تحليل تأثير إمداد الأكسجين المرحلي في المنطقة الهوائية لعملية AAO على كفاءة إزالة الملوثات
ملخص
إن عملية AAO هي تقنية معالجة مياه الصرف الصحي المستخدمة على نطاق واسع، وتتكون في المقام الأول من المراحل اللاهوائية ونقص الأكسجين والهوائية، والتي تعمل بشكل تآزري لإزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي بشكل فعال. تعد المرحلة الهوائية عنصرًا حاسمًا في عملية AAO، وتؤثر طريقة إمداد الأكسجين بشكل مباشر على الكفاءة التشغيلية الشاملة للنظام بأكمله. لزيادة تعزيز فعالية عملية AAO في التطبيقات العملية، اقترح الباحثون مخططًا مرحليًا لإمداد الأكسجين. من خلال إنشاء مناطق متعددة بتركيزات مختلفة من الأكسجين المذاب (DO) داخل النظام، يهدف هذا المخطط إلى تحسين النشاط الأيضي للكائنات الحية الدقيقة الهوائية وتحسين كفاءة إزالة الملوثات. ولذلك، فإن تحليل تأثير إمدادات الأكسجين على مراحل في المنطقة الهوائية لعملية AAO على إزالة الملوثات له قيمة عملية كبيرة.
نظرة عامة على إمداد الأكسجين المرحلي في المنطقة الهوائية لعملية AAO
المنطقة الهوائية هي الموقع الرئيسي لأكسدة وتحلل المواد العضوية. من خلال إمداد الأكسجين المرحلي، يمكن تعديل تركيزات الأكسجين المذاب في مناطق مختلفة بمرونة بناءً على معدل تحلل المادة العضوية والطلب على الأكسجين من الكائنات الحية الدقيقة، مما يضمن تحللًا موحدًا وكافيًا للمادة العضوية عبر المناطق. يساعد هذا النهج على تحسين معدلات إزالة المواد العضوية واستقرار جودة النفايات السائلة. في المنطقة الهوائية، يتأكسد نيتروجين الأمونيا إلى نترات بواسطة البكتيريا الآزوتية. يضمن إمداد الأكسجين المرحلي أن البكتيريا الآزوتية تعمل بكفاءة تحت تركيزات مناسبة من DO، مع تجنب التأثيرات الضارة على عملية النترجة الناجمة عن مستويات مرتفعة أو منخفضة بشكل مفرط من DO. في الوقت نفسه، من خلال التحكم في نسبة إعادة التدوير وتركيز السائل المختلط، يمكن تحسين عملية النترجة بشكل أكبر، مما يعزز كفاءة إزالة نيتروجين الأمونيا. تقوم عملية AAO بإزالة النيتروجين والفوسفور في وقت واحد. في ظل ظروف إمداد الأكسجين المرحلي في المنطقة الهوائية، يمكن للكائنات الحية المتراكمة للفوسفور - (PAOs) امتصاص الفوسفور بالكامل تحت تركيزات مناسبة من الأكسجين المذاب وتحقيق إزالة الفوسفور عن طريق تفريغ الحمأة الغنية بالفسفور - في المراحل اللاحقة. وفي الوقت نفسه، من خلال ضبط المعلمات التشغيلية في مناطق نقص الأكسجين والهوائية، يمكن تحسين عملية إزالة النتروجين، مما يحسن إجمالي كفاءة إزالة النيتروجين.
المنهجية التجريبية لتحليل تأثير المراحل إمدادات الأكسجين على كفاءة إزالة الملوثات
أثناء التجربة، تم استخدام أساليب مثل أنظمة التحكم في صمام التهوية، وأنظمة التحكم الآلي، وعدد أجهزة المنفاخ لتنظيم كثافة التهوية، مما يعكس تركيز D O. يظهر تدفق عملية الإعداد التجريبي فيالشكل 1.
كما هو مبين في الشكل 1، تنقسم المنطقة الهوائية لنظام AAO إلى ثلاث مناطق: أقسام الرأس والوسط والذيل. تم ضبط وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) للنظام على ساعتين. كانت أبعاد المفاعل 160 سم × 125 سم × 100 سم (الطول × العرض × الارتفاع)، مع ارتفاع السائل المختلط عند 60 سم. تم التحكم في اتجاه التدفق بين خزانات التفاعل باستخدام جدران التوجيه والحواجز.
