بیایید ابتدا یک چیز را درک کنیم: در تصفیه خانههای فاضلاب، لجن فعال فقط گل و لای معمولی نیست. این خانه گروهی از «متخصصان تصفیه فاضلاب» است - میکروارگانیسمهایی مانند باکتریها، قارچها و تکیاختهها در داخل آن زندگی میکنند و برای بقا به مواد آلی موجود در فاضلاب متکی هستند. در عین حال، آنها آلایندهها را به آب بیضرر و دیاکسید کربن تجزیه میکنند که باعث تمیز شدن فاضلاب میشود. اما هنگامی که لجن فعال «مسموم» میشود، این متخصصان کوچک پژمرده میشوند، ظرفیت پردازش به شدت کاهش مییابد و حتی کل سیستم ممکن است فرو بریزد. امروز، بیایید آن را از هم جدا کنیم و در مورد چگونگی ایجاد تدریجی این مسمومیت در از بین رفتن توانایی پردازش صحبت کنیم.
اولاً، مهم است که مشخص شود منظور از «مسمومیت لجن فعال» چیست؟ در واقع، این فقط به این دلیل است که «سموم» نامناسبی با فاضلاب مخلوط شده است - میتواند فلزات سنگین تخلیه شده از کارخانهها (مانند مس، کروم، جیوه)، اسیدها و بازهای قوی یا ترکیبات آلی دشوار تجزیه (مانند اجزای موجود در برخی از آفتکشها و فاضلابهای شیمیایی) باشد. هنگامی که این مواد وارد سیستم میشوند، به «قاتلان مرگبار» برای میکروارگانیسمها تبدیل میشوند که سپس یک سری واکنشهای زنجیرهای را ایجاد میکنند و به طور طبیعی ظرفیت پردازش آنها را کاهش میدهند.
اولین قدم، و همچنین مستقیمترین قدم، کشتن «بازیکنان اصلی» - باکتریها با سم است. همه ما میدانیم که هسته لجن فعال باکتریهای هتروتروف هستند که نیروی اصلی در تجزیه مواد آلی هستند. غشاهای سلولی و سیستمهای آنزیمی این باکتریها همگی «نقاط ضعف» هستند. به عنوان مثال، فلزات سنگین، هنگامی که با باکتریها تماس پیدا میکنند، به غشای سلولی میچسبند و ساختار غشای سلولی را میشکنند که معادل خرد کردن «پوسته محافظ» باکتریها است. سیتوپلاسم و هسته داخل آن نشت میکند و باکتریها مستقیماً میمیرند. همچنین سمومی وجود دارند که با آنزیمها در بدن باکتریها برای فضا رقابت میکنند. آنزیمها در اصل «ابزارهایی» هستند که به باکتریها در تجزیه مواد آلی کمک میکنند. هنگامی که سموم فضا را اشغال میکنند، آنزیمها نمیتوانند کار کنند و حتی اگر باکتریها زنده باشند، نمیتوانند «غذا بخورند» و فقط میتوانند به آرامی از گرسنگی بمیرند.
به آن فکر کنید، حوضچه در اصل پر از باکتریهای فعال بود، اما پس از مسمومیت، آنها مردند و فرو ریختند و تعداد باکتریهایی که میتوانستند کار کنند ناگهان به نصف کاهش یافت. قبلاً، 100 باکتری میتوانستند 100 قسمت از مواد آلی را پردازش کنند، اما اکنون فقط 20 باکتری زنده باقی مانده است. آیا 80 قسمت باقیمانده از مواد آلی در حوضچه جمع نشده است؟ کیفیت پساب باید از استاندارد فراتر رفته باشد، بنابراین ظرفیت تصفیه کاهش یافته است.
