بخشی از مقاله
چکیده
وتلند های مصنوعی از فناوری های سبز پالایش آب های آلوده می باشند که نسبت به سیستم های متعارف تصفیه فاضلاب، مقرون به صرفه تر و دارای راهبری آسان تری می باشند و می توانند گزینه مناسبی جهت پالایش آب های آلوده شهری و انواع دیگر فاضلاب ها محسوب شوند. این سیستم ها در برابر عمل نیترات سازی و حذف نیتروژن و همچنین در تصفیه فاضلاب های قوی دارای ضعف می باشند و شرایط محیطی نا مطلوب نیز بر عملکرد آن ها تاثیر گذار می باشد. با این حال روش های اجرا و راهبری این سیستم ها می تواند یک چالش تعیین کننده باشد. اخیرا تلاش هایی جهت افزایش کارایی و بهینه سازی این سیستم ها صورت گرفته است اما اطلاعات انتشار یافته در این زمینه همچنان محدود است.
ازاین رو این مطالعه با هدف مرور، بررسی و تحلیل آخرین پژوهش ها در ارتباط با روشهای راهبری و بهینه سازی این سیستم ها انجام شد. در همین راستا روش های راهبری نظیر باز چرخانی پساب، تغذیه گام به گام، جریان جزر و مدی، استفاده از کرم های خاکی، منبع کربن خارجی و همچنین انواع مدیا جهت بهینه سازی این سیستم ها معرفی و عملکرد آن ها مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت و سپس اجرایی شدن این روش ها از لحاظ اقتصادی و همچنین محدودیت ها و چالش های پیش روی آن ها از لحاظ عملکردی بررسی گردید.
- 1 مقدمه
همراه با افزایش جمعیت و به دنبال آن افزایش تولید فاضلاب، نیاز به تصفیه بهینه فاضلاب ها روز به روز بیشتر احساس می شود. فقدان یک سیستم مناسب جهت تصفیه فاضلاب و رها سازی این فاضلاب ها در محیط نه تنها موجب آلودگی محیط و در نهایت آلودگی آب های سطحی و زیر زمینی می گردد، بلکه می تواند مشکلات زیادی را برای جوامع بشری ایجاد کند ] .[1 امروزه طیف گسترده ای از سیستم های تصفیه فاضلاب وجود دارد که اغلب دارای مشکلاتی از قبیل بالا بودن هزینه های ساخت، مصرف انرژی زیاد، بهره برداری پیچیده و نیاز به تصفیه و دفع لجن و استفاده از سیستم های مکانیزه هستند.
بنابراین انتخاب یک فناوری ارزان و کارا در تصفیه فاضلاب به ویژه در کشورهای در حال توسعه بسیار حائز اهمیت است. بدین منظور، وتلند های مصنوعی به عنوان یک روش مناسب تصفیه فاضلاب ، به دلیل ارزان بودن و هزینه ساخت و نگهداری پایین، بسیار مورد توجه واقع شده اند .[2] وتلند های مصنوعی از فناوری های سبز پالایش آب های آلوده محسوب می شوند که عملکردی مانند تالاب های طبیعی دارند و از این سیستم ها شبیه سازی شده اند با این تفاوت که عمل تصفیه در این سیستم ها در شرایط کنترل شده تری انجام می گیرد .[3] تصفیه فاضلاب به وسیله وتلند های مصنوعی اولین بار توسط [4] Seidel در دهه 1960 در آلمان سپس توسط [5] Kikuth در دهه 1970 مورد بررسی و استفاده قرار گرفت.
