میکروبیولوژی لجن

فهرست:

• مقدمه
• پردازش لجن
• آشغالگیری
• تغلیظ
• آبگیری
• آماده سازی
• تثبیت
• هضم هوازی
• کودسازی
• فاکتورهای تاثیر پذیر بر تولید کمپوست
• فرایندهای کاهش قابل ملاحظه پاتوژن ها (PSRP)
• فرایندهای حذف یا کاهش بیشتر پاتوژن ها

مقدمه

تصفیه و دفع لجن احتمالا پرهزینه ترین واحدها در یک تصفیه خانه فاضلاب هستند و انتظار می رود که تولید الجن در آینده افزایش پیدا کند. میزان لجن تولیدی در کشورهای اروپایی تقریبا ۵/۵ میلیون تن لجن خشک در سال می باشد.

انواع لجن هایی که بایستی تصفیه یا دفع شوند، عبارتند از: مواد دانه ای (Grit)، لجن اولیه (که در طی تصفیه اولیه فاضلاب در تانک ته نشینی اولیه تولید شده و حاوی 2 – 0.5٪ جامدات برای لجن فعال و تا بیش از ٪۵ برای لجن صافی چکنده می باشد) و لجن مرحله سوم (tertiary sludge) که حاصل تصفیه شیمیایی فاضلاب است.

پردازش لجن

فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی متعددی برای پردازش لجن تولیدی توسط فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی موجود میباشد که در ادامه مورد بحث قرار می گیرند:

(آشغالگیری) Screening

أشغال گیری به منظور حذف جامدات درشتی که ممکن است سبب بروز مشکلاتی چون گرفتگی لوله ها و پمپ ها شوند.

(تغلیظ) Thickening

هدف از تغليظ لجن افزایش غلظت جامدات لجن است. این فرایند از طریق ته نشینی یا سانتریفوژکردن همراه یا بدون افزودن ترکیبات شیمیایی قابل انجام است. این فرآیند می تواند غلظت جامدات لجن ته نشینی اولیه را به ۱۲٪ افزایش دهد. این شیوه هزینه های حمل و نقل لجن به محل دفع را کاهش می دهد.

(آبگیری) Dewatering

در فرآیند آبگیری، از بسترهای لجن خشک کن یا فیلتراسیون (فیلتر خلاء و …) استفاده می شود. این فرآیند در حضور آماده سازها (Conditioners) می تواند غلظت جامدات را به حدود ۴۰-۲۰٪ افزایش دهد. کاربرد لجن بر روی بسترهای لجن خشک کن (با زمان ماند ۶۰-۱۰ روز) میتواند غلظت جامدات را به حدود ۴۰٪ افزایش دهد.

(آماده سازی) Conditioning

آماده سازی سبب تسهیل جداسازی جامدات از فاز مایع میشود. این فرآیند از طریق تصفیه شیمیایی یا حرارت دهی انجام می پذیرد. ترکیبات شیمیایی شامل نمک های غیرآلی (آلوم، نمک های فریک وفرو، آهک) یا پلیمرهای آلی سنتتیک (پلی الکترولیت ها) است. همچنین ممکن است لجن تحت فشار ۲/۰۰۰- ۱/۰۰۰ کیلو پاسكال (در گستره درجه حرارت C 175-230) حرارت داده شود.

(تثبیت) Stabilization

هدف از تثبیت، شکست اجزاء آلى لجن به منظور کاهش جرم و کسب محصولی پایدارتر (با بوی کمتر و مخاطرات کمتر) می باشد، به عبارتی هدف از تثبیت، کاهش جامدات آلی یا Volatile Solids) Vs) است. تثبيت لجن شامل فرآیندهایی چون: هضم هوازی، هضم بی هوازی، کودسازی، تثبیت با آهک و تصفیه گرمایی می باشد.

1- هضم هولزی (Aerobic digestion)

شامل افزودن هوا یا اکسیژن به لجن موجود در یک تانک باز با عمق ۳ – ۶m می باشد. غلظت اکسیژن بایستی بیش از ا/۱mg حفظ شود. MCRT در هاضم (توسط زمان ماند سلولی) بین ۶۰-۱۲ روز متغیر است (بسته به درجه حرارت غالب). میکروارگانیسم ها تحت شرایط هوازی مواد آلی را تجزیه کرده و بدین ترتیب حدود ٪۴۰ – ۵۰ جامدات فرار را کاهش می دهند. این میکروارگانیسم ها تحت شرایط افت سوبسترا به فاز آندوژنوز وارد می شوند. نتیجه نهایی امر کاهش جامدات الجن است. سوپرناتانت حاصل از فرآیند بدلیل دارا بودن BOD بالا (mg/l ۱۰۰ – ۵۰۰) و N و P بالا (غلظت نیترات بين mg/l ۲۰۰ – ۵۰۰ و فسفر کل بین ۵۰ – ۲۰۰ mg/l) به ورودی تصفیه خانه برگشت داده می شود.

یک اصلاحیه مهم این فرایند، هضم خود حرارتی ترموفیلیک هوازی است. این فرایند در نتیجه آزادسازی انرژی حاصل از تجزیه هوازی مواد آلی توسط میکروارگانیسم ها، حرارت تولید می کند. قسمت عمده انرژی تولیدی بصورت گرما آزاد می شود. انرژی حرارتی تولیدی توسط هضم هوازی لجن های اولیه و ثانویه در حدود ۲۵KCal/Lit است.

