حذف بیولوژیکی فسفر

برای حذف بیولوژیکی فسفر باید شناختی نسبی نسبت به تولید فاضلاب داشت. منابع و مقدار فسفر فاضلاب بسيار متغير و ممكن است از منابعى چون فاضلابها و پسماندهاى انسانى، فاضلابهـاى صنعتـى و تجـارى ، پـاك كننده هاى مصنوعى و شوينده هاى خانگى و كودهاى شيميايى وارد آب شـود . فسـفر يكى از عمـده ترين عوامل ايجاد پديده يوتريفيكاسيون به شمار مىآيد . اين پديده به علت رشـد سـريع جلبكهـا رخ مىدهد و مـواد مغذى محلـول در آب عامـل تحريك آنها مىشـود . براى جلوگيرى از اين پديده لازم اسـت مواد مغذى بويژه تركيبات فسـفره فاضلاب تصفيه شـده را به حداقـل ممكـن كاهـش داد. تركيبات فسـفره در فاضلاب از نظر شيميايى به صورتهاى ارتوفسـفات ، پلى فسـفات و فسـفات آلى موجود اسـت. بـراى زدايش تركيبـات فسـفره مى توان از روشهاى حذف بیولوژیکی فسفر اسـتفاده كرد. فسفر يك عنصر اساسـى براى موجودات زنده اسـت . معمولاً حدود
2درصد وزن خشـك مواد سلولى را فسفر تشكيل مىدهد.

دفع لجن مازاد سامانه هاى تصفيه لجن فعال متعارف، باعث زدايش 10تا 30درصد تركيبات فسفره فاضلاب بهداشـتى مىشـود، لذا براى زدايش موثر فسفر لازم است از سـامانههاى زدايش زيستى اصلاح شده استفاده كرد. با اصلاح سـامانه هاى متعارف تصفيه مىتوان گروهى از ميكروارگانيسـم ها را – كه مهمترين آنها اسينتوباكتر است ، رشد داد. مقدار فسفر سلول آنها بسيار بيشتر از ميكروارگانيسم هاى ديگر است . در اين سامانه ها با قرار دادن يك مرحله بىهوازى در قسمتى از فرايند ، مقدار فسفر لجن دفعى به حدود 3تا 6درصد مىرسد.

روش حذف بیولوژیکی فسفر

در سامانه هاى متعارف تصفيه زيستى فاضلاب، فسفر براى سنتز توده زيستی درخلال زدايش BODمصرف مىشود. فسفر يك عنصر ، اساسى براى انتقال انرژى و تركيبات سلولى از قبيل فسفوليپيدها ،نوكلوئوتيدها و نوكلوئيك اسيد ميكروارگانيسمهاست. مواد جامد ميكروب حاوى 1/5تا 2درصد وزن خشك فسفر است. نتيجه دفع مواد جامد زيســتى اضافى بااين غلظت فســفر، زدايش 10تا 30درصد كل فسفراســت كه اين مقدار بســتگى به نســبت اكسيژن خواهى بيوشيميايى به فسفر، عمر لجن، روش انتقال لجن و جريان جانبى برگشتى دارد.

شــاپيرو و همكارانش براى آزاد سازى فســفر پيشنهاد كردند كه لجن برگشــتى قبل از برگشت به مخزن هوادهى، تحت شرايط بى هوازى قرارگيرد. گرچه هيچ توضيحى براى اين پديده داده نشد ولى بااين كار اولين فرايند زدايش زيســتى فســفر بنام فستريپ معرفى شد. برنارد در اوايل دهه 1970اظهار كرد كه اگر لجن تحت شرايط بىهوازى قرار گيرد، فسفر آن آزاد مىشود و سپس اگر به يك محيط هوازى وارد شود فسفر بطور زيستى حذف مىشود.اين تئورى عمل تصفيه خانه هاى نهر گونه را كه در آن سطح بالايى از زدايش فسفر مشاهده مىشود توضيح مىدهد. پائين بودن ســرعت انتقال اكســيژن در قســمت ورودى مخازن نهرگونه باعث ايجاد شرايط بىهوازى مىشود كه با آزاد سازى فسفر ارتباط دارد. ســپس در نواحــى انتهايى مخزن كه مقدار اكســيژن محلول بالا مىرود فسفر جذب خواهد شد.

