تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، که به فارسی به آن تصفیه زیستی فاضلاب گفته میشود، یکی از ارکان اصلی مدیریت فاضلاب مدرن است. این روش از قابلیت های طبیعی تجزیه زیستی میکروارگانیسم ها، به ویژه باکتری ها برای حذف آلاینده های آلی از فاضلاب استفاده می کند. این رویکرد به صرفه از نظر اقتصادی و سازگار با محیط زیست، راه حلی پایدار برای تصفیه جریان های فاضلاب شهری و صنعتی ارائه می دهد.

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب چیست؟

فاضلاب، چه از نوع بهداشتی و چه صنعتی، حاوی مقادیر قابل توجهی مواد آلی است که به عنوان یکی از اصلی‌ترین آلاینده‌ها شناخته می‌شوند. خوشبختانه، این مواد آلی به جای تبدیل شدن به یک مشکل، می‌توانند به عنوان منبع غذایی برای باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌های موجود در فاضلاب عمل کنند.

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب (Biological wastewater treatment)، روشی برای تمیز کردن فاضلاب با استفاده از موجودات زنده کوچک مانند باکتری ها و سایر میکروب ها است. این میکروب ها مانند تجزیه کننده های طبیعی عمل می کنند و زباله های آلی موجود در فاضلاب را به عنوان غذا می خورند.

تصفیه زیستی، روشی طبیعی و کارآمد است که بدون نیاز به مواد شیمیایی، از توانایی باکتری‌ها در تجزیه مواد آلی در شرایط هوازی و بی‌هوازی بهره می‌برد. این روش به طور گسترده‌ای در تصفیه فاضلاب‌های بهداشتی و صنعتی به کار گرفته می‌شود.

تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی چنانچه به نحوه صحیح بهره برداری شود یک روش نسبتاً آسان و ارزان قیمت برای آلودگی زدایی از فاضلابهای بسیاری از صنایع و منازل محسوب می شود، البته در بسیاری از موارد نیز نمی تواند بعنوان تنها روش تصفیه مطرح باشد.

فرآیندها و روشهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

بسته به وجود اکسیژن، دو روش یا فرآیند اصلی تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی وجود دارد:

• • تصفیه هوازی: این روش بر پایه وجود اکسیژن محلول عمل می کند و محیطی بهینه برای رشد باکتری های هوازی ایجاد می کند. این باکتری ها مواد آلی را به عنوان منبع اصلی غذای خود مصرف کرده و آن را به دی اکسید کربن، آب و زیست توده سلولی تبدیل می کنند. فرآیندهای رایج تصفیه هوازی عبارتند از:
    • فرآیند لجن فعال: این روش پرکاربرد از یک مخزن هوادهی دائمی استفاده می کند که در آن مخلوطی از میکروارگانیسم ها به نام لجن فعال نگهداری می شود. لجن فعال شامل توده های لجن فعال، کنسرسیومی متراکم از باکتری ها و ارگانیسم های مرتبط است که به طور مؤثر آلاینده های آلی را تجزیه می کند.
    • فیلترهای چکه ای: فاضلاب بر روی بستر محیط کشت ثابتی که توسط بیوفیلم میکروارگانیسم ها کلونیزه شده است، پاشیده یا چکه می شود. با جریان یافتن فاضلاب از میان محیط کشت، بیوفیلم آلاینده های آلی را تجزیه می کند. فیلترهای چکه ای به دلیل سادگی و استحکام شناخته شده اند.
    • تالاب های هوازی: حوضچه های بزرگی هستند که برای تصفیه فاضلاب استفاده می شوند. باکتری های موجود در تالاب ها مواد آلی موجود در فاضلاب را مصرف می کنند. تالاب های هوازی به اندازه سیستم های لجن فعال یا فیلترهای چکنده کارآمد نیستند، اما هزینه ساخت و بهره برداری از آنها کمتر است.
  • تصفیه بی هوازی: برخلاف فرآیندهای هوازی، تصفیه بی هوازی در غیاب اکسیژن محلول عمل می کند. در اینجا، مجموعه متفاوتی از باکتری ها که به نام بی هوازی شناخته می شوند، مواد آلی را از طریق یک سری واکنش های بیوشیمیایی پیچیده تجزیه می کنند. این روش به ویژه برای تصفیه جریان های فاضلاب با مقاومت بالا مناسب است و مزایای اضافی تولید بیوگاز را ارائه می دهد. بیوگاز، مخلوطی از متان و دی اکسید کربن، می تواند به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر استفاده شود.
    • هاضم های بی هوازی: این رگ های محصور محیط کنترل شده ای را برای باکتری های بی هوازی فراهم می کنند تا مواد آلی را تجزیه کنند. این فرآیند منجر به تولید بیوگاز و یک محصول جانبی لجن تثبیت شده می شود. هضم بی هوازی فناوری است که به طور گسترده برای تصفیه لجن و بازیافت زباله های آلی مورد استفاده قرار میگیرد.

