بررسی پتانسیل فن‌آوری‌های نوین زیستی در حذف آلاینده‌های نوظهور از فاضلاب

فصلنامه آب و توسعه پایدار

مقاله 3، دوره 5، شماره 2 - شماره پیاپی 11، اسفند 1397، صفحه 11-24   

نوع مقاله: مقاله علمی- ترویجی

نویسندگان

بهنام عسگری لجایر^{* 1}؛ ابراهیم مقیسه²؛ محمدرضا فرشچیان اسماعیلی³؛ محمد علی عابدپور³؛ نفیسه باقریان آزیری¹

¹تبریز

²سازمان انرژی اتمی

³دانشگاه علوم پزشکی تبریز

چکیده

با رشد جمعیت و گسترش مصرف انواع داروها و لوازم آرایشی و بهداشتی و همچنین عدم توانایی سیستم‌های متداول تصفیه فاضلاب در حذف آلاینده‌های نوظهور مانند PCPs،اEDCs، ماده فعال سطحی، آفت‌کش‌ها، مواد افزودنی صنعتی، آلاینده‌های آلی دارویی، پساب‌های خروجی در تصفیه‌خانه‌های ایران ممکن است حاوی غلظت قابل ‌توجهی از آلاینده‌های نوظهور باشند. سازوکار حذف زیستی آلاینده‌های نوظهور از فاضلاب‌ عمدتاً شامل تجزیه زیستی توسط ریزجانداران مانند باکتری‌ها، جلبک‌ها و قارچ‌ها به مولکول‌های کوچک یا آب و دی‌اکسید کربن می‌باشد. فن‎آوری تصفیه زیستی شامل انواع روش‌های متداول و غیرمتداول مختلف مانند لجن فعال، MBR، بیوراکتورهای هوازی، بی‌هوازی، ریزجلبک و قارچی، راکتور زیستی گردان، صافی چکنده، نیترات‏سازی و نیترات‏زدایی، جذب زیستی و تالاب مصنوعی می‌باشد. ویژگی‌های فاضلاب نقش کلیدی در انتخاب نوع فرآیند تصفیه زیستی دارد. براساس پژوهش‌های پیشین، بیشترین راندمان حذف EDCs، مسدودکننده بتا و PCPs با MBR، مواد فعال سطحی، تنظیم‌کننده‌های چربی و ضد التهاب‌ها با لجن فعال، آنتی‌بیوتیک‌ها و آفت‌کش‌ها با کربن فعال زیستی، مسکن‌ها با فرآیندهای هوازی و مواد دارویی متفرقه با ریزجلبک‌ها می‌باشد. به‌دلیل استفاده از سیستم لجن فعال برای تصفیه زیستی در اکثر تصفیه‌خانه‌های فاضلاب ایران و عدم توانایی و یا کارایی کمتر این سیستم در حذف آلاینده‌های نوظهور به‎غیر از مواد فعال سطحی، تنظیم‌کننده‌های چربی و ضد التهاب‌ها، تحقیقات جامع ملی برای بررسی حذف آلاینده‌های مذکور با فرآیندهای زیستی در مطالعات آینده مورد نیاز می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

آلاینده‌های آلی؛ فاضلاب؛ فن‌آوری‌های زیستی؛ ECs

مراجع

سالاری، ح.، حسنی، ا. ح.، برقعی، م.، یزدان بخش، ا. ر. و رضایی، ح. 1391. عملکرد سیستم تصفیه فاضلاب روستایی به روش تالاب مصنوعی در حذف ازت و فسفر از فاضلاب (مطالعه موردی: روستای مرادتپه). نشریه آب و فاضلاب، 23(3): 40-47.

شایگان ج و افشاری ع. 1383. بررسی وضعیت فاضلاب‌های شهری و صنعتی در ایران. نشریه آب و فاضلاب، 15(1): 58-69.

عسگری لجایر، ح.، نجفی، ن. ا. و مقیسه، ا. 1395. مروری بر سازوکار حذف محصولات دارویی و مراقبت شخصی (PPCPs) از آب و پساب با پرتوهای یونیزان. نشریه محیط زیست و مهندسی آب، 2(3): 291-305.

