تصفیه فاضلاب دامداری

فاضلاب دام و طیور، خطری جدی برای آلودگی محیط زیست محسوب می‌شود و منجر به افزایش بار بیماری و مرگ‌های زودرس می‌گردد. این پساب با ویژگی‌هایی نظیر تقاضای شیمیایی اکسیژن بالا، تقاضای بیولوژیکی اکسیژن بالا، مواد جامد معلق، فلزات سنگین، عوامل بیماری‌زا و آنتی‌بیوتیک‌ها، در کنار سایر آلاینده‌ها، شناخته می‌شود. این آلاینده‌ها تأثیر منفی بر کیفیت خاک، آب‌های زیرزمینی و هوا داشته و خطری بالقوه برای سلامت انسان به شمار می‌روند. بسته به ویژگی‌های خاص پساب دامداری ها، از جمله نوع و غلظت آلاینده‌های موجود، راهبردهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی متعددی برای تصفیه فاضلاب دامداری ها توسعه یافته است.

فاضلاب دامداری: منبع آب غیرمتعارف و چالش‌های زیست‌محیطی

فاضلاب دامداری، که از فعالیت‌های مربوط به نگهداری و پرورش انواع دام نظیر گوسفند، گاو و طیور حاصل می‌شود، به عنوان یک منبع آب غیرمتعارف با اهمیت فزاینده در بخش کشاورزی شناخته شده است. این نوع پساب، به ویژه در کشورهای توسعه‌یافته و مناطق نیمه‌خشک در حال توسعه، به منظور جبران کمبود شدید منابع آب، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، مدیریت و تصفیه اصولی فاضلاب دامداری به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد و اثرات بالقوه آن بر محیط زیست، از اهمیت بسزایی برخوردار است.

بر اساس مقررات زیست محیطی موجود در کشورهای مختلف، واحدهای صنعتی دامپروری موظف به تجهیز تاسیسات خود به سیستم‌های تصفیه فاضلاب جهت کاهش خطرات ناشی از پساب تولیدی خود هستند. در غیر این صورت، در برخی از کشورها، قوانین زیست‌محیطی، کشاورزان را ملزم به پرداخت هزینه‌های مربوط به جمع‌آوری و تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه‌های شهری می‌نمایند. این امر نشان‌دهنده اهمیت روزافزون مدیریت صحیح فاضلاب دامداری و جلوگیری از آلودگی آب است.

ویژگی‌های کلیدی پساب دامداری

• نیاز بالای اکسیژن بیولوژیکی (BOD): این شاخص نشان‌دهنده میزان مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی موجود در فاضلاب است.
• نیاز بالای اکسیژن شیمیایی (COD): این شاخص بیانگر کل مواد آلی قابل اکسید شدن در فاضلاب می‌باشد.
• غلظت بالای مواد مغذی: فاضلاب دامداری غنی از مواد مغذی از جمله نیتروژن و فسفر است که می‌توانند به عنوان کود برای محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، غلظت بیش از حد این مواد می‌تواند منجر به آلودگی منابع آب شود.
• وجود مواد جامد معلق: این مواد شامل ذرات ریز و درشتی هستند که باعث کدورت و تیرگی آب می‌شوند.
• حضور عوامل بیماری‌زا: فاضلاب دامداری ممکن است حاوی انواع باکتری‌ها، ویروس‌ها و انگل‌های بیماری‌زا باشد که می‌توانند سلامت انسان و حیوانات را به خطر اندازند.

با توجه به این ویژگی‌ها و در نظر گرفتن سطح تصفیه فاضلاب مورد نیاز برای استفاده مجدد از آن در آبیاری یا تخلیه ایمن به منابع آبی سطحی نظیر رودخانه‌ها و آب‌های طبیعی، پیکربندی‌های متنوعی از تصفیه خانه‌های فاضلاب برای واحدهای دامپروری توسعه یافته است. هدف اصلی از این تاسیسات، کاهش خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی ناشی از فاضلاب دامداری است.

