بیوفیلتراسیون در تصفیه‌ی فاضلاب

در مواردی که فاضلاب ورودی به تصفیه‌خانه حاوی غلظت‌های بالایی از مواد آلی باشد، استفاده از سیستم‌های تصفیه بیولوژیکی می‌تواند گزینه‌ای ایده‌آل باشد. یکی از این روش‌های مؤثر، بیوفیلتراسیون است. این فرآیند تصفیه بیولوژیکی، علاوه بر مقرون‌به‌صرفه بودن، توانایی بالایی در حذف آلاینده‌ها، بهبود پایداری آب و کنترل بو و طعم نامطلوب دارد. در این مقاله، نقش بیوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی با جزئیات بررسی می‌شود.

بیوفیلتراسیون چیست؟

بیوفیلتراسیون (Biofiltration) یک فرآیند بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب است که در آن میکروارگانیسم‌ها با تجزیه آلاینده‌ها، آن‌ها را به مواد ساده‌تر و بی‌ضرر تبدیل می‌کنند. این فرآیند شامل عبور فاضلاب از میان بستری است که حاوی میکروارگانیسم‌های زنده می‌باشد. میکروارگانیسم‌ها با تغذیه از آلاینده‌ها، نقش کلیدی در پاک‌سازی فاضلاب ایفا می‌کنند.

در این سیستم، میکروارگانیسم‌ها بر روی بستر فیلتر رشد کرده و تکثیر می‌شوند. این بستر با فراهم کردن سطح گسترده‌ای، محیطی ایده‌آل برای فعالیت زیستی ایجاد می‌کند. در گذشته، موادی مانند سنگ‌های خرد شده و شن به عنوان محیط فیلتر استفاده می‌شد. با پیشرفت فناوری، پلاستیک‌های چین‌خورده به دلیل کارایی بالاتر جایگزین شدند. امروزه، سرامیک‌های متخلخل به عنوان محیط فیلتر اصلی در بسیاری از سیستم‌های بیوفیلتراسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع فیلترها به طور مؤثری تولید باکتری‌های مفید را افزایش داده و تجزیه آلاینده‌های مضر را تسریع می‌کنند.

طراحی سیستم بیوفیلتراسیون

طراحی یک سیستم بیوفیلتراسیون باید بر اساس نوع و میزان آلاینده‌های موجود در فاضلاب انجام شود. برای ترکیبات پیچیده‌تر و آلاینده‌های سخت‌تر، سیستم‌هایی با بیوفیلترهای بزرگ‌تر و زمان ماند طولانی‌تر مورد نیاز است. این زمان بیشتر به میکروارگانیسم‌ها اجازه می‌دهد که آلاینده‌ها را به طور کامل تجزیه کنند.

یک سیستم بیوفیلتراسیون از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• بستر فیلتر با سطح گسترده: این بستر محیطی مناسب برای رشد و تکثیر میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌کند.
• سیستم توزیع آب: وظیفه دارد که فاضلاب را به طور یکنواخت بر روی بستر فیلتر پخش کند تا کارایی سیستم به حداکثر برسد.
• سیستم زهکشی زیرین: شامل کانال‌های شیار‌دار است که امکان خروج آب تصفیه‌شده را فراهم می‌کند.

در صورتی که سیستم نیاز به هوادهی داشته باشد، هوای مورد نیاز باید به طور مستقیم با استفاده از فن یا دمنده وارد سیستم شود. برای بهبود عملکرد و راحتی، استفاده از فن یا دمنده‌ای توصیه می‌شود که به طور خودکار روشن و خاموش شود. این ویژگی تضمین می‌کند که جریان هوا به صورت مداوم و بهینه فراهم باشد.

اهمیت بیوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب صنعتی

• حذف مؤثر آلاینده‌ها
  بیو‌فیلتراسیون قادر است آلاینده‌های آلی، معدنی و میکروبی را با کارایی بالا حذف کند و کیفیت آب تصفیه‌شده را بهبود بخشد.
• بهبود طعم و بو
  این فرآیند با کاهش ترکیبات ایجادکننده طعم و بوی نامطلوب، آب تصفیه‌شده‌ای با کیفیت بالاتر ارائه می‌دهد.
• انعطاف‌پذیری بالا
  بیو‌فیلتراسیون با تغییرات کیفیت آب و ورود آلاینده‌های جدید سازگار است، که آن را به یک راهکار مؤثر برای شرایط متغیر تبدیل می‌کند.
• کاهش محصولات جانبی ضدعفونی
  حذف کربن آلی از فاضلاب به کاهش احتمال تشکیل مواد مضر نظیر اسیدهای هالوستیک و تری‌هالومتان‌ها کمک می‌کند.
• کاهش تولید لجن
  این سیستم با به حداقل رساندن تولید لجن، هزینه‌های مرتبط با مدیریت و دفع آن را کاهش می‌دهد.
• بهبود پایداری و کیفیت آب
  حذف کربن آلی تجزیه‌پذیر، پایداری و کیفیت آب را ارتقا داده و آن را برای کاربردهای مختلف مناسب‌تر می‌سازد.

همچنین بخوانید: روش های تصفیه فاضلاب

مراحل بیوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب صنعتی

• پیش‌تصفیه: پیش از ورود فاضلاب به سیستم بیوفیلتراسیون، معمولاً ذرات معلق و چربی‌ها حذف می‌شوند تا کارایی سیستم افزایش یابد.
• مرحله بیولوژیکی: فاضلاب از بستر بیوفیلتر عبور داده می‌شود. میکروارگانیسم‌ها در این بستر به آلاینده‌های آلی حمله کرده و آنها را تجزیه می‌کنند.
• فیلتراسیون ثانویه: پس از عبور از بستر، فاضلاب برای حذف ذرات باقی‌مانده و میکروارگانیسم‌های معلق تصفیه می‌شود.
• تخلیه یا بازیافت: فاضلاب تصفیه‌شده به محیط زیست تخلیه می‌شود یا برای استفاده مجدد در فرآیندهای صنعتی بازگردانده می‌شود.

ارتباط بیوفیلتراسیون و سیستم‌های اسمز معکوس در تصفیه فاضلاب صنعتی

در بسیاری از صنایع، فرایند بیوفیلتراسیون و اسمز معکوس (RO) به‌صورت مکمل عمل می‌کنند تا فرآیند تصفیه فاضلاب به بهترین شکل انجام شود. بیوفیلتراسیون به عنوان یک مرحله پیش‌تصفیه، آلاینده‌های آلی، ذرات معلق و مواد میکروبی را حذف می‌کند و آب ورودی به سیستم اسمز معکوس را از نظر کیفیت آماده می‌کند. این امر باعث کاهش گرفتگی غشاها، افزایش عمر مفید آنها و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود.

به طور مشابه، اسمز معکوس می‌تواند به عنوان یک مرحله نهایی پس از بیوفیلتراسیون، خلوص آب را تا حد مورد نیاز برای کاربردهای صنعتی یا تخلیه به محیط زیست افزایش دهد. این ترکیب، راهکاری پایدار و اقتصادی برای مدیریت فاضلاب صنعتی و بازیافت آب است.

انواع بیوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب صنعتی

بیوفیلتراسیون فاضلاب به استفاده از فرآیندهای بیولوژیکی برای حذف آلاینده‌ها از آب اشاره دارد. چندین نوع سیستم بیوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب صنعتی به‌طور معمول استفاده می‌شود که هرکدام برای هدف خاصی طراحی شده‌اند. این انواع عبارتند از:

بیوفیلترهای بستر ثابت (یا رآکتورهای بیوفیلمی)

این سیستم‌ها از یک بستر ثابت، مانند شن، سنگ ریزه یا مواد مصنوعی استفاده می‌کنند که میکروارگانیسم‌ها روی آن رشد کرده و بیوفیلم تشکیل می‌دهند. وقتی فاضلاب از بستر عبور می‌کند، میکروارگانیسم‌ها آلاینده‌ها را تجزیه می‌کنند.

