روش های حذف فسفر از فاضلاب

حذف فسفر از فاضلاب به منظور حفظ سلامت محیط زیست و منابع آبی، امری ضروری است. فسفر، عنصری حیاتی برای حیات، در عین حال می‌تواند در صورت تجمع بیش از حد در آب، پیامدهای مخربی برای محیط زیست به همراه داشته باشد. یکی از پارامترهای مهم در فرآیند تصفیه فاضلاب مقدار فسفر آن می باشد. اثرات زیان بار ترکیبات حاوی نیتروژن و فسفر، موجب وضع قوانین زیست محیطی محدود کننده در تخلیه فاضلاب به منابع پذیرنده شده است. از جمله این اثرات می توان به سمیت آمونیاک، رشد زیاد گیاهان آبزی و ایجاد پدیده اوتریفیکاسیون، آلودگی آب های زیرزمینی به نیترات و فسفات، اشاره کرد. در ادامه این مطلب به بررسی انواع روش های شیمیایی و بیولوژیکی در حذف فسفر از فاضلاب پرداخته ایم.

باکتری‌های حذف‌کننده فسفر (PAOS)

باکتری‌های حذف کننده فسفر از نوع هتروتروف می‌باشند. این نوع باکتری برای عملکرد خود نیاز به یک منبع کربن آلی دارند. باکتری‌های (PAOS) به مواد راحت تجزیه‌پذیر مانند اسید های چرب فرار مخصوصا استات، پروپیونات و بوتیریت تمایل بیشتری دارند. این باکتری ها در فاضلاب شهری بیشترین درصد را به خود اختصاص داده اند.

این باکتری‌ها دارای فیزیولوژی پیچیده‌ای می باشند. فرایند حذف توسط آنها بسیار جالب است، زیرا باکتری حذف‌کننده فسفر، فسفر را به صورت پلیمر معدنی یا آلی در بدن خود ذخیره می‌کنند. نرخ رشد باکتری‌های حذف کننده‌ی فسفر بسیار کندتر از باکتری حذف کننده‌ی COD می‌باشد. اگر این باکتری‌ها در شرایط عادی در مخزن هوازی قرار گیرند، هیچ فعالیت مفیدی نخواهد داشت.

روش های شیمیایی حذف فسفر از فاضلاب

• افزایش نمک های فلزی (آهن و آلومینیم)

با استفاده از نمک های فلزی بین ۸۰ تا ۹۰ درصد حذف فسفر فراهم خواهد شد. برای رساندن غلظت فسفر تا ۱ میلی گرم در لیتر استفاده از نمک های فلزی به همراه زلال ساز توصیه می شود. در صورت بهینه بودن عملیات زلال سازی، در خروجی غلظت فسفر و TSS به ترتیب کمتر ۱ میلی گرم در لیتر و کمتر از ۱۵ میلی گرم در لیتر کاهش خواهد یافت.

• افزودن آهک

برای رساندن پیوسته غلظت فسفر تا ۰٫۵ میلی گرم در لیتر، انجام فیلتراسیون فاضلاب تصفیه شده توصیه می شود. همچنین برای این منظور، افزودن آهک به تانک ته نشینی اولیه و خروجی زلالساز ثانویه توصیه می شود. سیستم های افزودن آهک به منظور حذف فسفر به دو صورت می باشند:

۱- سیستم تک مرحله ای با مصرف کم آهک

۲- سیستم دو مرحله ای با مصرف زیاد آهک

نکته حائز اهمیت در سیستم های تزریق آهک کنترل دقیق بر pH و فرآیند اختلاط می باشد.

• مبادله یونی:

این روش از رزین‌های تبادل یونی برای جذب و حذف فسفر از آب استفاده می‌کند. این روش برای تصفیه حجم کم آب مناسب است و به دلیل عدم تولید لجن، از نظر زیست محیطی برتری دارد.

بیشتر بخوانید: نکات مهم در بهره برداری و نگهداری از پکیج تصفیه فاضلاب

فرآیندهای بیولوژیکی حذف فسفر از فاضلاب

در طول ۲۰ سال گذشته چندین نوع فرآیند رشد معلق بیولوژیکی برای حذف فسفر (BPR) توسط دانشمندان طراحی شده است.  تمامی آن ها شامل مرحله ی اصلی مخزن بی هوازی پیش از ناحیه هوازی هستند.