چرا تصفیه فاضلاب دامداری اهمیت دارد؟

1. نگرانی‌های زیست‌محیطی: فاضلاب دامپروری ها می‌تواند منابع آبی، خاک و هوا را آلوده کند و باعث مشکلاتی مانند اوتریفیکاسیون (افزایش مواد مغذی در آب و رشد بیش از حد جلبک‌ها)، کاهش کیفیت آب و انتشار گازهای گلخانه‌ای شود.
2. خطرات برای سلامت انسان: فاضلاب تصفیه‌ نشده می‌تواند حاوی عوامل بیماری‌زا و باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک باشد که تهدیدی برای سلامت عمومی محسوب می‌شود.
3. اثرات اقتصادی: آلودگی ناشی از پساب دامداری ممکن است منجر به هزینه‌های بالای پاک‌سازی و جریمه‌های زیست‌محیطی شود.

همچنین از دیگر پساب های مشابه که تصفیه آن ضروری میباشد میتوان به تصفیه فاضلاب کشتارگاه اشاره کرد.

آلاینده‌های متداول در پساب دامپروری ها

ترکیب دقیق فاضلاب دامداری ها به عوامل متعددی از جمله نوع دام (گاو، گوسفند، خوک، طیور و غیره)، روش‌های نگهداری، نوع خوراک مصرفی و فرآیندهای تولید (مانند شیردوشی) بستگی دارد. با این حال، به طور کلی، آلاینده‌های آلی عمده‌ای که در فاضلاب دام با آن‌ها مواجه می‌شویم عبارتند از:

• کربوهیدرات‌ها
• پروتئین‌ها
• چربی‌ها (به ویژه در فاضلاب ناشی از شیردوشی)

علاوه بر آلاینده‌های آلی، فاضلاب دامپروری حاوی مقادیر قابل توجهی از مواد زیر نیز می‌باشد:

• ماده آلی بالا: میزان مواد آلی موجود در فاضلاب با پارامترهایی مانند اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD) اندازه‌گیری می‌شود که نشان‌دهنده مقدار اکسیژن لازم برای تجزیه مواد آلی است.
• مواد مغذی: نیتروژن و فسفر از جمله مواد مغذی موجود در فاضلاب هستند که می‌توانند باعث رشد بیش از حد جلبک‌ها و کاهش اکسیژن محلول در منابع آبی شوند.
• عوامل بیماری‌زا: شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها و انگل‌هایی که می‌توانند موجب بیماری‌های مختلف شوند.
• فلزات سنگین: ناشی از افزودنی‌های خوراک دام و سایر منابع که در محیط تجمع پیدا می‌کنند.
• آنتی‌بیوتیک‌ها: داروهایی که در پرورش دام استفاده می‌شوند و ممکن است به مقاومت آنتی‌بیوتیکی در محیط کمک کنند.
• رنگ
• مواد جامد معلق زیاد
• نیتروژن
• فسفر
• باکتری‌های بیماری‌زا، از جمله E. coli، مخمرها، کپک‌ها، باکتری‌های کلیفرم و استافیلوکوکوس اورئوس. این عوامل بیماری‌زا می‌توانند در صورت عدم مدیریت و تصفیه صحیح، این دسته از فاضلاب‌ها را به فاضلاب‌های سمی تبدیل کنند و خطرات جدی برای سلامت عمومی ایجاد نمایند.

جدول 1: ویژگی های فاضلاب تصفیه نشده دامداری

روش‌های تصفیه فاضلاب دامداری

تصفیه پساب دامداری ها شامل فرآیندهای مختلفی برای حذف آلاینده‌ها و دفع ایمن آن در چرخه آب است. در دهه های اخیر، روش‌های متعددی در زمینه تصفیه فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی توسعه یافته و به کار گرفته شده‌اند.

