فناوری‌های جدید در تصفیه فاضلاب نساجی با بهره‌گیری از روش‌های زیستی و شیمیایی

تصفیه فاضلاب نساجی صنعت نساجی یکی از صنایع بزرگ و پرمصرف آب در جهان به شمار می‌رود که نقش قابل‌توجهی در تولید فاضلاب صنعتی دارد. به‌ویژه در فرآیندهای پارچه‌کاری تر نظیر رنگرزی، سفیدگری، چاپ و تکمیل، حجم زیادی
از آب مصرف و در نتیجه فاضلاب حاوی ترکیبات شیمیایی خطرناک مانند رنگ‌ها، اسیدها، بازها و فلزات سنگین
تولید می‌شود. این فاضلاب‌ها به‌دلیل پایداری بالای ترکیبات رنگی و ساختارهای پیچیده آلی، به‌سختی تجزیه‌پذیر
بوده و اثرات زیست‌محیطی جدی بر منابع آبی و زیست‌بوم‌های طبیعی دارند.

از این رو، انتخاب و به‌کارگیریروش‌های مؤثر برای تصفیه این پساب‌ها، به‌ویژه در صنایع نساجی پنبه‌ای، به یک ضرورت زیست‌محیطی وصنعتی تبدیل شده است. این نوشتار، بر مراحل اصلی فرآوری تر در صنعت نساجی و روش‌های متداول تصفیه
فاضلاب‌های رنگی ناشی از آن مروری کوتاه دارد.

تصفیه پساب نساجی.فاضلاب نساجی

مراحل اصلی فرآوری

در صنعت نساجی، پس از آماده‌سازی الیاف و تبدیل آن‌ها به نخ و سپس پارچه، پارچه‌ها وارد مراحل مختلفی از
فرآوری تر می‌شوند. این مراحل شامل آهارزدایی، سفیدگری، مرسریزه‌کردن، رنگرزی، چاپ و تکمیل هستند. هر
یک از این فرآیندها با استفاده از مواد شیمیایی مختلف، نقش مهمی در کیفیت نهایی محصول دارند اما در عین حال
منجر به تولید فاضلاب‌هایی با بار آلاینده بالا می‌شوند.

آهارزدایی:

در این مرحله، مواد آهاردهنده مانند نشاسته که برای استحکام نخ در مرحله تولید به پارچه افزوده
شده‌اند، حذف می‌شوند. وجود این مواد می‌تواند مانع نفوذ یکنواخت رنگ به داخل پارچه شود و کیفیت رنگرزی را
کاهش دهد. آهارزدایی معمولاً با استفاده از آنزیم‌ها یا واکنش‌های شیمیایی مانند هیدرولیز اسیدی یا اکسیداسیون انجام
می‌شود که باعث تجزیه نشاسته به محصولات محلول در آب می‌گردد. فاضلاب حاصل از این مرحله دارای مقادیر
زیادی مواد آلی و نیاز اکسیژن زیستی (BOD) بالا است که پیش از تخلیه به محیط زیست باید تصفیه شود.

سفیدگری:

هدف از این فرآیند، حذف رنگ‌های طبیعی و سایر ناخالصی‌های موجود در الیاف برای به دست آوردن
پارچه‌ای سفید و درخشنده است که امکان تولید رنگ‌های روشن‌تر را فراهم می‌کند. مواد سفیدکننده‌ای مانند
پراکسید هیدروژن و پراستیک‌اسید به جای هیپوکلریت، به دلیل سازگاری بیشتر با محیط زیست، استفاده می‌شوند.
این مرحله نیز تولید فاضلاب‌های شیمیایی دارد که باید با دقت تصفیه شوند.

مرسریزه‌کردن:

پس از سفیدگری، پارچه‌های پنبه‌ای تحت فرآیندی به نام مرسریزه‌کردن قرار می‌گیرند که با
استفاده از محلول‌های قوی سدیم هیدروکسید انجام می‌شود. این فرآیند باعث افزایش درخشندگی، بهبود جذب رنگ و
افزایش مقاومت پارچه می‌شود. مرسریزه‌کردن باعث تغییر ساختار فیبر و کاهش انقباض طولی پارچه می‌شود که
معمولاً با کشش پارچه در حین فرآیند کنترل می‌گردد. آب‌های شست‌وشوی این مرحله نیز نیازمند بازیافت و تصفیه
مناسب هستند.

