Views: 2
تصفیه فاضلاب توسط جلبک سبز
در تصفیه فاضلاب توسط جلبکها، داشتن رابطه همزیستی با باکتریها می تواند نقش بسیار مهمی در این فرآیند در برکههای اختیاری برعهده بگیرد. به این صورت که جلبکها در حضور نور خورشید و مواد معدنی شروع به فعالیت فتوسنتز مینمایند، که نتیجه آن تولید جلبکهای جدید و اکسیژن حل شده است. اکسیژن تولیدی توسط جلبکها، توسط باکتریها برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در فاضلاب استفاده میشود.
در لايهی فوقانی برکههای اختیاری که به ناحیه فتوسنتز کننده نامیده میشود، فعالیت فتوسنتز توسط طیف وسیعی از گونههای جلبکی (عمدتاً جلبکهای سبز و سبز-آبی و دیاتومه) انجام میشود و ۶۶-۱۰ گرم جلبک به ازای هر متر مربع مساحت در روز تولید مینماید. در صورت راهبری مناسب برکههای تثبیت، متداولترین گونههای جلبکی در برکهها شامل کلرلا، سندزموس، میکرواکتینیوم، اسیلاتوریا، میکروسیستیس، اوگلنا و کلامیدوموناس میباشد.
غلظت جلبکها در پساب برکههای اختیاری، با توجه به میزان بارگذاری و درجه حرارت، معمولاً در محدودهی ۲۰۰۰-۱۵۰۰ میکروگرم کلروفیل a در هر لیتر قرار دارد.
نقش جلبک ها در تصفیه فاضلاب
بهبود وضعیت اکولوژیکی منابع آب، به خصوص همزمان با کاهش فسفر و نیتروژن در فاضلاب، موضوعی است که خیلی از کشورهای توسعه یافته و همچنین در حال توسعه روی آن تمرکز دارند. در سالهای اخیر، حضور ریز جلبکهای میکسوتروف به عنوان بخشی از تصفیه فاضلاب بسیار مورد توجه قرار گرفته است. ریز جلبک ها، از جمله جلبکهای یوکاریوتی و سیانوباکتریها، یک روش سازگار با محیط زیست و پایدار برای فرآیندهای تصفیه فاضلاب هستند.
ریزجلبکهای میکروتروف از کربن آلی و معدنی، نیتروژن معدنی (N) و فسفر (P) موجود در فاضلاب برای رشد خود بهره میبرند. حضور آنها منجر به کاهش غلظت مواد مذکور در آب میشود و میتواند قدم مهمی در فرایند تصفیه فاضلاب برای کاهش نیتروژن، فسفر و نیاز شیمیایی اکسیژن (COD) در فاضلاب باشد. این جلبکها دارای ظرفیت بالایی برای حذف آلایندههای صنعتی مانند آلایندههای دارویی و فلزات سنگین هستند.
عوامل زیستی و غیرزیستی مختلفی بر تصفیه فاضلاب بر مبنای ریز جلبکی وجود دارد که میتوان به PH، دما و نور اشاره کرد. هدف اصلی تصفیه فاضلاب کاهش چشمگیر مقدار مواد کربنی؛ عمدتاً به عنوان نیاز بیولوژیکی اکسیژن (BOD) و در مواردی که آبهای حساس درگیر هستند، کاهش ترکیبات نیتروژن (N) و فسفر (P) قبل از تخلیه است. سیستم های تصفیه فاضلاب برای توسعه پایدار باید از نظر فناوری قابل اجرا، سازگار با محیط زیست و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشند.
با توجه به هزینه های عملیاتی، سیستم های ریز جلبک به خوبی می توانند نیازهای این مواصفات را برآورده کنند و به عنوان یک روش مناسب در تصفیه فاضلاب مطرح شوند. این سیستمها هزینه های عملیاتی کمتری دارند و می توانند با ارائه عملکرد بهینه، به بهبود کیفیت تصفیه فاضلاب کمک کنند.
کاربرد جلبک ها در تصفیه فاضلاب
فکر کردن به جلبک ها در نگاه اول ممکن است به عنوان یک مزاحمت به نظر برسد. دیدن تودههای سبز و لزج جلبک ها در لبههای استخر آبی شفاف ممکن است شما را وادار به شتاباندن برای پاکسازی آنها کند. اما قبل از آنکه برای حذف آنان آمادگی نشان دهید، بهتر است یک لحظه به فکر کنید که جلبک ها چگونه می توانند در تصفیه فاضلاب مفید باشند. واقعاً نقش اهمیتی دارند، به ویژه در تصفیه فاضلاب.
