فن آوری های نوین در تصفیه فاضلاب و بازچرخانی پساب

روش های سنتی تصفیه فاضلاب با شناخت دقیق تر ازآلاینده ها، رشد سریع جمعیت، روند افزایشی صنعتی شدن فعالیت ها و کاهش یافتن منابع آب بکر بسیار کاهش یافته است. در روش های معمول، حذف بسیاری از مواد شیمیایی و میکروبی از فاضلاب تایید شده است. اگر چه، اثربخشی این فرآیندها در دو دهه گذشته به دلیل ظهور چالش های جدید و افزایش دانش در مورد عواقب ناشی از آب آلوده محدود شده و از طرفی تقاضای عمومی برای آب با کیفیت سبب اجرای سختگیرانه تر این روش ها برای رسیدن به بیشینه حذف آلاینده ها در فرآیند تخلیه فاضلاب هاست. در این میان، مهمترین هدف حذف آلاینده های نیتروژن دار و فسفر دار و همچنین ترکیبات آلی سنتزی است زیرا حذف آنها تاثیر قابل ملاحظه ای در ارتقا بهداشت عمومی و حفظ محیط زیست دارد.

مدیریت پساب: فن آوری های نوین در تصفیه فاضلاب ها

عامل دیگر محدودیت منابع آب و رشد سریع جمعیت و صنعت است. از این رو استفاده مجدد از فاضلاب های شهری و صنعتی و بازیابی آلاینده های بالقوه مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی ضرورت بیشتری می یابد. این مساله در مناطق خشک، با هزینه بالای انتقال آب آشامیدنی، بسیار اهمیت دارد. با توجه به رشد روز افزون پساب های صنعتی به روش های نوین حذف آلاینده های سمی از فاضلاب ها در مقایسه با روش های پیشین تصفیه فاضلاب، نیاز است. فناوری های پیشرفته ای نیاز است تا ترکیبات خطرناک موجود در فاضلاب ها را حذف نماید.
چالش دیگر در این زمینه گسترش صنایع تولیدی و روند روبه رشد توسعه روش های تصفیه است که باعث بهبود روش ها در مقیاس صنعتی شده است.
برای رفع این چالش های جدید، تکنولوژی های نوین تصفیه نظیرانواع سیستم های فیلتراسیون غشایی، فیلتراسیون با متغیر خودکار (AVF) ، روش اکسیداسیون پیشرفته (AOP) ، اشعه ماورا بنفش پیشنهاد و آزمایش شده اند. نتایج نشان داده که استفاده از این روش ها در حذف آلاینده های حاصل از فاضلاب موثر بوده است.

تنش بر سر آب

با توجه به تغییر در پویش جهانی، عواملی نظیر رشد سریع جمعیت، افزایش استاندارد زندگی و الگوی مصرف سبب از بین رفتن منابع آبی شده است. در نتیجه میزان نیاز جهانی به آب بیش از منابع موجود می باشد. تخمین زده شده در سال 2025 جمعیت دنیا از 7 به 9 بیلیون نفر خواهد رسید. به این ترتیب با در نظر گرفتن افزایش استاندارد های زندگی میزان نیاز بشر به آب سه برابر فعلی خواهد شد. با توجه به این مسایل نیاز به استفاده از تکنولوژی های بهینه جهت بازیابی و استفاده مجدد از پساب ها و منابع مصرف شده آب برای غلبه بر چالش تنش و دعوی بر سر آب بسیار ضروری است.

فاضلاب ها به عنوان منابع جدید آب

نوآوری در زمینه تصفیه فاضلاب، سبب شده فاضلاب بازیابی شده به عنوان یکی از منابع آب مصرفی بشمار آمده تا بدین وسیله در مصرف منابع اولیه و تازه صرفه جویی شود. بازیابی فاضلاب ها وابسته به یک سری پارامترها میباشد که عبارتند از: هزینه های عملیاتی ، درآمد بالقوه، ارزش منابع و پذیرش عمومی برای استفاده از فاضلاب بازیافت شده و در کنار آن منابع و دانش مهندسی کافی برای ایجاد این فن آوری.

تکنولوژی های نوین در تصفیه فاضلاب

به طور کلی تصفیه فاضلاب عبارتست از کاهش آلودگی های آب تحت انجام یک فرآیند مناسب و استفاده از روش هایی با تکنیک های بهره برداری و نگهداری مناسب و پایدار از سیستم تصفیه صنعتی تا رسیدن به هدف مطلوب .استفاده از فناوری تصفیه فاضلاب برای سیستم های شهری از اهمیت ویژه ای برخوردار است مهم ترین تکنیک های تصفیه فاضلاب عبارتند از :

تکنولوژی فیلتراسیون غشایی
این روش برای توسعه سیستم های احیای آب بسیار ضروری میباشد. با استفاده از میکرو و آلترافیلتراسیون میتوان طی یک فرآیند پیش تصفیه بسیاری از آلاینده های آب را از بین برد. فیلتراسیون با استفاده از بیورآکتورهای غشایی جهت تصفیه وپیشرفته پساب ها و استفاده آب در صنایع مورد استفاده قرارمیگیرد. با استفاده از MBR تصفیه بیولوژیکی و حذف پاتوژن ها نظیر ویروس ها امکان پذیر میباشد. با استفاده از بیورآکتور های غشایی در تصفیه فاضلاب محلول بسیار شفافی بدست خواهد آمد که حذف آلودگی ها از آن به آسانی صورت خواهد گرفت. بنابراین تصفیه فاضلاب با استفاده از MBR، UV و RO برای استفاده آب در مصارف صنعتی بسیار ایده ال خواهد بود.

