تحليل تأثير عملية MBBR التحديثية في محطة معالجة مياه الصرف الصحي الجنوبية
توضح "نشرة حالة البناء الحضري في الصين لعام 2022" التي أصدرتها وزارة الإسكان والتنمية الحضرية-الريفية في جمهورية الصين الشعبية في أكتوبر 2023 أنه بحلول نهاية عام 2022، وصلت قدرة معالجة محطات معالجة مياه الصرف الصحي في الصين إلى 216 مليون متر مكعب/ي، سنويًا-بزيادة سنوية قدرها 4.04%. كان الحجم الإجمالي لمياه الصرف الصحي المعالجة في اتجاه النمو لمدة 10 سنوات متتالية منذ عام 2013. ويصاحب التطور السريع للمدن زيادة في تصريف مياه الصرف الصحي، وأصبح التناقض بين الأراضي اللازمة لتوسيع وتجديد محطات معالجة مياه الصرف الصحي وأراضي التنمية الحضرية بارزًا بشكل متزايد.
لتوسيع قدرة محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحالية، تعتمد عملية الحمأة المنشطة التقليدية عمومًا طريقة توسيع المحطة. ومع زيادة حجم التوسعة، ترتفع تكاليف حيازة الأراضي تدريجياً، وتمتد فترة البناء. يعد تعميق الاستفادة من قدرة المعالجة داخل محطة معالجة مياه الصرف الصحي الحالية إجراءً فعالاً حاليًا لزيادة تعزيز قدرة معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية وتخفيف التناقض بين التنمية الحضرية واستخدام الأراضي. نشأ مفاعل الأغشية الحيوية ذو السرير المتحرك (MBBR) في النرويج في أواخر الثمانينيات. إنه يعزز إثراء البكتيريا الوظيفية وبالتالي يحسن قدرة النظام على المعالجة عن طريق إضافة ناقلات معلقة إلى الخزان البيولوجي لتشكيل الأغشية الحيوية. ونظرًا لخصائصه المتمثلة في القدرة على "الدمج" في النظام البيولوجي الأصلي، فإنه يُستخدم على نطاق واسع في تطوير وتجديد محطات معالجة مياه الصرف الصحي، مما يؤدي إلى تعزيز القدرة-في الموقع دون إضافة أراضٍ جديدة. علاوة على ذلك، بالمقارنة مع العمليات التحديثية الموفرة للأراضي- الأخرى مثل المفاعل الحيوي الغشائي (MBR) والطبقة المميعة البيولوجية لحامل المسحوق المركب عالي التركيز (HPB)، فإن عملية MBBR لا تتطلب استبدالًا دوريًا أو تجديد للحوامل، مما يجعلها أكثر فائدة من الناحية الاقتصادية.
تأخذ هذه المقالة التعديل التحديثي لتوسيع السعة باستخدام عملية MBBR في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في جنوب الصين كمثال. فهو يحلل الأداء التشغيلي للمحطة قبل وبعد التعديل التحديثي، وأداء النترجة لمنطقة MBBR، وبنية المجتمع الميكروبي، مما يوضح الدور العملي لعملية MBBR في -توسيع السعة في الموقع. الهدف هو توفير المراجع والاقتراحات لتصميم وتشغيل محطات معالجة مياه الصرف الصحي المماثلة.
1 نظرة عامة على المشروع
تتمتع محطة معالجة مياه الصرف الصحي في جنوب الصين بقدرة معالجة إجمالية مصممة تبلغ 7.5×10⁴ م³/ي، مع قدرة المرحلة الأولى عند 5×10⁴ م3/ي، والمرحلة الثانية بقدرة 2.5×10⁴ م3/ي. استخدمت كلتا المرحلتين في البداية عملية Bardenpho المعدلة. أهداف المعالجة الرئيسية هي مياه الصرف الصحي المنزلية من منطقة التجميع ومياه الصرف الصناعي الجزئية من منطقة صناعية. يجب أن تتوافق جودة النفايات السائلة مع معيار الدرجة A المحدد في "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية" (GB 18918-2002). ومع التطور السريع للبناء الحضري والاقتصاد، يتزايد تصريف مياه الصرف الصحي، ويعمل المشروع بكامل طاقته أو يفوقها. في عام 2021، وفقًا لمتطلبات السلطات الحكومية، يحتاج المشروع إلى توسيع طاقته بمقدار 2.5×10⁴ م3/ي إضافية بناءً على المقياس الأصلي، ليصل إلى قدرة معالجة إجمالية تبلغ 1×10⁵ م3/ي. ظل معيار النفايات السائلة من الدرجة A من GB 18918-2002. يتم عرض الجودة المؤثرة والنفايات السائلة المصممة فيالجدول 1.
