بخشی از مقاله
چکیده
با افزایش روزافزون ورود آلاینده ها به منابع آبی و کمبود آب و خشکسالی لازم به نظر می رسد که در راه توسعه پایدار مبادرت به استفاده مجدد و بهینه از آب های مصرفی نماییم. یکی از این موارد استفاده از آب در سیستم های بازچرخش پرورش آبزیان می باشد تا بدین ترتیب از هدر رفت آب بکاهیم.
در این جا با تکیه بر تصفیه فیزیکی و زیستی، نوعی سیستم بیودراف طراحی شد که در چهار بخش مراحل تصفیه را پیش می برد؛ جداسازی مواد سرنشین و سطحی - کم چگال نسبت به آب - ، ذرات معلق درشت، ذرات معلق ریز و کاهش مواد مغذی - بخش بیودراف - . امتیاز این سیستم، عدم استفاده از سیستم هواده کمکی و کاهش در مصرف انرژی برق می باشد.
عملکرد سیستم بیودراف طی 11 روز تصفیه پساب ناشی از پرورش آبزیان میزان %56,25 و % 66/67 کاهش را به ترتیب در نیترات و فسفات نشان داده است.
مقدمه
در عصر حاضر با افزایش روزافزون ورود آلاینده های ناشی از گسترش شهرنشینی و توسعه زیرساختی و افزایش فعالیت های انسانی - کشاورزی، صنعتی و... - ، به محیط، خصوصا منابع آبی [4-1] ، معضلی فراگیر وکاملا مشهود می باشد. با توجه به این که جهان با بحران آب روبه رو است، در نظر گرفتن تمهیداتی جهت کاهش بار آلودگی آب ها، خصوصا منابع آب شیرین ضروری به نظر می رسد.
در سال 1960 میلادی، یکی از کمیته های سنای ایالات متحده آمریکا عوامل آلودگی آب ها را مورد مطالعه قرار داد و آن را در هشت گروه استاندارد طبقه بندی نمود که به ترتیب عبارتند از؛ ضایعات تقاضا کننده اکسیژن، عوامل فاسد کننده و بدبو، مواد غذایی گیاهی، مواد شیمیایی آلی، عناصر و ترکیبات معدنی، رسوبات، مواد رادیو اکتیو و حرارت .[5] درواقع اصلی ترین راه آلودگی آب ها ورود فاضلاب ها به پیکره آبی است. بر طبق محاسبات سازمان ملل یک سوم آب های شیرین جهان آلوده اند.
فاضلاب حاصل از پرورش دام و طیور علاوه بر داشتن رطوبت، مواد زائد جامد - مدفوع و فضولات - را با درصدی زیاد شامل می شوند که خود عاملی در تشدید کدورت و آلایش فاضلاب بوده و در نتیجه پروسه تصفیه را طولانی تر می نمایند.
در سیستم های پرورش آبزیان، آلودگی وارد شده در پیکره آب غالبا شامل دو گروه اصلی می باشند؛ - 1 مواد جامد معلق که شامل بقایای غذا و مدفوع آبزیان است، - 2 مواد محلولی که توسط ماهی به محیط آزاد می گردند که بیشتر این موادشامل مواد نیتروژنی - آمونیاک، نیتریت و نیترات - ، فسفردار - فسفات - و کربن آلی محلول می باشد [9-7] و - 3 مواد شیمیایی باقیمانده از درمان های دارویی انجام شده مثل سولفات مس و فرمالین، قارچ کش هایی مثل مالاشیت گرین و انواع مختلف آنتی بیوتیک ها مثل سولفانامیدها
در طبیعت منابع آبی قدرت خودپالایی دارند بدین معنی که حذف یا کاهش مواد آلی ، مواد مغذی گیاهان و سایر آلاینده ها از دریاچه ها یا رودخانه ها به واسطه فعالیت جوامع زیستی ساکن [11] در آن و فرآیندهای فیزیکوشیمیایی پیکره آب صورت می گیرد. روش های تصفیه فاضلاب نیز بر اساس عملکردهای فیزیکوشیمیایی و زیستی طرح ریزی شده اند.
انواع سیستم های تصفیه که به کار برده می شوند عبارتند از؛ فیلترهای مکانیکی حذف مواد جامد، فیلترهای شیمیایی، فیلترهای زیستی، البته در برخی موارد از این سیستم ها به صورت ترکیبی استفاده می گردد 12]، [9 بدین صورت که توسط تصفیه مکانیکی آب زلال شده و مواد جامد معلق ته نشین می شوند، سپس با استفاده از تصفیه شیمیایی و زیستی مواد سمی و آلودگی ها حذف می گردند
در تصفیه بیولوژیک یکی از پرکاربردترین موجودات در برداشت آلاینده ها مواد مغذی جلبک ها و ریزجلبک ها می باشند . [14] در مطالعات بسیاری ثابت شده که میزان حذف نیتروژن و فسفر به غلظت مواد مغذی، نسبت نیتروژن به فسفر، شدت و دوره نور و گونه جلبکی وابسته است
همچنین جذب باکتریایی نیز یکی از مکانیسم های اصلی در حذف مواد آلی محلول و آمونیاک فاضلاب ها می باشد، درواقع باکتری ها در پالایش زیستی و تقویت زیستی محیط خود تاثیر به سزایی دارند
عملکرد بیو فیلم جلبکی باکتریایی بر اساس هم زیستی بین باکتری و جلبک بوده بدین ترتیب که جلبک با دریافت انرژی نورانی و انجام فتوسنتز، اکسیژن مورد نیاز جهت اکسیداسیون مواد آلی توسط باکتری ها را فرآهم نموده و باکتری ها طی اکسیداسیون دی اکسیدکربن مورد نیاز جلبک را فرآهم می نمایند. است [16] .در این مطالعه به بررسی عملکرد سیستم بیودرافی با طراحی جدید با تکیه بر پالایش فیزیکی و زیستی - باکتریایی-جلبکی - ، در حذف محتوای نیتروژن و فسفر از فاضلاب پرورش آبزیان میپردازیم.
شرح .1 ساختار سیستم بیودراف
سیستمی با ابعاد 100*50*25 سانتی متر با گنجایش 70 لیتر - ضمن تصفیه - طراحی و ساخته شد. سیستم دارای چهار بخش شامل: جداساز مواد شناور، رسوب گیر مواد معلق درشت، تله مواد معلق ریز و یک سیستم پالایش زیستی می باشد . در بخش اول جریان خروجی از پایین سبب تجمع مواد با چگالی کمتر از آب در سطح میشد. در بخش دوم جریان خروجی از سطح سبب رسوب مواد قابل ترسیب در کف این بخش میشد. بخش تله مواد معلق از سازه ای مشتمل بر صفحات منفذدار تشکیل شده بود. که بر اساس هیدرودینامیک آب و با ایجاد جریان های میکروتوربولانس و میکرولامینار موجب به دام افتادن مواد معلق در انتهای سازه کارگذاشته شده، می گردد.
سپس جریان آب به سمت بخش نهایی با تصفیه زیستی از نوع بیودراف می گردد، در نتیجه صرفا با حرکت ثقلی آب به میزان کافی اکسیژن به سیستم وارد شده و بیومدیای پلی آمیدی به عنوان بستر کشت زیستی در امر تصفیه وارد عمل می گردد
انرژی تابشی مورد نیاز سیستم بیودراف توسط سه لامپ فلورسنت 40 وات تامین شد.درنهایت آب خروجی از بخش بیودراف توسط یک پمپ آب با دبی 200 لیتر بر ساعت به قسمت ورودی منتقل میشد.
تصویر:1 تصویر شماتیک از سیستم تصفیه و نحوه انجام آزمایشات
.2 مواد و روشها
.2,1 راه اندازی سیستم تصفیه
به منظور تهیه فاضلاب ناشی از پرورش آبزیان، آکواریومی با گنجایش 80 لیتر با 200 قطعه ماهی حوض انگشت قد آماده سازی شد که روزانه سه بار به میزان %3 وزن کل ماهیان غذادهی می شدند.
برای راه اندازی سیستم بیودراف نیاز به کشت جلبک بود که با ورود اولیه فاضلاب ماهیان و فرصت دهی سه روزه، لایه بیوفیلم تشکیل شد.
سپس روزانه، 28 لیتر از آب آکواریوم به سیستم انتقال یافته و از طریق پساب تصفیه شده توسط بیودراف جایگزین می گردید.
.2,2 بررسیهای فیزیکوشیمیایی
در طی 11 روز تغییرات دما، pH، نیترات و فسفات در آکواریوم پرورش ماهی و سیستم بیودراف مورد ارزیابی و سنجش قرارگرفتند.
نتایج به صورت نمودارهایی توسط نرم افزار اکسل طراحی شد.
نتایج همان طور که ذکر شد روزانه دو بار دما، pH، نیترات و فسفات در آکواریوم پرورش ماهی و سیستم بیودراف ثبت گردید.
تغییرات دما طی 11 روز در نمودار 1 مشخص می باشد. آن چنان که تغییر زیادی مشاهده نشده و تقریبا دما به ترتیب در آکواریوم و سیستم بیودراف با میانگین 24,81 و 25,22 درجه سانتی گراد ثبت گردید.
نمودار:1 تغییرات دما در طی 11 روز
تغییرات pH طی 11 روز در نمودار 2 مشخص می باشد. آن چنان که در آکواریوم پرورش ماهیان از 7,7 تدریجا تا روز ششم کاهش داشته و از روز ششم تا انتهای آزمایشات در 7,4 ثابت بوده است، در سیستم بیودراف نیز pH از 6 در روز اول به 7 تا روز ششم و از روز ششم به 7,4 رسیده و تا پایان آزمایشات ثابت بوده است.
