بخشی از مقاله
چکیده
عملیات هوادهی یکی از مهمترین و اصلیترین مراحل در فرآیند تصفیه بیولوﮊیکی فاضلاب به شمار میرود. تاکنون روشهای متفاوتی برای هوادهی توده بیولوﮊیکی فاضلاب بکار رفته است. هوادهی مکانیکی بوسیله همزنهای موتوری. در این تحقیق سعی شده است تا از فعالیت جلبکها به منظور تأمین اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسمهای دیگری - باکتریها - بهرهگیری شود. در این حالت CO2 تولیدی باکتری ها منبع کربن مصرفی جلبک ها خواهد بود. با انجام این عمل نهتنها نیازی به از بین بردن جلبک ها در سیستم تصفیه به عنوان عامل مزاحم نیست بلکه با اعمال شرایط بهینه ، اکسیژن مورد نیاز سیستم تأمین شده و از صرف هزینههای گزاف جهت هوادهی پرهیز میگردد.در عملیات آزمایشگاهی این پروﮊه ، سه راکتور راهاندازی گردید. در راکتور اول که شامل دو مخزن است جلبک و فاضلاب به صورت مجزا رشد داده شدند. راکتور دوم نیز حاوی مخلوطی از باکتری و جلبک بود و در شرایطی مشابه با برکههای هوازی اختیاری راهاندازی گردید.
راکتور سوم مشابه راکتور اول با این تفاوت که در مخزن حاوی جلبک ، الکترودهای گرافیتی جهت انجام عمل الکترولیز قرار داده شد. عملیات تصفیه در دو فاز انجام گرفت. در نخستین فاز که روی راکتورهای اول و دوم صورت گرفت. آزمایش اول غلظت COD برابر ٢٠٠٠ میلی گرم در لیتر انتخاب و زمان ماند هیدرولیکی ،متوسط ٨ روز تنظیم گردید. این مقادیر برای فاز دوم که در آن سه راکتور انتخاب شده است COD =400 mg/L و زمان ماند هیدرولیکی ١٠-٧ روز بوده است. نتیجه نشان داد که راندمان حذف در فاز اول برای راکتور اول و سوم به ترتیب ٤/٨٠ %،٢٨/٦٩% وبرای فاز دوم ، برای راکتور اول و دوم و سوم به ترتیب ٨١% ،٥/٦٥%، ٠٨/٩٦% بدست آمد. در نهایت معلوم گردید استفاده از الکترولیز در زمان ماند ٨روز قادر است راندمان حذف را ١٦% افزایش داده و به ٠٨/٩٦% برساند. همچنین معین شد که افزایش دانسیته جریان در عمل الکترولیز بر کاهش میزان COD و افزایش راندمان تصفیه بسیار مؤثر است.
کلمات کلیدی : تاﹸمین اکسیژن خالص ، جلبک ، تصفیه فاضلاب.
١-مقدمه
فاضلاب های حاصل از فعالیتهای بشری مهمترین نقش را در آلودگی محیط زیست دارد. تخلیه این فاضلابها در محیط طبیعی پذیرنده، همواره توأم با اثرات جبرانناپذیری بوده است. فاضلابها عموما بر تمام خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی و بیولوﮊیکی محیط پذیرنده اثر گذاشته و به مرور زمان آنرا دگرگون میسازند. تغییرات خصوصیات مضر فاضلابها در کاهش اثرات زیست محیطی دفع آنها موثر است. تصفیه فاضلاب فرایندی است که در آن تغییرات لازم رخ خواهد داد. هدف از تصفیه فاضلاب گرفتن مواد معلق و شناور از فاضلاب، اکسیداسیون مواد ناپایدار آلی موجود در فاضلاب و تثبیت آنها، جداسازی مواد سمی محلول و نامحلول و گندزدایی و حذف میکروبهای موجود در پساب خروجی از فرایند تصفیه است. فرایند تصفیه فاضلابها بروش فیزیکی، شیمیایی و بیولوﮊیکی است.
