حوض تهوية منفاخ الحمل المنخفض-: الأساسيات الفنية ودليل الإدارة التشغيلية

الأساسيات الفنية والإدارة التشغيلية لحوض تهوية المنفاخ منخفض الحمل

1. نظرة عامة

1.1 مبدأ تشغيل أحواض تهوية المنفاخ

تهوية المنفاخ، شائعة الاستخدام في الصين، تشمل في المقام الأول أنواع التهوية المنتشرة، والحلزونية، والمسامية الدقيقة. يشتمل حوض التهوية عادةً على نظام تهوية، وهيكل الحوض، ومنافذ الدخول/الخروج، التي تعمل كهيكل رئيسي في معالجة مياه الصرف الصحي للحمأة المنشطة. طرق التهوية الشائعة هي التهوية الميكانيكية والتهوية بالمنفاخ. تتكون أنظمة تهوية المنفاخ عمومًا من مهويات ومنافيخ متخصصة. غالبًا ما يتم تقسيم الأحواض إلى أقسام متعددة، كل منها قادر على تغذية مستقلة. تدخل مياه الصرف الصحي إلى الحوض وتخرج من الطرف المقابل. خلال هذه العملية، يتم توصيل الهواء عبر الضواغط إلى الناشرات الموجودة في قاع الحوض ويتم إطلاقه على شكل فقاعات.

1.2 الأبحاث ذات الصلة بأحواض تهوية المنفاخ

البحث الذي أجراه تشنغ داندان وآخرون. وجدت أنه في محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية في الصين، تستهلك منافيخ التهوية حوالي 60% من إجمالي الطاقة. يمكن أن يؤدي دمج نظام التهوية مع التحكم الذكي في الحلقة المغلقة PID- للأكسجين المذاب (DO) وتنفيذ إستراتيجيات توفير طاقة المنافيخ- إلى معالجة الاستهلاك العالي للطاقة بشكل فعال في أنظمة تهوية محطات معالجة مياه الصرف الصحي، مما يقلل منه بنسبة تزيد عن 30%.

ليو شياو تشي وآخرون. تم استخدام مهويات التدفق المشتتة لزيادة محتوى الأكسجين في مياه الصرف الصحي أثناء المعالجة مع تقليل استهلاك الطاقة. وقد أدى هذا أيضًا إلى تحقيق خلط وتوزيع موحد للهواء-، مما يقلل من متطلبات الدقة لتسوية تركيب جهاز التهوية.

تشانغ كاي وآخرون. تحسين أداء نظام حوض التهوية التقليدي عن طريق تعديل وضع تجميع الهواء الأصلي. لقد استبدلوا المهويات الصغيرة المسامية التقليدية بمهويات صغيرة مسامية ذات ألواح سيليكون عالية الكفاءة في نقل الأكسجين واستبدلوا أحواض تهوية التدفق الفردي -المستقيمة- بثلاثة-أحواض تدفق سربنتين. أدى دمج التحكم الدقيق في التهوية إلى تعزيز النظام بشكل أكبر، ومعالجة مشكلات الاستهلاك العالي للطاقة، والكفاءة المنخفضة، وضعف نقل الكتلة في طرق تهوية المنفاخ التقليدية.

1.3 الإدارة التشغيلية لأحواض تهوية المنفاخ

تستخدم أحواض تهوية المنفاخ على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي. باتباع مبدأ "المعالجة المنفصلة لمجاري النفايات المختلفة،" تقوم وحدة معالجة مياه الصرف الصحي المالحة الخاصة بمحطة معالجة المياه العادمة بمعالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن تحلية المياه الكهربائية من التقطير الفراغي - الجوي، والمياه النقية المجردة، ومياه الصرف الصحي المعادلة للألكلة، وبعض النفايات السائلة الطافية وعالية الملوحة. تتميز هذه الوحدة بنظام معالجة بيولوجي ثلاثي-مراحل، مع حوض تهوية المنفاخ كمرحلة ثانوية. يقل متوسط ​​الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) بشكل ثابت عن 100 ملجم/لتر، مما يصنفها على أنها عملية حمأة منشطة ذات حمل منخفض. بالإضافة إلى ترقيات المعدات، يتطلب الحفاظ على التشغيل الأمثل التحكم الدقيق وتعديل معلمات العملية.

