آشنایی باانواع فیلترهای زیستی

تهیه کننده:مهندس کورش کُرد

1- فیلترهای غوطه ور : دراین فیلترها، قلوه سنگها وقطعات پلاستیکی کوچک ، فاز ثابت وآب به عنوان فاز متحرک از آنها عبور میکند. ویژگی خاص فلیترهای غوطه ورآن است که به طورکلی محل اصلی انجام فرایند نیتریفیکاسیون و منطقه رشد و تکثیر باکتری های نیتریفیکانت در زیر آب قرار دارد . مسیر ورود و خروج جریان آب در فیلتر، ممکن است از بالا به پایین یا بالعکس باشد. بدلیل قرار داشته محل رشد و تکثیر باکتری ها در زیر آب،اکسیژن مورد نیاز این میکروارگانیسم ها بایستی از طریق جریان آب و یا هوادهی تأمین گردد . فیلترهای غوطه ور در دو فاز(آب و بستر باکتریایی) اگر هوادهی نشوند،ممکن است دچارکمبود اکسیژن شوند . فیلترهای غوطه ور در مقایسه با فیلترهای قطره ای ، به علت حجم آب درونشان ، محیط پایدارتری برای تشکیل جمعیت های میکروب هاست .

2- فیلترهای قطره ای : فیلترهای قطره ای شباهت زیادی به فیلترهای غوطه ور دارند.تنها تفاوت این سیستم با مورد قبل آن است که در فیلترهای قطره ای محل رشد و تکثیر باکتری های نیتریفیکانت کاملاً در زیر آب قرار ندارندوتنها این منطقه مرطوب می باشد . از این رو به منظور اکسیژن رسانی به باکتری ها می توان به نحوی از جریان هوا نیز استفاده کرد. فیلترهای قطره ای در مقایسه با فیلترهای غوطه ور ، از لحاظ کاهش قابلیت موثر ناشی از کمبود اکسیژن ، مشکل کمتری دارند . 

3- بیودرام : این فیلتر از استوانه ای تشکیل شده است که نیمی از آن در داخل آب قرار می گیرد. باکتری ها بر روی سطح این استوانه رشد می کنند . پساب در کانال زیر استوانه در جریان است و به دلیل حرکت دورانی آن ، بر روی شیارهای موجود قرار میگیرد و باکتری ها آنها را تصفیه می کنند .سرعت چرخش استوانه در زیر آب باید طوری تنظیم شود که باکتری ها به مدت طولانی در زیر آب نمانند تا از کمبود اکسیژن از بین بروند و اگر سرعت دوران استوانه بیش از حد باشد،موجب جدا شدن باکتری ها از روی سطح می شود . 

معمولاً به دلیل جریان دائم آب به داخل و خارج از بیودرام ها ، این گونه فیلترها بندرت مسدود می شوند.بر اساس بررسی های به عمل آمده ، اغلب در بیودرام ها بجای اکسیژن میزان کم آمونیاک و نیتریت،عامل محدود کننده در انجام نیتریفیکاسیون می باشد.تغییر مکان بیوفیلم بین پساب و هوا ، باعث هوادهی کافی بیوفیلم و تصفیه خوب آب می شود . 

از این رو ، در هنگامی که غلظت این ترکیبات پایین باشد،بایستی سرعت چرخش بیودرام تنظیم شود . این فیلترها برای تصفیه پساب بازده بالایی دارند . 

4- بیودیسک ها :

بیودیسک ها از صفحات مدور متعددی که در فواصل معینی از یکدیگر قرار دارند،تشکیل شده اند.به منظور افزایش مساحت سطح مخصوص و کارایی فیلترها ، فاصله بین صفحات بایستی به حداقل میزان خود برسد. زیرا در این دامنه قابلیت ایجاد یک لایه کلونی باکتریابی در هر دو سوی دیسک ها بوجود آمده است ، در ضمن آب نیز درمیان دیسک ها گردش می کند.سرعت گردش بیودیسک ها نیز بایستی تقریباً با بیودرام یکسان باشد . 

5- فیلترها بستر متحرک : ( فیلترهای بستر مایع ) :

در این روش مقدار زیادی شن و ماسه بطور معلق در داخل استوانه ای قرار می گیرد . پساب با جریان کافی از زیر استوانه وارد و از بالا خارج می شود. برای معلق نگهداشتن شن ها در داخل استوانه ، فشار زیاد پساب ضروری است . باکتری ها به دلیل ریز بودن، روی دانه های شن که سطح وسیعی را اشغال کرده ، رشد می کنند و به تصفیه آب می پردازند.در این فیلتر باکتری ها اکسیژن مورد نیاز خود را از طریق آب تأمین می نمایند و از اینرو بایستی جریان آب فشار لازم را داشته و از اکسیژن نیز غنی باشد.در تکثیر و پرورش آبزیان از این فیلترها زیاد استفاده نمی شود . 

