مشخصات بیولوژیکی فاضلاب | شرکت شاران صنعت
مشخصات بیولوژیکی فاضلاب تابع ترکیبات آلی هستند که از ترکیب کربن، هیدروژن، اکسیژن و در برخی موارد نیتروژن حاصل می شوند. مواد آلی تعیین کننده مشخصات بیولوژیکی فاضلاب را پروتئین (۴۰ تا ۶۰ درصد)، کربوهیدرات (۲۵ تا ۵۰ درصد) و روغن و چربی (۸ تا ۱۲ درصد) تشکیل می دهد. اوره نیز از دیگر ترکیبات آلی است که به دلیل تجزیه سریع آن تنها در فاضلاب تازه یافت می شود. بعلاوه فاضلاب معمولاً دارای مقدار کمی از مولکول های آلی مصنوعی متنوع با ساختارهای ساده یا پیچیده است. در طول سال های گذشته روش های تحلیلی متفاوتی جهت اندازگیری مشخصات بیولوژیکی فاضلاب مورد استفاده قرار گرفته است. تمامی این تحلیل ها در تصفیه فاضلاب به دو دسته ارزیابی تجمعی مشخصات بیولوژیکی فاضلاب تشکیل شده از چندین ترکیب آلی با ویژگی های مشابه غیر قابل تفکیک و روش های ارزیابی ترکیب های آلی مجزا، تقسیم می شوند. مشخصات بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب و به خصوص در روش های بیولوژیکی تصفیه فاضلاب از اهمیت برخوردار است.
اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی BOD
BOD 5 روزه (BOD5) پر کاربردترین پارامتر از مشخصات بیولوژیکی فاضلاب مورد استفاده در تعیین آلاینده های آلی در فاضلاب و آب های سطحی است. این مشخصه بیولوژیکی فاضلاب اکسیژن محلول مصرف شده توسط میکروارگانیسم ها در اکسیداسیون بیوشیمیایی مواد آلی را تعیین می کند. آزمایش BOD بمنظور تعیین مقدار تقریبی اکسیژن مورد نیاز جهت پایدارسازی مواد آلی موجود، تعیین ابعاد تاسیسات تصفیه خانه، ارزیابی راندمان فرآیندها و ارزیابی انطباق پساب با استاندارد بکار می رود. علیرغم کاربرد گسترده این پارامتر از مشخصات بیولوژیکی فاضلاب، این روش با محدودیت هایی مواجه است: (۱) نیاز به نمونه بذرپاشی شده با غلظت و تجمع بالا، (۲) نیاز به پیش تصفیه در صورت حضور زائدات سمی و محدود کردن فعالیت میکروارگانیسم های نیتریفایر، (۳) تنها ارزیابی مواد آلی تجزیه پذیر، (۴) معتبر نبودن استوکیومتری آزمایش پس از مصرف مواد آلی محلول، (۵) طولانی بودن زمان مورد نیاز برای دستیابی به نتایج. در این بین جدی ترین محدودیت این مشخصه بیولوژیکی فاضلاب، دوره ۵ روزه آزمایش است. همچنین عدم اعتبار استوکیومتری مداوم این مشخصه بیولوژیکی فاضلاب نتایج حاصل را با چالش مواجه می کند.
BOD به دو بخش تقسیم می شود. برخی از باکتری ها قادر به اکسیداسیون آمونیاک به نیتریت و نیترات هستند. اکسیژن مورد نیاز جهت اکسیداسیون آمونیاک به نیترات را اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی نیتروژنی (NBOD) می نامند (شکل۱). باکتری های نیتریفایر پس از ۶ تا ۱۰ روز به مقداری رشد می کنند که میزان اکسیژن مصرفی آن ها قابل اندازگیری باشد، اما در صورت حضور آن ها از ابتدای آزمایش، دخالت و خطای ناشی از حضور آن ها بر این مشخصه بیولوژیکی فاضلاب قابل ملاحظه خواهد بود. می توان با استفاده از ترکیبات شیمیایی و ممانعت از انجام واکنش های نیتریفیکاسیون و یا از بین بردن میکروارگانیسم های نیتریفایر به روش کلرزنی/کلرزدایی یا پاستوریزاسیون، بر تاثیرات نیتریفیکاسیون غلبه کرد. در این حالت نتایج آزمایش BOD را اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی کربنی (CBOD) می نامند. در واقع CBOD ویژگی بیولوژیکی فاضلاب است که اکسیژن مورد نیاز برای اکسید کردن کربن نمونه را مشخص می کند.
