أداء تهوية الفقاعات الدقيقة في عملية AAO: التحليل الموسمي (الصيف مقابل الشتاء)

قياس وتقييم أداء نظام تهوية الفقاعات الدقيقة في عملية AAO خلال الصيف والشتاء

تستخدم معظم محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية (WWTPs) في الصين العمليات البيولوجية الهوائية لإزالة المواد العضوية والنيتروجين والفوسفور والملوثات الأخرى من مياه الصرف الصحي. يعد توفير الأكسجين المذاب (DO) في الماء شرطًا أساسيًا للحفاظ على الطلب على الحياة الميكروبية وكفاءة المعالجة في العملية البيولوجية الهوائية. بالتالي،وحدة التهوية هي جوهر معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية الهوائية. في نفس الوقت، نظام التهوية هو أيضاالوحدة المستهلكة للطاقة-الرئيسيةفي محطات معالجة مياه الصرف الصحي، وهو ما يمثل45% إلى 75% من إجمالي استهلاك المحطة للطاقة. إلى جانب ظروف التشغيل، يتأثر استهلاك الطاقة في نظام التهوية بعوامل مثل جودة مياه الصرف الصحي والظروف البيئية. تتمتع معظم المناطق في الصين بأربعة فصول مميزة، وأمطار غزيرة، وتغيرات كبيرة في درجات الحرارة الموسمية. يؤدي هطول الأمطار في الصيف إلى تخفيف تركيز الملوثات المؤثرة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، في حين تؤثر درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء على النشاط الميكروبي، مما يؤثر على جودة النفايات السائلة. تشكل التقلبات في معدل التدفق المؤثر وجودته أيضًا تحديات أمام التحكم الدقيق في نظام التهوية في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. بدون الفهم الكافي للتغيرات في أداء نقل الأكسجين لناشرات الفقاعات الدقيقة وصيانتها أثناء التشغيل، لا يمكن الاستفادة الكاملة من ميزة الكفاءة العالية في نقل الأكسجين (OTE) لأنظمة تهوية الفقاعات الدقيقة، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة.

النوع الأكثر استخدامًا حاليًا هوناشر فقاعات ناعم، الذي يرتبط أدائه بشكل مباشر باستهلاك الطاقة التشغيلية لنظام التهوية. تشتمل طرق قياس أداء نقل الأكسجين لأجهزة نشر الفقاعات الدقيقة على اختبارات ثابتة (مثل اختبار المياه النظيفة) واختبارات ديناميكية (مثل طريقة تحليل الغاز المنبعث). تركز الأبحاث المتعلقة بالاختبارات الثابتة في الغالب على عمليات المحاكاة على نطاق المختبر-، بينما نادرًا ما يتم الإبلاغ عن طرق الاختبار الديناميكية بسبب عوامل مثل متطلبات موقع الاختبار وقيود الاختبار الميداني. وفي الوقت الحالي، وضعت الصين فقط المعايير ذات الصلة لطريقة اختبار المياه النظيفة. أثناء التشغيل الفعلي، يتأثر أداء نقل الأكسجين للناشرات بعوامل مثل جودة التأثير، وخصائص الحمأة، والظروف التشغيلية، وقاذورات الناشر. ويختلف الأداء الفعلي بشكل كبير عن نتائج اختبار المياه النظيفة، مما يؤدي إلى انحرافات كبيرة عند استخدام بيانات المياه النظيفة للتنبؤ بالمتطلبات الفعلية لإمدادات الهواء. يؤدي عدم وجود طرق مراقبة فعالة لأداء كفاءة استخدام الطاقة في نظام التهوية في محطات معالجة مياه الصرف الصحي إلى هدر الطاقة. لذلك، من الضروري قياس وتقييم أداء نقل الأكسجين للناشرات أثناء التشغيل الفعلي لتوجيه التعديلات في الوقت المناسب لاستراتيجيات التهوية والمساعدة في تحقيق توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك في أنظمة التهوية. تأخذ هذه الدراسةمحطة معالجة مياه الصرف الصحي البلدية في شنغهاي كمثال. من خلال القياسات الميدانية لتركيز الملوثات في الخزان الهوائي وأنماط تباين OTE على طول مسار نظام تهوية الفقاعات الدقيقة في الصيف والشتاء، تم قياس وتقييم كفاءة إزالة الملوثات وأداء نظام التهوية بشكل منهجي. الهدف هو استكشاف تأثير التغيرات الموسمية على أداء نقل الأكسجين لنظام التهوية، وتوفير إرشادات للتحكم الدقيق وتوفير الطاقة-تشغيل أنظمة التهوية في معالجة مياه الصرف الصحي.

1. المواد والأساليب

1.1 نظرة عامة تشغيلية على محطة معالجة مياه الصرف الصحي

تستخدم محطة معالجة مياه الصرف الصحي التابعة لبلدية شنغهاي مجموعة من العملياتالمعالجة المسبقة + عملية AAO + مرشح ألياف السرير العميق + التطهير بالأشعة فوق البنفسجية. القدرة المعالجة هي 3.0×10⁵ م³/د. يتم عرض تدفق العملية الرئيسي لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي فيالشكل 1. المؤثر هو في المقام الأولالصرف الصحي المنزلي، وتفي النفايات السائلة بمعايير الدرجة الأولى من "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية" (GB 18918-2002) قبل تصريفها في نهر اليانغتسى. تبلغ أوقات الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) للخزان اللاهوائي وخزان الأكسجين والخزان الهوائي للخزان البيولوجي في هذا المصنع 1.5 ساعة و2.7 ساعة و7.1 ساعة على التوالي. نسبة الارتجاع الداخلي ونسبة الارتجاع الخارجي كلاهما 100%. يتم التحكم في عمر الحمأة ما بين 10-15 يوم. يحتوي المصنع على 8 خزانات هوائية. تبلغ أبعاد خزان هوائي واحد 116.8 م × 75.1 م × 7.0 م (الطول × العرض × الارتفاع)، ويبلغ حجمه 11.093 مترًا مكعبًا. يتم التحكم في تركيز المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط (MLSS) عند حوالي 4 جم / لتر. الجزء السفلي مجهزناشرات الفقاعات الدقيقة الأنبوبية المصنوعة من البولي إيثيلين Ecopolimer الأوكرانيةبحجم 120 مم × 1000 مم (عمق × طول). نسبة الهواء - إلى - الماء هي 5.7:1. يتكون كل خزان هوائي من 3 قنوات (المنطقة 1، المنطقة 2، والمنطقة 3). استنادًا إلى تركيز الأوكسجين المذاب المقاس بمقاييس تدفق الغاز داخل القنوات، يتم ضبط ريش التوجيه لمنافيخ الطرد المركزي ذات المرحلة الواحدة - (4 تشغيلية، 2 احتياطية) للحفاظ على تركيز الأوكسجين المذاب في الخزان الهوائي بين 2-5 ملجم/لتر. يتمتع كل منفاخ بمعدل تدفق هواء مقدر يبلغ 108 متر مكعب/دقيقة، وضغط يبلغ 0.06 كيلو باسكال، وقوة تبلغ 160 كيلووات. يتم التحكم في كل قناة بشكل منفصل باستخدام عدادات تدفق الغاز. بالاشتراك مع تعليقات قراءة الأكسجين المذاب، يتم التحكم في إمداد الهواء الفعلي عن طريق ضبط دوارات التوجيه لمنافيخ الطرد المركزي أحادية المرحلة للحفاظ على متوسط ​​الأكسجين المذاب في الخزان الهوائي بين 2-5 ملجم/لتر. يتم عرض جودة التدفق/النفايات السائلة المصممة وجودة التدفق للمحطة لعام 2019الجدول 1.

1.2 تخطيط نقطة الاختبار

تم إجراء اختبارين لأداء نقل الأكسجين لنظام تهوية الفقاعات الدقيقة في ظل ظروف التشغيل الفعلية في يوليو (الصيف) وديسمبر (الشتاء). وعلى طول اتجاه التدفق تم إنشاء 22 نقطة اختبار حسب مواقع منافذ التفتيش للخزان الهوائي. وكانت المسافة بين نقطتي اختبار متجاورتين حوالي 5 أمتار، مع 7 و7 و8 نقاط اختبار في المنطقة 1 والمنطقة 2 والمنطقة 3 على التوالي. يظهر توزيع نقاط الاختبار فيالشكل 2. تم حساب OTE الفعلي لناشرات الفقاعات الدقيقة عند كل نقطة عن طريق قياس محتوى الأكسجين في الغاز المنطلق- المتسرب من سطح الماء. في الوقت نفسه، تم قياس تركيز D O ودرجة حرارة الماء في كل نقطة باستخدام مقياس جودة المياه متعدد المعلمات (HQ 30d، Hach، الولايات المتحدة الأمريكية)، وتم قياس وتحليل تركيز الملوثات في كل نقطة للحصول على نمط التباين الخاص به على طول المسار. لمنع COD_كرفي العينات الناتجة عن التحلل أثناء النقل، تم ترشيح العينات المأخوذة عبر الخزان الهوائي في -الموقع قبل القياس.

1.3 قياس أداء نقل الأكسجين لناشرات الفقاعات الدقيقة في ظل الظروف الفعلية

تم استخدام محلل الغاز المنطلق في قياس أداء نقل الأكسجين لناشرات الفقاعات الدقيقة في ظل الظروف الفعلية -تم تطويره بشكل مستقل بواسطة جامعة شنغهاي للطاقة الكهربائية، ويتكون من نظام تجميع الغاز، ونظام تحليل الغاز، ونظام تحويل الإشارة. تم جمع الغاز المتوقف - باستخدام مضخة غاز (KVP15-KM-2-C-S، Karier، الصين) وغطاء، وتم تسليمه إلى مستشعر الأكسجين الكهروكيميائي (A-01، ITG، ألمانيا) للتحليل. يقوم نظام تحويل الإشارة بتحويل إشارة جهد خرج المستشعر إلى ضغط جزئي للأكسجين في الغاز. أثناء اختبار الغاز المنبعث، تم قياس الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء المحيط أولاً. ثم تم تثبيت الغطاء على سطح الماء للخزان الهوائي لتجميع الغازات المنبعثة وقياس ضغط الأكسجين الجزئي. تم تسجيل البيانات بعد استقرار الإخراج لمدة 5 دقائق. تضمنت المعلمات التي تم الحصول عليها عن طريق محلل الغاز المنبعث الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء المحيط والغاز المنبعث، والذي تم حساب النسبة المئوية للأكسجين المنقول منه من الطور الغازي إلى السائل المختلط، أي OTE لناشر الفقاعات الناعم، كما فيالمعادلة (1).

أين:

Y(O_₂,_هواء)- نسبة الأكسجين في الهواء؛

Y(O_₂,_{إيقاف تشغيل-الغاز})- نسبة الأكسجين في الغاز المنبعث-؛

A_OTE- قيمة OTE.

تم تصحيح OTE الذي تم قياسه بواسطة محلل الغاز المنقطع بالنسبة إلى OTE ودرجة الحرارة والملوحة للحصول على OTE القياسي ( SOTE) لناشر الفقاعات الدقيقة في مياه الصرف الصحي في ظل الظروف القياسية، كما فيالمعادلة (2). يظهر حساب نسبة الأكسجين المشبع في الماء فيالمعادلة (3).

أين:

θ- معامل تصحيح درجة الحرارة، 1.024، بدون أبعاد؛

A_سوتي- قيمة SOTE؛

- معامل الملوحة للسائل المختلط (محسوب على أساس إجمالي المواد الصلبة الذائبة في السائل المختلط)، بدون أبعاد، وعادة ما يؤخذ على أنه 0.99؛

- نسبة كفاءة نقل الأكسجين للناشر في مياه الصرف الصحي مقابل ظروف المياه النظيفة، بدون أبعاد؛

C - تركيز DO في الماء، ملجم/لتر؛

C_S,_T- تركيز O المشبع في الماء عند درجة حرارة T، mg/L؛

C_S,₂₀- تركيز الأكسجين المشبع في الماء عند 20 درجة، ملجم/لتر؛

T- درجة حرارة الماء، درجة .

1.4 طريقة حساب استهلاك الطاقة لنظام التهوية

تم حساب الطلب النظري على الأكسجين للخزان الهوائي وفقًا لنموذج الحمأة المنشطة (ASM). تم حساب الطلب على الأكسجين على أساس COD_كرونتائج إزالة نيتروجين الأمونيا لتحديد إجمالي الطلب على الأكسجين (TOD) للخزان الهوائي، كما فيالمعادلة (4).

أين:

M_تود- قيمة TOD، كجم O₂/ساعة؛

Q- معدل التدفق المؤثر، م³/ي؛

ΔC_CODCr- الفرق بين تركيز COD Cr المتدفق والنفايات السائلة، ملغم/لتر؛

ΔC_{نيتروجين الأمونيا}- الفرق بين تركيز نيتروجين الأمونيا المتدفق والسائل، ملجم / لتر؛ 4.57 هو عامل تحويل نيتروجين الأمونيا إلى NO₃⁻-N.

يتم حساب معدل إمداد الأكسجين لنظام تهوية الفقاعات الدقيقة كما فيالمعادلة (5).

أين:

M_OTR- قيمة معدل إمداد الأكسجين الفعلي، كجم O₂/يوم؛

Q_AFR- معدل تدفق الهواء، م³/ساعة؛

ŷ_O₂- الكسر الكتلي للأكسجين في الهواء، 0.276.

يتم تحديد قوة المنفاخ من خلال معدل إمداد الهواء الفعلي للمنفاخ وضغط المخرج، والذي يتم تحديده بدوره من خلال ضغط السحب، وفقدان ضغط الهواء في خط الأنابيب، وفقدان ضغط ناشر الفقاعات الدقيقة نفسه، وضغط الماء الثابت في قاع الخزان، كما فيالمعادلة (6).

أين:

ρ_هواء- كثافة الهواء، جم/لتر، تساوي 1.29 جم/لتر؛

N - قوة المنفاخ، كيلووات؛

R- ثابت الغاز العالمي، 8.314 J/(mol·K);

T_هواء- درجة حرارة الغلاف الجوي درجة ;

B- معامل تحويل المنفاخ، 29.7؛

- نسبة الحرارة النوعية للغاز، ثابتة 0.283؛

η- الكفاءة المجمعة للمحرك والمنفاخ، تعتبر ثابتة 0.8؛

P_i- ضغط سحب المنفاخ، Pa؛

Z- ضغط ماء الغمر على الناشر، Pa؛

P_خسارة- فقدان الضغط لموزع الفقاعات الدقيقة نفسه، Pa؛

h_L- فقدان ضغط الهواء في خط الأنابيب، Pa.

في ظل ظروف الاختبار، فإن كمية الأكسجين المنقولة إلى الماء لكل وحدة طاقة كهربائية يستهلكها الناشر [كجم/(كيلووات · ساعة)] هي كفاءة التهوية القياسية (SAE)، كما فيالمعادلة (7). يمكن استخدام قيمة SAE لتقييم كفاءة الاستخدام الفعلية لناشر الفقاعات الدقيقة.

أين:

A_ساي- قيمة SAE.

1.5 طرق قياس المؤشر التقليدية

تم ترشيح عينات الخمور المختلطة من خلال ورق الترشيح النوعي. COD قابل للذوبان_كر(سكود_كر)، نيتروجين الأمونيا، NO₃^--تم قياس N وTP باستخدام الطرق القياسية الوطنية.

2. النتائج والمناقشة

2.1 كفاءة إزالة الملوثات

تظهر الجودة المؤثرة للملوثات الرئيسية في الصيف والشتاء في محطة معالجة مياه الصرف الصحيالشكل 3. وكان متوسط ​​معدلات تدفق المعالجة في الصيف والشتاء 3.65×10⁵ م³/ي و3.13×10⁵ م3/ي على التوالي.الصيف يؤثر على COD_كروكانت تركيزات نيتروجين الأمونيا (188.38 ± 52.53) ملغم / لتر و (16.93 ± 5.10) ملغم / لتر، على التوالى.الشتاء يؤثر على COD_كروكانت تركيزات نيتروجين الأمونيا (187.94 ± 28.26) ملغم / لتر و (17.91 ± 3.42) ملغم / لتر، على التوالى. يؤدي ارتفاع هطول الأمطار في الصيف إلى تشغيل محطة معالجة مياه الصرف الصحي في وضع "الحمل الهيدروليكي العالي - الحمل الملوث المنخفض". تؤدي الزيادة في الحمل الهيدروليكي إلى تقصير زمن العلاج التعويضي بالهرمونات الخاص بالنظام، مما يقلل من وقت التفاعل في الخزان البيولوجي ويؤثر على إزالة الملوثات. يمكن أن يؤدي انخفاض حمل الملوثات المؤثرة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي بسهولة إلى انخفاض مفرط في تحميل الحمأة، مما يؤدي إلى الإفراط في التهوية وتفكك الحمأة. يجب أن تقوم محطات معالجة مياه الصرف الصحي بتعديل معدلات تحميل الحمأة وإمدادات الهواء في الوقت المناسب للتخفيف من تأثير عملية حمل الملوثات المنخفضة.وكانت درجة حرارة الماء في الصيف (27.32 ± 1.34) درجة وهي أعلى بكثير من درجة حرارة الشتاء البالغة (17.39 ± 0.75) درجة. تعد درجة الحرارة أحد العوامل المهمة التي تؤثر على قدرة النظام على إزالة الملوثات. إن قدرة تحمل البكتيريا الخيطية أعلى من تلك التي تتحملها البكتيريا المكونة للندف-، مما يجعلها عرضة للتكاثر في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة-، مما يتسبب في تراكم الحمأة. تؤدي درجات الحرارة المنخفضة أيضًا إلى تقليل نشاط إنزيم الكائنات الحية الدقيقة في الحمأة المنشطة، مما يقلل من معدل تحلل الركيزة ومعدل التنفس الداخلي، مما يؤدي إلى تقليل كفاءة إزالة الملوثات. يمكن أن تتخذ محطات معالجة مياه الصرف الصحي تدابير مثل زيادة عمر الحمأة وMLSS في الخزان البيولوجي للتخفيف من التأثير السلبي لدرجة الحرارة المنخفضة على إزالة الملوثات. نظرًا لأن الحمل الهيدروليكي في الشتاء أقل منه في الصيف، يتم تمديد العلاج التعويضي بالهرمونات في الخزان الهوائي قليلاً مع تهوية كافية، مما يعوض التأثير السلبي لدرجة الحرارة المنخفضة على النترجة. ولذلك، فإن جودة النفايات السائلة في كل من الصيف والشتاء تلبي معيار الدرجة الأولى GB 18918-2002.

2.2 أنماط تباين أشكال الملوثات على طول الخزان الهوائي

في أيام الاختبار،SCOD المؤثر_كربلغت التركيزات في الصيف والشتاء 186.76 ملجم / لتر و 248.42 ملجم / لتر على التوالي، وكانت تركيزات نيتروجين الأمونيا 22.05 ملجم / لتر و 25.91 ملجم / لتر، على التوالى. ربما بسبب فيضان المجاري وتسرب المياه الجوفية، كانت جودة التدفق أقل من قيم التصميم. يظهر تباين الملوثات على طول الخزان الهوائي فيالشكل 4.

بسبب إطلاق الفوسفور في الخزان اللاهوائي، ونزع النتروجين في خزان الأكسجين، والتخفيف عن طريق عودة الحمأة، انخفض تركيز الملوثات بشكل ملحوظ قبل دخول الخزان الهوائي. سكود_كركانت التركيزات عند مدخل الخزان الهوائي في الصيف والشتاء 30.32 ملجم / لتر و 52.48 ملجم / لتر على التوالي، وكانت تركيزات نيتروجين الأمونيا 3.90 ملجم / لتر و 4.62 ملجم / لتر على التوالي. كانت تركيزات TN عند مدخل الخزان الهوائي في الصيف والشتاء 4.86 مجم / لتر و6.16 مجم / لتر، على التوالي، وانخفضت قليلاً إلى 4.46 مجم / لتر و5.70 مجم / لتر في النفايات السائلة، مما يشير إلى نسبة منخفضة نسبيًا من النترجة المتزامنة ونزع النتروجين التي تحدث في الخزان الهوائي. سكود_كرانخفض التركيز بشكل ملحوظ في المنطقة 1 إلى 19.36 ملجم / لتر و 30.20 ملجم / لتر في الصيف والشتاء، على التوالي؛ انخفض تركيز نيتروجين الأمونيا إلى 1.75 ملجم / لتر و 2.80 ملجم / لتر. تباطأ الاتجاه التنازلي لتركيز الملوثات في المنطقة 2، مما يشير إلى أن المادة العضوية الجزيئية الصغيرة قد تحللت بالكامل واكتملت عملية النترجة. لقد استوفى تركيز الملوثات في نهاية المنطقة 2 بالفعل معيار تصريف النفايات السائلة. بقي تركيز الملوثات دون تغيير تقريبًا في المنطقة 3، لكن قيمة الأكسجين المذاب في السائل المختلط زادت، مما يشير إلى أن معظم الأكسجين المتوفر في هذه المنطقة يذوب في السائل المختلط بالحمأة ولم يستخدم في COD_كرالأكسدة وأكسدة الأمونيا. سكود النفايات السائلة_كركانت التركيزات من الخزان الهوائي في الصيف والشتاء 15.36 ملجم / لتر و 26.51 ملجم / لتر على التوالي، وكانت تركيزات نيتروجين الأمونيا المتدفقة 0.17 ملجم / لتر و 0.50 ملجم / لتر على التوالي.يرجع ارتفاع معدل إزالة نيتروجين الأمونيا في الصيف إلى ارتفاع درجة حرارة الماء مما أدى إلى تعزيز نشاط النترجة-إزالة النتروجين للكائنات الحية الدقيقة. تشانغ تاو وآخرون. وجدت ذلكتؤدي درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء إلى تقليل وفرة الأمونيا-البكتيريا المؤكسدة والنيتريت-البكتيريا المؤكسدة، مما يقلل من معدل إزالة نيتروجين الأمونيا في محطات معالجة مياه الصرف الصحي.

2.3 إيقاف-نتائج اختبار الغاز على طول الخزان الهوائي

تم إجراء الاختبارات الميدانية لأداء نقل الأكسجين لنظام تهوية الفقاعات الدقيقة على طول الخزان الهوائي في الصيف والشتاء باستخدام محلل الغاز المنبعث. وتظهر النتائج فيالشكل 5. زاد تركيز D2O في الخزان الهوائي تدريجيًا على طول اتجاه التدفق. يعتمد تركيز DO في السائل المختلط على كمية الأكسجين المنقول من الطور الغازي إلى الطور السائل بواسطة الناشرات (أي OTR) والأكسجين الذي تستهلكه الكائنات الحية الدقيقة (أي OUR). تكون الركيزة وفيرة في الطرف الأمامي من الخزان الهوائي، وتتطلب الكائنات الحية الدقيقة المزيد من الأكسجين لتحلل الركيزة. ولذلك، كان تركيز D O الأدنى في المنطقة 1 في كل من الصيف والشتاء، عند (1.54 ± 0.22) ملغم / لتر و (1.85 ± 0.31) ملغم / لتر، على التوالي. زاد تركيز D O إلى (2.27 ± 0.45) ملغم / لتر و (2.04 ± 0.13) ملغم / لتر في المنطقة 2، على التوالي. في المنطقة 3، كان تركيز D2O (4.48 ± 0.55) ملغم/لتر و (4.53 ± 1.68) ملغم/لتر، على التوالي. يتوافق نمط التباين لـ DO على طول المسار مع نمط تركيز الملوثات. تم الانتهاء بشكل أساسي من تحلل المادة العضوية والنيترة في المنطقة 2. محتوى المادة العضوية في المنطقة 3 أقل، مما يقلل من الطلب على الأكسجين، مما يؤدي إلى عدم الاستفادة الكاملة من الأكسجين وتخزينه في الطور المائي مثل D2O، مما يتسبب في ارتفاع تركيز D2O إلى مستويات عالية بشكل مفرط. كان متوسط ​​الأكسجين المذاب في المنطقة 3 أعلى بكثير من 2.0 ملجم/لتر، مما يشير إلى الإفراط في التهوية في نهاية الخزان الهوائي. يقلل التنفس الداخلي للحمأة المنشطة من نشاط الحمأة ويمكن أن يتسبب بسهولة في تراكم الحمأة، مع إهدار الطاقة أيضًا. يؤدي أيضًا تركيز D2O المرتفع بشكل مفرط في نهاية الخزان الهوائي إلى زيادة تركيز D2O في السائل الراجع، مما لا يزيد فقط من تركيز D2O الذي يدخل إلى خزان نقص الأكسجين عن طريق الارتجاع الخارجي ولكن أيضًا يقلل من كمية COD Cr المتاحة، وبالتالي تقليل كفاءة إزالة النتروجين. لذلك، يوصى بتقليل إمداد الهواء في المنطقة 3، والحفاظ فقط على كثافة الخلط اللازمة، لتوفير استهلاك طاقة التهوية.

كما هو مبين فيالشكل 5توجد اختلافات كبيرة في أداء نقل الأكسجين للناشرات في قنوات مختلفة أثناء التشغيل الفعلي بين الصيف والشتاء. وكان متوسط ​​معدل OTE الذي تم قياسه في الشتاء 9.72%، وهو أقل من النتيجة المقاسة في الصيف (16.71%). هذا بسببيؤدي انخفاض درجة حرارة الماء إلى تقليل نشاط الكائنات الحية الدقيقة في الخزان الهوائي لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي، مما يؤدي إلى انخفاض معدل استخدام الأكسجين. بعد التصحيح لدرجة الحرارة والملوحة والأكسجين، كان متوسط ​​قيم SOTE في الصيف والشتاء 17.69% و14.21% على التوالي. كان الصيف SOTE أعلى قليلاً مما كان عليه في الشتاء، ربما بسبب ذلكعملية طويلة يؤدي إلى تفاقم تلوث الناشر، وسد المسام، وتقليل أداء نقل الأكسجين للناشر.