نقش اکسیژن و مواد آلی در تصفیه بیولوژیکی

باکتری‌های موجود در فاضلاب برای فعالیت خود به دو عنصر کلیدی نیاز دارند: اکسیژن و منبع غذایی. در شرایط هوازی، باکتری‌ها از اکسیژن موجود در فاضلاب برای تجزیه مواد آلی استفاده می‌کنند. در مقابل، در شرایط بی‌هوازی، مواد آلی تجزیه شده و اکسیژن آزاد شده از آن توسط میکروارگانیسم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از آنجائیکه مسئول تصفیه بیولوژیکی، موجودات زنده موجود در فاضلاب می باشند تغییرات دما و کیفیت فاضلاب، وجود مواد سمی و هر نوع تغییر یا شوک ممکن است سیستم تصفیه را مختل سازد، چون فعالیت میکروبها صرفاً در شرایط محدودی امکان پذیر است. لذا در اتخاذ این روش جهت تصفیه فاضلاب مسائل فوق باید مورد مراقبت قرار گیرد. برای جلوگیری از ایجاد شوک انجام یکنواخت سازی یا شکل گیری از پیش تصفیه معمولاً ضروری می باشد.

مزایای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به دلیل توانایی آن در استفاده از فرآیندهای طبیعی برای تصفیه فاضلاب برجسته است و مزایای زیادی نسبت به روش های دیگر ارائه می دهد. در اینجا نگاهی دقیق تر به برخی از مزایای کلیدی آن آورده شده است:

1. حذف موثر آلاینده ها: در قلب درمان بیولوژیکی، مجموعه ای از میکروارگانیسم ها مانند باکتری ها و تک یاخته ها قرار دارد. این اسب های کار کوچک آلاینده های آلی را مصرف می کنند و آنها را به ترکیبات ساده تر و کم ضررتر تجزیه می کنند. این امر به طور قابل توجهی تقاضای اکسیژن شیمیایی (COD) فاضلاب را کاهش می دهد، که یک شاخص کلیدی از آلودگی آلی است که می تواند سطح اکسیژن را در رودخانه ها و نهرها کاهش دهد. با کاهش COD، تصفیه بیولوژیکی از سلامت اکوسیستم های آبی محافظت می کند.
2. مقرون به صرفه بودن: در مقایسه با روش های تصفیه شیمیایی که به افزودن مواد شیمیایی برای خنثی کردن یا حذف آلاینده ها متکی هستند، درمان بیولوژیکی اغلب هزینه کمتری دارد. سیستم های بیولوژیکی در درجه اول نیاز به حفظ یک محیط مناسب برای رشد میکروارگانیسم ها دارند که شامل مدیریت عواملی مانند سطح اکسیژن و در دسترس بودن مواد مغذی است. این به معنای کاهش هزینه های عملیاتی در طول زمان است.
3. تطبیق پذیری: یک نقطه قوت قابل توجه تصفیه زیستی پساب توانایی آن در مدیریت طیف وسیعی از ترکیبات فاضلاب ورودی است. چه با فاضلاب خانگی مملو از مواد آلی و چه با فاضلاب صنعتی حاوی مواد شیمیایی خاص سر و کار دارید، سیستم های تصفیه بیولوژیکی را می توان برای هدف قرار دادن آن آلاینده های خاص طراحی یا تطبیق داد. این آنها را به یک راه حل بسیار همه کاره برای نیازهای مختلف تصفیه فاضلاب تبدیل می کند.
4. کاهش تولید لجن: یکی از چالش های مرتبط با برخی روش های تصفیه فاضلاب، تولید حجم زیادی از لجن است، محصول جانبی که نیاز به دفع مناسب دارد. با این حال، تصفیه بیولوژیکی فاضلاب اغلب لجن کمتری تولید می کند. این امر مدیریت لجن را ساده می کند و هزینه های مربوط به حمل و نقل و دفع مقادیر زیادی از مواد زائد را کاهش می دهد.
5. پایداری: تصفیه بیولوژیکی فرآیندهای تخریب زیستی طبیعی را که در محیط رخ می دهد تقلید می کند. این رویکرد ذاتاً پایدار، استفاده از مواد شیمیایی خشن را به حداقل می رساند و ردپای زیست محیطی فرآیند تصفیه فاضلاب را کاهش می دهد. در برخی موارد، مانند هضم بی‌هوازی، تصفیه بیولوژیکی حتی می‌تواند بیوگاز (مانند متان) تولید کند که می‌تواند جذب و به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر استفاده شود و به مزایای زیست‌محیطی آن اضافه شود.

