تصفیه فاضلاب با روش های بیوتکنولوژی 

تصفیه فاضلاب با روش های بیوتکنولوژی

نویسنده:

ehsan hosnani
گردآوری، ترجمه و نگارش: احسان حُسنانی
کارشناس ارشد مهندسی شیمی ، دانش آموخته دانشگاه صنعتی اصفهان




چکیده: تصفیه بیولوژیکی لجن فاضلاب با روشهای بیوتکنولوژی امکان پذیر است.
بشر همواره استفاده کننده آب بوده است. نیاز بشر به این ماده حیاتی در طول تاریخ بیشتر وبیشتر شده تا جایی که امروزه همه بخشهای جامعه از اشخاص گرفته تا موسسات و شرکتهای بازرگانی و صنعتی برای مصارف گوناگون خود از آب استفاده می کنند. این در حالی است که تنها بخش کوچکی از آب واقعا مصرف می شود. بخش عمده آب استفاده شده به عنوان آب ضایعاتی دور ریخته می شود.
در گذشته که حجم آب ضایعاتی تولید شده توسط بشر اندک بود تخلیه آن به رودخانه ها و دریا ها مشکلی ایجاد نمی نمود. در واقع میکروارگانیسم های موجود در آب رودخانه ها و دریاها، آن حجم کم آب ضایعاتی را به راحتی تصفیه می کردند. اما امروزه حجم ضایعات تولید شده توسط انسان خیلی بیشتر از ظرفیت تصفیه کنندگی میکروارگانیسم های موجود در آب های طبیعی است. بنابراین آب ضایعاتی تولید شده توسط بشر قبل از تخلیه و دفع حتما باید تصفیه شود. تصفیه آب ضایعاتی به روش های گوناگونی می تواند صورت پذیرد. اما صرفنظر از روش استفاده شده، در نهایت خروجی فرایند تصفیه دو قسمت عمده دارد:
۱- بخش قابل استفاده که آب زلال یا آب تصفیه شده است.
۲- بخش غیرقابل استفاده که لجن نام دارد و باید دور ریخته شود.
البته نوع استفاده ای که می توان از آب تصفیه شده نمود بر حسب درجه تصفیه متفاوت است. معمولا این آب به مصرف کشاورزی می رسد یا به عنوان آب آتش نشانی مورد استفاده قرار می گیرد. در صورتی که بر روی این آب تصفیه های پیشرفته تری انجام شود کیفیت آب تصفیه شده حتی می تواند تا حد آب آشامیدنی نیز ارتقا یابد!

لجن که در مقیاس بالایی در واحدهای تصفیه آب تولید می گردد ترکیبی است از اندکی ذرات جامد و مقدار زیادی آب. میکروارگانیسم های موجود در لجن بخشی از ذرات جامد آن را تشکیل می دهند. مقدارذرات جامد در لجن می تواند بین ۰/۲۵ تا ۱۲ درصد متغیر باشد . بنابراین اولاً حجم لجنی که روزانه در واحدهای تصفیه آب تولید می شود بسیار زیاد است و ثانیا بخش عمده لجن تولید شده را آب تشکیل می دهد. این حجم زیاد آب، دفع لجن را با مشکلات زیادی روبرو می کند. لجن اگر بخواهد به همین صورت دفع شود اولا هزینه حمل آن تا محل نهایی دفع زیاد است و در ثانی وقتی تخلیه شد شروع به پس دادن آب خود نموده و با ایجاد شیرابه موجب آلودگی محیط زیست و ایجاد بوی بسیار بد در محل تخلیه می شود.
به علت مشکلات یاد شده آب گیری از لجن قبل از دفع آن یک ضرورت محسوب می گردد. خصوصاً مساله کاهش هزینه حمل به حدی اهمیت دارد که در صورت سرمایه گذاری برای انجام آن، هزینه سرمایه گاهی پس از 6 ماه بازگشت داده می شود.
آبگیری از لجن ها همیشه کار ساده ای نیست زیرا بسته به نوع آلودگی های موجود در آب ضایعاتی و همچنین بسته به سناریوی تصفیه به کار رفته ماهیت لجن ها با هم متفاوت هستند. برخی لجن ها به راحتی آب خود را از دست می دهند. برخی لجن ها آب را در خود نگه می دارند و باید با صرف انرژی، آب را از آنها گرفت! این نوع لجن ها قبل از آب گیری در چند مرحله فراوری می شود تا آبدهی آنها اصلاح گردد. پس از انجام تصفیه بیولوژیکی به میکروارگانیسمهای موجود در حوضچه ته نشیتی بیولوژیکی زمان داده می شود که در یک محیط آرام تشکیل کلونی داده و ته نشین شوند. لجن که در واقع فاز زیرین حوضچه ته نشینی بیولوژیکی است سرشار از میکروارگانیسم ها می باشد زیرا در واقع این میکروارگانیسم های رشد کرده هستند که بخش اعظم قسمت جامد لجن را تشکیل می دهند. به همین علت به آن زیست توده نیز گفته می شود.

مروری بر روش های تصفیه آب های ضایعاتی

آب ضایعاتی در واقع همان آب آلوده شده توسط بشر است. معمولا بیش از ۹۹ درصد وزن آبهای ضایعاتی را آب تشکیل می دهد! ناخالصی های آب ضایعاتی که شامل آشغال های درشت، مواد آلی، ذرات جامد ته نشین شدنی و ذرات جامد سوسپانسیون شده اند معمولا حجم بسیار کوچکی از کل آب ضایعاتی را تشکیل می دهند. تصفیه آب های ضایعاتی به طور کلی در سه مرحله انجام می شود. تصفیه اولیه ، تصفیه ثانویه و تصفیه ثالثیه . در تصفیه اولیه ناخالصی های قابل رؤیت توسط روش های شیمیایی مانند انعقادسازی و ته نشینی جداسازی می شوند. فاز رویین به مرحه بعدی تصفیه انتقال داده شده و فاز زیرین به عنوان لجن در حوضچه های مخصوصی جمع آوری می شود. به این ترتیب که ابتدا آب ضایعاتی از داخل حوضچه محل نگه داری آن به حوضچه انعقادسازی پمپ می شود. سپس مواد منعقدکننده شیمیایی مانند کلرورفریک و آلومینیوم سولفات به آن افزوده و با هوادهی اختلاط برقرار می شود. مواد منعقد کننده ذرات ریز را تبدیل به ذرات درشت تر نموده و آنها را قابل ته نشین سازی می کند. خروجی حوضچه انعقادسازی سپس وارد حوضچه ته نشینی می شود و در این حوضچه به آن زمان داده می شود تا ذرات درشت آن رسوب کند. فاز روئین حوضچه ته نشینی آبی است شفاف، فاقد ذرات جامد اما حاوی مواد آلی محلول که روش های شیمیایی قادر به حذف آنها نیستند. بنابراین به مرحله بعدی یعنی تصفیه بیولوژیکی انتقال داده می شوند تا توسط میکروارگانیسم ها حذف شوند. فاز زیرین حوضچه ته نشینی به عنوان بخشی از لجن نهایی به حوضچه مخصوص جمع آوری لجن منتقل می شود. در تصفیه ثانویه یا بیولوژیکی، آب تصفیه شده توسط مراحل قبلی به حوضچه ای بزرگ که از قبل حاوی میکروارگانیسم های خاصی است منتقل می شود. در این حوضچه هوادهی صورت گرفته و مواد آلی موجود در آب ضایعاتی به عنوان غذا توسط موجودات ذره بینی مصرف می شوند و تبدیل به توده زیستی می گردند. سپس خروجی این حوضچه به حوضچه ته نشینی بیولوژیکی انتقال داده می شود. در این حوضچه به میکروارگانیسم ها زمان داده می شود تا ته نشین شوند و فاز رویین به عنوان آب زلال برای مصرف در بخش کشاورزی، آتش نشانی، کویر زدایی و... به مصرف می رسد. برای تبدیل آب تصفیه شده به آب با کیفیت بسیار بالا می توان خروجی واحد تصفیه بیولوژیکی را وارد مرحله دیگری از تصفیه به نام تصفیه سومی نمود.

3- معرفی لجن

پس از انجام تصفیه بیولوژیکی به میکروارگانیسم های موجود در حوضچه ته نشیتی بیولوژیکی زمان داده می شود که در یک محیط آرام تشکیل کلونی داده و ته نشین شوند. لجن که در واقع فاز زیرین حوضچه ته نشینی بیولوژیکی است سرشار از میکروارگانیسم ها می باشد. به همین علت به آن زیست توده نیز گفته می شود. لجن تولید شده در مراحل تصفیه فاضلاب عموماً مرکب از جامدات زیستی و غیر زیستی است که در مراحل مختلف تصفیه از فاضلاب جداشده اند. یکی از مهم ترین بخش هایی که بیشترین هزینه را به خود اختصاص می دهد دفع لجن می باشد. انواع مختلف لجنی که در تصفیه ممکن است با آنها روبرو شویم به صورت زیر می باشد:
۱- لجن اولیه : این لجن در مرحله اولیه و زلال سازی تشکیل می شود. درصد جامدات در این لجن ۳ تا ۸ درصد می باشد.
۲- لجن ثانویه : لجن ثانویه در فرایندهای تصفیه بیولوژیکی تولید می شود (مانند لجن فعال و صافی چکنده ). جامدات موجود در این لجن عموماً به صورت آلی بوده و غلظت آنها 0.5 تا 2 درصد برای لجن فعال و بالاتر از 5درصد برای صافی های چکنده می باشد
۳- لجن ثالثیه : این لجن به واسطه تصفیه های پیشرفته یا ثالثیه بر روی فاضلاب ایجاد می شود.