شکل۱. تغییرات مشخصات بیولوژیکی CBOD و NBOD در نمونه فاضلاب
اکسیژن مورد نیاز شیمیایی COD
COD از جمله مشخصات بیولوژیکی فاضلاب است که جهت اندازگیری اکسیژن معادل مواد آلی موجود در فاضلاب، اکسید شده توسط دی کرومات، بکار می رود. اگرچه به نظر می رسد مقدار این مشخصه بیولوژیکی فاضلاب با BOD کربنی نهایی نمونه برابر باشد، اما این موضوع به ندرت اتفاق می افتد. از جمله دلایل تفاوت این مشخصات بیولوژیکی فاضلاب عبارتند از: (۱) بسیاری از مواد آلی مانند لیگنین که اکسیداسیون بیولوژیکی پایینی دارند، به روش شیمیایی اکسید می شوند، (۲) مواد معدنی که توسط دی کرومات اکسید می شوند میزان مواد آلی ظاهری نمونه را افزایش می دهد، (۳) برخی از مواد آلی موجود در نمونه می توانند برای ارگانیسم های مورد استفاده در آزمایش BOD سمی باشند، (۴) بخش زیادی از COD می تواند ناشی از مواد معدنی باشد که با دی کرومات واکنش می دهند. از نقطه نظر عملیاتی، زمان ۲/۵ ساعت مورد نیاز برای تعیین این مشخصه بیولوژیکی فاضلاب نسبت به زمان ۵ ساعته آزمایش BOD، مزیت اصلی آزمایش COD محسوب می شود.
کل کربن آلی TOC
این پارامتر از مشخصات بیولوژیکی فاضلاب از حرارت و اکسیژن، تشعشع فرابنفش، اکسیدکننده های شیمیایی و یا ترکیبی از این روش ها جهت تبدیل ترکیب کربن آلی به دی اکسیدکربن و اندازگیری کل کربن آلی نمونه آبی استفاده می کند. از TOC می توان بعنوان معیار آلایندگی فاضلاب استفاده کرد. از سوی دیگر TOC با زمان آزمایش بسیار کوتاهتر نسبت به سایر ویژگی های بیولوژیکی فاضلاب ( ۵ تا ۱۰ دقیقه) مورد توجه قرار گرفته است.
اکسیژن مورد نیاز تئوری ThOD
مواد آلی تعیین کننده مشخصات بیولوژیکی فاضلاب با منشا گیاهی و حیوانی عموماً ترکیبی از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن هستند. با مشخص کردن فرمول شیمیایی هر ترکیب آلی می توان ThOD را بر اساس واکنش اکسیداسیون آن ترکیب محاسبه کرد.
روغن و چربی
تخلیه پساب های حاوی روغن و چربی با تشکیل لایه ای بر سطح آب می توانند اختلالاتی در زیست بوم منطقه ایجاد کنند. محلولیت پایین این مواد نرخ تجزیه میکروبی آن ها را کاهش می دهد. مقدار این ویژگی بیولوژیکی از طریق استخراج آن به کمک تری کلروتری فلورواتان، که قادر به حل روغن و چربی است، تعیین می شود.
سورفاکتانتهای موثر بر مشخصات بیولوژیکی فاضلاب
سورفاکتانت ها مولکول های آلی بزرگی هستند که میزان حلالیت آن ها در آب بسیار پایین بوده و در تصفیه خانه ها و آب های سطحی کف تولید می کنند. این مشخصه بیولوژیکی فاضلاب اغلب از ترکیب گروه های قوی آب گریز با گروه های قوی آب دوست ساخته می شوند. این امر باعث تجمع این مواد در سطح بین آب و هوا می شود که بخش آب دوست درون آب و بخش آب گریز در هوا قرار می گیرد. این ترکیبات در طول هوادهی فاضلاب بر سطح حباب ها تجمع کرده و کف پایداری تشکیل می دهند.
محصولات جانبی گندزدایی
اضافه کردن کلر در آب های حاوی مواد آلی موجب تشکیل ترکیبات آلی کلردار می شود که بعنوان محصولات جانبی گندزدایی (DBPs) شناخته می شوند. اگرچه غلظت این مشخصه بیولوژیکی فاضلاب بسیار پایین است اما پتانسیل سرطان زایی آن نگرانی های عمده ای ایجاد کرده است. تری هالومتان ها (THMs)، هالواستیک اسیدها (HAAs)، تری کلروفنل و آلدهیدها از جمله این ترکیبات هستند. در سال های اخیر تلاش های بسیاری جهت اصلاح فرآیندهای متعارف تصفیه و حذف این مشخصات بیولوژیکی فاضلاب صورت گرفته است.
آفت کش ها و مواد شیمیایی موثر بر ویژگی های بیولوژیکی فاضلاب
آفت کش ها، علف کش ها و سایر مواد شیمیایی مصرفی در مزارع و باغات برای اغلب میکروارگانیسم ها سمی محسوب شده و آلودگی شدیدی در آب های سطحی ایجاد می کنند. این مشخصات بیولوژیکی فاضلاب که از آلاینده های معمول فاضلاب شهری محسوب نمی شوند، از رواناب های مناطق کشاورزی، پارک ها و فضاهای سبز نشأت می گیرند. تجمع این مواد در بافت بدن آبزیان می تواند خطرات و مشکلات عدیده ای ایجاد کند.
عوامل بیماری زا
عوامل بیماری زا پارامتری از مشخصات بیولوژیکی فاضلاب است که از نقطه نظر کنترل بیماری های ناشی از انگل هایی با منشاء انسانی و نقش اساسی باکتری ها و میکروارگانیسم ها در تجزیه و پایدارسازی مواد آلی در شرایط طبیعی و تصفیه خانه ها حائز اهمیت هستند.