از جمله مزایای هضم هوازی: هزینه سرمایه ای پائین، سهولت بهره برداری و تولید لجن تثبیت شده بدون بو است. مصرف بالای برق جهت تأمین انرژی، وابستگی به شرایط آب و هوایی و تولید محصولی با قابلیت آبگیری نسبتا پائین از جمله معایب این فرآیند محسوب می شود.

٢- کودسازی (Composting)

یک فرآیند تجزیه بیولوژیکی هوازی خود حرارتی بوده که شامل فازهای متعددی می باشد:

1.  Latent Phase: برای تطبیق میکروارگانیسمها با محیط
2. Mesophilic Phase: فعالیت باکتریهای مزوفیلیک و تجزیه مواد آلی، سبب افزایش درجه حرارت می شود.
3. Thermophilic Phase: رشد میکروارگانیسم های گرمادوست، قارچ ها و اکتینومیست ها از شاخصه های این فاز بوده و تجزیه مواد آلی با سرعت بالا در طی این فاز صورت می پذیرد.
4. Cooling Phase: در طی این فاز، حرارت مجددا به حدود فاز مزوفیلیک افت می کند.
5. Maturation Phase: که در آن درجه حرارت به حدود دمای محیط افت می کند.

توالی میکروبی در طی عملیات کودسازی نسبتا سریع است، با توجه به اینکه این توالی ممکن است تنها چند روز تا رسیدن به دمای 55°C طول بکشد. فاز ترموفیلیک تا تهی شدن قسمت عمده مواد آلی که منجر به کاهش درجه حرارت می شود، ادامه می یابد.

توالی میکروبی در طی عملیات کودسازی بصورت زیر می باشد:

• فاز مزوفیلیک (20 – 40 °C): تجزیه فعال مواد آلی در طی فاز مزوفیلیک بوقوع می پیوندد که در آن عمدتا باکتری ها و قارچ های ترموفیلیک غالب هستند.
• فاز ترموفیلیک (40 – 60 °C): این فاز از طریق یک افزایش در شمار باکتری های ترموفیلیک (نظير باسیلوس)، اکتینومیست ها (نظير استرپتومایسیس) و قارچ ها (نظیر آسپرژیلوس فومیگاتوس) مشخص می شود. درجه حرارت رشد بهینه اکتینومیست های ترموفیلیک (55-50 °C) عموما بیشتر از قارچ های ترموفیلیک (55-40) است. اکتینومیست های ترموفیلیک (نظير استرپتومایسیس و ترمواکتینومایسیس) و قارچ ها (نظیر آسپرژیلوس فومیگاتوس) نقش مهمی را در تجزیه ترکیبات آلی پیچیده نظیر سلولز و لیگنین ایفا می کنند.
• فاز ترموفیلیک (60 – 80 °C): مهمترین باکتری های فعال در این فاز، باکتری های تشکیل دهنده اسپور نظير باسیلوس استناروترموفیلوس، باسیلوس ترموگلوسیداسیوس، باسیلوس پالیدوس یا باسیلوس دنیتریفیکانس بوده که از نوع ترموفیلیک اجباری هستند.
• فاز خنک شدن و تکمیلی: از ویژگی های این فاز درگیری باکتری ها در چرخه CN و S است و در آن مزوفیل ها و اکتینومیست های مقاوم در برابر حرارت حضور دارند که نقش مهمی را در معدنی سازی و رسیدن کمپوست ایفا می کنند.

فاکتورهای تاثیرگذار بر تولید کمپوست

1. درجه حرارت: احتمالا مهمترین فاکتور تأثیرگذار بر فعالیت میکروبی در کمپوست است و از طریق تنظيم رطوبت و هوادهی کنترل می شود. درجه حرارت بهینه برای تولید کمپوست با توجه به فعالیت  میکروبی 55 – 60 °C است و ن بایستی از 60°C فراتر
2. هوادهی: که اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم های هوازی موجود در ساختار کمپوست را تأمین می کند و از طرفی به کنترل درجه حرارت توده کمپوست و حذف گازهای اضافی و نیز رطوبت کمک می کند.
3. کنترل رطوبت: رطوبت بهینه بین ۶۰-۵۰٪ بوده و نبایستی از ۶۵٪ فراتر رود (زیرا شرایط بی هوازی را سبب می شود).
4. نسبت C/N: نسبت C/N بهینه برای آغاز فرآیند کودسازیم  25/1 می باشد.
5. حضور ترکیبات سمی: نظیر فلزات سنگین سموم آلی و پاتوژنهای باکتریایی عمده در لجن شامل سالمونلا، شیگلا، کمپیلوباکتر، یرسینیا، لپتوسپیرا و اشرشیا کلی می باشند. مهمترین ویروس های جداسازی شده از لجن های هضم شده به طریقه بی هوازی پولیوویروس ها، ویروس های کوکساکی A و B، اکوویروس ها و رئوویروس ها هستند. بار ویروسی گزارش شده در لجن در حدود،۱۵ TCD/ml است. مهمترین پارازیت های یافت شده در لجن فعال عبارتند از: آسکاریس لامبريکوئيدس تنیاساژیناتا، توکسوكاراکانیس و توکسوکاراکاتی، و تریکوریس تریکوریا.

ادامه مظلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ جزوه جامع تصفیه و دفع لجن

⇐ نمونه برداری و انجام آزمایش های تصفیه خانه فاضلاب به روش لجن فعال

⇐ میکروبیولوژی تصفیه آب و فاضلاب