المنطقة المحيطة بهذا المشروع هي أرض زراعية، ولم تكن هناك مساحة كافية من الأراضي المخصصة للتوسع داخل موقع المصنع الأصلي. بالإضافة إلى ذلك، أثناء البناء الأولي للمرحلة الثانية، تم بالفعل بناء وحدات المعالجة المسبقة وفقًا لسعة 5×10⁴ م³/ي. لذلك، كان تركيز مشروع التعديل التحديثي هذا هو الاستفادة الكاملة من إمكانات المعالجة للخزانات البيولوجية الموجودة وتقليل إشغال الأراضي لتعديل الخزانات البيولوجية. يتم استخدام عملية MBBR على نطاق واسع في-توسيع السعة الموضعية وتجديد محطات معالجة مياه الصرف الصحي نظرًا لخصائصها "المضمنة". على سبيل المثال، استخدمت إحدى محطات معالجة مياه الصرف الصحي في شمال الصين عملية MBBR لزيادة السعة، مما أدى إلى تعظيم استخدام أحجام الخزانات الحالية وتدفق العملية، وتحقيق زيادة في السعة في الموقع بنسبة 20%- مع تلبية النفايات السائلة بشكل ثابت لمعايير الدرجة الأولى. استخدم مصنع آخر في قوانغدونغ عملية MBBR-لتحسين أداء المعالجة البيولوجية في الموقع، مما أدى إلى تحقيق تأثير جيد بنسبة 50% في توسيع السعة في الموقع-مع تدفق النفايات السائلة بشكل أفضل من معيار التفريغ. لذلك، وبالنظر إلى الاحتياجات الفعلية لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي والتقييم الشامل للعوامل مثل استخدام الأراضي وتشغيلها، تم اختيار عملية MBBR في النهاية كعملية معالجة لهذا التعديل التحديثي لتوسيع السعة.
2 تصميم العملية
2.1 تدفق العملية
كان جوهر التعديل التحديثي لتوسيع السعة هذا هو تعزيز قدرة معالجة الخزانات البيولوجية في الموقع-من خلال MBBR، مما يضمن الامتثال المستقر لمعايير النفايات السائلة على الرغم من زيادة التدفق بنسبة 100%. نظرًا لأن وحدات المعالجة المسبقة الأصلية ووحدات المعالجة المتقدمة قد تم إنشاؤها بالفعل بسعة 5×10⁴ م³/ي، فقد ركز هذا التحديث على إعادة استخدام المرافق الحالية. كان التعديل الأساسي هو الخزانات البيولوجية، إلى جانب إنشاء خزان ترسيب ثانوي جديد لتلبية متطلبات المعالجة بعد زيادة التدفق. يتم عرض تدفق العملية بعد التعديل التحديثي فيالشكل 1. يخضع السائل للمعالجة المسبقة من خلال شاشات خشنة/ناعمة وغرفة حبيبات، ثم يدخل إلى خزان Bardenpho المعدل -MBBR لإزالة الكربون والنيتروجين والفوسفور والملوثات الأخرى. تمر النفايات السائلة من الخزانات البيولوجية عبر خزانات الترسيب ومصفاة عالية الكفاءة - لضمان الامتثال المستقر لمعايير SS وTP. بعد التطهير، يتم تصريف النفايات السائلة النهائية في النهر المستقبل لتجديد المياه البيئية.
2.2 التحديثية للدبابات البيولوجية
يتم عرض خطة التحديث للخزان البيولوجي فيالشكل 2. أثناء مضاعفة تدفق المعالجة، ظلت أحجام المناطق اللاهوائية ونقص الأكسجين الأصلية دون تغيير . 20% من الحجم من المنطقة الهوائية الأصلية تم تقسيمها لإنشاء منطقة نقص الأكسجين إضافية، مما أدى إلى توسيع الحجم الإجمالي لمنطقة نقص الأكسجين لتلبية الطلب على إزالة النتروجين. تمت إضافة الناقلات المعلقة إلى الحجم المتبقي من المنطقة الهوائية لتشكيل منطقة MBBR الهوائية. تم تركيب أنظمة فحص المدخل/المخرج الداعمة وخلاطات MBBR- المحددة. تم استبدال نظام التهوية المتسلسل الأصلي بنظام تهوية مثقوب سفلي لضمان التميع الجيد للحوامل المعلقة ومنع فقدانها مع تدفق المياه. بعد التعديل التحديثي، يبلغ إجمالي وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) للخزانات البيولوجية 8.82 ساعة، مع منطقة HRT اللاهوائية عند 1.13 ساعة، ومنطقة نقص الأكسجين HRT عند 3.05 ساعة، ومنطقة HRT الهوائية عند 4.64 ساعة. إجمالي نسبة إعادة التدوير الداخلية للنظام هي 150%، وعمر الحمأة هو 16 يومًا.
Regarding equipment, 4 sets of submersible mixers were added to the anoxic zone (Power P = 4 kW, Impeller Diameter D = 620 mm). SPR-III type suspended carriers were added to the aerobic MBBR zone, with a diameter of (25.0 ± 0.5) mm, height of (10.0 ± 1.0) mm, effective specific surface area >800 م²/م³، والكثافة 0.94 ~ 0.97 جم/سم³. تقترب كثافة الماء بعد ربط الأغشية الحيوية، بما يتوافق مع معيار الصناعة "حشوات الناقل المعلقة من البولي إيثيلين عالي الكثافة لمعالجة المياه" (CJ/T 461-2014). نسبة الامتلاء 45%. تمت إضافة مجموعتين من الخلاطات الغاطسة الخاصة بالحامل المعلق- (P=5.5 كيلووات). تمت إضافة 22 مجموعة من أنظمة التهوية القابلة للرفع، و4 مجموعات من أنظمة التهوية الثابتة، و45 مجموعة من أجهزة تهوية الفقاعات الدقيقة. تم استبدال مضختين لإعادة التدوير الداخليتين (التدفق Q=1600 م³/ساعة، الرأس H=0.60 م، P=7.5 كيلوواط).
2.3 بناء خزان الترسيب الثانوي الجديد
ونظرًا لزيادة التدفق، لم تتمكن صهاريج الترسيب الثانوية الحالية من تلبية متطلبات النفايات السائلة. وكانت هناك حاجة إلى خزان ترسيب ثانوي جديد لدعم قدرة المعالجة المتزايدة. يتوافق الخزان الجديد مع الخزان الأصلي، باستخدام نوع التدفق الأفقي المستطيل. يبلغ حجم الخزان الفعال 4900 م3، مع HRT=7 ساعة. تمت إضافة مكشطة الحمأة من نوع مضخة واحدة - (سرعة التشغيل V=0.8 م/دقيقة). تمت إضافة ستة مضخات تدفق محورية غاطسة (مضخات إعادة التدوير الخارجية) (Q=180 m³/h، H=4 m، P=5.5 kW). تمت إضافة مضختين لحمأة النفايات (Q=105 m³/h، H=11 m، P=7.5 kW).
3 تحليل تأثير التحديث MBBR
تم تحليل الأداء التشغيلي قبل وبعد المرحلة الثانية من التعديل، والأداء التشغيلي المتزامن للمرحلة الأولى والمرحلة الثانية، وتغيرات جودة المياه على طول العملية في المرحلة الثانية، وقدرة النترجة للأغشية الحيوية ومراحل الحمأة المعلقة في المرحلة الثانية لتقييم التأثير المعزز لتحديث MBBR على قدرة معالجة النظام.
3.1 مقارنة الأداء التشغيلي
قبل التعديل التحديثي، كانت المرحلة الثانية تعمل بالفعل بأعلى من التدفق المصمم لها، بمتوسط تدفق فعلي قدره (3.02 ± 0.46) ×10⁴ م³/ي. بعد التعديل التحديثي، زاد التدفق إلى (5.31 ± 0.76) ×10⁴ م³/ي، وهي زيادة فعلية تبلغ حوالي 76%. يصل الحد الأقصى للتدفق التشغيلي إلى 7.61×10⁴ م³/ي، أي 1.52 ضعف القيمة التصميمية. يتم عرض جودة المياه المؤثرة والنفايات السائلة قبل وبعد التعديل التحديثيالجدول 2والشكل 3. فيما يتعلق بالتحميل المؤثر، بعد التعديل التحديثي، زادت تحميلات نيتروجين الأمونيا (NH₃-N) والنيتروجين الإجمالي (TN) وCOD وTP إلى 1.61 و1.66 و1.60 و1.53 مرة من مستويات التحديث المسبق - على التوالي. من حيث جودة التدفق / النفايات السائلة الفعلية، كانت NH₃ - N و TN المؤثرة قبل / بعد التعديل التحديثي (22.15 ± 3.73) / (20.17 ± 4.74) ملغم / لتر و (26.28 ± 4.07) / (23.19 ± 3.66) ملغم / لتر، على التوالي. كانت النفايات السائلة NH ₃ - N و TN قبل / بعد التعديل التحديثي (0.16 ± 0.14) / (0.14 ± 0.08) ملغم / لتر و (8.62 ± 1.79) / (7.01 ± 1.76) ملغم / لتر ، مع متوسط معدلات إزالة تبلغ 99.28٪ / 99.31٪ و 67.20٪ / 69.77٪ على التوالي. على الرغم من الزيادة الكبيرة في التدفق وتحميل المياه المتدفقة بعد التعديل التحديثي، إلا أن جودة النفايات السائلة لا تزال أفضل مما كانت عليه قبل التعديل التحديثي. يضمن الحجم المتزايد لمنطقة نقص الأكسجين إزالة TN بشكل جيد، مع تقليل النفايات السائلة TN بشكل أكبر بعد التعديل التحديثي. حققت المنطقة الهوائية تعزيزًا كبيرًا في قدرة النترجة من خلال الأغشية الحيوية الحاملة المعلقة. حتى مع انخفاض حجم المنطقة الهوائية بنسبة 20% مقارنةً بالتعديل التحديثي السابق - والزيادات الكبيرة في التدفق والتحميل المؤثر، تمت المحافظة على إزالة NH₃-N عالية الكفاءة. كان COD و TP المؤثران قبل / بعد التعديل التحديثي (106.82 ± 34.37) / (100.52 ± 25.93) ملغم / لتر و (2.16 ± 0.54) / (1.96 ± 0.49) ملغم / لتر على التوالي. كانت النفايات السائلة COD و TP قبل / بعد التحديث (10.76 ± 2.04) / (11.15 ± 3.65) ملغم / لتر و (0.14 ± 0.07) / (0.17 ± 0.05) ملغم / لتر، مع متوسط معدلات إزالة تبلغ 89.93٪ / 93.52٪ و 88.91٪ / 91.33٪ على التوالي. بعد التعديل التحديثي، ظلت جودة النفايات السائلة أفضل بشكل ثابت من معيار التصريف التصميمي.
تم أيضًا اختيار البيانات التشغيلية من نوفمبر إلى يناير من العام التالي (بعد التعديل التحديثي{{0}) لمقارنة أداء المرحلة الأولى والمرحلة الثانية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة- (درجة الحرارة الدنيا 12 درجة). يتم عرض تركيزات الملوثات المؤثرة والنفايات السائلة لكلا المرحلتين فيالشكل 4. في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء-، كانت التدفقات السائلة الناتجة عن كلتا العمليتين أفضل بشكل ثابت من معيار التصريف التصميمي. على وجه الخصوص، بالنسبة لإزالة NH₃-N، التي تكون عرضة لدرجات حرارة منخفضة، مع تركيز NH₃-N مؤثر يبلغ (18.98±4.57) ملغم/لتر، كان تدفق المرحلة الأولى NH₃-N (0.27±0.17) ملغم/لتر وكانت المرحلة الثانية (0.29±0.15) ملغم/لتر، وكلاهما يظهر مقاومة جيدة للانخفاضات درجات الحرارة. على وجه الخصوص، بعد تحديث MBBR في المرحلة الثانية، كانت نسبة HRT للمنطقة الهوائية 66.07٪ فقط من تلك الموجودة في المرحلة الأولى، مما حقق تحسنًا كبيرًا في أداء النترجة.
