تصفیه فاضلاب به روش رشد چسبیده

اساس کار روش بیولوژیکی تصفیه فاضلاب

اساس روش‌های بیولوژیکی حذف مواد آلاینده با انجام یکسری واکنش بیولوژیکی بین آلاینده و میکروارگانیسم‌ها و تشکیل بیوفیلم بر روی یک بستر است.
برای آشنا شدن بهتر با روش‌های بیولوژیکی لازم است مراحل تشکیل بیوفیلم را بهتر بشناسیم.
به طور کلی روش‌های بیولوژیکی تصفیه آب را به 5 دسته اصلی تقسیم می‌کنند .
در ادامه به بررسی اجمالی هر یک از آن‌ها می‌پردازیم.

1) فیلترهای با بستر روان (فیلتر شنی و مهره‌ای)

در روش فیلتر شنی مقدار زیادی شن یا ماسه درون مخزنی به صورت معلق قرار می‌گیرد.
باکتری‌ها و سایر میکروارگانیسم‌ها بر روی دانه‌های شن یا ماسه که به صورت معلق هستند قرار داده شده و با استفاده از اکسیژن آب درون مخزن و نیز سایر مواد مغذی، تغذیه کرده و رشد می کنند.

2) تماس‌دهنده‌های بیولوژیکی گردشی (RBC)

تماس‌دهنده‌های بیولوژیکی گردشی (RBC) شامل صفحات مدور و نزدیک به هم از جنس پلی استر یا پلی ونیل کلراید هستند.

3) بیودرام (استوانه زیستی گردان)

در روش بیودرام یا استوانه زیستی گردان، به جای صفحات چرخان، استوانه‌هایی قرار داده شده است که سطح بیشتری را برای تماس فاضلاب با میکروارگانیسم ها فراهم کرده و هوادهی بیشتری را نیز منجر می شود.
جریان پساب پس از ورود به دستگاه به صورت دورانی به چرخش در می‌آید و پساب توسط باکتری‌ها تصفیه می‌شود.

4) بیو فیلترهای قطره‌ای

استفاده از بیوفیلترهای قطره‌ای که یکی از با سابقه‌ترین روش‌های بیولوژیکی است، شامل یک بستر محکم از جنس PVC است که با میکروارگانیسم‌ها پوشیده شده و درون یک مخزن قرار می‌گیرد. با عبور پساب از لایه‌های بالایی بستر و مواجهه آن با میکروارگانیسم‌ها، عملیات تصفیه انجام شده و آب خالص درون مخزن انتهایی جمع می شود.

5) بیو فیلتر های شناور (MBBR)

در این روش باکتری‌ها روی بستر متخلخلی از جنس سنگ، ماسه، و مواد پلاستیکی رشد می‌کنند و در زیر آب غوطه ور می‌باشد. استفاده از فیلترهای غوطه ور به گونه ایست که جریان آب بطور عمودی پایین به بالا و یا بالا به پایین حرکت می‌کند و در برخی موارد افقی از میان فیلتر می‌گذرد که در این صورت فیلتر جریان افقی نامیده می‌شود.

در بین روش‌های تصفیه فاضلاب بیولوژیکی، روش MBBR به دلیل مزایای مختلفی که دارد بیش از سایر روش‌ها مورد توجه است. مزایای این روش عبارتند از تجمع بیشتر توده زیستی، بازده بیشتر فرایند تصفیه، عدم ته نشین شدن بسترها، قابلیت استفاده از تمام ظرفیت محفظه، بدون نیاز به بازیافت لجن، سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه نگهداری کم و فضای کوچک مورد نیاز.

1-1- مراحل تشکیل بیو فیلم در تصفیه فاضلاب

در روش‌های بیولوژیکی میکروارگانیسم‌ها بر روی بستری از مواد مختلف به ‌صورت متصل رشد کرده و با عبور جریان فاضلاب از سطح بستر، آلاینده‌های مختلف همچون مواد آلی جذب و تجزیه می‌شوند.
مراحل تشکیل بیو فیلم در فرایندهای تصفیه فاضلاب را می‌توان به ۵ مرحله اصلی تقسیم کرد که عبارتند از:

1) مرحله اول:

در این مرحله میکروارگانیسم‌های پلانکتونی یک اتصال اولیه‌ با سطح ایجاد می‌کنند که در محیط آبی اتفاق می‌افتد.

2) مرحله دوم:

در مرحله بعدی، اتصال اولیه از طریق تجمع بیشتر میکروارگانیسم‌ها در سطح ماده و برقراری پیوند هیدروژنی، تبدیل به یک پیوند قوی‌تر می‌شود.

3) مرحله سوم:

با گذشت زمان یک لایه‌ از میکروکلونی‌ها بر روی سطح تشکیل می‌شود.

4) مرحله چهارم:

در مرحله چهارم با افزایش اتصال باکتری‌ها به سطح ساختار سه بعدی بیو فیلم شکل پیدا می‌کند.

5) مرحله پنجم:

در اثر فرایندهای اکتیو و پسیوی که در ادامه اتفاق می‌افتد، سلو‌ل‌های بیوفیلم منبسط شده و در محیط آبی پخش می‌شوند.

1-2- بسترهای نوین مورد استفاده در تصفیه بیولوژیکی

در روش MBBR از بسترهای مختلفی برای رشد فیلم میکروبی استفاده می‌کنند.
این بسترها می‌توانند به صورت طبیعی باشند؛ مثل شن، سنگ ریزه، شیشه یا پودرهای فلزی؛ سنتزی باشند مثل پلی یورتان، پلی اتیلن و پلی وینیل الکل که بیشتر در سال‌های گذشته توسعه پیدا کرده‌اند.
لازمست که بسترها دارای سطح ویژه در دسترس بالایی باشند تا میکروارگانیسم‌ها بتوانند در سطح آن‌ها به راحتی رشد کنند.

