کاربرد ازن در تصفیه شیرابه

گسترش شهرنشینی و صنعتی شدن، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، باعث انباشته شدن حجم عظیمی از زباله های شهری می‍گردد. بازیافت اگر به خوبی انجام پذیرد باز هم بخشی به کمپوست و بخشی دفع می گردد که شیرابه هایی از این فرآیند بدست می‍آید.

تولید شیرابه و گازهای حاصل از آن یکی از معضلات  اساسی محل های دفن بهداشتی زباله می باشد. بررسی های به عمل آمده در کشورهای صنعتی نشان می دهد که منابع آب زیر زمینی و سطحی در اطراف محل های دفن آلوده شده اند.

با افزایش، پیچیدگی و تنوع ترکیبات مواد زائد، شیرابه تولیدی آن ها هم بالطبع افزایش می یابد. تصفیه شیرابه حاصل از محل های دفن مواد زاید شهری، به عنوان یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی، بندرت در ایران مورد مطالعه قرار گرفته است.

بررسی های انجام شده در مورد ترکیب شیرابه زباله نشان داده است که شیرابه علاوه بر مقدار زیادی مواد آلی، دارای عناصر ازت، فسفر و پتاسیم و فلزات سنگین از جمله نیکل، کروم، کادیوم، آهن، سرب، مس، روی، منگنز به عنوان مواد سمی و مضر و نمک های محلول و همچنین آلودگی های بالای میکروبی می‌باشند. فلز روی بالاترین غلظت و پس از آن به ترتیب نیکل، مس، کروم، کادیوم بیشترین غلظت را در شیرابه دارا می باشند.

شیرابه زباله دارای ۱۰ درصد ماده خشک بوده و حدود ۵/۳۸ درصد از مواد خشک آن را مواد آلی تشکیل  می دهد. واکنش شیرابه به دلیل وجود اسیدهای آلی و معدنی، اسیدی می باشد.

جامدات کل Ts شیرابه شامل ۴۰ درصد جامدات ثابت (TFS) و ۶۰ درصد جامدات فرار(TVS) بوده و PH شیرابه زباله شهری از ۲/۴ تا ۸/۶ متغیر و میانگین آن ۲۵/۵ محاسبه می شود.

شیرابه حاوی ترکیبات و آلاینده های گوناگون از جمله فلزات سنگین می باشد. این فلزات به راحتی در محیط تجزیه   نمی شوند و می‍توانند در زنجیره غذایی تغلیظ شده مشکلات فراوان برای محیط زیست و انسان به وجود آورند.

• پایداری فلزات در محیط زیست مشکلات ویژه ای را ایجاد می کند. فلزات سنگین نمی توانند مانند آلاینده های آلی از طریق فرایندهای زیستی در طبعت تجزیه شوند. یکی از پیامدهای مهم پایداری آن ها، تغلیظ بیولوژیکی در زنجیره غذایی است که در نتیجه این فرایند مقدار فلزات در طبقه های بالاتر زنجیره غذایی تا چندین برابر مقادیر موجود در آب یا هوا یافت می شوند. این امر موجب آسیب گیاهان و در نهایت سبب به مخاطره انداختن سلامت جانوران و انسان می گردد.
• شیرابه سبب آلودگی آبهای سطحی و زیر زمینی می گردد و یکی از عمده ترین مشکلات مراکز دفع زباله، مسأله آلودگی آبهای زیرزمینی در اثر نفوذ شیرابه است.

مهمترین جنبه آلایندگی شیرابه، در واقع بار آلی بسیار بالای تجزیه ناپذیر آن می باشد. که کاهش آن به طور معمول از طریق واکنش های بیولوژیکی امکان پذیر نیست. به همین دلیل است که COD خالص که اختلاف بینCOD  و BOD می باشد بوسیله روش لجن فعال و سایر روش های بیولوژیکی حذف نخواهد گردید.

نکته مهم دیگر در تصفیه شیرابه وجود فلزات سنگین و همچنین وجود آلایندگی شدید میکروبی می باشد که روش های معمول ببولوژیکی کارآمدی لازم را برای از بین بردن آن ندارند.

