کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب چیست؟

شرکت مهندسی پاک پساب اقلیم

(مورد تایید کارگروه تخصصی محیط زیست و اقتصاد چرخشی معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش بنیان ریاست جمهوری)

فهرست مطالب

کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب چیست؟

فهرست مطالب

کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب چیست؟

امروزه، نوآوری و استفاده از فناوری‌های پیشرفته، بشریت را در یک مسیر جدید در زمینه‌های مختلف صنعت، کشاورزی، دارویی و محیط زیست قرار داده است. همزمان با پیشرفت تکنولوژی، آلودگی‌های محیطی نیز افزایش یافته و از جمله تدابیر امنیتی برای پاکسازی و حفظ محیط زیست، اجرای سیاست‌های لازم در طرح مدیریت زیستی است. در عصر حاضر، حجم زیادی فاضلاب از مناطق مسکونی شهری و روستایی، کارخانه ها و صنایع، فعالیت‌های کشاورزی و غیره تولید می‌شود و تصفیه کارآمد آن به یک چالش بزرگ جهانی تبدیل شده است. تصفیه خانه های فاضلاب از روش های تصفیه فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی برای تصفیه انواع مواد زائد جامد، سموم، مواد شیمیایی و سایر مواد مضر موجود در فاضلاب استفاده می کنند. بنابراین، هدف اصلی یک تصفیه خانه فاضلاب، پالایش فاضلاب است تا بتوان آن را در طبیعت رها کرد، در حالی که به سلامت عمومی و محیط زیست ضرری وارد نسازد. بیوتکنولوژی یکی از جدیدترین نوآوری های فناوری است که از موجودات زنده برای بهبود عملکرد فرآیندهای بیولوژیکی موجود و تصفیه موثر فاضلاب استفاده می کند. در ادامه به طور کامل کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب را بررسی می‌کنیم.

بیوتکنولوژی چیست؟

برای جلوگیری از آلوده شدن محیط زیست و فرآوری ضایعات، روش های دشوار و پرهزینه ای وجود دارد. به همین دلیل، به منظور یافتن روش های موثر تر و در عین حال ارزان تر، مطالعات تحقیقاتی به طور مداوم بر روی فرآیندهای جدید صورت میگیرد. در میان این مطالعات، فرآیندهای میکروبیولوژیکی یکی از موضوعات جالب توجه است. هدف از این فرآیندها کاهش تولید ضایعات و تولید محصولات جدید است. موجودات زنده مورد استفاده در این روش مخمرها، باکتری ها، قارچ ها و جلبک ها هستند و محصولات و مواد زائد فرآوری شده به دست آمده از این فرآیندها بسیار متفاوت هستند.

کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب

کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب از دهه 1970 مورد توجه قرار گرفت و ثابت کرد که می تواند چالش ها را در بخش های مختلفی مانند تولید مواد غذایی، کشاورزی و حفاظت از محیط زیست حل کند. از آنجایی که بیوتکنولوژی شامل رشته‌های گوناگونی مانند بیوشیمی، میکروبیولوژی، ژنتیک و غیره می باشد، تعاریف وسیعی را در هر حوزه دارد. تعریفی که در گزارش OECD در سال 2005 ارائه شد، میگوید بیوتکنولوژی، کاربرد علم و فناوری برای استفاده از موجودات زنده، محصولات و انواع مدل های آنها برای تولید دانش، کالا و خدمات به وسیله تغییر در مواد زنده یا غیر زنده است؛ موجودات زنده شامل میکروارگانیسم‌ها، آنزیم‌ها، سلول‌های حیوانی و گیاهی هستند.

کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب

همان طور که اشاره شد، یکی از کاربردهای مهم بیوتکنولوژی، تصفیه فاضلاب است که به‌ویژه در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. این روش‌ها به دلیل مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی که دارند، در مقایسه با روش‌های سنتی تصفیه فاضلاب، جذابیت بیشتری پیدا کرده‌اند. کاربرد ميكروارگانيسم ها در عرصه بيوتكنولوژي با توجه به اهميبت ژن ها و اطلاعات ژنتيكي خاص آنها به طور چشـمگيري رو به افزايش است.

در این روش، میکروارگانیسم‌ها مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها و جلبک‌ها برای تجزیه مواد آلی و حذف آلاینده‌ها از فاضلاب به کار گرفته می‌شوند. این میکروارگانیسم‌ها قادرند تا مواد سمی و غیرقابل تجزیه را به ترکیبات ساده‌تر تبدیل کنند که می‌توانند به راحتی از محیط زیست حذف شوند. روش‌های مبتنی بر بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب شامل لجن فعال، فیلترهای چرخشی، برکه‌های اکسیداسیون، بیوفیلترها و تصفیه بی‌هوازی هستند.همه این روش‌ها جزو تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به شمار می‌روند و از میکروب‌ها برای تجزیه مواد آلی موجود در فاضلاب بهره می‌برند. در ادامه به معرفی هر یک از این روش ها میپردازیم.

1. لجن فعال

فرآیند لجن فعال به عنوان روشی برای تصفیه فاضلاب‌های شهری و صنعتی به کار می‌رود. یک سیستم تصفیه فاضلاب با لجن فعال حداقل چهار جزء دارد: یک تانک هوادهی، یک تانک ته‌نشینی ، یک پمپ لجن برگشتی و سیستمی برای تأمین اکسیژن در تانک هوادهی، که از میکروارگانیسم‌های با غلظت بالا برای تجزیه مواد آلی و حذف مواد مغذی از فاضلاب استفاده می‌کند و پساب باکیفیتی تولید می‌کند.

هدف از این فرآیند حفظ شرایط هوازی و نگه‌داشتن لجن فعال در حالت معلق است. برای دستیابی به این هدف، نیاز به تأمین مداوم و به‌موقع اکسیژن وجود دارد. توده های میکروبی در یک تانک هوادهی معلق با فاضلاب مخلوط می‌شوند و میکروارگانیسم ها از آلاینده‌های آلی برای رشد و تبدیل آن به انرژی، آب، دی‌اکسید کربن و مواد سلولی جدید استفاده می‌کنند. توده های باکتری( لجن فعال) می‌توانند در زلال ‌ساز ثانویه با ته‌نشینی گرانشی جدا شوند و بخشی از این لجن از زلال ‌ساز به مخزن هوادهی بازگردانده  می‌شوند تا فرآیند هوادهی حاوی مقدار بیشتری از باکتری های فعال باشد. سپس پساب می‌تواند به مرحله نهایی تصفیه منتقل شود.

2. فیلترهای چرخشی (فیلترهای چکنده)

فیلترهای چرخشی به طور گسترده‌ برای تصفیه فاضلاب‌های خانگی و صنعتی به کار می‌روند. این فرآیند یک روش تصفیه بیولوژیکی با فیلم ثابت است که برای حذف BOD و مواد معلق طراحی شده است.

فیلترهای چرخشی

 فیلتر چرخشی شامل یک بستر ثابت از سنگ‌ها، کک، شن و ماسه، سرباره، فوم پلی‌یورتان، خزه اسفگنوم، سرامیک یا مواد پلاستیکی است. در این سیستم، یک رشد بیولوژیکی فعال بر روی سنگ‌ها تشکیل می‌شود و این ارگانیسم‌ها غذای خود را از جریان فاضلابی که از روی بستر سنگی می‌چکد، تأمین میکنند. مشخص شد که اگر فاضلاب ته‌نشین شده بر روی سطوح سنگی ریخته شود، لایه‌ای از لجن میکروبی (بیوفیلم) بر روی سنگ‌ها رشد می‌کند که بستر را میپوشاند شرایط هوازی از طریق پاشش، نفوذ، و همچنین جریان هوای اجباری از طریق بستر یا همرفت طبیعی هوا (اگر بستر متخلخل باشد) حفظ می‌شود و آب تمیزتر می‌شود. امروزه این اصل هنوز استفاده می‌شود، اما در بسیاری از تأسیسات، از مواد پلاستیکی به جای سنگ‌ها استفاده می‌شود. در اکثر سیستم‌های تصفیه فاضلاب، فیلتر چرخشی پس از تصفیه اولیه قرار می‌گیرد و شامل یک تانک ته‌نشینی ثانویه یا زلال‌ساز است.

3. برکه‌های اکسیداسیون

حوضچه‌های اکسیداسیون، که به آن‌ها لاگون‌ها یا حوضچه‌های تثبیت نیز گفته می‌شود، حوضچه‌های بزرگ و کم‌عمق هستند که برای تصفیه فاضلاب از طریق تعامل نور خورشید، باکتری‌ها و جلبک‌ها طراحی شده‌اند که به عنوان یکی از روش‌های تصفیه فاضلاب، در بیوتکنولوژی کاربردهای متعددی دارند. این حوضچه‌ها به دلیل طراحی ساده و کارایی بالا در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی و شهری، به ویژه در مناطق با آب و هوای گرم، مورد توجه قرار گرفته‌اند جلبک‌ها با استفاده از انرژی خورشید و دی‌اکسید کربن و ترکیبات معدنی آزاد شده توسط باکتری‌ها در آب رشد می‌کنند.

