مقدمة
المعالجة البيولوجية اللاهوائية هي عملية معالجة مياه الصرف الصحي التي تقوم بتفكيك الملوثات العضوية في غياب الأكسجين. وهي تعتمد على الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية لتحويل المركبات العضوية المعقدة إلى مواد أبسط، وفي المقام الأول الميثان (CH₄) وثاني أكسيد الكربون (CO₂). يتم استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع -لتثبيت مياه الصرف الصناعي والحمأة ذات القوة العالية نظرًا لكفاءة استخدام الطاقة وانخفاض إنتاج الحمأة.
مميزات العلاج اللاهوائي عن العلاج الهوائي
1. قدرة تحميل عضوية أعلى
- تحميل الحمأة النموذجي (F/M) للمعالجة اللاهوائية لمياه الصرف الصناعي هو0.5-1.0 كجم BOD₅/(كجم MLVSS·d)أكثر من ضعف العمليات الهوائية (0.1–0.5 كجم BOD₅/(كجم MLVSS·d)).
- نظرًا لعدم وجود قيود على نقل الأكسجين، فإنMLVSS (المواد الصلبة العالقة المتطايرة المختلطة)في الأنظمة اللاهوائية يمكن أن تصل5-10 مراتأن الأنظمة الهوائية.
- معدل التحميل الحجمي العضوي للمعالجة اللاهوائية هو5–10 كجم BOD₅/(م³·ي)، مقارنة فقط0.5–1.0 كجم BOD₅/(م³·ي)للعلاج الهوائي-أالفرق 10 أضعاف.
2. انخفاض إنتاج الحمأة وتحسين جودة الحمأة
- العلاج اللاهوائي ينتج فقط5%–20%من الكتلة الحيوية المتولدة في العمليات الهوائية.
- تنتج الطرق الهوائية0.25-0.6 كجم من الحمأة لكل كجم من COD تتم إزالتهابينما الطرق اللاهوائية تسفر فقط0.02-0.18 كجم، مع قدرة أفضل على نزح المياه.
- الهضم اللاهوائي أيضايقتل بيض الطفيلياتفي الحمأة، وتحسين استقرارها الصحي والكيميائي، وتقليل تكاليف التخلص من الحمأة.
3. انخفاض متطلبات المغذيات والمرونة التشغيلية
- تتطلب الميكروبات اللاهوائيةفقط 5%-20%من العناصر الغذائية (N، P) التي تحتاجها العمليات الهوائية، مما يجعلها مناسبة لمياه الصرف الصحي التي تعاني من نقص العناصر الغذائية.
- تبقى الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية نشطةأشهر أو حتى سنواتدون انخفاض كبير، ويمكن إعادة التشغيل بسرعة بعد إيقاف التشغيل، مما يسمح بذلكعملية متقطعة(مثالية لمياه الصرف الصحي الموسمية).
4. توفير الطاقة وإنتاج الميثان
- يستهلك العلاج الهوائي0.5-1.0 كيلو واط ساعةمن الكهرباء لكل كيلوغرام من COD إزالة للتهوية، في حين أن الأنظمة اللاهوائيةالقضاء على تكاليف التهوية.
- الهضم اللاهوائيينتج غاز الميثان، العائد ستمت إزالة ما يصل إلى 12000 كيلو جول من الطاقة لكل كجم من COD.
- لا توجد مشكلات تتعلق بالرغوة (بخلاف المعالجة الهوائية للمواد الخافضة للتوتر السطحي-التي تحتوي على مياه الصرف الصحي).
5. تقليل تلوث الهواء وزيادة القدرة على التدهور
- يمكن التهوية الهوائيةتطاير المركبات العضويةمما يسبب تلوث الهواء، بينما تتجنب الأنظمة اللاهوائية هذه المشكلة.
- يمكن للميكروبات اللاهوائيةتحلل بعض المركبات المتمردة(مثل الهيدروكربونات المكلورة) التي لا تستطيع البكتيريا الهوائية القيام بها.
6. التآزر الميكروبي المعقد لتعزيز التدهور
- يتضمن الهضم اللاهوائي مجتمعات ميكروبية متنوعة تعمل بشكل تآزري، مما يتيح تحلل المواد العضوية التي يصعب -تحللها- والتي لا تستطيع المعالجة الهوائية معالجتها بشكل كامل.
عيوب العلاج اللاهوائي
1. بطء نمو الميكروبات ووقت بدء تشغيل أطول
- تنمو الميكروبات اللاهوائية ببطء، مما يتطلبفترات بدء تشغيل أطول وأوقات استبقاء هيدروليكية (HRT)من الأنظمة الهوائية.
2. تتطلب النفايات السائلة مزيدًا من المعالجة
- النفايات السائلة اللاهوائية في كثير من الأحيانلا تلبي معايير التفريغويجب أن يكونمصقول بالمعالجة الهوائية.
3. مكملات القلوية اللازمة لمياه الصرف الصحي المنخفضة -C/N
- قد تفتقر مياه الصرف الصحي ذات التركيز المنخفض-أو ذات المحتوى المنخفض-C/N إلى القلوية، مما يتطلبإضافة القلوية الخارجية.
4. التدفئة مطلوبة لمياه الصرف الصحي منخفضة القوة
- إذا كان إنتاج الميثان غير كاف للحفاظ على درجات الحرارة المثلى(30-38 درجة) تدفئة خارجيةضروري.
5. خطر الانفجار من غاز الميثان
- الغاز الحيوي (CH₄ + CO₂ + H₂S) هوقابلة للاشتعال والانفجار، تتطلبتصميمات مفاعلات مقاومة للانفجار-.
6. الحساسية للمركبات السامة
- المواد الأليفاتية المكلورة والسموم الأخرىتمنع مولدات الميثانأكثر خطورة من الكائنات الحية المغايرة الهوائية. يمكن أن يؤدي التشغيل غير السليم إلى زعزعة استقرار النظام.
7. هناك حاجة إلى تحكم صارم في درجة الحرارة
- درجات حرارة منخفضةتقليل الكفاءة بشكل كبير، والإدارة التشغيلية هيأكثر تعقيدامما كانت عليه في الأنظمة الهوائية.
8. مشاكل الروائح والتآكل في H₂S
- تنتج الكبريتات (SO₄²⁻) في مياه الصرف الصحيH₂S، مما تسببالروائحوالتآكل في الأنابيب والمحركات والغلايات.
- تخفيض الكبريتات أيضايستهلك المواد العضوية،تقليل إنتاج الميثان.
9. لا النترجة
- الأنظمة اللاهوائيةلا يمكن نترجة الأمونيا; يتطلب النشاط الميكروبي الأمثلمستويات NH₃-N من 40-70 مجم/لتر.