تحليل كفاءة إزالة الملوثات في مياه الصرف الصحي باستخدام نظام AAO المعدل
ملخص
الاللاهوائية-نقص الأكسجين-الأكسجين (AAO أو A²/O)هذه العملية هي تقنية معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية المعتمدة على نطاق واسع والمصممة لإزالة الكربون العضوي والنيتروجين والفوسفور في وقت واحد. وتتكون من ثلاث مناطق مترابطة:
- المنطقة اللاهوائية: بسبب نقص الأكسجين والنترات، تقوم البكتيريا الاختيارية بتكسير المركبات العضوية، وإطلاق الفوسفور.
- منطقة الأكسجين: تستخدم البكتيريا النازعة للنتروجين الكربون العضوي كمانح للإلكترون لتقليل النترات/النتريت (العائدة من المنطقة المؤكسدة) إلى غاز النيتروجين، مما يؤدي إلى إزالة النيتروجين.
- منطقة أوكسيك: تعمل الكائنات الحية الدقيقة الهوائية على أكسدة المواد العضوية المتبقية وتسهيل عملية النترجة (من الأمونيا إلى النترات)، في حين أن الكائنات الحية المتراكمة للفوسفور -تمتص الفوسفات.
في مجال معالجة مياه الصرف الصحي، في حين أن نظام AAO التقليدي يمكنه إزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي، فقد أدى التركيب المتزايد التعقيد لمياه الصرف الصحي إلى انخفاض معين في كفاءة معالجة عملية AAO. لضمان مستوى التطبيق وفعالية عملية AAO،فمن الضروري إجراء بحث محدد على الأنظمة المعدلة، الأمر الذي يحمل أهمية عملية كبيرة للمؤسسات والإدارات ذات الصلة في تحسين جودتها التشغيلية.
تعديل نظام AAO
1. المبادئ الأساسية لنظام AAO
إذا أخذنا نظام معالجة مياه الصرف الصحي AAO في محطة معالجة مياه الصرف الصحي المحددة كمثال، فإن النظام الحالي هوعملية AAO التقليدية، ويتكون في المقام الأول من أربعة مكونات:خزان لاهوائي، خزان هوائي، خزان نقص الأكسجين، وخزان ترسيب ثانوي، كما هو مفصل فيالشكل 1.
في نظام AAO التقليدي، تنمو الكائنات الحية الدقيقة وتستقلب في ظل ظروف بيئية مختلفة. من خلال التفاعلات بين المجتمعات الميكروبية المختلفة، يتم تحقيق الإزالة الفعالة للملوثات عن طريق التفاعلات الكيميائية مثل الأمونيا، والنترجة، ونزع النتروجين، والتي تقضي بشكل كبير على الملوثات العضوية.
يوفر نظام AAO التقليدي مزايا مثل التكاليف الفنية المنخفضة، والتشغيل البسيط، ووقت الاحتفاظ الهيدروليكي القصير (HRT). ومع ذلك، فهو يعاني أيضًا من عيوب بما في ذلكضعف كفاءة إزالة الفوسفورومتطلبات صارمة لعمر الحمأة وتصميم مصدر الكربونمما يجعل من الصعب تلبية المعايير المتوقعة في بعض مشاريع إزالة ملوثات مياه الصرف الصحي.
2. تحليل تصميم نظام AAO المعدل
استناداً إلى الأبحاث السابقة، تم إجراء تحسينات على نظام AAO التقليدي، مع التركيز في المقام الأول على الخزان اللاهوائي. التعديل نظام الخزان اللاهوائييتكون من ثلاثة أجزاء:الحمأة-منطقة خلط المياه، والحمأة-منطقة فصل المياه، ومنطقة الوسائط، كما هو موضح فيالشكل 2.
فيتعديل نظام AAO (الشكل 3)، تم تصميم منطقة خلط الماء -الحمأة ومنطقة الوسائط بأبعاد متطابقة (15 سم طول × 20 سم عرض × 60 سم ارتفاع)، ولكل منها حجم فعال يبلغ 9 لتر. ويبلغ وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) لكل من منطقة الحمأة ومنطقة الوسائط ساعتين.
3. تحليل كفاءة إزالة COD في نظام AAO المعدل
تم تحليل كفاءة إزالة الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) لنظام AAO المعدل. عندما كان COD المتدفق 447 مجم / لتر، كان COD المتدفق من المرحلة اللاهوائية حوالي 147 مجم / لتر، وكان COD النهائي للنفايات السائلة 42 مجم / لتر، مما يلبي معيار التفريغ من الفئة A. كانت كفاءة إزالة COD في المرحلة اللاهوائية المبكرة غير مستقرة، مع تقلبات كبيرة ومستويات منخفضة نسبيًا من المواد الصلبة المعلقة السائلة المختلطة (MLSS). لكن،وبعد 7 أيام استقرت نسبة الإزالة عند 94%. تقوم المرحلة اللاهوائية في المقام الأول بإزالة الملوثات من خلال التحلل الميكروبي والتخفيف عن طريق الارتجاع، مما يدل على إزالة الملوثات بشكل فعال.
باستخدام برنامج Minitab، تمت مقارنة أداء الإزالة لأنظمة AAO المعدلة والتقليدية من خلال تحليل اختبار مستقل لعينة -، مع عرض النتائج فيالشكل 4.
عند فاصل ثقة 95%، كانت قيمة t- 0.26، وكانت قيمة p- 0.605. وأشار تحليل البيانات إلى عدم وجود اختلاف كبير في متوسط معدلات الإزالة بين النظامين. أظهر نظام AAO المعدل تباينًا كبيرًا نسبيًا في كفاءة إزالة COD، ويرجع ذلك أساسًا إلى الاختلافات في بيانات المرحلة المبكرة-، بما في ذلك مرحلة التأقلم.بشكل عام، أظهر نظام AAO المعدل إزالة COD الفعالة.
