گسترش شهرنشيني و صنعتي شدن، به ويژه در کشورهاي در حال توسعه، باعث انباشته شدن حجم عظيمي از زباله هاي شهري مي‍گردد. بازیافت اگر به خوبي انجام پذيرد باز هم بخشی به کمپوست و بخشی دفع می گردد که شيرابه هايي از اين فرآيند بدست مي‍آيد.
توليد شيرابه و گازهاي حاصل از آن يكي از معضلات اساسي محل هاي دفن بهداشتي زباله مي باشد. بررسي هاي به عمل آمده در كشورهاي صنعتي نشان مي دهد كه منابع آب زير زميني و سطحي در اطراف محل هاي دفن آلوده شده اند.
با افزايش، پيچيدگي و تنوع ترکيبات مواد زائد، شيرابه توليدي آن ها هم بالطبع افزايش مي يابد. تصفيه شيرابه حاصل از محل هاي دفن مواد زايد شهري، به عنوان يکي از مهمترين مسائل زيست محيطي، بندرت در ايران مورد مطالعه قرار گرفته است.
بررسي هاي انجام شده در مورد ترکيب شيرابه زباله نشان داده است که شيرابه علاوه بر مقدار زيادي مواد آلي، داراي عناصر ازت، فسفر و پتاسيم و فلزات سنگين از جمله نيکل، کروم، کاديوم، آهن، سرب، مس، روي، منگنز به عنوان مواد سمي و مضر و نمک هاي محلول و همچنين آلودگي هاي بالاي ميکروبي مي‌باشند. فلز روي بالاترين غلظت و پس از آن به ترتيب نيکل، مس، کروم، کاديوم بيشترين غلظت را در شيرابه دارا مي باشند.
شيرابه زباله داراي 10 درصد ماده خشک بوده و حدود 5/38 درصد از مواد خشک آن را مواد آلي تشکيل مي دهد. واکنش شيرابه به دليل وجود اسيدهاي آلي و معدني، اسيدي مي باشد.
جامدات کل Ts شيرابه شامل 40 درصد جامدات ثابت (TFS) و 60 درصد جامدات فرار(TVS) بوده و PH شيرابه زباله شهري از 2/4 تا 8/6 متغير و ميانگين آن 25/5 محاسبه مي شود.
شيرابه حاوي ترکيبات و آلاينده هاي گوناگون از جمله فلزات سنگين مي باشد. اين فلزات به راحتي در محيط تجزيه نمي شوند و مي‍توانند در زنجيره غذايي تغليظ شده مشکلات فراوان براي محيط زيست و انسان به وجود آورند.
- پايداري فلزات در محيط زيست مشکلات ويژه اي را ايجاد مي کند. فلزات سنگين نمي توانند مانند آلاينده هاي آلي از طريق فرايندهاي زيستي در طبعت تجزيه شوند. يکي از پيامدهاي مهم پايداري آن ها، تغليظ بيولوژيکي در زنجيره غذايي است که در نتيجه اين فرايند مقدار فلزات در طبقه هاي بالاتر زنجيره غذايي تا چندين برابر مقادير موجود در آب يا هوا يافت مي شوند. اين امر موجب آسيب گياهان و در نهايت سبب به مخاطره انداختن سلامت جانوران و انسان مي گردد.
- شيرابه سبب آلودگي آبهاي سطحي و زير زميني مي گردد و يکي از عمده ترين مشکلات مراکز دفع زباله، مسأله آلودگي آبهاي زيرزميني در اثر نفوذ شيرابه است.
مهمترين جنبه آلايندگي شيرابه، در واقع بار آلي بسيار بالاي تجزيه ناپذير آن مي باشد. که کاهش آن به طور معمول از طريق واکنش هاي بيولوژيکي امکان پذير نيست. به همين دليل است که COD خالص که اختلاف بينCOD و BOD مي باشد بوسيله روش لجن فعال و ساير روش هاي بيولوژيکي حذف نخواهد گرديد.
نکته مهم ديگر در تصفيه شيرابه وجود فلزات سنگين و همچنين وجود آلايندگي شديد ميکروبي مي باشد که روش هاي معمول ببولوژيکي کارآمدي لازم را براي از بين بردن آن ندارند.
باتوجه به موارد بيان شده، روش تصفيه فرايند تثبيت فوق سريع SQM يا روش تصفيه همزمان شيميايي همراه با اکسيژن فعال (ازن) بيولوژيکي براي تصفيه شيرابه پيشنهاد مي گردد.
