورزی مصرف گردد. درحال حاضر این امکانات وجود ندارد و لجن مرطوب در بیابان های اطراف تهران انبار میگردد، که جای ایراد دارد زیرا که پس از خشگ شدن میتواند منشا غبار باشد. 

نتیجه
درچهار مرحله زیر فعالیت اصلی توسط میکروارگانیزم ها انجام میگیرد.
⦁    تصفیه بیولوژیک درحوضچه هوا دهی، و
⦁    تصفیه لجن درهاضم، و
⦁    گوگرد زدائی گاز هاضم و
⦁    حذف بوهای نامطبوع.