جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب بر اساس تحقیقات مختلف در سراسر دنیا ارائه میشوند و هدف همگی کاهش هزینه ها و بهبود کیفیت فاضلاب برای استفاده مجدد از آن است. در اغلب این روش ها از تکنولوژی های مدرن استفاده شده و تا حد امکان مواد شیمیایی کمتری در روند تصفیه استفاده میشود. در ادامه انواع روش های نوین تصفیه فاضلاب که قابل پیاده سازی در تجهیزات تصفیه فاضلاب هستند را بررسی و معرفی خواهیم کرد.
تصفیه فاضلاب با پیل های سوختی الکترونی
استفاده از سلول های سوختی الکترونی MFC یکی از جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب است که در تصفیه بیولوژیکی استفاده میشود. در این روش نوع خاصی از میکروارگانیسم ها به نام اگزوالکتریکی استفاده میشود که منجر به اکسید شدن مواد آلی می شوند. مواد آلی بعد از اکسید شدن براحتی در کف مخزن ته نشین شده و قابل تخلیه و جمع آوری هستند. یکی دیگر از ویژگی های مثبت این روش، انتقال سریع الکترون ها به سمت قطب آند در این شرایط است که در تولید جریان الکتریکی موثر است.
با استفاده از این روش تصفیه فاضلاب و حذف مواد آلی در کنار تولید جریان برق انجام میشود. در نتیجه می توان با استفاده از آن برق را از فاضلاب تولید کرد و مصرف سوخت های فسیلی را کاهش می دهد.
تصفیه فاضلاب با پیل‌های سوختی میکروبی
پیل‌های سوختی میکروبی (MFCs) فناوری نوینی هستند که به طور همزمان به تصفیه فاضلاب و تولید انرژی برق می‌پردازند. این فناوری به عنوان یک رویکرد دوستدار محیط زیست و پایدار، توجه بسیاری از محققان و مهندسان را به خود جلب کرده است.
چگونه MFCها کار می‌کنند؟
در ساده‌ترین شکل، یک MFC شامل دو محفظه آند و کاتد است که توسط یک غشاء نیمه‌تراوا از هم جدا شده‌اند. در محفظه آند، میکروارگانیسم‌ها مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه می‌کنند و الکترون‌ها و پروتون‌ها آزاد می‌کنند. الکترون‌ها از طریق یک مدار خارجی به کاتد منتقل میشوند و در آنجا با اکسیژن ترکیب شده و جریان الکتریکی تولید می‌کنند. پروتون‌ها نیز از طریق غشاء نیمه‌تراوا به کاتد منتقل میشوند.
مزایای استفاده از MFCها در تصفیه فاضلاب
- تولید انرژی تجدیدپذیر: MFCها با تبدیل مواد آلی فاضلاب به انرژی الکتریکی، به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی کمک می‌کنند.
- کاهش بار آلاینده‌ها: این فناوری به طور مؤثری مواد آلی، نیتروژن و فسفر موجود در فاضلاب را کاهش می‌دهد.
- کاهش تولید لجن: MFCها حجم لجن تولیدی در تصفیه‌خانه‌ها را کاهش می‌دهند.
- کاهش هزینه‌های عملیاتی: با تولید انرژی در محل، هزینه‌های عملیاتی تصفیه‌خانه کاهش می‌یابد.
- پایداری محیط زیست: MFCها به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود کیفیت آب کمک می‌کنند.
تصفیه فاضلاب با فناوری پلاسما
فناوری پلاسما به عنوان حالت چهارم ماده، به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در سال‌های اخیر توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. یکی از کاربردهای مهم این فناوری، در زمینه تصفیه فاضلاب است. برای گندزدایی و از بین بردن فلزات سنگین و سایر آلاینده های موجود در فاضلاب می توان از پلاسما استفاده کرد. در این روش جدید تصفیه فاضلاب اشعه پلاسما به فاضلاب تابیده می شود. سپس رادیکال های O و OH آزاد می شوند که قدرت بالایی در اکسید کردن آلاینده های موجود در فاضلاب دارند. با اکسید شدن آلاینده ها، در کف مخزن ته نشین شده و می توان آنها را تخلیه کرد.
برای گندزدایی فاضلاب نیز می توان از این روش استفاده کرد. چون اشعه پلاسما بعد از ورود به فاضلاب گرمای زیادی تولید می کند و از این طریق باکتری و سایر آلاینده ها از بین می روند. از مزایای این روش می توان به عدم استفاده از مواد شیمیایی اشاره کرد. در نتیجه هیچ نوع ترکیب مضر جانبی در فاضلاب ایجاد نشده و با هزینه کم همزمان گندزدایی نیز انجام می شود.
تصفیه فاضلاب با هیدرولیز حرارتی
هیدرولیز حرارتی یکی از روش‌های نوین و پیشرفته برای تصفیه فاضلاب به ویژه فاضلاب‌های صنعتی است. در این روش، فاضلاب تحت دما و فشار بالا قرار می‌گیرد تا مواد آلی پیچیده موجود در آن شکسته شده و به ترکیبات ساده‌تری تبدیل شوند. این فرایند به طور قابل توجهی به کاهش حجم و سمیت فاضلاب کمک می‌کند.
اصول کار هیدرولیز حرارتی
هیدرولیز حرارتی از تحت فشار قرار دادن فاضلاب در مخازنی با دمای بسیار بالا (رآکتور تحت فشار) استفاده می شود. بعد از ورود فاضلاب به این مخازن، فشار تا 12 بار افزایش یافته و دمای آن نیز حدود 165 درجه سانتی گراد می شود. این شرایط باعث میشود پیوندهای شیمیایی مواد آلی شکسته شده و به اجزای کوچکتر تبدیل شوند و بسیاری از این مواد شامل: باکتری و پاتوژن ها، انگل و غیره کاملا حذف شوند و اجزای کوچکتر باقی مانده شامل اسیدهای چرب، آمونیاک و سایر مواد آلی قابل تجزیه زیستی هستند. علاوه بر حذف آلاینده ها، در روند تصفیه مقدار زیادی بیوگاز آزاد می شود که به عنوان منبع سوخت قابل استفاده هستند. در تصفیه خانه های بزرگ از روش هیدرولیز Biothelys استفاده میشود که نیاز به فضای زیادی دارد. به دلیل وجود مقدار زیاد فاضلاب در این تصفیه خانه ها، بیوگاز بیشتری نیز تولید شده و در صنعت قابل استفاده هستند.
مزایای هیدرولیز حرارتی
- کاهش حجم و غلظت مواد آلی: با شکستن مولکول‌های پیچیده، حجم لجن تولیدی کاهش یافته و مواد آلی به شکلی قابل تجزیه زیستی در می‌آیند.
- تولید بیوگاز: در این فرایند، بیوگازی تولید میشود که می‌تواند به عنوان منبع انرژی استفاده شود.
- کاهش زمان ماند: مدت زمان لازم برای تصفیه فاضلاب به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.
- کاهش تولید بو: با تجزیه مواد آلی، تولید بوهای نامطبوع کاهش می‌یابد.
- کاهش پاتوژن‌ها: بسیاری از پاتوژن‌ها و میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا در اثر حرارت بالا از بین می‌روند.
- قابلیت تصفیه طیف گسترده‌ای از فاضلاب‌ها: این روش برای تصفیه انواع مختلف فاضلاب، از جمله فاضلاب‌های صنعتی با غلظت بالای مواد آلی، مناسب است.
تصفیه فاضلاب با جلبک
تصفیه فاضلاب با استفاده از جلبک، یکی از بهترین روش های نوین تصفیه فاضلاب است که در سال‌های اخیر توجه بسیاری از محققان و مهندسان را به خود جلب کرده است چون بدون هیچ نوع ماده شیمیایی و تنها با استفاده از جلبک حذف آلاینده را انجام می دهد. جلبک‌ها موجودات تک‌سلولی هستند که قابلیت رشد سریع و جذب مواد مغذی از محیط اطراف خود را دارند. این ویژگی‌ها باعث شده است که جلبک‌ها به عنوان یک ابزار قدرتمند برای تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار گیرند.
بسیاری از میکروارگانیسم ها قادر به تجزیه مواد رادیواکتیو موجود در فاضلاب های صنعتی و بیمارستانی نیستند و از مواد شیمیایی برای این منظور استفاده میشود. در روش پیشنهادی این طرح می توان از جلبک Spirogyra استفاده کرد که با سرعت بالا این ترکیبات را تجزیه و از فاضلاب حذف می کند.
تصفیه فاضلاب با سیستم های فیلتراسیون غشایی
از چالش های مهم در روند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، وجود مقدار زیاد تکه های باقی مانده از مواد آلی تجزیه شده است. در یکی از روش های نوین تصفیه فاضلاب به نام MBR مرحله ته نشینی و زلال سازی حذف شده و به جای آن از فیلتراسیون غشایی استفاده میشود. غشای به کار رفته در این فیلترها از ورود ذرات معلق در فاضلاب جلوگیری می کند.
انواع غشاها و فرآیندهای فیلتراسیون غشایی
غشاها بر اساس اندازه منافذ و مواد سازنده به انواع مختلفی تقسیم‌بندی میشوند. هر نوع غشا برای حذف ذرات با اندازه مشخص مناسب است. از جمله مهم‌ترین انواع فرآیندهای فیلتراسیون غشایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- میکروفیلتراسیون (MF): برای حذف ذرات بزرگ‌تر مانند باکتری‌ها و کلوئیدها استفاده میشود.
- اولترافیلتراسیون (UF): برای حذف مولکول‌های بزرگ‌تر مانند پروتئین‌ها و پلی‌ساکاریدها به کار می‌رود.
- نانوفیلتراسیون (NF): علاوه بر حذف ذرات، می‌تواند یون‌های دو ظرفیتی و برخی مولکول‌های آلی را نیز حذف کند.
- اسمز معکوس (RO): برای حذف تقریباً تمام املاح و آلاینده‌های آب از اسمز معکوس (RO) استفاده میشود.
تصفیه فاضلاب با EFLOX
در روش جدید EFLOX برای تصفیه فاضلاب از انرژی الکتریکی استفاده میشود تا اکسیداسیون و لخته سازی مواد آلاینده انجام شود. بخش مهم این روش، استفاده از مخازن دایره ای شکل هستند که لجن در آن ته نشین می شود. استفاده از رآکتورهای ECF سرعت تصفیه را افزایش داده و وزن لجن نیز کاهش پیدا می کند.
AVF؛ از جدیدترین روش های تصفیه فاضلاب
فیلتراسیون با متغیرهای اتوماتیک یا AVF یکی دیگر از روش های جدید تصفیه فاضلاب است که با سرعت بسیار بالا و بدون نیاز به ترکیبات شیمیایی جداسازی آلاینده ها را انجام می دهد. در مخزن این دستگاه جریان همزمان از بالا و پایین حرکت می کند تا از انباشته شدن آلاینده ها روی ممبران و سیستم فیلتراسیون جلوگیری کند. فاضلاب از پایین به بالا حرکت می کند و ذرات معلق در آن روی مناغذ غشا تجمع پیدا می کنند.
همزمان جریانی از بالا به پایین حرکت کرده و باعث تمیز شدن روی غشا می شود. این روش با هزینه کم، سرعت و راندمان بالا بدن نیاز به تجهیزات جانبی تصفیه را انجام می دهد.
بیشتر بخوانید: تجهیزات تصفیه فاضلاب
تصفیه فاضلاب با روش جذب سطحی
از دیگر روش های نوین تصفیه فاضلاب می توان به جذب سطحی اشاره کرد. در این روش زیست توده انتخابی با استفاده از جذب متابولیکی مواد الی و آلاینده های فاضلاب را جذب می کند. به همین دلیل سرعت تجزیه مواد الی موجود در فاضلاب افزایش پیدا می کند. علاوه براین، این زیست توده در فاضلاب شناور است و سرعت و احتمال تماس باکتری با مواد آلی بیشتر میشود که تاثیر مثبت بر روند تصفیه دارد.
مکانیسم جذب سطحی
در فرآیند جذب سطحی، آلاینده‌ها به دلیل نیروهای بین‌مولکولی مانند نیروهای واندروالسی، پیوند هیدروژنی و برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی به سطح جاذب متصل میشوند. ظرفیت جذب جاذب به عوامل مختلفی از جمله نوع جاذب، اندازه ذرات جاذب، سطح ویژه جاذب، pH فاضلاب، دما و غلظت آلاینده‌ها بستگی دارد.
انواع جاذب‌ها
جاذب‌های مختلفی برای تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار می‌گیرند که برخی از مهم‌ترین آنها عبارتند از:
- کربن فعال: پرکاربردترین جاذب در تصفیه فاضلاب است. دارای سطح ویژه بالا و ظرفیت جذب بسیار خوبی برای ترکیبات آلی است.
- زئولیت‌ها: ساختار متخلخل و سطح ویژه بالایی دارند و برای حذف یون‌های فلزی و آمونیوم بسیار موثر هستند.
- رس‌ها: دارای قابلیت تبادل یونی بوده و برای حذف فلزات سنگین مناسب هستند.
- بیوماس: شامل مواد زیستی مانند پوست میوه، تفاله قهوه و پوسته تخم مرغ است که قابلیت جذب برخی آلاینده‌ها را دارند.
تصفیه فاضلاب با فتوکاتالیستی خورشید
یکی از چالش های مهم در روند تصفیه فاضلاب، وزن بالای لجن ته نشین شده در کف مخزن است. به همین دلیل هزینه های تخلیه لجن افزایش یافته و در تصفیه خانه های بزرگ مقرون به صرفه نیست. برای حل این مشکل از فتوکاتالیستی خورشیدی می توان استفاده کرد. در این روش اشعه های نور خورشید باعث کاهش وزن لجن شده و تخلیه آن با سرعت بالا و هزینه کمتری انجام می شود.
سخن آخر
بسیاری از روش های جدید تصفیه فاضلاب هنوز جنبه تحقیقاتی دارد و در تصفیه خانه های بزرگ پیاده سازی نشده اند. با توسعه این روش ها بدون شک روند تصفیه سرعت بیشتری پیدا کرده و از فاضلاب می توان به عنوان منبع ارزشمندی در تامین انرژی الکتریکی با هزینه کم استفاده کرد.