2. نظرة عامة على المنشأة

2.1 تدفق عملية وحدة معالجة مياه الصرف الصحي المالحة

تستخدم الوحدة عملية "المساواة + فصل الزيت + مرحلتين-تعويم + ثلاث-مرحلة معالجة بيولوجية"، مع إرسال النفايات السائلة المعالجة إلى وحدة التلميع. يستخدم فاصل الزيت التدفق الأفقي المدمج وتصميم اللوحة المائلة. تستخدم مرحلتي التعويم التعويم بالهواء التجويف الدوامي (CAF) والتعويم بالهواء المذاب المضغوط المضغوط الارتجاعي (DAF)، على التوالي. المراحل البيولوجية الثلاث هي بالتسلسل: خزان تهوية الأكسجين النقي III، خزان تهوية المنفاخ، وخزان الكيمياء الحيوية الثانوي (EM-BAF). يظهر تدفق العملية فيالشكل 1.

2.2 وصف حوض تهوية المنفاخ

حوض تهوية المنفاخ عبارة عن منشأة مُعاد استخدامها في الأصل وتم بناؤها في عام 1995 كجزء من وحدة معالجة مياه الصرف الصحي الزيتية. إنه يستخدم تصميم تهوية التدفق التقليدي- بحجم فعال يبلغ 3888 مترًا مكعبًا ووقت الاحتفاظ الهيدروليكي الحالي (HRT) يبلغ حوالي 17.6 ساعة. ويعمل الحوض في قطارين متوازيين يضم كل منهما أربع مقصورات. يتم تركيب المهويات في الأسفل، ويتم توفيرها بواسطة منافيخ طرد مركزي لتوفير الأكسجين لعملية استقلاب الحمأة المنشطة. وهي مجهزة أيضًا بمصفيين ثانويين (Φ18mx5m).

ضمن النظام البيولوجي -المراحل الثلاثة:

• المرحلة 1 (خزان تهوية الأكسجين النقي III): الوظيفة الأساسية هي إزالة COD.
• المرحلة الثانية (خزان تهوية المنفاخ): الوظيفة الأساسية هي إزالة نيتروجين الأمونيا (NH₃-N)، والوظيفة الثانوية هي إزالة COD الإضافية.
• المرحلة 3 (خزان الكيمياء الحيوية الثانوي - EM-BAF): وظائف لزيادة تلميع النفايات السائلة COD وNH₃-N، مما يضمن الجودة النهائية للمياه.

2.3 جودة حوض تهوية المنفاخ والنفايات السائلة

يأتي التدفق إلى حوض تهوية المنفاخ من خزان تهوية الأكسجين النقي III، مع حدود الملوثات: CODcr أقل من أو يساوي 300 مجم/لتر، NH₃-N أقل من أو يساوي 30 مجم/لتر، المواد الصلبة العالقة (SS) أقل من أو تساوي 50 مجم/لتر.

يغذي تدفقه السائل الخزان الكيميائي الحيوي الثانوي، بحدود: CODcr أقل من أو يساوي 120 مجم/لتر، NH₃-N أقل من أو يساوي 30 مجم/لتر، SS أقل من أو يساوي 50 مجم/لتر.

يجب أن يستوفي التدفق النهائي من الخزان الكيميائي الحيوي الثانوي: CODcr أقل من أو يساوي 70 مجم/لتر، البترول أقل من أو يساوي 5 مجم/لتر، NH₃-N أقل من أو يساوي 3 مجم/لتر.