2.4 تحليل إمكانات تحسين الطاقة لنظام تهوية الخزان الهوائي

وبموجب المعادلتين (3) و(4) تم حساب الطلب على الأكسجين ومعدل إمداد الأكسجين وقدرة المنفاخ لكل قناة من قنوات الخزان الهوائي في الصيف والشتاء، كما هو موضح بالشكلالجدول 2. كان إجمالي الطلب على الأكسجين في الخزان الهوائي في الشتاء أعلى بحوالي 34.91% مما كان عليه في الصيف، وذلك بسبب ارتفاع معدل COD_كروالحمل الملوث بنيتروجين الأمونيا في الشتاء مقارنة بالصيف. يتناقص الطلب على الأكسجين في كل منطقة من الخزان الهوائي مع تدهور الملوثات المؤثرة على طول المسار. تحتوي المنطقة 1 على أعلى تركيز للملوثات وركيزة كافية، مما يؤدي إلى زيادة النشاط الميكروبي، وبالتالي فإن الطلب على الأكسجين هو الأعلى. ومع تدهور الملوثات بشكل مستمر، يتناقص الطلب على الأكسجين في المنطقة 2 والمنطقة 3 تدريجيًا. في الصيف، كانت نسب الطلب على الأكسجين في المناطق الثلاث 72.62%، 21.65%، و5.73% من إجمالي الطلب على الأكسجين في الخزان الهوائي، على التوالي. وفي الشتاء بلغت النسب 72.84% و24.53% و2.63% على التوالي. في مفاعلات الحمأة المنشطة التقليدية، يبلغ الطلب على الأكسجين للقسم الأمامي 45%-55%، والقسم الأوسط 25%-35%، والقسم الخلفي 15%-25%. حمل المعالجة في نهاية هذا الخزان الهوائي أقل من القيم التقليدية. ويمكن تقليل إمداد الهواء في الواجهة الأمامية بشكل مناسب، مما يسمح بتحلل بعض الملوثات في الأقسام الخلفية.

مقارنة بالصيف،يكون الطلب على الأكسجين لعملية المعالجة البيولوجية في الشتاء أعلى، وتكون كفاءة نقل الأكسجين لنظام تهوية الفقاعات الدقيقة أقل، مما يؤدي إلى زيادة إمدادات الهواء المطلوبة. وفقًا للبيانات التشغيلية لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي، بلغ إجمالي معدلات إمداد هواء المنفاخ في الصيف والشتاء 76.23 مترًا مكعبًا في الساعة و116.70 مترًا مكعبًا في الساعة على التوالي. كان إمداد الهواء هو الأعلى في المنطقة 1، بينما كان إمداد الهواء في المنطقة 2 والمنطقة 3 متشابهًا ولكنه أقل منه في المنطقة 1. وكان إمداد الأكسجين في الصيف أعلى بنسبة 38.99% من الطلب على الأكسجين، مما يشير إلى إمكانية توفير الطاقة بشكل كبير-. تجاوزت إمدادات الأكسجين في كل من المنطقة 2 والمنطقة 3 الطلب الفعلي على الأكسجين. كان إمدادات الأكسجين في الشتاء أعلى بنسبة 7.07٪ من الطلب على الأكسجين. تمت مطابقة عرض الأكسجين والطلب عليه في المنطقة 1 والمنطقة 2، بينما حدث فرط تهوية في المنطقة 3. وتتناسب قوة المنفاخ مع معدل إمداد الهواء، كما في المعادلة (6). كان استهلاك الطاقة للمنافيخ في الصيف والشتاء 85.21 كيلووات و130.44 كيلووات على التوالي. يقترح هنكل ذلكتؤدي الزيادة في درجة حرارة الهواء إلى تقليل قوة المنافيخ في أنظمة التهوية. واستجابة للاختلافات في الطلب على الأكسجين بين القنوات المختلفة، ينبغي لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي اتخاذ تدابير تعديل التهوية المقابلة، مثل التهوية المدببة. قد يتضمن ذلك فتح الأنابيب الفرعية لإمداد الهواء بالكامل في الطرف الأمامي، وفتح تلك الموجودة في الطرف الأوسط في منتصف الطريق، وضبط الأنابيب الفرعية في النهاية على الحد الأدنى للفتحةتوفير إمدادات الهواء واستهلاك الطاقة التهوية.

