کلینیک تصفیه آب ایران

         چگونگي ايجاد  كف در تصفيه فاضلاب
 

[caption id="attachment_4148" align="aligncenter" width="666"] كف در تصفيه فاضلاب[/caption] چگونگي ايجاد  كف در تصفيه فاضلاب
چگونگي ايجاد كف در تصفيه فاضلاب و ايجاد كف در فرآيند لجن فعال يك مشكل عملياتي رايج در بسياري از تصفيه خانه هاي فاضلاب است. كف مي تواند در مخزن هوادهي، زلال كننده ثانويه و همچنين در هاضم بي هوازي ايجاد شود.

كف در WWTP كه معمولاً  چسبناك و قهوه اي رنگ است، شناور مي شود و در بالاي مخازن تجمع مي يابد، و مي تواند بخش زيادي از موجودي جامد و حجم راكتور را به خود اختصاص دهد، بنابراين كيفيت پساب و كنترل زمان ماند لجن (SRT) را كاهش مي دهد. اين كف همچنين مي‌تواند به  گذرگاهها و مناطق اطراف سرريز شود و مشكلات و خطرات شديدي را براي عمليات و محيط ايجاد كند. در ادامه به چگونگي ايجاد كف در تصفيه فاضلاب مي پردازيم.

 
دلايل زيادي منجر به ايجاد كف در تصفيه فاضلاب مي شوند:
وجود سورفكتانت‌هاي به آهستگي تجزيه‌پذير (مانند مواد شوينده خانگي) از پساب‌هاي صنعتي يا شهري
توليد بيش از حد مواد پليمري خارج سلولي (EPS) توسط ميكروارگانيسم‌هاي لجن فعال در شرايط محدود از مواد مغذي
تكثير موجودات رشته‌اي و گاز در مخزن هوادهي يا توليدي در منطقه بدون اكسيژن مخازن هوادهي
زلال‌كننده‌هاي ثانويه و هاضم‌هاي بي‌هوازي
وجود روغن در پساب ورودي
كف پايدار
كف پايدار در WWTP محصول حاصل از تعامل بين حباب گاز، سورفكتانت و ذرات آبگريز است. ذرات آبگريز در سطح مشترك هوا و آب جمع مي شوند و لايه آب بين حباب هاي هوا را تقويت مي كنند. در همين حال، ذرات همچنين به عنوان جمع كننده براي سورفكتانت عمل مي كنند كه كف را تثبيت مي كند. حباب هاي گاز در WWTP توسط هوادهي، اختلاط مكانيكي و فرآيندهاي بيولوژيكي مانند نيترات زدايي و هضم بي هوازي ايجاد مي شوند. سورفكتانت‌ها در WWTP از جريان‌هاي فاضلابي مي‌آيند كه حاوي سورفكتانت‌هاي آهسته زيست تخريب‌پذير هستند.

ذرات آبگريز باكتري هاي زنجيري با ساختار بلند زنجير و سطح آبگريز هستند.

[caption id="attachment_4144" align="aligncenter" width="459"] كف پايدار[/caption]محيط فيزيكي و شيميايي
حباب هاي گاز
از مكانيسم كف سازي كه در بالا ذكر شد، مي دانيم كه حباب هاي گاز در توليد كف ضروري هستند. حباب هاي گاز در بسياري از مراحل فرآيند لجن فعال نقش دارند. در مخزن هوادهي، هوادهي و اختلاط مكانيكي براي اطمينان از اكسيژن محلول كافي براي تجزيه هوازي آلاينده‌هاي آلي يا نيتريفيكاسيون استفاده مي‌شود. اين امر باعث ايجاد حباب هاي گاز فراوان مي شود. به غير از ورود خارجي توسط هوادهي يا اختلاط، حباب هاي گاز نيز مي توانند از خود فرآيندهاي بيولوژيكي توليد كنند. هم نيترات زدايي در زلال ساز ثانويه و هم هضم بي هوازي در هاضم گازهايي مانند N2 يا CH4، CO2 توليد مي كنند. اين گازها به توليد كف كمك مي كنند.