روش های حذف فسفر فاضلاب شامل فرآیند های فورداکس، A₂O و UCT می باشند. این روش ها جزء رایج ترین فرآیند های حذف فسفر از فاضلاب به شمار می روند.

۱-فرآیند حذف فسفر با روش فورداکس (A/O):

در این فرآیند نیتریفیکاسیون رخ نمی دهد و برای تامین شرایط حذف بیولوژیکی فسفر، زمان ماند ۳۰ دقیقه تا ۱ ساعت درنظر گرفته می شود. SRT مایع مخلوط در ناحیه هوازی، بسته به شرایط دمایی بین ۲ تا ۴ روز می باشد.

۲- فرآیند حذف فسفر از فاضلاب با روش A₂O :

فرآیند تصفیه فاضلاب A₂O شکل اصلاح شده فرآیند A/O می باشد. با این تفاوت که در آن یک ناحیه انوکسیک برای انجام دنیتریفیکاسیون در نظر گرفته شده است. زمان ماند در ناحیه انوکسیک تقریبا یک ساعت است. با به کار بردن ناحیه انوکسیک، مقدار نیترات وارد شده به ناحیه بی هوازی از طریق لجن برگشتی به حداقل می رسد.

۳- فرآیند باردنفوی اصلاح شده (۵ مرحله ای):

شیوه چرخش لجن در این فرآیند با فرآیند A₂O متفاوت است.

در این فرایند جهت انجام دنیتریفیکاسیون تکمیلی مرحله انوکسیک دوم و  نیترات تولید شده به عنوان پذیرنده الکترون در مرحله هوازی  و همچنین کربن آلی به عنوان دهنده الکترون حاصل از خودخوری جرم سلولی، درنظر گرفته می شود.

مرحله هوازی پایانی جهت رهاسازی گاز نیتروژن باقی مانده از محلول و کاهش فسفر آزاد شده در ته نشینی ثانویه می باشد.

۴- فرآیند حذف فسفر با روش UCT (استاندارد و اصلاح شده):

فرآیند UCT در سیستم تصفیه دانشگاه کیپ تاون ابداع شد. فرآیند UCT مشابه فرآیند A₂O است اما دارای ۲ تفاوت است:

1. لجن فعال برگشتی به جای هوادهی به ناحیه انوکسیک وارد شده و چرخش داخلی از ناحیه انوکسیک به واحد بی هوازی انجام می شود.
2. در فرآیند UCT اصلاح شده از دو مرحله انوکسیک متوالی استفاده می شود.

۵- فرایند حذف فسفر  از فاضلاب به روش VIP:

فرآیند VIP مشابه A₂O و UCT بوده و فقط روش های برگشت جریان آن ها باهم تفاوت دارد. در این فرآیند کلیه نواحی مرحله بندی شده و متشکل از حداقل دو مخزن اختلاط کامل به صورت سری می باشند. لجن فعال برگشتی همراه با جریان برگشتی از ناحیه هوازی به ورودی مخزن انوکسیک تخلیه می شوند. مایع مخلوط حاصل از ناحیه انوکسیک نیز به ابتدای ناحیه بی هوازی برگشت داده می شود و برای تصفیه فاضلاب بهداشتی نتایج مطلوبی دارد.

۶- فرآیند ژوهانسبورگ:

این فرآیند جایگزین UCT جهت کاهش ورود نیترات به ناحیه بی هوازی به صورت انوکسیک – بی هوازی – انوکسیک – هوازی جهت ماکزیمم حذف بیولوژیکی فسفر می باشد.

۷- حذف بیولوژیکی فسفر با روش SBR :

اگر مقدار کافی نیترات طی بهره برداری از فرآیند تصفیه فاضلاب SBR حذف شود، یک مرحله واکنش بی هوازی حین یا بعد از مرحله پر شدن ایجاد شده است. برای انجام نیتریفیکاسیون و تولید نیترات، یک مرحله انوکسیک بعد از هوادهی نیز در نظر گرفته می شود.

۸- فرایند حذف فسفر به روش فوستریپ:

فرآیند فوستریپ در اصل یک فرآیند بی هوازی/ هوازی است. شرایط بی هوازی با نگه داشتن طولانی مدت لجن مازاد در یک تغلیظ کننده ثقلی با زمان ماند حدود ۸ تا ۱۲ ساعت ایجاد می شود. سپس مایع رویی حوضچه به روش شیمیایی تصفیه شده و به حوض هوازی بازگشت داده می شود.

9-استفاده از گیاهان

برخی از گیاهان مانند جگن و آزولا می‌توانند فسفر را از آب جذب کنند. این روش برای تصفیه فاضلاب‌های کم حجم و همچنین به عنوان یک روش مکمل در کنار سایر روش‌ها، کاربرد دارد.

انتخاب بهترین روش برای حذف فسفر از آب به عوامل مختلفی مانند حجم و غلظت فسفر، نوع منبع آلوده کننده، هزینه و الزامات زیست محیطی بستگی دارد.

علاوه بر روش‌های ذکر شده، تحقیقات در حال انجام برای توسعه روش‌های نوین و کارآمدتر برای حذف فسفر از آب، مانند استفاده از نانوذرات و فناوری‌های غشایی، نیز ادامه دارد.

بیستر بخوانید: اهمیت حذف رسوب از فاضلاب چیست؟

عواقب عدم حذف فسفر از آب

همانطور که پیش‌تر گفته شد، تجمع فسفر در آب‌های طبیعی و فاضلاب می‌تواند پیامدهای ناگوار زیست‌محیطی به همراه داشته باشد. برخی از این عواقب عبارتند از:

• یوتروفیکاسیون: رشد غیرقابل کنترل جلبک‌ها و گیاهان آبزی به دلیل وفور فسفر، که منجر به کمبود اکسیژن، مرگ آبزیان و عدم تعادل در اکوسیستم‌های آبی می‌شود.
• مرگ و میر آبزیان: کمبود اکسیژن ناشی از یوتروفیکاسیون، سبب مرگ و میر ماهی‌ها و سایر موجودات آبزی می‌شود.
• آلودگی منابع آب آشامیدنی: رشد جلبک‌ها و تولید سموم توسط آنها می‌تواند طعم و بوی آب را تحت تاثیر قرار دهد و منجر به آلودگی منابع آب آشامیدنی شود.
• کاهش ارزش تفریحی آب‌ها: پوشش سطح آب توسط جلبک‌ها و گیاهان آبزی، از زیبایی و جذابیت طبیعی آب‌ها می‌کاهد و فعالیت‌های تفریحی مانند شنا و قایقرانی را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
• آسیب به اکوسیستم‌های ساحلی: رسوبات ناشی از یوتروفیکاسیون می‌توانند بسترهای مرجانی و سایر اکوسیستم‌های ساحلی را از بین ببرند.

 

راهکارهای پیشگیری از آلودگی آب به فسفر

• کاهش استفاده از مواد شوینده و کودهای شیمیایی حاوی فسفر: استفاده از شوینده‌ها و کودهای کم‌فسفر یا بدون فسفر می‌تواند به طور قابل توجهی میزان فسفر ورودی به آب‌ها را کاهش دهد.
• تصفیه فاضلاب: استفاده از سیستم‌های تصفیه فاضلاب مناسب برای حذف فسفر از فاضلاب قبل از تخلیه به محیط زیست ضروری است.
• اصلاح روش‌های کشاورزی: استفاده از روش‌های کشاورزی پایدار مانند کاشت پوششی و کوددهی با زمان‌بندی مناسب می‌تواند به کاهش فسفر ورودی به آب‌ها از طریق فعالیت‌های کشاورزی کمک کند.
• افزایش آگاهی عمومی: اطلاع‌رسانی و آموزش مردم در مورد عواقب آلودگی آب به فسفر و راهکارهای جلوگیری از آن، نقش مهمی در کاهش این معضل دارد.

با به کارگیری این راهکارها می‌توان از آلودگی آب به فسفر پیشگیری کرد و به حفظ سلامت محیط زیست و منابع آب آشامیدنی برای نسل‌های آینده کمک کرد.

نتیجه‌گیری

حذف فسفر از آب یک مسئله حیاتی برای حفظ سلامت محیط زیست و منابع آب آشامیدنی است. با استفاده از روش‌های مناسب تصفیه فاضلاب، کاهش استفاده از مواد شیمیایی حاوی فسفر و ترویج کشاورزی پایدار، می‌توان از آلودگی آب به فسفر جلوگیری کرد و به ایجاد آینده‌ای پایدار برای نسل‌های آینده کمک کرد.

منبع: آبسازه absaze.com