رنگرزی و چاپ:

رنگرزی شامل اعمال رنگ به شکل محلول بر روی پارچه یا نخ است تا رنگ مورد نظر به آن
افزوده شود. رنگ‌ها شامل گروه‌های کروموفور و اوگزوکروم هستند که مسئول رنگ‌دهی پارچه هستند اما همچنین
منبع مهمی از آلاینده‌های مقاوم به تجزیه در فاضلاب نساجی به شمار می‌روند. چاپ نیز فرآیندی مشابه رنگرزی
است اما رنگ در قالب خمیر غلیظ به پارچه اعمال می‌شود تا از پخش ناخواسته آن جلوگیری شود. فاضلاب هر دو
فرآیند حاوی ترکیبات پیچیده رنگی و مواد افزودنی است که به سختی تجزیه می‌شوند و نیازمند روش‌های پیشرفته
تصفیه هستند.

تکمیل:

در این مرحله، پارچه‌ها تحت عملیات مختلفی قرار می‌گیرند تا خواص خاصی مانند نرمی، مقاومت در
برابر آب، خواص ضدباکتری و محافظت در برابر اشعه فرابنفش به آن‌ها افزوده شود. مواد شیمیایی مورد استفاده
در این فرآیند، به‌خصوص مواد ضدباکتری و مواد پوشش‌دهنده، می‌توانند به افزایش بار آلودگی فاضلاب کمک
کنند. بنابراین، مدیریت مناسب و تصفیه فاضلاب این مرحله اهمیت ویژه‌ای دارد.

نساجی پساب نساجی

شناسایی دقیق این مراحل و آلاینده‌های مرتبط با هر کدام، گامی اساسی در بهبود فرآیندهای تصفیه و کاهش اثرات
زیست‌محیطی صنعت نساجی به شمار می‌آید.
فاضلاب صنعت نساجی به دلیل داشتن رنگ بالا، مقادیر زیاد مواد آلی قابل تجزیه (BOD/COD) و نمک‌های
محلول (TDS) بسیار آلوده است. به‌ویژه رنگ‌های واکنشی که در رنگرزی پنبه استفاده می‌شوند،

زیست‌تخریب‌پذیری کمی دارند و باعث ایجاد مشکلات زیست‌محیطی مانند کاهش نفوذ نور به آب و اختلال در
زندگی آبزیان می‌شوند. بنابراین، قبل از ورود این فاضلاب‌ها به محیط زیست، باید آن‌ها را از طریق روش‌های
مختلف تصفیه فیزیکی، شیمیایی و بیوشیمیایی به صورت اقتصادی و مؤثر پاکسازی کرد.

در میان روش‌های فیزیکی، فرایندهای انعقاد و لخته‌سازی برای حذف رنگ‌های پراکنده مؤثرند اما در حذف
رنگ‌های واکنشی چندان کارایی ندارند و حجم زیادی لجن تولید می‌کنند. روش‌های جذب با استفاده از موادی مانند
کربن فعال یا جاذب‌های ارزان‌تر مانند خاک رس، خاکستر بادی و ضایعات گیاهی به دلیل توانایی بالای جذب
رنگ‌ها، توجه زیادی یافته‌اند، اما چالش‌هایی مانند بازیابی جاذب و مدیریت لجن دارند. همچنین، روش‌های
فیلتراسیون غشایی مثل اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس قابلیت بازیابی آب و کاهش آلودگی را دارند، اما هزینه بالا
و گرفتگی غشا از معایب آن‌هاست.

از سوی دیگر، روش‌های اکسیداسیون پیشرفته (AOP) و اکسیداسیون شیمیایی با تولید رادیکال‌های هیدروکسیل که
اکسیدکننده‌های بسیار قوی هستند، توانایی تجزیه سریع و کامل رنگ‌ها و ترکیبات پیچیده را دارند. این روش‌ها
شامل استفاده از اولتراسوند (کواویشن)، تابش UV همراه با پراکسید هیدروژن، و واکنش‌های فنتون هستند که در
آن‌ها آهن و هیدروژن پراکسید برای تخریب آلاینده‌ها به کار می‌رود. هرچند اکسیداسیون با اوزون نیز مؤثر است و
تولید لجن ندارد، ولی هزینه بالایی دارد و ممکن است محصولات جانبی سمی ایجاد کند.

