کلینیک تصفیه آب ایران

         چگونگی ایجاد  کف در تصفیه فاضلاب
 

[caption id="attachment_4148" align="aligncenter" width="666"] کف در تصفیه فاضلاب[/caption] چگونگی ایجاد  کف در تصفیه فاضلاب
چگونگی ایجاد کف در تصفیه فاضلاب و ایجاد کف در فرآیند لجن فعال یک مشکل عملیاتی رایج در بسیاری از تصفیه خانه های فاضلاب است. کف می تواند در مخزن هوادهی، زلال کننده ثانویه و همچنین در هاضم بی هوازی ایجاد شود.

کف در WWTP که معمولاً  چسبناک و قهوه ای رنگ است، شناور می شود و در بالای مخازن تجمع می یابد، و می تواند بخش زیادی از موجودی جامد و حجم راکتور را به خود اختصاص دهد، بنابراین کیفیت پساب و کنترل زمان ماند لجن (SRT) را کاهش می دهد. این کف همچنین می‌تواند به  گذرگاهها و مناطق اطراف سرریز شود و مشکلات و خطرات شدیدی را برای عملیات و محیط ایجاد کند. در ادامه به چگونگی ایجاد کف در تصفیه فاضلاب می پردازیم.

 
دلایل زیادی منجر به ایجاد کف در تصفیه فاضلاب می شوند:
وجود سورفکتانت‌های به آهستگی تجزیه‌پذیر (مانند مواد شوینده خانگی) از پساب‌های صنعتی یا شهری
تولید بیش از حد مواد پلیمری خارج سلولی (EPS) توسط میکروارگانیسم‌های لجن فعال در شرایط محدود از مواد مغذی
تکثیر موجودات رشته‌ای و گاز در مخزن هوادهی یا تولیدی در منطقه بدون اکسیژن مخازن هوادهی
زلال‌کننده‌های ثانویه و هاضم‌های بی‌هوازی
وجود روغن در پساب ورودی
کف پایدار
کف پایدار در WWTP محصول حاصل از تعامل بین حباب گاز، سورفکتانت و ذرات آبگریز است. ذرات آبگریز در سطح مشترک هوا و آب جمع می شوند و لایه آب بین حباب های هوا را تقویت می کنند. در همین حال، ذرات همچنین به عنوان جمع کننده برای سورفکتانت عمل می کنند که کف را تثبیت می کند. حباب های گاز در WWTP توسط هوادهی، اختلاط مکانیکی و فرآیندهای بیولوژیکی مانند نیترات زدایی و هضم بی هوازی ایجاد می شوند. سورفکتانت‌ها در WWTP از جریان‌های فاضلابی می‌آیند که حاوی سورفکتانت‌های آهسته زیست تخریب‌پذیر هستند.

ذرات آبگریز باکتری های زنجیری با ساختار بلند زنجیر و سطح آبگریز هستند.

[caption id="attachment_4144" align="aligncenter" width="459"] کف پایدار[/caption]محیط فیزیکی و شیمیایی
حباب های گاز
از مکانیسم کف سازی که در بالا ذکر شد، می دانیم که حباب های گاز در تولید کف ضروری هستند. حباب های گاز در بسیاری از مراحل فرآیند لجن فعال نقش دارند. در مخزن هوادهی، هوادهی و اختلاط مکانیکی برای اطمینان از اکسیژن محلول کافی برای تجزیه هوازی آلاینده‌های آلی یا نیتریفیکاسیون استفاده می‌شود. این امر باعث ایجاد حباب های گاز فراوان می شود. به غیر از ورود خارجی توسط هوادهی یا اختلاط، حباب های گاز نیز می توانند از خود فرآیندهای بیولوژیکی تولید کنند. هم نیترات زدایی در زلال ساز ثانویه و هم هضم بی هوازی در هاضم گازهایی مانند N2 یا CH4، CO2 تولید می کنند. این گازها به تولید کف کمک می کنند.

