فراب زیست فراز | انواع سیستمها و تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب صنعتی
گیاه پالایی روشی است که این ویژگی ها را شامل می شود. گیاه پالایی فرآیندی ست که با استفاده از گیاهان سبز (شامل گونه های علفی و چوبی) مواد آلاینده موجود در آب یا فاضلاب کاهش می یابد. از این فرآیند برای حذف آلاینده های محیط زیست نظیر فلزات سنگین ، عناصر کمیاب ، ترکیبات آلی و مواد رادیواکتیو استفاده می شود. در واقع گیاهان بر اساس مکانیسم جذب و به کمک روش های شیمیایی ، فیزیکی و بیولوژیکی میزان آلاینده ها را کاهش داده می دهند . در واقع در این فرآیند، از گیاهان سبز و ارتباط آنها با میکروارگانیسم های خاک برای کاهش آلودگی آب و فاضلاب های استفاده می شود. این فناوری می تواند برای رفع هر دو نوع آلاینده های معدنی و آلی به کار رود.
انواع روشهای گیاه پالایی
گیاهان به چهار روش میزان آلاینده های آب یا فاضلاب را کاهش می دهند:
روش ریزوفیلتراسیون: در این روش از گیاهان خاکی و آبی استفاده می شود که آلاینده های منابع آبی آلوده با غلظت کمتر در ریشه هایشان تغلیظ یا رسوب می کنند که این روش بخصوص برای فاضلاب های صنعتی ، رواناب کشاورزی و یا فاضلاب معادن اسیدی کاربرد دارد و برای فلزاتی مانند سرب ، کادمیم ، مس ، نیکل ، روی و کرم مناسب است . گیاهانی مانند خردل هندی ، آفتابگردان ، تنباکو ، چاودار و ذرت دارای این توانایی هستند . آنها دارای قدرت جذب سرب از فاضلاب هستند که در این میان ، آفتابگردان بیشترین قدرت و توانایی را دارد .
روش محدودیت گیاهی: در این روش با استفاده از قدرت ریشه ، تحرک و قابلیت دسترسی آلاینده ها در خاک محدود می شود . این روش معمولاً برای کاهش آلودگی در خاک ، رسوب و لجن استفاده می شود و از طریق جذب ، رسوب ، کمپلکس و یا کاهش ظرفیت انجام می پذیرد.
روش تبخیر گیاهی: در این روش گیاهان ، آلاینده ها را از خاک جذب و سپس به بخار تبدیل کرده و با عمل تعرق به اتمسفر انتقال می دهند . این روش در درختان در حال رشد برای جذب آلاینده های آلی و معدنی کاربرد دارد .
روش کاهش گیاهی: در این روش گیاه با متابولیسم خود از طریق انتقال ، تجزیه، تثبیت و تصعید ترکیبات آلاینده به برطرف کردن آلودگی از آب و یا فاضلاب کمک می کند . در این روش ، ترکیبات آلی به مولکول های ساده تر شکسته شده که می تواند به درون بافت گیاه وارد شود.
به طور کلی گیاه در تصفیه محیط زیست 6 فرآیند اصلی را به کار می برد که عبارتند از: گیاه استخراجی، گیاه تبخیری، تثبیت گیاهی و فیتو استیمولیشن، یا تجمع در محیط ریزوسفری گیاه به وسیله ی فعالیت میکروب های خاک، پالایش ریشه،که صاف کردن آب از توده ریشه ها توسط گیاه است. بسته به نوع آلودگی و نوع گیاه پالاینده می توان از فن آوری گوناگون گیاه پالایی برای کاهش فلزهای سنگین (گیاه تثبیتی ، پالایش ریشه) و یا برای خروج فلزهای سنگین از منطقه (گیاه استخراجی ، گیاه تبخیری) استفاده نمود. هر کدام از این روش ها دارای سازوکار خاص خود می باشند .از این بین روش پالایش ریشه که از نظر مفهومی مشابه گیاه استخراجی است اما این روش برای تصفیه و پالایش آب آلوده استفاده می شود نه خاک آلوده. این روش به منظور تصفیه فاضلاب های صنعتی، روان آب های کشاورزی و رسوبات اسیدهای معدنی مورد توجه بیشتری قرار گرفته است.
