اساس روشهای بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب از آلاینده‌های غیرآلی
عمده آلاینده‌های موجود در آب آشامیدنی که سلامتی انسان را نیز به خطر می‌اندازد عبارتند از فلزات معلق، فلزات حل شده، نیترات، سولفات و سیانید. فلزات و شبه فلزات آلاینده در آب عبارتند از آرسنیک، قلع، سلنیم، سرب، مس، کادمیم و روی. انتخاب یک روش مناسب برای حذف آلاینده‌ها کار بسیار مهمی است که وابسته به عوامل مختلفی است.
انواع روشهای بیولوژیکی حذف آلاینده‌های غیرآلی
روشهای حذف آلاینده‌های غیرآلی را می‌توان به سه دسته اصلی تقسیم کرد: فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی. در سری مقالات قبل سعی کردیم تا انواع روشهای فیزیکی و شیمیایی را معرفی کنیم.
در این مقاله از مجموعه مقالات فناوری آب در واتک سعی داریم تا مروری داشته باشیم بر انواع روشهای بیولوژیکی حذف آلاینده‌ها از آب.
روشهای بیولوژیکی می‌توانند برای حذف آلاینده‌های مختلفی استفاده شوند:
- آمونیا
- نیترات
- سلنیم
- سولفات
- فلزات حل شده
روشهای بیولوژیکی به سه دسته تقسیم می‌شوند:
- سیستم‌های اتصال-رشد
- سیستم تعلیق- رشد
- بیوراکتورهای غشائی
سیستم‌های اتصال-رشد
در سیستم‌های اتصال- رشد، باکتریها به سطح یک بستر متصل می‌شوند. این بستر می‌تواند از مواد مختلفی ساخته شده باشد؛ مثل پلاستیک، کربن فعال و حتی سنگ. ابعاد و قطر بستر در محدود میکرون تا سانتی متری است. باکتری چسبیده به سطح تشکیل یک بیوفیلم می‌دهد که محل انجام فرایندهای بیولوژیکی می‌شود.
فرایندهای بیولوژیکی انجام شده در سطح بیوفیلم، می‌تواند بسته به شرایطی همچون سرعت جریان آب، pH و غلظت آلاینده‌ها تغییر کند. سیستم‌های بیولوژیکی اتصال-رشد، انتخاب مناسبی برای تصفیه آب‌های با غلظت آلاینده بالا و متغیر هستند.
یک نمونه از سیستم‌های بیولوژیکی اتصال-رشد نصب شده در یک معدن برای حذف نیترات و سولفات در شکل نشان داده شده است. مقدار نیترات حذف شده از سیستم به اندازه‌ای کاهش پیدا کرده است که دیگر قابل اندازه‌گیری نبوده و غلظت سولفات نیز تا حد ۳۵ میلی گرم بر لیتر کاهش یافته است.
برای حذف آرسنیک بوسیله این روش بیولوژیکی بین ۴ تا ۸ ساعت زمان نیاز است و برای تغذیه باکتریها در این مدت زمان طولانی از مواد غذایی آلی استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها نیاز به فرایند نگهداری خاصی ندارند و هزینه تغذیه باکتریها در مقایسه با هزینه نگهداری سایر روش‌ها بسیار ناچیز است.
یکی دیگر از مثال‌های روش بیولوژیکی اتصال-رشد استفاده از احیاء سولفات بیولوژیکی برای رسوب انواع فلزات سنگین و آرسنیک است. علاوه بر این می‌توان با استفاده از این روش نیترات، سلنیم و جیوه نیز حذف کرد.
راکتورهای بیوشیمیایی یک نمونه دیگر از بیوراکتورهای اتصال-رشد هستند. در این روش مهندسی شده از یک بستر آلی (ارگانیک) برای تسریع واکنش‌های شیمیایی و میکروبی استفاده می‌شود. در نتیجه این واکنش‌ها مقدار اسیدیته و غلظت فلزات و سولفات موجود در آب‌های صنعتی کاهش پیدا می‌کند.
سیستم اتصال-رشد نصب شده در یک معدن
مزیت این روش نسبت به روشهای دیگر قابلیت استفاده برای محدوده وسیعی از جریان‌ها، اسیدیته و غلظت فلزات سنگین است. همچنین می‌توان این سیستم را به گونه‌ای طراحی کرد که بدون دخالت انسان بتواند ماه‌ها کار کند. پرکاربردترین حالت این روش به صورت بی هوازی است و با نام بیوراکتور احیای سولفات (SBRs) شناخته می‌شود.
در این روش میکروب‌های احیاء کننده سولفات، سولفید و بی کربنات تولید می‌کنند که باعث رسوب فلزاتی همچون آهن، کادمیم، مس، نیکل، سرب و روی در pH بالاتر از ۵ می‌شوند.