نمودار:2 تغییرات pH در طی 11 روز
تغییرات نیترات طی 11 روز در نمودار 3 مشخص می باشد. آن چنان که در آکواریوم ماهی تقریبا تا روز ششم ثابت بوده و از روز ششم روند کاهشی نشان می دهد. همچنین در سیستم بیودراف دو روز اول ثابت و سپس کاهشی یکباره مشاهده شده و روند تدریجی کاهش تا انتهای آزمایش با شیبی کم مشاهده می گردد.
نمودار:3 تغییرات نیترات در طی 11 روز
تغییرات فسفات طی 11 روز در نمودار 4 مشخص می باشد. آن چنان که مشاهده می گردد روند کاهشی در آکواریوم ماهی و سیستم بیودراف تا روز پنجم تقریبا مشابه بوده. در آکواریوم ماهی از روز پنجم تا هشتم این روند کاهش همچنان ادامه داشته و از آن به بعد ثابت شده است. در سیستم بیودراف از روز پنجم تا هشتم میزان فسفات ثابت بوده و از روز هشتم به بعد نیز روند کاهشی ادامه یافته است.
نمودار:3 تغییرات فسفات در طی 11 روز
نتیجه و بحث
مانی ورنوسفادرانی و همکاران - 1393 - با استفاده از سیستم بیودراف تصفیه فاضلاب گاوداری صنعتی را با نتایج میزان TSS تا حدود صفر، آمونیوم از 2/35 به mg/L 0/07 ، فسفات از 95 به mg/L 3/52 ، نیتریت از 15 به mg/L 0/17 به دست آورده است
کایا و کلوآک - - 1988 با تصفیه فاضلاب دامداری به وسیله ریز جلبک ها میزان COD و BOD را به ترتیب تا % 68/4 و % 67/2 کاهش دادند.
سیواسوبرامانیان و همکاران - 2012 - با استفاده از جلبک پالایی به تصفیه پساب حاصل از استخراج نفت پرداختند که بر اساس مطالعات آن ها گونه هایی از جلبک های کلروفیسه، باسیلاریوفیسه، یوگلنینه و میکزوفیسه در کاهش BOD، TSS، TDS، EC پساب خام به ترتیب با متوسط راندمان عملکرد % 70/27 ، % 80/83 ، % 80/79 ، % 80/83 نقشی موثر داشتند
دگودوس و همکاران - 2009 - راندمان جذب محتوای نیتروژنی فاضلاب را توسط سیستم تصفیه جلبکی حدود %91 برآورد نموده اند
جیانگ و همکاران - 2010 - استراتژی زیست پالایی را در پرورش ماهی در قفس ارزیابی نمودند که بر اساس مطالعه آن ها لامیناریا و گراسیلاریا به عنوان پالایشگران فصلی عمل نموده و مورد تغذیه ماهی نیز قرار می گیرند
چاوداری و همکاران - 2010 - بهترین روش تصفیه فاضلاب ناشی از پرورش ماهی را تصفیه بیولوژیکی مبتنی بر واکنش های هوازی و بی هوازی برشمرده اند
روآ و همکاران - 2010 - با تکیه بر جلبک پالایی و استفاده از کلرلا ، فاضلاب صنایع چرم را تصفیه و با استفاده از بیوماس تولیدشده کلرلا در تغذیه ماهی اورئوکرومیس موزامبیکوس1 راندمان و کیفیت تولید را افزایش داده اند .
عبدالرئوف و همکاران - 2012 - در مطالعه منابع به تاثیر پالایش جلبک ها و کاهش میزان فسفات و نیترات محیط در جهت تولید بیوماس جلبکی و استفاده موثر از جلبک ها تاکید داشته اند .
سامرفلت و همکاران - 2004 - سیستمی با استفاده از سیستم استفاده مجدد جزیی، مبادرت به پرورش سالمونوئید نمودند که در این سیستم فاکتورهای اکسیژن، دی اکسیدکربن، نیتروژن کل توسط گیرنده های الکترونیکی دائما در حال سنجش بوده و کارآیی سیستم در بهبود کیفیت آب مناسب تشخیص داده شده است .
لیو و همکاران - 2007 - با استفاده از سیستم اسمزمعکوس بادی، فاضلاب سیستم بسته پرورش ماهی را به کمک عدسک آبی تصفیه نمودند و از عدسک آبی تولید شده نیز به عنوان ماده غذایی در پرورش ماهی استفاده نمودند
در این جا نیز با استفاده از سیستم بیودراف طراحی شده، میزان نیترات و فسفات، به ترتیب، با عملکرد %56,25 و % 66/67 مشخص شد. با توجه به نتایج به دست آمده و روند کاهش می توان اینگونه برآورد نمود که در این سیستم کارآیی بیوفیلم باکتریایی بر بیوفیلم جلبکی غلبه داشته است.