6- فیلتر دانه تسبیهی ( فیلترهای با بسترهای باکتریابی سبک ) :

فیلترهای دانه تسبیهی بخصوصی از نمای خارجی به فیلترهای بستر متحرک شباهت زیادی دارند.مهمترین تفاوت این فیلترها با فیلترهای بستر متحرک این است که در این فیلترها ، محل رشد باکتری ها بر روی قطعات کوچک وسبک پلاستیکی قرارگرفته است.در این فیلترها از مهره هایی از جنس پلاستیک یا پلی استیرن استفاده می شودکه این مهره ها به خاطر وزن کم آن ها شناور می مانند . آن ها را در یک مجرا می ریزند و انتهای مجرا را با توری می بندند تا مهره ها خارج نشوند . این مهره ها تشکیل یک ماده واسط را برای تصفیه بیولوژیکی   می دهند و همچنین به خاطر فضای خالی نسبتاً کوچکشان ، مواد جامد را به خوبی جداسازی میکنند . وقتی که فیلتر بسته شود یک مخلوط کن پروانه ای وارد عمل می شود . لذا هر چند وقت یکبار مهره ها را تمیز می کنند تا بیوفیلم اضافی و مواد جامد جمع شده را حذف کنند. این مواد در کف مجرا ته نشین میشوند و میتوان از آنجا به خارج هدایت کرد . 

نانو فیلتراسیون:

نانو فیلتراسیون یکی از کاربردهای مهم فناوری نانو است که امکان جداسازی ذرات را از آب در مقیاس نانو و تولید آب تصفیه شده در حجم انبوه را فراهم می سازد . با استفاده از نانوفیلترها ، مواد معدنی لازم در آب باقی می ماند و مواد سمی و مضر از آن حذف می شوند . 

یک غشاء نانو فیلتراسیون غشایی تحت فشار است که دارای خواص ویژه ای ما بین خواص فرایند اولترا فیلتراسیون (UF) و اسمز معکوس (RO) می باشد که برای حذف نمک های چند ظرفیتی عناصری مانند کلسیم،آهن،منگنز،اورانیوم و برخی آفت کش ها بکار می رود . این فرایند برای تصفیه نمودن آب های سطحی و زیر زمینی آلوده مناسب است.می توان با این روش میکرو ارگانیزم های مختلف را از بین برد و تیرگی و سختی آب را کاهش داد و روش موثرتری نسبت به روش های فعلی برای نمکزدایی و دفع شوری آب است . فیلترهای معمولی توانایی فیلتر کردن ذرات 100 تا 1000 نانو متر را دارند.این در حالی است که جداره روزنه های غشاهای نانو معمولاً بین 1 تا 10 نانومتر است.غشاهای مورد استفاده در فرایند نانو فیلتراسیون معمولاً مولکول های بزرگ را دفع می کنند و در مقایسه با فرآیند اسمز معکوس، قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاهها یا آب های سطحی را بخوبی تصفیه کنند.این فرایند قادر است انواع باکتری ها،ویروس ها ،آفت کش ها ، آلاینده های با غشاء آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند . نظر به اینکه در فرایند نانو فیلتراسیون از هیچ ماده شیمیایی برای سختی گیری آب استفاده نمی شود . بنابراین اثرات منفی زیست محیطی آن به مراتب کمتر از روش های شیمیایی معمول است . 

حذف فلزات سنکین و موادآلی 

نانو ذرات Tio2 برای اکسیدکردن آلاینده های آلی مورد استفاده قرار میگیرند این ذرات می توانند عامل اکساینده باشند و تولید آب یا دی اکسیدکربن میکنند . مطالعات اخیر نشان می دهد که از Tio2 در مقیاس نانو می توان برای رفع آلاینده ها، ویروس ها و مواد شیمیایی آلی خطرناک استفاده کرد . 

حذف آرسنیک :

اختراع جدید موسوم به Arsen Xnp ُکارایی و راندمان بالایی درحذف آرسنیک نشان داده است . این اختراع یک رزین مبادله یونی است که در راستای تکمیل رزین های انتخابگر جهت تصفیه آب های زیرزمینی از یون های نیترات ،پرکلرات و کروم شش ظرفیتی ساخته شده است . از مهمترین امتیازات Arsen xnp انتخاب گری بالای آن برای یون آرسنیک است که پلیمرای پایه آن برای دوام و بقا نیاز به شستشو ندارند. به عبارت دیگر این محصول عمر طولانی و کاربرد بسیار ساده ای دارد.این فناوری علاوه بر حذف آرسنیک ازآب آشامیدنی، جهت حذف آرسنیک از پساب های صنایع نیمه هادی و آب های استفاده شده در برج های خنک کننده نیز کاربرد دارد .

حذف نیترات : 

استفاده از  نانو ذرات آهن با قطر 10-100nm ( متوسط 25mm ) و سطح ویژه  در حذف نیترات از محیط های آبی،راندمان حذف بسیار بالایی داشته بطوریکه غلظت های اولیه 300-500 میلی گرم بر لیتر در طی 3 ساعت به 5-4 میلی گرم بر لیتر رسیده است.در این فرایند PH به عنوان پارامتری اساسی،احیاء نیترات را کنترل کرده بطوریکه در 5/4 > PH طی 3 ساعت تغییری در غلظت نیترات مشاهده نشده است . کنترل  PH با تزریق اسید در طی واکنش در محدوده 4-2 باعث افزایش سرعت و راندمان واکنش می شود .