طوال عام 2021، كان متوسط ​​CODcr المؤثر في الحوض 67.094 مجم/لتر، ومتوسط ​​NH₃-N كان 23.098 مجم/لتر، وكلاهما يلبي متطلبات التصميم. ومع ذلك، أدى انخفاض COD المؤثر بشكل ملحوظ إلى نقص مصدر الكربون للحمأة المنشطة، مما يؤثر على عملية التمثيل الغذائي الطبيعي. على العكس من ذلك، فإن وجود كمية كافية من نيتروجين الأمونيا وتركيز منخفض من الملوثات العضوية في السائل المختلط يفضل النترجة، والتي تتم بشكل فعال.

3. العوامل المؤثرة التشغيلية وإجراءات التحكم

3.1 تأثير الحمل المنخفض التأثير وتقادم الحمأة

مع وجود COD المؤثر عند 67.094 مجم/لتر-أقل من حد التصميم (أقل من أو يساوي 300 مجم/لتر) والطلب على الكربون الميكروبي (حوالي. 100 مجم/لتر BOD₅)-، واجهت الحمأة المنشطة نقصًا في مصدر الكربون. أدى الحمل المنخفض إلى نمو بطيء للحمأة، مما يجعلها عرضة للشيخوخة وتشكيل بنية فضفاضة. تشكلت الحمأة الميتة القديمة زبدًا يطفو على سطح المصفي الثانوي. بسبب الافتقار إلى معدات جمع المخلفات، تدفقت هذه المخلفات مع النفايات السائلة، مما تسبب في التعكر، متجاوزًا حدود COD وSS، وبالتالي التحميل الزائد على الخزان الكيميائي الحيوي الثانوي في اتجاه مجرى النهر، مما يؤثر على جودة النفايات السائلة النهائية.

الإجراء المضاد: قام فريق التشغيل بالتحكم في تركيز المواد الصلبة العالقة المختلطة (MLSS). باستخدام أسطوانة متدرجة سعة 1000 مل لاختبار مؤشر حجم الحمأة (SVI) لمدة 30 دقيقة، حافظوا على مؤشر حجم الحمأة (SVI) بنسبة 20٪ تقريبًا، وهو ما يتوافق مع MLSS الذي يبلغ حوالي 2 جم / لتر. هذه الكفاءة المتوازنة في إزالة الملوثات مع منع شيخوخة الحمأة والطفو وتدهور جودة المياه. ويعني النمو البطيء للحمأة الحد الأدنى وغير المتكرر من إهدار الحمأة، مما يسمح للبكتيريا الآزوتية بفترة بقاء تتجاوز الحد الأدنى لوقت توليدها، مما يزيد من تعزيز النترجة.

3.2 تأثير التحكم في الأكسجين المذاب

الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الحمأة المنشطة هي في المقام الأول هوائية، وتتطلب عادة ما بين 1-3 ملجم/لتر. تحدد معايير الشركة نطاق الأكسجين المذاب لأحواض التهوية التقليدية ذات التدفق القابس عند 2-4 ملجم/لتر، مع النترجة التي تتطلب عمومًا ألا يقل الأكسجين المذاب عن 2.0 ملجم/لتر. أدى انخفاض حمل التدفق الحالي وانخفاض تركيز MLSS إلى خفض الطلب على الأكسجين المذاب، مما يجعل التحكم صعبًا. غالبًا ما يؤدي الحفاظ على الخلط الكامل إلى رفع مستوى الأكسجين المذاب فوق 4 ملجم/لتر، بينما يؤدي التحكم في الأكسجين المذاب ضمن النطاق المستهدف أحيانًا إلى عدم كفاية الخلط في بعض المناطق، مما يتسبب في ترسيب الحمأة.

علاوة على ذلك، يؤدي ارتفاع نسبة الأكسجين المذاب إلى تسريع تحلل المواد العضوية، مما يؤدي إلى تفاقم شيخوخة الحمأة. لذلك، من الناحية العملية، يتم التحكم في نسبة الأكسجين المذاب بحوالي 3 ملغم/لتر. بالإضافة إلى ذلك، يتم ضبط جميع صمامات الهواء شهريًا تقريبًا لتحسين تجانس الخلط، وإعادة تنشيط الكتل الخاملة، والحفاظ على الكتلة الحيوية النشطة.