سورفكتانت ها
بيشتر سورفكتانت‌ها در WWTP از شوينده‌ها، روغن و گريس‌هايي كه در خانه‌ها يا صنعت استفاده مي‌شوند، سرچشمه مي‌گيرند. همچنين اعتقاد بر اين است كه EPS توليدي توسط باكتري ها بخشي از سورفكتانت ها را تشكيل مي دهد. سورفكتانت مي تواند كف را تثبيت كند و اجازه دهد كف جمع شود. هو و جنكينز اثر مساعد يك سورفكتانت غيريوني به آهستگي زيست تخريب پذير را در كف كردن نشان دادند .

pH و دما
در تشكيل كف پايدار باكتري هاي زنجيري هستند. نرخ رشد باكتري هاي زنجيري براي دامنه pH از 6.7 تا 8.0 به طور قابل توجهي تحت تاثير قرار نگرفت، فقط در pH 8.4 اندكي كاهش يافت. دماي بهينه Microthrix parvicella، يك باكتري رشته‌اي مرتبط با توليد كف، در حدود 25 درجه سانتي‌گراد، مقداري رشد در دماي 8 درجه سانتي‌گراد و رشد ضعيف يا بدون رشد در دماي بالاي 35 درجه سانتي‌گراد است.

اكسيژن محلول (DO)
باكتري زنجيري M. parvicella غلظت اكسيژن كم را ترجيح مي دهد و در WWTP با DO كم مكاني يا زماني تكثير پيدا كرد. در مطالعه اكاما، ام. parvicella با افزايش DO به 2-3 ميلي گرم در ليتر  حذف شد. به عنوان يك كنترل موثر براي حجم دادن به لجن و ايجاد كف، انتخابگرهاي هوازي با DO بالا (> 2 ميلي گرم در ليتر) اغلب قبل از مخزن هوادهي قرار مي گيرند تا از رشد باكتري هاي زنجيري جلوگيري كنند.

ميانگين زمان نگهداري سلولي (MCRT)
باكتري هاي زنجيري بيشتري در WWTP و مطالعات هنگام افزايش MCRT (1.5 تا 20 روز) هستند، در حالي كه MCRT در حدود 1 روز در محدود كردن رشد باكتري هاي رزنجيري موثر بود. كنترل MCRT گاهي اوقات مي تواند با افزايش سرعت جريان آب دشوار باشد زيرا زيست توده را مي توان بدون حركت با آب در كف نگه داشت .

ميكروارگانيسم هاي كليدي
باكتري هاي زنجيري به عنوان ذرات آبدوست عمل مي كنند كه نقش مهمي در تثبيت كف در WWTP دارند. دو گروه اصلي از باكتري هاي زنجيري وجود دارد: رايج ترين گروه : Candidatus Microthix parvicella و اعضاي Mycolata.

[caption id="attachment_4145" align="aligncenter" width="509"] ميكروارگانيسم هاي كليدي[/caption] 

parvicella عبارتند از باكتري هاي زنجيري بدون انشعاب گرم مثبت. آنها هوازي، غير تخميري هستند و مي توانند نيترات را كاهش دهند. اگرچه M. parvicella مي تواند در محدوده وسيعي از غلظت اكسيژن رشد كند، آنها شرايط ميكروآئروفيليك را براي رشد خوب ترجيح مي دهند. رشته هايي كه آنها در DO كم (~ 0.4 ميلي گرم در ليتر) توليد مي كنند طولاني و منظم هستند بدون سلول هاي خالي يا تغيير شكل يافته كه در شرايط DO بالا مشاهده مي شوند [3،5].
 

مايكولاتا
 با الگوي انشعاب راست زاويه
 با الگوي انشعاب زاويه دار حاد
مايكولاتا را همچنين به عنوان "نوكارديا" مي شناسند، آنها گروهي از باكتري هاي زنجيري هستند كه حاوي اسيدهاي مايكوليك در ديواره سلولي خود هستند. آنها تحت راسته Actinomycetales در شاخه Actinobacteria هستند، جدايه ها به عنوان اعضاي خانواده Corynebacteriaceae، Dieziaceae، Gordoniaceae، Mycobacteriaceae، Nocardiaceae، Tsukamurellaceae و Williamsiaceae شناسايي شدند. آنها دو مورفوتيپ اصلي دارند: يكي با الگوي انشعاب راست زاويه و ديگري الگوي انشعاب حاد. مشخص شد كه Mycolata طيف وسيعي از تركيبات آلي را جذب مي كند و مي تواند از نيترات يا نيتريت به عنوان گيرنده الكترون استفاده كند. بسياري از مايكولاتا مي توانند پلي هيدروكسي آلكانوات را در سلول ذخيره كنند و آبگريزي سطح سلولي بالايي داشته باشند.

گوردونيا آماره
گوردونيا آماره متعلق به مايكولاتاي منشعب راست‌زاويه است كه يكي از رايج‌ترين باكتري‌هاي رشته‌اي است كه در فرآيند كف‌سازي يافت مي‌شود. Gordonia amarae مي تواند از تعداد زيادي سوبستراهاي آلي، هم آب دوست و هم آبگريز استفاده كند و در شرايط هوازي، بي هوازي و بي هوازي قادر به جذب برخي از بسترها است. سلول گوردونيا آماره داراي سطح بسيار آبگريز است و مي تواند بيوسورفكتانت ها را از طيف وسيعي از سوبستراها توليد كند. اعتقاد بر اين بود كه توليد بيوسورفكتانت‌ها براي گوردونيا آماره براي حل كردن بسترهاي نامحلول مفيد است كه به زنده ماندن گوردونيا آماره در كف كمك مي‌كند. به طور كلي  آبگريزي بالاي سطح سلول و توانايي توليد بيوسورفكتانت ها دو دليل اصلي براي ايجاد كف گوردونيا آماره است.

فرآيندهاي ميكروبي كف در تصفيه فاضلاب
[caption id="attachment_4146" align="aligncenter" width="492"] فرآيندهاي ميكروبي كف در تصفيه فاضلاب[/caption]ذخيره سازي بستر
گزارش شده است كه M. parvicella و Mycolata مي توانند از تركيبات آلي مختلف به عنوان منبع كربن و انرژي استفاد كنند. اين تركيبات حاوي اسيدهاي آلي، بسترهاي پيچيد و اسيدهاي چرب در شرايط هوازي، بدون اكسيژن و بي هوازي هستند. سپس بسترها را مي توان به صورت درون سلولي در باكتري زنجيري ذخير كرد.

ذخيره سازي درون سلولي پلي β-هيدروكسي آلكانوآت ها (PHA) در شرايط بي هوازي يا بي هوازي در M. parvicella رشدي به صورت هوازي هستند .

گرانول هاي ذخيره چربي نيز در برخي از M. parvicella از لجن فعال در حذف مواد مغذي WWTP مشاهده شد . Mycolata همچنين مي‌تواند انكلوزيون‌هاي PHA داخل سلولي را براي ذخيره‌سازي سوبسترا تشكيل دهد.

قابليت ذخيره‌سازي باكتري‌هاي رشته‌اي به آن‌ها اجازه مي‌دهد در شرايط سخت در حين كار زنده بمانند (مانند لايه‌هاي محدود در كف، محيط بي‌هوازي-هوازي متناوب)، و خارج از رقابت با تشكيل لخته و ساير باكتري‌ها در لجن فعال، كه اكثر آنها نمي‌توانند جذب شوند و بسترهاي ذخيره سازي به صورت بي هوازي داشته باشند.

آبگريزي سطح سلولي و فعاليت هاي اگزونزيمي
آبگريزي سطح سلولي بالاتري در سلول هاي M. parvicella و Mycolata نسبت به ساير باكتري ها در لجن فعال يافت شد. سطح سلولي آبگريز تر، باكتري هاي رشته اي را قادر مي سازد كه جذب بهتري به سوبستراهاي آبگريز مانند ليپيدها، اسيدهاي چرب با زنجيره بلند (LCFA) داشته باشند. علاوه بر اين، باكتري‌هاي رشته‌اي، اگزونزيم‌هاي زيادي مانند ليپاز توليد مي‌كنند كه تخريب و استفاده از بسترها را افزايش مي‌دهند .

استراتژي كنترل كف كف در تصفيه فاضلاب
[caption id="attachment_4147" align="aligncenter" width="420"] استراتژي كنترل كف كف در تصفيه فاضلاب[/caption]با توجه به علت كف كردن، ارگانيسم هاي درگير و شرايط عملياتي بايد اقدامات خاصي انجام شود.
استراتژي هاي رايج براي كنترل كف در تصفيه فاضلاب عبارتند از:
كاهش SRT (زمان نگهداري لجن، شبيه به ميانگين زمان ماند سلولي، كه اغلب در عمليات تصفيه فاضلاب استفاده مي شود) براي شستشوي باكتري هاي رشته اي.
حذف مواد و بسترهاي آبگريز كه مي توانند كف را افزايش دهند يا به رشد باكتري هاي رشته اي كمك كنند.
معرفي سلكتورها قبل از تانك هاي هوادهي براي سركوب رشد باكتري هاي رشته اي.
افزودن عوامل اكسيد كننده مانند كلر براي از بين بردن باكتري هاي رشته اي (كلر ساير باكتري ها را نيز مي كشد) .
 شناسايي باكتري هاي رشته اي كف در تصفيه فاضلاب
شناسايي سنتي باكتري هاي رشته اي به مورفولوژي آنها در زير ميكروسكوپ متكي است. با اين حال، بسياري از باكتري هاي رشته اي ممكن است مورفولوژي قابل تشخيص نداشته باشند، بنابراين، شناسايي بر اساس ژن هاي 16S يا 23S rRNA ترجيح داده مي شود. گروه نيلسن از دانمارك پروتكل نفوذپذيري موثرتري را براي هيبريداسيون درجا فلورسانس (FISH) ايجاد كرد كه مي‌تواند هيبريداسيون را افزايش داده و سيگنال قوي‌تري توليد كند. آنها مطالعات مختلف اكوفيزيولوژي را بر روي باكتري هاي رشته اي مختلف از كف و نمونه لجن فعال با استفاده از MAR-FISH  انجام دادند. ساير تكنيك‌هاي مبتني بر 16S مانند PCR-DGGE نيز در تشخيص باكتري‌هاي رشته‌اي به كار گرفته شد.

توسعه مواد شيميايي موثر كف سازي-كنترل
مواد شيميايي اكسيدي معمولي مانند كلر كه براي از بين بردن باكتري هاي رشته اي هستند، روي رشد باكتري هاي ديگر در لجن فعال نيز موثر هستند.

براي كنترل باكتري هاي رشته اي مورد نظر مواد شيميايي بيشتري وجود دارد.

پلي آلومينيوم كلريد (PAX-14) در كنترل كف توسط M. parvicella موثر بود. افزودن PAX-14 بر عملكرد نيتريفيكاسيون و حذف COD تأثيري نداشت. با اين حال، مكانيسم PAX-14 در كنترل M. parvicella هنوز مشخص نيست.

مكانيسم كف در تصفيه فاضلاب
پتروفسكي  نقش سورفكتانت در كف كردن را بر اساس داده‌هاي 65 Mycolata كف كننده از نزديك بررسي كرد. آنها دريافتند كه تئوري شناورسازي را مي توان در توضيح نقش سورفكتانت در كف كردن لجن فعال به كار برد. Mycolata بدون سورفكتانت مي‌تواند كف توليد كند، در حالي كه حضور سورفكتانت بدون ذرات آبگريز باعث ايجاد كف ناپايدار مي‌شود. آنها همچنين دريافتند كه Bacillus subtilis، كه معمولاً از كف قابل كشت است، مي‌تواند با توليد سورفكتانت سطحي، نقش مهمي در تشكيل كف داشته باشد.

[caption id="attachment_4137" align="aligncenter" width="623"] مكانيسم كف در تصفيه فاضلاب[/caption]تماس با ما:

تماس باما