باتوجه به موارد بیان شده، روش تصفیه فرایند تثبیت فوق سریع SQM یا روش تصفیه همزمان شیمیایی همراه با اکسیژن فعال (ازن) ‍ بیولوژیکی برای تصفیه شیرابه پیشنهاد می گردد.

تصفیه همزمان شیمیایی با اکسیژن فعال – بیولوژیکی جدیدترین روش شناخته شده در جهان می باشد. در این روش آلایندگی های شدید شیمیایی شیرابه به وسیله اکسیژن فعال (ازن) حذف و سپس تصفیه بیولوژیکی به کار گرفته می شود.

به طور خلاصه تصفیه  شیمیایی اعمال شده به تصفیه زیستی اثرات زیر را به همراه دارد:

• حذف یا کاهش تولید لجن مازاد ( لجن مازاد، زیست توده اضافی (Excess Biomass ) سیستم بیولوژیکی می باشد که بسته به میزان تولید آن، در دوره های زمانی مختلف خارج گردیده و تحت پروسس های بعدی مانند هضم، تغلیظ و آبگیری قرار می گیرد. تزریق اکسیژن فعال (ازن) از طریق مکانیزم های مختلف باعث حذف یا کاهش تولید لجن مازاد می شود که عبارتند از :

– پاره شدن غشای سلولی بخشی از زیست توده و آزاد شدن محتوای سلولی آن در محیط که به صورت غذا در دسترس زیست توده فعال قرار می گیرد.

– برتری یافتن رشد و تکثیر گونه های بالاتر و تک یاخته ای که خوراک مورد نیاز خود را با تغذیه کردن از میکروارگانیسم های کوچک یعنی باکتری ها تامین می نمایند.

– غالب شدن باکتریهای دو زیستی (Facultative ) در سیستم های تصفیه بیولوؤیکی دو زیستی (بی هوازی در پایین‍  هوازی در بالا)

• شکستن ترکیبات دیر تجزیه و یا غیر قابل تجزیه برای زیست توده به ترکیبات قابل استفاده و تجزیه پذیر (Biodegradable) با پایین آوردن نسبت COD/BOD که باعث افزایش قابلیت و بهبود عملکرد تصفیه بیولوژیکی می شود.
• افزایش چشمگیر در سرعت انعقاد و ته نشینی لجن و آبگیری بعدی لجن مازاد در صورت تولید شدن از طریق خنثی کردن زتا پتانسیل بین ذرات که مانع ته نشینی ذرات کلوییدی می شود (ازن در واقع به عنوان یک منعقد کننده عمل می کند).
• شکستن ترکیبات بازدارنده فعالیت میکروبی از جمله ترکیبات تولیدی حاصل از متابولیسم میکرو ارگانیزم ها.
• افزایش فعالیت سلولهای میکروبی زنده با تحریک آنها، باز کردن منافذ غشای سلولی و یا نازک کردن آن که باعث افزایش انتقال جرم غشای سلولی و در نتیجه بازده تصفیه زیستی می شود.
• حذف بو در گاز وهوای خروجی از طریق شکستن ترکیبات بودار.
• حذف رنگ پساب با شکستن ترکیبات رنگی موجود در شیرابه.
• غلبه بر پدیده تورم لجن (Bulking) که از مشکلات رایج در سیستم های بیولوژیکی لجن فعال که در سطح وسیعی استفاده می‍شوند، می باشد با از بین بردن باکتریهای رشته ای (باکتری های رشته ای به علت داشتن سطح تماس بالا، بیشتر در معرض ازن قرار می گیرند).
• جلوگیری از پدیده کف کردن که توسط باکتری Nacardia ایجاد می شود با از بین بردن این باکتری.

امروزه استفاده از ازن در زمینه تصفیه فاضلاب های مختلف صنعتی و شهری و بهداشتی جایگزین روش های شیمیایی  قدیمی تصفیه فاضلاب شده است. کاهش هزینه های تولید ازن و قابلیت تصفیه انواع فاضلاب ها بوسیله فرآیند ازناسیون  سبب گسترش روزافزون کاربرد این اکسید کننده قوی در فرآیندهای تصفیه و ضدعفونی پساب های مختلف شده است. ازناسیون توانسته است در موارد  زیادی مانند ضد‍عفونی کردن و اکسیداسیون ترکیبات آلی جایگزین فرآیندهای تصفیه متعارف شود. این فرآیند در موارد مختلف دیگری همانند حذف ذرات معلق نیز کارایی روشهای قدیمی تصفیه را افزایش داده است.

