فرآیند رشد چسبیده یکی از روش‌های بیولوژیکی مهم در تصفیه فاضلاب است که در آن میکروارگانیسم‌ها به سطوح جامدی که به‌طور ثابت یا شناور در داخل راکتور قرار گرفته‌اند، متصل می‌شوند. این میکروارگانیسم‌ها به‌تدریج لایه‌ای موسوم به بیوفیلم(Biofilm) را روی این سطوح تشکیل می‌دهند و با مصرف مواد آلی موجود در فاضلاب، آن را تصفیه می‌کنند.
برخلاف فرآیندهای رشد معلق که میکروارگانیسم‌ها در حالت شناور در کل راکتور پخش می‌شوند، در سیستم‌های رشد چسبیده، جمعیت میکروبی به‌طور موضعی و کنترل‌شده رشد می‌کند.
فرآیند رشد چسبیده چگونه فاضلاب را تصفیه می‌کند؟
وقتی فاضلاب وارد یک سیستم رشد چسبیده می‌شود، ابتدا با سطوحی که بیوفیلم روی آن‌ها تشکیل شده تماس پیدا می‌کند. این سطوح ممکن است شامل دیسک‌های چرخان، بسترهای ثابت یا مدیای شناور باشند. لایه بیوفیلم، متشکل از میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و قارچ‌ها، مواد آلی موجود در فاضلاب را جذب و تجزیه می‌کند. این تجزیه منجر به تبدیل آلاینده‌ها به گازهایی مانند CO₂، آب و سایر ترکیبات بی‌ضرر می‌شود. با گذشت زمان، بخش‌هایی از بیوفیلم که بیش‌ازحد رشد کرده‌اند، جدا شده و با جریان آب به واحدهای ته‌نشینی منتقل می‌شوند.
اصول فرآیند رشد چسبیده در تصفیه بیولوژیکی
سه اصل اساسی در فرآیند رشد چسبیده وجود دارد:
- سطح زیستی(Bio-surface): هرچه سطح موجود برای رشد بیوفیلم بیشتر باشد، امکان تصفیه بهتر فراهم می‌شود. طراحی مناسب مدیا برای افزایش سطح ویژه یکی از نکات کلیدی در موفقیت این سیستم‌هاست.
- نقش اکسیژن: بسیاری از واکنش‌های بیوشیمیایی که درون بیوفیلم اتفاق می‌افتد، نیازمند اکسیژن هستند. بنابراین تأمین هوادهی مناسب یکی از ملزومات حیاتی سیستم‌های هوازی رشد چسبیده به‌شمار می‌آید.
- ضخامت بیوفیلم: بیوفیلم نباید بیش‌ازحد ضخیم شود، چون ممکن است انتقال مواد مغذی و اکسیژن به لایه‌های درونی آن کاهش یابد و باعث کاهش راندمان شود. بنابراین نیاز به کنترل طبیعی یا مکانیکی برای محدودکردن رشد بی‌رویه بیوفیلم وجود دارد.
*در اینباره بیشتر بخوانید: آشنایی با فرآیندها، مزایا و کاربردهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
نقش بیوفیلم در فرآیند رشد چسبیده و تصفیه فاضلاب
بیوفیلم در این فرآیندها همانند یک رآکتور زنده عمل می‌کند. میکروارگانیسم‌هایی که درون ماتریسی از پلی‌ساکاریدهای خارج‌سلولی (EPS)* به هم چسبیده‌اند، با نظم خاصی آلاینده‌ها را مصرف می‌کنند. لایه بیرونی بیوفیلم معمولاً در معرض اکسیژن و نور است و فعالیت‌های هوازی در آن رخ می‌دهد، درحالی‌که لایه‌های عمیق‌تر ممکن است بی‌هوازی شده و باعث دنیتریفیکاسیون یا دیگر فرآیندهای بی‌هوازی شوند. این ساختار لایه‌ای باعث می‌شود سیستم عملکرد چندمنظوره داشته باشد و همزمان با تجزیه مواد آلی، نیتروژن نیز حذف شود.
توضیح *: میکروارگانیسم ها یک لایه‌ی چسبناک به دور خود ترشح می‌کنند که این لایه از مواد قندی تشکیل شده و EPS نام دارد. این لایه باعث می‌شود میکروب‌ها به هم و به سطح بچسبند و یک اجتماع میکروبی به نام بیوفیلم بسازند. این اجتماع مثل یک گروه منظم عمل می‌کند و با نظم خاصی، مواد آلوده در فاضلاب را مصرف و تجزیه می‌کند.
*برای اطلاع از انواع مختلف سیستم های تصفیه فاضلاب، به صفحه ی پکیج تصفیه فاضلاب مراجعه کنید.