Ahmed M.B., Zhou J.L., Ngo H.H., Guo W., Thomaidis N.S. and X.u J. 2017. Progress in the biological and chemical treatment technologies foremerging contaminant removal from wastewater: A critical review. J. Hazard. Mater, 323:274-298.

Banihashemi B. and Droste R.L. 2014. Sorption–desorption and biosorption ofbisphenol A triclosan, and 17 -ethinylestradiol to sewage sludge, Sci. Total. Environ, 487:813–821.

Barcelo D. and Petrovic M. 2008. Conclusions and future research needs, in: D. Barcelo, M. Petrovic (Eds.), Emerging Contaminants from Industrial and Municipal Waste, Springer, 265–274.

Belhaj D., Baccar R., Jaabiri I., Bouzid J., Kallel M., Ayadi H. and Zhou J.L. 2015. Fate of selected estrogenic hormones in an urban sewage treatment plant in Tunisia (North Africa), Sci. Total Environ, 505:154–160.

Buttiglieri G. and Knepper T. 2008. Removal of emerging contaminants in wastewater treatment: conventional activated sludge treatment, in: D. Barcelo, M. Petrovic (Eds.), Emerging Contaminants from Industrial and Municipal Waste, Springer, 1-35.

Cajthaml T., Kresinova Z., Svobodova K. and Möder M. 2009. Biodegradation ofendocrine-disrupting compounds and suppression of estrogenic activity byligninolytic fungi. Chemosphere, 75:745–750.

Chang B., Chiang F. and Yuan S. 2005. Anaerobic degradation of nonylphenol in sludge. Chemosphere, 59:1415–1420.

Cruz-Morato C., Ferrando-Climent L., Rodriguez-Mozaz S., Barcelo D., Marco-Urrea E., Vicent T. and Sarrà M. 2013. Degradation of pharmaceuticals innon-sterile urban wastewater by Trametes versicolor in a fluidized bedbioreactor, Water. Res, 47:5200–5210.

Deegan A., Shaik B., Nolan K., Urell K.,Oelgemöller M., Tobin J. and Morrissey A. 2011. Treatment options for wastewater effluents from pharmaceutical companies, Int. J. Environ. Sci. Technol, 8: 649–666.

Dolar D., Gros M., Rodriguez-Mozaz S., Moreno J., Comas J., Rodriguez-Roda I. and Barcelo D. 2012. Removal of emerging contaminants from municipal wastewater with an integrated membrane system, MBR–RO, J. Hazard. Mater, 239: 64–69.

Garcia-Rodriguez V., Matamoros C., Fontàs V. and Salvado V. 2014. The ability of biologically based wastewater treatment systems to remove emerging organic contaminants—a review. Environ. Sci. Pollut. Res, 21: 11708–11728.

Gerrity D., Gamage S., Holady J.C., Mawhinney D.B., Quinones O., Trenholm R.A. and Snyder S.A. 2011. Pilot-scale evaluation of ozone and biological activated carbon for trace organic contaminant mitigation and disinfection. Water Res, 45: 2155–2165.

Ghoshdastidar A.J. and Tong A.Z. 2013. Treatment of 2, 4-D, mecoprop, and dicambausing membrane bioreactor technology, Environ. Sci. Pollut. Res, 20: 5188–5197.

Harrison S., Johnstone-Robertson M., Pott R., Verster B., Rumjeet S. and Nkadimeng L. 2016. Towards wastewater biorefineries: Integrated bioreactor and process design for combined water treatment and resource productivity. Water Res Commission Rep.

http://algae.illinois.edu/projects/Hydrothermal.html (visited 3 January 2018).

http://www.ingenieros.es/noticias/ver/proceso-anammox-para-el-tratamiento-purines/4266 (visited 5 January 2018)

https://www.iswa.uni-stuttgart.de/lsww/forschung/awt/aktuelle/granulierte_Aktivkohle.en.html (visited 2 January 2018).

http://www.lentikats.eu/en/denitrification (visited 5 January 2018).

http://rdissanayake.blogspot.co.uk/2012/08/constructed-wetlands-as-method-of.html (visited 4 January 2018).

https://www.sswm.info/category/implementation-tools/ wastewater-treatment/hardware/semi-centralised-wastewater-treatments-3 (visited 3 January 2018).

Kalkan Ç., Yapsakli K., Mertoglu B., Tufan D. and Saatci A. 2011. Evaluation of biological activated carbon (BAC) process in wastewater treatment secondary effluent for reclamation purposes. Desalination, 265: 266-273.

Kasprzyk-Hordern B., Dinsdale R.M. and Guwy A.J. 2009. The removal of pharmaceuticals personal care products, endocrine disruptors and illicit drugs during wastewater treatment and its impact on the quality of receiving waters. Water Res, 43: 363–380.

Kefeni K. K., Mamba B. B. and Msagati T. A. 2017. Application of spinel ferrite nanoparticles in water and wastewater treatment: a review. Sep Purif Technol, 188: 399-422.

Kornaros M. and Lyberatos G. 2006. Biological treatment of wastewaters from a dye manufacturing company using a trickling filter. J Hazard Mater, 136: 95-102.

Lee S.-Y. and Park S.J. 2013. TiO 2 photocatalyst for water treatment applications. J Ind Eng Chem, 19:1761-1769.

Llorens-Blanch G., Badia-Fabregat M., Lucas D., Rodriguez-Mozaz S., Barcelo D., Pennanen T., Caminal G. and Blanquez P. 2015. Degradation of pharmaceuticals from membrane biological reactor sludge with Trametes versicolor. Environ. Sci. Process Impact, 17: 429–440.

Lin A.Y.C., Yu T.H. and Lateef S.K. 2009. Removal of pharmaceuticals in secondary wastewater treatment processes in Taiwan. J. Hazard. Mater, 167: 1163–1169.

Liu Z. H., Kanjo Y. and Mizutani S. 2009. Removal mechanisms for endocrine disrupting compounds (EDCs) in wastewater treatment—physical means, biodegradation, and chemical advanced oxidation: a review. Sci. Total Environ, 407: 731-748.

Luo Y., Guo W., Ngo H.H., Nghiem L.D., Hai F.I., Zhang J., Liang S. and Wang X.C. 2014. A review on the occurrence of micropollutants in the aquatic environment and their fate and removal during wastewater treatment. Sci. Total Environ, 473: 619–641.

Matamoros V. and Bayona J.M. 2008. Behavior of emerging pollutants in constructed wetlands, in: D. Barcelo, M. Petrovic (Eds.), Emerging Contaminants from Industrial and Municipal Waste, Springer, 199–217.

Matamoros V., Garcia J. and Bayona J.M. 2008. Organic micropollutant removal in a full-scale surface flow constructed wetland fed with secondary effluent, Water Res, 42: 653–660.

Matamoros V., Gutierrez R., Ferrer I., Garcia J. and Bayona J.M. 2015. Capability of microalgae-based wastewater treatment systems to remove emerging organic contaminants: a pilot-scale study. J. Hazard. ater, 288: 34–42.

Matamoros V., Uggetti E., Garcia J. and Bayona J.M. 2016. Assessment of the mechanisms involved in the removal of emerging contaminants by microalgae from wastewater: a laboratory scale study. J. Hazard. Matter, 301: 197–205.

Miege C., Choubert J., Ribeiro L., Eusèbe M. and Coquery M. 2009. Fate of pharmaceuticals and personal care products in wastewater treatment plants–conception of a database and first results. Environ. Pollut, 157: 1721-1726.

Monsalvo V.M., McDonald J.A., Khan S.J. and Le-Clech P.2014. Removal of trace organics by anaerobic membrane bioreactors, Water Res, 49: 103–112

Naz I., Saroj D.P., Mumtaz S., Ali N. and Ahmed S. 2015. Assessment of biological trickling filter systems with various packing materials for improved wastewater treatment. Environ. Technol, 36: 424–434.

Nguyen L.N., Hai F.I., Yang S., Kang J., Leusch F.D.L., Roddick F., Price W.E. and Nghiem L.D. 2014. Removal of pharmaceuticals, steroid hormones, phytoestrogens, UV-filters, industrial chemicals and pesticides by Trametes versicolor: role of biosorption and biodegradation. Int. Biodeter. Biodegr, 88: 169–175.

Pang Y. L., Abdullah A. Z. and Bhatia S. 2011. Review on sonochemical methods in the presence of catalysts and chemical additives for treatment of organic pollutants in wastewater. Desalination, 277: 1-14.

