ניתוח ההשפעה של אספקת חמצן בשלבים באזור האירובי של תהליך AAO על יעילות הסרת מזהמים
סקירה כללית
תהליך AAO הוא טכנולוגיית טיפול בשפכים בשימוש נרחב, הכוללת בעיקר שלבים אנאירוביים, אנוקסיים ואירוביים, הפועלים באופן סינרגטי להסרה יעילה של מזהמים מהשפכים. השלב האירובי הוא מרכיב קריטי בתהליך ה-AAO, ושיטת אספקת החמצן משפיעה ישירות על היעילות התפעולית הכוללת של המערכת כולה. כדי לשפר עוד יותר את האפקטיביות של תהליך AAO ביישומים מעשיים, חוקרים הציעו תוכנית אספקת חמצן מבוימת. על ידי הקמת אזורים מרובים עם ריכוזי חמצן מומס שונים (DO) בתוך המערכת, תכנית זו שואפת לייעל את הפעילות המטבולית של מיקרואורגניזמים אירוביים ולשפר את יעילות הסרת המזהמים. לכן, לניתוח ההשפעה של אספקת חמצן מדורגת באזור האירובי של תהליך AAO על הסרת מזהמים יש ערך מעשי משמעותי.
סקירה כללית של אספקת חמצן בשלבים באזור האירובי של תהליך AAO
האזור האירובי הוא האתר העיקרי לחמצון ופירוק של חומרים אורגניים. באמצעות אספקת חמצן מדורגת, ריכוזי DO באזורים שונים ניתנים להתאמה גמישה בהתבסס על קצב הפירוק של חומר אורגני ודרישת החמצן של מיקרואורגניזמים, מה שמבטיח פירוק אחיד ומספק של חומר אורגני על פני אזורים. גישה זו מסייעת לשפר את שיעורי סילוק החומר האורגני ולייצב את איכות הקולחים. באזור האירובי, חנקן אמוניה מתחמצן לחנקה על ידי חיידקים מחנקים. אספקת חמצן מדורגת מבטיחה שחיידקים מחנקים פועלים ביעילות תחת ריכוזי DO מתאימים, תוך הימנעות מהשפעות שליליות על תהליך הניטריפיקציה הנגרמות מרמות DO גבוהות או נמוכות מדי. במקביל, על ידי שליטה על יחס המחזור וריכוז המשקאות המעורבים, ניתן לייעל עוד יותר את תהליך הניטריפיקציה, ולשפר את יעילות סילוק החנקן האמוניה. תהליך AAO מבצע סילוק חנקן וזרחן בו זמנית. בתנאי אספקת חמצן מדורגים באזור האירובי, אורגניזמים שצוברים זרחן-(PAOs) יכולים לספוג זרחן במלואו בריכוזי DO מתאימים ולהשיג סילוק זרחן על ידי פריקת בוצה עשירה בזרחן בשלבים הבאים. בינתיים, על ידי התאמת פרמטרים תפעוליים באזורים האנוקסיים והאירוביים, ניתן לייעל את תהליך הדניטריפיקציה, ולשפר את יעילות הסרת החנקן הכוללת.
מתודולוגיה ניסויית לניתוח ההשפעה של מבוימת אספקת חמצן על יעילות הסרת מזהמים
במהלך הניסוי, נעשה שימוש בשיטות כגון מערכות בקרת שסתום אוורור, מערכות בקרה אוטומטיות ומספר מכשירי המפוחים כדי לווסת את עוצמת האוורור, ובכך לשקף את ריכוז ה-DO. זרימת התהליך של מערך הניסוי מוצג באיור 1.
כפי שמוצג באיור 1, האזור האירובי של מערכת AAO מחולק לשלושה אזורים: חלקי הראש, האמצע והזנב. זמן השמירה ההידראולית (HRT) של המערכת נקבע לשעתיים. מידות הכור היו 160 ס"מ × 125 ס"מ × 100 ס"מ (אורך × רוחב × גובה), כאשר גובה משקה מעורב נקבע על 60 ס"מ. כיוון הזרימה בין מיכלי התגובה נשלט באמצעות קירות מנחים ומבלכים.
דגימות שפכים נאספו ממיכל השקיעה הראשוני של מכון טיהור שפכים עירוני. איכות השפכים הייתה יציבה יחסית, עם כל האינדיקטורים הרלוונטיים בטווחים הסטנדרטיים: ריכוז TP נע בין 3.0 ל-5.5 מ"ג/ליטר, ריכוז TN בין 26 ל-49 מ"ג/ליטר ו-COD בין 255 ל-485 מ"ג/ליטר.