گام دوم این است که حتی اگر برخی از باکتریها فوراً نمیمیرند، باز هم «بیش از حد میترسند که حرکت کنند» - وارد «حالت خفته» میشوند یا حالت متابولیک خود را تغییر میدهند و دیگر آلایندهها را به درستی تجزیه نمیکنند. بسیاری از میکروارگانیسمها دارای «واکنش استرس» هستند. هنگامی که آنها در محیط احساس خطر میکنند (مانند وجود سموم)، رشد، تولید مثل و فعالیتهای متابولیکی طبیعی را متوقف میکنند و در عوض برخی از «مواد محافظ» را برای پوشاندن خود سنتز میکنند، درست مانند حیواناتی که به خواب زمستانی میروند و ابتدا جان خود را نجات میدهند.
به عنوان مثال، اگر غلظت بالایی از ترکیبات فنلی (که معمولاً در فاضلابهای شیمیایی یافت میشود) ناگهان با فاضلاب مخلوط شود، بسیاری از باکتریهایی که مواد آلی را تجزیه میکنند «اعتصاب» میکنند و دیگر COD (نیاز اکسیژن شیمیایی، نشاندهنده مقدار مواد آلی در آب) را تجزیه نمیکنند. در عوض، آنها یک مسیر متابولیکی ویژه را فعال میکنند تا سعی کنند فنولها را تجزیه کنند تا جان خود را نجات دهند. اما به این ترتیب، آنها انرژی لازم برای مقابله با مواد آلی که باید تصفیه میشدند را ندارند و COD موجود در حوضچه را نمیتوان کاهش داد، بنابراین اثر تصفیه به طور طبیعی بدتر میشود. علاوه بر این، این «خواب» موقتی نیست. اگر سموم ادامه داشته باشند، باکتریها ممکن است فعالیت خود را بازیابی نکنند و ظرفیت پردازش آنها برای مدت طولانی کند خواهد بود.
گام سوم این است که «ساختار» لجن فعال مختل میشود و از «گروههای کوچک لختهای» به «سربازان پراکنده» تبدیل میشود و نمیتواند به درستی ته نشین شود و سیستم تصفیه را بیشتر به عقب میکشد. لجن فعال معمولی لختهای است، مانند توپهای پنبهای کوچک، و این لختهها با تعداد زیادی باکتری پوشانده شدهاند، با عملکرد ته نشینی بسیار خوب - در مخزن رسوبگذاری ثانویه، آنها میتوانند به سرعت به ته مخزن ته نشین شوند، آب تمیز از بالا جریان مییابد و لجن نیز میتواند برای استفاده مداوم به مخزن هوادهی بازگردانده شود.
اما هنگامی که مسموم میشود، وضعیت تغییر میکند. از یک طرف، پس از مرگ باکتریها، «اسکلت» موجود در لختهها (عمدتاً مواد چسبناک مانند پلیساکاریدها و پروتئینهای ترشح شده توسط باکتریها) پشتیبانی خود را از دست میدهد و لختهها به ذرات کوچک تجزیه میشوند. از طرف دیگر، برخی از سموم میتوانند مواد چسبناک ترشح شده توسط باکتریها را از بین ببرند و باعث شوند لختهها چسبندگی خود را از دست بدهند و نتوانند جمع شوند، فقط در آب شناور شوند. این ذرات کوچک شکسته شده نمیتوانند در مخزن رسوبگذاری ثانویه فرو بروند و با پساب جریان مییابند و پدیده «دویدن گل» را تشکیل میدهند.
به آن فکر کنید، تمام لجن فرار کرده است، مقدار لجن فعال در مخزن هوادهی در حال کاهش است و میکروارگانیسمهای کمتری وجود دارند که میتوانند کار کنند و یک چرخه معیوب ایجاد میکنند. و لجن خارج شده نیز باعث میشود پساب کدر شود و COD و SS (جامدات معلق) از استاندارد فراتر روند. سیستم تصفیه مانند اضافه کردن توهین به آسیب است. آیا ظرفیت تصفیه نمیتواند کاهش یابد؟
گام چهارم این است که «تعادل اکولوژیکی» میکروارگانیسمها را مختل میکند و باعث میشود باکتریهای مفید ناپدید شوند و باکتریهای مضر به سرعت رشد کنند و بیشتر در فرآیند تصفیه اختلال ایجاد کنند. در لجن فعال معمولی، میکروارگانیسمها با یکدیگر همکاری میکنند: باکتریها مواد آلی را تجزیه میکنند تا مواد مولکولی کوچک تولید کنند، تکیاختهها (مانند نماتدها و روتیفرها) باکتریها را میخورند، تعداد باکتریها را کنترل میکنند و مواد چسبناک را ترشح میکنند تا به تشکیل لختهها کمک کنند. همه نقش خود را در حفظ پایداری سیستم ایفا میکنند.