3.3 تأثير درجة حرارة الماء

تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على النشاط الميكروبي. تعمل درجات الحرارة المناسبة على تعزيز النشاط، في حين أن درجات الحرارة المنخفضة تمنعه ​​أو تقلله، ويمكن لدرجات الحرارة المرتفعة أن تغير وظائف الأعضاء أو تسبب الوفاة. في هذا النظام، البكتيريا المحبة للحرارة هي المجموعات الوظيفية الرئيسية. من أجل سلامة النظام، عادة ما يتم الحفاظ على درجة الحرارة بين 15-35 درجة، على الرغم من أن النطاق المناسب هو 10-45 درجة. أكثر من 30 درجة يمكن أن تفسد بروتينات النتريفير، مما يقلل من نشاطها. تحتوي الحمأة المنشطة على كلٍ من البكتيريا المسببة للتحلل والنترجة COD-، مع وجود نطاق أمثل لعملية النترجة يتراوح بين 5 إلى 30 درجة.

تحتوي مياه الصرف الصحي المالحة على تيارات ذات درجة حرارة عالية-. تضمنت الحوادث الماضية أيامًا متتالية من درجة الحرارة المؤثرة التي تجاوزت 40 درجة، مما أدى إلى تفكك الحمأة، وموت متحللات COD- والنتروجينات، وانهيار النظام. بعد ذلك، تم تركيب مقياس حرارة على خط الصرف الصحي لخزان المعادلة للتحكم بشكل صارم في درجة حرارة التفريغ بحيث لا تتجاوز 40 درجة، لتلبية متطلبات درجة حرارة الحمأة. لم تقع حوادث مماثلة تؤثر على النترجة في عام 2021.

3.4 تأثير القلوية

وفقًا لمعايير المؤسسة ذات الصلة، عند استخدام الحمأة المنشطة لإزالة الأمونيا، يجب ألا تقل نسبة القلوية الكلية المؤثرة إلى نسبة نيتروجين الأمونيا عن 7.14؛ خلاف ذلك، يجب أن تستكمل القلوية. مع التصميم المؤثر NH₃-N بمقدار 30 مجم/لتر ومتوسط ​​فعلي قدره 23.098 مجم/لتر، لا تقل القلوية الإجمالية المطلوبة عن 214.2 مجم/لتر. في الوقت الحالي، القلوية المؤثرة غير كافية، مما يتطلب إضافة رماد الصودا (Na₂CO₃) يوميًا لتلبية متطلبات العملية.

3.5 تأثير الرقم الهيدروجيني والمواد السامة

Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 أو<5 should be neutralized before entering the aeration basin.

يمكن للاستقلاب الميكروبي الهوائي أن يخفف بشكل معتدل من تغيرات الرقم الهيدروجيني. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي استخدام مركب النيتروجين إلى خفض الرقم الهيدروجيني أثناء النترجة، بينما تنتج عملية نزع الكربوكسيل أمينات قلوية، مما يؤدي إلى رفع الرقم الهيدروجيني. وهذا يسمح بالتأقلم على المدى الطويل-مع مياه الصرف الصحي الحمضية/القلوية بشكل معتدل. تساعد القلوية المتأصلة في مياه الصرف الصحي أيضًا على منع انخفاض الرقم الهيدروجيني.

ومع ذلك، فإن التحولات الجذرية في الرقم الهيدروجيني (على سبيل المثال، التدفق القلوي المفاجئ إلى نظام حمضي) تؤثر بشكل كبير على الميكروبات ويمكن أن تعطل عملها. لذلك، تعتمد ضرورة التحييد على الحالة المحددة. قد لا تتطلب تقلبات الأس الهيدروجيني البسيطة والمتسقة، خاصة مع الأحماض/القواعد الضعيفة، المعادلة. تتطلب التقلبات الأكبر تعديل الرقم الهيدروجيني إلى الوضع المحايد.