כל קטע אירובי צויד במשאבת אוויר מערבולת ובמערכת צינורות מחוררים שהוגדרה באופן עצמאי ליצירת מערכת האוורור לפעולות אוורור. במהלך פעולת המערכת, כל משאבת אוויר מערבולת פעלה באופן עצמאי ויציב, תוך שמירה על ריכוזי DO בטווחים של 4-5 מ"ג/ליטר, 3-4 מ"ג/ליטר ו-2-3 מ"ג/ליטר, בהתאמה. ריכוזי ה-DO ואיכות הקולחים מקטעים שונים נמדדו ונותחו כדי לקבוע את ההשפעה הספציפית על יעילות סילוק המזהמים.
3 ניתוח של ההשפעה של ריכוז ראש סעיף DO על יעילות הסרת מזהמים
3.1 ניתוח יעילות הסרת COD
ניתוח של הסרת COD בקטע הראש של האזור האירובי AAO תחת שלושה תנאי ריכוז DO שונים הראה ערכי COD של קולחים של 41.2, 40.2 ו-40.8 מ"ג/ליטר, עם יעילות הסרה של 91.3%, 90.5% ו-90.8%, בהתאמה. פרטים ספציפיים מוצגים באיור 2.
ניתוח נתונים מצביע על כך שבעוד שיעילות הסרת COD בקטע הראש השתנתה במידה מסוימת בריכוזי DO שונים, השונות הכוללת הייתה מינימלית ולא הראתה מתאם ברור. כאשר ריכוז ה-DO עלה מרמת 2-3 מ"ג/ליטר לרמה של 3-4 מ"ג/ליטר, יעילות ה-COD וההסרה של שפכים ירדו ב-1.0 מ"ג/ליטר ו-0.8%, בהתאמה. עם זאת, כאשר ריכוז ה-DO עלה לרמה של 4-5 מ"ג/ליטר, COD ויעילות ההסרה של שפכים עלו ב-0.6 מ"ג/ליטר ו-0.3%, בהתאמה. ריכוזי DO שונים לא השפיעו באופן משמעותי על יעילות הסרת COD.
3.2 ניתוח יעילות הסרת TN
ניתוח של הסרת TN בקטע הראש הראה ריכוזי TN בשפכים של 12.8, 12.3 ו-13.1 מ"ג/ליטר בשלושת תנאי ה-DO, עם שיעורי הסרה של 68.0%, 66.8% ו-67.7%, בהתאמה.
ניתוח נתונים מצביע על כך שיעילות הסרת TN בקטע הראש השתנתה במידה מסוימת בריכוזי DO שונים, אך השונות הכוללת הייתה מינימלית ולא הראתה מתאם ברור. לפיכך, ניתן להסיק שריכוזי DO שונים לא השפיעו באופן משמעותי על יעילות הסרת TN.
3.3 ניתוח יעילות הסרת TP
ניתוח של הסרת TP בקטע הראש הראה ריכוזי TP בשפכים של 0.60, 0.51 ו-0.48 מ"ג/ליטר בשלושת תנאי ה-DO, עם שיעורי הסרה של 88.1%, 90.7% ו-91.7%, בהתאמה.
ניתוח נתונים מצביע על כך שיעילות הסרת TP בחלקת הראש השתנתה עם ריכוז ה-DO. הגדלת ריכוז DO הפחיתה את ריכוז TP בשפכים ושיפור יעילות ההסרה. לפיכך, ניתן להסיק שרמת ריכוז ה-DO של 4-5 מ"ג/ליטר השיגה את יעילות ההסרה הגבוהה ביותר יחסית.
ניתוח מקיף מצביע על כך שהגדרת ריכוז ה-DO בקטע הראש לרמה של 4-5 מ"ג/ליטר מביאה ליעילות ספיגת זרחן גבוהה יותר.
4 ניתוח ההשפעה של ריכוז DO בקטע האמצעי על יעילות הסרת מזהמים
4.1 ניתוח יעילות הסרת COD
ניתוח של הסרת COD בחלק האמצעי הראה ערכי COD של קולחים של 39.9, 38.9 ו-40.4 מ"ג/ליטר בשלושת תנאי ה-DO, עם יעילות הסרה של 91.0%, 90.9% ו-91.2%, בהתאמה. פרטים ספציפיים מוצגים באיור 3.