در نتیجه، تصفیه زیستی فاضلاب یک رویکرد ایمن، کارآمد، مقرون به صرفه و پایدار برای تصفیه پساب های مختلف ارائه می دهد. از حذف موثر آلاینده ها تا سازگاری و طبیعت دوستدار محیط زیست، تصفیه بیولوژیکی راه حلی قانع کننده برای انواع نیازهای مدیریت فاضلاب ارائه می دهد.

عوامل موثر در رشد بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب

برای طراحی واحدهای تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی فراهم سازی شرایط مناسب و محیطی کنترل شده برای رشد توده میکروبی ضروری می باشد. زیرا این توده بیولوژیکی با مصرف مواد آلی باعث حذف عوامل آلاینده و تصفیه فاضلاب می شوند. مهمترین این عوامل به شرح زیر می باشند:

• درجه حرارت: عمده باکتریهای که در تصفیه فاضلاب اهمیت دارند از گونه مزوفیلیک می باشند.
• pH: عمده میکرواورگانیسم های که در تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند در pH خنثی بهترین عملکرد را دارند.
• مواد مغذی: علاوه بر مواد آلی موجود در فاضلاب میکرواورگانیسم ها نیاز به مواد مغذی از قبیل ازت و فسفر دارند.
• اکسیژن مورد نیاز: میکرواورگانیسم های هوازی برای فعالیت نیاز به اکسیژن دارند. میزان اکسیژن با توجه به نوع فرآیند متغیر می باشد. کنترل شرایط زیست محیطی این اطمینان را به وجود می آورد که میکرواروگانیسم ها یک محیط مناسب برای رشد در اختیار داشته باشند. برای حصول اطمینان از رشد میکرواورگانیسم ها باید آنها برای مدت کافی در درون سیستم برای تولید مجدد باقی بمانند. این مدت زمان بستگی به آهنگ رشد میرواورگانیسم ها بوده و مستقیما در ارتباط با آهنگ سوخت و ساز و یا مصرف مواد غذایی فاضلاب است. در شرایط زیست محیطی کنترل شده مناسب، تثبیت موثر فاضلاب توسط آهنگ رشد میکرواورگانیسم ها قابل دسترسی است.

کاربردهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب نقش مهمی در حفظ سلامت عمومی و کیفیت محیطی در بخش‌های مختلف دارد:

• تصفیه خانه های فاضلاب شهری: این تاسیسات در مقیاس بزرگ فاضلاب کل جوامع را مدیریت می کنند. فرآیند تصفیه از میکروب‌ها برای تجزیه مواد آلی و سایر آلاینده‌ها استفاده می‌کند و غلظت آنها را قبل از تخلیه مجدد آب به محیط زیست یا حتی استفاده مجدد بالقوه برای آبیاری به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• تصفیه خانه های فاضلاب صنعتی: تاسیسات صنعتی مانند کارخانه ها، کارخانه های فرآوری مواد غذایی و پالایشگاه های نفت، فاضلابی تولید می کنند که اغلب حاوی آلاینده های خاصی است. تصفیه بیولوژیکی یک راه حل همه کاره را با استفاده از میکروب های طراحی شده برای هدف قرار دادن و تجزیه این آلاینده ها ارائه می دهد و اطمینان حاصل می کند که فاضلاب تصفیه شده قبل از انتشار، مقررات زیست محیطی را رعایت می کند.
• سیستم‌های تصفیه پساب در محل: برای مکان‌هایی که به سیستم‌های فاضلاب شهری متصل نیستند، سیستم‌های سپتیک به عنوان یک راه‌حل حیاتی بهداشتی عمل می‌کنند. این مخازن از ترکیبی از مخزن ته نشینی و زهکشی استفاده می کنند. مخزن اجازه می دهد تا جامدات ته نشین شوند، در حالی که زهکشی اجازه می دهد تا پساب مایع در خاک نفوذ کند، جایی که میکروب های موجود در خاک به طور طبیعی فاضلاب را تصفیه می کنند.
• تالاب های تصفیه مصنوعی: این اکوسیستم های مهندسی شده تالاب های طبیعی را تقلید می کنند و رویکردی پایدار برای تصفیه فاضلاب، به ویژه برای جوامع کوچکتر یا منازل مسکونی ارائه می دهند. فاضلاب از طریق یک تالاب ساخته شده جریان می یابد، جایی که ترکیبی از باکتری ها، گیاهان و سایر میکروارگانیسم ها با هم کار می کنند تا آب را تمیز کنند. تالاب های ساخته شده مزیت بیشتری از ایجاد زیستگاه حیات وحش و ارتقای تنوع زیستی دارند.

تصفیه زیستی فاضلاب به عنوان یک روش قابل اعتماد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای تصفیه فاضلاب برجسته است. با استفاده از قدرت میکروب ها، این فناوری نقش مهمی در حفاظت از منابع آب و سلامت عمومی ایفا می کند.

مراحل تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی

تصفیه زیستی فاضلاب یک شگفتی از تجزیه زیستی طبیعی است که برای اهداف زیست محیطی حیاتی مهار می شود. در اینجا به بررسی عمیق‌تر مراحل مربوطه می‌پردازیم:

1. پیش تصفیه:این مرحله غربالگری اولیه به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می کند و زباله های بزرگی مانند کهنه ها، چوب ها و ضایعات مواد غذایی را با استفاده از صفحه نمایش میله از بین می برد. مخازن حذف شن و ماسه، شن و سایر مواد معدنی که می توانند به پمپ ها و سایر تجهیزات در پایین دست آسیب برسانند، ته نشین می شوند.
2. تصفیه اولیه:فاضلاب وارد مخازن ته نشینی بزرگی می شود که در آن گرانش اثر می گذارد. جامدات معدنی سنگین‌تر مانند شن و ماسه به‌ عنوان لجن در کف می‌نشینند، در حالی که مواد آلی سبک‌تر مانند چربی‌ها و روغن‌ها روی سطح شناور می‌شوند و لایه‌ای از کف را تشکیل می‌دهند. کفگیرها کف را جدا می کنند و لجن ته نشین شده برای تصفیه و دفع بیشتر خارج می شود.
3. تصفیه بیولوژیکی (قلب فرآیند):این جایی است که سحر و جادو اتفاق می افتد! میکروارگانیسم ها به بازیگران کلیدی تبدیل می شوند و آلاینده های آلی پیچیده موجود در فاضلاب را تجزیه می کنند. روش‌های مختلفی را می‌توان به کار گرفت که هر یک محیط ایده‌آلی را برای رشد میکروب‌های خاص ایجاد می‌کنند. این روش های هوازی و بی هوازی کمی قبل تر در همین مقاله توضیح داده شده است.
4. تصفیه ثانویه:پس از تصفیه بیولوژیکی، فاضلاب ممکن است همچنان حاوی برخی میکروارگانیسم ها، مواد آلی و هر گونه لخته حاصل از فرآیند هوازی باشد. تصفیه ثانویه این موارد را از طریق ته نشینی یا فیلتراسیون حذف می کند. می توان از مخازن ته نشینی مشابه آنهایی که در تصفیه اولیه استفاده می شود دوباره استفاده کرد، یا ممکن است از یک بیوراکتور غشایی (MBR) استفاده شود. MBR ها از غشاهای ظریفی استفاده می کنند که در حین به دام انداختن جامدات و میکروارگانیسم ها به آب اجازه عبور می دهد.
5. ضد عفونی (اختیاری):مرحله نهایی تصفیه بستگی به استفاده مورد نظر از پساب تصفیه شده و مقررات محلی دارد. اگر قرار است پساب تصفیه شده به رودخانه رها شود یا برای آبیاری مجدد استفاده شود، ممکن است یک مرحله ضد عفونی برای از بین بردن هر گونه پاتوژن باقیمانده (باکتری های مضر) ضروری باشد. روش‌های رایج ضدعفونی شامل کلرزنی (با استفاده از کلرزن) است که آب را در معرض گاز یا مایع کلر قرار می‌دهد، یا تابش اشعه ماوراء بنفش (UV) که از نور ماوراء بنفش برای کشتن میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌کند.
6. تصفیه و دفع لجن:در طول فرآیند تصفیه، مواد جامد به صورت لجن انباشته می شوند. این لجن در درجه اول از میکروارگانیسم ها، مواد معدنی و مواد آلی هضم نشده تشکیل شده است. هدف تصفیه لجن کاهش حجم آن و تثبیت آن برای دفع مناسب یا استفاده مجدد بالقوه است. فرآیندهای غلیظ کردن آب اضافی را از لجن حذف می کند و مخازن هضم می توانند محتوای آلی را از طریق عملکرد میکروارگانیسم ها کاهش دهند. لجن تصفیه شده بسته به کیفیت و مقررات آن می تواند دفن شود، سوزانده شود یا حتی برای مصارف کشاورزی کمپوست شود.

