يمكن أن يؤدي تصريف النيتروجين والفوسفور على نطاق واسع إلى إغناء المسطحات المائية. ولذلك، تستخدم الصين نيتروجين الأمونيا والفوسفور الكلي كمؤشرات تقييم مهمة لتقييم تأثير معالجة محطات معالجة مياه الصرف الصحي. في الوقت الحاضر، تعتمد معالجة مياه الصرف الصحي بشكل رئيسي علىنزع النتروجين البيولوجي، الذي يحول النيتروجين الموجود في مياه الصرف الصحي إلى غاز نيتروجين غير ضار من خلال النترجة الهوائية ونزع النتروجين بنقص الأكسجين.
يشير إجمالي النيتروجين إلى محتوى النيتروجين في الجسيمات القابلة للذوبان والمعلقة، بما في ذلك النيتروجين غير العضوي مثل NO3- وNO2- وNH4+، والنيتروجين العضوي مثل الأحماض الأمينية والبروتينات والأمينات العضوية. يتضمن نزع النتروجين البيولوجي أولاً تحويل النيتروجين العضوي إلى نيتروجين الأمونيا من خلال الأمونيا في بيئة لاهوائية. يتم تنفيذ هذه العملية بسهولة ويمكن إكمالها في معظم مرافق العلاج. ثم، في البيئة الهوائية، يتم تحويل نيتروجين الأمونيا إلى نيتروجين نترات من خلال النترجة. وأخيرا، في بيئة نقص الأكسجين، يتم تحويل نترات النيتروجين إلى غاز الأمونيا من خلال نزع النتروجين، الذي يتسرب من الماء.
وتشمل عمليات نزع النتروجين الرئيسيةعمليات الحمأة المنشطة(A2O، خندق الأكسدة، SBR، وما إلى ذلك) وعمليات الأغشية الحيوية (المرشحات البيولوجية، وخزانات أكسدة التلامس البيولوجي، والأقراص الدوارة البيولوجية، وما إلى ذلك)، والتي لها تأثيرات إزالة جيدة على النيتروجين في مياه الصرف الصحي، ولكن لها بعض القيود والتعقيدات من حيث العملية والتشغيل.
تتضمن عملية A2O، أو عملية الحمأة المنشطة اللاهوائية عديمة الأكسجين، تدفق مياه الصرف الصحي عبر ثلاث مناطق وظيفية متميزة - اللاهوائية، ونقص الأكسجين، والهوائية - حيث تقوم المجتمعات الميكروبية المختلفة بإزالة المواد العضوية والنيتروجين (N) والفوسفور (P). تعتبر عملية A2O هي أبسط عملية لإزالة الفوسفور والنيتروجين في وقت واحد، وتتميز بفترة احتجاز هيدروليكية إجمالية قصيرة. في ظل الظروف اللاهوائية ونقص الأكسجين والهوائية المتناوبة، فإنه يمنع نمو البكتيريا الخيطية، ويتغلب على تراكم الحمأة، ويحقق عادةً لزوجة الحمأة (SVI) أقل من 100. وهذا يسهل فصل مياه الصرف الصحي المعالجة عن الحمأة. تتطلب المقاطع اللاهوائية ونقص الأكسجين فقط تقليبًا لطيفًا أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل.
المزايا:هذه العملية هي أبسط عملية إزالة للنيتروجين والفوسفور في وقت واحد، مع إجمالي وقت احتجاز هيدروليكي صغير ومساحة أرضية إجمالية صغيرة؛ في ظل ظروف التشغيل اللاهوائية الهوائية المتناوبة، لا يمكن للبكتيريا الخيطية أن تتكاثر بكميات كبيرة، ولا يوجد تراكم للحمأة؛ الحمأة لديها تركيز عال من الفوسفور وتأثير الأسمدة العالية؛ لا توجد حاجة لأي مواد كيميائية أثناء التشغيل، فقط التحريك اللطيف مطلوب، وتكلفة التشغيل منخفضة.
العيوب:من الصعب تحسين كفاءة إزالة الفوسفور بشكل أكبر، ونمو الحمأة له حد معين وليس من السهل تحسينه؛ من الصعب أيضًا تحسين كفاءة إزالة النيتروجين بشكل أكبر، ولا ينبغي أن يكون حجم الدوران الداخلي مرتفعًا جدًا، وإلا فإنه سيزيد من تكاليف التشغيل؛ يجب الحفاظ على تركيز معين من الأكسجين المذاب في خزان الترسيب، ويجب تقليل وقت البقاء، ويجب ألا يكون التركيز المذاب مرتفعًا جدًا لمنع السائل المختلط المتداول من التدخل في المفاعل.