3.2 تحليل أداء منطقة MBBR
ولتحديد التأثير الفعلي لكل منطقة وظيفية بشكل أكبر، تم أخذ عينات المياه من نهاية كل منطقة وظيفية في المرحلة الأولى والمرحلة الثانية للقياس الموازي. تظهر النتائج فيالشكل 5. كانت تركيزات NH₃-N المؤثرة 18.85 مجم/لتر و18.65 مجم/لتر، وكانت تركيزات NH₃-N المتدفقة 0.35 مجم/لتر و0.21 مجم/لتر، مع معدلات إزالة NH₃-N تبلغ 98.14% و98.87% على التوالي. من تغييرات ملف تعريف النيتروجين، حدثت إزالة NH₃-N في المرحلة الثانية بشكل رئيسي في منطقة MBBR الهوائية. كان تركيز NH₃-N في التدفق السائل لمنطقة MBBR 0.31 مجم/لتر، مما ساهم بنسبة 99.46% في إزالة NH₃-N الإجمالية، وهو بالفعل أفضل من معيار تصريف التصميم. وقد لعبت منطقة الحمأة المنشطة الهوائية اللاحقة دورًا وقائيًا. علاوة على ذلك، فإن محطات معالجة مياه الصرف الصحي التي تستخدم MBBR في المنطقة الهوائية تظهر عادة النترجة ونزع النتروجين في وقت واحد (SND). ومع ذلك، في هذا المشروع، لم تتم ملاحظة إزالة إجمالي النيتروجين غير العضوي (TIN) في منطقة MBBR الهوائية، والتي قد تكون مرتبطة بتركيز الركيزة المؤثر المنخفض نسبيًا في هذا المشروع.
لمزيد من التحقيق في تأثير إضافة ناقلات معلقة على أداء النترجة للنظام، تم أخذ المادة الطافية من التدفق السائل لمنطقة نقص الأكسجين في المرحلة الأولى. تم إجراء اختبارات أداء النترجة على الحمأة النقية من المرحلة الأولى، والحمأة النقية من المرحلة الثانية، والأغشية الحيوية النقية من المرحلة الثانية، ونظام الحمأة ذات الأغشية الحيوية المجمعة من المرحلة الثانية-. في ظل ظروف تتفق مع المشروع الفعلي (نسبة ملء الناقل، وتركيز الحمأة، ودرجة حرارة الماء)، مع التحكم في DO عند 6 ملغم / لتر لتحديد أداء النترجة الأمثل. تظهر النتائج فيالجدول 3. كانت معدلات النترجة للحمأة النقية للمرحلة الأولى، والحمأة النقية للمرحلة الثانية، والأغشية الحيوية النقية للمرحلة الثانية، ونظام الحمأة للأغشية الحيوية المجمعة للمرحلة الثانية - هي 0.104، و0.107، و0.158، و0.267 كجم/(م³·ي)، على التوالي. أدت إضافة الحاملات المعلقة إلى تعزيز أداء النترجة للنظام. وصل معدل النترجة لنظام الحمأة الحيوية المجمعة - في المرحلة الثانية إلى 2.57 مرة مقارنة بنظام الحمأة المنشطة النقية في المرحلة الأولى. علاوة على ذلك، كان حمل الأغشية الحيوية النقية أعلى بالفعل من حمل الحمأة المنشطة، مما أدى إلى تحسين كبير في مقاومة حمل الصدمات في النظام. في النظام المشترك للمرحلة الثانية، ساهم الغشاء الحيوي بنسبة 59.92% في النترجة، واحتل موقعًا مهيمنًا.