1-3- بسترهای مبتنی بر فناوری نانو

در دهه‌های اخیر فناوری نانو توانسته جایگاه خود را در فعالیت‌های روزمره بشر به خوبی باز کند. یکی از مواد نانو که توانسته کاربردهای فراوانی را به خود اختصاص دهد، نانوالیاف هستند. در سال‌های گذشته تلاش‌های زیادی بر روی انواع کاربردهای نانوالیاف بسیار کار شده ‌است که به خاطر خواص شیمیایی منحصر به فرد نانوالیاف ناشی از سطح ویژه بالا و ساختار متخلخل آن‌ها است.
این خواص مناسب نانوالیاف پلیمری سبب شده تا از این ماده بعنوان بهترین گزینه در کاربردهای مختلف استفاده شود.

کاربردهایی همچون تقویت کننده‌ها، بافت‌های مهندسی، مرهم زخم، سیستم‌های رهایش دارو، سلول‌های خورشیدی، سلول‌های نوری، سنسورها، فیلترهای مخصوص و روپوش محافظ، از جمله کاربردهای امروزی نانوالیاف هستند.
ویژگی‌های نانوالیاف باعث شده تا کاربردهای آن در صنعت تصفیه آب نیز توسعه پیدا کند.
یکی از مهمترین کاربردهای نانوالیاف در تصفیه آب حذف آلاینده‌های سمی و آلی است.

توضیحات روش های تصفیه فاضلاب مبتنی بر فناوری نانو

در بین روش‌های تصفیه فاضلاب، روش‌های بیولوژیکی با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد بسیار مورد توجه هستند. ویژگی‌های همچون حذف مواد آلی و آسیب کمتر به محیط زیست باعث شده تا امروزه از این روش برای تصفیه فاضلاب بیشتر استفاده شود. یکی از اجزای اصلی در روش‌های بیولوژیکی، بستر رشد بیوفیلم است.

از جمله ویژگی‌های یک بستر مناسب می‌توان به ایجاد محلی مناسب برای تجمع میکروارگانیسم‌ها، پایداری فیزیکی و شیمیایی، مورفولوژی سطح، سطح ویژه بالا، دانسیته نسبی در مقایسه فاضلاب و اندازه مناسب برای به کار بردن در سیستم تصفیه فاضلاب، را نام برد. با در نظر گرفتن ویژگی‌هایی که گفته شد، ساختار نانوالیاف به گونه‌ای است که می‌تواند بستر مناسبی برای انجام واکنش‌های بیولوژیکی بوده و فرایند تخریب زیستی را سرعت ببخشد.

بررسی پارامترهایی همچون بازده حذف مواد سمی، پایداری بستر و نانوالیاف، سرعت رشد میکروارگانیسم‌ها در سطح بستر نانوالیاف و خواص جذب این دسته از بسترها نشان می‌دهد که می‌توان از فناوری نانو بعنوان یکی از راه‌کارهای مناسب در تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی استفاده کرد.
با توجه به این پتانسیل‌ها می‌توان در مواردی که سایر روش‌ها پاسخگو نیستند، از بسترهای نانوالیاف استفاده کرد.

1-4- بسترهای متخلخل مهندسی شده

در انتخاب یک بستر نکته اول اینست که لزوماً سطح ویژه هر چه بیشتر باشد، بازده بهتر نخواهد شد.
باید توجه داشت که تنها سطحی که در دسترس است می‌تواند عملکرد را بهبود بخشد.
شما لزوماً نمی‌توانید با ساخت یک ماده با سطح ویژه بسیار زیاد و متخلخل بازدهی را افزایش دهید.
سطح موثر سطحی است که در دسترس میکروارگانیسم‌ بوده تا بتوانند با محیط یا همان فاضلاب تبادل جرم داشته باشند.
با توجه به این مفهوم، نمی‌توان تنها با ایجاد حفره در بسترها این شرایط را فراهم کرد.

پیش نیاز اصلی برای تصفیه فاضلاب به روش MBBR تثبیت میکروارگانیسم‌ها در سطح بستر است.
در این روش بازده حذف به روش بیولوژیکی با استفاده از سطح ویژه فعال بستر سنجیده می‌شود.
دست یابی به سطح ویژه فعال بیشتر در بستر وابسته به دو عامل اصلی است:

اول:
سطح ویژه موثر در دسترس باید محافظ میکروارگانیسم‌ها بوده تا بتوانند در آن سطح زنده مانده و تولید مثل کنند.

دوم:
این سطح باید حداکثر قابلیت انتقال جرم موادی مثل اکسیژن و محصولات متابولیک را بین میکروارگانیسم‌ها و فاضلاب فراهم کنند.

مطالعات نشان داده است که حتی در شرایطی که غلظت آلودگی میکروبی بسیار بالا باشد، به گونه‌ای که بتوانند به راحتی در دسترس سطح بستر قرار گیرند،
اگر هندسه و ساختار بستر مناسب نباشد، عدم انتقال جرم به لایه‌های داخلی و عمیق‌تر باعث کاهش تشکیل بیوفیلم می‌شود.
همین مسئله باعث کاهش بازده تخریب زیستی در طی فرایند تصفیه بیولوژیکی می‌شود.

بیشتر بخوانیم :
سرمایه گذاری در پروژه های آب و فاضلاب
تصفیه آب در صنایع شیلات و پرورش ماهی
تصفیه و دفع لجن
فرآیند لجن فعال

Please follow and like us: