Η διαδικασία φυκιών παρέχει βιώσιμη επεξεργασία και απολύμανση λυμάτων
Τα δημόσια έργα επεξεργασίας (POTW) απαιτούνται για τη μείωση των ρύπων στα αστικά λύματα σε νόμιμα επίπεδα πριν από την απόρριψη των επεξεργασμένων λυμάτων σε φυσικά υδατικά συστήματα. Για την εκπλήρωση αυτής της εντολής, τα POTW χρησιμοποιούν μια σειρά από διαδικασίες επεξεργασίας, καθεμία από τις οποίες έχει σχεδιαστεί για να απομακρύνει έναν συγκεκριμένο ρύπο στα λύματα. Παρόλο που αυτές οι διαδικασίες έχουν χρησιμεύσει καλά στην τήρηση των προτύπων απόρριψης και στην προστασία της δημόσιας υγείας και της ποιότητας των υδάτων, η βιωσιμότητα αυτής της πρακτικής έχει πλέον αναδειχθεί ως μείζον μέλημα. Τα αποτυπώματα ενέργειας και πόρων αυτών των διεργασιών και οι σχετικές επιπτώσεις στον κύκλο ζωής, όπως η ατμοσφαιρική ρύπανση, η εξάντληση των πόρων και οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου καθιστούν αυτή τη βασική υπηρεσία κοινής ωφέλειας μη βιώσιμη. Από την άλλη πλευρά, τα POTW υποχρεούνται να παρέχουν προσιτές και αξιόπιστες υπηρεσίες κοινής ωφέλειας στο κοινό παρά τους αυστηρότερους κανονισμούς, την κλιμάκωση του κόστους και τις αβεβαιότητες σχετικά με τον ενεργειακό εφοδιασμό.
Για να πληρούνται οι απαιτήσεις άδειας απόρριψης, το τελευταίο βήμα στην επεξεργασία των λυμάτων είναι να διασφαλιστεί ότι το επεξεργασμένο νερό είναι απαλλαγμένο από βακτήρια που προκαλούν ασθένειες, όπως παθογόνους παράγοντες. Η διαδικασία που χρησιμοποιείται για την αφαίρεση ή την αδρανοποίηση των βακτηρίων που προκαλούν ασθένειες είναι η απολύμανση. Οι παραδοσιακές διαδικασίες απολύμανσης περιλαμβάνουν τη χλωρίωση, την απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία και τον οζονισμό. Αυτές οι διαδικασίες είναι μη βιώσιμες και έχουν δυσμενείς συνέπειες ή/και είναι δαπανηρές. Για παράδειγμα, πρόσφατα αναγνωρίστηκε ότι η χλωρίωση μπορεί να σχηματίσει υποπροϊόντα που προκαλούν σοβαρές ανησυχίες για την ανθρώπινη υγεία. Η απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία μπορεί να είναι ακριβή λόγω της εισροής ενέργειας και της τακτικής αντικατάστασης των φώτων. Αυτές οι ανησυχίες έχουν οδηγήσει τους POTW και τους ερευνητές να αναπτύξουν εναλλακτικές διαδικασίες που είναι ασφαλέστερες, πιο πράσινες, οικονομικά αποδοτικές και βιώσιμες.
Ερευνητές στο New Mexico State University ανέπτυξαν μια νέα διαδικασία που χρησιμοποιεί ένα φυσικό φύκι (Galdieria sulphuraria ) για την επεξεργασία αστικών λυμάτων που πληρούν τα υποχρεωτικά πρότυπα απόρριψης. Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό αυτής της διαδικασίας φυκιών είναι ότι μπορεί να αφαιρέσει τους περισσότερους από τους ρύπους στα λύματα όπως ο οργανικός άνθρακας, η αμμωνία, τα φωσφορικά άλατα και τα βακτήρια που προκαλούν ασθένειες, σε ένα μόνο βήμα. Επιπλέον, το σύστημα λειτουργεί σε χαμηλό pH (pH =4) και οδηγείται από το ηλιακό φως, εξοικονομώντας έτσι την ενέργεια που καταναλώνουν οι τρέχουσες διεργασίες επεξεργασίας λυμάτων. Επιπλέον, αυτή η διαδικασία επιτρέπει την ανάκτηση πολύτιμων συστατικών στα λύματα για ωφέλιμη επαναχρησιμοποίηση. Ως εκ τούτου, αυτή η διαδικασία φυκιών είναι ενεργειακά αποδοτική, οικονομικά αποδοτική και πιο βιώσιμη από την τρέχουσα πρακτική.
Πρόσφατα, αυτή η ομάδα έχει επιδείξει υψηλά επίπεδα μείωσης παθογόνων σε μια πιλοτική έκδοση αυτής της διαδικασίας φυκών που αναπτύχθηκε σε μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων στην πόλη Las Cruces, NM. Σε σύγκριση με το υπάρχον εργοστάσιο που λειτουργεί παράλληλα, οι μειώσεις παθογόνων στη διαδικασία των φυκών βρέθηκαν να είναι ανώτερες από εκείνες στο υπάρχον εργοστάσιο. Όταν τροφοδοτήθηκε με τα ίδια λύματα, καταγράφηκε μείωση 3,3 log του συνολικού κολοβακτηριδίου στην υπάρχουσα μονάδα. Συγκριτικά, οι ολικές μετρήσεις και οι μετρήσεις κολοβακτηριδίων στα κόπρανα στο επεξεργασμένο νερό από τη διαδικασία φυκιών ήταν κάτω από τα ανιχνεύσιμα όρια (> 7 log μείωση). Η προηγμένη μικροβιολογική ανάλυση έδειξε μείωση κατά 98% των συνολικών βακτηρίων και πλήρη απομάκρυνση των βακτηρίων που προκαλούν ασθένειες (Enterococcus faecalis και Escherichia coli ) από το σύστημα φυκιών. Δεδομένου ότι αυτό το επίπεδο μείωσης των βακτηρίων επιτυγχάνεται χωρίς τη χρήση εξωτερικών απολυμαντικών, προσφέρει σημαντικό πλεονέκτημα για το σύστημα φυκών σε σχέση με τις τρέχουσες πρακτικές στα POTW.
Συνεχίζοντας αυτό το εύρημα, οι παράγοντες που συνέβαλαν στα υψηλά επίπεδα απολύμανσης στη διαδικασία των φυκών έχουν διερευνηθεί από αυτήν την ομάδα. Υποτέθηκε ότι η παρατηρούμενη βακτηριακή αδρανοποίηση σε αυτό το σύστημα φυκιών θα μπορούσε να οφείλεται στο χαμηλό pH, τη μέτρια υψηλή θερμοκρασία, τη βακτηριακή προσκόλληση και καθίζηση, το ηλιακό φως, το διαλυμένο οξυγόνο, τη βιομάζα φυκών και τις τοξίνες φυκιών. Τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών έδειξαν ότι το χαμηλό pH καλλιέργειας στον αντιδραστήρα είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την απενεργοποίηση των γηγενών βακτηρίων στα λύματα. Δεν παρατηρήθηκαν βακτήρια μετά από στιγμιαία ρύθμιση του pH στο 4 και δεν παρατηρήθηκε επανενεργοποίηση με την πάροδο του χρόνου. Οι συνθήκες χαμηλού pH επέτρεψαν στα φύκια να ξεπεράσουν τα βακτήρια και να αποδώσουν καλά στην επεξεργασία των λυμάτων, εξαλείφοντας ταυτόχρονα την ανάγκη για απολύμανση κατάντη. Το ηλιακό φως έχει επίσης αναγνωριστεί ως κυρίαρχος παράγοντας στην αδρανοποίηση των βακτηρίων στα περισσότερα συστήματα φυκιών. Έχει αναφερθεί ότι οι υψηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου που συνήθως παρατηρούνται στα συστήματα φυκών και η παρουσία φωτοευαισθητοποιητικών ουσιών όπως τα χουμικά και φουλβικά οξέα μπορούν να επιταχύνουν την αδρανοποίηση των βακτηρίων κατά τη διάρκεια της ημέρας. Έτσι, το φυσικό ηλιακό φως, το διαλυμένο οξυγόνο και οι ευαισθητοποιητές στο σύστημα των φυκών συμβάλλουν στην αδρανοποίηση των βακτηρίων χωρίς να βασίζονται σε εξωτερικά απολυμαντικά όπως στις σημερινές διαδικασίες επεξεργασίας λυμάτων.
Δεδομένου ότι η θερμοκρασία λειτουργίας αυτού του συστήματος φυκών κυμαινόταν μεταξύ 27 – 46°C, συμπεραίνεται ότι η θερμοκρασία δεν είναι σημαντικός παράγοντας για την πρόκληση βακτηριακής αδρανοποίησης. Από τις δοκιμές που αξιολόγησαν την προσκόλληση βακτηριακών κυττάρων στη βιομάζα φυκών ως πιθανό μηχανισμό αφαίρεσης, διαπιστώθηκε ότι η προσκόλληση ήταν ένας ασθενής, αναστρέψιμος δεσμός. που σημαίνει ότι τα βακτήρια δεν μπορούσαν να προσκολληθούν στα φύκια. Οι τοξίνες από τα φύκια είναι μια νέα ανησυχία στα συστήματα φυκιών επειδή πιστεύεται ότι τα φύκια εκκρίνουν ενώσεις που μπορεί να είναι τοξικές για τα βακτήρια. Μετά από μια εγκεκριμένη από το EPA δοκιμή τοξικότητας - ανάλυση Microtox, διαπιστώθηκε ότι τα απόβλητα αυτού του συστήματος φυκών είναι απαλλαγμένα από βακτηριακές τοξικές ουσίες.
Αυτά τα ευρήματα προσθέτουν αξία στην τρέχουσα τάση για την προώθηση διαδικασιών που βασίζονται σε φύκια για να καταστεί πιο βιώσιμη η επεξεργασία των λυμάτων. Η προτεινόμενη διαδικασία επεξεργασίας λυμάτων από φύκια είναι μια νέα και πιο πράσινη εναλλακτική στα συμβατικά συστήματα φυκιών (π. Η συνεχιζόμενη εργασία επικεντρώνεται στην κλιμάκωση αυτού του συστήματος φυκών και στην επίδειξη μακροπρόθεσμης λειτουργίας καθ' όλη τη διάρκεια του έτους.
