آلودگی ها در فاضلاب

• میکروپلاستیک ها در محصولات باقی مانده از خانوارهای انسانی وجود دارند که می توانند به عنوان کود در مزارع استفاده شوند. دلایل خوبی برای بازیافت محصولات باقیمانده وجود دارد، اما تردید در مورد اثرات میکروپلاستیک ها بر حاصلخیزی خاک، بازیافت را محدود می کند. • میکروپلاستیک ها در زباله های آلی خانگی و لجن فاضلاب وجود دارد، اما تصویر واضح و ظریفی از محتوا وجود ندارد. لجن فاضلاب حاوی بسیاری از ذرات ریز (عمدتاً الیاف و قطعات) است، در حالی که زباله‌های آلی خانگی حاوی چندین قطعه بزرگتر (تکه‌های بسته‌بندی و کیسه‌ها) است. نشانه هایی وجود دارد که کمپوست حاوی بیشترین ذرات در هر است واحد فسفر • میکروپلاستیک ها در خاک یافت می شوند، اما مطالعات کمی وجود دارد که غلظت در واحد جرم را اندازه گیری کرده باشد. هیچ داده قابل مقایسه ای بین آزمایش های مزرعه ای و آزمایشگاهی وجود ندارد، همانطور که هیچ مطالعه ای وجود ندارد که تعادل جرم میکروپلاستیک ها (و در نتیجه تخریب) را ارزیابی کند، و هنوز مشخص نیست که محصولات باقیمانده به عنوان کود تا چه حد در آلودگی خاک در مقایسه با سایر منابع (پلاستیک کشاورزی، تخلیه زباله، کارکردن خاک و غیره). • تحقیق در مورد اثرات میکروپلاستیک در محیط خاک یک حوزه نسبتا جدید است که بیشترین نتایج تا کنون از آزمایشات آزمایشگاهی است. آزمایش‌های آزمایشگاهی اغلب از سیستم‌های کاهش‌یافته استفاده می‌کنند، همانطور که اغلب از غلظت‌های بالاتری استفاده می‌کنند که انتظار می‌رود در آزمایش‌های صحرایی پیدا شود. اگر بخواهید این نتایج را به مقیاس میدانی منتقل کنید، می تواند از نظر تفسیر چالش هایی ایجاد کند. • در برخی از آزمایشات آزمایشگاهی نشان داده شده است که میکروپلاستیک ها می توانند بر موجودات زنده خاک تأثیر بگذارند. بسیاری از ارگانیسم ها میکروپلاستیک های کوچک را می بلعند که به طور بالقوه می تواند اثرات منفی مختلفی بر روی ارگانیسم داشته باشد و می تواند به عنوان اولین پیوند در تجمع زیستی میکروپلاستیک ها عمل کند. با این حال، در حال حاضر هیچ اتفاق نظری در ادبیات وجود ندارد (برخی از مطالعات اثرات منفی را نشان می‌دهند، در حالی که برخی دیگر هیچ اثری از میکروپلاستیک‌ها را نشان نمی‌دهند)، و تعداد مطالعات اثر انجام شده در غلظت‌های پلاستیکی واقعی و تحت سناریوهای قرار گرفتن در معرض واقعی محیط‌زیست هنوز محدود است.

آب زهکشی کشاورزی در فاضلاب

گرمایش جهانی عمدتاً ناشی از علل انسانی، افزایش بهره وری کشاورزی و تشدید تضاد بین عرضه و تقاضای آب را محدود کرده است. در این زمینه، تالاب های ساخته شده (CWs) می توانند یکی از راه حل های مبتنی بر طبیعت برای تصفیه و استفاده مجدد از منابع فاضلاب غیر متعارف باشند. هدف از این تحقیق ارزیابی عملکرد CWs در تصفیه فاضلاب (به عنوان مثال، آب زهکشی کشاورزی و فاضلاب خانگی) و بررسی پتانسیل پساب های آنها برای استفاده مجدد کشاورزی بود. برای دستیابی به این هدف، کار بر اساس مرور ادبیات و رویکرد تجربی انجام شد. یافته‌ها نشان داد که CWs می‌تواند یک گزینه موثر برای تصفیه آب زهکشی کشاورزی (ADW) و فاضلاب خانگی باشد. همچنین مشخص شد که سیستم‌های درمان ADW می‌توانند حتی پس از یک دوره طولانی کارکرد مؤثر باشند. عملکرد تصفیه سیستم های CW تحت تاثیر عوامل طراحی و عملیاتی است. به عنوان مثال، استفاده از سازه های هیدرولیکی ساده و استقرار پوشش گیاهی می تواند با افزایش زمان ماند هیدرولیکی، راندمان حذف آلاینده ها را بهبود بخشد. علاوه بر این، افزودن فناوری‌های دیگر (به عنوان مثال، تصفیه UV، راکتورهای بی‌هوازی) می‌تواند کیفیت فاضلاب تصفیه‌شده توسط CWهای تک مرحله‌ای را بهبود بخشد. به طور خاص، اکیداً توصیه می‌شود که فن‌آوری‌های ضدعفونی ویژه را به سیستم‌های تصفیه CW اضافه کنید تا استانداردهای استفاده مجدد کشاورزی را برآورده کند، زیرا نشان داده شده است که بارهای میکروبی اغلب از حد مجاز فراتر می‌رود.