اين فن آوری هم به صورت نقطه ای و هم غیر نقطه ای براي پالايش مناطق آلوده به كار مي‌رود. از ریشه ها یا بذر های گیاه برای جذب یا جذب سطحی آلاینده های فلزی از آب های سطحی یا زیر زمینی اشاره دارد. گیاه یا نهال بذر مورد نظر در منطقهی آلوده رشد کرده و مواد آلاینده را در ریشه خود تغلیظ می نماید. ترشحات ريشه و تغييرات pH ناحيه ريز وسفر موجب رسوب اين فلزات بر روي سطح ريشه مي‌شود. بیشتر پژوهش گران اعتقاد دارند كه گياهان پالاينده بايد فلزات را فقط بر روي ريشه‌هايشان تجمع دهند.
تاکنون برای حذف فلزات سنگین از آب های آلوده بسیاری از انواع گونه های گیاهی فرا انباشت شناسایی و معرفی شده است. به طوري كه تاكنون 163 گونه گياهي متعلق به 45 خانواده با توانايي رشد بر روي غلظت‌هاي بالاي فلزات شناسايي شده‌اند. اما بیشتر اين گونه‌هاي گياهي متعلق به گروه گياهان خوراكي و مرتعي مي‌باشند كه احتمال وارد شدن به زنجيره غذايي انسان، حيوانات و تهديد سلامتي بشر را به دنبال دارد. از نمونه گیاهان خوراکی استفاده شده به منظور حذف سرب، ذرت، آفتاب گردان و پنبه است که از بین آن ها ذرت توانست مقدار بیشتری از عنصر را در اندام های خود انباشت نماید. اما به منظور جلوگیری از ورود آن به زنجیره غذایی بهتر است از پنبه استفاده شود.
به همين منظور گياهان غيرخوراكي به خصوص گياهان زينتي و فضاي سبزي گزينه‌هاي بسيار مناسبي براي اين فن آوری مي‌باشند. از جمله این گیاهان درخت سپیدار است که قادر به تجمع مقدار بالایی از روی در برگ هایش است .پژوهش گران گیاه زینتی خرزهره را به دلیل انباشت مقادیر بالایی از سرب (mg/g87) در واحد وزن خشک برگ ها در منطقه آلوده به سرب را به عنوان یک شاخص برای ارزیابی و نشان دادن سرب در هوا معرفی نمودند. شمعدانی معطر نیز کارآرایی بالایی در فرا انباشت فلزات سنگین دارد. این گونه ی زینتی قادر به جذب مقادیر زیادی از سه آلاینده اصلی سرب، کادمیوم و نیکل در یک زمان نسبتا کوتاه می باشد. ریشه این گیاه قادر به استخراج سرب، کادمیوم و نیکل به مقادیر 9 درصد و 7/2 درصد و 9/1 در صد به ترتیب در وزن خشک گیاه در طی 14 روز از محلولهای غذایی می باشد.
تالابهای مصنوعی
بیش از دو دهه است که از پوژهش های وسیعی در مورد توانایی گیاهان آبزی برای حذف مواد آلی و غیر آلی موجود در فاضلاب ها آغاز شده است. گیاهان آبزی به طور طبیعی در تالاب های طبیعی، کار تصفیه را انجام می دهند. به طور كلي تالاب ها به زمين هايي اطلاق مي شوند كه بيشتر اوقات يا در همه طول سال مرطوب بوده و در آب قرار دارند. در همه تالاب ها يك اصل كلي حكم فرما است كه به علت مرطوب بودن خاك به مدت زياد تغييرات فيزيكي، شيميايي و زیست شناختی در خواص خاك اتفاق مي افتد به طوري كه گياهاني كه در زمينهاي مرطوب نمي توانند رشد كنند از بين مي روند. آب فراوان اهميت زيادي در تشكيل و ازدياد گياهان و ریز ساختارهاي خاك دارد.