ریزجلبکها گونههای جلبک تکسلولی هستند که میتوانند به صورت جداگانه یا به صورت خوشهای زنده بمانند. آنها یکی از مهمترین گروههای موجودات زنده روی کره زمین می باشند. زیرا تقریباً نیمی از اکسیژن موجود در اتمسفر زمین را تولید میکنند و در عین حال مقدار قابل توجهی از گاز گلخانهای- دیاکسید کربن را نیز هضم میکنند. ریزجلبکها نقش مهمی در جذب نیتروژن و فسفر اضافی در سیستمهای آبی طبیعی ایفا میکنند و همچنین در جذب دیاکسید کربن نیز مؤثر هستند. بنابراین، کشت انبوه ریزجلبکها نشان دهنده یک رویکرد مناسب برای تصفیه فاضلاب است.
از آنجایی که فناوریهای تصفیه فاضلاب برای آینده ما بسیار حیاتی میباشند، باید راهکارهایی را پیدا کنیم که نه تنها برای محیط زیست موثر و پایدار باشند، بلکه هزینههای اجرای آنها نیز منطقی و قابل قبول باشد. دکتر پیتر لامرز، با بیش از 33 سال تجربه در تحقیق و توسعه جلبک، دانشمند ارشد شراکت عمومی و خصوصی بستر آزمایشی جلبک (ATP3)، اخیراً یک پروژه آزمایشی را در گیلبرت آغاز کرده است که بر استفاده از جلبک برای تصفیه فاضلاب تمرکز دارد.
لامرز در مصاحبهای که در زیر شروع میشود، بینش بیشتری در مورد مزایای استفاده از جلبک برای تصفیه فاضلاب و همچنین مروری بر پروژه تحقیقاتی فعلی خود ارائه کرد.
چرا از جلبک برای تصفیه فاضلاب استفاده می کنیم؟
محققان اخیراً کشف کردهاند که جلبکها میتوانند برای تصفیه فاضلاب موثر باشند. ویلیام جی اسوالد یکی از اولین محققانی بود که در دهه ۱۹۵۰ این ایده را مطرح کرد. جلبکها با تولید اکسیژن که به باکتریهای هوازی اجازه میدهند آلایندههای آلی موجود در آب را تجزیه کنند و نیتروژن و فسفر اضافی را جذب کنند. این فرآیند باعث بهبود کیفیت آب میشود و همچنین به عنوان یک روش پایدار و مقرون به صرفه برای تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرد.
در این زمینه از نوع جدیدی از جلبکها استفاده میشود که دماهای بالا را دوست دارند و مقادیر pH پایدار و پایینی دارند، تقریباً همان سطح pH کوکاکولا. پاتوژنها، یعنی عوامل بیولوژیکی که باعث بیماری میشوند، در این شرایط به سرعت از بین میروند. به همین دلیل، فاضلاب تصفیه شده با این روش به مقدار کمتری از مواد ضدعفونی کننده شیمیایی نیاز دارد. این پلتفرم نشاندهندهی یک الگوی جدید در استفاده از جلبکها برای تصفیه فاضلاب است.
چرا باید روی تصفیه فاضلاب تمرکز کنیم؟
تعداد دلایل متعددی برای این موضوع وجود دارد، اما علت اصلی این است که فرآیند تصفیه فاضلاب فعلی بسیار پر هزینه و انرژیبر میباشد. عدم تصفیه فاضلاب در مناطق توسعه نیافته همچنان یکی از مشکلات اساسی بهداشت عمومی است. شرایط فعلی فرصتی مناسب برای بهرهبرداری از انرژی خورشید در مناطق بیابانی فراهم کرده است که این انرژی به صورت مستقیم باعث تولید انرژی پاک، استخراج کود و آب تمیز برای مصارف دیگر میشود.
