تحليل شامل للعمليات شائعة الاستخدام في محطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية

الهدف الأساسي لمعالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية هو إزالة الملوثات مثل COD وBOD₅ وTN وTP من مياه الصرف الصحي للوفاء بمعايير التصريف (الالتزام السائد بمعيار الفئة أ من "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية" GB 18918-}2002). تتمحور العمليات السائدة الحالية حول المعالجة البيولوجية، جنبًا إلى جنب مع وحدات المعالجة المسبقة والمعالجة المتقدمة، مما يشكل عملية كاملة من "المعالجة المسبقة - المعالجة الأساسية - المعالجة المتقدمة - التخلص من الحمأة." يقدم ما يلي مقدمة تفصيلية للعمليات الست الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، والتي تغطي مبادئها ومعاييرها الرئيسية ومزاياها وعيوبها والسيناريوهات القابلة للتطبيق، مع الأخذ في الاعتبار أيضًا التفاصيل الفنية والجدوى الهندسية.

1. مبدأ العملية

باستخدام الحمأة المنشطة باعتبارها جوهرًا، في ظل الظروف الهوائية، تمتص الكائنات الحية الدقيقة الملوثات العضوية وتحللها في مياه الصرف الصحي، مما يؤدي إلى تنقية مياه الصرف الصحي من خلال فصل مياه الحمأة-. العملية الأساسية: شاشة شريطية ← غرفة الحصى ← خزان الترسيب الأولي ← خزان التهوية ← خزان الترسيب الثانوي ← التطهير والتفريغ؛ يتم تركيز الحمأة المتبقية، وتجفيفها من الماء، ومن ثم التخلص منها.

2. معلمات التصميم الرئيسية
* وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT): 8-12 ساعة، مع HRT أكبر من أو يساوي 6 ساعات في خزان التهوية؛
* وقت الاحتفاظ بالحمأة (SRT): 3-5d (ينطبق فقط على إزالة المواد العضوية، دون وظائف إزالة النيتروجين والفوسفور)؛
* التحميل العضوي (F/M): 0.2-0.4 كجم BOD₅/(kgMLSS ·d)؛
* التركيز في خزان التهوية: 2-3 ملجم/لتر، باستخدام التهوية القسرية أو التهوية الميكانيكية.

3. المزايا والعيوب
* المزايا: تكنولوجيا ناضجة، تشغيل مستقر، كفاءة عالية في معالجة المواد العضوية (معدل إزالة BOD₅ 85%-90%)، وتكلفة استثمار منخفضة نسبيًا؛
* العيوب: لا توجد وظائف إزالة النيتروجين والفوسفور، مما يجعل من الصعب تلبية معايير الفئة (أ) الحالية؛ إنتاج الحمأة الكبيرة، وعرضة للكتلة الخيطية؛ بصمة كبيرة واستهلاك طاقة مرتفع نسبيًا.

4. السيناريوهات القابلة للتطبيق
* مناسب لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي-المبنية مبكرًا ذات معايير تصريف منخفضة، أو كوحدة معالجة أولية لمياه الصرف الصناعي؛ حاليًا، نادرًا ما يتم استخدامه بمفرده في المشاريع الجديدة، ولكن في الغالب كوحدة أساسية لتحسين العملية.

1. مبدأ العملية
تحقق عملية A²O (اللاهوائية-اللاهوائية-الهوائية) إزالة النيتروجين والفوسفور بشكل متزامن من خلال العمل التآزري لثلاث مناطق: الفوسفور-البكتيريا المتراكمة تطلق الفوسفور في المنطقة اللاهوائية، والبكتيريا النازعة للنتروجين تزيل النيتروجين في المنطقة اللاهوائية، والبكتيريا الآزوتية النترجة والفوسفور-تمتص البكتيريا المتراكمة الفوسفور في المنطقة اللاهوائية المنطقة الهوائية. تعمل النسخة المعدلة (مع إضافة خزان نقص الأكسجين مسبقًا) على حل مشكلة المنافسة بين مصادر الكربون بين إزالة النتروجين وإزالة الفوسفور، مما يعزز تأثير إزالة النيتروجين والفوسفور. العملية الأساسية: المعالجة المسبقة → الخزان اللاهوائي → خزان الأكسجين المسبق - → خزان الأكسجين → الخزان الهوائي → خزان الترسيب الثانوي → المعالجة المتقدمة → التفريغ.

2. معلمات التصميم الرئيسية

إجمالي العلاج التعويضي بالهرمونات: 10-12 ساعة، نسبة العلاج التعويضي بالهرمونات اللاهوائية:نقص الأكسجين:الهوائية=1:3:5؛
زمن الاحتفاظ بالحمأة (SRT): 10-12 يومًا عند درجة الحرارة المحيطة، و15 يومًا عند درجة حرارة منخفضة (لموازنة متطلبات إزالة النترجة والفوسفور)؛
نسبة إعادة التدوير: نسبة إعادة تدوير السائل المختلط 200%-300% (تردد متغير قابل للتعديل)، نسبة إعادة تدوير الحمأة 50%-80%؛
التحكم: المنطقة اللاهوائية أقل من أو تساوي 0.2 ملجم / لتر، منطقة نقص الأكسجين أقل من أو تساوي 0.5 ملجم / لتر، المنطقة الهوائية 2-3 ملجم / لتر.

3. المزايا والعيوب

المزايا: كفاءة ممتازة في إزالة النيتروجين والفوسفور (معدل إزالة TN 70%-80%، معدل إزالة TP 80%-90%)، تلبية معايير الفئة A باستمرار؛ التكنولوجيا الناضجة، وتكلفة التشغيل المعتدلة، ومناسبة لمياه الصرف الصحي البلدية مع تقلبات كبيرة في نوعية المياه؛
العيوب: توجد تناقضات في المعلمات بين إزالة النيتروجين والفوسفور (SRT، تعارض متطلبات نسبة إعادة التدوير)؛ تتطلب المياه العادمة ذات المصدر المنخفض للكربون إضافة مصدر كربون خارجي؛ بصمة أكبر قليلاً.

4. السيناريوهات القابلة للتطبيق

حاليًا هي العملية المفضلة للبناء الجديد والتوسع والارتقاء بمحطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية، وهي مناسبة بشكل خاص لمشاريع مياه الصرف الصحي البلدية التي تتطلب تحكمًا متزامنًا في انبعاثات النيتروجين والفوسفور. ويمكن أيضًا تكييفه مع مياه الصرف الصحي المعقدة التي تحتوي على كميات صغيرة من مياه الصرف الصناعي (مطلوب تعديل معامل التحلل البيولوجي).

1. مبدأ العملية

تجمع هذه العملية بين تقنية فصل الأغشية والمعالجة البيولوجية، واستبدال خزان الترسيب الثانوي بوحدات غشائية لتحقيق فصل مياه الحمأة بكفاءة. التدفق الأساسي: المعالجة المسبقة ← الخزان البيولوجي (يمكن استخدام تكوينات A²O، SBR، إلخ) ← خزان الغشاء ← التطهير والتفريغ. يمكن لوحدات الغشاء الاحتفاظ بالكائنات الحية الدقيقة، والحفاظ على تركيز MLSS عالي في الخزان البيولوجي وتعزيز النترجة وإزالة المواد العضوية.

2. معلمات التصميم الرئيسية

تركيز MLSS: 6000-8000 ملغم/لتر (أعلى بكثير من العمليات التقليدية)؛
وقت الاحتفاظ بالحمأة (SRT): 20-30 يومًا (النترجة المعززة، مناسبة لمياه الصرف الصحي ذات درجة الحرارة المنخفضة وانخفاض C/N)؛
تدفق الغشاء: 10-20 لتر/(م²·ساعة)، مما يتطلب تنظيفًا فيزيائيًا/كيميائيًا منتظمًا؛
استهلاك الطاقة: 0.6-1.0 كيلووات ساعة/م3 (بما في ذلك استهلاك طاقة التهوية وشفط الأغشية).

3. المزايا والعيوب

المزايا: جودة مياه متدفقة ممتازة (TN أقل من أو يساوي 8 مجم/لتر، TP أقل من أو يساوي 0.3 مجم/لتر)، مما يلبي متطلبات الترقية إلى ما يقرب من -جودة المياه من الدرجة الرابعة؛ البصمة هي فقط 1/3-1/2 من العمليات التقليدية؛ لا يوجد خطر فقدان الحمأة، والاستقرار التشغيلي العالي؛
العيوب: ارتفاع تكلفة وحدة الأغشية (تمثل 30%-40% من إجمالي الاستثمار)؛ الصيانة المعقدة (المعرضة للانسداد)، وتكاليف التشغيل المرتفعة؛ استهلاك طاقة أعلى من العمليات البيولوجية التقليدية.

4. السيناريوهات القابلة للتطبيق

مناسبة للمناطق الأساسية الحضرية ذات موارد الأراضي المحدودة، أو مشاريع التطوير بمعايير النفايات السائلة الصارمة، أو سيناريوهات نوعية المياه الخاصة مثل درجة الحرارة المنخفضة وانخفاض نسبة C/N؛ ينطبق أيضًا على المعالجة اللامركزية لمياه الصرف الصحي (على سبيل المثال، المجتمعات السكنية والمجمعات الصناعية).