3.3 تحليل عقلانية التحديثية
لتحليل مدى منطقية استخدام عملية MBBR لحمأة الأغشية الحيوية المدمجة في هذا التعديل التحديثي، تم إجراء حسابات فيما يتعلق بتأثير إضافة الناقل، ومقاومة حمل الصدمات في النظام، والارتباط بين زيادة التدفق وإضافة الحامل. إذا لم يتم تحديث المرحلة الثانية من هذا المشروع واستخدام عملية الحمأة المنشطة التقليدية، استنادًا إلى التدفق/التدفق السائل المصمم NH₃-N ومعدل النترجة الحجمي الأمثل للحمأة المنشطة في المرحلة الأولى (DO=6 mg/L)، فإن تركيز التدفق المحسوب NH₃-N سيكون 5.55 مجم/لتر، مما يفشل في تلبية معيار التدفق السائل. إذا تم حسابه بناءً على معدل النترجة الأمثل الذي تم الحصول عليه من اختبار النظام المشترك للمرحلة الثانية، عند تدفق التدفق المصمم، يمكن أن تتحمل المرحلة الثانية الحد الأقصى من تركيز NH₃-N المؤثر يصل إلى 55 مجم/لتر، وهو 2.20 ضعف قيمة التصميم، مما يعزز بشكل كبير مقاومة حمل الصدمات للنظام. ولذلك، فإن استخدام MBBR لهذا التحديث يعد أمرًا عقلانيًا ويضمن بشكل فعال الامتثال المستقر لمعايير النفايات السائلة. إذا تم تحديث المرحلة الأولى أيضًا باستخدام عملية MBBR، استنادًا إلى تركيزات الملوثات المتدفقة/النفايات السائلة المصممة، فيمكن زيادة تدفق المعالجة بأكثر من ضعف واحد، مما يوفر إمكانية محطات معالجة مياه الصرف الصحي لتتناسب مع التطور الحضري السريع وتحقيق ترقيات سلسة.
4 حالة الارتباط بالأغشية الحيوية والتحليل الميكروبي
يتم عرض مرفق الغشاء الحيوي على الناقلات المعلقة في هذا المشروع فيالشكل 6. قام البيوفيلم بتغطية السطح الداخلي للحوامل بشكل موحد، حيث يكون كثيفًا دون وجود مادة نديفة في المسام الحاملة. وكان متوسط السماكة (345.78 ± 74.82) ميكرومتر. كان متوسط الكتلة الحيوية للأغشية الحيوية (18.87 ± 0.93) جم/م²، وكانت نسبة المواد الصلبة العالقة المتطايرة (VSS)/SS مستقرة عند 0.68 ± 0.02، وكان متوسط VSS (12.77 ± 0.61) جم/م².
لمزيد من استكشاف التأثير المعزز لتحديث MBBR على قدرة معالجة النظام من منظور مجهري، تم أخذ عينات من الحمأة المنشطة من المرحلة الأولى، والحمأة المنشطة من المرحلة الثانية، والأغشية الحيوية لتسلسل إنتاجية عالية - 16S amplicon. تظهر الوفرة النسبية للكائنات الحية الدقيقة على مستوى الجنس داخل النظامالشكل 7.
كانت الأجناس الآزوتية السائدة على الأغشية الحيوية الحاملة المعلقة هي Nitrospira وNitrosomonas، مع وفرة نسبية تبلغ 7.98% و1.01% على التوالي. في المقابل، كان جنس النترجة السائد في كل من الحمأة المنشطة في المرحلتين الأولى والثانية هو Nitrospira، مع وفرة نسبية تبلغ 1.05% و1.27% على التوالي. Nitrospira هو جنس النتروجين الأكثر شيوعًا في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. وقد ثبت أن العديد من أنواعها تمتلك القدرة الكاملة على أكسدة الأمونيا (الكوموكس)، مما يعني أن كائنًا حيًا دقيقًا واحدًا يمكنه إكمال العملية من الأمونيا إلى النترات. حققت عملية MBBR، في شكل غشاء حيوي، إثراء فعال للنيتروسبيرا، مع وفرة نسبية 7.58 أضعاف تلك الموجودة في الحمأة المنشطة، مما يوفر أساسًا مجهريًا لتعزيز أداء نترجة النظام. ويمكن ملاحظة أيضًا أن الوفرة النسبية للبكتيريا الآزوتية في الحمأة المنشطة من نفس نظام الأغشية الحيوية (المرحلة الثانية) كانت أعلى قليلاً مما كانت عليه في نظام الحمأة المنشطة النقية في المرحلة الأولى. قد يكون هذا بسبب تساقط الأغشية الحيوية من الحوامل المعلقة التي قامت بتلقيح الحمأة المنشطة أثناء التجديد الديناميكي، مما يزيد من الوفرة النسبية للبكتيريا الآزوتية في الحمأة.