در آمريكا بررسى هاى انجام شده در مورد سامانه هاى بزرگ، نشان مىدهد كه در ســه واحد با جريان نهر گونه، مقدار حذف بیولوژیکی فسفر 85
تا 95درصد بوده است و مقدار فسفر در لجن دفعى 2تا 7,3درصد وزن خشك است. در تماماين واحدها شرايط زير بر قرار بوده است:

• غلظت اكســيژن محلول از وســط حوض هوادهى تا انتهاى سامانه، 2ميلى گرم در ليتر يا بيشتر بوده است.
• با اســتفاده از سامانه تصفيه لجن، از برگشت فسفر به سامانه لجن فعال جلوگيرى شده است.
• براى جلوگيرى از آزاد ســازى فســفر و خــروج آن همراه با فاضلاب تصفيه شده، در ته نشين كننده نهايى شرايط هوازى موجود
  بوده است:

در اوايل دهه 1970علاوه بر توســعه حذف بیولوژیکی فسفر (فستريپ)در آمريكا مشاهده شد كه در فرايند زيستى 4مرحله اى نيتريفيكاسيون و دنيتريفيكاسيون باردن فو – كه برنارد ارائه داده است، فسفر نيز زدوده مىشود. اين فرايند شامل مراحل هوازى – بىهوازى ،هوازى، هوازى – بىهوازى
و هوازى با برگشــت لجن از مرحلــه اول هوازى به اولين مرحله اناكســيك است. برنارد مشاهده كرد كه در مرحله زدايش زياد فســفر در پايلوت، فســفر از 100ميلى گرم در ليتــر به 0.3ميلى گــرم در ليتر در مخــزن هوادهى انتهايى كاهش داشــته اســت. او متوجه شد كه فسفر در خلال مخزن دوم هوازى – بىهوازى كه دقيقاً بىهوازى بـوده اسـت ( عدم وجود نيـترات و اكسيژن محلول ) آزاد مىشــود و در مـخزن هوادهـى نهايى جذب مىشود. اين
موضوع پژوهشگران را متوجه كرد كه حذف بیولوژیکی فسفر در سامانه لجن فعال امكان پذير است، به شرط اينكه قبل از مرحله هوازى، يك مرحله بىهوازى قرار گيرد تا فســفر آزاد شــود. بدين ترتيب مشخص شــد كه در فرايندهاى لجن فعال با جريان نهر گونه، آزاد شدن فسفر در نزديكى ناحيــه ورودى حوض هوادهى صورت مىگيرد و به دنبال آن جذب فسفر در طول حوض كه غلظت اكسيژن محلول افزايش مىيابد انجام مىپذيرد. ديگر محققين اســتفاده از ســامانه بى هوازى جداگانه، قبل از ســامانه هوازى را پيشــنهاد كــرده و آن را فرايند فوردوكس ناميده اند.

مكانيزم حذف بیولوژیکی فسفر

در حذف بیولوژیکی فسفر ، تئــورى مــورد قبول عاماين اســت كه شــرايط بىهوازى – هوازى ســبب رقابــت ميكروارگانيســمهاى ذخيــره كننده فســفر و ميكروارگانيســمهاى مصــرف كننــده تركيبــات آلى مىشود. 

مكانيزم حذف بیولوژیکی فسفر براساس مراحل زير است:

• گروهى از باكتريها قادرند مقدار بيش از حد معمول فسفر را بصورت پلى فسفات ذخيره نمايند.
• ايــن باكترىهــا در لايــه بىهــوازى، تركيبات آلى تخميرى ساده را جذب كرده و به مواد ذخيرهاى در داخل سلول خود تبديل مىكنند.
• در فــاز بىهــوازى مواد ذخيرهاى اكســايش يافته، انرژى توليد و ذخيره پلى فسفات در داخل سلول افزايش مىيابد.

مطالعات نشان مىدهد كه تعدادى از ميكروارگانيسمها مىتوانند مقدارى فســفر اضافــى در خود ذخيره كنند. فــون و چــن لجــن دو تصفيه خانه را كــه در هر دو زدايش فسفر در ســطح بالايى صورت مىگرفت، بررسى كردند و باكترى اســينتو باكتر را بعنوان باكترى زداينده فســفر تشــخيص دادند.اين باكترى از نــوع ميلهاى گرم منفى، گوشــتالو و كوتاه با اندازه 1تا 1/5ميكرون اســت.

كه به شــكلهاى دوتايى، رشتهاى كوتاه يا خوشهاى ديده مىشود. اين محققين در محيط كشت خالص ناپيوسته سيكل هاى بىهوازى – هوازى متوجه شدند كه وقتى استات به سامانه اضافه شود، حذف فسفر بيشتر مىشود. آنها به اين نتيجه رســيدند كه در فاز بىهوازى كه زدايش فسفر در آن زياد
است، محصولاتى از قبيل اتانول، استات و ساكسينات توليد مىشود كه منبع كربن براى اسينتو باكتر است.در ضمن آنها متوجه شدند كه كربوهيدراتهاى ساده در فاز بىهوازى توسط اسينتو باكتر مصرف مىشود.اين محققين همچنين به اين نتيجه رســيدند كه آزادسازى فســفر را مىتوان با افزايش كربن دى اكســيد درخــلال فاز بىهوازى افزايش داد.اين موضوع pHرا نيز كاهش مىدهد.