تحليل شامل لقضايا الرغوة في أنظمة المعالجة البيولوجية لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي: المراحل والأسباب والاستجابات الدقيقة

نظام المعالجة البيولوجية هو الوحدة الأساسية لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي، والرغوة غير الطبيعية هي واحدة من أكثر المشاكل شيوعا أثناء التشغيل. لا تؤدي الرغوة المفرطة إلى تقليل كفاءة التهوية فحسب، بل تؤدي إلى فقدان الحمأة وتدهور جودة النفايات السائلة، ولكنها تتدفق أيضًا إلى الخزان، مما يؤدي إلى تآكل المعدات وانبعاث الروائح التي تؤثر على البيئة المحيطة. إن توليد الرغوة هو في الأساس نتيجة لاقتران ثلاثة عوامل: "المواد النشطة السطحية في الماء + مصدر هواء كافٍ + بنية فقاعية مستقرة". تختلف أسباب الرغوة بشكل كبير في المراحل المختلفة، مما يتطلب اتخاذ تدابير مستهدفة.

(I) مرحلة المعالجة المسبقة (محطة ضخ الرفع المؤثر، مخرج خزان الترسيب الأولي)

هذه هي المرحلة التي تظهر فيها الرغوة لأول مرة في النظام. وهي في الغالب عبارة عن رغوة غير-كيميائية حيوية، وتتميز بكونها بيضاء اللون، وفضفاضة، وسهلة الكسر، وتفتقر إلى لزوجة واضحة.

السبب الأساسي هو وجود مواد خافضة للتوتر السطحي خارجية في السائل المتدفق: أولاً، هناك كميات كبيرة من المواد الخافضة للتوتر السطحي الاصطناعية مثل المنظفات، وجل الاستحمام، وسوائل الغسيل في مياه الصرف الصحي المنزلية. هذه المواد لها نهاية واحدة محبة للماء ونهاية واحدة كارهة للماء، مما يقلل بشكل كبير من التوتر السطحي للماء. ثانياً، هناك الزيوت الحيوانية والنباتية الناتجة عن مياه الصرف الصحي، والمستحلبات والمشتتات من مياه الصرف الصناعي. ثالثاً، هناك مواد خافضة للتوتر السطحي طبيعية مثل بقع الزيت، ورواسب عوادم المركبات، والمواد الدبالية المتراكمة على السطح نتيجة الجريان السطحي لمياه الأمطار الأولية. عندما تدخل هذه المواد إلى النظام مع المتدفق، تحت تحريك دافعة المضخة المعززة والتدفق المضطرب عند مدخل خزان الترسيب الأولي، يتم سحب الهواء إلى الماء، مما يشكل عددًا كبيرًا من الفقاعات المستقرة، والتي تتجمع لتشكل الرغوة. إذا تم تصريف مياه الصرف الصناعي بشكل مفاجئ، فإن الرغوة ستزداد بسرعة في فترة قصيرة من الزمن، حتى أنها تغطي كامل سطح خزان الترسيب الأولي.

(II) خزان التهوية (القسم الهوائي، منطقة الرغوة الأكثر تركيزًا وعنادًا)

يعد خزان التهوية جوهر التفاعل الكيميائي الحيوي وهو أيضًا المنطقة الأكثر تعقيدًا لمشاكل الرغوة. فهو يحتوي على كلٍ من الرغوة غير-الكيميائية الحيوية والرغوة البيولوجية، مع كون الرغوة البيولوجية هي الأكثر صعوبة في إدارتها.

1. رغوة غير كيميائية حيوية

الأسباب مشابهة لتلك الموجودة في مرحلة المعالجة المسبقة، لكن التهوية المستمرة والوفيرة التي يوفرها نظام التهوية تؤدي إلى حجم رغوة أكبر ومدة أطول. إلى جانب المواد الخافضة للتوتر السطحي التي تحملها المواد المؤثرة، هناك عاملان محددان يساهمان في ذلك: أولاً، تؤدي شدة التهوية المفرطة إلى فقاعات صغيرة جدًا ومتعددة يصعب صعودها وكسرها؛ ثانيًا، تؤدي الزيادة المفاجئة في تركيز المواد العضوية في السائل إلى زيادة النشاط السطحي للمياه عن طريق منتجات وسيطة من التمثيل الغذائي الميكروبي (مثل الأحماض الدهنية والسكريات)، مما يؤدي إلى تفاقم تكوين الرغوة. عادة ما يتبدد هذا النوع من الرغوة من تلقاء نفسه بعد استقرار جودة المياه المتدفقة.

2. الرغوة البيولوجية (تمثل أكثر من 70% من مشاكل الرغوة في خزانات المعالجة البيولوجية)

يحدث هذا بسبب الانتشار المفرط للكائنات الحية الدقيقة الخيطية المحددة. ويتميز بقوام بني-أحمر ولزج وكريمي يصعب كسره ويمكن أن يتراكم حتى يصل سمكه إلى عشرات السنتيمترات، حتى أنه يفيض الخزان. السبب الأساسي هو هيمنة البكتيريا الخيطية (بشكل رئيسي النوكارديا، الميكروفيلامنتا، والسلفوثيرميا) في المنافسة. تمتد فطرياتها من سطح الكتلة، وتتشابك لتشكل هيكلًا عظميًا مستقرًا للفقاعات، وتثبت الفقاعات بقوة في مكانها.

تشمل ظروف التشغيل الرئيسية التي تؤدي إلى التكاثر المفرط للبكتيريا الخيطية ما يلي: 1) عمر الحمأة الطويل للغاية: تبلغ مدة إنتاج البكتيريا الخيطية مثل النوكارديا 5-7 أيام، وهو وقت أطول بكثير من البكتيريا المشكلة للكتلة العادية-. عندما يتجاوز عمر الحمأة 10 أيام، تتراكم البكتيريا الخيطية بكميات كبيرة. 2) حمل عضوي غير كافٍ: تحتوي البكتيريا الخيطية على مساحة سطح محددة كبيرة ويمكنها الحصول على الطعام بسهولة أكبر في ظل-ظروف المغذيات. 3) درجة حرارة الماء المناسبة: 15-25 درجة هي درجة حرارة التكاثر المثالية للنوكارديا والبكتيريا الخيطية الدقيقة؛ لذلك، يعتبر فصلي الربيع والخريف فترات ذروة للرغوة البيولوجية. 4) عدم كفاية مغذيات النيتروجين والفوسفور: عندما تكون نسبة الكربون-إلى-النيتروجين أو نسبة الكربون-إلى-الفوسفور مرتفعة جدًا، يتم تثبيط نمو البكتيريا المكونة للندف-، في حين أن البكتيريا الخيطية لديها طلب أقل على النيتروجين والفوسفور وستستفيد من ذلك تتكاثر. 5) الأكسجين المذاب المنخفض: يمكن للبكتيريا الخيطية مثل البكتيريا الخيطية الدقيقة البقاء على قيد الحياة في بيئات منخفضة الأكسجين، بينما تتطلب البكتيريا المكونة للكتلة أكسجينًا مذابًا أعلى. 6) تقلبات مفرطة في الرقم الهيدروجيني: البيئات الحمضية أو القلوية القوية تمنع نمو الكتلة وتعزز تكاثر البكتيريا الخيطية.

(III) خزان الترسيب الثانوي

الرغوة الموجودة في خزان الترسيب الثانوي هي في الغالب "رغوة ثانوية"، تنشأ من ثلاثة مصادر رئيسية: أولاً، تتدفق الرغوة المتولدة في خزان التهوية إلى خزان الترسيب الثانوي مع السائل المختلط وتتراكم على السطح. ثانيًا، تتميز رغوة إزالة النتروجين، وهي نوع فريد من الرغوة الموجودة في خزان الترسيب الثانوي، بلونها الرمادي وجزيئات الحمأة الدقيقة، والتي تحدث غالبًا في الصيف أو أثناء عمليات إزالة النتروجين. عندما تظل الحمأة في قاع خزان الترسيب الثانوي لفترة طويلة جدًا ويكون الأكسجين المذاب غير كافٍ، فإن البكتيريا النازعة للنتروجين تقلل النترات إلى غاز النيتروجين. تلتصق فقاعات غاز النيتروجين الصغيرة بكتل الحمأة، مما يجعلها تطفو وتشكل رغوة. ثالثا، تحدث رغوة تعفن الحمأة عندما لا يتم تصريف الحمأة من خزان الترسيب الثانوي في الوقت المناسب، مما يؤدي إلى التعفن اللاهوائي للحمأة السفلية، مما ينتج غازات مثل كبريتيد الهيدروجين والميثان، والتي تحمل الحمأة إلى السطح، وتشكل رغوة سوداء مصحوبة برائحة كريهة.

(رابعا) نظام عودة الحمأة والحمأة الزائدة

الرغوة في هذه المرحلة هي في الغالب "رغوة متداولة"، ناتجة عن: 1) الحمأة العائدة التي تحمل الرغوة المتولدة في خزان التهوية إلى خزان المعالجة البيولوجية، مما يخلق حلقة مفرغة؛ 2) عدم كفاية تصريف الحمأة الزائدة، مما يؤدي إلى إطالة عمر الحمأة بشكل مفرط في النظام، مما يزيد من تفاقم انتشار البكتيريا الخيطية؛ 3) تتدفق الرغوة المتولدة في خزان سماكة الحمأة وخزان الهضم مرة أخرى إلى خزان المعالجة البيولوجية مع المادة الطافية، مما يؤدي إلى إدخال كميات كبيرة من المواد الخافضة للتوتر السطحي والجراثيم الخيطية.

(I) التدابير المضادة للرغوة غير الكيميائية الحيوية

الجوهر هو "التحكم في المصدر + الإزالة الفيزيائية"، مما يقلل من استخدام مزيلات الرغوة الكيميائية.

1. التحكم في المصدر: تعزيز الإشراف على الوصول إلى مياه الصرف الصناعي، مما يتطلب من مؤسسات التفريغ أن تقوم بالمعالجة المسبقة لمياه الصرف الصحي التي تحتوي على مواد خافضة للتوتر السطحي والشحوم؛ بناء خزانات اعتراض مياه الأمطار الأولية لمنع مياه الأمطار الأولية من الدخول مباشرة إلى نظام المعالجة البيولوجية؛ إضافة فواصل الزيت وخزانات التعويم في مرحلة المعالجة المسبقة لإزالة معظم الشحوم والمواد الخافضة للتوتر السطحي العالقة.

2. إزالة الرغوة فعليًا: قم بتركيب نفاثات ماء عالية الضغط - في منطقة توليد الرغوة - لتفتيت الرغوة باستخدام قوة تأثير تدفق الماء؛ تثبيت حواجز على حواف الخزان لمنع تدفق الرغوة؛ تقليل كثافة التهوية بشكل مناسب لتقليل كمية الفقاعات المتولدة، مع زيادة كثافة التحريك لتشجيع دمج الفقاعات وانفجارها.

3. المساعدة الكيميائية: إذا كانت كمية الرغوة كبيرة للغاية، يمكن إضافة كمية صغيرة من مادة مزيل الرغوة المصنوعة من السيليكون العضوي. يجب توخي الحذر للتحكم في الجرعة لتجنب الإضافة المفرطة التي تؤثر على النشاط الميكروبي، ويجب عدم الاعتماد على مزيلات الرغوة لفترة طويلة.

(II) التدابير المضادة للرغوة البيولوجية (الأساس هو منع النمو السائد للبكتيريا الخيطية)

لا يمكن التخلص من الرغوة البيولوجية بالطرق الفيزيائية أو الكيميائية فقط؛ من الضروري البدء بتعديل معلمات التشغيل لتدمير البيئة المعيشية للبكتيريا الخيطية بشكل أساسي.

1. تحسين المعلمة التشغيلية (معظم التدابير الأساسية) - تقصير عمر الحمأة: التحكم في عمر الحمأة إلى 5-8 أيام عن طريق زيادة تصريف الحمأة الزائدة للقضاء على البكتيريا الخيطية الطويلة - مثل النوكارديا؛

- زيادة التحميل العضوي: تقليل معدل التدفق الراجع بشكل مناسب وزيادة تركيز المادة العضوية في السائل المتدفق إلى خزان المعالجة البيولوجية، مما يسمح للبكتيريا المكونة للكتلة- بالحصول على ميزة في المنافسة بين العناصر الغذائية؛

- ضبط الأكسجين المذاب: قم بزيادة الأكسجين المذاب عند مخرج خزان التهوية إلى 2-3 مجم/لتر لمنع تكاثر البكتيريا الخيطية ناقصة التأكسج (مثل الخيوط الدقيقة)؛

- أضف مغذيات النيتروجين والفوسفور: إذا كان النيتروجين والفوسفور المؤثر غير كافٍ، أضف اليوريا وفوسفات ثنائي هيدروجين البوتاسيوم عند نسبة فوسفور كربون-نيتروجين- تبلغ 100:5:1 لتلبية متطلبات نمو البكتيريا المكونة للندف-.

2. تدابير التعزيز المادي - قشط الفائض: قم بتركيب حوض تجاوز الرغاوي في نهاية خزان التهوية لكشط الرغوة البيولوجية السطحية خارج النظام للمعالجة المنفصلة، ​​مما يمنع التدفق العكسي.

- إضافة حامل: أضف مواد حاملة مثل الكربون المنشط، والزيوليت، ورغوة البولي يوريثان إلى خزان المعالجة البيولوجية لزيادة كثافة الكتلة وتوفير مواقع ربط للبكتيريا الموجودة في الكتل، مما يمنع النمو المعلق للبكتيريا الخيطية.

3. تدابير الطوارئ الكيميائية

إذا كانت الرغوة البيولوجية شديدة للغاية، فيمكن إضافة تركيز منخفض من مادة مؤكسدة لفترة قصيرة، مثل هيبوكلوريت الصوديوم (5-10 ملجم / لتر) أو بيروكسيد الهيدروجين (10-20 ملجم / لتر). تقوم المواد المؤكسدة بتدمير الخيوط الخيطية الممتدة من الكتل بشكل انتقائي، بينما يكون لها تأثير أقل على البكتيريا الموجودة داخل الكتل. قم بالتحكم الصارم في الجرعة وتكرار الإضافة لتجنب التأثير على نظام المعالجة البيولوجية.

4. التنظيم البيولوجي

إضافة عوامل الندف ذات الكفاءة العالية لتعزيز القدرة التنافسية للمندفات؛ أو تلقيح كمية صغيرة من الحمأة المهضومة لإدخال الأوليات والميتازوا التي يمكن أن تفترس البكتيريا الخيطية، مما يمنع التكاثر المفرط للبكتيريا الخيطية عبر السلسلة الغذائية.

(III) التعامل مع الرغوة في خزان الترسيب الثانوي

اتخاذ تدابير متباينة بناءً على أسباب مختلفة: بالنسبة للرغوة التي يتم إدخالها من خزان التهوية، يجب التركيز على حل مشكلة الرغوة في خزان التهوية، وتركيب أجهزة رش الماء على سطح خزان الترسيب الثانوي للتخلص من الرغوة. بالنسبة لرغوة إزالة النتروجين، زيادة تصريف الحمأة الزائدة، وتقصير وقت الاحتفاظ بالحمأة في خزان الترسيب الثانوي، وزيادة نسبة عودة السائل المختلط لإعادة النترات إلى منطقة نقص الأكسجين لإزالة النتروجين؛ بالنسبة لرغوة تعفن الحمأة، قم بتفريغ الحمأة على الفور لتجنب تراكم الحمأة في قاع خزان الترسيب الثانوي، وقم بإفراغ خزان الترسيب الثانوي وتجريفه إذا لزم الأمر.

(رابعا) الاستجابة للرغوة المتداولة

تقييد شديد مسار تداول الرغوة. جمع الرغوة وطاف الناتجة عن نظام عودة الحمأة ومثخن بشكل منفصل، ومعالجتها مع عوامل إزالة الرغوة والترسيب قبل إعادتها إلى نظام المعالجة البيولوجية. وفي الوقت نفسه، قم بتحسين نظام تصريف الحمأة الزائدة لضمان عمر ثابت للحمأة ومنع تراكم الحمأة على المدى الطويل- داخل النظام.

إنشاء آلية للإنذار المبكر بالرغوة، ومراقبة المؤشرات بانتظام مثل عمر الحمأة، والأكسجين المذاب، وتركيزات النيتروجين والفوسفور، ووفرة البكتيريا الخيطية في خزان المعالجة البيولوجية للتنبؤ بمخاطر الرغوة مسبقًا. بالنسبة لمواسم الذروة للرغوة البيولوجية في الربيع والخريف، قم بضبط معلمات التشغيل مقدمًا، وتقصير عمر الحمأة بشكل مناسب وزيادة الأكسجين المذاب. تعزيز مراقبة جودة المياه المتدفقة للكشف الفوري عن تأثيرات مياه الصرف الصناعي واتخاذ تدابير الطوارئ. قم بتجريف الخزانات وخطوط الأنابيب بانتظام لتقليل تراكم المواد الخافضة للتوتر السطحي والجراثيم الخيطية في الحمأة السفلية.