حذف COD ، BOD و DOC در شبکه‌های جمع آوری فاضلاب
خصوصیات فاضلاب مانند COD، BODوDOC هنگام انتقال فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری تغییر می‌کند.
تبدیلات میکروبی مواد آلی فاضلاب در شبکه جمع‌آوری به دلیل فرآیندهای بیوشیمیایی است. اصولا فرآیندهای بیوشیمیایی در بایومس هتروتروفیک فاضلاب، بایوفیلم شبکه و مواد ته نشین شده شبکه جمع‌آوری رخ می‌دهد. بایومس و بایوفیلم موجود در شبکه‌ها، مواد آلی فاضلاب را به دو منظور مصرف می‌کند: مصرف مواد آلی (سوبسترا) به عنوان منبع کربن، برای رشد میکروبی و تشکیل سلول‌های جدید نیاز است، همچنین مواد آلی فاضلاب، منبع انرژی مورد نیاز برای بقا و نگهداری هستند (شکل زیر). فرآیندهای آنابولیک، مواد ضروری جهت رشد بایومس جدید را فراهم می‌کند. فرآیندهای کاتابولیک، انرژی لازم را برای تولید سلول‌های جدید و نگهداری بایومس موجود فراهم می‌کند
خطوط سیر کلی مواد آلی فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری
کاتابولیسم، انرژی آلی انباشته شده در مواد آلی را در دسترس میکروارگانیسم قرار می‌دهد، برای مثال فرآیندهای تجزیه، با اکسیداسیون مواد آلی (سوبسترا) انجام میشود که در آن مواد آلی، دهنده الکترون هستند و کاهش توسط یک الکترون پذیرنده خارجی انجام میشود. در صورتی که پذیرنده الکترون، اکسیژن محلول باشد فرآیند هوازی است، اگر نیترات پذیرنده الکترون باشد فرآیند آنوکسیک و در مواردی که سولفات این نقش را داشته باشد، فرآیند بی‌هوازی خواهد بود.
این واکنش‌های تولید انرژی، دم و بازدم نامیده می‌شوند که در زنجیر انتقال الکترون نیاز به یک ترکیب خارجی به عنوان دریافت کننده الکترون دارند. با این حال، تحت شرایط بی‌هوازی فرآیندهای تخمیر که به مشارکت الکترون پذیرنده خارجی نیاز ندارند نیز می‌توانند انجام شوند. در این مورد، مواد آلی تحت یک مجموعه متعادل واکنش‌های اکسید کننده و کاهش دهنده قرار دارد، به عنوان مثال مواد آلی کاهش یافته در‌‌یک مرحله، در مرحله دیگر اکسید می‌شوند. اساس فرآیندهای میکروبی فاضلاب، این واقعیت است که مصرف سوبسترا برای رشد بایومس و حذف آن جهت تامین انرژی، به موازات هم و توسط یک الکترون پذیرنده اتفاق می‌افتند. شکل زیر بیان گر این مفهوم کلی است و نمونه‌هایی را که در آن الکترون پذیرنده خارجی وجود دارد نشان می‌دهد. این تبدیلات میکروبی در فاز آب، بایوفیلم تشکیل شده و فاز مواد ته نشین شده فاضلاب شکل می‌گیرد.
انواع الکترون پذیرنده خارجی تعیین کننده شرایط واکنش
عمده تبدیلات بیولوژیکی و تجزیه مواد آلی در شبکه، توسط میکروارگانیسم‌های هتروتروفیک صورت می‌گیرد. این فرآیندها تحت شرایط اکسایش-کاهش رخ می‌دهد که توسط نوع پذیرنده الکترون تعیین میشود. شرایط اکسایش-کاهش تا حد زیادی توسط ویژگی‌های طراحی و نحوه بهره‌بردادی از شبکه جمع‌آوری تعیین میشود.
جدول زیر یک مرور کلی از ویژگی‌های شبکه جمع‌آوری در ارتباط با شرایط فرآیند است. در درجه اول، شرایط هوازی و بی‌هوازی به وجود می‌آیند، درحالی که شرایط آنوکسیک فقط در حضور نیترات و یا مواد نیتروژنی معدنی اکسید شده ایجاد میشود.
جدول خصوصیات شبکه‌های جمع‌آوری در ارتباط با شرایط فرآیندی
واکنش‌های میکروبی هوازی در فاضلاب بسیار موثرند و نرخ تصفیه این واکنش‌ها در حذف مواد آلی می‌تواند بالا باشد. در شبکه‌های جمع‌آوری که تحت شرایط هوازی بوده و زمان ماند نسبتا طولانی میباشد، تغییرات چشم‌گیری در خصوصیات کیفی فاضلاب تحت عنوان کاهش میزان سوبسترای تجزیه‌پذیر و تولید بایومس رخ می‌دهد. برخی از این تغییرات کیفی، در واکنش‌های حذف تصفیه‌خانه‌ها موثرند. در زمینه حذف مواد مغذی، تبدیلات بیولوژیکی در فاز هوازی شبکه‌های جمع‌آوری می‌تواند تاثیر مثبتی در فرآیندهای دینیتریفیکاسیون و حذف فسفر در تصفیه‌خانه داشته باشد. به عبارت دیگر، شرایط هوازی در شبکه‌ها مقدار مواد آلی محلول و تجزیه‌پذیر را کاهش داده و باعث افزایش بایومس نیز میشود.