معمولاً برای تصفیه ترکیبات آلی، نیتروژن و فسفر استفاده می‌شود.

فیلترهای چکنده

نوعی بیوفیلتر بستر ثابت است که در آن فاضلاب از روی یک بستر از مواد (مانند سنگ‌ها، پلاستیک یا سرامیک) که معمولاً چرخان یا ثابت هستند عبور می‌کند. بیوفیلم روی سطح بستر رشد کرده و آلاینده‌ها را هنگام عبور فاضلاب از آن تجزیه می‌کند.

برای حذف مواد آلی و کاهش BOD مؤثر است.

سیستم‌های لجن فعال با بیوفیلتراسیون

ترکیبی از فرآیند هوادهی و بیوفیلتراسیون است که در آن ابتدا فاضلاب برای ترویج رشد میکروبی هوادهی می‌شود و سپس فیلتر می‌شود تا جامدات و آلاینده‌ها حذف شوند. در برخی موارد، لجن فعال ممکن است از طریق بیوفیلتری بازگشت داده شود.

برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی پیچیده‌تر، از جمله مواد شیمیایی، و کمک به حذف مواد آلی و کاهش مواد مغذی استفاده می‌شود.

تماس دهنده های بیولوژیکی چرخان (RBC)

این سیستم‌ها شامل مجموعه‌ای از دیسک‌های چرخان هستند که به‌طور جزئی در فاضلاب غوطه‌ور هستند. میکروارگانیسم‌ها روی سطح دیسک‌ها رشد کرده و هنگام عبور فاضلاب از روی آن‌ها، فاضلاب را تصفیه می‌کنند.

برای تصفیه بارهای آلی کم تا متوسط در فاضلاب مؤثر است.

تالاب‌های مصنوعی (Constructed Wetlands)

سیستم‌های مهندسی‌شده‌ای هستند که از گیاهان باتلاقی و بستر خاکی برای فیلتر و تصفیه فاضلاب استفاده می‌کنند. این سیستم به فرآیندهای طبیعی فیلتراسیون متکی است که شامل ریشه‌های گیاهان، میکروارگانیسم‌ها و بستر می‌شود.

برای تصفیه فاضلاب‌های خانگی و برخی فاضلاب‌های صنعتی، به‌ویژه برای حذف مواد مغذی و کاهش مواد آلی، ایده‌آل است.

بیو‌‌راکتورهای غشایی (MBR)

سیستمی ترکیبی است که یک فرآیند بیولوژیکی را با یک مرحله فیلتر غشایی (معمولاً اولترافیلتراسیون یا میکروفیلتراسیون) ترکیب می‌کند. فرآیند بیولوژیکی فاضلاب را تصفیه می‌کند و غشا جامدات معلق و میکروارگانیسم‌ها را فیلتر می‌کند.

برای تولید فاضلاب با کیفیت بالا و حذف جامدات معلق، BOD و مواد مغذی مؤثر است.

همچنین بخوانید: تصفیه فاضلاب به روش بیوراکتور غشایی

رآکتورهای ناپیوسته متوالی (SBR) با بیوفیلتراسیون

یک SBR ترکیب دوره‌های هوادهی و غیرهوادهی برای تصفیه فاضلاب به‌صورت ناپیوسته است که در آن پس از مرحله تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، بیوفیلتراسیون برای حذف باقی‌مانده جامدات و آلاینده‌ها انجام می‌شود.

برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی متغیر مناسب است و انعطاف‌پذیری در پردازش انواع مختلف فاضلاب‌ها فراهم می‌آورد.

هر نوع سیستم بیوفیلتراسیون بسته به ویژگی‌های خاص فاضلاب تصفیه‌شده، مانند ترکیب، نرخ جریان و سطح آلایندگی، مزایا و محدودیت‌های خود را دارد.

