טרום-מיקרו אנאירובי-תעלת חמצון אוורור נקבוביות: טכנולוגיה מתקדמת להסרת חומרים מזינים

טכנולוגיה לטיפול בשפכים של תעלת חמצון אוורור-פני-אנאירובית מיקרו-

מָבוֹא

ניתוח שלתהליך תעלות חמצון קונבנציונלימגלה כי על ידי התאמה ואופטימיזציה של עוצמת האוורור ודפוסי הזרימה, מי שפכים מטופלים ברצף באמצעות מיכלי תגובה אנאירוביים, אנוקסיים ואירוביים, מה שמבטיח הסרה יעילה של חומרים אורגניים. עם זאת, נושאים כגוןהשקעה כוללת גבוההויעילות העברת חמצן נמוכההם נפוצים, המובילים לסילוק חנקן וזרחן לא מיטבי. כדי לטפל במגבלות אלו, נערך-מחקר מעמיק על טכנולוגיית טיפול בשפכי שפכים של תעלת חמצון מיקרו-נקבובית טרום-אנוקסית, במטרה לשפר את היעילות התפעולית של מתקני טיהור שפכים עירוניים ולשפר את ניצול משאבי המים.

1. סקירת פרויקט

המתקן לטיהור שפכים בעיר X מטפל בעיקר בשפכים ביתיים ובשפכים תעשייתיים, בהיקף משמעותי של שפכים תעשייתיים.קיבולת הטיפול המתוכננת היא 10×10⁴ מ"ק ליום. תקני האיכות עבור שפכים ושפכים מוצגים בטבלה 1. כיום, 30% מהקולחים המטופלים משמשים כמים מוחזרים לתחנות כוח תרמיות, בעוד 70% הנותרים מוזרמים לנהרות. בהתבסס על סיווגים תפקודיים של מים עיליים ותקני הזרמת מזהמים עבור מתקני טיהור שפכים עירוניים, המפעל חייב לעמוד בתקן הזרמה דרגה 1B. עם פיתוח כלכלי עירוני מתמשך והגברת הזרמת שפכים, המפעל יישם טיפול בשפכים מיירט לשפכים ביתיים, הרחיב את רשת הביוב ואימץ את תהליך החמצון קדם--אנוקסי מיקרו-נקבובי לאוורור כדי להפחית את הזיהום של מקורות מים עיליים עירוניים.

2. זרימת תהליך של תעלת חמצון קדם--אנוקסית מיקרו-נקבובית אוורור

הליבה של תהליך זה היא השילוב של מיכל טרום-אנוקסי ותעלת חמצון אוורור מיקרו-נקיבית. רצף הטיפול הוא כדלקמן:שפכים → מסך גס → בית משאבת כניסה → מסך עדין → תא גרגירי מערבולת → מיכל אנאירובי → אזורים אנוקסיים/אירוביים → מיכל שקיעה משני → מיכל חיטוי → שפכים. חלק מהבוצה ממיכל השקיעה המשני מוזרם למתקן הפיזור הבוצה לפני הסילוק הסופי. התהליך מתמקד בשחרור זרחן, סילוק חנקן ביולוגי ופינוי זרחן.

2.1 שחרור זרחן

במיכל האנאירובי, חיידקים מתסיסים ממירים מקרומולקולות מתכלות לחומרי ביניים מולקולריים קטנים יותר, בעיקר חומצות שומן נדיפות (VFAs). בתנאים אנאירוביים ממושכים, אורגניזמים המצטברים פוליפוספטים (PAOs) גדלים לאט ומשחררים פוספט מתאיהם לתמיסה על ידי פירוק פוליפוספטים. תהליך זה מספק אנרגיה לספיגה והמרה של חומצות שומן נמוכות-מולקולריות לגרגרי פוליהידרוקסי-בוטיראט (PHB).

2.2 סילוק חנקן ביולוגי

חנקן אמוניה הופך לניטריט ולניטראט על ידי חנקת חיידקים בתנאים אירוביים. באזור האנוקסי, החיידקים המדניטרים מפחיתים את החנקה לגז חנקן, המשתחרר לאטמוספירה. תהליך זה מפחית ביעילות את רמות החנקן בשפכים.

2.3 סילוק זרחן

בתנאים אירוביים, PAOs מנצלים מקורות פחמן ו-PHB כדי לספוג אורתופוספט, ומסנתז פוליפוספטים בתוך התאים שלהם. הזרחן המצטבר מוסר לאחר מכן מהמערכת עם בוצת הפסולת, ומשיג פינוי זרחן יעיל.

בהשוואה לתהליכים קונבנציונליים,תעלת החמצון הטרום-אנוקסית מיקרו-נקבובית מפשטת את הפעולות על ידי ביטול משקעים ראשוניים או צמצום משך הזמן שלה. זה מאפשר לחלקיקים אורגניים גדולים יותר מתא החצץ להיכנס למערכת הביולוגית, תוך טיפול במחסור במקור פחמן. התנאים האירוביים האנאירוביים-האירוביים-מעכבים צמיחת חיידקים חוטיים, משפרים את כושר ההתמקמות של הבוצה ומשלבים הסרת חנקן, סילוק זרחן ופירוק אורגני. האזורים האנאירוביים והאנוקסיים יוצרים סביבה נוחה להסרת חנקן וזרחן, בעוד שהאזור האירובי תומך בשחרור ובניטריפיקציה בו זמנית של זרחן. יש לחשב בקפידה את נפח האזור האירובי כדי להבטיח יעילות:

אֵיפֹה:

• X: ריכוז בוצה מיקרוביאלית (מ"ג/ליטר)
• Y: מקדם תפוקת בוצה (kgMLSS/kgBOD)
• S_e: ריכוז קולחים (מ"ג/ליטר)
• S₀: ריכוז השפעה (מ"ג/ליטר)
• θ_C0: זמן שמירה הידראולי (ים)
• Q: קצב זרימת השפעה (L/s)
• V₀: נפח אפקטיבי של כור אירובי (L)

3. היבטים עיקריים של טכנולוגיית חמצון תעלת האוורור הטרום-טרום-

3.1 Pre-טכנולוגיית טנק אנוקסית

המיכל הקדם--אנוקסי מארח מיקרואורגניזמים אנאירוביים שמתפרקים והופך חומר אורגני מראש, מפחית את ייצור הבוצה ומקל על העומס בשלבי הטיפול הבאים.

3.1.1 זרימת תהליך

3.1.1.1 טיפול מקדים משפיע

הקרנה מסירה מוצקים מרחפים כמו פלסטיק, שיער ופסולת מטבח באמצעות מסכים ביולוגיים מתקדמים. ויסות זרימה ואיכות מבטיחים הומוגניות, בעוד שקיעה (בסיוע טבעי או כימי-) מסירה מוצקים מרחפים וחומרים אורגניים/אנאורגניים.

3.1.1.2 תגובה אנאירובית

טמפרטורה, pH וזמן שמירה מבוקרים מאפשרים ערבוב יסודי של בוצה אנאירובית ומי שפכים, מה שמשפר את הסרת החומר האורגני. כורים אנאירוביים משתמשים בערבוב או במחזור כדי לקדם תסיסה, לייצר CO₂, CH4 ועקבות של H₂S. גז-נוזל-הפרדת מוצקים וטיפול בגז זנב בהמשך.

3.1.1.3 לאחר-טיפול ושפכים

מזהמים אנאורגניים ואורגניים עמידים מטופלים באמצעות תהליכים אירוביים או ספיחת פחם פעיל. ניטור מקוון עוקב אחר פעילות מיקרוביאלית ואינדיקטורים לאיכות מים (למשל, יחס F/M, חמצן מומס). יחס F/M צריך להיות ממוצע של 0.06; חמצן מומס באזורים אנאירוביים צריך להיות 0.5-1 מ"ג/ליטר.

3.1.2 בקרת תהליכים

אמצעים מרכזיים כוללים:

טיפוח בוצה אנאירובית בעלת יכולת פירוק גבוהה ושמירה על יחסי תזונה אופטימליים (C:N:P ≈ 100:5:1).

בקרת עומס אורגני, טמפרטורה (30-35 מעלות) ו-pH (6.5-7.5). העומס האורגני צריך להיות 3-6 kgBOD₅/(m³·d).

יישום מיחזור בוצה לשמירה על ריכוז ופעילות חיידקים. ניתן להשתמש מחדש בבוצה מנוקת מים כדשן או כמזון.

3.2 טכנולוגיית חמצון אוורור מיקרו-נקבי

בליטת בוצה, הנגרמת לרוב על ידי חיידקים חוטיים או התרחבות זווגלואה, פוגעת בהתיישבות. המשוואות הבאות מתארות צמיחה של חיידקים:

אֵיפֹה:

• K_d: מקדם ריקבון מיקרוביאלי (ד^-1)
• S: ריכוז המצע (מ"ג/ליטר)
• K_s​: חצי-מקדם רוויה (מ"ג/ליטר)
• Y: מקדם תשואה (kgMLSS/kgCOD)
• μ_{מקסימום}: קצב צמיחה ספציפי מרבי (ד^-1)
• μ: קצב גדילה של חיידקים (ד^-1)
•  

אֵיפֹה:

• S_דקה: ריכוז מצע מינימלי במצב יציב (מ"ג/ליטר)
• K_d: מקדם ריקבון מיקרוביאלי (ד^-1)
• Ks: חצי-מקדם הרוויה, כלומר, ריכוז המצע כאשר μ=μmax/2μ=μמקסימום/2 (מ"ג/ליטר)
• Y: מקדם תשואה (kgMLSS/kgCOD)
• μ_{מקסימום}: קצב צמיחה ספציפי מרבי (ד^-1)

3.2.1 פרמטרים של עיצוב תהליך

שפכים עוברים דרך מסכים, תאי חצץ ומיכלים אנאירוביים (עם מיקסרים) לפני שהם נכנסים לתעלת החמצון. מאווררים מיקרו-נקבים ומדחפים שקועים יוצרים תנאים אירוביים/אנוקסיים מתחלפים. המערכת כוללת שני מיכלים אנאירוביים (2.8 שעות HRT) וארבע תעלות חמצון (8.64 שעות HRT). גיל הבוצה הוא 11.3 ימים.

3.2.2 פיילוט-עיצוב קנה מידה

מערכת הפיילוט כוללת תא חצץ מאוורר, משאבות, בורר אנאירובי, תעלת חמצון, משאבת ריפלוקס בוצה, מתיישב משני ומשאבת קולחים. לבורר האנאירובי (2.35 מ"ר) יש שלושה תאים עם מיקסרים מוניטורים (ORP, pH). תעלת החמצון (26.3 מ"ר) כוללת כניסות/יציאות מרובות ומפזרים מיקרו-נקבים. הבדיקות הראו ממוצעי השפעה: SS 160 מ"ג/ליטר, COD 448 מ"ג/ליטר, TP 4 מ"ג/ליטר.

מַסְקָנָה

השילוב של טכנולוגיות תעלות חמצון קדם--אנוקסיות ומיקרו-נקביות משפר משמעותית את סילוק החנקן והזרחן. מאמצים עתידיים צריכים להתמקד באופטימיזציה של גיל הבוצה, חמצן מומס ויחס ריפלוקס בוצה כדי לשפר עוד יותר את יעילות הטיפול.