سیستم تعلیق-رشد
سیستم‌های تعلیق-رشد معمولاً برای تصفیه فاضلاب‌ها شهری استفاده می‌شوند اما می‌توان از آن‌ها برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی نیز استفاده کرد. لجن فعال یک نمونه از سیستم‌های تعلیق-رشد تصفیه بیولوژیکی است.
سیستم‌های رشد معلق اغلب برای حذف موادی همچون نیتروژن و فسفر استفاده می‌شوند. با طراحی و اصلاح سیستم می‌توان از آن برای حذف آمونیا و نیترات استفاده کرد. حذف آمونیا یک فرایند هوازی و حذف نیترات یک فرایند بی هوازی است. سیستم‌های رشد معلق برای تصفیه آب‌های با غلظت کم بسیار مناسب‌تر هستند.
در سیستم‌های تعلیق-رشد مثل لجن فعال، فاضلاب با میکروارگانیسم‌های فلوکوله شده، پوشانده می‌شوند. این ذرات فلوکوله شده که حاوی باکتریها هستند را می‌توان بازیابی کرده و برای فرایندهای بعدی استفاده کرد.
سیستم‌های معلق دارای معایبی هستند که می‌تواند استفاده از آن‌ها را محدود کند:
- نسبت به تغییر پارامترهای فاضلاب بسیار حساس است؛
- مصرف انرژی بالا است؛
- تجهیزات نگهداری بسیاری لازم دارد؛
- فرایند اپراتوری بسیار پیچیده است؛
- تعداد تجهیزات نسبت به روش اتصال-رشد بیشتر است.
در مقایسه با روشهای بیولوژیکی دیگر، سیستم اتصال-رشد نیاز به فضای بیشتری دارد و احتمال مشکل بو نیز وجود دارد. بر همین اساس از سیستم‌های تعلیق-رشد برای تصفیه خانه‌های شهری استفاده می‌شود اما از روش اتصال-رشد برای سیستم‌ها سایز متوسط و کوچک مناسب است.
بیوراکتورهای غشائی
در بیوراکتورهای غشائی (MBR)، سیستم تعلیق-رشد بیولوژیکی با روشهای غشائی مثل میکروفیلتراسیون و الترافیلتراسیون ترکیب می‌شود.
در حال حاضر این روش به صورت بسیار گسترده برای تصفیه آب‌های شهری و صنعتی استفاده می‌شود. ظرفیت این سیستم‌ها برای تامین آب در حدود ۸۰،۰۰۰ نفر است که می‌تواند برای تصفیه فاضلاب‌های با غلظت بالا نیز استفاده شود.
فرایند MBR به گونه‌ای است که می‌تواند با تصفیه فاضلاب شهری، کیفیت آن را تا حدی برساند که بتوان آن را براحتی در آب‌های سطحی یا آب دریا رها کرده و یا برای آبیاری کشاورزی استفاده شود. مزیت‌های دیگر این روش عبارتند از:
- کم جا بودن؛
- قابلیت ارتقاء آسان؛
- قابلیت تبدیل تصفیه خانه‌های قدیمی به این سیستم.
سیستم MBR در مقایسه با سیستم‌های تعلیق-رشد، می‌تواند در غلظت‌ها MLSS بالا نیز کار کند در حالیکه حجم راکتور کوچکتر شده ولی بار ورودی یکسانی داشته باشد.
شماتیک روش بیوراکتور غشائی
سیستم‌های MBR دارای دو نوع مختلف طراحی هستند:
داخلی/مرکب: حالتی که غشاء در داخل راکتور و به صورت ترکیبی با راکتور بیولوژیکی قرار می‌گیرد.
خارجی/جانبی: حالتی که غشاء در یک محفظه جدا قرار گرفته و از یک پمپ میانی برای انتقال استفاده می‌شود.
در سیستم‌های MBR معمولاً از فایبرهای توخالی و غشاءهای ورقه‌ای استفاده می‌شود.
پارامترهای مهم در طراحی سیستم MBR، کنترل فولینگ یا گرفتگی، نحوه بهره‌برداری و هوادهی هستند. برای رفع مشکل گرفتگی راهکارهای مختلفی پیشنهاد می‌شود:
- شست و شوی غشاءها؛
- استفاده از افزودنی‌های ضد رسوب؛
- هوادهی به غشاء.
امروزه از روش سیستم‌های بهبودیافته بیولوژیکی حذف فسفر (EBPR) و رسوب شیمیایی برای حذف فسفر استفاده می‌کنند. مزایای روشهای غشائی بیولوژیکی باعث شده تا از ترکیب این روش‌ها با روشهای دیگر برای حذف آلاینده‌های غیرآلی استفاده شود.
واتک اولین مرکز تخصصی شتاب دهی در حوزه آب، بستری بسیار مناسب برای پرورش و تجاری سازی ایده‌های خلاقانه و نوآورانه در این حوزه می باشد . جهت ثبت طرح خود به سایت واتک مراجعه کنید.
ثبت ديدگاه