تعتبر خنادق الأكسدة، والمعروفة أيضًا بمفاعلات التدوير المستمر، بمثابة تعديل وتطوير لعملية الحمأة المنشطة التقليدية وشكل خاص من التهوية الممتدة.
وتتمثل وظائفها الرئيسية في توفير الأكسجين. التأكد من أن الحمأة المنشطة في حالة معلقة، مما يسمح بالخلط الدقيق والاتصال بين مياه الصرف الصحي والهواء والحمأة؛ ودفع المياه لتدور على طول الخزان بمعدل تدفق معين (لا يقل عن 0.25 م/ث)، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على وظيفة تنقية خندق الأكسدة. توفر خنادق الأكسدة مزايا مثل جودة النفايات السائلة الجيدة، والمقاومة القوية لأحمال الصدمات، وكفاءة إزالة الفوسفور والنيتروجين العالية، وتثبيت الحمأة بسهولة، وانخفاض استهلاك الطاقة، وسهولة التحكم الآلي.
ومع ذلك، في التشغيل الفعلي، لا تزال هناك سلسلة من المشكلات، مثل تراكم الحمأة، والرغوة، وتعويم الحمأة، ومعدل التدفق غير المتساوي، وترسب الحمأة.
تحتوي عملية الحمأة المنشطة المتقطعة، أو عملية SBR باختصار، على دورة تشغيل يمكن تقسيمها إلى خمس مراحل: المؤثر، والتفاعل، والترسيب، والنفايات السائلة، والخمول. وتتميز هذه العملية المتكاملة ببساطتها. نظرًا لوجود خزان تفاعل واحد فقط، ليست هناك حاجة لخزان ترسيب ثانوي، والحمأة الراجعة والمعدات ذات الصلة. بشكل عام، لا يلزم وجود خزان المعادلة، وفي معظم الحالات، يمكن حذف خزان الترسيب الأولي.
سمات:في معظم الحالات، ليست هناك حاجة لإعداد خزان المعادلة؛ قيمة SVI منخفضة، ومن السهل تسويتها، ولا يحدث تراكم الحمأة بشكل عام؛ يتم إجراء تفاعلات إزالة الفوسفور والنيتروجين عن طريق ضبط وضع التشغيل؛ درجة الأتمتة عالية. عندما يتم العلاج بشكل صحيح، فإن تأثير العلاج أفضل من العلاج المستمر؛ استثمار الوحدة صغير نسبيًا؛ البصمة كبيرة، ولكن حجم المياه المعالجة صغير.
المشاكل:تتطلب كل من عمليات A2O وخندق الأكسدة مساحات كبيرة من الخزانات، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف البنية التحتية؛ تعتبر عمليات عودة الحمأة والترسيب معقدة وتستهلك الكثير من الطاقة، مما يجعل من الصعب على محطات معالجة مياه الصرف الصحي الصغيرة العادية القيام بها وغير مناسبة لإعادة تأهيل محطات معالجة مياه الصرف الصحي. تتطلب عملية SBR أوعية عالية الدقة لضمان جودة النفايات السائلة، وهناك حاجة إلى خزان معادلة لاحق لتنظيم معدل تدفق النفايات السائلة، مما يضع متطلبات عالية على الأتمتة.
تتطلب المرشحات البيولوجية مساحة كبيرة، ومن الصعب بناء وصيانة الحاملات الثابتة في خزانات الأكسدة بالتلامس البيولوجي؛ وكلاهما أيضًا عرضة للانسداد، مما يشكل تحديات كبيرة أمام التشغيل المستقر على المدى الطويل لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي. من ناحية أخرى، تتعامل الأقراص البيولوجية الدوارة مع كميات صغيرة من مياه الصرف الصحي وهي أكثر ملاءمة لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي ذات قدرات المعالجة الأصغر.
عملية MBBRتم تطويره بناءً على المرشحات البيولوجية وعمليات الطبقة المميعة البيولوجية. من خلال الاستفادة في نفس الوقت من مزايا عمليات الأغشية الحيوية والحمأة المنشطة، فإنها تتغلب على مشاكل انسداد التعبئة والاستهلاك العالي للطاقة للغسيل العكسي التي غالبًا ما تتم مواجهتها في عمليات الأغشية الحيوية، بالإضافة إلى مشاكل فقدان الحمأة في عمليات الحمأة المنشطة، مما يجعل تأثير المعالجة البيولوجية أكثر فعالية.