فرایند بیولوﮊیکی فرایندی است طبیعی که از وجود موجودات ذره بینی در شرایط مناسب صورت میگیرد. . روشهای تصفیه طبیعی براساس استفاده از قدرت تصفیه خود بخودی منابع طبیعی آب پایهگذاری شده است و مهمترین آنها عبارتند از: لجن فعال، برکه های تثبیت، لاگونها و نیزارها. در بین روشهای طبیعی ، برکههای تثبیت دارای امتیازات قابل ملاحظهای به خصوص در ارتباط با سرمایهگذاری ، قیمت ، تغییرات مورد نیاز در میزان آالاینده ها و کاهش باکتری مدفوعی نسبت به سایر روشهای تصفیه هستند - ١ - .در میان برکهها ، برکههای هوازی اختیاری از معمولترین انواع برکهها میباشندکه به علت وجود شرایط هوازی و بیهوازی به آنها اختیاری گویند. در این برکه ها در اثر تابش آفتاب و انرﮊی نورانی در مجاورت باکتریها و بخصوص خاصیت فتوسنتز جلبکها ، مواد موجود در فاضلاب تبدیل به گاز کربنیک میگردد که بیضرر میباشند - ٢ - . باکتری ها به توسط اکسیداسیون مواد آلی انرﮊی مورد نیاز خود را تامین میکنند و به این طریق قادر میشوند که مولکولهای پیچیدهای مانند پروتئینها و هیدروکربورها را که مورد نیاز جهت ساختن سلول های جدید هستند مصرف کنند بنابراین متابولیسم باکتریایی از دو قسمت تشکیل شده است ،اول ، شکستن و سوختن مواد جهت تأمین انرﮊی و دوم، تولید سولهای جدید.
سوختن و تولید انرﮊی
- ١ - ساختن سلول جدید
- ٢ - باکتری جدید Cx HyOz N energy →C5H7O2N
تجزیه مواد آلی و تولید گاز کربنیک در فاضلاب نیاز به اکسیژن دارد که در تصفیه فاضلاب بروشهای بیولوﮊیکی توسط:
١-دمیدن هوا: در این حالت با استفاده از دمنده ها وپخش کننده ها،هوا - وزن O2 موجود در یک متر مکعب هوای تزریق شده به فاضلابgr٢٨٠ میباشد - ویا اکسیژن خالص را به فاضلاب تزریق مینمایند.
٢-به هم زدن فاضلاب - اختلاط - : فاضلاب توسط پروانه هایی به هم زده می شود، که این عمل به دو صورت سطحی وعمقی انجام می گردد. تامین اکسیژن در برکه ها بروش طبیعی توسط عوامل جوی و مواد و موجودات در برکه ها تأمین می گردد که بطور مجزا میتوان نام برد:
- اکسیژن ترکیبات آلی
- اکسیژن موجود در هوای آزاد که در سطح فاضلاب جذب میگردد.
- اکسیژن حاصل از فتوسنتز توسط گیاهان آبزی در اثر تابش خورشیدی - جلبکها -
- اکسیژن محلول در فاضلاب
بخش اعظم اکسیژن در برکه ها توسط فعالیتهای فتوسنتزی جلبکها تأمین میشود. جلبکها با استفاده از محصول نهایی متابولیسم باکتریایی یعنی CO2 به انجام واکنش فتوسنتز پرداخته زیرا که در این حالت نیاز جلبک ها به گاز کربنیک از مقدار قابل تأمین توسط هوای آزاد افزونتر است بنابراین یک همزیستی متقابل و مشترک - Symbiosis - بین باکتری و جلبک در برکه وجود دارد - ٣ - . جلبک ها جزﺀارگانیسمهای فتوتروف اتوتروف است ومنبع انرﮊی آنها نور خورشید ومنبع کربن آنها ،کربن معدنی است و در چند گروه به رنگهای مختلف و در زیستگاههای متفاوتی رشد مییابند. همچنین به صورت تک سلولی ویا جمعی زندگی کرده و در اواخر تابستان که آبها گرم میشود رشدشان تشدید میگردد.