تم إثراء أجناس نزع النتروجين السائدة في كلا النظامين بشكل أساسي في الحمأة المنشطة وكانت متشابهة نسبيًا في التركيب، بما في ذلك Terrimonas وFlavobacterium وDecloromonas وHyphomicrobium، وما إلى ذلك. وكانت الوفرة النسبية لأجناس نزع النتروجين في المرحلة الأولى والمرحلة الثانية 8.76% و7.52% على التوالي. من منظور وظيفي، بالإضافة إلى إزالة النتروجين، يمكن لبعض الأنواع الموجودة في Terrimonas تحليل المواد الشبيهة بالأنثراسين-؛ يمكن لبكتيريا Flavobacterium أن تحلل المواد البلاستيكية القابلة للتحلل (مثل PHBV)؛ يمكن أن يستخدم الهيفوميكروبيوم العديد من المركبات العضوية السامة والصعبة التحلل لإزالة النتروجين، مثل ثنائي كلورو ميثان، وكبريتيد ثنائي الميثيل، والميثانول، وما إلى ذلك. ويحتوي تأثير هذا المشروع على بعض مياه الصرف الصناعي، مما يؤدي إلى تخصص المجتمعات الميكروبية الوظيفية في ظل تأقلم طويل الأمد-. على الرغم من أن هذا المشروع لم يُظهر تأثيرات SND عيانية كبيرة، إلا أنه لا تزال توجد بعض المجموعات الوظيفية لإزالة النتروجين على الأغشية الحيوية الحاملة المعلقة، بما في ذلك Hyphomicrobium وDecloromonas وTerrimonas وOLB13، بنسبة إجمالية قدرها 2.78%. يشير هذا إلى أنه بعد أن يصل الغشاء الحيوي إلى سمك معين، يمكن للبيئات الدقيقة الخالية من الأكسجين/اللاهوائية المتكونة بالداخل أن توفر الظروف اللازمة لإثراء البكتيريا النازعة للنتروجين، مما يوفر أيضًا إمكانية حدوث SND في منطقة MBBR الهوائية. علاوة على ذلك، تم اكتشاف البروتينيكلاستيكوم في كل من حمأة المرحلة الأولى والمرحلة الثانية، مع وفرة نسبية قدرها 1.09% و1.18% على التوالي. يتمتع هذا الجنس بقدرة جيدة على تحلل وتحويل المواد البروتينية. قد يكون إثرائها مرتبطًا بوجود العديد من شركات منتجات الألبان داخل منطقة التجميع لهذا المشروع.
ومن الجدير بالذكر أن الوفرة النسبية لـ Candidatus Microthrix في الحمأة المنشطة في المرحلة الأولى بلغت 3.72٪. وهي بكتيريا خيطية شائعة في الحمأة المنشطة، وغالبًا ما ترتبط بزيادة حجم الحمأة. ومع ذلك، كانت وفرته النسبية في حمأة المرحلة الثانية والأغشية الحيوية 0.57% و1.03% على التوالي. بعد التعديل التحديثي باستخدام عملية MBBR، فإن تميع الناقلات المعلقة له تأثير قص على البكتيريا الخيطية، مما يقلل من احتمالية الانتفاخ الخيطي في الحمأة المنشطة.