فن آوری نانو
ظهور فن آوری نانو و همراهی میکرواورگانسیم ها در دستگاه های میکروالکتریک زیستی انقلاب موثری را درصنعت تصفیه پساب ها ایجاد نموده است. یکی از بهترین ویژگی های فن آوری نانو امکان ادغام آن با سایر علوم جهت اثبات، اصلاح و یا تایید مفاهیم و علوم بروز می باشد. این فناوری امکان ابداع روش های خلاقانه در حوزه تصفیه فاضلاب ها را بوجود آورده است. مفاهیم کاربردی در نانوفناوری در ایجاد غشاهایی با حداکثر راندمان و کمترین میزان فولینگ و بیشترین رسانایی هیدرولیکی بکاربرده میشود. تحقیقات متعددی در زمینه تهیه غشاهایی از نانومواد انجام شده که بتوانند مواد سمی را در حین فرآیند تصفیه تجزیه نمایند. همچنین مطالعات در خصوص بکارگیری فناوری نانو برای تجمیع و اگلومره کردن آلاینده هایی چون فلزات، نانوذرات دو فلزی، مخلوط های اکسیدی، زیولیت ها و ترکیبات کربنی انجام گرفته است. بطور کلی می توان گفت با استفاده از نانوفناوری و با بهبود بخشی به غشاها و ساختارهای جداسازی می توان پمپاژ و بازیابی انرژی در سیستم های تصفیه را توسعه داد.

فن آ‌وری فیلتراسیون با متغییرهای اتوماتیک
این روش یک فن آوری مرزدانشی است و برای تصفیه پسابهایی بکاربرده میشود که در آن جریان بالادستی با جریان پایین دستی فیلتر پاک میشود. در این روش سطح فیلتر توسط جریان سیال فیلتر شده پاک می شود، به همین سبب در این دستگاه به فیلتر اضافی جهت فرآیند پاک سازی فیلتر نیازی نمی باشد. این فرایند متشکل از دو دسته فیلتر می باشد که میتواند به صورت موازی یا سری در سیستم نصب گردند. سیستم تصفیه یک ساختار دو مرحله ای خواهد داشت که در صورت اجرای این مراحل فیلتریتی با کیفیت بسیار بالا بدست خواهد آمد. این فرآیند جهت بازیابی و استفاده مجدد از پساب های ثانویه گزینه ایده آلی میباشد و از شیرآلات، سنسورها، کنترلرهای منطقی با قابلیت برنامه ریزی و سیستمی که به صورت خودکار قابلیت تغییر از حالت سری به موازی را در شرایط کاری هوای شرجی دارد.
مهمترین مزایای سیستم های AFV عبارتند از :
• ظرفیت بالای فیلتراسیون جامد
• قابلیت بستر پاک سازی شده به صورت پیوسته
• حذف تجهیزات جانبی
• قابلیت توزیع دو جریانی
• مقرون به صرفه بودن هزینه نصب و پایین بودن هزینه های عملیاتی و نگهداری
• 5-15 درصد پس زنی
• قابلیت کار در توان مصرفی پایین
• آسانی فرایندهای عملیاتی و نگهداری

پیل های سوختی میکروبی

فن آوری پیل های سوختی میکروبی محصولی است که با استفاده از آن انرژی الکتریکی میتواند مستقیما از مواد آلی موجود در جریان پسماند با استفاده از روش انتقال الکترونی بدست آید. به این روش میتوان انرژی تولید شده از میکرواورگانسیم‌ ها را تسخیر نموده و به دام انداخت.
نحوه انجام ‌این فرآیند بدین صورت است که میکرواورگانسیم‌ها به صورت بایو فیلم بر سطح الکترودها رشد میکنند و با استفاده از غشا تبادل پروتونی، الکترون دهنده از الکترون گیرنده جدا میشوند‌، که این فرآیند یک جریان الکتریکی را بوجود می آورد. البته باید توجه نمود که این فن آوری در حال حاضر در مرحله بهبود بخشی است و سایر امکان سنجی های اقتصادی و بهره وری لازم است پیش از انتخاب این روش به عنوان روش مستقیم تولید انرژی الکتریکی از مواد آلی موجود در پساب ها انجام گردد.

