مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حذف تخم انگل و کیست از آب و فاضلاب به دلیل خطرات بهداشتی ناشی از بیماری‌هایی مانند ژیاردیازیس، کریپتوسپوریدیوز و آسکاریازیس، از اهمیت بالایی برخوردار است. این عوامل بیماری‌زا معمولاً در فاضلاب شهری، کشاورزی و منابع آب آلوده یافت می‌شوند. در ادامه روش‌های سنتی و نوین، بهینه‌سازی، فرمول‌ها و ساختارهای اجرایی ارائه می‌شود:

روش‌های سنتی حذف تخم انگل و کیست:

۱. ته‌نشینی و فیلتراسیون (Sedimentation & Filtration):

• مکانیسم: استفاده از مخازن ته‌نشینی برای جداسازی ذرات درشت و فیلترهای شنی (Sand Filters) برای حذف ذرات ریزتر.

• بازده: ~۹۰٪ حذف تخم‌های انگل با اندازه >۲۰ میکرون.

• محدودیت: عدم کارایی برای کیست‌های ریز (مانند کریپتوسپوریدیوم با اندازه ۴–۶ میکرون).

۲. گندزدایی شیمیایی (Chemical Disinfection):

• کلرزنی (Chlorination):

  • فرمول واکنش:

    Cl2​+H2​O→HOCl+HCl

  • محدودیت: مقاومت کیست‌ها (مانند کریپتوسپوریدیوم) به کلر.

• ازنزنی (Ozonation):

  • فرمول واکنش:

    O3+دیواره کیست→تخریب ساختارO3​+دیواره کیست→تخریب ساختار

  • مزایا: مؤثرتر از کلر برای کیست‌های مقاوم.

۳. تابش فرابنفش (UV Disinfection):

• مکانیسم: آسیب به DNA/RNA انگل‌ها با تابش UV-C (۲۵۴ نانومتر).

• بازده: ~۹۹٫۹٪ حذف با دوز ≥۴۰ mJ/cm².

• چالش: نیاز به آب شفاف (کدری پایین).

روش‌های نوین حذف تخم انگل و کیست:

۱. فناوری غشایی (Membrane Technology):

• اولترافیلتراسیون (UF) و میکروفیلتراسیون (MF):

  • مکانیسم: جداسازی فیزیکی با منافذ ۰٫۰۱–۰٫۱ میکرون.

  • بازده: ~۹۹٫۹۹٪ حذف کیست‌ها (حتی کریپتوسپوریدیوم).

• مزایا: عدم نیاز به مواد شیمیایی و سازگاری با محیط زیست.

• معایب: هزینه بالای نگهداری و گرفتگی غشاها.

۲. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs):

• ترکیب ازن/UV یا H₂O₂/UV برای تولید رادیکال‌های هیدروکسیل (•OH) که دیواره کیست را تخریب می‌کنند.

• فرمول واکنش:

  H2​O2​+UV→2•OH

• بازده: ~۹۹٫۹۹٪ حذف در زمان کوتاه.

۳. نانوفیلتراسیون (Nanofiltration):

• مکانیسم: استفاده از غشاهای با بار سطحی برای دفع انتخابی کیست‌ها.

• کاربرد: مناسب برای آب‌های با کدورت بالا.

۴. زیست‌فناوری (Biotechnology):

• استفاده از آنزیم‌های تجزیه‌کننده (مانند پروتئازها) یا باکتری‌های رقیب برای تخریب دیواره کیست.

بهینه‌سازی روش‌ها:

• پارامترهای کلیدی:

  • دوز UV: ≥۴۰ mJ/cm² برای حذف کیست‌ها.

  • غلظت کلر آزاد: ۱–۲ mg/L با زمان تماس ≥۳۰ دقیقه.

  • pH: ۶–۸ برای حداکثر کارایی ازن.

  • کدورت آب: <۱ NTU برای تابش UV مؤثر.

• مدل‌های ریاضی:

  • مدل Chick-Watson برای گندزدایی:

    ln(Nt/N0​​)=−k⋅Cn⋅t

    • Nt​: غلظت باقی‌مانده، C: غلظت ضدعفونی‌کننده، t: زمان تماس.

ساخت و اجرا:

۱. طراحی سیستم:

• شهری: ترکیب ته‌نشینی + فیلتراسیون غشایی (UF) + UV.

• روستایی: استفاده از فیلترهای شنی آهسته + قرص‌های کلر.

• صنعتی: AOPs + نانوفیلتراسیون.

۲. مواد و تجهیزات:

• فیلترهای شنی: لایه‌های شن با دانه‌بندی ۰٫۲–۱ mm.

• لامپ‌های UV: لامپ‌های کم فشار با طول موج ۲۵۴ nm.

• غشاهای UF/MF: جنس پلی سولفون یا PVDF.

۳. نصب و راه‌اندازی:

• ساخت مخازن ته‌نشینی با شیب ۴۵ درجه.

• نصب سیستم‌های UV در مسیر جریان آب با سرعت کنترل‌شده.

• استفاده از پمپ‌های فشار بالا برای غشاهای نانوفیلتراسیون.

۴. نگهداری:

• شستشوی معکوس (Backwash) فیلترهای شنی هر ۷۲ ساعت.

• تعویض لامپ‌های UV پس از ۹۰۰۰–۱۲۰۰۰ ساعت کارکرد.

• نظارت مداوم بر کدورت و pH آب.

فرمول‌های کلیدی:

• محاسبه دوز UV:

  دوز (mJ/cm²)=شدت (μW/cm²)×زمان (ثانیه)×0.001

• راندمان حذف (Log Removal Value - LRV):

  (Cخروجی/Cورودی)LRV=log10

نتیجه‌گیری:

روش‌های سنتی مانند کلرزنی و فیلتراسیون شنی به دلیل سادگی و هزینه پایین، هنوز در مناطق کم‌درآمد استفاده می‌شوند. اما روش‌های نوین مانند فناوری غشایی، AOPs و نانوفیلتراسیون به دلیل بازده بالا (~۹۹٫۹۹٪) و سازگاری با محیط زیست، برای سیستم‌های پیشرفته توصیه می‌شوند.
بهینه‌سازی: ترکیب چند روش (مثلاً فیلتراسیون + UV + ازن) برای حذف کامل تخم انگل و کیست ضروری است.
اجرا: طراحی سیستم باید بر اساس کیفیت آب خام، مقررات بهداشتی (مانند استاندارد WHO) و هزینه پروژه انجام شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب