מערכת AAO שונה: ניתוח יעילות הסרת מזהמים|טיפול בשפכים

ניתוח של יעילות סילוק מזהמים בשפכים באמצעות מערכת AAO שונה

סקירה כללית

האנאירובי-אנוקסי-אוקסי (AAO או A²/O)תהליך היא טכנולוגיית טיפול ביולוגית ביולוגית המיועדת להסרה בו-זמנית של פחמן אורגני, חנקן וזרחן. הוא מורכב משלושה אזורים מחוברים זה לזה:

1. אזור אנאירובי: חוסר חמצן וחנקה, חיידקים פקולטטיביים מפרקים תרכובות אורגניות, משחררים זרחן.
2. אזור אנוקסי: חיידקים מדניטרים משתמשים בפחמן אורגני כתורם אלקטרונים כדי להפחית חנקות/ניטריטים (שמוחזרים מהאזור האוקסי) לגז חנקן, ולהשיג סילוק חנקן.
3. אזור אוקסי: מיקרואורגניזמים אירוביים מחמצנים את שאר החומרים האורגניים ומקלים על ניטריפיקציה (אמוניה לחנקה), בעוד שאורגניזמים שצוברים זרחן -סופגים פוספטים.

בתחום הטיפול בשפכים, בעוד שמערכת ה-AAO הקונבנציונלית יכולה להסיר מזהמים מהביוב, ההרכב ההולך ומורכב של שפכים הוביל לירידה מסוימת ביעילות הטיפול בתהליך ה-AAO. כדי להבטיח את רמת היישום והיעילות של תהליך AAO,יש צורך לבצע מחקר ספציפי על מערכות מתוקנות, בעל חשיבות מעשית משמעותית עבור מפעלים ומחלקות רלוונטיות בשיפור איכות התפעול שלהם.

מערכת AAO שונה

1. עקרונות בסיסיים של מערכת AAO

אם ניקח לדוגמא את מערכת טיהור שפכים AAO במתקן טיהור שפכים ספציפי, המערכת הקיימת היאתהליך AAO קונבנציונלי, המורכב בעיקר מארבעה מרכיבים:מיכל אנאירובי, מיכל אירובי, מיכל אנוקסי ומיכל שיקוע משני, כמפורט באיור 1.

במערכת ה-AAO הקונבנציונלית, מיקרואורגניזמים גדלים ומתחילים לעבור חילוף חומרים בתנאים סביבתיים שונים. באמצעות אינטראקציות בין קהילות מיקרוביאליות שונות, הרחקה יעילה של מזהמים מושגת באמצעות תגובות כימיות כגון אמוניפיקציה, ניטריפיקציה ודניטריפיקציה, המבטלות באופן משמעותי מזהמים אורגניים.

מערכת ה-AAO הקונבנציונלית מציעה יתרונות כגון עלויות טכניות נמוכות, פעולה פשוטה וזמן שמירה הידראולי קצר (HRT). עם זאת, הוא סובל גם מחסרונות כולליעילות ירודה של סילוק זרחןודרישות מחמירות עבור גיל הבוצה ותכנון מקור פחמן, מה שמקשה על עמידה בסטנדרטים הצפויים בחלק מהפרויקטים של פינוי מזהמים בשפכים.

2. ניתוח עיצוב של מערכת ה-AAO המותאמת

בהתבסס על מחקרים קודמים, בוצעו שיפורים במערכת ה-AAO הקונבנציונלית, והתמקדו בעיקר במיכל האנאירובי. המערכת מיכל אנאירובית שונהמורכב משלושה חלקים:אזור ערבוב מים-בוצה, אזור הפרדת מים-בוצה ואזור מדיה, כפי שמוצג באיור 2.

ב-מערכת AAO שונה (איור 3), אזור ערבוב המים -בוצה ואזור המדיה מתוכננים במידות זהות (15 ס"מ אורך × 20 ס"מ רוחב × 60 ס"מ גובה), כל אחד בנפח אפקטיבי של 9 ליטר. זמן השמירה ההידראולי (HRT) הן לאזור הבוצה והן לאזור המדיה הוא שעתיים.

3. ניתוח של יעילות הסרת COD במערכת ה-AAO המשתנה

יעילות הסרת דרישת החמצן הכימית (COD) של מערכת ה-AAO המותאמת נותחה. כאשר COD השפך היה 447 מ"ג/ליטר, COD הקולחין מהשלב האנאירובי היה כ-147 מ"ג/ליטר, וה-COD הסופי של הקולחים היה 42 מ"ג/ליטר, העומד בתקן הפריקה Class A. יעילות הסרת ה-COD בשלב האנאירובי המוקדם לא הייתה יציבה, עם תנודות משמעותיות ורמות נמוכות יחסית של מוצקים מרחפים (MLSS). אוּלָם,לאחר 7 ימים, שיעור ההסרה התייצב על 94%. השלב האנאירובי מסיר בעיקר מזהמים באמצעות פירוק מיקרוביאלי ודילול על ידי ריפלוקס, מה שמוכיח הסרת מזהמים יעילה.

באמצעות תוכנת Minitab, הושוו ביצועי ההסרה של מערכות ה-AAO המשוננות והקונבנציונליות באמצעות ניתוח מדגם-מדגם עצמאי, עם תוצאות המוצגות באיור 4.

ברווח סמך של 95%, הערך t-היה 0.26, וערך ה-p- היה 0.605. ניתוח הנתונים לא הצביע על הבדל משמעותי בשיעורי ההסרה הממוצעים בין שתי המערכות. מערכת ה-AAO שהשתנתה הראתה שונות גבוהה יחסית ביעילות הסרת COD, בעיקר בשל הבדלים בנתונים- בשלב מוקדם, כולל שלב ההתאקלמות.בסך הכל, מערכת ה-AAO שהשתנתה הפגינה הסרה יעילה של COD.

4. ניתוח של יעילות סילוק חנקן אמוניה במערכת AAO שונה

יעילות הסרת חנקן האמוניה (NH₃-N) נותחה. כאשר ריכוז ה-NH₃-N המושפע היה 36 מ"ג/ליטר, הקולחים NH₃-N מהשלב האנאירובי היה כ-19 מ"ג/ליטר. בשלב המוקדם, ריכוז הקולחין היה גבוה יחסית, ויעילות הפינוי השתנתה באופן משמעותי. אוּלָם,לאחר 12 ימי התאקלמות, שיעור ההסרה עלה לסביבות 81%, עם חיידקים מחנקים בשלב הצמיחה הלוגריתמי.לאחר מכן, התייצב שיעור ההרחקה והגיע לממוצע של 93%, עם ריכוז NH₃-N של שפכים של 4 מ"ג/ליטר, העומד בתקן הפריקה Class A.

ברווח סמך של 95%, הערך t- היה 3.41, וערך ה-p- היה 0.998. ניתוח הנתונים לא הצביע על הבדל משמעותי בשיעורי ההסרה הממוצעים בין שתי המערכות. מערכת ה-AAO שהשתנתה הראתה שונות גבוהה יחסית ביעילות הסרת NH₃-N, בעיקר בשל הבדלים בנתונים- בשלב מוקדם, כולל שלב ההתאקלמות.בסך הכל, מערכת ה-AAO שהשתנתה הדגימה הסרה יעילה של NH₃-N.

5. ניתוח של יעילות סילוק זרחן וסה"כ חנקן במערכת ה-AAO המתוקנת

5.1 יעילות הסרת זרחן כוללת

יעילות הסרת הזרחן הכוללת (TP) נותחה. כאשר ריכוז ה-TP המשפיע היה 3.6 מ"ג/ליטר, נדרשה תקופת הסתגלות של 11 ימים. ריכוז TP בשפכים מכל המערכת הגיע ל-2.8 מ"ג/ליטר, בעוד שריכוז TP בשפכים בשלב האנאירובי עמד על 4.2 מ"ג/ליטר, דבר המעיד על שחרור משמעותי של זרחן. לאחר ההתאקלמות, ביצועי הסרת ה-TP השתפרו באופן ניכר, כאשר ריכוז ה-TP בשפכי השלב האנאירובי ירד ל-2.7 מ"ג/ליטר ויעילות ההסרה הגיעה ל-17%.בשלב מאוחר יותר, קצב סילוק ה-TP התייצב מעל 60%, וריכוז ה-TP בשפכים התקרב ל-0.5 מ"ג/ליטר, עומד בתקן הפריקה Class B.

השוואה בין שתי המערכות הראתה שמערכת ה-AAO המותאמת דורשת תקופת הסתגלות ראשונית עם יעילות הסרה נמוכה יחסית. עם זאת, לאחר ההתאקלמות,ביצועי הסרת ה-TP שלו השתפרו משמעותית, והדגימו יעילות משופרת בהשוואה למערכת ה-AAO הקונבנציונלית.

5.2 יעילות הסרת חנקן כוללת

יעילות הסרת החנקן הכוללת (TN) נותחה. כאשר ריכוז ה-TN המשפיע היה 34 מ"ג/ליטר, ריכוז ה-TN בשפכי השלב האנאירובי היה כ-18 מ"ג/ליטר. בשלב המוקדם, ריכוז הקולחין היה גבוה יחסית, ויעילות הפינוי השתנתה באופן משמעותי.לאחר 10 ימי התאקלמות, שיעור הסרת ה-TN עלה ל-68%, עם ריכוז קולחים של 9 מ"ג/ליטר., עומד בתקן פריקה Class A.

ברווח סמך של 95%, הערך t- היה 0.72, וערך ה-p- היה 0.753. ניתוח הנתונים לא הצביע על הבדל משמעותי בשיעורי ההסרה הממוצעים בין שתי המערכות. מערכת ה-AAO שהשתנתה הראתה שונות גבוהה יחסית ביעילות הסרת TN, בעיקר בשל הבדלים בנתונים- בשלב מוקדם, כולל שלב ההתאקלמות.בסך הכל, מערכת ה-AAO המותאמת הראתה הסרה יעילה של TN.

מַסְקָנָה

לסיכום, מערכת ה-AAO שהשתנתה מדגימה ביצועים חזקים בהסרת מזהמים מרכזיים בשפכים-COD, חנקן אמוניה, חנקן כולל וסך זרחן-עומדים בתקני פריקת Class A או B לאחר תקופת הסתגלות קצרה.

בעוד שניתוח סטטיסטי (t-test, p-value) לא הראה הבדל מובהק ביעילות ההסרה הממוצעת בהשוואה למערכת הקונבנציונלית, העיצוב השונה הציג יציבות גבוהה יותר ותוצאות טיפול משופרות לאורך זמן, למרות שונות גדולה יותר בנתונים במהלך הפעולה הראשונית. השיפורים, במיוחד באזור האנאירובי עם אזורי ערבוב, הפרדה ומדיה אופטימליים, תורמים להגברת חוסן ויעילות התהליך.

הממצאים הללו מדגישיםהפוטנציאל של מערכות AAO ששונו לטפל ביעילות בהרכבי שפכים מורכבים, התומכים ביישומם המעשי לשדרוג תשתית טיפול קיימת.