شرایط آنوکسیک در شبکه‌های جمع‌آوری، تنها در صورتی ایجاد میشود که غلظت نیترات یا سایر ترکیبات اکسیدکننده نیتروژن بالا بوده و غلظت اکسیژن نیز پایین باشد. از آن جا که غلظت نیترات در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب معمولا پایین است، احتمال رخ دادن شرایط آنوکسیک در آن‌ها پایین است. لازم به ذکر است در برخی موارد جهت کنترل شرایط بی‌هوازی و جلوگیری از تولید گاز هیدروژن سولفوره در شبکه‌های جمع‌آوری، نیترات به عنوان پذیرنده الکترون به صورت مصنوعی وارد شبکه‌ها میشود.
شرایط بی‌هوازی از گذشته یکی از مشکلات اصلی شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب بوده که منجر به تولید گاز هیدروژن سولفوره و ترکیبات بودار آلی میشود. این شرایط در نهایت باعث بروز مشکلاتی چون خوردگی فلزات و بتن شده و همچنین مشکلاتی را برای سلامت عمومی جامعه ایجاد می‌کند، بنابراین استفاده از شرایط بی‌هوازی جهت حذف مواد آلی و مغذی در شبکه مناسب نمی‌باشد.
گوانگ‌هاو چن و همکارانش جهت بررسی فعالیت میکروبی در فاز ته‌نشینی شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب، یک قسمت از شبکه‌های بتنی واقعی به طول ۱.۵ کیلومتر و قطر ۵۴ سانتی‌متر را انتخاب کردند. جهت تشخیص حضور بایوفیلم در فاز ته‌نشینی از آزمایش SEM و آنالیز ترکیبات اولیه استفاده کردند. برای شمارش باکتری‌ها از DNA-staining technique استفاده کردند و با محاسبه تعداد باکتری‌ها به ازای هر گرم از وزن خشک بایوفیلم به این نتیجه رسیدند جمعیت میکروبی در فاز ته‌نشینی نزدیک به جمعیت میکروبی در لجن فعال است. جهت بررسی میزان فعالیت بایوفیلم، ATP را اندازه گیری کردند که نسبتا بالا بود و نشان می‌داد فعالیت بایوفیلم بالاست. آن‌ها گزارش دادند که فعالیت باکتری‌ها در انتهای شبکه مورد آزمایش تقریبا تغییری نداشته و ثابت بوده است.
کالابرو و همکارش جهت طراحی شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب، بر اساس این دیدگاه که شبکه‌ها مانند رآکتورهای بیولوژیکی هستند، یک مدل ریاضی ارایه دادند. هدف آن‌ها بررسی میزان تبدیلات بیولوژیکی و تولید هیدروژن سولفید کربن در شبکه‌های جمع‌آوری ثقلی بود. آن‌ها از مدل ارایه شده توسط جاکوبسن (که در سال ۱۹۹۵ ارایه شده بود) استفاده کردند. مدل جاکوبسن قادر به توصیف واکنش‌های حاصل از شرایط هوازی و بی‌هوازی در شبکه‌های جمع‌آوری است. مدل ریاضی ارایه شده توسط کالابرو شامل دو بخش عمده است:
۱- انتشار جریان فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب.
۲- تبدیلات بیولوژیکی شبکه‌های جمع‌آوری با توجه به معادلات دیفرانسیلی که بر مینای تعادل جرم هستند.
پیر سروایس و همکارانش جهت بررسی اثر ورود پساب تصفیه شده در تصفیه‌خانه‌ها بر شهر پاریس و حومه آن، خصوصیات جریان فاضلاب و پساب حاصل از سه تصفیه‌خانه عمده را مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها خصوصیات فاضلاب از جمله کربن آلی محلول، کربن آلی ذره‌ای، اجزای تجزیه‌پذیر کربن آلی محلول و ذره‌ای و BOD را بررسی کردند. همچنین غلظت نیتروژن آلی و معدنی، ترکیبات فسفر، غلظت بایومس و باکتری‌های نیتریفایر را نیز اندازه‌گیری کردند.
دوکاست و همکارانش مکانیسم رسوب چربی، روغن و گریس را در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها عوامل موثر بر تشکیل این رسوبات را شامل نوع چربی، شرایط محیطی (مانند PH و دما) و منبع کلسیم موجود در شبکه‌های فاضلاب بررسی کردند. مطالعات آن‌ها نشان می‌دهد خوردگی بتن به تشکیل رسوبات چربی، روغن و گریس کمک می‌کند. آن‌ها برای کاهش رسوبات این ترکیبات، راهکارهایی از جمله استفاده از مواد جایگزین برای ساخت و ساز بازدارنده‌های گریس، پوششی غیر از فولاد ضد زنگ در سطوح بتنی پیش ساخته( به عنوان مثال ساختار منهول) همچنین پوشش ملات سیمان در لوله‌های چدن نشکن پیشنهاد دادند.
داکوست و همکارانش همچنین جهت تعیین عواملی که ممکن است در تشکیل، خواص شیمیایی و رئولوژیکی رسوبات چربی، روغن و گریس موثر باشند، تحقیقی انجام دادند. نتایج آن‌ها نشان می‌دهد مقدار کلسیمی که به صورت نمک است به میزان انحلال منبع کلسیم بستگی دارد که تابع میزان اسیدی بودن و دمای محیط است. کلسیم کلراید بیشترین میزان انحلال را از بین سه منبع کلسیم بررسی شده داشته است. کلسیم با پایه‌ی اسید چرب بیشترین میزان پایداری را داشته و در صورتی که به دیواره‌ی داخلی فاضلاب‌رو بچسبد، ممکن است باعث گرفتگی در مسیر شود.
مقاله بالا قسمتی از پایان نامه “امکان سنجی تصفیه فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری” میباشد .
