1. مقدمة
يعد تعزيز إزالة المغذيات البيولوجية (BNR) عنصرًا حاسمًا في أنظمة الحمأة المنشطة التقليدية (CAS)، التي تهدف إلى تقليل تركيزات النيتروجين والفوسفور لتلبية لوائح تصريف النفايات السائلة الصارمة بشكل متزايد. غالبًا ما تعتمد أنظمة CAS التقليدية على التهوية المستمرة ومعايير التشغيل الثابتة، والتي يمكن أن تحد من كفاءة إزالة المغذيات، خاصة في ظل ظروف التأثير المتقلبة. تبحث الدراسة في التعديلات التشغيلية، بما في ذلك التهوية المتقطعة وتحسين عمر الحمأة، لتعزيز إزالة المغذيات دون تغييرات كبيرة في البنية التحتية، وتوفير إرشادات عملية لتعديل المصانع الحالية.
2. المواد والأساليب
تم تصميم المفاعلات ذات النطاق التجريبي لمقارنة الظروف التشغيلية المختلفة. تضمنت أوضاع التهوية دورات تهوية مستمرة ومتقطعة، في حين تراوحت أوقات الاحتفاظ بالحمأة (SRT) من 5 إلى 20 يومًا. تم تعديل نسب الكربون إلى النيتروجين (C/N) من 4 إلى 10 لتقييم تأثيرها على إزالة المغذيات. تم استخدام النفايات السائلة الثانوية البلدية كمتدفق. وتم رصد تركيزات النيتروجين والفوسفور يوميا. تم تقييم تكوين المجتمع الميكروبي باستخدام تسلسل الرنا الريباسي 16S، مع التركيز على إثراء البكتيريا النتروجينية وإزالة النتروجين في ظل استراتيجيات تشغيلية مختلفة. تم تنفيذ استراتيجيات التحكم التكيفية لتقييم استقرار النفايات السائلة في ظل التقلبات المؤثرة.
3. النتائج
أدت التهوية المتقطعة مع تحسين عمر الحمأة إلى تحسين كفاءة إزالة العناصر الغذائية بشكل ملحوظ. تجاوزت إزالة الأمونيوم باستمرار 95٪، وتراوحت إزالة النيتروجين الإجمالية من 80٪ إلى 90٪، وانخفض إجمالي تركيزات الفوسفور إلى أقل من 1 ملغم / لتر في ظل الظروف المثالية. كشف التحليل الميكروبي عن إثراء انتقائي للبكتيريا النتروجينية وإزالة النتروجين، والتي ترتبط بتحسين إزالة المغذيات. حافظت المراقبة المستمرة والتحكم التكيفي على جودة النفايات السائلة المستقرة حتى عندما تتباين التركيزات المؤثرة. أظهر التحليل المقارن أن التهوية المتقطعة توفر إزالة فائقة للنيتروجين والفوسفور مقارنة بالتهوية المستمرة، بينما يؤدي تحسين SRT إلى تعزيز أداء العملية.
4. المناقشة
تشير النتائج إلى أن التعديلات التشغيلية في أنظمة CAS يمكن أن تعزز بشكل كبير إزالة المغذيات دون الحاجة إلى تحديث البنية التحتية باهظة الثمن. تخلق التهوية المتقطعة ظروفًا هوائية ونقص الأكسجين متناوبة تفضل النترجة ونزع النتروجين في وقت واحد. يحافظ عمر الحمأة الأمثل على توازن الميكروبات، مما يدعم النشاط البيولوجي المستقر. تسلط الدراسة الضوء على أهمية فهم ديناميكيات المجتمع الميكروبي وتطبيق التحكم التكيفي للاستجابة للتقلبات المؤثرة. تقدم هذه النتائج إرشادات عملية لمرافق معالجة مياه الصرف الصحي التي تسعى إلى تحسين جودة النفايات السائلة بتكلفة فعالة مع تلبية المتطلبات التنظيمية الأكثر صرامة.
5. الاستنتاج
يمكن تحقيق إزالة معززة للمغذيات البيولوجية في أنظمة الحمأة المنشطة التقليدية من خلال الجمع بين التهوية المتقطعة وعمر الحمأة الأمثل. تعمل هذه الإستراتيجية على تحسين إزالة النيتروجين والفوسفور، وتعزز التحولات المفيدة في المجتمع الميكروبي، وتضمن جودة ثابتة للنفايات السائلة في ظل ظروف متغيرة. يوفر النهج المقارن طريقة مجدية وفعالة من حيث التكلفة لتعديل محطات CAS الحالية، مما يدل على أن التعديلات التشغيلية يمكن أن تحقق فوائد بيئية وتنظيمية كبيرة دون الحاجة إلى استثمارات كبيرة في البنية التحتية.