در نهایت، تکنولوژی‌های جدیدی مانند کاویتاسیون (پدید آوردن حباب‌های ریز انفجاری در مایع) به عنوان
روش‌های کارآمد و کم‌هزینه برای کاهش سمیت، COD و رنگ فاضلاب نساجی مطرح شده‌اند که می‌توانند به
عنوان پیش‌تصفیه همراه با روش‌های دیگر به کار روند.

روش‌های بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب نساجی

روش‌های بیولوژیکی یکی از رویکردهای مهم و مؤثر در تصفیه فاضلاب نساجی هستند که عمدتاً توانایی حذف مواد
محلول آلی را دارند. بازده حذف در این روش‌ها تحت تأثیر عواملی همچون نسبت بار آلی به رنگ، غلظت
میکروارگانیسم‌ها، دما و میزان اکسیژن موجود در سیستم قرار دارد. بر اساس نیاز اکسیژن، این روش‌ها به سه دسته
کلی شامل، هوازی (وجود اکسیژن)، بی‌هوازی (عدم وجود اکسیژن) و آنوکسیک یا ترکیبی از این دو تقسیم می‌شوند.

معمولاً در عمل، ترکیبی از فرآیند بی‌هوازی و هوازی استفاده می‌شود؛ به این صورت که ابتدا در مرحله بی‌هوازی
بخش عمده‌ای از اکسیژن شیمیایی (COD) حذف شده و سپس در مرحله هوازی، تصفیه تکمیلی صورت می‌گیرد. در
فرآیند بی‌هوازی، اگر مقدار COD فاضلاب بالاتر از ۳ گرم بر لیتر باشد، امکان تولید بیوگاز متان‌دار وجود دارد؛
این بیوگاز دارای ارزش حرارتی بوده و بخشی از انرژی لازم برای مرحله هوازی بعدی را تأمین می‌کند. این ویژگی
باعث می‌شود که تصفیه بیولوژیکی فاضلاب نساجی علاوه بر پاکسازی، از لحاظ انرژی نیز بهینه باشد.

میکروارگانیسم‌ها در این فرآیندها به تدریج خود را با رنگ‌ها و ترکیبات شیمیایی فاضلاب سازگار کرده و گونه‌های
مقاومی شکل می‌گیرد که توان تبدیل رنگ‌ها به ترکیبات کم‌خطرتر را دارند. مکانیزم تجزیه بیولوژیکی رنگ‌های
مقاوم، عمدتاً توسط آنزیم‌هایی مانند لاکاز، لیگنین پراکسیداز، NADH-DCIP ردوکتاز، تیروزیناز، هگزان اکسیداز
و آمینوبیرین N-دمتیلاز انجام می‌شود.

شرکت پویا ژن آزما نیز به عنوان یکی از پیشروهای فعال در زمینه تصفیه پساب‌های صنعت نساجی با استفاده از
روش‌های بیولوژیکی شناخته می‌شود. این شرکت تاکنون با موفقیت توانسته است فاضلاب کارخانجات مختلف نساجی
کشور را با بهره‌گیری از فناوری بیوفیلترها تصفیه نماید. استفاده از بیوفیلترها، به عنوان یکی از روش‌های موثر
تصفیه بیولوژیکی، به دلیل راندمان بالای حذف آلاینده‌ها و قابلیت تطبیق با شرایط مختلف فاضلاب‌های نساجی، نقش
مهمی در بهبود کیفیت پساب‌های صنعتی و حفظ محیط زیست ایفا کرده است.

تصفیه پساب نساجی

مزایای روش‌های بیولوژیکی

روش‌های بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب نساجی دارای مزایای متعددی هستند که عبارتند از:

 سازگاری زیست‌محیطی و دوستدار محیط‌زیست بودن
 هزینه‌های نسبتاً پایین‌تر نسبت به روش‌های فیزیکی و شیمیایی
 تولید کمتر لجن و پسماند
 تبدیل آلاینده‌ها به متابولیت‌های غیرسمی یا تجزیه کامل به مواد معدنی
 مصرف کمتر آب و نیاز کمتر به رقیق‌سازی فاضلاب

بازده تصفیه بیولوژیکی بستگی زیادی به سازگاری و فعالیت آنزیمی میکروارگانیسم‌های به‌کار رفته دارد؛ بنابراین
در سال‌های اخیر، تلاش‌های زیادی برای جداسازی و استفاده از میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌های مؤثر برای تجزیه
رنگ‌ها انجام شده است.

کاربردهای میکروارگانیسم‌ها در تصفیه فاضلاب نساجی

قارچ‌ها

قارچ‌ها به‌ویژه قارچ‌های روت سفید (White rot fungi) به دلیل توانایی سازگاری متابولیسم خود با شرایط محیطی
مختلف و تولید آنزیم‌های اختصاصی مانند لیگنین پراکسیداز، منگنز پراکسیداز و لاکاز، به عنوان گزینه‌ای مناسب
برای تجزیه رنگ‌های موجود در فاضلاب نساجی شناخته شده‌اند. قارچ‌هایی مانند Coriolopsis sp، Penicillium
simplicissimum و Pleurotus eryngii توانسته‌اند رنگ‌ها و COD را به طور مؤثر کاهش دهند. با این حال،
معایبی مانند دوره رشد طولانی، نیاز به شرایط محدودیت نیتروژن، تولید نامطمئن آنزیم‌ها و نیاز به حجم زیاد
راکتورها وجود دارد که استفاده از آنها را محدود می‌کند.

جلبک‌ها

جلبک‌ها به‌دلیل فراوانی و سازگاری بالا نیز در تصفیه فاضلاب نساجی مورد توجه قرار گرفته‌اند. مکانیزم‌های
تجزیه رنگ توسط جلبک‌ها شامل مصرف رنگ‌ها برای رشد، تبدیل رنگ‌ها به ترکیبات بی‌رنگ یا CO₂ و H₂O
و همچنین جذب کروموفورها روی سطح جلبک است. جلبک‌های ماکرو مانند Cladophora و Enteromorpha
توانایی بالایی در تجزیه رنگ‌های آزو دارند. علاوه بر این، استفاده از زیست‌جلبک‌ها به عنوان جاذب رنگ
(biosorption) راهکاری اقتصادی و مؤثر برای حذف رنگ‌ها به جای مواد گران‌قیمت مانند کربن فعال است.

فناوری سلول‌های سوختی میکروبی (MFC)

یکی از فناوری‌های نوین و پایدار برای تصفیه فاضلاب نساجی، سلول سوختی میکروبی (MFC) است. در این
سیستم، میکروارگانیسم‌های فعال الکتروشیمیایی موجود در محفظه آند، ترکیبات آلی فاضلاب را اکسید کرده و
الکترون و پروتون تولید می‌کنند. این الکترون‌ها از طریق یک مدار خارجی به کاتد منتقل شده و در آنجا اکسیژن به
آب تبدیل می‌شود. انرژی الکتریکی تولید شده در این فرایند قابل برداشت و استفاده است.

با وجود پیشرفت‌های انجام شده در ساخت الکترودها، غشاها و بهبود جامعه میکروبی، هنوز چالش‌هایی مانند هزینه بالای مواد (مانند غشایNafion، الکترودهای پلاتینیوم و کربنی) و مقاومت داخلی بالا وجود دارد. در حال حاضر، استفاده از نانوذرات کربن فعال‌شده و ترکیبات کربنی به همراه کاتالیست‌های ارزان مانند کبالت، آهن و منگنز دی‌اکسید در حال بررسی و
توسعه است تا ضمن کاهش هزینه‌ها، بازدهی سلول‌های سوختی افزایش یابد.

مشکلات مهم در MFCها

یکی از مشکلات مهم در MFCها،تجمع یون‌های کاتیونی مختلف (مانند K⁺، Na⁺، Ca²⁺ ) در محفظه کاتد به دلیل عبور از غشا است که موجب کاهش بازده سیستم و فعالیت میکروارگانیسم‌ها می‌شود. راهکارهایی مانند استفاده از غشاهای تبادل کاتیون یا آنیون و استفادهاز غشاهای یونی مایع (IL membranes) در حال بررسی است تا تنها پروتون‌ها عبور کنند و این مشکل کاهش یابد.

با بهبود فناوری و کاهش هزینه‌ها، MFCها می‌توانند علاوه بر تصفیه فاضلاب، منبعی برای تولید انرژی پاک و
بازیافت انرژی فاضلاب‌های نساجی باشند که به گفته برخی تحقیقات، انرژی تولیدی آن‌ها تا پنج برابر انرژی
مصرفی برای تصفیه فاضلاب است.