4. تحليل كفاءة إزالة نيتروجين الأمونيا في نظام AAO المعدل
تم تحليل كفاءة إزالة نيتروجين الأمونيا (NH₃-N). عندما يكون تركيز NH₃-N المتدفق 36 مجم/لتر، يكون التدفق المتدفق NH₃-N من المرحلة اللاهوائية حوالي 19 مجم/لتر. في المرحلة المبكرة، كان تركيز النفايات السائلة مرتفعًا نسبيًا، وتقلبت كفاءة الإزالة بشكل كبير. لكن،بعد 12 يومًا من التأقلم، ارتفع معدل الإزالة إلى حوالي 81%، مع البكتيريا الآزوتية في مرحلة النمو اللوغاريتمي.وبعد ذلك استقرت نسبة الإزالة حيث وصلت إلى متوسط 93%.، مع تركيز NH₃-N من التدفق بمقدار 4 مجم/لتر، بما يتوافق مع معيار التفريغ من الفئة A.
عند فاصل ثقة 95%، كانت قيمة t- 3.41، وكانت قيمة p- 0.998. وأشار تحليل البيانات إلى عدم وجود اختلاف كبير في متوسط معدلات الإزالة بين النظامين. أظهر نظام AAO المعدل تباينًا عاليًا نسبيًا في كفاءة إزالة NH₃-N، ويرجع ذلك أساسًا إلى الاختلافات في بيانات المرحلة المبكرة-، بما في ذلك مرحلة التأقلم.بشكل عام، أظهر نظام AAO المعدل إزالة NH₃-N فعالة.
5. تحليل إجمالي كفاءة إزالة الفوسفور والنيتروجين في نظام AAO المعدل
5.1 إجمالي كفاءة إزالة الفوسفور
تم تحليل إجمالي كفاءة إزالة الفوسفور (TP). عندما كان تركيز TP المؤثر 3.6 ملغم/لتر، كانت هناك حاجة إلى فترة تأقلم مدتها 11 يومًا. وصل تركيز TP السائل من النظام بأكمله إلى 2.8 ملغم/لتر، في حين كان تركيز TP السائل في المرحلة اللاهوائية 4.2 ملغم/لتر، مما يشير إلى إطلاق كبير للفوسفور. بعد التأقلم، تحسن أداء إزالة TP بشكل ملحوظ، مع انخفاض تركيز TP في المرحلة اللاهوائية إلى 2.7 مجم / لتر ووصول كفاءة الإزالة إلى 17٪.في المرحلة اللاحقة، استقر معدل إزالة TP فوق 60%، واقترب تركيز TP من 0.5 ملجم/لتر، تلبية معيار التفريغ من الفئة ب.
أظهرت المقارنة بين النظامين أن نظام AAO المعدل يتطلب فترة تأقلم أولية ذات كفاءة إزالة منخفضة نسبيًا. لكن بعد التأقلمتحسن أداء إزالة TP بشكل ملحوظ، مما يدل على كفاءة معززة مقارنة بنظام AAO التقليدي.
5.2 إجمالي كفاءة إزالة النيتروجين
تم تحليل كفاءة إزالة النيتروجين الكلي (TN). عندما كان تركيز TN المؤثر 34 مجم/لتر، كان تركيز TN المتدفق في المرحلة اللاهوائية حوالي 18 مجم/لتر. في المرحلة المبكرة، كان تركيز النفايات السائلة مرتفعًا نسبيًا، وتقلبت كفاءة الإزالة بشكل كبير.بعد 10 أيام من التأقلم، ارتفع معدل إزالة TN إلى 68%، مع تركيز النفايات السائلة 9 ملغم/لتر، تلبية معيار التفريغ من الفئة أ.
عند فاصل ثقة 95%، كانت قيمة t- 0.72، وكانت قيمة p- 0.753. وأشار تحليل البيانات إلى عدم وجود اختلاف كبير في متوسط معدلات الإزالة بين النظامين. أظهر نظام AAO المعدل تباينًا عاليًا نسبيًا في كفاءة إزالة TN، ويرجع ذلك أساسًا إلى الاختلافات في بيانات المرحلة المبكرة-، بما في ذلك مرحلة التأقلم.بشكل عام، أظهر نظام AAO المعدل إزالة TN فعالة.
خاتمة
باختصار، يوضح نظام AAO المعدل أداءً قويًا في إزالة ملوثات مياه الصرف الصحي الرئيسية-COD، ونيتروجين الأمونيا، والنيتروجين الإجمالي، والفوسفور الكلي-الذي يفي بمعايير التفريغ من الفئة A أو B بعد فترة تأقلم قصيرة.
بينما أظهر التحليل الإحصائي (اختبار t-، قيمة p-) عدم وجود فرق كبير في متوسط كفاءة الإزالة مقارنة بالنظام التقليدي، أظهر التصميم المعدل ثباتًا أعلى ونتائج علاج محسنة بمرور الوقت، على الرغم من التباين الأكبر في البيانات أثناء التشغيل الأولي. تساهم التحسينات، خاصة في المنطقة اللاهوائية مع مناطق الخلط والفصل والوسائط المحسنة، في زيادة مرونة العملية وكفاءتها.
وتؤكد هذه النتائجإمكانات أنظمة AAO المعدلة لمعالجة تركيبات مياه الصرف الصحي المعقدة بشكل فعال، ودعم تطبيقها العملي لترقية البنية التحتية للعلاج الحالية.