سمیت فاضلاب – بخش اول

از همان زمان که فرایندهای بیولوژیکی که با میکروارگانیزم های زنده سر و کار داشته اند در تصفیه خانه های فاضلاب مورد استفاده قرار گرفتند، تاثیر مواد بازدارنده و یا عوامل سمی نیز مورد توجه بوده است. به همین علت نیاز است که با جزئیات بیشتری به این موضوع پرداخته شود. بازدارنگی می تواند هم به دلیل حضور عوامل شیمیایی و یا عوامل فیزیکی نظیر pH، درجه حرارت، پتانسیل اکسیداسیون – احیاء، محیط واسطه و غیره باشد. از سوی دیگر بسیاری از مواد و ترکیبات موجود در فاضلاب می تواند اثر بازدارندگی و سمیت بر روی میکروارگانیزم ها از خود نشان دهند. بنابراین در اینجا با دو مفهوم سروکار داریم: یکی بازدارندگی و دیگری سمیت فاضلاب.

در مفاهیم بیولوژیکی تصفیه فاضلاب، بازدارندگی به شکل کاهش فعالیت سلولی در نتیجه اختلال در سیستم آنزیمی و یا آسیب مستقیم به ساختار سلول، تعریف می گردد. چنانچه که عامل بازدارنده در واکنش های بیوشیمیایی مرتبط با حیات سلولی اثر گذار باشد، در این صورت این عامل به عنوان سمیت فاضلاب شناخته می شود. تاثیر سمیت فاضلاب به صورت اختلال در دریافت مواد مغذی توسط میکروارگانیزم و کاهش نرخ رشد و حتی مرگ سلولی، ظهور می نماید. این اختلال در پکیج تصفیه فاضلاب ، به شکل کمتر شدن نرخ تصفیه و تغییر فعالیت بیومس مشاهده می شود.

یک محیط واسطه معمولاً نه سمی است و نه غیر سمی. ساختار یک محیط واسطه که شامل ترکیبات قابل تجزیه است، کاملاً متغییر است. شرایط محیط سمی در واقع محلی است که سلول پس از تماس کوتاه مدت با آن محیط از بین می رود. بر اساس میزان حضور عوامل سمی و سابقه برخورد قبلی سلول با آن ترکیبات، آن عامل می تواند باعث تغییرات کوچک شده و یا باعث نابودی کامل سلول گردد.

زمانی که یک میکروارگانیزم با افزایش غلظت ترکیبات سمی مواجه می گردد، میزان فعالیت آن که با نرخ تجزیه ترکیبات و یا نرخ رشد اندازه گیری می شود، کاهش پیدا کرده و تا قطع کامل کلیه فعالیت ها سلولی ادامه می یابد. این نقطه که سطح مشخصی از سمیت فاضلاب می باشد، بستگی کامل به مواجهه قبلی میکروارگانیزم با همین ترکیب دارد. میکروارگانیزم ها قادر به تطابق و سازگاری با محیط هستند. این بدان معنی است که سلول قادر به ایجاد تغییر در سیستم آنزیم خود بوده و به نقطه ای می رسد که حتی ماده سمی را می تواند به عنوان یک ترکیب مصرف نماید. که احتمالاً در اینصورت انرژی مصرفی، بازیابی می شود. طی پروسه تطابق و سازگاری، میکروارگانیزم زمانی که فعالیت خود را در شرایط غیر بازدارندگی ادامه می دهد، احتمالاً قادر به تحمل غلظت های بالاتری نیز خواهد بود.

آنچه مسلم است این که مدت زمان مواجهه اهمیت زیادی دارد. بر اساس زمان، دو نوع مواجهه کوتاه مدت و بلند مدت داریم، که مواجهه بلند مدت به خصوص زمانی که غلظت اولیه کم باشد در رابطه با تطابق نقش مهمی را ایفا می کند. در واقع در این شرایط است که جرم سلولی به طور مثال در فرایندهای صنعتی، خو گرفته و تطابق پیدا می کند.

در جریان خروجی فرایند های تصفیه با بازدهی کم، جامدات معلق مشاهده شوند و در نتیجه ترکیبات سمی، سیستم را ترک نموده و در خروجی به بیرون تخلیه شده که اثرات منفی و نامطلوبی بر روی محیط پذیرنده خواهند داشت.

چطور ممکن است که تاسیسات تصفیه فاضلاب شهری که بخش اعظم از فاضلاب شهری را دریافت می کند، پذیرنده بخش قابل توجهی از سمیت فاضلاب باشند؟ جواب این سوال اینست که در مناطقی از شهرهای ما که فاقد برنامه‌ریزی یا دارای برنامه‌ریزی ضعیفی هستند، فاضلاب های صنعتی با بخش قابل توجهی از فاضلاب های قابل تجزیه بیولوژیکی شهری، مخلوط می شوند.

یک سری فرایندهای تصفیه پیشنهادی برای شهرک‌های صنعتی موجود هستند که برخی از آنها شامل تصفیه فاضلاب صنایع در محل (پیش تصفیه) و جداسازی این پساب ها از سایر پساب‌ها است. با این حال سیستم جمع آوری فاضلاب شهری، معمولاً مخلوطی از این فاضلاب ها که یا به طور کامل و یا بر اثر تخلیه تصادفی به شبکه جمع آوری شهری تخلیه شده است را حمل می کند. با آگاهی از این مسئله، به منظور تعیین اثرات کیفی و کمّی مواد سمی که معمولاً تاسیسات تصفیه بیولوژیکی فاضلاب را تحت تاثیر قرار می دهند، باید به تحقیق و جستجو بیشتری بپردازیم.

اندازه گیری سمیت فاضلاب

به عنوان بخشی از آموزه های پاراسلسوس، پزشک قرون وسطایی و بنیان گذار شیمی پزشکی، بسیاری از مواد غذایی که ما مصرف می کنیم در صورتی که در مقادیر کافی مصرف شوند، قادرند همانند سم عمل نمایند. زمانی که از تصفیه بیولوژیکی صحبت می کنیم، می دانیم که میکروارگانیزم‌ها قادر به متابولیز بسیاری از ترکیبات شیمیایی (به طور خاص ترکیبات آلی) می باشند. هر چند که نرخ تجزیه برخی از این مواد به حدی پایین است که انرژی زیادی صرف متابولیز آن ها می شود و به عنوان عامل محدود کننده رشد عمل می کنند.

اگر سمیت وجود داشته باشد، ضرورتاً به این معنی نیست که میکروارگانیزم نابود می شود، بلکه امکان نقصان در فعالیت میکروارگانیزم وجود دارد. همان گونه که پیشتر ذکر گردید، بازدارندگی تا رسیدن به نقطه مرگ و نابودی، ادامه می یابد. اگرچه در سیستم های تصفیه، بسیاری از گونه ها وجود دارند که تا سطح مشخصی از سمیت فاضلاب در درجات مختلفی تحت تاثیر قرار می گیرند، برخی از آن ها توانایی تطابق نداشته و نابود می شوند در حالی که مابقی در سیستم باقی می مانند.

نتیجه این امر، تغییر در ترکیب و جمعیت میکروبی سیستم بوده که باعث ایجاد گرایشات خاصی می شود (یک نقطه اوج جدید). این اطلاعات می تواند برای پایش جمعیت و بهره برداری راکتورها مورد استفاده قرار گیرند، هر چند که پویایی و تغییرات جمعیت فرایند بسیار آهسته ای است، بنابراین این تغییرات بیشتر برای تغییر از یک حالت پایا به حالت دیگر است. سمیت فاضلاب یا به شکل یک شوک بار سمی شدید و یا به شکل مزمن به صورت سمیت حاد بروز می نماید.

برای رسیدن به این اهداف می بایست تجهیزاتی در مرحله طراحی و همچنین در مرحله بهره برداری راکتور های بیولوژیکی برای تعیین حضور گسترده محیط سمی برای لجن بیولوژیکی، به خدمت گرفته شود. اولین وظیفه ما کمّی کردن حضور بازدارنده ها و مواد سمی در ورودی فرایند تصفیه و یا درون خود راکتور است.