روش‌های فیزیکی شامل ته‌نشینی، شناورسازی و فیلتراسیون است که برای حذف ذرات جامد و سایر آلودگی‌های معلق از فاضلاب استفاده می‌شود. در مقابل، روش‌های بیولوژیکی از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه مواد آلی موجود در فاضلاب بهره می‌گیرند. از جمله رایج‌ترین این روش‌ها می‌توان به هوادهی، لجن فعال و هضم بی‌ هوازی اشاره کرد.

روش‌های شیمیایی از موادی مانند کلر، پراکسید هیدروژن و اوزون برای ضدعفونی فاضلاب و از بین بردن عوامل بیماری‌زا استفاده می‌کنند. علاوه بر این، تنظیم pH و افزودن مواد منعقد کننده مانند آلوم یا آهک به‌منظور لخته‌ سازی و ته‌نشینی آلاینده‌ها نیز در این دسته قرار می‌گیرد.

علاوه بر این روش‌ها، ترکیب فرآیندهای فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی نیز به‌ عنوان رویکردی کارآمد در حذف آلاینده‌های فاضلاب مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از نمونه‌های این فناوری‌های ترکیبی در تصفیه فاضلاب دامداری‌ها، استفاده از تالاب‌های مصنوعی است. همچنین، روش‌های پیشرفته‌ای مانند فیلتراسیون غشایی، اسمز معکوس و فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته برای حذف آلاینده‌های محلول توسعه یافته‌اند.

هر یک از این روش‌ها بسته به ارزش اقتصادی و محیط‌ زیستی خود، دارای مزایا و محدودیت‌هایی هستند. با این حال، انتخاب مناسب‌ترین فناوری به ویژگی‌های خاص فاضلاب، از جمله نوع و غلظت آلاینده‌های موجود و سطح مورد انتظار تصفیه بستگی دارد. تاکنون، برای تصفیه فاضلاب با بار آلودگی بالا در دامداری‌ها، از روش‌های متنوعی استفاده شده است، اما همچنان نیاز به توسعه فرآیندهای کارآمدتر احساس می‌شود.

1. تصفیه فیزیکی:
   • سرند و ته‌نشینی: حذف ذرات درشت و جامدات معلق از طریق استفاده از توری‌ها و مخازن ته‌نشینی.
   • انعقاد و لخته‌سازی: استفاده از مواد شیمیایی برای تجمع ذرات ریز و تسهیل جداسازی آن‌ها.
   • شناورسازی با هوای محلول (DAF): استفاده از حباب‌های هوا برای جداسازی جامدات معلق از فاضلاب.
2. تصفیه شیمیایی:
   • الکترواگولاسیون: استفاده از جریان الکتریکی برای انعقاد و حذف آلاینده‌ها.
   • اکسیداسیون با ازن: استفاده از گاز ازن برای اکسید کردن و حذف آلاینده‌ها.
   • رسوب‌دهی شیمیایی: استفاده از مواد شیمیایی برای رسوب دادن آلاینده‌ها و حذف آن‌ها از محلول.
3. تصفیه بیولوژیکی:
   • تصفیه بی‌هوازی: استفاده از میکروارگانیسم‌ها در غیاب اکسیژن برای تجزیه مواد آلی.
   • تصفیه هوازی: استفاده از میکروارگانیسم‌ها در حضور اکسیژن برای تجزیه مواد آلی.
   • تالاب‌های مصنوعی: تقلید از عملکرد تالاب‌های طبیعی برای فیلتر کردن و تصفیه فاضلاب با استفاده از گیاهان و میکروارگانیسم‌ها.
   • تصفیه فاضلاب دامداری با استفاده از میکروجلبک‌ها (MbLWT): استفاده از میکروجلبک‌ها برای جذب آلاینده‌ها و تثبیت دی‌اکسید کربن موجود در جو.
4. تصفیه ترکیبی:
   • ترکیب روش‌های مختلف برای دستیابی به بهترین نتایج ممکن در کاهش آلاینده‌ها و بهبود کیفیت پساب.

