انواع فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب به شرح زیر می باشند:

فرآیند فیزیکی، فرآیند شیمیایی و فرآیند بیولوژیکی

فرآیند فیزیکی:

واحد آشغالگیر، واحد دانه گیر و ته نشینی اولیه و …  فرآیندهای فیزیکی تصفیه فاضلاب محسوب می شوند.

فرآیند شیمیایی:

۱- فرآیند انعقاد و لخته سازی
جهت حذف کدورت آب (وجود ذرات کلوئیدی با قطر بسیار ریز در حدود چند میکرون) فرآیند انعقاد و لخته سازی انجام می شود که باعث خنثی شدن بار ذرات کلوئیدی و نزدیک شدن این ذرات به هم وتشکیل ذرات درشتتر به علت نیروی واندروالس شده، وسپس ته نشین آنها را باعث می شود.برای این منظور، مواد شیمیایی در واحد انعقاد و لخته سازی به آب یا فاضلاب ورودی تزریق می شوند تا عملیات لخته سازی و ته نشینی مواد کلوییدی با وزن سبک به خوبی انجام شود. نوع مواد شیمیایی تزریقی برای این مرحله، مقدار و روش تزریق از مسایل مهم در تصفیه آب و فاضلاب می باشند که با کمک آزمایش جارتست در آزمایشگاه قابل تشخیص و دستیابی است. مواد شیمیایی مورد استفاده، شامل منعقد کننده ها ، کمک منعقد کننده ها و مواد کنترل کننده pH میباشند. منعقد کننده ها مواد شیمیایی هستند که باعث جذب و حذف ذرات کلوییدی و مواد آلی مانند میکروارگانیسمها، رنگها ، اکسید بعضی فلزات همچون آهن و منگنز می شوند. انواع منعقدکننده ها شامل منعقدکننده‌های آهن‌دار، منعقدکننده‌های آلومینیوم‌دار و منیزیم اکسید (MgO) می باشند و از متداولترین منعقدکننده ها، آلوم ( زاج سفید ) و نمکهای آهن مانند کلرور فریک را می توان نام برد . برای اجرای صحیح و بهتر انعقاد و لخته سازی و تشکیل لخته ها ی سنگین تر، مواد کمک منعقد کننده در مرحله ورودی فاضلاب و گاهی همزمان با منعقد کننده اضافه میشوند. کمک منعقد کننده ها یا فلوکولانتها، مواد شیمیایی یا مواد دیگری هستند که از طریق افزایش دانسیته و سختی فلاکهایی که به آرامی ته نشین می شوند، افزایش سرعت واکنش، و همچنین کاهش میزان ماده منعقد کننده مورد استفاده مانع از شکستن این فلاکها ضمن فرایند اختلاط و ته نشینی شده، فرآیند ته نشینی را (بر اساس دو مکانیزم قطر و وزن ذرات) تسریع بخشیده و با کاهش بار بر روی فیلترهای ثقلی، راهبری آنها را و در نتیجه فرایند تصفیه آب و فاضلاب را تسهیل می کنند. انواع کمک منعقد کننده ها شامل پلی الکترولیت ها، سیـلـیـکا فعال، عوامل جاذب وزنی، کربنات کلسیم ، گاز کلر، و آهک هیدراته می باشند.

۲- فرآیند جذب سطحی:
جذب سطحی، فرآیند جداسازی مواد محلول دیرتجزیه ، تجزیه ناپذیر و یا سمی ازمحلول های آبی با استفاده از جاذب ها ی مختلف مانند کربن فعال است که با روشهای معمول تصفیه فاضلاب از آن حذف نمی شوند . جذب سطحی را می توان به دو گروه جذب سطحی فیزیکی و جذب سطحی شیمیایی تقسیم کرد. هدف این فرایند در صنعت تصفیه آب و فاضلاب، جذب سطحی در تماس فاز جامد- مایع است. درصورتیکه در حالت کلی جذب سطحی میتواند در یک فاز مایع ، جامد یا گاز انجام شود.
۳- فرآیند غشائی :
روش فرایند غشایی، روشی بسیار موثر در حذف آلاینده ها ی محلول، نمکها، مواد معلق و میکروارگانیسمها در صنعت تصفیه آب و فاضلاب است. در این روش آب ، بر اثر فشار، تراکم، و پتانسیل الکتریکی از غشای نیمه تراوا عبور کرده مابقی مواد در طرف دیگر غشا محصور می شوند و به این صورت، عمل تصفیه با کیفیت بالا انجام می شود. این فرایند از نظر استانداردهای محیط زیستی بسیار مورد تایید است زیرا کمترین خسارت را به اکوسیستم و موجودات زنده وارد می کند.