انواع سیستم‌های فرآیند رشد چسبیده
در دنیای امروز، دو نوع رایج از سیستم‌های رشد چسبیده عبارت‌اند از:
- دیسک بیولوژیکی(RBC): این سیستم از مجموعه‌ای از دیسک‌های پلاستیکی تشکیل شده که به‌صورت افقی روی یک محور نصب شده‌اند. این دیسک‌ها به‌آرامی می‌چرخند و نیمی از سطح آن‌ها در فاضلاب غوطه‌ور می‌شود. میکروارگانیسم‌ها روی سطح دیسک‌ها رشد کرده و با چرخش، به‌صورت متناوب در معرض هوا و فاضلاب قرار می‌گیرند که موجب افزایش کارایی تصفیه می‌شود.
- راکتور بیوفیلم بستر متحرک(MBBR): در این روش، مدیاهای سبک و شناور که دارای سطح ویژه بالا هستند، در یک راکتور هوادهی شده به‌صورت معلق قرار می‌گیرند. این مدیاها دائماً در حال حرکت‌اند و بیوفیلم روی سطح آن‌ها شکل می‌گیرد. مزیت اصلی MBBR این است که به بازگشت لجن نیاز ندارد و به‌راحتی می‌توان ظرفیت آن را با افزودن مدیا افزایش داد.
*همچنین بخوانید: تفاوت تصفیه فاضلاب SBR ، MBR و MBBR چیست؟
مزایای فرآیند رشد چسبیده
استفاده از فرآیند رشد چسبیده مزایای متعددی دارد که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
اشغال فضای کمتر: به‌دلیل تراکم بالای میکروارگانیسم‌ها در بیوفیلم، این سیستم‌ها می‌توانند در فضای کمتری نسبت به سیستم‌های رشد معلق عملکرد مشابه یا حتی بهتری داشته باشند.
کاهش تولید لجن: تولید لجن اضافی در این سیستم‌ها کمتر است، چراکه نرخ رشد میکروبی پایین‌تر و کنترل‌شده‌تر است.
پایداری عملکرد: در برابر تغییرات دبی، بار آلی و شوک‌های سمی مقاوم‌تر هستند.
هزینه نگهداری پایین‌تر: به‌دلیل عدم نیاز به برگشت لجن و سادگی در عملکرد، هزینه‌های عملیاتی کمتر می‌شود.
امکان ارتقاء آسان: می‌توان با افزودن مدیا یا افزایش سطح، ظرفیت سیستم را به‌راحتی افزایش داد.
تفاوت فرآیند رشد چسبیده با فرآیند رشد معلق
تفاوت اصلی بین این دو فرآیند در نحوه زیست و فعالیت میکروارگانیسم‌هاست. در رشد معلق، میکروارگانیسم‌ها در تمام راکتور به‌صورت پراکنده معلق هستند، درحالی‌که در رشد چسبیده، آن‌ها روی یک سطح ثابت یا متحرک رشد می‌کنند. به همین دلیل، کنترل فرآیند در رشد چسبیده پایدارتر و آسان‌تر است و نیاز کمتری به سیستم برگشت لجن دارد. همچنین در رشد چسبیده، خطر شستشوی میکروارگانیسم‌ها از سیستم کمتر است، در حالی که در رشد معلق این مسئله می‌تواند بهره‌وری را کاهش دهد.
چالش‌های فرآیند رشد چسبیده و راهکارهای بهینه‌سازی
با وجود تمام مزایا، سیستم‌های رشد چسبیده با چالش‌هایی نیز مواجه‌اند. از جمله:
- گرفتگی مدیا: در صورتی که بیوفیلم بیش‌ازحد رشد کند، می‌تواند باعث انسداد سطوح مدیا شده و جریان فاضلاب مختل شود.
- عدم یکنواختی رشد بیوفیلم: ممکن است در برخی نواحی مدیا، بیوفیلم به‌خوبی تشکیل نشود و کارایی سیستم کاهش یابد.
- نیاز به تهویه مناسب: چون بسیاری از واکنش‌ها به اکسیژن نیاز دارند، سیستم هوادهی باید دقیق تنظیم شود.
برای مقابله با این چالش‌ها، می‌توان از مدیاهای با طراحی خاص، سیستم‌های خودشوینده، پایش مستمر ضخامت بیوفیلم و ترکیب با فرآیندهای دیگر مانند IFAS بهره برد.
جمع‌بندی
فرآیند رشد چسبیده، روشی اثربخش و مقرون‌به‌صرفه برای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است که بر پایه استفاده از بیوفیلم و محیط‌های چسبیده طراحی شده است. این فرآیند، با کارایی بالا، تولید کم لجن و قابلیت سازگاری با نوسانات بار، انتخاب مناسبی برای تصفیه‌خانه‌های کوچک و بزرگ به شمار می‌رود.
از دیسک‌های چرخان گرفته تا مدیای متحرک در MBBR، این فناوری‌ها روز‌به‌روز بیشتر در طراحی‌های نوین تصفیه فاضلاب جای می‌گیرند. با مدیریت صحیح، نگهداری منظم و به‌کارگیری اصول طراحی مناسب، می‌توان از تمام ظرفیت این سیستم‌ها در راستای حفاظت از محیط‌زیست بهره‌برداری کرد.