مراحل تصفیه فاضلاب دامداری

تصفیه پساب دامپروری ها معمولاً شامل سه مرحله اصلی است: پیش‌ تصفیه (جداسازی مواد جامد)، تصفیه زیستی (تصفیه بی‌ هوازی فاضلاب یا تصفیه فاضلاب هوازی) و در نهایت گندزدایی و شفاف‌سازی برای تخلیه به محیط. در ادامه، جزئیات هر یک از این مراحل توضیح داده شده است:

۱. پیش‌تصفیه (تصفیه اولیه)

• سرند و غربال‌گری: حذف زباله‌های درشت مانند شاخه‌های چوب، پلاستیک و سایر مواد جامد که ممکن است به تجهیزات آسیب برسانند.
• ته‌ نشینی: جداسازی ذرات سنگین‌تر از فاضلاب که در کف مخزن رسوب کرده و لجن تشکیل می‌دهند.
• انعقاد و لخته‌سازی: فرایندهایی که باعث چسبیدن ذرات معلق ریز به یکدیگر می‌شوند تا ته‌ نشینی آن‌ها تسهیل شود.
• شناورسازی با هوای محلول: استفاده از حباب‌های ریز هوا برای بالا آوردن مواد جامد به سطح آب، جایی که می‌توان آن‌ها را جدا کرد.

۲. تصفیه زیستی (بیولوژیکی)

• تصفیه بی‌هوازی: پردازش فاضلاب در غیاب اکسیژن که باعث تجزیه مواد آلی به ترکیبات ساده‌تر می‌شود.
• تصفیه هوازی (لجن فعال): استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه مواد آلی در حضور اکسیژن.
• تالاب‌های مصنوعی: بهره‌گیری از گیاهان و میکروارگانیسم‌ها در یک محیط کنترل‌ شده برای تصفیه فاضلاب.

۳. تصفیه ثانویه

• شفاف‌سازی: حذف مواد معلق باقی‌مانده پس از فرآیند تصفیه زیستی.
• فیلتراسیون: حذف ذرات باقی‌مانده از فاضلاب از طریق روش‌های فیزیکی یا شیمیایی.

۴. گندزدایی و تخلیه

• گندزدایی: از بین بردن یا غیر فعال‌سازی میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا در فاضلاب تصفیه‌ شده با استفاده از کلر، نور فرابنفش یا ازن.
• تخلیه: رهاسازی پساب تصفیه‌ شده در رودخانه، دریاچه یا محیط طبیعی، مطابق با استانداردهای کیفی مشخص.

تصفیه فاضلاب دامداری با استفاده از فناوری SBR

فناوری SBR (Sequencing Batch Reactor) نوعی سیستم راکتوری ناپیوسته است که از روش لجن فعال استفاده می‌کند. با این تفاوت که در SBR، مراحل هوادهی و ته‌ نشینی به‌ صورت متناوب در یک ساختار واحد انجام می‌شود. این فناوری برای تصفیه فاضلاب با محتوای آلی و نیتروژن بالا مناسب است و در دامداری‌هایی مانند پرورش خوک و گاو کاربرد گسترده‌ای دارد. سیستم به‌طور پیوسته کار می‌کند و شامل فرآیندهایی مانند پمپاژ فاضلاب، واکنش، ته‌نشینی و تخلیه آب تصفیه‌شده است.