۴- فرآیند تبادل یونی
تبادل یونی یک روش شیمیایی برگشت پذیر برای املاح زدایی از آب و فاضلاب است که یک یا چند آلاینده محلول مضر از آب حذف شده با مواد کم ضرر یا بی ضرر جایگزین می شوند.هر دو، ماده آلاینده و ماده قابل تبادل، باید محلول باشند و از نظر شارژ الکتریکی از یک نوع باشند (هر دو مثبت یا منفی). به طور کل دو نوع سیستم تبادل یون وجود دارد. یکی رزینهای مثبت و دیگری رزینهای منفی استفاده می کنند.
در یک فرایند تبادل کاتیونی، یونهای با بار مثبت در سطح رزین، با یونهای مثبت موجود در همان سطح (عموما سدیم) مبادله و جایگزین می شوند. بیشترین فرایند مبادله ی کاتیونی، فرایند تصفیه آب است. به طور مشابهی تبادل بین یونهای منفی مورد نظر نیز در سطح رزین ( معمولا کلرید) رخ می دهد. آلاینده هایی همچون نیترات، فلوراید، سولفات، آرسنیک و دیگر مواد می توانند به روش تبادل یونی منفی حذف شوند.
این فرایند برگشت پذیر است. بر این اساس که نوع کاتیونی یا آنیونی رزینها چه باشد، ذرات می توانند به گروههای کوچکتری تجزیه شوند. صرف نظر از نوع مبادله کننده ها، رزینها به رسوب ایجاد شده در اثر حضور مواد آلی در آب تصفیه نشده خیلی حساس هستند. بنابراین ضروریست که قبل ازینکه جریان ورودی وارد مرحله تصفیه شود، یک مرحله جداسازی دیگر ضروریست تا بیشتر مواد جامد معلق و اگر ممکن باشد مواد آلی محلول را حذف کند بنابراین فشار بار کمتری به واحد تبادل یون وارد می شود.
در کل، تکنولوژی تبادل یونی در حذف قلیائیت، سختی آب، نیترات و سولفات و همچنین در بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی کاربرد دارد.
۵- فرآیند اکسیداسیون شیمیایی :
هدف از اکسیداسیون شیمیایی اکسید کردن آلاینده های آلی است به نحویکه به موادی کم ضرر یا بی ضرر تبدیل شوند. در بهترین شرایط حذف مواد آلی، CO2 و H2O تولید می شوند. این تکنیک می تواند برای حذف مواد غیر آلی (مانند سیانید) و یا در ترکیب با تصفیه بیولوژیکی جهت تصفیه ی فاضلاب نیز استفاده شود.
اکسیداسیون شیمیایی شامل اضافه کردن اکسیدانتها در محیط آب یا فاضلاب است تا در اثر تماس این ماده اکسید کننده با آلاینده ی مضر، ماده شیمیایی آلاینده اکسید شده به صورت رسوب از محلول جدا شود. از میان چندین نمونه ی متداول اکسیدانتها (ازن، پراکسید هیدروژن، دی اکسید کلر، پرمنگنات، و اکسیژن خالص) هیدروژن پراکسید بیشترین کاربرد را در میان بقیه اکسیدانتها داشته که نیاز به کاتالیزور آهن دارد تا رادیکالهای هیدروکسیل تولید کند که قادر به اکسید ترکیبات کربن دار هستند.
اگر اکسیداسیون شیمیایی به عنوان پیش تصفیه استفاده شود، هم ترکیباتی که به سختی شکسته می شوند را تجزیه کرده وهم اینکه آنها را برای تجزیه بیولوژیکی و یا کاهش تولید لجن (از طریق اکسیداسیون ناقص لجن) مناسب می گرداند.

فرایند بیولوژیکی:

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب اغلب به عنوان تصفیه ثانویه استفاده می شود که به معنای حذف مواد باقیمانده از تصفیه اولیه (واحدی که در آن مواد قابل ته نشینی و موادی مانند روغن جدا می شوند) است.در روش تصفیه بیولوژیکی با تکیه بر میکروارگانیسمها (باکتریها، نماتودها، یا دیگر ارگانیسمهای کوچک) مواد آلی به اجزای کوچکتر تجزیه شده و در نهایت فاضلاب تصفیه می شود.
فرایند تصفیه بیولوژیکی مهمترین مرحله در تصفیه فاضلاب به شمار میرود . سیستم های تصفیه بیولوژیکی ، محیطهای زنده باکتریایی هستند که با مصرف مواد مغذی فاضلاب ، آلودگی آنرا از بین میبرند. نقش یک واحد تصفیه بیولوژیکی در واقع فراهم نمودن شرایطی مناسب برای رشد بیولوژیکی باکتریها جهت حذف الودگی است . موجودات زنده تحت عنوان میکرواورگانیسم ها مواد آلی آلاینده را به عنوان ماده غذایی استفاده می کنند و باعث تصفیه آب یا فاضلاب میشوند .میکروارگانیسمهای هتروتروفیک هوازی که مسوول تجزیه ی اولیه و اصلی مواد آلی هستند انرژی مورد نیاز برای رشد و تولید مثل را ازشکستن منابع غذایی آلی فراهم می کنند. در حالیکه اتوتروفیکها (قارچها و سیانوباکترها و میکروارگانیسمهای مسؤول نیتریفیکاسیون) قادرند انرژی مورد نیاز خود را از اکسیداسیون منابع و یونهای غیر آلی (مانند CO2) و یا با استفاده از نور خورشید فراهم کنند.
فاکتورهای محیطی موثر در رشد بیولوژیکی شامل دما، pH، شدت اختلاط، و حضور عوامل سمی می باشند.
و البته تصفیه بیولوژیکی موفق بستگی دارد به نگهداری و بهره برداری صحیح و دقیق سیستمهای تصفیه جهت کنترل جمعیت میکروبی. این جمعیت میکروبی که بیومس نامیده می شود می تواند هم به صورت رشد میکروبی چسبیده به بعضی مدیاها ( مانند فیلترهای چکنده، و RBC) و یا به صورت رشد معلق (مانند لجن فعال و هضم بیهوازی). در تمام این سیستمها تجزیه مواد آلی و تصفیه فاضلاب توسط میکروارگانیسمها و بر اساس تعاریف بالا انجام می شود.
یکی از متدهای حذف مواد آلی از فاضلاب میتواند تجمع فرایندهای هوازی در یک سیستم مهندسی تحت نظارت باشد. که این شرایط با استفاده از فرایندهای هوازی و بیهوازی (جاییکه بار ارگانیکی بسیار بالا باشد به عنوان واحدپیش تصفیه یا پیش از ورود به واحد ته نشینی) انجام می شود.
در این نوع فرایند تصفیه دو روش وجود دارد :
-روش هوازی: در این روش میکروارگانیسمها مواد آلی موجود را با کمک اکسیژن آزادی که در آب وجود دارد (اکسیژن مورد نیاز می تواند توسط هواده های سطحی ویا عمقی صورت پذیرد) تجزیه میکنند. انواع روش های هوازی شامل فرآیند لجن فعال، لاگون های هوادهی، صافی های چکنده، سیستم RBC، سیستم SBR
-روش بی هوازی : در این روش مواد آلی با کمک اکسیژن ترکیبی مانند نیترات وسولفات تجزیه می شوند..
یکی از روشهای تصفیه هوازی بیولوژیکی، روش لجن فعال است. در این روش جمعیت بیولوژیکی میکروارگانیسم‌ها نقش اصلی را در فرایند تجزیه دارد. برای رشد و تکثیر میکروارگانیسمها، انجام فعالیتها و تجزیه مواد آلی، اجتماع میکروارگانیسمها باید زمان مناسبی در سیستم باقی مانده با استفاده ازهوادهی مناسب با شرایط محیط سازگاری پیدا کنند و در اثر تماس با ذرات کلوییدی و معلق موجود، لخته های سنگینتر تشکیل داده عمل ته نشینی و تصفیه صورت پذیرد. در تمامی مدت ماندگاری فاضلاب در سیستم، خصوصا در قسمت هوادهی و ته نشینی، میکروارگانیسمها آنزیمهای خاصی را ترشح می کنند تا بتوانند مواد آلی غیر محلول را به عنوان منبع غذایی و انرژی جذب کرده و سپس عمل هضم و تجزیه را انجام دهند که ماحصل آن تولید آب و گاز دی اکسید کربن و میکروارگانیسم‌های بیشتر می باشد. بنابراین زمان ماندگاری توده های میکروبی و سازگاری آنها با محیط و همچنین افزایش تعداد میکروارگانیسمها هدف اصلی سیستمهای لجن فعال است تا در زمان تجزیه ی مواد آلی توسط عده ای ازآنها، مابقی در حال جذب مواد آلاینده ی باقی مانده باشند. انواع روش های بی هوازی شامل سیستم های  UABR، UAFB، UASB، EGSB

وضع موجود تصفیه فاضلاب

روش های تصفیه فاضلاب که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی عامل مهمتری است با عنوان عملیات واحد تصفیه شناخته شده اند. روش های تصفیه فاضلاب که در آنها حذف آلاینده ها از طریق واکنشهای شیمیایی و زیست شناختی صورت می گیرد با عنوان فرآیندهای واحد تصفیه معروف اند. در حال حاضر، عملیات و فرآیندهای واحد تصفیه فاضلاب درهم ادغام شده و آنچه را که امروزه مراحل اولیه، ثانویه، و نهایی تصفیه نامیده می شود تشکیل داده اند. در تصفیه اولیه از عملیات فیزیکی تصفیه همچون آشغالگیری و ته نشینی برای جداکردن مواد شناور و قابل ته نشینی موجود در فاضلاب بهره گرفته می شود. در تصفیه ثانویه از فرآیندهای شیمیایی و زیست شناختی استفاده می شود تا قسمت اعظم مواد آلی از فاضلاب جدا شود. در تصفیه نهایی از واحدهای اضافی عملیات و فراوری استفاده می شود تا سایر آلاینده ها چون نیتروژن و فسفر، که امروزه بیشتر به “سیستم های طبیعی” معروف شده اند، مجموعه ای ازمکانیسم های تصفیه فیزیکی، شیمیایی و زیست شناختی را به خدمت گرفته و آب را با کیفیتی مشابه یا بهتر از آبی که از تصفیه نهایی فاضلاب حاصل شود تولید می کنند.