ما از جلبکهایی استفاده میکنیم که آب گرم را دوست دارند. زیرا وقتی جلبکها را در فاضلابی که در راکتورهای پلاستیکی پرورش میدهیم قرار میدهیم، آب همچون هوای گلخانه گرم میشود. جلبکها تصفیه فاضلاب را با حذف نیتروژن، فسفر و کربن آلی محلول انجام میدهند. این شرایط رشد باکتریهای مضر را بیثبات میکند و در عین حال زیست تودهای غنی از انرژی بیشتری نسبت به سیستمهای تصفیه فعلی تولید میکند. قبوض برق فعلی تاسیسات فاضلاب میتواند تا 60 درصد از هزینههای عملیات تصفیه فاضلاب (WWTP) را تشکیل دهد. استفاده از سیستمهای جلبکی در نهایت میتواند این ترازوی هزینهها را تعادل بخشد، در عین حال با استخراج مواد مغذی کود در این فرآیند به صنعت سود میرساند.
با توجه به تغییرات اقلیمی و خشکسالی در کشور، ایده تغییر کاربری آب در سطوح مختلف بخشی از آینده ما است. پس از افزایش کیفیت آب تصفیه شده از فاضلاب، باید PH را به حالت خنثی بازگردانیم و عملیات ضد عفونی را انجام دهیم تا آب به شرایط مناسبی برسد. سپس، آب تصفیه شده قابل استفاده به عنوان آب خاکستری برای کشاورزی، فضای سبز و حتی زمینهای چمن خواهد بود. در ادامه، میتوان فرایندهای تصفیه اضافی را برای بازیافت فاضلاب به آب آشامیدنی نیز در نظر گرفت.
مزایای کاربرد جلبک ها در تصفیه فاضلاب
مزیت بزرگ این بیوتکنولوژی این است که بسیاری از گونههای جلبکی که اثربخشی آنها ثابت شده است، به راحتی در دسترس هستند، بهویژه در کشورهایی که فاقد زیرساخت برای تصفیه فاضلاب هستند. با توجه به اینکه فتوسنتز یک فرآیند کلیدی برای کاشت ریزجلبکها می باشد، این سیستمها برای مناطقی که درجه حرارت بالا دارند و در معرض نور خورشید هستند، ایدهآل است.
ثابت شده است که استفاده از همزیستی میکروجلبک-باکتری با حذف مواد آلی، مواد مغذی از جمله نیتروژن و فسفر (که عوامل اصلی اوتروفیکاسیون در آب هستند) و برخی از آلایندهها و عوامل بیماریزا، باعث ایجاد آب تصفیهشده با کیفیت خوبی میشود. ترکیب زیست توده برداشت شده تأثیر مستقیمی بر کیفیت محصولات ارزشمندی که از آن به دست میآید، دارد.
مشکلات رشد جلبک در تصفیه خانه
در تصفیهخانههای آب و فاضلاب، یکی از دغدغههای اصلی کارفرمایان بهرهبرداری صحیح از سیستم است تا خروجی سیستم به استاندارد مطلوب برسد. یکی از اتفاقاتی که مخصوصا در فصول گرم در تصفیهخانهها به وجود می آید، رشد بیش از اندازه جلبکهاست. از جمله مسائلی که رشد جلبکها ایجاد میکند میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- رشد بیش از اندازه جلبکها در سطح مخازن تصفیه، باعث مانع شدن نور و اکسیژن از ورود به آب یا فاضلاب سطح زیرین میشود.
- اگر تصفیهگرهای فیلتراسیون مانند فیلترهای شنی و کربنی در سیستم تصفیه باقی بمانند، ممکن است عملکرد این تجهیزات مخل شده و باعث گرفتگی فیلترها شوند.
- رشد جلبک در تصفیهخانههای آب میتواند باعث تغییر طعم و بوی آب شود.
- اگر جلبک به طور فزایندهای در واحد تهنشینی تصفیهخانه فاضلاب رشد کند، ممکن است منجر به پدیدههای رایزینگ و بالکینگ لجن شود.
تصفیه فاضلاب با استفاده از جلبک سبز
تصفیه فاضلاب با کمک جلبک سبز یک روش موثر و پایدار برای حذف آلایندههای آلی و نیتروژن از آبهای فاضلاب است. این روش از توانایی جلبکهای سبز در تبدیل مواد آلی و نیتروژن به مواد غیر آلی و فسفات بهره میبرد. علاوه بر این، جلبکهای سبز قدرت خاصی دارند در جذب کربن دیاکسید و تولید اکسیژن که این کار از بهبود کیفیت آب و افزایش سطح اکسیژن حلقوی آب کمک میکند.
