טיפול בשפכי יין באמצעות A²O תהליך חמצון מגע ביולוגי: תכנון הנדסי ומחקר מקרה

1 סכנות, מקורות ומאפיינים של שפכי יין

עם צמיחת כלכלת סין והגידול בהכנסה לנפש, השתפרה במהירות רמת הצריכה של שוק היין בסין, תעשיית היין התפתחה במהירות, ומספר רב של יקבים קמו. במקביל, הייצור הפורח של היין יצר כמות גדולה של שפכים. מכיוון שארגונים אלה ממוקמים ברובם באזורים פרבריים מרוחקים, חסרי מתקני ניקוז מלאים, הזרמה ישירה של מזהמים אורגניים בריכוז גבוה- המכילים סוכרים, אלכוהול ותרכובות חומצה אורגנית משפיעה קשות על הסביבה.

זרימת התהליך הכללית של ייצור יין היא בערך:

מיון והסרה → ריסוק → תסיסה אלכוהולית → כבישה → תסיסה מלולקטית → מיזוג → יישון → ייצוב → ביקבוק → מוצר מוגמר. מי השפכים המוזרמים מגיעים בעיקר משלבי הריסוק, הכבישה, התסיסה, הניקוי ועוד שלבי העיבוד. שפכים לייצור יין הם בעלי מאפיינים של ריכוז גבוה, כרומה גבוהה, SS גבוה וקושי בשקיעה של חומר מרחף. איכות המים שלו היא בדרך כלל חומצית, ואיכות וכמות המים משתנות מאוד במהלך עונת העיבוד, מה שמציג שינויים עונתיים ברורים בין עונת הכבישה לעונת הכבישה שאינה-.

2 עיצוב זרימת תהליך

2.1 רקע לפרויקט ובדיקות איכות מים משפיעות

חברת יין הממוקמת ב-Ningxia היא מפעל לייצור-יין. השפכים הנוצרים במהלך הייצור והתפעול מגיעים בעיקר מניקוז בית מלאכה ומיכלי יין, המכילים כמות מסוימת של יין, ללא שפכים תעשייתיים מיוחדים. השפכים שייכים לשפכים אורגניים וביוב ביתיים מתכלים-בריכוז גבוה. פרמטרי איכות המים שנבדקו מוצגים בטבלה 1.

2.2 מטרות עיצוב

פרויקט זה מתכוון לאמץ תהליך רלוונטי. מטרת התכנון היא שלאחר הטיפול, השפכים והביוב הביתי שייווצרו יעמדו בתקן איכות המים "השקיה בחקלאות יבשה" ב"תקן איכות המים להשקיית אדמה חקלאית" (GB5084-2005), כך שהמפעל יוכל להזרים מזהמים על פי חוק ולעמוד בתקני ההזרמה.

2.3 בחירת תהליך

לאור המאפיינים של שפכי יין, נבחר תהליך "חמצון מגע ביולוגי A²O", בקנה מידה של 5 מ"ר ליום ושטח רצפה של 100 מ"ר. כיוון זרימת השפכים של המתקן לטיפול בשפכים מוצג באיור 1.

2.4 תכנון זרימת תהליך

2.4.1 סקירת תהליכים

השפכים הביתיים של הפרויקט עוברים דרך בור ספיגה לטיפול מקדים בשקיעה וסינון, ולאחר מכן יחד עם שפכי הייצור הנאספים במיכל האגירה, עוברים במסך בר לסינון. לאחר הסינון, הוא נשלח על ידי משאבת הרמה למיכל השוויון. לאחר הומוגניזציה והשוואה במיכל ההשוואה, הוא נכנס ליחידת הטיפול הביולוגי A²O. יחידה זו כוללת בעיקר מיכל אנאירובי, מיכל אנוקסי ומיכל אירובי, בהם מתרחשות תגובות ביולוגיות כגון פירוק חומר אורגני, ניטריפיקציה ודניטריפיקציה ושחרור וקליטת זרחן לטיהור איכות המים של הביוב.

2.4.2 תכנון תהליך

(1) שקיעה וסינון של בור ספיגה: שפכים ביתיים נכנסים לבור ספיגה דרך צינורות. בור הספיגה משתמש בעקרונות של שקיעה ותסיסה אנאירובית כדי להסיר חומר אורגני מרחף מהביוב הביתי.

(2) מיכל אגירה: שפכי ייצור נכנסים למיכל האגירה דרך צינורות לאחסון. מיכל האחסון מאמץ עיצוב מלבני סגור, שיכול למנוע ביעילות פליטת גזים ריחניים.

(3) מסך בר: מסנן בעיקר מוצקים מרחפים גדולים במי שפכים כדי להבטיח פעולה חלקה של יחידות המשאבה ומבני הטיפול והציוד הבאים.

(4) מיכל שוויון: על מנת לספק את התנאים הטובים ביותר לטיפול בהמשך, יש להתאים את קצב הזרימה ואיכות המים של השפכים. הומוגניות והשוואה של קצב הזרימה ואיכות המים יכולים לא רק לשפר את יכולת הטיפול בשפכים, להפחית את עומס ההשפעה שעלול להתרחש בשלב הטיפול הביוכימי, לדלל חומרים רעילים למיקרואורגניזמים, אלא גם לקרר מים בטמפרטורה גבוהה- הנפלטים בטווח הקצר. בקר מפלס נוזל מותקן במיכל ההשוואה, ולאחר מכן מועבר אות דרך מכשיר בקרת מפלס הנוזל, והשפכים נשלחים על ידי משאבת ההרמה אל המיכל האנאירובי.

(5) מיכל אנאירובי: בתהליך האנאירובי נעשה שימוש בסדרה של בפלונים המותקנים אנכית כדי לגרום למי השפכים המטופלים לזרום למעלה ולמטה לאורך הבפלים בכור. בעזרת הביו-גז הנוצר בכור בתהליך הטיפול, המוצקים המיקרוביאליים בכור עוברים תנועות התפשטות ושקיעה מעלה ומטה בכל תא שנוצר על ידי הבפלים. בשלב זה זרם המים בכל הכור נע אופקית במהירות איטית יחסית. מכיוון שהמי שפכים זורמים מסביב לבלבולים תחת פעולתם של הבלבולים, האורך הכולל של נתיב הזרימה בכור גדל. בנוסף, בשל השפעת החסימה של הבפלים ושקיעה של בוצה, המוצקים הביולוגיים נשמרים ביעילות בכור. תהליך זה דורש גם חימום במחזור. מי השפכים נשארים במיכל זה למשך 4 שעות לטיפול.

(6) מיכלים אנוקסיים ואירוביים: תהליך זה משתמש בחומר מילוי שונה המושרה ביולוגית בתור הליבה. על ידי שינוי המיקרו-סביבה, זני החיידקים מעוררים מוטציה בכיוון מוגדר, כך שהחיידקים האנאירוביים המחמצנים באמוניה מתרבים ברציפות, ומשיגים חמצון אנאירובי אמוניה יציב. תהליך זה אינו מצריך תוספת כימית, בעיקר גרימת שונות גנטית של מיקרואורגניזמים. המיכל הביוכימי האירובי מלא באריזה ביולוגית כדורית כפולה- חלולה, כך שתהליכים אירוביים ואנאירוביים מתנהלים בו-זמנית. השפכים שוהים במיכל האנוקסי למשך 4 שעות ולאחר מכן נכנסים למיכל האירובי לטיפול, תוך זמן טיפול של כ-8 שעות.

(7) מיכל שיקוע משני: לאחר טיפול אנוקסי ואירובי, זורמים מי השפכים לתוך מיכל זה בעצמם. כמות גדולה של בוצה פעילה שאבדה ונפלה-מסרט חיידקים מתיישבת במיכל זה. המשקעים נשאבים מעת לעת על ידי משאבת חזרה ומוחזרים למיכל האנאירובי להמשך טיפול עיכול אנאירובי, תוך הפחתת תכולת החומר האורגני והמוצקים המרחפים בשפכים המוזרמים. לאחר שיקוע, הבוצה מוחזרת למיכל האנוקסי לשימוש חוזר, והשפכים נכנסים למיכל המים הנקיים דרך צינורות. מי השפכים נשארים במיכל זה למשך שעתיים.

(8) מיכל מים נקיים: לאחר הטיפול, מי השפכים נכנסים למיכל המים הנקיים לצורך חיטוי אולטרה סגול. מיכל זה משמש לאחסון השפכים המטופלים העומדים בתקנים. השפכים יכולים לשמש להשקיה בטפטוף של עצי יער.

נקודות זרימת התהליך ויצירת הזיהום של המתקן לטיפול בשפכים מוצגות באיור 2.

3 תוצאות וניתוח

היקף המתקן לטיפול בשפכים בפרויקט הוא 5 מ"ק ליום, ותהליך הטיפול הוא "תהליך חמצון מגע ביולוגי של A²O". באמצעות ניטור תוצאות הפעולה של התהליך, מוצגים הפרמטרים העיקריים של איכות המיםטבלה 2. איכות מי הקולחין עומדת בתקן החקלאות היבשה ב"תקן איכות מי השקיה בקרקע חקלאית" (GB5084-2005). השפכים משמשים להשקיה בטפטוף של עצי יער, המבטיחים שהמפעל פולט מזהמים על פי חוק ועומד בתקני ההזרמה, תוך יתרונות וסיכויים כלכליים גבוהים.

4 מסקנה

במאמר זה, על פי המאפיינים של שפכי יין, תהליך חמצון מגע ביולוגי A²O נבחר בצורה גמישה כתהליך הליבה לתכנון הנדסי רלוונטי. נתוני ניטור התפעול מראים כי ניתן לטפל ביעילות בשפכים אורגניים המכילים יין בריכוז גבוה-על ידי תהליך זה, ואיכות מי הקולחים משתפרת מאוד. לתהליך החמצון הביולוגי במגע A²O יש יתרונות של יעילות הסרה גבוהה עבור COD וחנקן אמוניה, פעולה יציבה, עמידות בעומס פגיעה חזק, תפעול וניהול נוחים ועלויות תפעול נמוכות. זוהי מגמת הפיתוח של ייצור יין בטכנולוגיה לטיפול בשפכים. מאמר זה מספק פתרון אפשרי והתייחסות תהליך יציבה ואמינה לטיפול בשפכי יין, ויש לו ערך יישום ומשמעות הנדסית מסוימת.