5 التحليل الاقتصادي
بلغ استهلاك الكهرباء لكل متر مكعب قبل وبعد هذا التعديل 0.227 كيلووات ساعة/م3 و0.242 كيلووات ساعة/م3، على التوالي. بسعر كهرباء قدره 0.66 يوان/كيلوواط ساعة، بلغت تكاليف الكهرباء التشغيلية 0.150 يوان/م3 و0.160 يوان/م3. ترجع الزيادة في استهلاك الكهرباء بشكل أساسي إلى خلط منطقة نقص الأكسجين الجديدة والمعدات الكهربائية الإضافية من خزان الترسيب الثانوي الجديد. المواد الكيميائية لإزالة الفسفور المستخدمة في هذا المشروع هي كلوريد البوليفيريك (PFC) وبولي أكريلاميد (PAM). ظلت الجرعة ثابتة قبل التحديث وبعده: جرعة الـ PFC 2.21 طن/يوم، التكلفة 0.014 يوان/م³؛ جرعة PAM تبلغ 17.081 كجم/يوم، بتكلفة 0.0028 يوان صيني/م3. يستخدم هذا المشروع بشكل كامل مصدر الكربون الموجود في المواد الخام لإزالة النتروجين. لم تتم إضافة أي مصدر خارجي للكربون العضوي قبل التعديل التحديثي أو بعده. بلغت تكاليف الكهرباء والمواد الكيميائية المباشرة لكل متر مكعب قبل التعديل التحديثي وبعده 0.167 يوان/متر مكعب و0.177 يوان/متر مكعب، على التوالي.
6 الاستنتاجات والتوقعات
(1) استخدمت المرحلة الثانية من محطة معالجة مياه الصرف الصحي الجنوبية عملية MBBR لتحديث توسيع القدرة، ومعالجة مشكلات مثل نقص الأراضي. بعد التعديل التحديثي، زاد تدفق المعالجة من (3.02±0.46) ×10⁴ م³/ي إلى (5.31±0.76) ×10⁴ م³/ي، مما حقق توسعًا في سعة الموقع بنسبة 76%. وصل الحد الأقصى للتدفق التشغيلي إلى 1.52 مرة من القيمة التصميمية، مع تدفق أفضل بشكل ثابت من معيار التفريغ التصميمي.
(2) من خلال دمج عملية MBBR في المرحلة البيولوجية، تم تحقيق إزالة NH₃-N عالية الكفاءة والمستقرة في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء، على الرغم من أن العلاج التعويضي بالهرمونات الهوائية كان 66.07% فقط من ذلك في عملية الحمأة المنشطة. ساهمت منطقة MBBR بنسبة 99.46% في إزالة NH₃-N. إذا لم يتم تعديل المرحلة الثانية، تحت نفس التدفق ونوعية المياه، فإن التدفق السائل المتدفق NH₃-N سيصل إلى 5.55 ملجم/لتر. لذلك، كان استخدام MBBR لهذا التعديل التحديثي ضروريًا وعقلانيًا.
(3) عزز الأغشية الحيوية الحاملة المعلقة تأثير التخصيب لجنس النتروجين الأساسي Nitrospira. وكانت وفرته النسبية في الأغشية الحيوية 7.58 أضعاف تلك الموجودة في الحمأة المنشطة، مما يوفر أساسًا مجهريًا لتحسين أداء نترجة النظام. بالإضافة إلى ذلك، فإن إثراء أجناس إزالة النتروجين في الأغشية الحيوية يوفر إمكانية حدوث SND.
استخدم هذا المشروع عملية حمأة الأغشية الحيوية المجمعة- لتحقيق زيادة في السعة-في الموقع. ومع ذلك، لا يزال التشغيل الفعلي محدودًا بسبب الاحتفاظ بالحمأة المنشطة واستعادتها، مما يحول دون زيادة تعزيز قدرة المعالجة. في الوقت الحالي، تم تطبيق عمليات الأغشية الحيوية النقية في المشروعات الفعلية، مع التخلي تمامًا عن الحمأة المنشطة واستخدام -خصائص الحمل العالي للأغشية الحيوية لإزالة الملوثات بكفاءة، دون تقييد بقيود الحمأة المنشطة. وهذا يوفر حلاً جديدًا للبناء الجديد أو التجديد أو التوسع في محطات معالجة مياه الصرف الصحي.