عامل آلودگی آب (فاضلاب)

فاضلاب های صنعتی که به سایر آب ها تخلیه می شود که خطرات جدی برای سلامت انسان و همچنین محیط زیست دارد. صنایع نفت و قیسی نیز در کنار صنایع مختلف از عوامل اصلی آلودگی آب هستند. مطالعه حاضر با هدف ارزیابی بار میکروبی فاضلاب صنایع نفت لاهور و تصفیه آن با استفاده از مواد منعقد کننده شیمیایی و طبیعی انجام شد. نمونه های آب از سه صنعت منتخب روغن و قیمه در لاهور جمع آوری شد. خواص فیزیکوشیمیایی (نیاز به اکسیژن شیمیایی (COD)، نیاز بیولوژیکی به اکسیژن (BOD) و کدورت) و آلودگی میکروبی نمونه‌های آب قبل و بعد از تصفیه مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که نمونه های تیمار شده با منعقد کننده های طبیعی مانند پوست پرتقال و موز و دانه خرما کاهش ملایمی در پارامترهای فیزیکوشیمیایی نشان دادند. منعقد کننده های پوست پرتقال و موز باعث کاهش 30 درصدی شدند، در حالی که منعقد کننده های دانه خرما باعث کاهش 60 درصدی پارامترهای فیزیکوشیمیایی شدند. کاهش قابل توجهی در بار میکروبی با استفاده از منعقد کننده های طبیعی مشاهده شد. اما برای منعقد کننده های شیمیایی مشاهده شد که کلرید آهن با زاج و کاتیون Ca+2 با پودر سفید کننده باعث کاهش شدید شاخص های فیزیکوشیمیایی و بار میکروبی شده است. در حالی که در تیمار نمونه های فاضلاب با پلی آلومینیوم کلرید (PAC) و آلوم، کاهش معنی داری در شاخص های فیزیکوشیمیایی و بار میکروبی مشاهده نشد. نتیجه گیری شد که منعقد کننده های شیمیایی در مقایسه با منعقد کننده های طبیعی توانایی بهتری در تصفیه فاضلاب دارند. 

فاضلاب های سرریز شده

سرریزهای ترکیبی فاضلاب، که در جریان آب و هوای مرطوب از ترکیب جریان ورودی و روان آب طوفان در سیستم فاضلاب ایجاد می شود، منجر به سرریز فاضلاب تصفیه نشده از سیستم فاضلاب می شود که در نهایت ممکن است حاوی ریزآلاینده های مختلف  باشد. در این مطالعه، یک CSO پیش تیمار شده با انعقاد-لخته‌سازی-رسوب (CFS) با MPs با ازن زنی کاتالیزوری با استفاده از کاتالیزورهای مبتنی بر کربن، آهن و پراکسید درمان شد. کاتالیزورها مشخص شدند و فعالیت آنها در حذف MPs در دو دوز مختلف ازن (O3) (5 و 10 میلی گرم در لیتر) مورد مطالعه قرار گرفت. اثر تیمار بر پساب CSO مشخص شده نیز از سمیت حاد پساب با استفاده از تست‌های سنجش سمیت رده سلولی Microtox، مخمر و ماکروفاژ ارزیابی شد. همه کاتالیزورهای مبتنی بر کربن سطح بزرگی را نشان دادند که به شدت تحت تأثیر تکنیک فعال سازی در تهیه کاتالیزور بود. تیمار CFS به شدت کدورت (≥ 60٪) را کاهش داد، اما اثر حاشیه ای بر UV254، کربن آلی محلول (DOC) و pH داشت. کربن مبتنی بر لجن (SBC) ظرفیت جذب قوی (بازده حذف 60 درصد) را برای همه MPهای مورد مطالعه در مقایسه با سایر کاتالیزورهای مبتنی بر کربن و آهن نشان داد. ازن زنی به تنهایی برای تجزیه MPs به راحتی قابل اکسیداسیون (سولفامتوکسازول، مکوپروپ، و اسید 2،4-دی کلروفنوکسیل استیک) موثر بود، که به بیش از 80 درصد راندمان تخریب در 10 میلی گرم در لیتر ازن دست یافت، اما برای آترازین (60 ≤) موثر نبود. درصد راندمان تخریب) در دوز مشابه O3. ازن زنی کاتالیزوری (در دوز 10 میلی گرم L‒1 O3) تخریب MPs را در دوز پایین کاتالیزور بهبود بخشید، اما دوز بالاتر به شدت از تخریب آنها جلوگیری کرد. در همه موارد، پساب ها سمیت حاد ناچیزی را نشان دادند که نشان دهنده مناسب بودن فرآیند برای تصفیه CSO است.

فاضلاب بدون هوادهی

در سال‌های اخیر، فرآیند فتوگرانول اکسیژنی (OPG) به دلیل پتانسیل آن برای تصفیه فاضلاب بدون هوادهی اضافی، توجه فزاینده‌ای به دست آورده است. فتوگرانول‌های اکسیژنی (OPGs) دانه‌های کروی متراکم هستند که از میکروارگانیسم‌های فوتوتروف و غیرفتوتروف تشکیل شده‌اند. در راکتورهای تصفیه فاضلاب OPG، فتوگرانول ها از نظر تعداد و همچنین اندازه رشد می کنند. هدف اصلی این پایان نامه بررسی چگونگی رشد OPG ها در اندازه و چگونگی تأثیر رشد بر ساختار و عملکرد آنها بود. ما دریافتیم که OPG ها با بزرگتر شدن اندازه، دچار تغییرات ساختاری می شوند. همانطور که OPG ها بزرگتر می شوند، سیانوباکتری های رشته ای غنی می شوند در حالی که سایر میکروب های فوتوتروف به میزان قابل توجهی کاهش می یابند. OPG هایی با قطر بزرگتر از 3 میلی متر ساختار لایه ای ایجاد کردند که در آن یک لایه سیانوباکتری رشته ای متحدالمرکز، توده های غیر سیانوباکتری را در بر می گیرد. ما دریافتیم که توانایی فتوگرانول‌ها برای تولید اکسیژن، عنصر کلیدی در تصفیه فاضلاب OPG، وابسته به اندازه است. نتایج همچنین نشان می‌دهد که در دسترس بودن آهن به شدت بر رشد و تجمع سیانوباکتری‌های رشته‌ای و در نتیجه رشد اندازه فتوگرانول‌ها در بیوراکتورها تأثیر می‌گذارد. انتخاب سیانوباکتری های رشته ای در طول تکامل اندازه OPG ها با توانایی آنها در استفاده از EPS و همچنین آهن محدود شده با EPS برای رشدشان مرتبط بود. ما مشاهده کردیم که تجمع سیانوباکتری‌های رشته‌ای به دلیل محدود شدن EPS و آهن با EPS محدود شد. بخش پایانی این پایان نامه به نقش نیروی برشی در گرانولاسیون نوری پرداخته است. ما دریافتیم که اندازه OPG ها در راکتورها با برش هیدرودینامیکی رابطه معکوس دارد. در مقایسه با OPG های توسعه یافته در تنش برشی بالا، OPG های تولید شده در تنش های برشی هیدرودینامیکی کم و متوسط از نظر اندازه بزرگتر، کروی تر و کم موتر بودند. تغییرات در توزیع اندازه ذرات زیست توده OPG در راکتورها به دلیل شرایط برشی منجر به تفاوت های قابل توجهی در حذف مواد آلی و نیتروژن شد. به طور کلی، انتظار می‌رود که این یافته‌های تحقیق دانش بنیادی در مورد پدیده فتوگرانولاسیون را افزایش دهد. علاوه بر این، مهندسی سیستم OPG بر اساس درک بهتر از رشد و عملکرد فتوگرانول‌ها انتظار می‌رود که توسعه یک فناوری دانه‌بندی جدید را که پتانسیل تصفیه فاضلاب بدون هوادهی پر انرژی را دارد، پیش ببرد.