توسعه این سیستم ها در دهه اخیر توجهات زیادی را از سوی پژوهشگران به خود جلب کرده است. کاربرد آن ها به طور قابل توجهی به پالایش انواع فاضلاب ها از قبیل فاضلاب شهری [6]، کشاورزی [7] ، صنعتی [8]، معدنی [9]، و رواناب های شهری [10] گسترش یافته است. فرایند پالایش در و تلندهای مصنوعی پیچیده و به مکانیسم های زیادی چون فیلتراسیون، رسوب، جذب سطحی، جذب گیاهی و فرایندهای مختلف میکروبی وابسته است. این مکانیسم ها و فرایندهای پالایش خود به طور مستقیم و غیر مستقیم به شرایط محیطی از قبیل دما، نوع خاک، روش های راه اندازی و .... وابسته می باشند .[11]
مطالعات بسیاری در ارتباط با هیدرولوژی، شرایط فیزیکی و فرایندهای بیوشیمیایی و تلندهای مصنوعی صورت گرفته است که حجم اطلاعات و علوم انتشار یافته در ارتباط با عوامل تاثیر گذار بر عملکرد وتلند های مصنوعی بطور قابل توجهی در سال های اخیر افزایش یافته است .[12] در نتیجه درک بهتر از فرایندها و مکانیسم های حذف آلاینده ها و گام های برداشته شده جهت بهینه سازی و تلندهای مصنوعی منجر به پیدایش روش های جدید بهره برداری از این سیستم ها نظیر جریان های جزر و مدی، تغذیه متناوب و انواع دیگری از آن ها شده است. در این مطالعه، آخرین تغییرات و پیشرفت های حاصل شده در این زمینه جهت افزایش راندمان این سیستم ها مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد.
2 روش های بهره برداری
2؛-1 تغذیه گام به گام
توزیع یکنواخت و یا همان تغذیه گام به گام سیستم به این معناست که فاضلاب به جای اینکه از یک نقطه وارد شود، از چند نقطه در طول وتلند وارد می شود - شکل. - 1 اگر چه اطلاعات کافی راجع به این روش آنچنان که باید و شاید منتشر نشده اما این روش در چند سال اخیر توسط بعضی از محققان مورد ارزیابی قرار گرفته است 15]،14، .[13 وتلندهای زیر سطحی نیازمند ساختار ورودی و خروجی مناسب جهت توزیع و جمع آوری یکنواخت فاضلاب می باشند. پخش یکنواخت مواد آلی و معلق فاضلاب در این روش در طول وتلند خود سبب جلوگیری از گرفتگی زودرس و افزایش عمر سیستم می شود. استفاده از این روش در وتلندهای با مقیاس واقعی که نسبت طول به عرض زیادی دارند، بیش از پیش احساس می شود.
[14] همچنین بکارگیری این روش می تواند در بهبود عملکرد وتلندها در حذف نیتروژن کل هم تأثیر بسزایی داشته باشد؛ چرا که یکی از عوامل عدم نیترات زدایی در وتلندهای زیر سطحی، کمبود منبع کربن می باشد. توزیع یکنواخت مواد آلی سبب می شود که در بخش انتهایی وتلند هم میزان کربن مورد نیاز فرایند نیترات زدایی تأمین شود .طراحی و میزان توزیع در بخش های مختلف مسیر می تواند در عملکرد این روش تأثیر گذار باشند .[14]
شکل : 1 نمونه ای از بکار گیری تغذیه گام به گام در وتلند مصنوعی زیرسطحی
استفاناکیس و همکاران در سال 2011 توزیع یکنواخت را بر روی وتلند زیر سطحی افقی مورد بررسی قرار دادند که در این مطالعه فاضلاب از سه قسمت یعنی ابتدا، یک سوم طول و دو سوم طول وارد سیستم می شد. در فاز اول تحقیق روش توزیع بدین گونه بود که میزان جریان ورودی بین 3 قسمت بطور مساوی تقسیم شد یعنی از هر قسمت 33 درصد فاضلاب ورودی در وتلند توزیع می شد. در فاز دوم، طرح توزیع بصورت 60:25:15 بود . یعنی 60 درصد از جریان از ابتدای سیستم، 25 درصد آن از یک سوم طول و 15 درصد هم از دو سوم انتهایی طول وتلند وارد می شد. نتایج حاصله نشان داد که روش دوم سبب بهبود عملکرد وتلند در حذف COD، نیتروژن و فسفر شد در حالیکه روش اول اینگونه نبود و تأثیر منفی بر روی عملکرد وتلند گذاشت.
[14] همچنین وانگ و همکاران در تحقیقی که بر روی وتلند عمودی انجام دادند، تعیین میزان بهینه جریان ورودی از قسمت های مختلف را عاملی مهم در موفقیت این روش در حذف نیتروژن دانستند .[15] با توجه به تحقیقات انجام گرفته در سال های اخیر می توان استنباط نمود که این روش می تواند در بهبود راندمان حذف آلاینده ها در این سیستم ها تأثیر گذار باشد با این شرط که نحوه اجرا و طرح توزیع به خوبی مورد بررسی قرار گیرد.