مراحل فرآیند SBR

1. مرحله پر شدن:
   فاضلاب دامداری از مخزن سپتیک جمع‌آوری شده و از طریق پمپ به مخزن ذخیره فاضلاب منتقل می‌شود. در این مرحله، فرآیند تصفیه بی‌هوازی آغاز شده و فاضلاب به‌ طور مداوم هم زده می‌شود. این عمل باعث افزایش فعالیت میکروارگانیسم‌های لخته‌ساز و مهار رشد باکتری‌های رشته‌ای که منجر به حجیم شدن لجن می‌شوند، می‌گردد. این مرحله موجب حذف کربن، نیتروژن و فسفر از فاضلاب می‌شود.
2. مرحله واکنش:
   در این مرحله، هوادهی مداوم انجام می‌شود. فرآیند اکسیداسیون مشابه مخزن هوادهی معمولی است که در آن، میکروارگانیسم‌های هوازی مواد آلی را تجزیه کرده و به‌ عنوان منبع تغذیه از آلاینده‌های موجود در فاضلاب استفاده می‌کنند. این فرآیند باعث کاهش غلظت آلاینده‌ها در فاضلاب می‌شود.
3. مرحله ته‌ نشینی:
   در این مرحله، مخزن مانند یک ته‌نشینی ثانویه اما در حالت ساکن عمل می‌کند. این شرایط منجر به ایجاد وضعیت بی‌هوازی شده و امکان حذف نیتروژن از طریق فرآیند دنیتریفیکاسیون را فراهم می‌کند. در نهایت، فاضلاب به دو لایه تقسیم می‌شود: آب زلال در بالا و لجن ته‌نشین شده در پایین مخزن.
4. مرحله تخلیه آب تصفیه‌شده:
   آب زلال از طریق دستگاه تخلیه ویژه‌ای خارج می‌شود که به‌طور خودکار در سطح ایمن متوقف شده و از خروج لجن جلوگیری می‌کند.
5. مرحله تخلیه لجن:
   در صورت افزایش بیش از حد سطح لجن، این لجن طی مرحله ته‌نشینی یا همزمان با تخلیه آب تصفیه‌شده، از سیستم خارج می‌شود. این مرحله برای حفظ عملکرد مداوم مخزن ضروری است.
6. مرحله گندزدایی:
   مواد گندزدا مستقیماً به خط لوله اضافه می‌شوند تا قبل از تخلیه فاضلاب تصفیه‌ شده به محیط، استانداردهای میکروبیولوژیکی رعایت شود.

مزایای فناوری SBR در تصفیه فاضلاب دامداری

استفاده از فناوری SBR در تصفیه پساب دامپروری ها دارای مزایای زیر است:

• صرفه‌جویی در فضا با حذف نیاز به ساخت مخازن ته‌نشینی اولیه و ثانویه، مخزن تعادل و مخزن هوادهی.
• کاهش هزینه‌ها با کاهش تعداد سازه‌ها و تجهیزات در مقایسه با فناوری‌های سنتی، که آن را برای دامداری‌های کوچک به‌صرفه می‌سازد.
• انعطاف‌پذیری بالا با امکان تنظیم حالت عملکرد بر اساس کیفیت فاضلاب ورودی.

تصفیه فاضلاب دامداری با استفاده از فناوری MBR

فناوری MBR (Membrane Bioreactor) ترکیبی از تصفیه بیولوژیکی فاضلاب در مخزن لجن فعال و فیلتراسیون غشایی الیافی توخالی است. در این روش، غشاها درون مخزن تصفیه بیولوژیکی هوازی غوطه‌ور هستند. فاضلاب توسط لجن فعال تصفیه شده و با استفاده از غشاهای MBR، ذرات معلق و میکروارگانیسم‌ها از فاضلاب جدا می‌شوند.

تمرکز بالای مواد جامد معلق در مخزن زیستی، تجزیه زیستی آلاینده‌ها را تسریع می‌کند. این فناوری راندمان 90 تا 95 درصدی را در حذف COD و BOD ارائه داده و کارایی تصفیه بیولوژیکی را تا 10 تا 30 درصد افزایش می‌دهد، زیرا مقدار MLSS (غلظت مواد جامد معلق در لجن فعال) در مقایسه با مخازن هوادهی معمولی 2 تا 3 برابر بیشتر است.

