میکروارگانیسم ها در تصفیه فاضلاب صنعتی کدامند؟

در تصفیه فاضلاب صنعتی، میکروارگانیسم‌ها نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کنند. این میکروارگانیسم‌ها به واسطه فعالیت‌های زیستی خود موجب تجزیه مواد آلی و معدنی موجود در فاضلاب می‌شوند. در فرآیند تصفیه آب صنعتی به کمک میکروارگانیسم‌‌ها که تحت عنوان تصفیه بیولوژیکی فاضلاب شناخته می شود، از اثرات نامطلوب ناشی از تصفیه شیمیایی فاضلاب مانند تجمع مواد شیمیایی در آب جلوگیری می شود. هر یک از این میکروارگانیسم‌ها با روش‌های خاص خود به تصفیه فاضلاب صنعتی کمک می‌کنند و در نهایت باعث بهبود وضعیت محیط زیست می‌شوند. در این مقاله، به بررسی انواع میکروارگانیسم فاضلاب صنعتی و باکتری های تصفیه کننده فاضلاب و نقش آن‌ها در فرآیند تصفیه می‌پردازیم.

همچنین بخوانید: پساب صنعتی چیست

میکروارگانیسم فاضلاب صنعتی چیست؟

میکروارگانیسم‌ها، موجوداتی کوچک و عمدتا تک‌سلولی هستند که در فرآیند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب صنعتی استفاده می‌شوند. این میکروارگانیسم‌ها شامل انواع مختلفی از باکتری‌های هوازی و بی هوازی هستند. آنها در فرآیند تصفیه فاضلاب به عنوان تخریب‌کننده عمل کرده و به تخریب مواد آلی و مواد آلوده در فاضلاب کمک می‌کنند. این عملکرد حیاتی آنها باعث کاهش آلودگی آب و حفظ محیط زیست می‌شود. به علاوه، برخی از میکروارگانیسم‌ها قابلیت حذف مواد معدنی از فاضلاب را دارند. انتخاب و بهره‌برداری مناسب از این میکروارگانیسم‌ها در تصفیه فاضلاب صنعتی به بهبود کیفیت آب و کاهش تأثیرات منفی بر محیط زیست کمک می‌کند.

در فرایند تصفیه فاضلاب از انواع متعددی از میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود که هر یک از آن‌ها با روشی منحصربه‌فرد به تصفیه فاضلاب می‌پردازند. اما نقش میکروارگانیسم چیست؟ و کدام یک در فاضلاب صنعتی حضور دارند؟ در ادامه به این سوالات پاسخ می‌دهیم. 

نقش میکروارگانیسم ها در تصفیه فاضلاب

میکروارگانیسم‌ها نقش کلیدی در تصفیه فاضلاب ایفا می‌کنند و به‌عنوان محرک اصلی فرآیندهای زیستی عمل می‌کنند. آن‌ها از مواد آلی موجود در فاضلاب به‌عنوان منبع تغذیه و انرژی استفاده کرده و این ترکیبات پیچیده را به مواد ساده‌تر مانند دی‌اکسید کربن، متان و آب تجزیه می‌کنند. فرآیندهایی مانند نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون، که توسط باکتری‌های خاص انجام می‌شوند، منجر به حذف نیتروژن از فاضلاب می‌شوند. در سیستم‌های بی‌هوازی، میکروارگانیسم‌ها ترکیبات آلی را به گاز متان تبدیل می‌کنند که می‌تواند به‌عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، این موجودات می‌توانند ترکیبات شیمیایی سمی و فلزات سنگین را کاهش دهند یا از محیط حذف کنند. در سیستم‌های لجن فعال، میکروارگانیسم‌ها به‌صورت توده‌هایی تجمع یافته و به ته‌نشینی مواد جامد و حذف بهتر آلاینده‌ها کمک می‌کنند. استفاده از میکروارگانیسم‌ها در تصفیه فاضلاب محدود به حذف مواد آلی نیست، بلکه شامل حذف میکروآلاینده‌ها و حفظ تعادل زیستی در سیستم‌های تصفیه نیز می‌شود، که برای پایداری و عملکرد بهینه سیستم ضروری است.