تصفیه پساب به روش زیستی یک فرآیند پیچیده اما حیاتی است که از سلامت عمومی و کیفیت محیطی محافظت می کند. با استفاده از قدرت میکروب‌ها، می‌توانیم فاضلاب را به منبع پاک‌تری تبدیل کنیم.

قابلیت تجزیه پذیری بیولوژیکی فاضلاب

برای انجام یک تصفیه موفق به روش بیولوژیکی، فاضلاب باید دارای مقادیر قابل توجهی مواد آلی باشد و اجزا دیگر موجود در فاضلاب نباید مانع از انجام فرآیند زیستی گردند. مقدار مواد آلی در یک فاضلاب توسط مقادیر BOD و COD فاضلاب نشان داده می شود از آنجا که BOD مقدار اکسیژن مورد نیاز میکرواورگانیسم ها جهت از بین بردن مواد آلی است و COD برای اکسید کردن مواد آلی از نظر شیمیایی (بدون در نظر گرفتن تجزیه بیولوژیکی) از این رو تفاوت میان مقادیر COD و BOD نشان دهنده مواد آلی قابل تجزیه غیر بیولوژیکی خواهد بود.

از این رو به طور مشابه نسبت COD:BOD می تواند علامتی باشد مبنی بر اینکه یک فاضلاب برای تصفیه شدن به روش بیولوژیکی چقدر مناسب است. از آن جا که مقدار آزمایش COD همیشه بیشتر از مقدار BOD است نسبت COD:BOD باید همیشه بزرگتر از 1 باشد.

در هر حال مشخص شده فاضلاب های با نسبت COD:BOD معادل 3 یا کمتر را می توان به طور موفقیت آمیزی با فرآیند های بیولوژیکی تصفیه نمود. معمولا در فاضلاب های صنعتی این نسبت بسیار متغیر است به عنوان مثال در فاضلاب صنایع تولید رنگ دانه نسبت COD:BOD برابر 80:1 است. ولی در فاضلاب های بهداشتی همیشه مقدار COD حدود 2 برابر BOD می باشد.

شرکت مهندسی فراب زیست فراز با سابقه ای درخشان در امر طراحی و ساخت پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی با فرآیندهای گوناگون پاسخگوی نیازهای شما در امر تجهیزات و سیستمها تصفیه فاضلاب خواهد بود.