هضم بی هوازی فاضلاب و جامدات بیولوژیکی (لجن)
هضم بی هوازی فاضلاب و جامدات بیولوژیکی (لجن)
مقدمه
هضم بی هوازی شامل یک سری فرآیندهای بیولوژیکی است که ترکیبات آلی را به متان و دی اکسید کربن تبدیل نموده و جامدات فرار را به حدود ۳۵-۶۰% کاهش می دهد (بسته به شرایط بهره برداری). در حالی که میکروارگانیسم های متعددی مسئول انجام هضم هوازی هستند، اما فرآیندهای بیهوازی عمدتا توسط باکتری ها انجام می پذیرند.
از جمله ویژگی های این سیستم اینکه:
- در هضم بی هوازی Co2 به عنوان پذیرنده نهایی الكترون مورد استفاده قرار می گیرد.
- میزان لجن تولیدی در هضم بی هوازی بسیار کمتر از فرایند هوازی است (۲۰-۳ برابر کمتر)، با توجه به اینکه بازدهی انرژی باکتری های بی هوازی نسبتا پایین است. تحت شرایط هوازی حدود ۵۰٪ کربن آلی به بیومس سلولی تبدیل می شود و حال آنکه در شرایط بی هوازی این مقدار تنها ۵٪ است. مقدار خالص سلول های تولیدی در هر تن متریک COD تخریب شده در شرایط بی هوازی برابر ۲۰-۱۵۰kg است و حال آنکه برای هضم هوازی این مقدار معادل ۴۰۰-۶۰۰kg است.
- هضم بی هوازی برای فضولات صنعتی با قدرت بالا مناسب بوده و امکان اعمال بارهای بالا در هاضم وجود دارد.
- سیستم های بی هوازی قادر به تخریب بیولوژیکی ترکیبات زنوبیوتیک (xenobiotic) نظیر هیدروکربن های آلیفاتیک کلرینه (از قبیل تری کلرواتیلن، تری هالومتان ها) و ترکیبات دیرپا نظیر لیگنین هستند.
برخی از مهم ترین معایب هضم بی هوازی عبارتند از:
- کندتر بودن فرآیند نسبت به نوع هوازی
- حساسیت بالاتر نسبت به ترکیبات سمی
- نیاز به زمان ماند طولانی جهت آغاز فرآیند (اگرچه استفاده از بذر با کیفیت بالا نظير لجن گرانولی می تواند سرعت فرآیند را افزایش دهد).
- برای تجزیه بیولوژیکی ترکیبات زنوبیوتیک، به غلظت های بالایی از سوبسترای اولیه نیاز است.
توصیف فرآیند
هضم تک مرحله ای (single – stage digestion)
هاضم های بی هوازی در واقع تانک های تخمیر بزرگی هستند که امکانات اختلال مکانیکی، گرمایش، جمع آوری گاز، افزودن لجن و تخلیه آن و تخلیه سوپرناتانت در آن فراهم شده است. هضم لجن و ته نشینی به طور همزمان در تانک انجام می شود. این هاضم از پایین به بالا از لایه های زیر تشکیل یافته است.
١. لجن هضم شده، ۲- لجن های در حال هضم، ۳. لایه سوپرناتانت، ۴- لایه کف، 5- ذخیره گاز
هضم دو مرحله ای ( two- stage digestion)
این فرآیند شامل دو هاضم است که:
- در یک تانک به طور مداوم لجن تزریق، مخلوط و حرارت داده می شود.
- در تانک دوم تغلیظ و ذخیره سازی لجن قبل از تخلیه و دفع نهایی انجام می پذیرد.
لازم به ذکر است که تلاشی کربونیدرات ها تحت شرایط بیهوازی به صورت زیر می باشد:
اسیدهای آلی → الكل ها و آلدئیدها → قندهای ساده → کربوهیدرات ها
تلاشی پروتئین ها تحت شرایط بیهوازی:
NH3 + اسیدهای آلی → اسیدهای آمینه → پروتئین ها
تلاشی چربی ها و روغن ها تحت شرایط بیهوازی:
اسیدهای آلی → چربی ها و روغن ها
میکروبیولوژی فرآیند
اگرچه برخی قارچ ها و پروتوزوئرها ممکن است در هاضم های بی هوازی یافت شوند، اما بی شک باکتریها میکروارگانیسم های غالب هستند. واکنش کلی تجزیه مواد الى تحت شرایط بیهوازی به صورت زیر می باشد:
CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S → مواد آلی
شرایط بی هوازی مواد آلی شمار کثیری از باکتری های بی هوازی مطلق و اختیاری نظیر Clostridium , Bifidobacterium , Bacteroides ,Streptococcus , Lactobacillus در هیدرولیز و تخمیر مواد آلی دخیل هستند. چهار گروه از باکتری ها در تغییر شکل ترکیبات پیچیده به مولکول های ساده نظیر CH4 نقش ایفا می کنند که عبارتند از:
باکتری های هیدرولیزکننده (hydrolytic bacteria)
باکتری های بی هوازی، مولکول های پیچیده آلی (نظیر پروتئین ها، سلولز، لیگنین، چربی ها) را به مولکول های مونومر محلول نظیر اسیدهای آمینه، گلوکز، اسیدهای چرب و گلیسرول می شکنند. هیدرولیز ترکیبات پیچیده توسط آنزیم های خارج سلولی نظیر سلولاز، پروتناز و لیپاز انجام می پذیرد. با این حال فاز هیدرولیتیک نسبتا کند بوده و می تواند محدودکننده هضم بی هوازی فاضلاب هایی نظير فضولات سلولزی خام که حاوی لیگنین هستند، باشد.
باکتری های اسیدساز تخمیری (Fermentative Acidogenic bacteria)
باکتریهای اسیدوژنیک (تشکیل دهند اسید) نظیر کلوستریدیوم، قندها، اسیدهای آمینه و اسیدهای چرب را به اسیدهای آلی نظیر اسید استیک، پروپیونیک، فرمیک، لاکتیک، بوتیریک یا ساکسینیک، الکل ها و کتونها (نظیر اتانول، متانول، گلیسرول، استن)، استات، CO2 و H2 تبدیل می نمایند.
استات محصول اصلی تخمیر کربوئیدرات ها است. محصول شکل گرفته با نوع باکتری و نیز شرایط کشت (درجه حرارت، PH، پتانسیل اکسیداسیون – احیاء) متغیر است.
لازم به ذکر است که باکتری های مرحله اسیدزدایی بی هوازی اختیاری هستند، در حالی که باکتری های مرحله متان زایی بی هوازی اجباری (مطلق) هستند.
باکتری های اسیدساز (nic bacteria)
این باکتری ها (باکتری های تولیدر ۱۰ استات و H2) نظير Syntrobacter wolinii و syntrophomonas wolfei اسیدهای چرب (نظیر اسید پروپیونیک، بوتیریک) و الكل ها را به استات، هیدروژن و C تبدیل نموده که مورد استفاده متانوژنزها قرار می گیرند.
تحت شرایط فشار نسبتا بالای H2، تشکیل استات کاهش یافته و سوبسترا به اسید پروپیونیک، بوتیریک و اتانول (به جای متان) تبدیل می شود.
ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.
ورود یا ثبـــت نــــام + فعال کردن اکانت VIP
مزایای اشتراک ویژه : دسترسی به آرشیو هزاران مقالات تخصصی، درخواست مقالات فارسی و انگلیسی، مشاوره رایگان، تخفیف ویژه محصولات سایت و ...
حتما بخوانید:
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.