تولید محصولات با ارزش افزوده از لجن فاضلاب شهری

رشد سریع در صنعتی شدن و افزایش جمعیت در قرن بیست و یکم، موجب تولید حجم بالایی از لجن مازاد توسط کارخانه های تصفیه فاضلاب شده است. مدیریت لجن مازاد یکی از مسائل اساسی کارخانه های تصفیه فاضلاب است. به طوری که در حدود 30 تا 50 درصد از هزینه نهایی تصفیه خانه های فاضلاب صرف از بین بردن لجن مازاد می شود. روش های حذف لجن مازاد نظیر سوزاندن، لندفیل و تخلیه در اقیانوس ها راه کارهای متداولی هستند، که در بلند مدت تأثیرات منفی بر روی محیط زیست خواهند داشت. بنابراین نگرانی رو به رشدی در مورد اثرات زیست محیطی ناشی از دفع این پسماند ایجاد شده است. از طرفی لجن مازاد بالقوه منبعی غنی از ماده و انرژی است که می تواند برای تولید محصولات با ارزش افزوده نظیر سوخت ها، حشره کش ها و پلیمرهای زیستی استفاده شود. در این مطالعه از لجن مازاد حاصل از فرایند لجن فعال تصفیه خانه فاضلاب شهری به عنوان جایگزین مواد مغذی در محیط کشت تولید اتانول استفاده شد. از مخمر ساکارومایسس سرویسیه (cen.pk113-7d)، باکتری زیموموناس موبیلیس (ptcc 1718) و قارچ موکور ایندیکوس (ccug 22424) به عنوان میکروارگانیسم های تولید کننده اتانول استفاده شد. جهت آزاد سازی مواد آلی موجود در لجن مازاد و افزایش بازدهی تولید اتانول از چهار روش پیش فراوری اسیدی، قلیایی، حرارتی و اولتراسونیک بر روی لجن تر و لجن خشک استفاده شد. ابتدا به منظور ارزیابی روش های پیش فراوری، مخمر ساکارومایسس سرویسیه در شرایط هوازی بر روی لجن تر رشد داده شد و میزان رشد به روش cfu اندازه گیری شد. طبق نتایج بدست آمده، بیشترین میزان رشد ساکارومایسس سرویسیه بر روی لجن تر، با پیش فراوری به روش قلیایی حاصل شد. با استفاده از این پیش فراوری غلظت سلول های مخمر در شرایط رشد هوازی بعد از 36 ساعت از (cfu/ml) 105×2/1 به (cfu/ml) 106×5/1 رسید. میزان تولید اتانول در شرایط بی هوازی توسط سه سویه مختلف ساکارومایسس سرویسیه، زیموموناس موبیلیس و موکور ایندیکوس با استفاده از لجن تر و خشک پیش فراوری شده مورد بررسی قرار گرفت. موثرترین روش پیش فراوری برای افزایش تولید اتانول به وسیله سویه های زیموموناس موبیلیس و موکور ایندیکوس روش حرارتی بود، در حالیکه برای ساکارومایسس سرویسیه پیش فراوری لجن به روش قلیایی تأثیر بیشتری نسبت به سه روش دیگر داشت. دو سویه زیموموناس موبیلیس و موکور ایندیکوس از لجن تر پیش فراوری شده به روش حرارتی بترتیب 0/43 و 0/37 گرم اتانول به گرم گلوکز اولیه و از لجن خشک پیش فراوری شده به همین روش به ترتیب 0/45 و 40/ گرم اتانول به ازاء گرم گلوکز اولیه تولید کردند. در حالی که پیش فراوری قلیایی لجن تر و خشک موجب تولید به ترتیب 11/0 و 4/0 گرم اتانول به گرم گلوکز اولیه توسط سویه ساکارومایسس سرویسیه شد. برای بررسی تأثیر مقدار جامدات لجن در محیط تخمیر روی میزان تولید اتانول، مقادیر 0/5، 1 و 3 درصد وزن به حجم (بر اساس وزن خشک) از لجن پیش فراوری شده به روش حرارتی (برای زیموموناس موبیلیس و موکور ایندیکوس) و قلیایی (برای ساکارومایسس سرویسیه) به عنوان منبع مواد مغذی جهت تولید اتانول استفاده شد. طبق نتایج به دست آمده برای هر سه سویه حد غلظتی از لجن که در آن می تواند به عنوان یک عامل محدودکننده در نظر گرفته شود، 10 گرم بر لیتر (1 درصد وزنی) در محیط کشت نهایی تعیین شد. لذا نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که لجن باقی مانده از تصفیه فاضلاب شهری می تواند به عنوان منبع مواد مغذی تولید اتانول زیستی مورد استفاده قرار گیرد.