نقش باکتری Bacillus subtilis در تیمار زیستی پساب خمیر سودا و کرافت

بیان مساله و اهداف: افزایش روزافزون مصرف آب و تولید پساب در صنایع خمیر و کاغذ، به ویژه در فرایندهای پخت سودا و کرافت، منجر به تولید حجم عظیمی از مایع سیاه با بار آلایندگی بسیار بالا شده است. این پساب ها عمدتا حاوی لیگنین، فنول ها، ترکیبات گوگردی، سیلیس و خاکستر هستند که نه تنها تیمار و دفع آن ها را دشوار می سازند، بلکه تهدیدی جدی برای محیط زیست و منابع آبی به شمار می روند. روش های سنتی تصفیه، از جمله تبخیر و سوزاندن به دلیل هزینه های زیاد انرژی، نیاز به سرمایه گذاری عظیم، هزینه عملیات زیاد و بازده نسبتا کم از کارایی و صرفه اقتصادی لازم در مقیاس صنعتی برخوردار نیستند. از این رو در این پژوهش، اثربخشی تیمار زیستی مایع سیاه حاصل از فرایند پخت سودا و کرافت کاه گندم با بهره گیری از باکتری Bacillus subtilis و با استفاده از سلول های آزاد در کاهش پارامترهای آلودگی نظیر اکسیژن موردنیاز بیولوژیکی (BOD)، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)، کل مواد جامد معلق (TSS) و کل مواد جامد حل شده (TDS) مورد بررسی قرار گرفت.مواد و روشها: در این مطالعه، مایع سیاه پخت از فرایند سودا و کرافت کاه گندم در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی تهیه شد. تیمار زیستی با استفاده از سلول های آزاد B. subtilis که از مرکز کلکسیون میکروارگانیسم های صنعتی ایران تهیه گردیده بود، صورت گرفت. سلول های باکتریایی پس از تکثیر و آماده سازی در محیط کشت مایع حاوی مواد مغذی (کربن و نیتروژن) به نمونه های مایع سیاه رقیق شده افزوده شدند. شرایط بهینه برای تیمار (pH=۷، دمای ۳۰ درجه سانتی گراد و دور شیکر ۸۰ دور در دقیقه) در بازه زمانی ۰، ۱، ۳، ۷، ۱۱ و ۱۴ روز در نظر گرفته شد. شاخص های کلیدی آلودگی شامل BOD، COD، TDS و TSS در روزهای مختلف از تیمار اندازه گیری شد. تمامی آزمون ها در سه تکرار انجام گرفت و تحلیل آماری داده ها با استفاده از نرم افزار SPSS صورت پذیرفت.نتایج: یافته ها نشان داد که B. subtilis توانایی قابل توجهی در کاهش شاخص های آلودگی مایع سیاه، به ویژه در فرایند سودا دارد. در پساب سودا، میزان کاهش COD پس از ۱۴ روز تیمار به ۰۴/۵۱ درصد و در کرافت به ۰۳/۳۸ درصد رسید. کاهش BOD در سودا برابر با ۵۴/۶۷ و در کرافت ۱۴/۴۰ درصد بود. همچنین میزان کاهش TDS و TSS در سودا به ۸۸/۴۵ و ۴۳/۲۲ درصد و در کرافت به ترتیب ۳۲/۴۹ و ۳۲/۱۷ درصد ثبت شد. عملکرد تیمار زیستی در روزهای ابتدایی (۱ تا ۵) بیشترین کارایی را نشان داد و پس از آن به علت کاهش منابع غذایی و احتمال افزایش سمیت محیط، آهنگ کاهش شاخص ها کندتر شد. تحلیل منحنی های رشد و تخریب آلاینده ها نشان داد که کارایی B. subtilis در پساب کرافت به دلیل حضور لیگنین متراکم و ترکیبات گوگردی، به طور معناداری پایین تر از پساب سودا است.نتیجه­ گیری: نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که تیمار زیستی مایع سیاه پخت سودا و کرافت با استفاده از باکتری B. subtilis به صورت سلول های آزاد، می تواند در کاهش آلاینده های اصلی نظیر BOD، COD و TDS پساب موثر باشد و به عنوان رویکردی اقتصادی، کارآمد و دوستدار محیط زیست در تصفیه اولیه پساب های صنایع سلولزی مورد استفاده قرار گیرد. فرایند تصفیه زیستی با باکتری ها به دلیل بهره­وری زیاد، کاهش تولید لجن و سازگاری با شرایط عملیاتی می تواند جایگزین مناسبی برای روش های پرهزینه شیمیایی و حرارتی باشد و زمینه بهبود عملکرد فرآیندهای بعدی مانند لجن فعال و تولید بیوگاز را فراهم کند.

کلیدواژه ها:

تیمار زیستی ، مایع سیاه پخت ، کرافت ، سودا ، Bacillus subtilis ، تصفیه پساب