جدیدترین روش تصفیه فاضلاب را بشناسید

با تداوم رشد سریع جمعیت و افزایش صنعتی شدن، برآوردها حاکی از افزایش 400 درصدی نیاز به آب تا سال 2050 را نشان می‎دهد. در این میان نیاز روزافزون به تصفیه و بازیافت آب از فاضلاب، اهمیت استفاده از روش‌های تصفیه کارآمدتر و سازگار تر با محیط زیست را افزایش داده است.
اکثر روش‌های متداول تصفیه فاضلاب، مانند لخته‌سازی و انعقاد، از مواد شیمیایی مانند کلرید آلومینیوم و پلی الکترولیت‌ها استفاده می‌کنند. این روش تصفیه فیزیکی – شیمیایی مقدار زیادی لجن تولید می‌کند که باعث افزایش مشکلات مربوط به تصفیه و دفع لجن می‌گردد. علاوه بر این، اکثر کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه قوانین سختگیرانه‌ای در زمینه مدیریت پساب‌های صنعتی و خانگی دارند. در طی سال‌های اخیر، تلاش‌های زیادی برای توسعه روش‌های جدیدتر و کارآمدتر انجام شده است و نتایج تحقیقات متخصصان  نشان از پیشرفت قابل ملاحظه در این عرصه دارد. روش‌های رسوب شیمیایی، نانوفیلتراسیون، مکانیسم تصفیه جلبک، اسمز معکوس، روش‌های تبادل یونی، اولترافیلتراسیون و جذب زیستی از روش های نوین تصفیه فاضلاب هستند که اخیراً مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در بخش‌های بعدی، برخی از این روندهای نوظهور و جدیدترین روش تصفیه فاضلاب را بررسی خواهیم کرد.

معرفی برخی از جدیدترین روش تصفیه فاضلاب

در سال‌های اخیر، مطالعات متعددی با تمرکز بر مکانیسم‌های تصفیه فاضلاب انجام شده است و بسیاری از روش‌های توسعه یافته برای تصفیه پساب‌ها با موفقیت در مقیاس صنعتی به کار گرفته شده‌اند. در سال 2018، ژورنال آب روش‌های فعلی توسعه یافته برای تصفیه فاضلاب را مورد بررسی قرار داد که در آن، تمرکز اولیه بر روی عملیات تصفیه غشایی بود و بوی بد را به عنوان چالش مهم تصفیه غشایی برای فاضلاب نشان داد.

1. جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب با استفاده از MFCs

در مطالعه دیگری که در Journal of Environmental Technology Reviews منتشر شد ، نویسندگان امکان تصفیه فاضلاب با استفاده از سلول‌های سوختی میکروبی (MFCs) را بررسی کردند. این روش که یکی از روش های نوین تصفیه فاضلاب محسوب می‌شود، دارای مزیت منحصربه‌فردی است که در آن استفاده از میکروارگانیسم‌ها به صورت هم زمان در جهت تولید انرژی برای تصفیه خانه و همین‌طور، تصفیه فاضلاب فراهم است. پیل‌های سوختی میکروبی (MFCs) در 20 سال گذشته دستخوش پیشرفت‌های تکنولوژیکی بزرگی شده‌اند، اما برای تجاری‌سازی آن‌ها کار بسیار کمی انجام شده است.

سلول‌های سوختی میکروبی (MFCs) سیستم‌های راکتور شیمیایی هستند که از تجزیه زیستی مواد آلی با کمک بستر میکروبی مناسب، الکتریسیته تولید می‌کنند. اولین بسترهای مورد استفاده در آزمایشگاه عمدتاً گلوکز، استات یا سایر بسترهای ساده برای تعیین رفتار مواد الکترود، غشاها و موارد دیگر و همچنین معماری راکتور یا فعالیت میکروبی بودند. مطالعه با استفاده از فاضلاب واقعی به عنوان بستر در سال 2004 آغاز شد.

در تصفیه فاضلاب به وسیله سلول‌های سوختی میکروبی که از جدیدترین روش تصفیه فاضلاب است، مواد آلی توسط میکروارگانیسم‌های موجود در فاضلاب اکسید می‌شوند و در خلال این فرایند حرکت الکترون‌ها باعث تولید نیروی الکتریکی می‌گردد. در بین تمام بسترهای مورد استفاده برای تولید برق در روش سلول‌های سوختی میکروبی، فاضلاب به دلیل دارا بودن ترکیبات آلی مناسب و در دسترس، پایدارترین آنهاست. از مزیت‌های این روش نسبت به روش‌های هوادهی در تصفیه فاضلاب، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش تولید لجن است.

انواع مختلف باکتری‌های اگزوالکترونیک در فاضلاب می‌توانند مواد آلی را اکسید کرده و الکترون‌ها را بدون واسطه به آنُد پیل سوختی منتقل کنند. هنگام اکسید شدن مواد آلی، جمعیت میکروارگانیسم‌ها کاهش می‌یابند و سپس می‌توان آنها را از طریق سایر فرآیندهای فیلتراسیون حذف کرد.

در مطالعه‌ای که در سال 2021 در مجله بین‌المللی تحقیقات و فناوری مهندسی منتشر شد، بسیاری از پیشرفت‌ها در زمینه تصفیه فاضلاب مورد بررسی قرار گرفته‌اند. این مطالعات بر روی نانوفیلتراسیون‌ها، مکانیسم‌های تصفیه با جلبک و روش‌های جذب زیستی متمرکز بودند.