1. مبدأ العملية

باستخدام مفاعل خندق على شكل حلقة-، تدور مياه الصرف الصحي داخل الخندق من خلال فرش أو أقراص دوارة للتهوية، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق هوائية ونقص الأكسجين بالتناوب لتحقيق تحلل المادة العضوية ونزع النتروجين. تشمل التكوينات الشائعة خنادق الأكسدة الدائرية، وخنادق الأكسدة الفموية، وخنادق الأكسدة المتكاملة (بما في ذلك خزانات الترسيب الثانوية).

2. معلمات التصميم الرئيسية

إجمالي العلاج التعويضي بالهرمونات: 15-25 ساعة (وقت احتجاز هيدروليكي طويل، مقاومة قوية لأحمال الصدمات)؛
وقت الاحتفاظ بالحمأة (SRT): 10-20d (مناسب لمتطلبات إزالة النيتروجين)؛
التحميل العضوي (F/M): 0.05-0.15 كجم BOD₅/(kgMLSS ·d)؛
الأكسجين المذاب: توزيع تدريجي داخل الخندق (2-3 ملجم/لتر في المنطقة الهوائية، 0.5-1 ملجم/لتر في منطقة نقص الأكسجين).

3. المزايا والعيوب

المزايا: مقاومة قوية للغاية لأحمال الصدمات، ومناسبة لمياه الصرف الصحي مع تقلبات كبيرة في نوعية المياه وكميتها؛ عملية وإدارة بسيطة، وتكاليف صيانة منخفضة؛ تأثير جيد لإزالة النيتروجين (معدل إزالة TN 70%-75%)؛
العيوب: تأثير إزالة الفوسفور ضعيف (يتطلب إزالة الفسفور الكيميائي المساعد)؛ بصمة كبيرة، استهلاك الطاقة العالية؛ مرونة تشغيلية غير كافية.

4. السيناريوهات القابلة للتطبيق
مناسبة لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي في المدن الصغيرة والمتوسطة-(الحجم 50000-500000 متر مكعب/يوم)، أو مياه الصرف الصحي المعقدة ذات التقلبات الكبيرة في جودة المياه (بما في ذلك كمية صغيرة من مياه الصرف الصناعي)، أو المشاريع ذات قدرات التشغيل والإدارة المحدودة.

1. مبدأ العملية

باستخدام مفاعل متقطع، يتم إكمال خمس مراحل داخل نفس الخزان: التدفق، والتهوية (الهوائية)، والترسيب، وتصريف النفايات السائلة، وفترة الخمول. يتم تحقيق تحلل المواد العضوية وإزالة النيتروجين والفوسفور من خلال تخصيص الوقت. تضيف الإصدارات المعدلة (عمليات CAST وCASS) منطقة اختيار ومنطقة تفاعل -مسبقة لتحسين أداء ترسيب الحمأة وكفاءة إزالة الفوسفور.

2. معلمات التصميم الرئيسية:
دورة تشغيل واحدة: 4-6 ساعات (بما في ذلك 2-3 ساعات من التهوية و1-1.5 ساعة من الترسيب)؛
وقت الاحتفاظ بالحمأة (SRT): 10-15 يومًا؛
تركيز MLSS: 3000-5000 ملجم/لتر؛
نسبة الصرف: 1/3-1/2 (يجب ألا يتجاوز كل صرف 1/2 من حجم الخزان).

3. المزايا والعيوب

المزايا: مساحة صغيرة (لا حاجة لخزان ترسيب ثانوي منفصل)؛ عملية مرنة، مع معلمات دورة قابلة للتعديل على أساس نوعية المياه؛ مناسبة لكميات المياه الصغيرة إلى المتوسطة، مما يتيح إزالة النيتروجين والفوسفور في وقت واحد.
العيوب: متطلبات عالية للتحكم الآلي (يتطلب التحكم الدقيق في توقيت كل مرحلة)؛ عدم كفاية استقرار جودة النفايات السائلة، ويتأثر بسهولة بمعلمات التشغيل؛ التآكل السريع للمعدات (التشغيل المتكرر-للصمامات والمضخات).

4. السيناريوهات القابلة للتطبيق
مناسب لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي في المدن الصغيرة والمتوسطة الحجم (حجم المياه أقل من أو يساوي 100000 متر مكعب في اليوم)، ومشاريع معالجة مياه الصرف الصحي اللامركزية (مثل المجتمعات والمجمعات الصناعية)، أو السيناريوهات التي بها تقلبات كبيرة في جودة المياه والتي تتطلب تعديلًا مرنًا في أوضاع التشغيل.