تُصنع حاملات MBBR من مواد بوليمر تشتمل على العديد من العناصر النزرة التي تعزز الارتباط والنمو الميكروبي السريع. يتم تعديلها وتصنيعها باستخدام عمليات خاصة، مما ينتج عنه حاملات تتمتع بمزايا مثل مساحة سطح محددة كبيرة، ومحبة جيدة للماء، ونشاط بيولوجي مرتفع، وتكوين سريع للأغشية الحيوية، وتأثير معالجة جيد، وعمر خدمة طويل.
يمكن أن ترتبط الكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع بحامل MBBR، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الكتلة الحيوية في نظام المعالجة البيولوجية مع الحفاظ على تركيز ثابت للحمأة. ويؤدي هذا إلى تحسن مماثل في قدرة النظام على المعالجة وكفاءته، ويعزز مقاومته لأحمال الصدمات الناتجة عن اختلاف نوعية المياه. عندما يصل الغشاء الحيوي المرتبط بحامل MBBR إلى سمك معين، فإنه يخلق تدرجًا للأكسجين المذاب، مما يؤدي إلى مناطق نقص الأكسجين داخل الحامل في الخزان الهوائي. وهذا يسمح للبكتيريا التي تقوم بإزالة النتروجين بإجراء عملية إزالة النتروجين داخل المادة الحاملة، أي النترجة ونزع النتروجين في وقت واحد. وهذا يحافظ بشكل فعال على مصادر الكربون، مما يتيح قدرة جيدة على إزالة النيتروجين حتى عند انخفاض نسب الكربون إلى النيتروجين.
تتمتع جميع حاملات MBBR بكثافة أقل من 1، وبعد تكوين الغشاء الحيوي، تكون كثافتها مماثلة لكثافة الماء، مما يسمح لها بالبقاء معلقة في الماء. في التشغيل الفعلي، يتم استخدام التهوية مع التحريك لتسييل الحاملات في الماء، وتشكيل تميع ثلاثي الطور للغاز والسائل والصلب. وهذا يعزز الاتصال بين مراحل الغاز والسائل والناقل، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة استخدام الأكسجين ويقلل بشكل فعال من حجم التهوية واستهلاك الطاقة.
تتطلب عملية MBBR فقط إضافة مادة مضافة محددة وتركيب شاشة حاملة أعلى عملية المعالجة البيولوجية الحالية. إنه يحقق قدرة محسنة على إزالة النيتروجين دون إنشاء بنية تحتية واسعة النطاق، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الاستثمار. ويظهر آفاق التنمية الواعدة في تطوير وتحديث محطات معالجة مياه الصرف الصحي.
تعمل عمليات نزع النتروجين التقليدية على أكسدة NH4+ إلى NO2-، ثم إلى NO3-. العوامل النشطة هي البكتيريا المؤكسدة للنتريت والبكتيريا الآزوتية، والمعروفة مجتمعة باسم البكتيريا الآزوتية. ويمكن استخلاص الاستنتاجات التالية: تنتج أكسدة النتريت طاقة أكثر من النترجة، وبالتالي معدل تفاعلها أسرع؛ تولد أكسدة النتريت كمية كبيرة من H+، مما يخفض درجة حموضة النظام، في حين أن النترتة ليس لها أي تأثير على درجة حموضة النظام؛ النسبة الهوائية بين أكسدة النتريت والنترجة هي 3:1؛ تمتلك البكتيريا المؤكسدة النتريت والبكتيريا النتريتة خصائص فسيولوجية متشابهة إلى حد كبير، لكن البكتيريا المؤكسدة النتريت لها عمر أقصر ونمو أسرع، وبالتالي فهي أكثر قدرة على التكيف مع أحمال الصدمات والظروف البيئية المعاكسة.