به همین دلیل تالاب ها نسبت به اکوسیستم های دیگر دارای فعالیت زیست شناختی بیشتری هستند و می توانند پارامتر های آلوده کننده آب را به وسیله سازوکار های گوناگون حذف کنند. استفاده از تالاب های مصنوعی که در سال های اخیر، برای اهداف گوناگون تصفیه فاضلاب های نقطه ای و غیر نقطه ای و نیز با اهداف توسعه ی چشم انداز های اکولوژیکی مناسب کاربرد زیادی پیدا کرده است. تالاب های مصنوعی، سامانه هاي موثري براي تصفيه فاضلاب هاي كشاورزي، صنعتي، شهري و شيرابهه ناشي از دفع زباله و آب هاي جاري حاصل از توفان و باران هستند كه قادرند ، مواد معلق، پاتوژنها، مواد مغذي و فلزات سنگين را از آب حذف نمايند . اين سامانه ها، هزينه ساخت و نگهداري به نسبت كمي دارند و در آنها انرژي (اكسيژن) لازم از طريق اتمسفر و مواد غذایي مورد نياز ریزساختارها از مواد آلي فاضلاب تامين مي گردد. در تالابهاي طبيعي بشر دخالتي در ساخت آنها نداشته و به عنوان منبع پذيرنده عمل مي كند و كنترل خاصي وجودندارد.
در تالاب هاي مصنوعي انسان شرايطي را براي رشد گياهان فراهم مي آورد به طوری که گياهان ريشه در خاك داشته و كنترل بهتري بر شرايطي از قبيل زمان ماند، نوع گياه و نوع بستر دارد به دليل امكان كنترل شرايط در نيزارهاي مصنوعي، اين نوع سامانهها داراي جذابيت بيشتري هستند. اين سامانه ها براساس نوع جريان ورودي به سامانههاي با جريان سطح و سامانههاي با جريان زيرسطحي طبقه بندي مي شوند. در تالاب هاي با جريان سطحي گياهان بالارونده در عمق حدود 10 تا 45 سانتيمتري كاشته شده و رشد مي كنند. در تمام مدتي كه فاضلاب در بستر جريان دارد سطح پساب در معرض هوا است. سيستم گياهان آبزي شناور مانند سيستم تالاب هاي مصنوعي جريان سطحي است با اين تفاوت كه گياهان رشديافته در آن در خاك ريشه ندارند و در آب شناور هستند.
گياهاني كه معمولاً در اين نوع تالاب مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از راش، جگن، نی کاتیل. نقش گياهاني كه به طور معمول ريشه شان در زمين و قسمتي از ساقه شان در آب قرار دارد، ايجاد سطحي براي چسبيدن لايه هايي از باكتري، كمك به صاف شدن و جذب آلاينده هاي موجود در فاضلاب، انتقال اكسيژن به زير سطح آب و كنترل رشد جلبك ها از طريق ممانعت از نفوذ نور خورشيد است. شيب مناسب بستر 3/0 درصد است. در تالاب هاي با جريان زيرسطحي بستري از سنگ، سنگريزه و ماسه يا خاك به عمق 45 ر0 تا 1 متر وجود دارد.
اندازه سنگريزه ها از سه ميلي متر تا 32 ميلي متر متغير است كه در قسمت ورودي فاضلاب 50 ميلي متر است. گياهان مورد استفاده در سامانه زيرسطحي شبيه جريان سطحي است. تفاوت اين سامانه با سامانه قبل در آن است كه سطح آب پايين تر از سطح بستر قرار دارد در نتيجه نيازي به كنترل پشه و بو نيست. اين سيستم نسبت به جريان سطحي نياز به سطح مورد كشت كمتري دارد. تنها مشكل آن افزايش هزينه ساخت مربوط به آماده سازي بستر و احتمال گرفتگي در مدخل ورودي فاضلاب است.
از نمونه طرح های اجرا شده در ایران در این زمینه ایجاد تالاب های از سه نوع گیاه برون آ (نی، بامبو، نخل مرداب) برای حذف نیترات در مقیاس آزمایشگاهی و تصفیه فاضلاب صنعتی پالایشگاه اصفهان به شیوه تالاب مصنوعی بوده که از گیاه نی فراگماتیس استرالیسا استفاده شده است. اما تمام این طرح ها در سطح آزمایشگاهی اجرا شده است و متاسفانه به مرحله تجاری شدن نرسیده است.
نتیجه گیری:
بررسی ها نشان می دهد ، راندمان این روش با کاربرد گیاهان رشد سریع با بیومس بالا و قدرت جذب بالای فلزات سنگین افزایش می یابد. در بیشتر مکان های آلوده گونه های مناسب جهت رفع آلودگی قابل شناسایی است . 2 روش کمپوست و متراکم کردن می تواند جزو مراحل مقدماتی برای کاهش حجم تولیدات این گیاهان باشند ، اما باید دقت شود شیرابه حاصل از تراکم به طور کامل جمع آوری شود. همچنین از طي شدن زمان پالايش، گياهان برداشت شده و مي‌توانند به منظور كاهش حجم بقاياي مواد آلوده گياهي، متراكم شده و سپس در شرايط كنترل شده دفن و سوزانده مي‌شوند كه خاكستر آن ها نيز مي‌تواند به عنوان يك سنگ معدن زيستي bio- ore به منظور احياي مجدد فلز ها مورد استفاده قرار گيرند. با توجه به قابليت هاي يك سامانه تالاب مصنوعي اين سامانه ها قادرند طيف وسيعي از آلاينده ها از جمله BOD، جامدهای معلق، تركيب های آلي گوناگون، فسفر، نيتروژن، فلزهای سنگين و عوامل بيماري زا را از طريق سازوکارهايي نظير جذب گياهي، سوخت و ساز ميكروبي، پيوند با مواد آلي و تشكيل مولكول كمپلكس، جذب سطحي روي سطوح تبادل يوني، ته نشيني، ترسيب و صاف کردن حذف كنند.
اگر چه این علم هم اکنون با سرعت در حال توسعه است، اما بررسی نشان داده گیاه پالایی تجاری از لحاظ زمانی باید با دیگر فناوری های دیگر قابل رقابت باشد . بیشتر آزمایش های گیاه پالایی در مقیاس آزمایشگاه در محیط هیدروپونیک انجام و فلزات سنگین به آنها داده شده است، در حالی که محیط خاک، کاملاً متفاوت است. در خاک واقعی بسیاری از فلزات در شکل های نامحلول وجود دارند و قابلیت دسترسی آنها کم و این بزرگ ترین مشکل است . بسیاری از گیاهان هنوز شناخته نشده اند که باید شناسایی شوند و درباره فیزیولوژی آنها بیشتر دانست . بهینه سازی فرآیند جذب فلزات سنگین توسط گیاه و مصرف مناسب بیومس تولید شده هنوز باید مورد بررسی و تحقیق قرار گیرد تا نتایج آزمایشگاهی با عمل و واقعیت همخوانی داشته باشند .
اگر چه 10 سال از کاربرد اولیه فناوری گیاه پالایی در دنیا می گذرد ، اما این علم توسعه بسیار سریعی داشته است و امروزه گیاه پالایی در مورد مواد آلی ، معدنی و رادیواکتیو کاربرد دارد . این فرایند پایدار و ارزان است و برای کشورهای در حال توسعه بسیار مناسب بوده و صرفه اقتصادی دارد .