ازن یکی از اشکال آلوتروپی اکسیژن بوده و گازی آبی کم رنگ است اما در غلظت های معمولی که ازن تهیه و استفاده   می شود تقریباً بی رنگ با بوی خاص شبیه بوی هوای تازه و ناپایدار می باشد. این ترکیب یک اکسید کننده قوی بوده و بسیار قوی تر از اسید هیپوکلرو (ماده موثر گند زدایی کلر در آب) می باشد. حلالیت ازن در آب ۱۲ مرتبه کمتر از حلالیت کلر بوده و محلول آبی آن نیز ناپایدار می باشد.

با توجه به ناپایداری گاز ازن، باید درمحل مصرف و نیز زمان مصرف تولید شود و نمی توان آنرا مثل کلر ذخیره نمود. با توجه به حوادث زیادی که در خصوص ترکیدن سیستم های ذخیره ونگهداری کلر بوقوع پیوسته است این محدودیت لزوماً جزء معایب استفاده از گاز ازن محسوب نمی شود. لیکن عدم امکان ذخیره آن در مواردی موجب توقف یا اشکال در امر استفاده از سیستم گندزدا می گردد.

نقش ازن در تصفیه شیرابه بعنوان یک عامل اکسید کننده و یک ترکیب میکروب کش حائز اهمیت بوده و در محیط آبی خصوصیات مشابهی با کلر دارد. از این رو این دو ماده بعنوان رقیب یکدیگر و در مواردی مکمل یکدیگر مطرح می باشند. ازن دارای خاصیت بسیار مهمی در ارتباط با محیط اطراف خود می باشد:

خصوصیات میکروب کشی ازن بیانگر پتانسیل بالای اکسید اسیون آن می باشد. تحقیقات نشان می دهد که گندزدایی توسط ازن حاصل اثر مستقیم آن بر باکتری ها و تجزیه دیواره سلولی باکتری ها می باشد. که از این نظر با مکانیسم عمل کلر در فرایند گندزدایی متفاوت است. با توجه به قدرت بالای گندزدایی ازن در مقایسه با کلر و سایر گندزداها، زمان کمتری جهت تکمیل فرایند گندزدایی نیاز می باشد. بررسی ها همچنین بیانگر توانائی بیشتر ازن در از بین بردن    ویروس ها در مقایسه با کلر می باشد.

یکی از مهمترین مراحل در عملیات تصفیه شیرابه فرآیندهای اکسیداسیون(شیمیایی، بیولوژیکی، فیزیکی) می باشد. اگرچه اکسیداسیون بیولوژیکی به نظر اقتصادی می رسد اما مشکلات بعدی استفاده از لجن فعال (ازجمله وجود بوهای نامطبوع, حشرات و …) و ضرورت توجه بیشتر به حفظ محیط زیست و سلامتی بشر از سوی دیگر سبب توجه بیشتر به فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی گردیده است.

عدم ایجاد فرآورده های جانبی خطرناک و همچنین تقویت اکسیژن محلول پساب بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

همچنین هزینه این روش به دلیل کاهش حجم واحدهای تصفیه (خصوصاً واحدهای هضم، تغلیظ و آبگیری از لجن) معادل یا حتی کمتر از روشهای متعارف تصفیه می باشد.

این ویژگی ها و کیفیت مناسب و منطبق با استانداردهای جهانی محیط زیست این پروسسه را تبدیل به روشی کارآمد و ارزان نموده است.

چنانچه این فرایند همراه تصفیه دو زیستی هوازی _ بی هوازی استفاده شود، حجم تصفیه خانه به شدت کاهش یافته و کیفیت پساب خروجی به میزان بسیار بالایی بهبود می یابد.

همچنین تو لید بو که یکی از معایب استفاده از سیستم های بی هوازی می باشد در این سیستم مرتفع شده است زیرا ترکیبات بدبو مانند گاز  در قسمت هوازی تجزیه و مصرف می شود.

این روش از مناسب ترین روش های تصفیه شیرابه جهت حذف هم زمان مواد آلی و عوامل بیماری زا می باشد.