تم جمع عينات من النفايات السائلة من خزان الترسيب الأولي لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي التابعة للبلدية. كانت جودة مياه الصرف الصحي مستقرة نسبيًا، مع وجود جميع المؤشرات ذات الصلة ضمن النطاقات القياسية: تراوح تركيز TP من 3.0 إلى 5.5 مجم / لتر، وتركيز TN من 26 إلى 49 مجم / لتر، و COD من 255 إلى 485 مجم / لتر.
تم تجهيز كل قسم هوائي بمضخة هواء دوامية ونظام أنابيب مثقوبة تم تكوينه بشكل مستقل لتشكيل نظام التهوية لعمليات التهوية. أثناء تشغيل النظام، تعمل كل مضخة هواء دوامية بشكل مستقل وثابت، مع الحفاظ على تركيزات الأكسجين المذاب ضمن نطاقات 4-5 مجم/لتر، و3-4 مجم/لتر، و2-3 مجم/لتر، على التوالي. تم قياس وتحليل تركيزات DO وجودة النفايات السائلة من أقسام مختلفة لتحديد التأثير المحدد على كفاءة إزالة الملوثات.
3 تحليل تأثير تركيز القسم الرئيسي على كفاءة إزالة الملوثات
3.1 تحليل كفاءة إزالة COD
أظهر تحليل إزالة COD في قسم الرأس من المنطقة الهوائية AAO تحت ثلاثة ظروف مختلفة لتركيز DO قيم COD للنفايات السائلة تبلغ 41.2 و40.2 و40.8 ملغم/لتر، مع كفاءة إزالة تبلغ 91.3% و90.5% و90.8% على التوالي. وترد تفاصيل محددة فيالشكل 2.
ويشير تحليل البيانات إلى أنه في حين تباينت كفاءة إزالة COD في قسم الرأس إلى حد ما في ظل تركيزات مختلفة من DO، فإن التباين الإجمالي كان ضئيلاً ولم يُظهر ارتباطًا واضحًا. عندما زاد تركيز أكسيد الأوكسجين من مستوى 2-3 مجم/لتر إلى مستوى 3-4 مجم/لتر، انخفضت كفاءة COD وكفاءة الإزالة بمقدار 1.0 مجم/لتر و0.8% على التوالي. ومع ذلك، عندما زاد تركيز الأكسجين المذاب إلى مستوى 4-5 مجم/لتر، زادت كفاءة COD وكفاءة الإزالة بمقدار 0.6 مجم/لتر و0.3% على التوالي. لم تؤثر تركيزات D O المختلفة بشكل كبير على كفاءة إزالة COD.
3.2 تحليل كفاءة إزالة TN
أظهر تحليل إزالة TN في قسم الرأس تركيزات TN للنفايات السائلة تبلغ 12.8 و12.3 و13.1 ملغم/لتر في ظل ظروف DO الثلاثة، مع معدلات إزالة تبلغ 68.0% و66.8% و67.7% على التوالي.
يشير تحليل البيانات إلى أن كفاءة إزالة TN في قسم الرأس تختلف إلى حد ما في ظل تركيزات مختلفة من D O، ولكن التباين الإجمالي كان ضئيلاً ولم يظهر ارتباطًا واضحًا. وبالتالي، يمكن أن نستنتج أن تركيزات D O المختلفة لم تؤثر بشكل كبير على كفاءة إزالة TN.
3.3 تحليل كفاءة إزالة TP
أظهر تحليل إزالة TP في قسم الرأس تركيزات TP من النفايات السائلة تبلغ 0.60 و0.51 و0.48 ملغم/لتر في ظل ظروف DO الثلاثة، مع معدلات إزالة تبلغ 88.1% و90.7% و91.7% على التوالي.
يشير تحليل البيانات إلى أن كفاءة إزالة TP في قسم الرأس تختلف مع تركيز D O. أدت زيادة تركيز D O إلى تقليل تركيز TP للنفايات السائلة وزيادة تحسين كفاءة الإزالة. وبالتالي، يمكن أن نستنتج أن مستوى تركيز D2O البالغ 4-5 مجم/لتر حقق أعلى كفاءة إزالة نسبيًا.
يشير التحليل الشامل إلى أن ضبط تركيز D2O في قسم الرأس على مستوى 4-5 مجم/لتر يؤدي إلى زيادة كفاءة امتصاص الفوسفور.
4 تحليل تأثير تركيز القسم الأوسط من DO على كفاءة إزالة الملوثات
4.1 تحليل كفاءة إزالة COD
أظهر تحليل إزالة COD في القسم الأوسط قيم COD للنفايات السائلة تبلغ 39.9 و38.9 و40.4 ملغم/لتر في ظل ظروف DO الثلاثة، مع كفاءات إزالة تبلغ 91.0% و90.9% و91.2% على التوالي. وترد تفاصيل محددة فيالشكل 3.
ويشير تحليل البيانات إلى أنه في حين تباينت كفاءة إزالة COD في القسم الأوسط إلى حد ما في ظل تركيزات مختلفة من DO، فإن التباين الإجمالي كان ضئيلاً ولم يُظهر ارتباطًا واضحًا. عندما زاد تركيز أكسيد الأوكسجين من مستوى 2-3 مجم/لتر إلى مستوى 3-4 مجم/لتر، انخفضت كفاءة COD وكفاءة الإزالة بمقدار 1.0 مجم/لتر و0.1% على التوالي. ومع ذلك، عندما زاد تركيز الأكسجين المذاب إلى مستوى 4-5 مجم/لتر، زادت كفاءة COD وكفاءة الإزالة بمقدار 0.5 مجم/لتر و0.3% على التوالي. لم تؤثر تركيزات D O المختلفة بشكل كبير على كفاءة إزالة COD.
4.2 تحليل كفاءة إزالة TN
أظهر تحليل إزالة TN في القسم الأوسط تركيزات TN للنفايات السائلة تبلغ 13.8 و13.0 و12.9 ملغم/لتر في ظل ظروف DO الثلاثة، مع معدلات إزالة تبلغ 62.5% و66.3% و66.4% على التوالي. نسبيًا، أدت مستويات تركيز D2O البالغة 3-4 مجم/لتر و4-5 مجم/لتر إلى تحسين كفاءة إزالة TN.
4.3 تحليل كفاءة إزالة TP
أظهر تحليل إزالة TP في القسم الأوسط تركيزات TP من النفايات السائلة تبلغ 0.57 و0.52 و0.46 ملغم/لتر في ظل ظروف DO الثلاثة، مع معدلات إزالة تبلغ 88.5% و90.8% و91.5% على التوالي. نسبيًا، أدت مستويات تركيز D2O البالغة 3-4 مجم/لتر و4-5 مجم/لتر إلى تحسين كفاءة إزالة TP.
ويشير التحليل الشامل إلى أن تحديد تركيز الأكسجين المذاب في القسم الأوسط إلى مستوى 3-4 ملغم/لتر يحقق كفاءة أعلى في إزالة الملوثات.
تحليل تأثير تركيز قسم الذيل DO على كفاءة إزالة الملوثات
5.1 تحليل كفاءة إزالة COD
أظهر تحليل إزالة COD في قسم الذيل كفاءة إزالة بنسبة 91.8% في ظل ظروف تركيز DO الثلاثة. لم تؤثر تركيزات D O المختلفة بشكل كبير على كفاءة إزالة COD.
5.2 تحليل كفاءة إزالة TN
أظهر تحليل إزالة TN في قسم الذيل تركيزات TN للنفايات السائلة تبلغ 11.5 و12.7 و13.4 ملغم/لتر في ظل ظروف DO الثلاثة، مع معدلات إزالة تبلغ 72.7% و67.9% و66.5% على التوالي. نسبيًا، أدى مستوى تركيز D2O البالغ 2-3 مجم/لتر إلى تحسين كفاءة إزالة TN.
5.3 تحليل كفاءة إزالة TP
وأظهر تحليل إزالة TP في قسم الذيل أنه عندما كان تركيز D O أقل من 2.0 ملغم/لتر، لم تتجاوز كفاءة الإزالة 96%. في هذه التجربة، كان معدل الإزالة في ظل جميع ظروف DO الثلاثة 90٪، وتركيزات النفايات السائلة تفي بالمعيار الأساسي.
وباختصار، فإن تحديد تركيز DO في قسم الذيل إلى مستوى 2-3 ملغم/لتر يحقق كفاءة أعلى في إزالة الملوثات.
خاتمة
للتحقيق في التأثير المحدد لإمدادات الأكسجين المرحلية في المنطقة الهوائية لعملية AAO على كفاءة إزالة الملوثات، تم تقسيم المنطقة الهوائية إلى أقسام الرأس والمتوسطة والذيل أثناء الدراسة. يشير تحليل كفاءات إزالة COD وTN وTP عبر هذه الأقسام، بالإضافة إلى نتائج البحث، إلى أن تحديد مستويات تركيز D2O في المناطق الهوائية الثلاث إلى 4-5 مجم/لتر، و3-4 مجم/لتر، و2-3 مجم/لتر، على التوالي، يحقق كفاءة إزالة الملوثات بشكل عام أفضل. يمكن أن يوفر هذا النهج الدعم والمرجع لحماية البيئة الإيكولوجية والحفاظ على الطاقة وجهود خفض الانبعاثات.