جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب را بشناسید!

با رشد جمعیت و توسعه فعالیت های صنعتی، تقاضای جهانی آب تا سال 2050 به‌طور قابل‌توجهی افزایش خواهد یافت. بررسی سازمان های بین الملل ذی‌ربط پیش‌بینی می‌کند که نیاز به آب در برخی مناطق تا 30 درصد بیشتر شود. این موضوع، اهمیت بازچرخانی و تصفیه فاضلاب با روش‌های کارآمد و سازگار با محیط‌زیست که تبعات منفی کمتری بر زندگی انسان و طبیعت بگذارد را دوچندان کرده است. 

روش‌های سنتی تصفیه، مانند فرایند شیمیایی انعقاد و لخته سازی، اغلب از مواد شیمیایی نظیر کلرید آلومینیوم استفاده و لجن زیادی تولید می کنند. این لجن، چالش های زیادی را در حوزه دفع و تصفیه ایجاد می کند. از سوی دیگر، قوانین سخت‌گیرانه در کشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه، نیاز به استفاده از روش های نوین پکیج تصفیه فاضلاب را افزایش داده است. در سال‌های اخیر، پژوهش‌ها پیشرفت‌های چشمگیری در این حوزه داشته‌اند و فناوری‌هایی کارآمدتر و پایدارتر معرفی شده‌اند. 

روش‌هایی مانند نانوفیلتراسیون، اسمز معکوس، تبادل یونی، اولترافیلتراسیون، جذب زیستی و تصفیه با جلبک از جمله جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب هستند که برای حذف آلاینده‌های پیچیده و بازچرخانی فاضلاب به کار می‌روند. این روش‌ها با کاهش مصرف انرژی و تولید کمتر لجن، جایگزین مناسبی برای فرآیندهای قدیمی می باشند. در ادامه، برخی از این فناوری‌های نوظهور را بررسی خواهیم کرد تا با مزایا و کاربردهای آن‌ها در تصفیه پساب‌های صنعتی و خانگی آشنا شویم.

معرفی برخی از جدیدترین روش‌های تصفیه فاضلاب

در سال‌های اخیر، تمرکز زیادی بر تحقیق و توسعه روش های نوین تصفیه فاضلاب صورت گرفته و برخی از این روش‌ها با موفقیت در مقیاس صنعتی پیاده‌سازی شده‌اند. این فناوری‌ها شامل فرآیندهای غشایی، زیستی و شیمیایی هستند که برای حذف آلاینده‌های پیچیده و بازچرخانی فاضلاب طراحی شده‌اند. 

در سال 2018، ژورنال Water Research مطالعه‌ای جامع درباره روش‌های پیشرفته تصفیه منتشر کرد که بر فناوری‌های غشایی تمرکز داشت. این مطالعه نشان داد که گرفتگی غشا  (Fouling)، مصرف انرژی بالا و هزینه‌های نگهداری از چالش‌های اصلی این روش‌ها هستند. گرفتگی غشا می‌تواند منجر به تولید بوی نامطبوع و کاهش کارایی سیستم شود، اما با طراحی مناسب و پیش‌تصفیه قابل مدیریت است. در ادامه این مقاله، 5 فناوری از جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب را معرفی میکنیم.

1. تصفیه فاضلاب با استفاده از سلول‌های سوختی میکروبی (MFCs)

سلول‌های سوختی میکروبی (Microbial Fuel Cells) یکی از روش‌های نوین تصفیه فاضلاب هستند که امکان تولید هم‌زمان برق و تصفیه فاضلاب را فراهم می‌کنند. مطالعه‌ای در Journal of Environmental Technology Reviews نشان داد که MFCs با استفاده از میکروارگانیسم‌ها، مواد آلی فاضلاب را اکسید می‌کنند و از حرکت الکترون‌ها به سمت آند، الکتریسیته تولید می‌نمایند. این فناوری در 20 سال گذشته پیشرفت‌های زیادی داشته، اما تجاری‌سازی و استفاده در ابعاد صنعتی از آن به دلیل هزینه‌های بالا و راندمان پایین تولید برق همچنان محدود است. 

در این روش، باکتری‌های اگزوالکترونیک (مانند Shewanella) مواد آلی را تجزیه کرده و الکترون‌ها را مستقیماً به آند منتقل می‌کنند. فاضلاب به دلیل دارا بودن ترکیبات آلی فراوان، مناسب ترین بستر برای این اجرای این فرآیند است. از مزایای MFCs نسبت به روش‌های هوادهی سنتی می‌توان به کاهش مصرف انرژی و تولید لجن کمتر اشاره کرد. برای مثال، فرآیندهای هوادهی نیاز به انرژی بالایی برای تأمین هوای مورد نیاز فرایند های بیولوژیکی دارند، در حالی که MFCs از انرژی زیستی (مواد آلی) بهره می‌برند. 