مراحل فرآیند MBR

1. مخزن جمع‌آوری:
   فاضلاب دامداری پس از تصفیه بیوگاز، به مخزن جمع‌آوری منتقل شده و از آنجا با استفاده از پمپ مستغرق به مخزن تعادل ارسال می‌شود.
2. مخزن تعادل:
   در این مخزن، هوا به‌طور مداوم تزریق شده تا از ته‌نشینی و تجزیه بی‌هوازی که باعث ایجاد بو می‌شود، جلوگیری کند. همچنین، این مخزن به حفظ جریان و غلظت ثابت فاضلاب کمک می‌کند.
3. مخزن بی‌هوازی (آنُکسیک):
   در این مرحله، حذف کربن، تبدیل فسفر و دنیتریفیکاسیون انجام می‌شود. این مخزن توسط بلوئر هوا هم زده می‌شود تا فعالیت میکروارگانیسم‌های لخته‌ساز تقویت شده و رشد باکتری‌های رشته‌ای که منجر به حجیم شدن لجن می‌شوند، سرکوب شود.
4. مخزن هوادهی:
   در این مرحله، مواد آلی توسط میکروارگانیسم‌های هوازی تجزیه شده و به‌ عنوان منبع تغذیه از آلاینده‌های فاضلاب استفاده می‌کنند که باعث کاهش غلظت آلاینده‌ها می‌شود.
5. ماژول MBR:
   در این مرحله، غشاهای تخت غوطه‌ور در مخزن بیولوژیکی هوازی، اکسیژن لازم را برای ادامه فرآیند تصفیه بیولوژیکی فراهم می‌کنند. غشاهای MBR، ذرات معلق، لجن و میکروارگانیسم‌ها را از فاضلاب جدا کرده و فقط آب تمیز عبور می‌کند. مواد شیمیایی به کمک پمپ‌های دوزینگ به خط لوله تزریق می‌شوند تا عوامل بیماری‌زا مانند کلیفرم و E. coli حذف شوند.

مزایای فناوری MBR در تصفیه پساب دامپروری

• کیفیت بالای آب تصفیه‌شده که امکان استفاده مجدد از آن در دامداری‌ها را فراهم می‌کند (مانند شستشوی اصطبل و حمام دام‌ها).
• عملکرد کاملاً خودکار بدون نیاز به نیروی انسانی.
• مدیریت و نگهداری آسان به دلیل نصب سطحی و سازه‌های حداقلی.
• افزایش ظرفیت بدون نیاز به افزایش حجم مخزن تا 20 درصد در صورت گسترش دامداری.
• صرفه‌جویی در فضا با حذف نیاز به مخازن ته‌ نشینی، فیلتراسیون و گندزدایی اضافی.

چالش‌های مدیریت و ترکیب پیچیده پساب دامپروری

فاضلاب تولیدی در واحدهای دامپروری، به دلیل حجم زیاد و کیفیت پیچیده‌ای که دارد، مدیریت آن را به یک چالش مهم تبدیل کرده است. در صورت عدم تصفیه مناسب، این نوع پساب می‌تواند به عنوان یک منبع اصلی آلودگی آب‌های زیرزمینی و سطحی در محیط زیست عمل نموده و اثرات نامطلوبی بر اکوسیستم‌های آبی و سلامت انسان بر جای بگذارد. آلودگی آب ناشی از فاضلاب دامداری می‌تواند منجر به مشکلاتی نظیر کاهش کیفیت آب آشامیدنی، آسیب به حیات آبزیان و محدودیت در استفاده از منابع آبی برای مصارف کشاورزی و صنعتی شود.

در نتیجه، مدیریت صحیح و استفاده از روش‌های کارآمد تصفیه فاضلاب دامداری، نه تنها به حفظ منابع آب و محیط زیست کمک می‌کند، بلکه از بروز مشکلات بهداشتی و زیست‌محیطی ناشی از آلودگی آب نیز جلوگیری می‌نماید. رعایت مقررات زیست محیطی و سرمایه‌گذاری در تاسیسات تصفیه فاضلاب برای واحدهای دامپروری امری ضروری و اجتناب‌ناپذیر است.