1. مبدأ العملية
يدمج جميع خطوات المعالجة البيولوجية (تحلل COD، وإزالة النيتروجين، وإزالة الفوسفور، وتثبيت الحمأة) في خزان بيولوجي واحد. من خلال التصميم المقسم إلى مناطق ونظام تهوية عالي الكفاءة-، يتم تحقيق إزالة النيتروجين والفوسفور وتقليل الحمأة في وقت واحد. أهم ما يميز هذا النظام هو نظام التهوية BioDopp (تهوية الرغوة الدقيقة بمساحة كبيرة-)، والذي يتمتع بكفاءة عالية في نقل الأكسجين ويسهل صيانته.

2. معلمات التصميم الرئيسية
استهلاك الطاقة: 0.075 كيلووات ساعة/م³ (أقل بكثير من العمليات التقليدية، مما يدل على مزايا توفير الطاقة-الكبيرة)؛
تركيز MLSS: 8 جم/لتر (تركيز عالي للحمأة، يعزز كفاءة المعالجة)؛
كفاءة نقل الأكسجين: 5 كجمO₂/كيلوواط ساعة، الطلب على الأكسجين 0.2-0.3 ملجم/لتر؛
إجمالي العلاج التعويضي بالهرمونات: 8-12 ساعة، مناسب لاحتياجات معالجة مياه الصرف الصحي الروتينية البلدية.

3. المزايا والعيوب
المزايا: تأثير رائع في توفير الطاقة-(يبلغ استهلاك الطاقة 1/5-1/8 فقط من العمليات التقليدية)؛ التكامل العالي، البصمة الصغيرة؛ انخفاض إنتاج الحمأة، مما يلغي الحاجة إلى التخلص من الحمأة المعقدة؛ سهولة صيانة نظام التهوية (يمكن تنظيفه عبر الإنترنت، دون توقف)؛ العيوب: العتبة التقنية العالية، المعدات الأساسية تعتمد على الواردات؛ مناسبة لصفات مياه محددة، والقدرة على التكيف مع مياه الصرف الصحي عالية الملوحة والمتقلبة تحتاج إلى مزيد من التحقق.

4. السيناريوهات القابلة للتطبيق
مناسبة لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية المبنية حديثًا (السعي للحفاظ على الطاقة وتقليل الاستهلاك) ومشاريع معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الصناعية. وقد تم تطبيقه بنجاح في ألمانيا وجمهورية التشيك ومقاطعتي شنغهاي وخبي في بلدي.

يتطلب اختيار العمليات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية دراسة شاملة لخمسة عوامل رئيسية: خصائص نوعية المياه، ومعايير التصريف، وحجم المياه، وموارد الأراضي، وتكاليف التشغيل. المنطق الأساسي هو كما يلي:

• معايير جودة المياه وتصريفها: لإزالة النيتروجين والفوسفور في وقت واحد للوفاء بمعايير الفئة أ، يفضل إجراء عمليات A²O وMBR المعدلة؛ للارتقاء إلى مستوى قريب من جودة المياه من الدرجة الرابعة، تُفضل عمليات MBR؛ بالنسبة لجودة المياه ذات التقلبات الكبيرة، يفضل استخدام خندق الأكسدة وعمليات SBR المعدلة.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500,000 متر مكعب/اليوم) إعطاء الأولوية لعمليات A²O المعدلة وعمليات خندق الأكسدة؛ يمكن لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي الصغيرة والمتوسطة الحجم (10000-500000 متر مكعب/اليوم) اختيار عمليات A²O أو SBR المعدلة أو BioDopp؛ المشاريع اللامركزية (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• الأرض والتكاليف: في المناطق الحضرية الأساسية حيث تندر الأراضي، يفضل استخدام عمليات MBR وSBR وBioDopp؛ بالنسبة للميزانيات المحدودة، يفضل استخدام عمليات A²O المعدلة وخندق الأكسدة؛ لتحقيق توفير الطاقة على المدى الطويل-، يمكن أخذ عمليات BioDopp في الاعتبار.
• التشغيل والإدارة: بالنسبة للمحطات ذات القدرات التشغيلية والإدارية المحدودة، يفضل استخدام خندق الأكسدة وعمليات A²O المعدلة (سهلة التشغيل)؛ بالنسبة لأولئك الذين لديهم مستويات أعلى من الأتمتة، فإن عمليات MBR وSBR المعدلة مناسبة.

باختصار، تظل عملية A²O المعدلة، مع مزاياها المتمثلة في الإزالة المستقرة للنيتروجين والفوسفور، والتكلفة المعتدلة، والقدرة على التكيف على نطاق واسع، هي الخيار السائد لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية؛ تعتبر عملية MBR مناسبة للترقية ومتطلبات التخطيط المضغوط؛ والعمليات الأحدث مثل BioDopp تقدم اتجاهات جديدة للحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات، وسوف تتوسع سيناريوهات تطبيقها تدريجيًا في المستقبل.