فراوری لجن

به عملیاتی که قبل از دفع نهایی بر روی لجن انجام می شود فراوری لجن گفته می شود.
فراوری لجن- معمولا شامل مراحل زیر می باشد:
Sludge Thickening تغلیظ لجن
Sludge Stabilization (Digestion) تثبیت لجن (هضم)
Sludge Conditioning اصلاح سازی لجن
Sludge Dewatering آبگیری از لجن

4- 1 تغلیظ لجن

تغلیظ، عملی است که با زدودن آب آزاد لجن توسط روش های مکانیکی محتوی جامدات لجن را افزایش می دهد. این کار برای کاهش اندازه تانک هاضم و در نتیجه کاهش انرژی لازم برای اختلاط و گرمایش لجن قبل از هضم انجام می شود. معمولا لجن تا حدی تغلیظ می شود که درصد کل مواد جامد آن به 4 الی 6 درصد برسد. تغلیظ بیشتر لجن کارایی اختلاط را پایین می آورد و تغلیظ کمتر از این حد نیاز به فضا و انرژی را افزایش می دهد. برای نشان دادن اهمیت این مرحله، برای مثال اگر لجن با 0.8 درصد محتوی جامد به 4درصد تغلیظ شود 5برابر کاهش حجم لجن داشته ایم[1]. عمل تغلیظ معمولا با وسایل فیزیکی مانند شناورسازی ، ته نشینی گرانشی و سانتری فوژ کردن انجام می شود[1]. کاهش حجم لجن به روش تغلیظ دارای مزایای زیر می باشد:
1- کاهش ظرفیت مخازن و تجهیزات لازم
2- مقدار مواد شیمیایی مورد نیاز برای اصلاح شیمیایی لجن کمتر است.
3- مقدار حرارت مورد نیاز برای هاضم و مقدار سوخت کمکی مورد نیاز برای خشک کردن حرارتی یا سوزاندن کمتر است.

4- 2 تثبیت لجن (Sludge Stabilization)

هدف از تثبیت (Stabilization) لجن ها موارد زیر می باشد:
1- کاهش میکروبهای بیماری زا (Reduce pathogens)
2- حذف بوهای بد (eliminate offensive odors)
3- جلوگیری، کاهش و حذف عوامل مستعد گندیدگی (Potentials to putrefaction)
موفقیت در دستیابی به هر یک از اهداف فوق بستگی به آن دارد که عملیات تثبیت یا فرایندهایی که بر روی بخش آلی (Organic) یا فرار(Volatile) لجن انجام می شوند تا چه حد موثر بوده است [1]. نجات میکروبهای بیماری زا (Pathogen survival)، انتشار بوهای بد و گندیدگی (Putrefaction) زمانی روی می دهند که به موجودات ذره بینی اجازه رشد و نما(Flourish) در بخش آلی لجن داده می شود. در تثبیت، 4 روند کلی (procedure) برای حذف این شرایط نامطلوب وجود دارد: الف) کاهش بیولوژیکی (Biological reduction) مواد فرار لجن ب) اکسایش شیمیایی (chemical oxydation)مواد فرار ج) افزودن مواد شیمیایی به لجن به طوری که شرایط برای رشد میکروب ها در لجن نامناسب شود. د) به کارگیری حرارت برای گندزدایی (Disinfect) یا استرلیزه کردن (Sterlization) لجن

تکنیکهای در دسترس برای تثبیت لجن عبارتند از:

1- اکسایش با کلر (Chlorine oxydation)
2- تثبیت با آهک (Lime stabilization)
3- فراوری حرارتی (Heat treatment)
4- هضم هوازی (Aerobic digestion)
5- هضم بی هوازی (Anaerobic digestion)


• تصفیه فاضلاب با روش های بیوتکنولوژی

مطلب قبلی: چکیده مقاله لاواند

مطلب بعدی: پایان نامه کارشناسی ارشد

معادل انگلیسی اصطلاحات تخصصی این مطلب

1- میکروارگانیسم = Microorganism میکروارگانیسم

fungus, eukaryotic organisms that includes unicellular microorganisms such as yeasts and molds, as well as multicellular fungi = قارچ، ارگانیسم یوکاریوتیکی که شامل میکروارگانیسم های تک سلولی مثل مخمر و کپک و همچنین قارچ های چند سلولی می شود. 
2- فاضلاب = Waste Water
waste water, wastewater = فاضلاب
3- مشک = Musk
4- فرار = Volatile فرار

essential oils, an essential oil is a concentrated hydrophobic liquid containing volatile aroma compounds from plants, also known as volatile oils = اسانس های روغنی، ماده هیدروفوب غلیظ شده که حاوی ترکیبات آروماتیک فرار گیاهان می باشد. اسانس های روغنی را روغن های فرار نیز می نامند. 