همچنین پیشنهاد می شود، تصفیه فاضلاب با روش‌ های کم‌ هزینه و کارآمد را مطالعه فرمایید.

با این‌حال، چالش‌هایی مانند هزینه های جاری عملیات همچون تأمین الکترود، گرفتگی غشاها و نیاز به فیلتراسیون تکمیلی برای حذف باکتری‌ها وجود دارد. پس از اکسیداسیون مواد آلی، زیست‌توده باقی‌مانده با فرآیندهای فیلتراسیون جدا می‌شود. این روش برای فاضلاب‌های شهری و صنعتی با بار آلی بالا مناسب بوده و پتانسیل بالایی برای توسعه پایدار در آینده دارد. 

2. تصفیه فاضلاب با استفاده از نانوفیلتراسیون

نانوفیلتراسیون (NF) یکی از فناوری‌های غشایی پیشرفته برای تصفیه آب و فاضلاب است که در سال‌های اخیر کاربرد گسترده‌ای در صنعت یافته است. این روش غشایی برای حذف یون‌های دوظرفیتی (مثل کلسیم و منیزیم)، مواد آلی و نمک‌زدایی نسبی استفاده می‌شود. NF به دلیل مصرف انرژی کمتر و نرخ شار بالاتر نسبت به اسمز معکوس (RO)، در کاربردهایی مانند پیش‌تصفیه RO یا بازچرخانی پساب صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.

محصول پیشنهادی: آب شیرین کن صنعتی

در این فرآیند، غشاهای NF با منافذ 1-10 نانومتر، آلاینده‌ها را بر اساس اندازه و بار الکتریکی جدا می‌کنند. این ویژگی امکان حذف مؤثر فلزات سنگین، نیترات، و مواد آلی را فراهم می‌کند. برای مثال، NF می‌تواند کدورت پساب را به زیر 1 NTU برساند و برای بازچرخانی در صنایع نساجی یا غذایی مناسب می باشد.

مزایای اصلی NF شامل مصرف انرژی پایین، کارایی بالا و انعطاف‌پذیری در انتخاب مواد غشایی (مانند پلی‌آمید) است. بااین‌حال، گرفتگی غشا (Fouling) به دلیل تجمع ذرات آلی یا معدنی، چالش بزرگی است که نیاز به پیش‌تصفیه و شست‌وشوی دوره‌ای دارد. پیشرفت‌های اخیر، مانند غشاهای نانوکامپوزیتی، این مشکل را تا حدی کاهش داده‌اند. نانوفیلتراسیون با ترکیب مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی، یکی از روش های نوین تصفیه فاضلاب می باشد.

3. تصفیه فاضلاب با استفاده از جلبک‌ها

تصفیه فاضلاب با جلبک‌ها روشی سازگار با محیط زیست است که در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. جلبک‌ها از طریق جذب زیستی (Biosorption) و متابولیسم، آلاینده‌هایی مانند نیتروژن، فسفر و فلزات سنگین (از جمله روی، سلنیوم و آرسنیک) را حذف می‌کنند. همچنین، با فتوسنتز اکسیژن تولید می‌کنند که موجب کمک به تجزیه مواد آلی توسط باکتری‌ها می شود. گونه‌هایی مانند Spirogyra  یا Chlorella حتی قادر به حذف مواد رادیواکتیو از پساب‌های صنعتی هستند. 

این روش برای تصفیه پساب‌های شهری و صنعتی با بار مغذی بالا مناسب است. از مزایای آن می‌توان به کاهش مصرف مواد شیمیایی، تولید زیست‌توده قابل‌استفاده (مثلاً برای سوخت زیستی) و هزینه کم اشاره کرد. برای مثال، جلبک‌ها می‌توانند نیتروژن پساب را تا 80% کاهش دهند. بااین‌حال، نیاز به فضای زیاد، حساسیت به دما و نور و مدیریت زیست‌توده جلبکی (برای جلوگیری از آلودگی ثانویه) از چالش‌های استفاده از این فناوری می باشد.

این فناوری با تولید اکسیژن و کاهش اثرات زیست‌محیطی، به پایداری محیط زیست در فرایندهای تصفیه کمک می‌کند. پیشرفت‌های اخیر، مانند راکتورهای جلبکی بسته (Photobioreactors)، کارایی این روش را افزایش داده‌اند و آن را به یکی از جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب تبدیل کرده است.