ویروس ها در فاضلاب

ویروس‌های بیماری‌زا اغلب از طریق تخلیه فاضلاب تصفیه‌شده و تصفیه‌نشده وارد آب‌های دریایی و مصب می‌شوند، زیرا تصفیه‌های فعلی قادر به ارائه پساب‌های فاضلاب عاری از ویروس (WW) نیستند و کیفیت آب‌های دریافت‌کننده و در نتیجه سلامت انسان را تحت تأثیر قرار می‌دهند. حذف ترکیبات مضر توسط درمان های مرسوم شامل ترکیبی از روش های شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی است. معمولا، WW از مناطق شهری در درجه دوم، به ندرت سوم، درمان می شود. اگرچه پساب ثانویه حاوی غلظت بالایی از میکروارگانیسم ها است، اما اثر رقیق شدن آب آن را از نظر شاخص های کیفی قابل قبول می کند. در تصفیه ثالثیه، کلرزنی رایج ترین روشی است که برای اطمینان از ایمنی میکروبیولوژیکی در پساب های تصفیه شده سوم استفاده می شود. با این حال، استفاده گسترده از آن، هم به صورت آزاد و هم به صورت ترکیبی کلر، ممکن است منجر به تشکیل محصولات جانبی ضدعفونی شیمیایی شود، زیرا واکنش با مواد آلی موجود در پساب‌ها، آن دسته از مواد شیمیایی سمی برای موجودات آبزی است که نشان دهنده خطرات بالقوه سلامتی است. متأسفانه، این روش های مرسوم محدود هستند و ممکن است برای رسیدن به سطوح کیفی مشخص شده توسط دستورالعمل ها کافی نباشند. درمان فوتودینامیک (PDT) با پورفیرین ها ممکن است یک رویکرد امیدوارکننده برای غیرفعال کردن پاتوژن ها باشد، زیرا آنها در غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها بدون تشکیل محصولات بالقوه سمی موثر هستند. برخی از مطالعات اثر تقویت‌کننده‌ای را بر درمان فتودینامیک ضد میکروبی (aPDT) با استفاده ترکیبی از برخی از حساس‌کننده‌های نوری (PS) با یدید پتاسیم (KI) و پراکسید هیدروژن (H2O2) گزارش کرده‌اند. هدف اصلی این مطالعه ارزیابی اثربخشی aPDT یک PS بر اساس یک فرمول کم‌هزینه متشکل از پنج پورفیرین کاتیونی (فرم) و اثر تقویت آن توسط KI و H2O2 در غیرفعال کردن یک باکتریوفاژ T4-مانند در WW بود. آزمایش ها در سالین بافر فسفات و در فاضلاب آلوده فیلتر شده و بدون فیلتر انجام شد. سنجش aPDT در WW فیلتر شده (0.45 میکرومتر اندازه منافذ) با غلظت‌های مختلف فرم (1.0 تا 10 میکرومولار) انجام شد. در مرحله دوم اثر KI (100 میلی مولار) در عمل فتودینامیک فرم (0/1 تا 10 میکرومولار) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این آزمایش‌ها نشان داد که Form در درمان WW فیلتر شده کارآمد است و اثر غیرفعال‌سازی نور باکتریوفاژ با غلظت PS مورد استفاده در ارتباط است. هنگامی که با KI ترکیب می شود، فرم به وضوح برای غیرفعال کردن باکتریوفاژ کمتر موثر است. برای ارزیابی اینکه آیا ماده آلی موجود در آب بر کارایی PS تأثیر می‌گذارد، WW با استفاده از سه غشای مختلف با اندازه منافذ (0.45، 0.30 و 0.22 میکرومتر) فیلتر شد. نتایج نشان داد که افزایش مواد آلی باعث کاهش قابل توجهی در کارایی فرم می شود. به منظور ارزیابی اینکه آیا کارآیی aPDT برای غیرفعال کردن باکتریوفاژها حفظ می‌شود، زمانی که تیمارها در WW غیر فیلتر شده انجام می‌شوند، اثر فرم به تنهایی (10 میکرومولار) و ترکیب با H2O2 (2، 5 و 9٪) در حالت غیر فیلتر شده WW مورد ارزیابی قرار گرفت. فرم به تنهایی یک PS کارآمد برای غیرفعال کردن باکتریوفاژ در WW بدون فیلتر است، اما حضور H2O2 اثر فتودینامیک را افزایش داد. FORM می تواند جایگزین موثری برای کنترل ویروس ها در WW باشد، به ویژه اگر با H2O2 ترکیب شود.