volatile organic compounds or VOCs = ترکیبات آلی فرار 


تلفظ volatile organic compounds or VOCs ↓
5- آلومینیوم = Aluminium آلومینیوم
6- ناخالصی = Impurity ناخالصی، آلودگی
7- کارایی = Efficacy
caffeine-like efficacy = اثر شبه کافئینی 
اثربخشی، کارآمد بودن


تلفظ efficacy ↓


تلفظ efficacy2 ↓
8- هوازی = Aerobic هوازی، قابل زیستن یا رخ دادن فقط در شرایط حضور اکسیژن. به ورزش ها و رقص هایی که باعث افزایش ضربان قلب می شوند نیز گفته می شود. 

aerobic respiration = تنفس هوازی که در میتوکندری سلول ها اتفاق می افتد. 
9- خشک کردن = Drying خشک کردن

blow-drying = خشک کردن مو با سشوار 


تلفظ blow-drying ↓
10- اختلاط = Stirring
agitation, stirring = هم زدن شدید همراه با ایجاد تلاطم
همزدن، اختلاط
11- انعقاد = Coagulate انعقاد


تلفظ coagulate ↓
12- هضم = Digest هضم
13- سوسپانسیون = Suspension
colloidal suspension = سوسپانسیون کلوئیدی
سوسپانسیون

suspension challenge test = تست چالش سوسپانسیون
14- هوادهی = Aeration هوادهی، مواجه کردن با هوا، اشباع کردن یک سیال با هوا یا گاز
15- جداشده = Isolated
freshly isolated human keratinocyte = کراتینوسیت های تازه انسان 
جداشده، جداسازی شده
16- تشکیل کلونی = Colonize تشکیل کلونی
17- تصفیه اولیه = Primary Treatment تصفیه اولیه آب، مرحله اولیه تصفیه آب شامل زدودن اجسام بزرگ با مکانیزم های فیلتراسیون، ته نشینی و شناورسازی


تلفظ primary treatment ↓
18- شیمی = Chemistry شیمی 

organic chemistry = شیمی آلی 


تلفظ chemistry ↓


تلفظ organic chemistry ↓
19- ازن = Ozone
Ozone, trioxygen, an inorganic molecule with the chemical formula O3 = ازن، تری اکسیژن 

photochemical smog, haze in the atmosphere accompanied by high levels of ozone and nitrogen oxides = مه دود فوتوشیمیایی، دودآلود شدن هوا به علت وجود ازن و اکسیدهای نیتروژن 

tropospheric ozone, Ozone that is a constituent of the troposphere. The troposphere extends from the Earth's surface to between 12 and 20 kilometers above sea level = ازن تروپوسفری، ازنی که در لایه تروپوسفر جو زمین قرار دارد. تروپوسفر آن قسمت از جو زمین است که از سطح زمین تا فاصله 12 و 20 کیلومتری بالای سطح دریا ادامه دارد.

secondary pollutants, A secondary pollutant is not directly emitted as such, but forms when other pollutants (primary pollutants) react in the atmosphere.Examples of a secondary pollutant include ozone, which is formed when hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) combine in the presence of sunlight; NO2, which is formed as NO combines with oxygen in the air; and acid rain, which is formed when sulfur dioxide or nitrogen oxides react with water. = آلاینده های ثانویه هوا که بر خلاف آلاینده های اولیه به شکل مستقیم وارد هوا نمی شوند. بلکه در اثر واکنش آلاینده های اولیه با عوامل دیگر ایجاد می شوند. از ازن تروپوسفری می توان به عنوان نمونه ای از آلاینده ثانویه نام برد. زیرا از واکنش هیدروکربن ها و اکسیدهای نیتروژن در حضور نور آفتاب ایجاد می شود. باران های اسیدی نمونه دیگری از آلاینده های ثانویه هستند. زیرا در اثر ترکیب اکسید گوگرد و اکسید نیتروژن با آب باران ایجاد می شوند. 


تلفظ ozone ↓


تلفظ tropospheric ozone ↓

مطلب فوق را در شبکه های اجتماعی زیر با دوستانتان به اشتراک بگذارید



درصورتی که این مطلب برای شما مفید است با کلیک روی لینک زیر آن را حمایت و توصیه کنید