به گزارش برداشت روز، با توجه به رشد تصاعدی جمعیت و روند رو به افزایش صنعتی شدن، برآوردها حاکی از آن است که نیاز به آب تا پایان سال ۲۰۵۰، ۴۰۰ درصد افزایش خواهد یافت. این نیاز مبرم به استفاده مجدد از پساب تصفیه شده برای مصارف صنعتی و خانگی، همچنان موجب تقاضا برای روشهای تصفیه کارآمدتر و سازگار با محیط زیست شده است.
در فرایندهای رایج تصفیه فاضلاب، همچون لخته‌سازی و انعقاد از مواد شیمیایی مانند کلرید آلومینیوم و پلی‌الکترولیت‌ها استفاده می‌شود. این رویکرد مبتنی بر فرآیندهای فیزیکوشیمیایی، حجم قابل توجهی لجن تولید می‌کند که به عنوان یک چالش زیست‌محیطی شناخته می‌شود. بعلاوه، کشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه، قوانین سختگیرانه‌ای را برای مدیریت پساب‌های صنعتی و خانگی وضع کرده‌اند.
خوشبختانه، همانطور که در بسیاری از پژوهش‌های صورت‌گرفته گزارش شده است، طی سال‌های اخیر پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده است. رسوب‌دهی شیمیایی، نانوفیلتراسیون، بهره‌گیری از مکانیسم تصفیه با جلبک، اسمز معکوس، تبادل یونی، اولترافیلتراسیون و روشهای جذب زیستی از جمله جدیدترین روشهای تصفیه فاضلاب هستند که اخیراً مورد توجه قرار گرفته‌اند. در بخش‌های بعدی، به بررسی برخی از این رویکردهای نوظهور خواهیم پرداخت.
بازچرخانی آب: راهکاری برای مدیریت پایدار منابع
استفاده مجدد و بازیافت آب، فرآیندی است که به تصفیه فاضلاب به منظور استفاده مجدد از آن در همان مکان اشاره دارد. این امر به ویژه در مناطق با کمبود منابع آب اهمیت بسزایی دارد، زیرا وابستگی به منابع آب شیرین را کاهش می‌دهد. راه‌حل‌های نوآورانه‌ای در حال حاضر در سطوح خانگی، مجتمعی، صنعتی و همچنین بازیافت آب در مقیاس وسیع در سطح شهری، در حال توسعه و اجرا هستند.
در بخش صنعت، استفاده مجدد از آب شامل تصفیه پساب فرآیند برای دستیابی به کیفیت مناسب جهت استفاده مجدد در همان فرآیند، یا ارتقاء کیفیت آن برای کاربردهای ثانویه است. مصارف متداول برای آب بازیافتی در صنایع شامل شستشوی کف، سیفون توالت، برج‌های خنک کننده، دیگ‌های بخار، شستشوی خودروهای سنگین و محوطه‌سازی می‌شود. همچنین می‌توان این آب را با سایر همسایگان صنعتی که به آب با کیفیت پایین‌تری برای فرآیند خود نیاز دارند، به اشتراک گذاشت. به عنوان مثال، خروجی تصفیه شده از یک کارخانه تولید بطری را می‌توان در کارخانه سیمان مجاور یا برای آبیاری در مزرعه نزدیک مورد استفاده مجدد قرار داد.
استفاده مجدد از آب با به حداقل رساندن هزینه حمل و نقل فاضلاب و نیز کاهش نیاز به تأمین آب شیرین اضافی، مزایای قابل توجهی را به همراه دارد. علاوه بر این، در برخی موارد می‌توان از آب گرم حاصل از حمام یا نظافت، در سیستم گرمایش ساختمان استفاده مجدد کرد. انعطاف‌پذیری بالای این روش، امکان اجرای آن در محل را فراهم می‌کند و راه‌حل‌ها را می‌توان بر اساس ویژگی‌ها و نیازهای خاص هر مکان، تنظیم و بهینه کرد.
