برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)
مقدمه
برکه های تثبیت فاضلاب گودال های خاکی هستنند که فاضلاب خانگی و دیگر فاضلاب ها برای مدت طولانی در آن ها نگهداری شده و با عمل ته نشینی و به کمک نور، حرارت، رشد جلبک ها و میکروارگانیسم ها مواد آلی موجود در فاضلاب تجزیه و تثبیت می گردند.
فرایند های طبیعی در تصفیه فاضلاب در برکه نقش اساسی داشته و برکه ها جزء روش های ارزان قیمت تصفیه فاضلاب هستند. مهمترین معایب برکه ها تولید بو، پرورش حشرات ، بالا بودن غلظت جامدات معلق در پساب، نیاز به زمین زیاد و اتلاف آب به علت تبخیر و نشت آلودگی آبهای زیر زمینی می باشد.
متداولترین نوع برکه ها برکه های اختیاری تثبیت فاضلاب هستند. که در آنها همزیستی میان جلبک ها و باکتری ها در جریان است. برکه های اختیاری دو نوع می باشند یکی برکه های اختیاری اولیه که فاضلاب خام را دریافت می کند و دیگری برکه های اختیاری ثانویه که فاضلاب ته نشین شده یا پساب برکه بی هوازی را دریافت میکنند و برکه تثبیت اختیاری مورد بررسی ما از نوع دوم است.
رنگ فاضلاب در برکه های اختیاری به رنگ سبز دیده می شود. غلظت جلبک ها در پساب برکه های اختیاری با توجه به میزان بار گذاری و درجه حرارت معمولا در محدوده 2000- .500 میکروگرم کلروفیل a در هر لیتر قرار دارد .گاهی رنگ برکه به صورت قرمز یا صورتی در می آید به ویژه زمانی که بار آلی ورودی به آنها بالاست و به سبب وجود باکتری های اکسید کننده سولفید می باشد.
کلیات
سیستم برکه های تثبیت فاضلاب
گزارش بانک جهانی (Shuval .et. al 1986) مفهوم برکه های تثبیت فاضلاب را که سیستم بسیار مناسبی برای استفاده خروجی آن در کشاورزی است تصدیق کرد. جدول (1) مزایا و معایب برکه ها را در مقایسه با سایر فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب با سرعت زیاد و سرعت کم، فراهم کرده است. نکته اینکه لاگون های هوادهی شده و سیستم WSP به عنوان سیستم های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب با سرعت کم بررسی شده اند برکه های تثبیت، فرآیندهای تصفیه فاضلاب ترجیح داده شده اند در کشورهای در حال توسعه که زمین غالباً با هزینه و موقعیت معقول در دسترس است و نیروی کار متخصص اندکی وجود دارد.
برکه بی هوازی
در سیستم های WSP چرخه نیتروژن در حال انجام است. احتمالاً به استثناء نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون، در برکه بی هوازی نیتروژن آلی به آمونیاک هیدرولیز می شود. به همین خاطر غلظت آمونیاک در خروجی برکه بی هوازی عمدتاً بالاتر از غلظت آن در فاضلاب خام است (بدون زمان انتقال در فاضلابرو که آنقدر طولانی است که همه‌ی اوره تبدیل می شود قبل از اینکه به WSP برسد) تبخیر آمونیاک به نظر می رسد که فقط مشابه به مکانیسم حذف نیتروژن باشد که تا حدی در برکه بی هوازی اتفاق می افتد.
برکه اختیاری
در برکه های اختیاری و بلوغ، آمونیاک به وسیله جرم بیولوژیکی جلبک های جدید تشکیل می شود. در نهایت آلگ ها نابود شده و در ته برکه ته نشین می شوند، در حدود 20 درصد جرم سلول های جلبک ها غیر قابل تجزیه بیولوژیکی است و نیتروژن با این ذرات باقیمانده که در ته برکه ساکن می شوند، ارتباط دارد این با ذرات قابل تجزیه بیولوژیکی که در نهایت به داخل مایع برکه منتشر می شوند، ارتباط دارد و چرخه بازگشت مجدد به سلول های جلبک برای شروع دوباره‌ی فرآیند است.در PH بالا، مقداری از آمونیاک برکه را به صورت تبخیر ترک می کند. Mara and pearson 1986 تصدیق کردند که در تحت شرایط معینی برخی از جلبک های بخصوص می توانند تطابق یابند و غلظت های بالای mg/l 50 را تحمل کنند.
جلبک شناسی
اصطلاح Phycology در واقع علم شناخت جلبکها است. جلبکها شامل گروه بزرگی از گیاهان هستند که از لحاظ شکل و اندازه ، گوناگونی وسیعی را نشان می‌دهند. در آبهای شیرین و شور ، روی خاک ، صخره ، برف و روی ساقه درختان دیده می‌شوند. اندام رویشی آنها در فرم تال یا ریسه است. برای اولین بار دانشمندی به نام لینه در سال 1754 ، این گیاهان را Algea نامید. در سال 1836 دانشمندی به نام اندیچر ، جلبکها ، قارچها و گلسنگها را در یک گروه گیاهی به نام تالوفیتها قرار داد. در سال 1886 دانشمندی به نام ایشلر تمام عالم گیاهی را در 4 شاخه بریوفیتها ، تالوفیتها ، پتریدوفیت ها و اسپرماتوفیتها قرارداد.
طبقه بندی جلبکها
سطوح طبقه بندی جلبکها (Algae Classification)
چون شناسایی تمام جلبکها مشکل است، از این رو آنها را بر طبق صفات و مشخصات موروثی و خواص مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی به صورت زیر دسته بندی میکنند:
- شاخه (Division) با علامت Phyta.
- زیر شاخه (Sub Division) با علامت Phytina.
- رده (Class) با علامت Phyceae.
- زیررده (Sub Class) با علامت Psychidae.
- راسته (Order) با علامت ales.
- زیر راسته (Sub Order) با علامت ingles.
- تیره (Family) با علامت aceae.
- گونه (Species).
بحث و نتیجه گیری
هدف عمده در مورد فاضلاب خانگی کاهش محتوای مواد آلی و در اکثر موارد مواد مغذی چون نیتروژن و فسفر است. حذف BOD کربن دار، لخته سازی مواد جامد کلوئیدی غیر قابل ته نشینی و تثبیت مواد آلی به روش بیولوژیکی غالباً توسط باکتری ها و جلبک ها، انجام می شود. نکته‌ی مهمی که باید به آن توجه نمود این است که تا زمانی که بافت سلولی تولید شده از مواد آلی از محلول جدا نشوند تصفیه کامل نیست زیرا بافت سلولی، که خود آلی است، در پساب خروجی به منزله‌ی BOD اندازه گیری می شود.
سلول های جلبکی برای ادامه تولید مثل و کارکرد صحیح باید عوامل زیر را در اختیار داشته باشند:
- نور خورشید که به عنوان تامین کننده منبع انرژی می باشد.
- کربن برای سنتز مواد سلولی جدید.
- عناصر معدنی (مواد مغذی) مثل نیتروژن، فسفر
در این متابولیسم مواد مغذی می تواند در فتوسنتز سلولی و رشد میکروبی محدود کننده باشد. شرایط محیطی دما و PH اثر مهمی بر بقا و رشد باکتری ها دارند. بطور کلی رشد بهینه در گستره‌ی محدودی از دما و PH رخ می دهند، اکثر باکتری ها نمی توانند PH بالاتر از 5/9 یا کمتر از 4 را تحمل کنند.
با توجه به فرمول جلبک ها نسبت بین C: N:P، 40:7:1 می باشد بنابراین با توجه به این نسبت در فاضلاب خانگی که 1 :7/14:3 است، محدودیتی از لحاظ نیتروژن و فسفر نمی تواند برای رشد جلبک ها مطرح باشد. اما میزان کربن می تواند محدود کننده باشد. [11]
از جمله عوامل خارجی که می تواند اثر نامطلوبی بر رشد و تکثیر میکروارگانیسم ها داشته باشد، مواد سمی هستند غلظت نمک ها و اکسید کننده ها بر روی رشد جرم بیولوژیکی اثر می گذارند، مواد سمی میکروارگانیسم ها را مسموم می کنند و غلظت هایی از نمک بر روابط فشار درونی و بیرونی سلول اثر
می گذارند و سرانجام اکسید کننده ها آنزیم و مواد سلولی را نابود می کنند. میکروارگانیسم ها قادرند تا حد زیادی با تغییرات عوامل محیطی سازگاری یابند به شرط آنکه این قبیل تغییرات تدریجاً انجام شوند. تغییرات ناگهانی نظیر کاهش سریع PH و یا افزایش نمک می تواند صدمات جبران ناپذیری به محیط رشد میکروارگانیسم ها وارد آورند. [8]
با توجه به اینکه فاضلاب های صنعتی حاوی مقادیر زیاد مواد سمی هستند، ورود غیر مجاز آنها به برکه ها، شوک های ناگهانی به محیط وارد می کند، بنابراین باید با کنترل همیشگی از ورود اینگونه فاضلاب ها بدون پیش تصفیه کامل ممانعت نمود، در غیر این صورت حصول تصفیه به حد کافی مورد تردید است.
عامل مهم دیگری که بر رشد جلبک ها در برکه تثبیت اثر می گذارد، میزان نور خورشید است. جلبک ها برای تولید اکسیژن مورد نیاز باکتری ها به نور کافی نیاز دارند بنابراین میزان DO با کاهش تشعشع کاسته می شود. این موضوع برای رشد جلبک ها نیز محدود کننده است. قابل توجه است که رشد جلبک ها گرچه در روز باعث افزایش Do می شود اما در صورت زیاد بودن تعداد آنها در شب که فتوسنتز صورت نمی گیرد به همان میزان DO را کاهش داده و ممکن است منجر به تولید H2S شود. شاید تلاطم و یا هوادهی مصنوعی در شب بتواند چاره ساز این مشکل باشد.
دما اثری قابل ملاحظه در رشد جلبک ها دارد، چنانکه به نظر می رسد نبود جلبک ها در زمستان اکثراً به دلیل سردی زیاد سطح برکه ها باشد تا کاهش نور خورشید. می دانیم که متابولیسم میکروارگانیسم ها با افزایش هر 10 درجه سانتیگراد دو برابر افزایش می یابد. بنابراین این عامل به همراه افزایش تشعشع عامل تشدید کننده در رشد جلبک ها می باشد.
دمای بهینه برای رشد میکروارگانیسم ها 35ـ25 درجه سانتیگراد می باشد. افزایش دما همچنین باعث کاهش میزان اکسیژن محلول در آب می شود و در نتیجه میزان DO با افزایش دما کاهش می یابد.
رشد بیش از حد جلبک ها در برکه ممکن است PH را تا نزدیکی 10 افزایش دهد و می دانیم که PH بیشتر از 9 برای رشد باکتری ها نامناسب است. بنابراین PH خود می تواند یک عامل محدود کننده همزیستی میان جلبک ها و باکتری ها شود.
Waste Stabilization Ponds Systems
A World Bank Report (Shuval et al. 1986) endorsed the concept of stabilization pond as the most suitable wastewater treatment system for effluent use in agriculture. Table 1 provides a comparison of the advantages and disadvantages of ponds with those of high-rate and low-rate biological wastewater treatment processes (note that Aerated Lagoon and WSP system are considered low-rate biological wastewater treatment processes). Stabilization ponds are the preferred wastewater treatment process in developing countries, where land is often available at reasonable opportunity cost and skilled labor is in short supply.
Wastewater stabilization pond systems are designed to achieve different forms of treatment in up to three stages in series, depending on the organic strength of the input waste and the effluent quality objectives. For ease of maintenance and flexibility of operation, at least two trains of ponds in parallel are incorporated in any design. Strong wastewaters, with BOD5 concentration in excess of about 300 mg/l, will frequently be introduced into first-stage anaerobic ponds, which achieve a high volumetric rate of removal. Weaker wastes or, where anaerobic ponds are environmentally unacceptable, even stronger wastes (say up to 1000 mg/l BOD5) may be discharged directly into primary facultative ponds. Effluent from first-stage anaerobic ponds will overflow into secondary facultative ponds, which comprise the second-stage of biological treatment. Following primary or secondary facultative ponds, if further pathogen reduction is necessary, maturation ponds will be introduced to provide tertiary treatment. Typical pond system configurations are given in Fig. 1, though other combinations may be used.
فهرست منابع
- برکه های تثبیت فاضلاب – تالیف: دکتر محمد باقر میران زاده – چاپ اول 1383 – انتشارات مرسل
- بخش ترجمه از کتاب Design and Performance of Waste Stabilization Ponds, Hamzeh Ramadan and Victor M. Ponce, 2006, http://stabilizationponds.sdsu .edu/
- برکه های تثبیت فاضلاب،مولف سازمان بهداشت جهانی،ترجمه: دکتر کاظم ندافی . مهندس رامین بنی زاده.انتشارات نص 1375
- میکروبیولوژی کاربردی آب و فاضلاب،مولف: دکتر گاگیک بد لیسانس قلی کندی ،انتشارات نوپردازان 1381
- مبانی جلبک شناسی،مولف: دکتر هرمزدیار کیان مهر، انتشارات:جهاد دانشگاهی مشهد 1371.
- تصفیه فاضلاب،تالیف: پروفسور آرسی ولا، ترجمه: مهندس یزدان بخش و مهندس ندافی،انتشارات فردابه 1372
- مهندسی محیط زیست، ترجمه:دکتر کی نژاد، انتشارات دانشگاه صنعتی سهند، 1381
- تصفیه آب، مولف AWWA،ترجمه ادریس بذرافشان، ناشر دانشگاه تهران 1381.
- مقدمات میکروبیولوژی آب و فاضلاب،تالیف: مهندس میترا غلامی و مهندس حامد محمدی انتشارات حیان 1378
- مهندسی فاضلاب، شرکت مهندسی مهتکلاف وادی، ترجمه دکتر ابریشم چی، افشار و جمشید.مرکز نشر دانشگاهی 1381.
- روش های آزمایشات آب و فاضلاب، دکتر ترکیان، ناشر دانشگاه اصفهان 1372.
- مقاله درمورد برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)
- پروژه دانشجویی برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)
- پایان نامه در مورد برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)
- تحقیق درباره برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)
- مقاله دانشجویی برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)
- برکه های تثبیت فاضلاب (WSP) در قالب پايان‌نامه
- پروپوزال در مورد برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)
- گزارش سمینار در مورد برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)
- گزارش کارورزی درباره برکه های تثبیت فاضلاب (WSP)