2. تصفیه فاضلاب با استفاده از نانوفیلتراسیون

روش نانوفیلتراسیون یک فرآیند فیلتراسیون غشایی است. این روش، یکی از فرآیندهای غشایی پرکاربرد برای تصفیه آب و فاضلاب علاوه بر کاربردهای دیگری مانند نمک‌زدایی و جدیدترین روش تصفیه فاضلاب است. NF به دلیل مصرف انرژی کمتر و نرخ شار بالاتر، جایگزین غشاهای اسمز معکوس (RO) در بسیاری از کاربردها شده است.
 اصل اساسی درگیر در این روش، بهره‌برداری از توانایی عوامل پیونددهنده برای ایجاد کمپلکس‌های کاتیونی فلزات سنگین است. کمپلکس‌های تشکیل شده محصولی از فلزات سنگین و ذرات منعقد شده در فاضلاب هستند. تشکیل پیوند باعث افزایش وزن مولکولی می‌شود. ازاین‌رو، اندازه آلاینده‌ها از منافذ غشایی که برای جداسازی استفاده می‌شود بزرگ‌تر می‌شود.

مزیت اصلی تکنیک نانوفیلتراسیون شامل نیاز به انرژی کم و سینتیک واکنش سریع است. این مزایا، همراه با انعطاف‌پذیری آماده‌سازی و تنوع مواد خام که می‌توان از آنها برای فیلتراسیون نانو استفاده کرد، انتظار می‌رود استفاده از آن را برای تصفیه فاضلاب در آینده افزایش دهد.

در مقاله کاربرد فناوری نانو در تصفیه فاضلاب به شرح این فناوری پرداخته‌ایم.

3. جدیدترین روش تصفیه فاضلاب با استفاده از جلبک‌ها

مکانیسم تصفیه جلبک در پنج دهه اخیر به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است و می‌توان گفت از روش های نوین تصفیه فاضلاب محسوب می‌شود. این تکنیک بر این اصل استوار است که میکروارگانیسم‌ها می‌توانند با تغذیه و انباشته کردن مواد سمی مانند روی، سلنیوم و آرسنیک در داخل خود این مواد را در محیط‌های آبی از بین ببرند. بسیاری از جلبک‌ها مانند Spirogyra می‌توانند مواد رادیواکتیو را در خود انباشته کنند.

بنابراین، این جلبک‌ها می‌توانند به طور مؤثری برای تصفیه پساب‌های حاصل از فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده شوند. مزیت اصلی تصفیه فاضلاب به وسیله جلبک‌ها در سازگاری با محیط زیست بودن آن‌هاست. این نوع تصفیه آب باتوجه‌به عدم ورود مواد خارجی به محیط زیست، ارگانیک و سازگارترین روش تصفیه با محیط زیست است. همچنین وسیله‌ای بسیار مؤثر برای تغذیه میکروارگانیسم‌ها برای تضمین بقای مداوم و کمک به پایداری اکوسیستم است. این روش همچنین دارای مزیت ارزان بودن است.

پیشنهاد می‌کنیم مقاله کاربرد جلبک ها در تصفیه فاضلاب را مطالعه کنید.

4. تصفیه فاضلاب با استفاده از جذب زیستی

جذب زیستی یک فرآیند فیزیکوشیمیایی و یکی از جدیدترین روش تصفیه فاضلاب است که به طور طبیعی در زیست توده خاصی رخ می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد تا به طور غیرفعال، آلاینده‌های موجود در فاضلاب را به ساختار سلولی خود متمرکز و متصل کند. در این روش، مواد بیولوژیکی، فلزات سنگین موجود در فاضلاب را از طریق جذب متابولیکی انباشته می‌کنند. یکی از مزایای قابل توجه این روش عدم نیاز به مصرف انرژی است. بااین‌حال، تعداد آلاینده‌هایی که یک حلال می‌تواند از بین ببرد به تعادل جنبشی و ترکیب سطح جاذب سلولی بستگی دارد؛ زیرا آلاینده‌ها بر روی ساختار سلولی جذب می‌شوند.

در مقاله تصفیه پیشرفته فاضلاب به معرفی روش‌های پیشرفته تصفیه پرداخته‌ایم.

سخن پایانی

روش‌های سنتی تصفیه فاضلاب با شناسایی هر چه بیشتر آلاینده‌های جدید، رشد سریع جمعیت، افزایش فعالیت‌های صنعتی و کاهش روزافزون منابع آب شیرین به طور فزاینده‌ای به چالش کشیده می‌شوند. هرچند کاربردی بودن فرآیندهای مرسوم در حذف بسیاری از آلاینده‌های شیمیایی و میکروبی از فاضلاب به اثبات رسیده است؛ اما اثربخشی این فرآیندها در طول دو دهه گذشته به دلیل چالش‌های جدید محدود شده است. افزایش دانش در مورد پیامدهای آلودگی آب و تقاضای عمومی برای آب با کیفیت بهتر، اجرای مقررات بسیار سخت‌گیرانه‌تر را با گسترش دامنه آلاینده‌های تنظیم شده و کاهش حداکثر سطوح آلاینده تعیین شده برای تخلیه فاضلاب اعمال کرده است. در نتیجه در سال‌های گذشته تمرکز بر ایجاد و توسعه فرایندهای نوین در تصفیه فاضلاب که اثربخشی بیشتر و هزینه‌های کمتر هم در بخش اقتصادی و هم در بخش‌های محیط زیستی داشته باشد، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. دامنه جدیدترین روش تصفیه فاضلاب هر روز گسترده‌تر می‌شود و تلاش‌های زیادی در جهت تجاری کردن فرایندهای آزمایشگاهی صورت می‌پذیرد.