پیشرفت‌های نوین در روشهای تصفیه فاضلاب
تحقیقات گسترده در سال‌های اخیر منجر به توسعه و به‌کارگیری موفق روشهای نوین در تصفیه فاضلاب در سطح صنعتی شده است. در سال ۲۰۱۸، مجله آب (منبع: https://www.mdpi.com/2073-4441/11/1/45) به بررسی روشهای جاری تصفیه فاضلاب پرداخت. تمرکز اصلی این مطالعه بر فرآیندهای غشایی بود که بوی نامطبوع را به عنوان چالشی اساسی در این روش معرفی کرد.
در مطالعه‌ای دیگر که در ژورنال معتبر «بررسی‌های فناوری محیط زیست» منتشر شد، محققان امکان استفاده از سلول‌های سوختی میکروبی (MFC) برای تصفیه فاضلاب را مورد ارزیابی قرار دادند. این روش از مزیت منحصربه‌فردی برخوردار است؛ بدین صورت که از میکروارگانیسم‌های موجود در فاضلاب برای تولید انرژی جهت راه‌اندازی فرآیندهای صنعتی و همزمان با آن، تصفیه فاضلاب بهره می‌برد. در این فرآیند، میکروارگانیسم‌ها مواد آلی موجود در فاضلاب را اکسید کرده و منجر به جریان الکترون‌ها و در نهایت تولید برق می‌شوند. فاضلاب به دلیل دارا بودن ترکیبات آلی مناسب و مقرون‌به‌صرفه بودن، پایدارترین گزینه در میان تمامی سوبسترهای مورد استفاده برای تولید انرژی در MFCها به شمار می‌رود.
در راکتورهای بیوالکتروشیمیایی فاضلاب، گونه‌های متنوعی از باکتری‌های برون‌سلولی تولیدکننده‌ی برق وجود دارند. این باکتری‌ها قادرند بدون نیاز به واسطه‌های شیمیایی، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و الکترون‌های حاصل را مستقیما به آند سلول سوختی منتقل نمایند. در حین این فرآیند تجزیه، میکروارگانیسم‌ها احیا می‌شوند و می‌توان آنها را به سهولت از طریق فرآیندهای فیلتراسیون بعدی حذف کرد.
مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۱ در مجله‌ی معتبر بین‌المللی پژوهش و فناوری مهندسی (منبع: https://www.ijert.org/wastewater-treatment-technologies-a-review) منتشر گردید، به بررسی پیشرفت‌های اخیر در زمینه‌ی تصفیه‌ی فاضلاب پرداخته است. این مطالعه بر روی روشهای نوینی همچون نانوفیلتراسیون، مکانیسم‌های تصفیه با جلبک و روشهای جذب زیستی تمرکز داشته است. نانوفیلتراسیون نوعی فرآیند جداسازی غشایی است که بر پایه‌ی اصل علمی به کارگیری عوامل اتصال‌دهنده برای ایجاد کمپلکس‌های کاتیونی فلزات سنگین عمل می‌کند. این کمپلکس‌ها از واکنش فلزات سنگین با ذرات منعقد شده در فاضلاب تشکیل می‌شوند. پیوندهای ایجاد شده منجر به افزایش وزن مولکولی آلاینده‌ها شده و در نهایت، اندازه‌ی آنها را از اندازه‌ی منافذ غشای فیلتراسیون بزرگ‌تر می‌سازد و امکان جداسازی مؤثر آنها را فراهم می‌آورد.
فناوری نانوفیلتراسیون به دلیل نیاز کم انرژی، قابلیت جداسازی بسیار گزینشی و سرعت بالای واکنش، از برتری های قابل توجهی برخوردار است. انتظار می رود این مزایا، به همراه سهولت آماده سازی و تنوع مواد اولیه قابل استفاده در این فرآیند، منجر به افزایش کاربرد نانوفیلتراسیون در تصفیه فاضلاب در آینده گردد.
مکانیسم تصفیه با استفاده از جلبک طی پنج دهه اخیر به طور گسترده مورد توجه قرار گرفته است. این روش بر این اصل استوار است که میکروارگانیسم ها قادر به حذف آلاینده های سمی مانند روی، سلنیوم و آرسنیک از محیط های آبی می باشند. جلبک ها با تغذیه انبوه و انباشت این مواد درون سلول های خود، به این مهم دست می یابند. برخی گونه های جلبکی نظیر اسپیروژیرا، قابلیت جذب مواد رادیواکتیو را نیز دارا هستند.
بنابراین، از جلبک ها می توان به طور مؤثری در تصفیه پساب های صنعتی استفاده نمود. مهم ترین مزیت این روش، ماهیت سازگار آن با محیط زیست است. تصفیه فاضلاب با جلبک، روشی کاملاً ارگانیک و سازگار با محیط زیست تلقی می شود، چرا که هیچ ماده خارجی وارد محیط نمی گردد. علاوه بر این، این روش روشی بسیار کارآمد برای تأمین غذای مورد نیاز میکروارگانیسم ها و تضمین بقای آنها به عنوان عاملی کلیدی در پایداری اکوسیستم به شمار می رود. اجرای این روش همچنین از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بوده و با توجه به وفور منابع اولیه، از جنبه عملیاتی نیز بسیار کارآمد است.
بیوسورپشن فرآیندی فیزیکوشیمیایی است که به صورت طبیعی در برخی از زیست توده ها رخ می دهد و این قابلیت را به آنها می دهد تا آلاینده های موجود در فاضلاب را به طور غیرفعال بر روی ساختار سلولی خود تغلیظ و اتصال دهند. در این روش، مواد بیولوژیکی با استفاده از مسیری وابسته به متابولیسم، فلزات سنگین را از فاضلاب جذب می کنند. از مزایای قابل توجه این روش، عدم نیاز به انرژی ورودی است. با این حال، تعداد آلاینده هایی که یک جاذب می تواند حذف کند، به برقراری تعادل سینتیکی و همچنین ترکیب سطح جاذب سلولی بستگی دارد، چرا که آلاینده ها بر روی ساختار سلولی جذب می شوند.
روشهای جدید در پیش تصفیه فاضلاب صنعتی
فرآیند پیش تصفیه فاضلاب صنعتی با ارزیابی کیفی فاضلاب و بررسی شرایط تخلیه آن به محیط زیست آغاز می‌گردد. در صورت مواجهه با فاضلاب صنعتی با ماهیت استاندارد و دسترسی به مشخصات مجوز تخلیه، فرآیند پیش‌تصفیه معمولا از یک رویکرد پایه‌ای پیروی می‌کند. هدف نهایی پیش‌تصفیه، حذف مواد جامد زائد موجود در آب، شامل ذرات معلق و محلول، فلزات سنگین و ترکیبات شیمیایی سنتزی می‌باشد. روشهای مختلفی برای تصفیه‌ی نهایی فاضلاب‌های صنعتی وجود دارد که عموما شامل عملیات شیمیایی و روشهای فیلتراسیون مکانیکی می‌باشند.
چه مواد شیمیایی در پیش تصفیه فاضلاب استفاده می شود؟
هنگامی که فرآیند پیش تصفیه فاضلاب خود را در نظر می گیرید، اولین جایی که باید شروع کنید این است که برای برآورده کردن الزامات تخلیه، چه چیزی را از آب حذف کنید. بسیاری از کاربردهای صنعتی مواد میکروسکوپی را به اندازه کافی کوچک می سازند که بتوانند از طریق ابزارهای فیلتراسیون مکانیکی عبور کنند. با این حال، با درمان شیمیایی مناسب، می‌توانید یون‌ها و مواد جامد محلول کوچک‌تر و همچنین جامدات معلق را از آب خود حذف کنید. سه نوع اصلی پیش تصفیه شیمیایی برای فاضلاب عبارتند از:
- تنظیم کننده های pH
- منعقد کننده ها
- فلوکولانت ها
ابتدا باید یون های فلزی و مواد شیمیایی را که باید با استفاده از pH حذف کنید نامحلول کنید. سپس از یک منعقد کننده برای رساندن جامدات ریز به نقطه ای استفاده می شود که یک لخته پین تشکیل دهند. یک لخته پین را می توان به عنوان یک لخته کوچک و ضعیف توصیف کرد که در معرض ته نشین شدن در یک فرآیند شفاف سازی است. سپس یک لخته ساز اضافه می شود تا در برخی موارد ته نشین شدن یا شناور شدن سریع را تسهیل کند و سپس فرآیند شفاف سازی را تغذیه می کند تا امکان آبگیری رخ دهد.