مزایا و معایب بیوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب صنعتی

مزایای بیوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب

• کاهش نیاز به مواد شیمیایی: این روش بیشتر متکی به فرآیندهای زیستی است و به مواد شیمیایی کمتری نیاز دارد.
• سازگاری با محیط زیست: یک فرآیند زیستی است که برای تصفیه فاضلاب به میکروارگانیسم‌ها متکی است و آن را سازگار با محیط زیست می‌کند. این امر نیاز به روش‌های شیمیایی را کاهش می‌دهد و منجر به کاهش پسماندها و محصولات جانبی شیمیایی می‌شود.
• هزینه پایین‌تر: در مقایسه با روش‌های پیشرفته شیمیایی، هزینه عملیاتی کمتری دارد. این روش به مواد شیمیایی کمتری نیاز دارد و مصرف انرژی کمتری دارد، که منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
• مصرف انرژی کم: برخلاف برخی از روش‌های دیگر تصفیه فاضلاب، مانند سیستم‌های لجن فعال، بیوفیلتراسیون معمولاً به انرژی کمتری نیاز دارد زیرا از فرآیندهای متابولیکی طبیعی میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه آلاینده‌ها استفاده می‌کند.

معایب بیوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب

کاهش زمان کارکرد فیلتر به دلیل رشد باکتری‌ها: در آب‌های گرم‌تر، رشد باکتری‌ها افزایش می‌یابد، اما ممکن است جریان آب کاهش یابد. می‌توان این مشکل را با متعادل‌سازی مواد مغذی یا افزودن یک ماده ضدعفونی‌کننده ساده مانند هیدروژن پراکسید حل کرد. با این حال، طراحی پیشرفته یا فیلترهای اضافی ممکن است برای استفاده در هوای گرم مورد نیاز باشد.

تجمع مواد زیستی اضافی: ضخیم شدن مواد زیستی ممکن است عملکرد سیستم را مختل کند. حذف منظم مواد زیستی اضافی از فیلتر ضروری است. 

حذف ناکارآمد برخی ترکیبات مانند منگنز: با انتخاب سیستم مناسب می‌تواند این مشکلات را به حداقل برساند.

کاربرد بیو‌فیلتراسیون در صنعت

بیوفیلتراسیون به عنوان یک روش کارآمد و اقتصادی برای تصفیه پساب در صنایع مختلف به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این فناوری از میکروارگانیسم ها برای تجزیه و حذف آلاینده های آلی استفاده می کند و برای تصفیه پساب های صنایع غذایی و نوشیدنی، تولید مواد شیمیایی، نفت و گاز و سیستم‌های فاضلاب شهری مناسب است. فیلتر بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب می تواند BOD، COD و سایر آلاینده های مضر را به طور موثر کاهش دهد، کیفیت آب را بهبود بخشد و امکان رعایت مقررات زیست محیطی را فراهم کند. انعطاف پذیری آن در برخورد با ترکیبات پیچیده و متنوع پسماندها، بیوفیلتراسیون را به یک راه حل ضروری برای مدیریت پایدار پساب در کاربردهای صنعتی تبدیل کرده است.

نتیجه‌گیری

بیوفیلتراسیون و سیستم‌های اسمز معکوس، هر یک به تنهایی روش‌های موثری در تصفیه فاضلاب صنعتی هستند، اما ترکیب این دو فناوری می‌تواند کارایی، پایداری و اقتصادی بودن فرآیند تصفیه را به حداکثر برساند. این روش ترکیبی، ضمن کاهش هزینه‌ها و افزایش عمر مفید سیستم‌ها، به بهبود کیفیت آب بازیافتی و کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک شایانی می‌کند. انتخاب مناسب نوع سیستم‌ها و تنظیم آنها برای نیازهای خاص هر صنعت، کلید موفقیت در مدیریت فاضلاب صنعتی است.