لمزيد من قياس كفاءة الاستخدام الفعلية لناشرات الفقاعات الدقيقة، بلغت كفاءة التهوية القياسية (SAE) في الخزان الهوائي في الصيف 2.57 كجم O₂/كيلوواط·ساعة، وهو أعلى بنسبة 32.29% عما كان عليه في الشتاء. تؤدي الاختلافات في نوعية المياه المتدفقة وكميتها ودرجة حرارتها بين الصيف والشتاء إلى اختلافات كبيرة في تشغيل ومراقبة نظام التهوية في محطة معالجة مياه الصرف الصحي. كان هدر الطاقة أكثر حدة في الصيف منه في الشتاء، وحقق نظام التهوية توازنًا أفضل بين العرض والطلب-في الشتاء. بالنظر إلى معدل التدفق المؤثر والجودة،يمكن تقليل إمدادات الهواء بشكل مناسب في الصيفمع ضمان جودة النفايات السائلة والخلط المناسب في الخزان الهوائي. في فصل الشتاء، للتخفيف من تأثير الملوثات العالية التأثير ودرجة الحرارة المنخفضة، يجب ضمان التهوية الكافية. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أنه أثناء التشغيل-على المدى الطويل، تتراكم الملوثات على السطح وداخل مسام الناشرات، مما يؤدي إلى سد المسام تدريجيًا، وستنخفض كفاءة نقل الأكسجين. إذا لم يتم تنظيف الناشر في الوقت المناسب، فقد يؤدي ذلك إلى عدم كفاية إمدادات الأكسجين عن طريق نظام التهوية، مما يؤثر على جودة النفايات السائلة.

تستخدم محطة معالجة مياه الصرف الصحي استراتيجية التحكم في تدفق هواء المنفاخ DO-. الهدف من نظام التحكم في التهوية هو توفير بيئة مستقرة للأكسجين المضغوط للكائنات الحية الدقيقة في الخزان الهوائي وضمان امتثال النفايات السائلة. ومع ذلك، فإن آلية ردود الفعل DO وحدها لا تستطيع تقييم إمكانية توفير الطاقة-لنظام التهوية. يسمح الاختبار الميداني لأداء نقل الأكسجين لنظام التهوية بحساب دقيق لمعدل إمداد الأكسجين الفعلي لنظام التهوية ويصف نمط التباين الخاص به على طول المسار. وبدمجه مع بيانات الطلب على الأكسجين، يتيح ذلك التحكم الدقيق في نظام التهوية لتحقيق توازن العرض والطلب-وهدف توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك.

3. الاستنتاج

• تعمل درجات حرارة المياه المرتفعة في الصيف على تعزيز نشاط النترجة الميكروبية ونزع النتروجين، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل COD Cr ونيتروجين الأمونيا في الشتاء مقارنة بالصيف. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض الحمل الهيدروليكي في الشتاء مقارنة بالصيف، فإن العلاج التعويضي بالهرمونات الممتد في الخزان الهوائي والتهوية الكافية يعوضان التأثير السلبي لدرجة الحرارة المنخفضة على النترجة. ولذلك، فإن جودة النفايات السائلة في كل من الصيف والشتاء تفي بمعايير الدرجة الأولى GB 18918-2002.

• بالمقارنة مع الصيف، فإن الطلب على الأكسجين لعملية المعالجة البيولوجية في الشتاء أعلى، وكفاءة نقل الأكسجين لنظام تهوية الفقاعات الدقيقة أقل، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل إمداد الهواء المطلوب وانخفاض كفاءة التهوية.

• كان إمداد الأكسجين في الصيف والشتاء أعلى بنسبة 38.99% و7.07% من الطلب على الأكسجين، على التوالي، مما يشير إلى زيادة إمكانية توفير الطاقة-في الصيف. يتناقص تركيز الملوثات تدريجيًا على طول الخزان الهوائي، ويظل ثابتًا تقريبًا في النهاية، في حين يكون تركيز الأكسجين المذاب في النهاية أعلى بكثير مما هو عليه في المقدمة. يشير هذا إلى أن معظم الأكسجين المزود في النهاية يذوب في السائل المختلط بالحمأة ولا يستخدم في COD_كرالأكسدة وأكسدة الأمونيا، مما يشير إلى الإفراط في -التهوية. لذلك، يمكن تقليل إمداد الهواء في نهاية الخزان الهوائي بشكل مناسب مع ضمان جودة النفايات السائلة والخلط المناسب.