بیشتر بخوانید: آنتی اسکالانت چیست؟

انواع میکروارگانیسم ها در تصفیه فاضلاب صنعتی

میکروارگانیسم‌هایی که برای از بین بردن مواد آلی فاضلاب صنعتی استفاده می‌شوند، با توجه به ساختار و نحوه زیست آن‌ها به گروه‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه به بررسی انواع میکروارگانیسم‌ها و نقش آن‌ها در تصفیه فاضلاب صنعتی می‌پردازیم. 

۱. باکتری‌ها (هوازی، بی‌هوازی و اختیاری)

در تصفیه‌خانه‌های جدید، به‌ویژه در محیط‌هایی که به‌عنوان محیط هوادهی شناخته می‌شوند، بیشتر از باکتری‌های هوازی استفاده می‌شود. این باکتری ها از اکسیژن موجود در آب برای تجزیه آلاینده‌های فاضلاب استفاده می‌کنند. برای اطمینان از کارایی این باکتری‌ها، باید اکسیژن به فاضلاب تزریق شود، که این کار توسط سیستم هوادهی فاضلاب انجام می‌شود. در واقع، هوادهی باعث می‌شود باکتری‌ها بتوانند تجزیه مواد آلاینده را به درستی انجام دهند و به رشد و تولید مثل در محیط فاضلاب ادامه دهند.

باکتری‌های بی‌هوازی انواع دیگر میکروارگانیسم‌هایی هستند که در تصفیه فاضلاب صنعتی به‌کار می‌روند. نقش اصلی این باکتری‌ها در تصفیه فاضلاب تجزیه آلاینده‌های آلی موجود در پساب و تولید گاز متان است. نکته مهم در مورد این نوع باکتری ها و دلیل استفاده از آن ها این است که گاز متان، می‌تواند به عنوان یک منبع انرژی استفاده شود. این نوع باکتری ها، برخلاف باکتری‌های هوازی، برای انجام وظایفشان نیازی به افزودن اکسیژن از طریق سیستم‌ هوادهی نخواهند داشت. حذف فسفر از فاضلاب یکی دیگر از مزایای باکتری‌های بی‌هوازی است که در تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود.

باکتری‌های اختیاری در تصفیه فاضلاب، باکتری‌هایی هستند که مطابق با شرایط محیطی که در آن قرار می‌گیرند، می‌توانند بین شرایط هوازی و بی‌هوازی تغییر کنند. با این حال، این باکتری‌ها معمولا ترجیح می‌دهند در شرایط هوازی عمل کنند.

۲. قارچ ها

قارچ‌ها یکی از انواع میکروارگانیسم‌های فاضلاب صنعتی هستند که در دسته میکروارگانیسم‌های هوازی قرار دارند. قارچ‌ها برای رشد و تکثیر به مواد آلی نیاز دارند و از این طریق می‌توانند در فرآیند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب ترکیبات آلی پیچیده را هیدرولیز می کنند. آنها توانایی تجزیه مواد آلی را در سیستمی با pH پایین دارند و حتی آمونیاک را به نیتریت و نیترات اکسید می کنند. قارچ ها در جذب مواد جامد معلق نقش مهمی دارند. همچنین گزارش شده است که برخی از آنزیم ها را ترشح می کنند که به تخریب برخی ترکیبات موجود در فاضلاب در طی فرایند تصفیه کمک می کند.

یکی از مشکلات قارچ‌ها ایجاد توده در سیستم تصفیه فاضلاب است که به مرور زمان باعث مسدودشدن فیلتر‌ها و تجهیزات پایین دست خواهند شد. همچنین، ممکن است با تشکیل توده قارچ‌ مشکلات متعددی در مرحله ته‌نشینی کلاریفایر به‌وجود ‌آید و شرایط بی‌هوازی در حوضچه ها ایجاد گردد. 

۳. پروتوزوآ ها

پروتوزوآها موجودات تک سلولی هستند که اندازه آن ها بزرگتر از باکتری هاست. این میکروارگانیسم ها با هضم باکتری‌های شناور و سایر ذرات معلق، باعث حذف آنها و بهبود شفافیت فاضلاب می‌شوند. بعضی از پروتوزوآ ها برای بقا به اکسیژن نیاز دارند، برخی به اکسیژن بسیار کمی نیاز دارند و برخی دیگر می توانند در شرایط بی هوازی نیز زنده بمانند. 

انواع مختلف پروتوزوآهای موجود در سیستم تصفیه فاضلاب عبارتند از: 

• تاژک‌داران: عمدتاً از مواد آلی محلول موجود در فاضلاب تغذیه می‌کنند.
•  مژک دار‌ان: باکتری‌های شناور را حذف می‌کنند و به شفاف سازی پساب کمک می‌کنند.
•  مژک‌داران خزنده مانند .Aspidisca sp و .Euplotes sp
• مژک داران چسبیده ( Sessile Ciliates) مانند . Carchesium sp و .Vorticella sp

۴. روتیفرها

روتیفرها یکی دیگر از میکروارگانیسم‌های فاضلاب صنعتی هستند که در واقع در دسته میکروارگانیسم های چند سلولی هوازی قرار می‌گیرند که برای فرآیندهای لجن فعال مورد استفاده قرار می گیرند. این دسته از میکروارگانیسم‌ها معمولا در بخش‌های نهایی تصفیه فاضلاب به کار می روند و از باکتری‌های معلق به‌عنوان منبع تغذیه خود استفاده می‌کنند. پس وظیفه آن‌ها تجزیه و حذف باکتری‌ها از فاضلاب است.

۵. باکتری‌های رشته‌ای

این باکتری ها به صورت رشته‌های بلند رشد می کنند. باکتری های رشته ای به طور معمول در زیست توده (بیومس) لجن فعال وجود دارند. وجود آنها برای تشکیل لخته (floc) مفید است. جمعیت آنها به شرایط مواد مغذی در سیستم فاضلاب بستگی دارد. ۲۵ نوع مختلف باکتری رشته ای در لجن فعال یافت شده است. .Nocardia spp یکی از باکتری های رشته ای اصلی است و از نشانه‌های وجود. و فعالیت آن در فاضلات تشکیل کف می‌باشد.

۶. جلبک‌ها

یکی دیگر از میکروارگانیسم‌های فاضلاب صنعتی، جلبک‌ها هستند. جلبک ها گروهی از موجودات فتوسنتزی هستند که در همه جا وجود دارند و نقش مهمی در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب دارند. جلبک ها عملکردهای مختلفی را در تصفیه فاضلاب انجام می دهند زیرا می توانند فلزات سنگین، آفت کش ها و مواد سمی آلی و معدنی موجود در پساب را حذف کنند.

فرایند تصفیه فاضلاب با استفاده از میکروارگانیسم ها

در فرایند تصفیه فاضلاب کارخانه‌ای با میکروارگانیسم‌ها از مراحل مختلفی برای خالص سازی آب و حذف آلایندها استفاده می‌شود، شامل:

• تصفیه اولیه: حذف مواد جامد معلق، روغن، و غیره.
• پیش تصفیه: استفاده از میکروارگانیسم ها در شرایط هوازی یا بی هوازی برای کاهش BOD، حذف رنگ، روغن و فنل.
• تصفیه نهایی: استفاده از سیستم پیشرفته نظیر اسمز معکوس و سیستم‌های تبادل یونی برای حذف و خالص سازی نهایی پساب.

همانطور که عنوان شد، جایگاه اصلی میکروارگانیسم ها در پیش تصفیه پساب و حذف بعضی از آلاینده‌ها است، تا فاضلاب را برای ورود به مراحل بعدی تصفیه آماده کند. این روش‌ها را میتوان جز روش‌های متداول و سنتی پیش تصفیه در نظر گرفت که با حذف ترکیبات آلاینده از جریان فاضلاب به افزایش کارایی و دوام عملکرد فرایندهای تصفیه نهایی کمک می‌کنند. به طور مثال، میکروارگانیسم ها با کاهش شاخص‌های آلاینده نظیر BOD و COD به بهبود عملکرد سیستم اسمز معکوس صنعتی و افزایش عمر و دوام ممبران تصفیه آب صنعتی کمک می‌کنند.

امروزه برای افزایش کارآیی سیستم‌های تصفیه بیولوژیکی و کاهش فضای مورد نیاز برای فرایند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب از سیستم‌های پیشرفته تری استفاده می‌شود که به بیو راکتور غشایی (MBR) معروف هستند. سیستم‌ بیوراکتور غشایی، یک فناوری پیشرفته در تصفیه فاضلاب است که از ترکیب دو فرآیند مهم یعنی بیولوژیکی و فرآیند غشایی بهره می‌برد. در این سیستم، فاضلاب به یک راکتور بیولوژیکی منتقل می‌شود که در آن باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌ها مواد آلی را تجزیه می‌کنند. اما متفاوت از سیستم‌های بیولوژیکی معمول، MBR از غشاهای میکروفیلتراسیون یا اولترافیلتراسیون برای جداسازی باکتری‌ها و مواد جامد از آب استفاده می‌کند. در سیستم‌های تصفیه پساب و فاضلاب‌ صنعتی، MBR یکی از پیش تصفیه‌های معمول و با کیفیت برای فرایند‌‌ اسمز معکوس محسوب می‌شود.

مزایای میکروارگانیسم‌ها در تصفیه فاضلاب

از مزایای تصفیه فاضلاب با میکروارگانیسم‌ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تجزیه آلاینده‌های آلی: میکروارگانیسم‌ها مواد آلی موجود در فاضلاب را به ترکیبات ساده‌تر و کم‌خطرتر تبدیل می‌کنند.
• کاهش بار آلودگی: با حذف آلاینده‌های آلی، بار آلودگی فاضلاب کاهش می‌یابد.
• کاهش هزینه‌های تصفیه: نیاز به استفاده از مواد شیمیایی گران‌قیمت در فرآیند تصفیه را کاهش می‌دهند.
• سازگاری با محیط‌زیست: این فرآیند طبیعی بوده و اثرات مخرب زیست‌محیطی ندارد.
• حذف نیتروژن و فسفر: در فرآیندهای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون، نیتروژن و فسفر را حذف می‌کنند و از اوتریفیکاسیون منابع آبی جلوگیری می‌کنند.
• تنوع بالا (میکروارگانیسم‌ها): قابلیت استفاده در شرایط مختلف و برای حذف طیف گسترده‌ای از آلاینده‌ها.
• پایداری فرآیند: به دلیل عملکرد خودکار و طبیعی میکروارگانیسم‌ها، فرآیند تصفیه پایدار و قابل‌اعتماد است.
• بهره‌وری انرژی: تصفیه زیستی اغلب نسبت به سایر روش‌های مکانیکی یا شیمیایی انرژی کمتری مصرف می‌کند.

چالش‌های استفاده از میکروارگانیسم‌ها در تصفیه فاضلاب صنعتی

• وجود آلاینده‌های سمی: بسیاری از فاضلاب‌های صنعتی حاوی ترکیبات سمی و شیمیایی هستند که می‌توانند باعث مرگ یا کاهش فعالیت میکروارگانیسم‌ها شوند.
• تنوع آلاینده‌ها: فاضلاب‌های صنعتی معمولاً ترکیبات پیچیده‌تری نسبت به فاضلاب‌های شهری دارند، که ممکن است تجزیه آن‌ها توسط میکروارگانیسم‌ها دشوار باشد.
• تغییرات در کیفیت فاضلاب: نوسانات در جریان و ترکیب فاضلاب صنعتی می‌تواند بر پایداری و کارایی میکروارگانیسم‌ها تأثیر منفی بگذارد.
• نیاز به شرایط خاص: برخی میکروارگانیسم‌ها برای فعالیت به دما، pH، و اکسیژن مشخصی نیاز دارند، که ایجاد و نگهداری این شرایط در تصفیه فاضلاب صنعتی دشوار و پرهزینه است.
• تولید لجن اضافی: فرآیندهای زیستی معمولاً منجر به تولید لجن می‌شوند، که مدیریت و دفع آن در مقیاس صنعتی چالش‌برانگیز است.
• رقابت بین میکروارگانیسم‌ها: حضور انواع مختلف میکروارگانیسم‌ها در محیط می‌تواند منجر به رقابت و کاهش بهره‌وری فرآیند تصفیه شود.
• زمانبر بودن: فرآیندهای زیستی نسبت به روش‌های شیمیایی یا فیزیکی ممکن است زمان بیشتری برای رسیدن به راندمان بالا نیاز داشته باشند.
• نیاز به پایش دقیق: برای حفظ کارایی میکروارگانیسم‌ها، نظارت دقیق و مستمر بر شرایط فرآیند ضروری است که می‌تواند منابع بیشتری طلب کند.