پس از مسموم شدن، این تعادل مختل میشود. از آنجایی که میکروارگانیسمهای مختلف تحمل متفاوتی نسبت به سموم دارند - باکتریهای مفیدی که مواد آلی را تجزیه میکنند اغلب تحمل ضعیفی نسبت به سمیت دارند و ابتدا میمیرند. با این حال، برخی از باکتریهای متفرقه بسیار سمی (مانند اکتینومیستهای خاص) زنده ماندند و شروع به تولید مثل در مقادیر زیاد کردند. این باکتریهای متفرقه نه تنها آلایندهها را تجزیه نمیکنند، بلکه با باکتریهای مفید باقیمانده برای مواد مغذی و اکسیژن رقابت میکنند و حتی موادی را ترشح میکنند که رشد باکتریهای مفید را مهار میکند.
به عنوان مثال، گاهی اوقات پس از مسمومیت، تعداد زیادی باکتری رشتهای در مخزن هوادهی ظاهر میشود. این باکتریها نازک و بلند رشد میکنند و دور لختههای لجن فعال میپیچند و باعث کاهش عملکرد ته نشینی لختهها (معمولاً به عنوان «تورم لجن» شناخته میشود) میشوند که میتواند باعث نشت لجن نیز شود. علاوه بر این، باکتریهای رشتهای مواد آلی را زیاد تجزیه نمیکنند. هنگامی که تعداد آنها زیاد باشد، فضای زندگی باکتریهای مفید فشرده میشود و ظرفیت پردازش آنها به طور طبیعی قابل بهبود نیست.
در نهایت، «توانایی بازیابی» لجن فعال پس از مسمومیت ضعیف میشود و حتی اگر سموم بعداً حذف شوند، ظرفیت تصفیه را نمیتوان بلافاصله بازیابی کرد. از آنجایی که رشد و تولید مثل میکروارگانیسمها به زمان نیاز دارد، باکتریهای مرده را نمیتوان احیا کرد و چند باکتری باقیمانده باید به تعداد اصلی خود تولید مثل کنند، ساختارهای لخته را بازسازی کنند و تعادل اکولوژیکی را بازیابی کنند. این فرآیند ممکن است چندین روز یا حتی هفتهها طول بکشد. در این مدت، ظرفیت پردازش سیستم در سطح پایینی قرار دارد. اگر در این میان خطایی وجود داشته باشد (مانند نوسانات بار ورودی)، ممکن است حتی به طور کامل فرو بریزد و نیاز به افزودن لجن برای راهاندازی مجدد داشته باشد.
به طور خلاصه، دلیل اینکه مسمومیت لجن فعال منجر به کاهش ظرفیت تصفیه میشود، اساساً یک «حمله سمی به میکروارگانیسمها» است - ابتدا کشتن یا مهار باکتریهای تجزیهکننده اصلی، سپس از بین بردن ساختار لخته و تعادل اکولوژیکی میکروبی لجن و در نهایت منجر به ناتوانی مواد آلی در تجزیه، فرار لجن و یک چرخه معیوب در سیستم میشود. بنابراین بزرگترین ترس برای تصفیه خانههای فاضلاب، اختلاط ناگهانی مواد سمی با آب ورودی است. آنها معمولاً باید کیفیت آب ورودی را کنترل کنند و در صورت مشاهده هرگونه ناهنجاری، فوراً اقداماتی را انجام دهند. در غیر این صورت، سیستم تصفیه که با زحمت ساخته شده است، ممکن است به دلیل یک مسمومیت واحد از کار بیفتد.