4. تصفیه فاضلاب با استفاده از جذب زیستی

جذب زیستی (Biosorption) روشی فیزیکوشیمیایی برای تصفیه فاضلاب است که در آن زیست‌توده‌هایی مانند جلبک، قارچ یا باکتری، آلاینده‌ها را به‌صورت غیرفعال و اغلب غیر زنده جذب می‌کنند. در این فرآیند، مواد بیولوژیکی (زنده یا مرده) فلزات سنگین (مانند سرب، کادمیوم، و کروم) را از طریق پیوندهای شیمیایی یا فیزیکی به سطح خود متصل می‌کنند. این روش نیازی به فعالیت متابولیکی ندارد و از این رو مصرف انرژی بسیار کمی دارد. 

جذب زیستی برای حذف فلزات سنگین از پساب‌های صنعتی (مثل صنایع معدنی یا نساجی) بسیار مؤثر است. برای مثال، زیست‌توده Aspergillus niger می تواند تا 90% کروم را از فاضلاب حذف کند. مزیت اصلی این روش، هزینه کم و استفاده از مواد طبیعی یا ضایعات کشاورزی (مثل پوست مرکبات) به‌عنوان جاذب می باشد. بااین‌حال، ظرفیت جذب زیست‌توده محدوده و به عواملی مانند pH، دما و نوع آلاینده بستگی دارد. همچنین، دفع زیست‌توده آلوده می تواند خود یک چالش زیست‌محیطی ایجاد کند.

بیشتر بخوانید: روش‌های گندزدایی آب و فاضلاب

پیشرفت‌های اخیر، مانند اصلاح سطح زیست‌توده با نانومواد، کارایی جذب زیستی را افزایش داده‌اند. این روش با ترکیب سادگی و پایداری، گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه برای تصفیه پساب‌های آلوده به فلزات سنگین است. 

5. تصفیه فاضلاب با استفاده از الکتروکواگولاسیون پیشرفته

الکتروکواگولاسیون پیشرفته یکی از جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب است که با استفاده از جریان الکتریکی، آلاینده‌ها را حذف می‌کند. در این فرآیند، الکترودهای فلزی (مانند آهن یا آلومینیوم) یون‌های فلزی آزاد می‌کنند که با آلاینده‌ها (مثل فلزات سنگین، مواد آلی و روغن) واکنش داده و لخته‌های نامحلول می سازند. این لخته‌ها از طریق ته‌نشینی یا شناورسازی از جریان فاضلاب جدا می شوند.

این روش برای فاضلاب‌های صنعتی (مثل صنایع غذایی یا پتروشیمی) بسیار مؤثر بوده و می‌تواند تا 95% فلزات سنگین (مانند کروم) را حذف کند. از مزایای آن می‌توان به مصرف کم مواد شیمیایی، تولید لجن کمتر و کارایی بالا اشاره کرد. بااین‌حال، مصرف انرژی و فرسودگی الکترودها هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد. پیشرفت‌های اخیر، مانند استفاده از الکترودهای نانوساختار، راندمان این روش را بهبود بخشیده‌اند.

سخن پایانی

روش‌های سنتی تصفیه فاضلاب با چالش‌هایی مانند ظهور آلاینده‌های پیچیده و جدید (مثل میکروپلاستیک‌ها و داروها)، رشد جمعیت، توسعه صنعتی و کاهش منابع آب شیرین مواجه شده‌اند. اگرچه این روش‌ها در حذف آلاینده‌های شیمیایی و میکروبی مؤثر بوده‌اند، اما در دو دهه اخیر به دلیل پیچیدگی آلاینده‌ها و استانداردهای سخت‌گیرانه‌تر، کارایی محدودی داشته‌اند. افزایش آگاهی از اثرات آلودگی آب و تقاضا برای کیفیت بالاتر، مقررات جدیدی را به دنبال داشته و چالش حذف آلاینده های پیچیده تر را به برنامه ها تصفیه آب و فاضلاب اضافه کرده است.

در نتیجه، پژوهش‌ها در سال‌های اخیر بر توسعه روش‌های نوین تصفیه فاضلاب تمرکز داشته اند که کارایی بالاتر، هزینه و اثرات زیست‌محیطی کمتری دارند. فناوری‌هایی مانند سلول‌های سوختی میکروبی، نانوفیلتراسیون و جذب زیستی نمونه‌هایی از این تلاش‌ها هستند که نه‌تنها آلاینده‌ها را حذف می‌کنند، بلکه امکان بازچرخانی آب و تولید انرژی را نیز فراهم می‌کنند. انتظار می‌رود با پیشرفت فناوری‌های دیجیتال (مثل حسگرهای هوشمند) و ترکیب روش‌های مختلف، کارایی این سیستم‌ها در آینده بیشتر شود. دامنه این فناوری‌ها روزبه‌روز بیشتر می‌شود و تجاری سازی این روش ها با کاهش هزینه های اجرایی می تواند به پایدار محیط زیست کمک کند.