عوامل مؤثر بر عملکرد میکروارگانیسم‌ها در تصفیه فاضلاب

عوامل مؤثر بر عملکرد میکروارگانیسم‌ها در تصفیه فاضلاب عبارتند از:

• دمای محیط: دما بر فعالیت متابولیکی میکروارگانیسم‌ها تأثیر می‌گذارد. دماهای خیلی بالا یا خیلی پایین می‌تواند کارایی آن‌ها را کاهش دهد.
• pH فاضلاب: میکروارگانیسم‌ها به محدوده خاصی از pH (معمولاً بین 6.5 تا 8.5) نیاز دارند. pH نامناسب می‌تواند رشد و فعالیت آن‌ها را مهار کند.
• غلظت اکسیژن: در فرآیندهای هوازی، اکسیژن محلول کافی برای عملکرد بهینه میکروارگانیسم‌ها ضروری است. کمبود اکسیژن ممکن است باعث مرگ یا کاهش کارایی آن‌ها شود.
• مقدار مواد آلی: غلظت بیش‌ازحد مواد آلی می‌تواند باعث ایجاد شوک در سیستم زیستی شود، در حالی که غلظت کم ممکن است رشد میکروارگانیسم‌ها را محدود کند.
• وجود مواد سمی: ترکیبات شیمیایی یا فلزات سنگین در فاضلاب می‌توانند به میکروارگانیسم‌ها آسیب برسانند و یا فعالیت آن‌ها را مختل کنند.
• زمان ماند (HRT): مدت زمان ماندگاری فاضلاب در سیستم باید به اندازه‌ای باشد که میکروارگانیسم‌ها بتوانند آلاینده‌ها را تجزیه کنند. زمان کوتاه می‌تواند فرآیند را ناکارآمد کند.
• تغذیه و مواد مغذی: حضور عناصر ضروری مانند نیتروژن و فسفر برای رشد و تکثیر میکروارگانیسم‌ها حیاتی است.
• غلظت شوری: شوری بالا در فاضلاب (مانند فاضلاب‌های صنعتی) می‌تواند تأثیر منفی بر فعالیت میکروارگانیسم‌ها داشته باشد.
• نوع میکروارگانیسم‌ها: استفاده از گونه‌های مناسب میکروارگانیسم‌ها با توجه به نوع فاضلاب و آلاینده‌ها برای عملکرد بهینه سیستم ضروری است.
• تغییرات در جریان و کیفیت فاضلاب: نوسانات در مقدار و کیفیت فاضلاب ورودی می‌تواند باعث عدم تعادل در سیستم زیستی و کاهش کارایی میکروارگانیسم‌ها شود.

این عوامل باید به دقت مدیریت و پایش شوند تا عملکرد بهینه میکروارگانیسم‌ها در تصفیه فاضلاب تضمین شود.

نتیجه گیری

در بسیاری از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب صنعتی و شهری، از باکتری‌ها و سایر میکروارگانیسم‌ها برای بهبود فرآیند تصفیه فاضلاب استفاده می شود. انتخاب مناسب میکروارگانیسم فاضلاب صنعتی می‌تواند چالش‌برانگیز باشد؛ زیرا انتخاب بهترین میکروارگانیسم وابسته به عوامل مختلفی از جمله شرایط جغرافیایی منطقه می باشد. اگر باکتری‌های بی‌هوازی به درستی مدیریت شوند، می‌توانند گزینه بسیار خوبی برای فرایند تصفیه فاضلاب باشند؛ اما در کنار آن‌، باکتری‌های هوازی، باکتری های اختیاری، قارچ‌ها، پروتوزوآ ها، روتیفرها، میکروارگانیسم‌های تک سلولی، جلبک‌ها و گلسنگ‌ها نیز وجود دارند که از آن‌ها برای تصفیه کردن فاضلاب استفاده می‌شود. انتخاب مناسب و هماهنگی این میکروارگانیسم‌ها با نیازها و شرایط محل تصفیه‌خانه، بهبود و کارایی فرآیند تصفیه فاضلاب را تضمین می‌کند.