تکنولوژی های جدید بهداشت شهری

هدف اصلی از تکنولوژی های جدید بهداشت شهری بازیابی انرژی و مواد معدنی با استفاده از تکنولوژی (Elfox (Electro flocculation و همچنین بکارگیری فن آوری تصفیه غیرهوازی می باشد

تصفیه با استفاده از Elflox بر پایه جداسازی آلودگی های آلی از پساب با استفاده از روش لخته سازی و ته نشینی الکتریکی در رآکتورهای ECF می باشد. لجن های آلی حاصل از فرآیند ECF در یک مخزن یا حوضچه دایروی ته نشین میشوند. این ترکیبات آلی ته نشین شده به عنوان خوراک ورودی به بایو رآکتورهای غیرهوازی وارد میشوند تا به بیوگاز تبدیل شوند و به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرند. در طی فرآیند تخمیر بیهوازی که در دو‌مرحله انجام میپذیرد لجن ها به بایو گاز تبدیل میشوند. این دو مرحله عبارتند از : الف ) شکشت زنجیره های بلند کربنی به ترکیبات آلی کوچکتر مانند اسید های چرب و ب) تبدیل اسیدهای چرب به بایوگازها

روش های تصفیه طبیعی

روش های تصفیه طبیعی بنا به ضرورت استفاده همزمان از روش های شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی با هدف حذف حداکثری آلاینده ها بهبود یافته اند. سیستم های تصفیه طبیعی بطور فزاینده ای جهت جذب ، نگهداری و تصفیه آب استفاده می شود ، در نتیجه این فرآیندها پسماند بی ارزش اولیه به منابع آبی ارزشمند تبدیل می شوند. این سیستم ها قادر به حذف طیف گسترده ای ازآلاینده ها از جمله مواد مغذی ، عوامل بیماری زا و ریز سازنده ها از جمله مواد مختل کننده در غدد درون ریز هستند و در روند احیای اب بسیار موثر میباشند.

فرآیند جداسازی اوره

اوره بخش عمده فاضلاب های شهری است که 90 درصد آن نیتروژن و مابقی فسفر میباشد. بهبودبخشی به جداسازی اوره در سرویس های بهداشتی و فن آوری تبدیل آن به کودهای شیمیایی یکی از پارامترهای کلیدی در مدیریت مواد غذایی با صرف کمترین انرژی و کمترین هزینه در استفاه از منابع خارجی و خام اولیه است. تهیه کودهای شیمیایی نیتروژنی از مواد پایه نفتی نیازمند صرف انرژی فروان و بکارگیری منابع بازگشت ناپذیر می باشد.
سرویس های بهداشتی با فن آوری بهبود یافته در جداسازی اوره فرصت مناسبی است برای مدیریت فاضلاب ها و دست یابی به منابع ارزان برای تهیه این نوع محصولات میباشد .

در صنعت فولاد سازی کشور هند ، روش های تصفیه طبیعی جهت زدایش آمونیاک از مایع داخل کوره های کک سازی استفاده می شود. در صورتیکه آمونیاک در این مرحله زدوده نشود، مشکلات فراوانی در پساب این صنعت بوجود خواهد آمد. در واحد انتشار مونواکسید کربن ، بیشتر آلاینده ها به صورت محلول می باشند. سایر آلاینده ها طی یک فرآیند تصفیه بیولوژیکی به همراه پسماندهای فنولی و آمونیاکی حذف و جداسازی می شوند. دو روش معمول جهت تصفیه آلاینده های انتشار یافته از واحد کوره های کک سازی فیلتر های تریکلینگ و فرآیند لجن فعال می باشند.
راه پیش رو
این فرایندهای نوین تصفیه درکنار بازیابی منابع آب، همراه با ادغام آب شهری و سیستم های مدیریت پسماند پایداری منابع آب را بهبود می بخشد. فناوری های تصفیه آب میتوانند انتزاع منابع آبی از منابع آبی که در گذشته وادار به استفاده بودیم را کاهش دهند و منابع آب را یکپارچه تر نمایند. همچنین با مدیریت تصفیه آب میتوان ادغام و یکپارچگی در روش های کلی تصفیه را ایجاد نمود. مدیریت فعال مصرف انرژی در پایلوت های تصفیه، سبب بهبود و موثر تر شدن فرآیندهای بکاربرده شده می شود. چالشی که در این رابطه وجود دارد، انتخاب مناسب ترین گزینه ها و بهبود یافته ترین چیدمان ها برای پیاده سازی روش های موثر از میان موارد در دسترس می باشد.

منابع:

Suketu Shah, Wastewater Management: New Technologies for Treatment, Thewaterdigest.com

Abstract for linked in
It is predicted that by the year 2050, the world population will become 9 billion from the current population of 7 billion, with the standards of living continue to rise, the amount of water required then will be about three times of the present availability. Clearly, we need more efficient treatment technologies and water management to meet the global needs. Some of the new technologies being used and introduced for wastewater treatment globally to reclaim the resources: membrane filtration, nanotechnology, automatic variable filtration technology, microbial fuel cells, and new urban sanitation technology.