تصفيه همزمان شيميايي با اکسيژن فعال – بيولوژيکي جديدترين روش شناخته شده در جهان مي باشد. در اين روش آلايندگي هاي شديد شيميايي شيرابه به وسيله اکسيژن فعال (ازن) حذف و سپس تصفيه بيولوژيکي به کار گرفته مي شود.
به طور خلاصه تصفيه شيميايي اعمال شده به تصفيه زيستي اثرات زير را به همراه دارد:
- حذف يا کاهش توليد لجن مازاد ( لجن مازاد، زيست توده اضافي (Excess Biomass ) سيستم بيولوژيکي مي باشد که بسته به ميزان توليد آن، در دوره هاي زماني مختلف خارج گرديده و تحت پروسس هاي بعدي مانند هضم، تغليظ و آبگيري قرار مي گيرد. تزريق اکسيژن فعال (ازن) از طريق مکانيزم هاي مختلف باعث حذف يا کاهش توليد لجن مازاد مي شود که عبارتند از :
– پاره شدن غشاي سلولي بخشي از زيست توده و آزاد شدن محتواي سلولي آن در محيط که به صورت غذا در دسترس زيست توده فعال قرار مي گيرد.
– برتري يافتن رشد و تکثير گونه هاي بالاتر و تک ياخته اي که خوراک مورد نياز خود را با تغذيه کردن از ميکروارگانيسم هاي کوچک يعني باکتري ها تامين مي نمايند.
– غالب شدن باکتريهاي دو زيستي (Facultative ) در سيستم هاي تصفيه بيولوؤيکي دو زيستي (بي هوازي در پايين هوازي در بالا)
- شکستن ترکيبات دير تجزيه و يا غير قابل تجزيه براي زيست توده به ترکيبات قابل استفاده و تجزيه پذير (Biodegradable) با پايين آوردن نسبت COD/BOD که باعث افزايش قابليت و بهبود عملکرد تصفيه بيولوژيکي مي شود.
- افزايش چشمگير در سرعت انعقاد و ته نشيني لجن و آبگيري بعدي لجن مازاد در صورت توليد شدن از طريق خنثي کردن زتا پتانسيل بين ذرات که مانع ته نشيني ذرات کلوييدي مي شود (ازن در واقع به عنوان يک منعقد کننده عمل مي کند).
- شکستن ترکيبات بازدارنده فعاليت ميکروبي از جمله ترکيبات توليدي حاصل از متابوليسم ميکرو ارگانيزم ها.
- افزايش فعاليت سلولهاي ميکروبي زنده با تحريک آنها، باز کردن منافذ غشاي سلولي و يا نازک کردن آن که باعث افزايش انتقال جرم غشاي سلولي و در نتيجه بازده تصفيه زيستي مي شود.
- حذف بو در گاز وهواي خروجي از طريق شکستن ترکيبات بودار.
- حذف رنگ پساب با شکستن ترکيبات رنگي موجود در شيرابه.
- غلبه بر پديده تورم لجن (Bulking) که از مشکلات رايج در سيستم هاي بيولوژيکي لجن فعال که در سطح وسيعي استفاده مي‍شوند، مي باشد با از بين بردن باکتريهاي رشته اي (باکتري هاي رشته اي به علت داشتن سطح تماس بالا، بيشتر در معرض ازن قرار مي گيرند).
- جلوگيري از پديده کف کردن که توسط باکتري Nacardia ايجاد مي شود با از بين بردن اين باکتري.
امروزه استفاده از ازن در زمينه تصفيه فاضلاب هاي مختلف صنعتي و شهري و بهداشتي جايگزين روش هاي شيميايي قديمي تصفيه فاضلاب شده است. كاهش هزينه هاي توليد ازن و قابليت تصفيه انواع فاضلاب ها بوسيله فرآيند ازناسيون سبب گسترش روزافزون كاربرد اين اكسيد كننده قوي در فرآيندهاي تصفيه و ضدعفوني پساب هاي مختلف شده است. ازناسيون توانسته است در موارد زيادي مانند ضدعفوني كردن و اكسيداسيون تركيبات آلي جايگزين فرآيندهاي تصفيه متعارف شود. اين فرآيند در موارد مختلف ديگري همانند حذف ذرات معلق نيز كارايي روشهاي قديمي تصفيه را افزايش داده است.
ازن يكي از اشكال آلوتروپي اكسيژن بوده و گازي آبي کم رنگ است اما در غلظت هاي معمولي که ازن تهيه و استفاده مي شود تقريباً بي رنگ با بوي خاص شبيه بوي هواي تازه و ناپايدار مي باشد. اين تركيب يك اكسيد كننده قوي بوده و بسيار قوي تر از اسيد هيپوكلرو (ماده موثر گند زدايي كلر در آب) مي باشد. حلاليت ازن در آب 12 مرتبه كمتر از حلاليت كلر بوده و محلول آبي آن نيز ناپايدار مي باشد.
با توجه به ناپايداري گاز ازن، بايد درمحل مصرف و نيز زمان مصرف توليد شود و نمي توان آنرا مثل كلر ذخيره نمود. با توجه به حوادث زيادي كه در خصوص تركيدن سيستم هاي ذخيره ونگهداري كلر بوقوع پيوسته است اين محدوديت لزوماً جزء معايب استفاده از گاز ازن محسوب نمي شود. ليكن عدم امكان ذخيره آن در مواردي موجب توقف يا اشكال در امر استفاده از سيستم گندزدا مي گردد.
نقش ازن در تصفيه شيرابه بعنوان يك عامل اكسيد كننده و يك تركيب ميكروب كش حائز اهميت بوده و در محيط آبي خصوصيات مشابهي با كلر دارد. از اين رو اين دو ماده بعنوان رقيب يكديگر و در مواردي مكمل يكديگر مطرح مي باشند. ازن داراي خاصيت بسيار مهمي در ارتباط با محيط اطراف خود مي باشد:
خصوصيات ميكروب كشي ازن بيانگر پتانسيل بالاي اكسيد اسيون آن مي باشد. تحقيقات نشان مي دهد كه گندزدايي توسط ازن حاصل اثر مستقيم آن بر باكتري ها و تجزيه ديواره سلولي باكتري ها مي باشد. كه از اين نظر با مكانيسم عمل كلر در فرايند گندزدايي متفاوت است. با توجه به قدرت بالاي گندزدايي ازن در مقايسه با كلر و ساير گندزداها، زمان كمتري جهت تكميل فرايند گندزدايي نياز مي باشد. بررسي ها همچنين بيانگر توانائي بيشتر ازن در از بين بردن ويروس ها در مقايسه با كلر مي باشد.
يکي از مهمترين مراحل در عمليات تصفيه شيرابه فرآيندهاي اکسيداسيون(شيميايي، بيولوژيکي، فيزيکي) مي باشد. اگرچه اکسيداسيون بيولوژيکي به نظر اقتصادي مي رسد اما مشكلات بعدي استفاده از لجن فعال (ازجمله وجود بوهاي نامطبوع, حشرات و …) و ضرورت توجه بيشتر به حفظ محيط زيست و سلامتي بشر از سوي ديگر سبب توجه بيشتر به فرآيندهاي اکسيداسيون شيميايي گرديده است.
عدم ايجاد فرآورده هاي جانبي خطرناک و همچنين تقويت اکسيژن محلول پساب بسيار مورد توجه قرار گرفته است.
همچنين هزينه اين روش به دليل کاهش حجم واحدهاي تصفيه (خصوصاً واحدهاي هضم، تغليظ و آبگيري از لجن) معادل يا حتي کمتر از روشهاي متعارف تصفيه مي باشد.
اين ويژگي ها و کيفيت مناسب و منطبق با استانداردهاي جهاني محيط زيست اين پروسسه را تبديل به روشي کارآمد و ارزان نموده است.
چنانچه اين فرايند همراه تصفيه دو زيستي هوازي _ بي هوازي استفاده شود، حجم تصفيه خانه به شدت کاهش يافته و کيفيت پساب خروجي به ميزان بسيار بالايي بهبود مي يابد.
همچنين تو ليد بو که يکي از معايب استفاده از سيستم هاي بي هوازي مي باشد در اين سيستم مرتفع شده است زيرا ترکيبات بدبو مانند گاز در قسمت هوازي تجزيه و مصرف مي شود.
اين روش از مناسب ترين روش هاي تصفيه شيرابه جهت حذف هم زمان مواد آلي و عوامل بيماري زا مي باشد.