در طی فرایند فتوسنتز، جلبک‌ها اکسیژن مورد نیاز باکتری‌های هوازی را آزاد می‌کنند. گاهی اوقات برای تأمین اکسیژن بیشتر، هوادهی مکانیکی نصب می‌شود که در نتیجه اندازه مورد نیاز حوضچه کاهش می‌یابد. در نهایت، رسوبات لجن در حوضچه باید از طریق لایروبی حذف شوند. جلبک‌هایی که در پساب حوضچه باقی‌مانده را می‌توان با فیلتر کردن یا با ترکیبی از تصفیه شیمیایی و ته‌نشینی حذف کرد.

4. بیوفیلترها (بیوراکتورهای غشایی)

فناوری‌های بیوراکتور غشایی، همان‌طور که از نامشان پیداست، فناوری‌هایی هستند که تصفیه زیستی را با جداسازی غشایی ترکیب می‌کنند. این اصطلاح به‌طور مناسب‌تر برای فرایندهایی به‌کار می‌رود که در آن‌ها این دو عنصر به‌صورت ترکیبی عمل می‌کنند، نه اینکه جداسازی غشایی به‌صورت متوالی پس از تصفیه بیولوژیکی کلاسیک انجام شود.

بیوفیلترها

تصفیه متعارف فاضلاب‌های شهری معمولاً از طریق یک فرایند سه مرحله‌ای انجام می‌شود: ته‌نشینی مواد جامد بزرگ در آب ورودی، سپس تخریب هوازی ماده ارگانیک و در نهایت یک فرایند ته‌نشینی دوم برای حذف زیست‌توده. یک بیوراکتور غشایی (MBR) می‌تواند این دو فرایند جداسازی فیزیکی را با فیلتر کردن زیست‌توده از طریق یک غشاء جایگزین کند. به همین دلیل، کیفیت آب تولیدی به‌طور قابل‌توجهی بالاتر از آن چیزی است که در تصفیه متعارف تولید می‌شود و نیاز به یک فرایند ضدعفونی ثالث اضافی را از بین می‌برد. برای کسب اطلاعات بیشتر به مقاله تصفیه فاضلاب به روش MBR مراجعه کنید.

5. تصفیه بی هوازی

تصفیه بی‌هوازی (Anaerobic Treatment) یکی از روش‌های مؤثر در تصفیه فاضلاب و پسماندهای آلی است که در آن مواد آلی بدون نیاز به اکسیژن تجزیه می‌شوند. این روش به ویژه برای فاضلاب‌هایی با بار آلودگی بالا، مانند فاضلاب‌های صنعتی و کشاورزی، بسیار مناسب است.

میکروارگانیسم‌های خاصی به نام باکتری‌های بی‌هوازی (Anaerobic Bacteria) ترکیبات پیچیده آلی مانند پروتئین‌ها، چربی‌ها و کربوهیدرات‌ها به ترکیبات ساده‌تر تبدیل می‌کنند. محصولات هیدرولیز به اسیدهای چرب و الکل‌ها تبدیل می‌شوند. این فرآیند توسط باکتری‌های خاصی انجام می‌شود که اسیدهای آلی تولید می‌کنند. در نهایت، باکتری‌های متان‌زا (Methanogenic Bacteria) از اسیدهای تولید شده در مرحله قبل استفاده کرده و متان و دی‌اکسید کربن تولید می‌کنند.

مزایای بیوتکنولوژی

کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب در مقایسه با روش های سنتی مقرون به صرفه تر است و کیفیت پساب بهتری را ارائه می دهد؛ محیط زیست و مردم را از اثرات مضر خروج پساب تصفیه نشده محافظت می کند و همچنین امکان استفاده مجدد از تولیدات جانبی تصفیه همچون لجن باقیمانده و بیوگاز تولیدی به عنوان منبع انرژی را فراهم می نماید.

سخن پایانی

کاربرد بیوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب را در این مقاله بررسی کردیم. بیوتکنولوژی از روش‌های مختلفی برای تجزیه مواد زائد از جمله میکروارگانیسم‌ها، آنزیم‌ها و فناوری‌های جدید استفاده می‌کند. این فرآیندها را می توان به صورت بی هوازی یا هوازی برای کمک به تجزیه ترکیبات پیچیده و سمی انجام داد. علاوه بر این، مهندسی ژنتیک به تولید سویه‌های جدید میکروبی منجر می‌شود که توانایی تجزیه مواد مقاوم را دارند. به طور کلی، این روش ها به کاهش ضایعات و تولید انرژی کمک می کند و منجر به حفاظت از محیط زیست و توسعه پایدار می شود.

5/5 - (1 امتیاز)
اشتراک گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

WhatsApp WhatsApp
حساب کاربری من