سورفکتانت ها
بیشتر سورفکتانت‌ها در WWTP از شوینده‌ها، روغن و گریس‌هایی که در خانه‌ها یا صنعت استفاده می‌شوند، سرچشمه می‌گیرند. همچنین اعتقاد بر این است که EPS تولیدی توسط باکتری ها بخشی از سورفکتانت ها را تشکیل می دهد. سورفکتانت می تواند کف را تثبیت کند و اجازه دهد کف جمع شود. هو و جنکینز اثر مساعد یک سورفکتانت غیریونی به آهستگی زیست تخریب پذیر را در کف کردن نشان دادند .

pH و دما
در تشکیل کف پایدار باکتری های زنجیری هستند. نرخ رشد باکتری های زنجیری برای دامنه pH از 6.7 تا 8.0 به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار نگرفت، فقط در pH 8.4 اندکی کاهش یافت. دمای بهینه Microthrix parvicella، یک باکتری رشته‌ای مرتبط با تولید کف، در حدود 25 درجه سانتی‌گراد، مقداری رشد در دمای 8 درجه سانتی‌گراد و رشد ضعیف یا بدون رشد در دمای بالای 35 درجه سانتی‌گراد است.

اکسیژن محلول (DO)
باکتری زنجیری M. parvicella غلظت اکسیژن کم را ترجیح می دهد و در WWTP با DO کم مکانی یا زمانی تکثیر پیدا کرد. در مطالعه اکاما، ام. parvicella با افزایش DO به 2-3 میلی گرم در لیتر  حذف شد. به عنوان یک کنترل موثر برای حجم دادن به لجن و ایجاد کف، انتخابگرهای هوازی با DO بالا (> 2 میلی گرم در لیتر) اغلب قبل از مخزن هوادهی قرار می گیرند تا از رشد باکتری های زنجیری جلوگیری کنند.

میانگین زمان نگهداری سلولی (MCRT)
باکتری های زنجیری بیشتری در WWTP و مطالعات هنگام افزایش MCRT (1.5 تا 20 روز) هستند، در حالی که MCRT در حدود 1 روز در محدود کردن رشد باکتری های رزنجیری موثر بود. کنترل MCRT گاهی اوقات می تواند با افزایش سرعت جریان آب دشوار باشد زیرا زیست توده را می توان بدون حرکت با آب در کف نگه داشت .

میکروارگانیسم های کلیدی
باکتری های زنجیری به عنوان ذرات آبدوست عمل می کنند که نقش مهمی در تثبیت کف در WWTP دارند. دو گروه اصلی از باکتری های زنجیری وجود دارد: رایج ترین گروه : Candidatus Microthix parvicella و اعضای Mycolata.

[caption id="attachment_4145" align="aligncenter" width="509"] میکروارگانیسم های کلیدی[/caption] 

parvicella عبارتند از باکتری های زنجیری بدون انشعاب گرم مثبت. آنها هوازی، غیر تخمیری هستند و می توانند نیترات را کاهش دهند. اگرچه M. parvicella می تواند در محدوده وسیعی از غلظت اکسیژن رشد کند، آنها شرایط میکروآئروفیلیک را برای رشد خوب ترجیح می دهند. رشته هایی که آنها در DO کم (~ 0.4 میلی گرم در لیتر) تولید می کنند طولانی و منظم هستند بدون سلول های خالی یا تغییر شکل یافته که در شرایط DO بالا مشاهده می شوند [3،5].
 

