گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب چگونه عمل می‌کند؟

از آنجایی که تمام کشورهای جهان با بحران جهانی آب مواجه است، یافتن راه حل های جایگزین برای تصفیه فاضلاب برای استفاده مجدد آن به منظور کاهش فشار بر منابع تازه آب، از اهمیت به سزایی برخوردار است. از این رو گیاهان نقش موثری در حذف آلاینده ها از پساب دارند که در این مقاله مروری، بر آن تاکید شده است. گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب را می توان فرآیندی سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه دانست که در آینده میتوان به عنوان روشی قابل اتکا توسعه بخشید.

گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب چیست؟

موجودات زنده، از جمله گیاهان، می توانند آلاینده های موجود در فاضلاب را که از منابعی همچون کشاورزی، تولید رنگ ها، فلزات سنگین، هیدروکربن ها، مواد دارویی و آفت کش ها تولید میشوند، از بین ببرند. در این مقاله، فعالیت‌های مختلف گیاهان در حذف آلاینده‌ها از پساب را مورد بررسی قرار میدهیم و در خصوص گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب صحبت میکنیم. این بررسی، بر تصفیه رایج‌ترین آلاینده‌های موجود در فاضلاب متمرکز است که حذف آن‌ها با میکروارگانیسم‌ها مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها و جلبک‌ها دشوار است. علاوه بر این، نقش عمده گیاهان در تصفیه فاضلاب و پتانسیل گیاه پالایی را به عنوان یک راه حل ممکن برای بحران جهانی آب تشریح مینماید.

در مقاله حذف فسفر از فاضلاب به توضیح این موضوع می پردازیم.

انواع روش های گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب

فن آوری “گیاه پالایی” یک رویکرد سبز در حال ظهور است که برای شناسایی، تجزیه و حذف انواع مختلف آلاینده ها از محیط استفاده می شود. انواع مختلفی از آلاینده ها که اثرات مضر بر سلامت انسان و سایر سیستم های بیولوژیکی ایجاد می کنند با استفاده از گونه های گیاهی حذف می شوند. این گونه های گیاهی این آلاینده ها را از محیط زیست جذب کرده و اثر سمی آنها را برطرف می کنند. به دلیل ماهیت سازگار با محیط زیست، گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب نسبت به تکنیک های سنتی که اثرات مضری بر سیستم و محیط زیست بر جای میگذارد، برتری دارد. مکانیسم‌های مختلفی در پاکسازی آلاینده‌های آب – به‌ویژه آلاینده‌های فلزی- برای تبدیل آن ها به ترکیبات غیرسمی که در نتیجه این مکانیسم ها حذف آلودگی از آب صورت میگیرد ، درگیر هستند. این مکانیسم ها عبارتند از تثبیت گیاهی، تجزیه ریزوسفر، فیتوفیلتراسیون (همچنین به نام ریزوفیلتراسیون)، استخراج گیاهی، تجزیه نوری، تبخیر شدن گیاهی و تجمع گیاهی است.

در تثبیت گیاهی از مکانیسم های تجمع یا جذب استفاده می شود. در این رویکرد، آلاینده‌های موجود در آب‌های زیرزمینی یا خاک بر روی ریشه جذب می‌شوند یا در ریزوسفر(محیط اطراف ریشه- ریشه گاه) تجمع می‌یابند تا از جابجایی آلاینده‌ها از یک مکان به مکان دیگر در محیط جلوگیری کنند. در حالی که در مورد تجزیه ریزوسفر، آلاینده ها، به ویژه فلزات سنگین و پسماندهای آلی، در ریزوسفر تجزیه می شوند و به ترکیبات با سمیت کمتر تبدیل می شوند. این فرآیند همچنین با استفاده از انواع مختلف میکروارگانیسم ها تقویت می شود. رویکرد ریزوفیلتراسیون نیز از همان مکانیسم گیاه پالایی استفاده می‌کند. اما در این حالت آلاینده ها توسط ریشه گیاهان جذب می شوند.

تخریب گیاهی منجر به تخریب مواد زائد یا آلاینده ها از طریق روش های متابولیکی می شود. در این فرآیند، گیاه، فلزات یا آلودگی های محیط یا فاضلاب را جذب کرده و با کمک آنزیم های مختلف به ترکیبات غیر سمی تبدیل می کند. این فرآیند به عنوان تبدیل گیاهی  نیز شناخته می شود. در روش تبخیرسازی گیاهی، گیاهان انواع مختلف فاضلاب را جذب کرده و آنها را به ترکیبات غیر سمی تبدیل می کنند. بعداً، این ترکیبات غیر سمی با استفاده از برگ ها با فرآیند تعرق در جو آزاد می شوند. به طور مشابه، هنگامی که ضایعات در قسمت‌های مختلف گیاهان مانند ریشه، شاخساره و برگ ذخیره می‌شوند، به این فرآیند انباشتگی گیاهی می‌گویند.

برای حذف فلزات سنگین به مقاله حذف فلزات سنگین از فاضلاب مراجعه کنید.

انواع گیاهان مورد استفاده در گیاه پالایی

گیاهان مورد استفاده برای گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب، بر اساس توانایی آنها در جذب مواد مغذی، مواد آلی، فلزات سنگین و سایر آلاینده ها از آب انتخاب می شوند. این گیاهان می توانند به بهبود کیفیت فاضلاب قبل از تخلیه در محیط کمک کنند. در اینجا برخی از انواع گیاهانی که معمولاً در گیاه پالایی برای تصفیه فاضلاب استفاده می شوند آورده شده است:

1- گیاهان آبزی شناور

• Water Hyacinth (Eichhornia crassipes) : به دلیل رشد سریع و توانایی جذب مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر از آب شناخته شده است. تشک های متراکمی را تشکیل می دهد که می تواند به حذف مواد مغذی اضافی کمک کند.
• Water Lettuce (Pistia stratiotes) :  در حذف مواد مغذی و فلزات از آب موثر است. گل سرخ هایی را تشکیل می دهد که روی سطح آب شناور هستند.

2- گیاهان آبزی غوطه ور

Duckweed (Lemna spp) : گیاهان شناور ریز که می توانند به سرعت تکثیر شوند و مواد مغذی، فلزات سنگین و آلاینده های آلی را از آب جذب کنند.

3- Emergent Aquatic Plants ( گیاهانی که ریشه در آب دارند، اما برگ ها و ساقه های آنها از آب بیرون می آیند.)

• Phragmites australis : نی معمولی که در لبه آب می روید. می تواند مواد مغذی و مواد آلی را از آب بگیرد و به تثبیت خطوط ساحلی کمک کند.
• Cattails (Typha spp) : در حذف مواد مغذی موثر است و می تواند به بهبود کیفیت آب در تالاب های ساخته شده کمک کند.

پیشنهاد می کنیم مقاله لجن فاضلاب را مطالعه کنید.

4- علف ها و گیاهان علف مانند

• Reed Canary Grass (Phalaris arundinacea) : در تالاب ها رشد می کند و می تواند به جذب مواد مغذی و آلاینده های آلی کمک کند.
• Cyperus spp. (Bulrushes and Papyrus) : این گیاهان دارای سیستم ریشه ای قوی هستند که می تواند به جذب مواد مغذی و تثبیت رسوب کمک کند.

5- جلبک

• زیرجلبک ها : گونه های مختلفی از ریزجلبک ها را می توان برای تصفیه فاضلاب و جذب مواد مغذی از طریق فرآیندی به نام تصفیه فاضلاب مبتنی بر جلبک کشت داد.

6- گیاهان شناور تالابی

• Floating Reedbeds : ترکیبی از بسترهای شناور و گیاهان نوظهور مانند نی؛ این سیستم ها یک محیط تالاب مانند در سطح آب ایجاد می کنند و باعث جذب مواد مغذی و آلاینده می شوند.

7- گیاهان تالابی که به صورت مصنوعی ایجاد میشوند

• Bulrushes (Schoenoplectus spp.):  معمولاً در تالاب های ساخته شده برای تصفیه فاضلاب با جذب مواد مغذی و مواد آلی استفاده می شود.
• Cattails (Typha spp.) : به دلیل اثربخشی آنها در حذف مواد مغذی و آلاینده ها اغلب در تالاب های مصنوعی قرار می گیرند.

پیشنهاد می کنیم مقاله جذب سطحی در تصفیه فاضلاب را مطالعه کنید.

8- گیاهان جاذب مواد مغذی

• Salvinia (Salvinia spp.) : سرخس شناور که می تواند مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر را از آب جذب کند.

انواع فرآیندهای گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب

به طور کلی فرآیندهای  گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب مواد زیر استفاده می گردند:

• حذف فلزات سنگین
• حذف عناصر معدنی
• حذف آفت کش ها
• حذف مواد دارویی
• حذف هیدروکربن ها

فرایندهایی که برای حذف هر یک از مواد آلاینده انجام میشود با توجه به نوع آلاینده متغییر بوده و اساس کار آنها نیز تفاوت هایی با هم دارد. به عنوان مثال:

• تخریب توسط گیاهان :که در آن مواد آلاینده به کمک آنزیم ها درون گیاه تجزیه و تخریب خواهند شد.
• استخراج توسط گیاه:  همان طور که از نامش مشخص است، مواد آلاینده توسط ریشه جذب و به سمت نقاط بالایی گیاه حرکت می کند. در نهایت قسمت های بالایی گیاه چیده میشوند و از این طریق مواد آلاینده منتقل شده به نقاط بالایی گیاهان حذف خواهند شد.
• تصفیه توسط ریزوسفر: به جذب مواد آلاینده به درون ریشه یا رسوب آن روی سطح ریشه گفته میشود.

از دیگر فرایندهای مورد استفاده برای گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب می توان به کنترل هیدورلیک، تثبیت توسط گیاهان و تصعید توسط گیاهان اشاره نمود. انتخاب گیاه مناسب در این روش بستگی به شرایط اقلیمی، میزان و نوع آلودگی، دامنه تحمل پذیری گیاه نسبت به آن ماده، نوع ماده و انتقال عنصر از ریشه به اندام دیگر دارد.

با توجه به هدف استفاده از این روش نوع گیاه مناسب انتخاب می گردد. گیاهان مختلفی همچون گیاه لویی که گیاهی آبزی و مردابی است، گیاه Vetyour ، گیاه نخل مرداب، گیاهان تیره زنبق که به منظور دفع باکتری از فاضلاب استفاده می شود و و سایر انواع گیاهان با توانایی جذب بالا که اغلب در خانواده های Fabaceae، brassicaceae، astraceae  و…قرار می گیرند ، نقش مهمی در تصفیه فاضلاب ایفا می کنند. تعدادی از گونه های مرتعی که خاصیت گیاه پالایی آن­ ها مطالعه شده است شامل گون، کلاوه ، فستوکا، یونجه، شبدر سفید، قدومه، گاوپونه، جاز، درمنه دشتی، شاه تره و جوسیخ می باشد. اقاقیا را می­توان به عنوان یکی از گیاهان موثر در حذف آلودگی نفتی بخصوص در خاک های آلوده به سرب معرفی نمود که می تواند در فرایند های تصفیه فاضلاب های نفتی مورد استفاده قرار گیرند.

مقاله پیشنهادی: تصفیه فاضلاب کشتارگاه

مزایای گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب

• عدم نیاز به مواد شیمیایی
• سازگاری بسیار بالا با محیط زیست
• عدم نیاز به تخصص بالا در طراحی و بهره برداری
• کمک به رشد گیاهان و آبزیان در حین تصفیه پساب

معایب گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب

• بسیار کند و آهسته
• نیاز به حجم و فضای بزرگ
• باعث بوی تعفن و تولید مثل فزآینده حشرات

سخن پایانی

گیاهان نقش موثر خود را در اصلاح آلاینده های فاضلاب به اثبات رساندند که در آینده نزدیک بسته به ویژگی هر یک، نقش بسیار مهمی در توسعه تصیفیه بیولوژیک فاضلاب ایفا خواهند کرد. دانشمندان می‌توانند نقش گیاهان را در حذف آلاینده‌ها از فاضلاب ارزیابی کنند، کاری که توسط میکروارگانیسم‌های کوچک امکان‌پذیر نیست. راه های جدید گیاه پالایی در تصفیه فاضلاب در این بررسی بر روی چندین نوع آلاینده که به مقدار زیاد در فاضلاب وجود دارد و اثرات مضری بر محیط زیست و سلامت انسان دارند، مورد توجه قرار گرفته است. دانشمندان باید به فکر ادغام میکروارگانیسم‌ها با گیاهان باشند تا کارایی آنها را افزایش دهند، زیرا میکروارگانیسم‌ها سابقه قدیمی در تخریب زیستی و اصلاح آلاینده‌ها دارند.