ניתוח נתונים מצביע על כך שבעוד שיעילות הסרת COD בחלק האמצעי השתנתה במידה מסוימת בריכוזי DO שונים, השונות הכוללת הייתה מינימלית ולא הראתה מתאם ברור. כאשר ריכוז ה-DO עלה מרמת 2-3 מ"ג/ליטר לרמה של 3-4 מ"ג/ליטר, COD ויעילות ההסרה של שפכים ירדו ב-1.0 מ"ג/ליטר ו-0.1%, בהתאמה. עם זאת, כאשר ריכוז ה-DO עלה לרמה של 4-5 מ"ג/ליטר, יעילות ה-COD וההסרה של שפכים עלו ב-0.5 מ"ג/ליטר ו-0.3%, בהתאמה. ריכוזי DO שונים לא השפיעו באופן משמעותי על יעילות הסרת COD.
4.2 ניתוח יעילות הסרת TN
ניתוח של הסרת TN בחלק האמצעי הראה ריכוזי TN בשפכים של 13.8, 13.0 ו-12.9 מ"ג/ליטר בשלושת תנאי ה-DO, עם שיעורי הסרה של 62.5%, 66.3% ו-66.4%, בהתאמה. באופן השוואתי, רמות ריכוז DO של 3-4 מ"ג/ליטר ו-4-5 מ"ג/ליטר הביאו ליעילות טובה יותר של הסרת TN.
4.3 ניתוח יעילות הסרת TP
ניתוח של הסרת TP בחלק האמצעי הראה ריכוזי TP בשפכים של 0.57, 0.52 ו-0.46 מ"ג/ליטר בשלושת תנאי ה-DO, עם שיעורי הסרה של 88.5%, 90.8% ו-91.5%, בהתאמה. באופן השוואתי, רמות ריכוז DO של 3-4 מ"ג/ליטר ו-4-5 מ"ג/ליטר הביאו ליעילות טובה יותר של הסרת TP.
ניתוח מקיף מצביע על כך שהגדרת ריכוז ה-DO בחלק האמצעי לרמה של 3-4 מ"ג/ליטר משיגה יעילות גבוהה יותר של הסרת מזהמים.
ניתוח ההשפעה של ריכוז מדור זנב DO על יעילות הסרת מזהמים
5.1 ניתוח יעילות הסרת COD
ניתוח של הסרת COD בקטע הזנב הראה יעילות הסרה של 91.8% בכל שלושת תנאי ריכוז ה-DO. ריכוזי DO שונים לא השפיעו באופן משמעותי על יעילות הסרת COD.
5.2 ניתוח יעילות הסרת TN
ניתוח של הסרת TN בקטע הזנב הראה ריכוזי TN בשפכים של 11.5, 12.7 ו-13.4 מ"ג/ליטר בשלושת תנאי ה-DO, עם שיעורי הסרה של 72.7%, 67.9% ו-66.5%, בהתאמה. באופן השוואתי, רמת ריכוז ה-DO של 2-3 מ"ג/ליטר הביאה ליעילות הסרת TN טובה יותר.
5.3 ניתוח יעילות הסרת TP
ניתוח של הסרת TP בקטע הזנב הראה שכאשר ריכוז ה-DO היה מתחת ל-2.0 מ"ג/ליטר, יעילות ההסרה לא עלתה על 96%. בניסוי זה, שיעור ההסרה בכל שלושת תנאי ה-DO היה 90%, וריכוזי הקולחים עמדו בתקן העיקרי.
לסיכום, הגדרת ריכוז ה-DO בקטע הזנב לרמה של 2-3 מ"ג/ליטר משיגה יעילות גבוהה יותר להסרת מזהמים.
מַסְקָנָה
כדי לחקור את ההשפעה הספציפית של אספקת חמצן בשלבים באזור האירובי של תהליך AAO על יעילות הסרת מזהמים, האזור האירובי חולק לחלקי ראש, אמצע וזנב במהלך המחקר. ניתוח של יעילות הסרת COD, TN ו-TP בקטעים אלה, בשילוב עם תוצאות המחקר, מצביע על כך שהגדרת רמות ריכוז DO בשלושת האזורים האירוביים ל-4-5 מ"ג/ליטר, 3-4 מ"ג/ליטר ו-2-3 מ"ג/ליטר, בהתאמה, משיגה יעילות כללית טובה יותר של הסרת מזהמים. גישה זו יכולה לספק תמיכה והתייחסות למאמצי הגנת הסביבה האקולוגית, חיסכון באנרגיה והפחתת פליטות.