از راه های موجود برای تولید اکسیژن میتوان از الکتئرلیز نام برد. در این روش با هدایت جریان بین دو الکترد، گازهای اکسیژن و هیدروﮊن تولید کرد. با توجه به مطالعات و روابط فوق، هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر تولید اکسیژن توسط جلبک در محیط مجزا و انتقال آن به محیط فاضلاب بر تصفیه فاضلاب مصنوعی و تامین گازکربنیک مورد نیاز جلبکها از تجزیه فاضلاب تصفیه است.
٢-وسایل، مواد و روش ها
٢-١- طراحی آزمایش ها
در این تحقیق میزان تصفیه پذیری فاضلاب با استفاده از اکسیژن تولیدی از جلبک مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل اینکه این پروسه هوازی و مکانیسم رشد میکروارگانیسمها مشابه با پروسه لجن فعال و همچنین به دلیل استفاده از جلبک در این پروسه برای تولید اکسیژن ،که در پروسه های تصفیه بیولوﮊیکی فاضلاب در برکه ها مورد استفاده قرار میگیرد ،میتوان گفت که پروسهای که مورد بررسی قرار گرفت تلفیقی از پروسههای لجنی فعال و برکه های هوازی میباشد. به همین جهت با استفاده از خصوصیات این دو روش میزان کارایی سیستم لجن فعال با استاده از اکسیژن تولیدی توسط جلبک را در حذف بار آلی در غلظت های مختلف بار آلی مورد بررسی قرار دادیم.
در این آزمایشات سه راکتور استوانهای ،از جنس پلاستیک فشرده شفاف به ارتفاع و قطر٤٠و ١٤ سانتیمتر استفاده شد. راکتور شماره ١ حاوی فاضلاب فاضلاب مصنوعی و لجن، راکتور شماره ٢ حاوی جلبک و راکتور شماره ٣ حاوی فاضلاب مصنوعی، لجن و جلبک بعنوان شاهد بود. همچنین جهت انجام عملیات الکترولیز در بدنه راکتور شماره ٢ که حاوی جلبک بود دو الکترود گرافیتی - جدا شده از باطری قلمی - به طول ٥ سانتیمتر و به فاصله ١٠ سانتیمتر از هم مطابق شکل - ١ - طراحی شد. این الکترودها در هنگام انجام عملیات الکترولیز توسط سیمهای گیرهدار به دو قطب آدابتور - منبع انرﮊی - متصل شدند. - میزان انرﮊی ٦٠٠ میلیآمپر - با توجه به اینکه در فرآیند الکترولیز به ازای هر سانتیمتر فاصله بین الکترودها، ولتاﮊ باید یک ولت باشد و چون فاصله بین الکترودها ١٠ سانتیمتر بود به همین دلیل ولتاﮊ در نظر گرفته شده ٩ ولت در نظر گرفته شد. و با توجه به میزان دانسیته جریان آورده شده درمنابع، شدت جریانی معادل با mA ٦٠٠ به محلول داده شد. عملیات انتقال گازهای CO2 و O2 تولیدی در سیستم جدا از هم توسط پمپ اکواریوم انجام میگرفت.
٢-٢- مواد شیمیایی مورد استفاده
موادی که برای انجام آزمایشات استفاده گردید برای COD های مختلف متغیر است این مواد که برای تهیه فاضلاب مصنوعی استفاده گردید بر طبق جدول صفحه بعد میباشد جدول١ این جدول مقدار مواد شیمیایی مورد استفاده برای COD های ٢٠٠٠ و ٤٠٠ را نشان میدهد. در فاضلاب مصنوعی تهیه شده، از گلوگز به عنوان ماده آلی واز نوترینت ها،به عنوان مواد معدنی استفاده گردید. میکروارگانیسمهای این فاضلاب از لجن برگشتی هوازی از حوضچه تهنشینی ثانویه سیستم لجنی فعال - تصفیه خانه شهرک اکباتان - تهیه گردید و آنها را حداقل ٥ روز با محیط فاضلاب مصنوعی تطبیق داده تا