Phan H.V., Hai F.I., Kang J., Dam H.K., Zhang R., Price W.E., Broeckmann A. and Nghiem L.D. 2014. Simultaneous nitrification/denitrification and trace organic contaminant (TrOC) removal by an anoxic–aerobic membrane bioreactor (MBR). Bioresour. Technol, 165: 96–104.

Pidlisnyuk V.V., Marutovsky R.M., Radeke K.H. and Klimenko N. 2003 Biosorptionprocesses for natural and waste water treatment—part II: experimentalstudies and theoretical model of a biosorption fixed bed, Eng. Life Sci, 3: 439–445.

Prieto-Rodriguez L., Miralles-Cuevas S., Oller I., Agüera A., Puma G.L. and Malato S. 2012. Treatment of emerging contaminants in wastewater treatment plants (WWTP) effluents by solar photocatalysis using low TiO2 concentrations. J. Hazard. Mater, 211: 131–137.

Rivera-Utrilla J., Sanchez-Polo M., Ferro-Garcia M. Á., Prados-Joya G. and Ocampo-Perez R., 2013. Pharmaceuticals as emerging contaminants and their removal from water. A review. Chemosphere, 93: 1268-1287.

Rodriguez-Rodriguez C.E., Baron E., Gago-Ferrero P., Jeli´c A., Llorca M., Farre M., Diaz-Cruz M.S., Eljarrat E., Petrovi´c M. and Caminal G. 2012. Removal ofpharmaceuticals, polybrominated flame retardants and UV-filters fromsludge by the fungus Trametes versicolor in bioslurry reactor, J. Hazard. Mater, 233: 235–243.

Samaras V.G., Stasinakis A.S., Mamais D., Thomaidis N.S. and Lekkas T.D. 2013 Fate ofselected pharmaceuticals and synthetic endocrine disrupting compoundsduring wastewater treatment and sludge anaerobic digestion, J. Hazard.Mater, 244: 259–267.

Silva T. F., Silva M. E. F., Cunha-Queda A. C., Fonseca A., Saraiva I., Sousa M., Gonçalves C., Alpendurada M., Boaventura R. A. and Vilar V. J. 2013. Multistage treatment system for raw leachate from sanitary landfill combining biological nitrification–denitrification/solar photo-Fenton/biological processes, at a scale close to industrial–biodegradability enhancement and evolution profile of trace pollutants. Water Res, 47: 6167-6186.

Stasinakis A.S. 2012. Review on the fate of emerging contaminants during sludge anaerobic digestion. Bioresour. Technol, 121: 432–440.

Stasinakis A.S., Thomaidis N.S., Arvaniti O.S., Asimakopoulos A.G., Samaras V.G., Ajibola A., Mamais D. and Lekkas T.D. 2013. Contribution of primary and secondary treatment on the removal of benzothiazoles benzotriazoles, endocrine disruptors, pharmaceuticals and perfluorinated compounds in a sewage treatment plant. Sci. Total Environ, 463: 1067–1075

Töre G.Y., Meric S., Lofrano G. and De G. 2012. Removal of trace pollutants from wstewater in constructed wetlands, in: G. Lofrano (Ed.), Emerging Compounds Removal from Wastewater, Springer, 39–58.

Trinh T., Van Den Akker B., Stuetz R., Coleman H., Le-Clech P. and Khan S. 2012. Removal of trace organic chemical contaminants by a membrane bioreactor. Water Sci. Technol, 66: 1856–1863.

Vymazal J., 2011. Plants used in constructed wetlands with horizontal subsurface flow: a review. Hydrobiologia, 674: 133-156.

Wijekoon K.C., Hai F.I., Kang J., Price W.E., Guo W., Ngo H.H. and Nghiem L.D. 2013. Thefate of pharmaceuticals steroid hormones, phytoestrogens, UV-filters andpesticides during MBR treatment, Bioresour. Technol, 144: 247–254.

Yu T.H., Lin A.Y.C., Lateef S.K., Lin C.F. and Yang P.Y. 2009. Removal of antibiotics and non-steroidal anti-inflammatory drugs by extended sludge age biological process. Chemosphere, 77: 175–181.