تخریب باکتریایی

عوامل مؤثر بر تخریب باکتریایی و ترکیب روش‌های بیولوژیکی و فیزیکوشیمیایی در تصفیه پساب نساجی
عملکرد تخریب بیولوژیکی رنگ‌ها و آلاینده‌های موجود در پساب نساجی تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد که
از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به میزان اکسیژن، دما، pH، غلظت رنگ، ساختار مولکولی رنگ، میزان منابع
کربن و نیتروژن، و حضور مواد دهنده الکترون و واسطه‌های ردوکس اشاره کرد. این پارامترهای فیزیکوشیمیایی
به طور مستقیم روند تخریب باکتریایی را کنترل می‌کنند و بنابراین برای دستیابی به فرآیندی مؤثر و سریع لازم است
اثرات هر یک به دقت بررسی و بهینه‌سازی شود.

با این حال، روش‌های بیولوژیکی به تنهایی همیشه قادر به حذف کامل رنگ‌ها و ترکیبات مقاوم موجود در پساب
واقعی نساجی نیستند، زیرا برخی از رنگ‌ها و ترکیبات ناشی از مراحل مختلف فرآیندهای تر نساجی، یا سمی هستند
یا به خوبی توسط میکروارگانیسم‌ها تخریب نمی‌شوند. از سوی دیگر، روش‌های اکسیداسیون شیمیایی مانند
ازون‌زنی، استفاده از پراکسید هیدروژن (H2O2)، فرآیندهای فوتوفنتون و سایر فرآیندهای پیشرفته اکسیداسیون
(AOP) معمولاً انرژی‌بر و پرهزینه هستند و ممکن است برای برخی رنگ‌ها، منجر به تولید ترکیبات پایدار و
غیرقابل تخریب شوند.

برای غلبه بر این محدودیت‌ها، استفاده ترکیبی از روش‌های اکسیداسیون شیمیایی و روش‌های بیولوژیکی به عنوان
پیش‌تصفیه و پس‌تصفیه (و یا بالعکس) یک راهکار موثر است. در این رویکرد، مرحله پیش‌تصفیه شیمیایی با هدف
تبدیل ترکیبات مقاوم و غیرزیست‌تخریب‌پذیر به ترکیبات قابل تخریب انجام می‌شود و سپس روش بیولوژیکی برای
تخریب نهایی ترکیبات زیست‌پذیر به کار گرفته می‌شود. این ترکیب نه تنها کارایی تصفیه را افزایش می‌دهد، بلکه
هزینه‌های کلی فرآیند را کاهش می‌دهد زیرا استفاده بیش از حد از مواد شیمیایی و انرژی در پیش‌تصفیه به حداقل
می‌رسد.

البته، در طراحی چنین سیستم‌هایی لازم است زمان و شرایط فرآیند پیش‌تصفیه به گونه‌ای تنظیم شود که ترکیبات
حاصل از اکسیداسیون، زیست‌تخریب‌پذیر باشند و از ایجاد مواد سمی جلوگیری شود. همچنین، ارزیابی جامع سمیت
ترکیبات میانی و نسبت BOD به COD (شاخص زیست‌پذیری) پس از هر مرحله تصفیه برای تضمین سلامت
محیط زیست اهمیت زیادی دارد.

انتخاب بهترین ترکیب روش‌ها بستگی به نوع و ویژگی‌های پساب نساجی، معیارهای کیفیت پساب خروجی، و
ملاحظات اقتصادی دارد. مطالعات بیشتری در زمینه مدل‌سازی واکنش‌های تخریب ترکیبی و بررسی کینتیک
فرآیندهای پیش‌تصفیه و پس‌تصفیه شیمیایی-بیولوژیکی لازم است تا بتوان بهینه‌ترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین
روش‌ها را برای تصفیه پساب‌های نساجی ارائه داد.

در همین راستا، استفاده از فناوری‌های نوین و راهکارهای صنعتی نقش کلیدی در تحقق این اهداف ایفا می‌کند. با اتکا به فناوری‌های نوین تصفیه بیولوژیکی و استفاده ازبیوفیلترهای پیشرفته، گام‌های مهمی در کاهش آلاینده‌های پساب نساجی و حفاظت از محیط زیست برداشته شدهاست؛ از جمله شرکت‌های فعال در این حوزه می‌توان به پویا ژن آزما اشاره کرد که با اجرای پروژه‌های موفق،سهم قابل‌توجهی در بهبود کیفیت فاضلاب‌های صنعتی داشته و هم‌اکنون نیز با صنایع مختلف در حال همکاری در زمینه تصفیه پساب می‌باشد.از پروژه های تصفیه پساب نساجی میتوان به پروژه شرکت نساجی لاله مهرگان که توسط شرکت پویا ژن آزما انجام شده است اشاره کرد.