تتميز البكتيريا الآزوتية بحساسية عالية لدرجة الحموضة-، مع النترجة المثالية عند درجة حموضة تتراوح بين 7.2 و8.0، بينما تفضل الميكروبات العامة درجة حموضة تتراوح بين 6.5 و8.5. بالنسبة لمياه الصرف الصناعي المحددة، غالبًا ما تكون أنواع المواد السامة ثابتة، ولكن التركيزات وأحجام التصريف تتقلب. إلى جانب المعادلة، يجب مراقبة ومراقبة مستويات المواد السامة المؤثرة. بعد تأقلم الحمأة، ينبغي تحديد الحد الأقصى للتركيز المؤثر على أساس درجة التأقلم والخبرة التشغيلية. يتطلب التجاوز المطول اتخاذ تدابير مثل تقليل التدفق، أو زيادة إعادة تدوير الحمأة، أو تعزيز الأوكسجين لمنع التسمم الميكروبي وفشل العلاج. ولم يتم حالياً رصد أي مواد سامة تسبب تسمماً ميكروبياً في مجرى الحوض.

3.6 تأثير أحمال الصدمات المؤثرة

يظل COD المؤثر منخفضًا بشكل ثابت مع تقلبات طفيفة، ويظل NH₃-N وإجمالي النيتروجين (TN) أيضًا ضمن نطاقات مستقرة نسبيًا على مدار فترات طويلة. لا يزال عدد النتريفير ثابتًا نسبيًا. ومع ذلك، نظرًا لمعدل نموها البطيء، فإن الزيادة المفاجئة والكبيرة في NH₃-N أو TN المتدفقة يمكن أن تشبع قدرة إزالة الحوض، مما يضر بجودة النفايات السائلة NH₃-N وTN.

من الناحية النظرية، يتبع الطلب الميكروبي N وP نسبة BOD₅:N:P تبلغ 100:5:1. ومع ذلك، فإن محتوى النيتروجين والفوسفور يختلف بشكل كبير باختلاف نوع مياه الصرف الصناعي. تحتوي بعض مياه الصرف الصحي على نسبة عالية من النيتروجين والفوسفور، مما يتطلب إزالتها للوفاء بالمعايير. البعض الآخر ناقص، مما يستلزم المكملات لتجنب الحد من التمثيل الغذائي. بالنسبة لأحواض التشغيل التي تعالج مياه الصرف الصحي المنخفضة النيتروجين، فإن المستويات المؤثرة التي تبلغ حوالي 10 مجم/لتر NH₃-N و5 مجم/لتر فوسفات يمكن أن تلبي الاحتياجات الميكروبية. تتطلب المستويات الطويلة تحت هذه المستويات زيادة جرعات N/P.

يتطلب التشغيل اليومي مراقبة دقيقة لـ NH₃-N وTN في جميع التدفقات المتدفقة والتدفقات السائلة من خزان المعادلة، وكذلك في تدفقات إعادة التدوير من خزانات الضبط، لمنع التحميل الزائد على وحدة التلميع النهائية وتهديد سلامة مياه التصريف النهائي.

4. الاستنتاج

باعتباره مفاعل النترجة الأساسي في وحدة معالجة مياه الصرف الصحي المالحة، يتطلب حوض تهوية المنفاخ مراقبة يومية دقيقة لدرجة حرارة الماء، والسائل NH₃-N، وTN. من الضروري التحكم الصارم في تركيز MLSS، والحفاظ على مستوى الأكسجين المذاب بحوالي 3 ملغم/لتر، وضمان إضافة القلوية الكافية. بموجب هذه التدابير المحسنة، يعمل النظام بثبات بجودة تدفق ممتازة: متوسط ​​COD يبلغ 54.213 مجم/لتر، NH₃-N يبلغ 9.678 مجم/لتر، وSS يبلغ 23.849 مجم/لتر، مما يلبي تمامًا متطلبات التدفق للخزان الكيميائي الحيوي الثانوي. يعد الاختبار المستمر والتلخيص والتحسين من جوانب متعددة أمرًا بالغ الأهمية أيضًا لضمان موثوقية المعدات وكفاءة معالجة النظام.