مایکولاتا
 با الگوی انشعاب راست زاویه
 با الگوی انشعاب زاویه دار حاد
مایکولاتا را همچنین به عنوان "نوکاردیا" می شناسند، آنها گروهی از باکتری های زنجیری هستند که حاوی اسیدهای مایکولیک در دیواره سلولی خود هستند. آنها تحت راسته Actinomycetales در شاخه Actinobacteria هستند، جدایه ها به عنوان اعضای خانواده Corynebacteriaceae، Dieziaceae، Gordoniaceae، Mycobacteriaceae، Nocardiaceae، Tsukamurellaceae و Williamsiaceae شناسایی شدند. آنها دو مورفوتیپ اصلی دارند: یکی با الگوی انشعاب راست زاویه و دیگری الگوی انشعاب حاد. مشخص شد که Mycolata طیف وسیعی از ترکیبات آلی را جذب می کند و می تواند از نیترات یا نیتریت به عنوان گیرنده الکترون استفاده کند. بسیاری از مایکولاتا می توانند پلی هیدروکسی آلکانوات را در سلول ذخیره کنند و آبگریزی سطح سلولی بالایی داشته باشند.

گوردونیا آماره
گوردونیا آماره متعلق به مایکولاتای منشعب راست‌زاویه است که یکی از رایج‌ترین باکتری‌های رشته‌ای است که در فرآیند کف‌سازی یافت می‌شود. Gordonia amarae می تواند از تعداد زیادی سوبستراهای آلی، هم آب دوست و هم آبگریز استفاده کند و در شرایط هوازی، بی هوازی و بی هوازی قادر به جذب برخی از بسترها است. سلول گوردونیا آماره دارای سطح بسیار آبگریز است و می تواند بیوسورفکتانت ها را از طیف وسیعی از سوبستراها تولید کند. اعتقاد بر این بود که تولید بیوسورفکتانت‌ها برای گوردونیا آماره برای حل کردن بسترهای نامحلول مفید است که به زنده ماندن گوردونیا آماره در کف کمک می‌کند. به طور کلی  آبگریزی بالای سطح سلول و توانایی تولید بیوسورفکتانت ها دو دلیل اصلی برای ایجاد کف گوردونیا آماره است.

فرآیندهای میکروبی کف در تصفیه فاضلاب
[caption id="attachment_4146" align="aligncenter" width="492"] فرآیندهای میکروبی کف در تصفیه فاضلاب[/caption]ذخیره سازی بستر
گزارش شده است که M. parvicella و Mycolata می توانند از ترکیبات آلی مختلف به عنوان منبع کربن و انرژی استفاد کنند. این ترکیبات حاوی اسیدهای آلی، بسترهای پیچید و اسیدهای چرب در شرایط هوازی، بدون اکسیژن و بی هوازی هستند. سپس بسترها را می توان به صورت درون سلولی در باکتری زنجیری ذخیر کرد.

ذخیره سازی درون سلولی پلی β-هیدروکسی آلکانوآت ها (PHA) در شرایط بی هوازی یا بی هوازی در M. parvicella رشدی به صورت هوازی هستند .

گرانول های ذخیره چربی نیز در برخی از M. parvicella از لجن فعال در حذف مواد مغذی WWTP مشاهده شد . Mycolata همچنین می‌تواند انکلوزیون‌های PHA داخل سلولی را برای ذخیره‌سازی سوبسترا تشکیل دهد.

قابلیت ذخیره‌سازی باکتری‌های رشته‌ای به آن‌ها اجازه می‌دهد در شرایط سخت در حین کار زنده بمانند (مانند لایه‌های محدود در کف، محیط بی‌هوازی-هوازی متناوب)، و خارج از رقابت با تشکیل لخته و سایر باکتری‌ها در لجن فعال، که اکثر آنها نمی‌توانند جذب شوند و بسترهای ذخیره سازی به صورت بی هوازی داشته باشند.

آبگریزی سطح سلولی و فعالیت های اگزونزیمی
آبگریزی سطح سلولی بالاتری در سلول های M. parvicella و Mycolata نسبت به سایر باکتری ها در لجن فعال یافت شد. سطح سلولی آبگریز تر، باکتری های رشته ای را قادر می سازد که جذب بهتری به سوبستراهای آبگریز مانند لیپیدها، اسیدهای چرب با زنجیره بلند (LCFA) داشته باشند. علاوه بر این، باکتری‌های رشته‌ای، اگزونزیم‌های زیادی مانند لیپاز تولید می‌کنند که تخریب و استفاده از بسترها را افزایش می‌دهند .

استراتژی کنترل کف کف در تصفیه فاضلاب
[caption id="attachment_4147" align="aligncenter" width="420"] استراتژی کنترل کف کف در تصفیه فاضلاب[/caption]با توجه به علت کف کردن، ارگانیسم های درگیر و شرایط عملیاتی باید اقدامات خاصی انجام شود.
استراتژی های رایج برای کنترل کف در تصفیه فاضلاب عبارتند از:
کاهش SRT (زمان نگهداری لجن، شبیه به میانگین زمان ماند سلولی، که اغلب در عملیات تصفیه فاضلاب استفاده می شود) برای شستشوی باکتری های رشته ای.
حذف مواد و بسترهای آبگریز که می توانند کف را افزایش دهند یا به رشد باکتری های رشته ای کمک کنند.
معرفی سلکتورها قبل از تانک های هوادهی برای سرکوب رشد باکتری های رشته ای.
افزودن عوامل اکسید کننده مانند کلر برای از بین بردن باکتری های رشته ای (کلر سایر باکتری ها را نیز می کشد) .
 شناسایی باکتری های رشته ای کف در تصفیه فاضلاب
شناسایی سنتی باکتری های رشته ای به مورفولوژی آنها در زیر میکروسکوپ متکی است. با این حال، بسیاری از باکتری های رشته ای ممکن است مورفولوژی قابل تشخیص نداشته باشند، بنابراین، شناسایی بر اساس ژن های 16S یا 23S rRNA ترجیح داده می شود. گروه نیلسن از دانمارک پروتکل نفوذپذیری موثرتری را برای هیبریداسیون درجا فلورسانس (FISH) ایجاد کرد که می‌تواند هیبریداسیون را افزایش داده و سیگنال قوی‌تری تولید کند. آنها مطالعات مختلف اکوفیزیولوژی را بر روی باکتری های رشته ای مختلف از کف و نمونه لجن فعال با استفاده از MAR-FISH  انجام دادند. سایر تکنیک‌های مبتنی بر 16S مانند PCR-DGGE نیز در تشخیص باکتری‌های رشته‌ای به کار گرفته شد.

توسعه مواد شیمیایی موثر کف سازی-کنترل
مواد شیمیایی اکسیدی معمولی مانند کلر که برای از بین بردن باکتری های رشته ای هستند، روی رشد باکتری های دیگر در لجن فعال نیز موثر هستند.

برای کنترل باکتری های رشته ای مورد نظر مواد شیمیایی بیشتری وجود دارد.

پلی آلومینیوم کلرید (PAX-14) در کنترل کف توسط M. parvicella موثر بود. افزودن PAX-14 بر عملکرد نیتریفیکاسیون و حذف COD تأثیری نداشت. با این حال، مکانیسم PAX-14 در کنترل M. parvicella هنوز مشخص نیست.

مکانیسم کف در تصفیه فاضلاب
پتروفسکی  نقش سورفکتانت در کف کردن را بر اساس داده‌های 65 Mycolata کف کننده از نزدیک بررسی کرد. آنها دریافتند که تئوری شناورسازی را می توان در توضیح نقش سورفکتانت در کف کردن لجن فعال به کار برد. Mycolata بدون سورفکتانت می‌تواند کف تولید کند، در حالی که حضور سورفکتانت بدون ذرات آبگریز باعث ایجاد کف ناپایدار می‌شود. آنها همچنین دریافتند که Bacillus subtilis، که معمولاً از کف قابل کشت است، می‌تواند با تولید سورفکتانت سطحی، نقش مهمی در تشکیل کف داشته باشد.

[caption id="attachment_4137" align="aligncenter" width="623"] مکانیسم کف در تصفیه فاضلاب[/caption]تماس با ما:

تماس باما