عندما يتم تثبيط البكتيريا الآزوتية، سوف يتراكم NO2-. من الواضح أنه في عملية إزالة النتروجين التقليدية بالنترجة ونزع النتروجين، تحت تأثير بكتيريا نزع النتروجين، يمكن أن تبدأ عملية نزع النتروجين إما من النترات أو النتريت. ومع ذلك، فإن التحويل المتكرر من NO2 إلى NO3، ثم من NO3 إلى NO2، يستهلك المزيد من مصادر الأكسجين المذاب والكربون العضوي. إذا تم التحكم في عملية التحويل هذه، في العمليات الفعلية، بحيث يتم تحويل كل أو معظم NH4+ إلى NO2- بدلاً من NO3-، وتحدث عملية نزع النتروجين مباشرة من NO2-، فإن هذه العملية تسمى عملية النترجة-نزع النتروجين المختصرة. ومن خلال الجهود الحثيثة التي يبذلها العاملون في مجال البيئة، تم تحقيق عملية إزالة النتروجين والنترجة في العديد من المفاعلات.
بالمقارنة مع عمليات نزع النتروجين التقليدية، فإن عملية إزالة النتروجين والنترجة المختصرة تظهر المزايا التالية.
المشاكل:إن عمليات إزالة النترجة ونزع النتروجين (SCD) هي حاليًا في مرحلة البحث، مع تطبيقات هندسية عملية محدودة. نظرًا لصعوبة التحكم في عوامل مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة أثناء مرحلة SCD، هناك حاجة إلى تقنيات أكثر تطوراً للكشف عبر الإنترنت والتحكم الغامض لتحقيق عمليات SCD مستقرة وتوسيع نطاق تطبيقها.
أكسدة الأمونيا اللاهوائية هي عملية تفاعل بيولوجي تستخدم فيها البكتيريا المؤكسدة للأمونيا اللاهوائية النتريت كمستقبل للإلكترون لأكسدة نيتروجين الأمونيا إلى غاز النيتروجين في ظل الظروف اللاهوائية. عادة ما يكون لهذا التفاعل متطلبات قاسية نسبيًا على الظروف الخارجية (الأس الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، والأكسجين المذاب، وما إلى ذلك)، ولكن نظرًا لأنه لا يتطلب مشاركة الأكسجين والمواد العضوية، فإن أبحاثه وتطوير العمليات له أهمية التنمية المستدامة.
تتضمن معالجة نيتروجين الأمونيا اللاهوائية عادةً عملية نترجة قصيرة المعالجة مسبقًا لتحويل جزء من نيتروجين الأمونيا الموجود في مياه الصرف الصحي إلى نتريت. وتوجد بالفعل أمثلة ناجحة لتطبيقه في معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن مصانع فحم الكوك والسوائل المرتشحة من مدافن النفايات.
أكسدة الأمونيوم اللاهوائية هي تفاعل ميكروبي ينتج غاز النيتروجين. إنه يوفر العديد من المزايا: نظرًا لأن الأمونيا تعمل بشكل مباشر كمانح للإلكترون في عملية نزع النتروجين، يتم التخلص من المواد العضوية الخارجية، مما يوفر تكاليف التشغيل ويمنع التلوث الثانوي؛ يتم استخدام الأكسجين بشكل فعال، مما يقلل من استهلاك الطاقة لإمدادات الأكسجين؛ ولأن بعض الأمونيا تشارك بشكل مباشر في أكسدة الأمونيوم اللاهوائي دون الخضوع للنترجة، يتم تقليل إنتاج الحمض وإنتاج القلويات إلى الصفر، وبالتالي تقليل كمية الكواشف الكيميائية اللازمة للتحييد، وخفض تكاليف التشغيل، وتخفيف التلوث الثانوي.
تعمل هذه العملية على إزالة المواد الصلبة العالقة (SS)، والطلب على الأكسجين الكيميائي (COD)، وBOD، وإجراء النترجة، ونزع النتروجين، وإزالة الفوسفور، وAOX (مادة ضارة). ويتميز بدمج الأكسدة البيولوجية واعتراض المواد الصلبة العالقة، مما يوفر الحاجة إلى خزان الترسيب اللاحق (خزان الترسيب الثانوي). إنه يحتوي على حمل حجمي كبير وحمل هيدروليكي، ووقت احتجاز هيدروليكي قصير، ويتطلب استثمارًا أقل في البنية التحتية، وينتج نوعية جيدة من النفايات السائلة، وله استهلاك منخفض للطاقة التشغيلية، ويوفر تكاليف التشغيل.
BAF هو مفاعل الأغشية الحيوية من الجيل الثالث الذي لا يتمتع بمزايا تكنولوجيا الأغشية الحيوية فحسب، بل يلعب أيضًا دورًا فعالًا في الترشيح المكاني باستخدام وسائط الترشيح الخاصة والتصميم المناسب لتوزيع الغاز.
الخصائص التكنولوجية:
