يعد الفوسفور الكلي الزائد في النفايات السائلة أحد أكثر المشاكل المزعجة في أنظمة AAO. عند استكشاف الأخطاء وإصلاحها، عادة ما يأخذ الأشخاص في الاعتبار ما يلي: هل مصدر الكربون كافٍ؟ هل الحمأة في حالة جيدة؟ هل يجب إضافة مواد كيميائية لإزالة الفوسفور؟
كل هذه التوجيهات صحيحة، ولكن هناك سبب يمكن التغاضي عنه بسهولة-التهوية المفرطة-على المدى الطويل.
هناك تصور شائع في الصناعة: كلما زادت التهوية وزاد الأكسجين المذاب (DO)، كلما كان امتصاص الفوسفور الهوائي أكثر قوة، وكان نظام إزالة الفسفور أكثر استقرارًا. ليس هذا هو الحال في الواقع-فإن التهوية المفرطة يمكن أن تضعف بهدوء فعالية إزالة الفوسفور البيولوجي، مما يجعله "قاتلًا غير مرئي". لن يتسبب ذلك في انهيار النظام على الفور، ولكنه سيضعف تدريجيًا "حيوية" بكتيريا البولي فوسفات-المتراكمة، مما يؤدي في النهاية إلى ظاهرة مربكة بشكل خاص: القسم اللاهوائي طبيعي، لكن إجمالي الفوسفور في التدفق يستمر في تجاوز المستوى القياسي.
I. ما هو بالضبط إزالة الفسفور البيولوجي؟
تعتمد عملية AAO على نوع من البكتيريا يُسمى بولي فوسفات-البكتيريا المتراكمة لإزالة الفوسفور. يقومون بعمليتين متناوبتين في البيئات اللاهوائية والهوائية:
المرحلة اللاهوائية: تقوم البكتيريا المتراكمة للفوسفات -(PABs) أولاً بتحليل البولي فوسفات داخل خلاياها، مما يؤدي إلى إطلاق الفوسفات في الماء واكتساب الطاقة. ثم يستخدمون هذه الطاقة لامتصاص -الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (مثل حمض الأسيتيك) من مياه الصرف الصحي، وتحويلها إلى PHB للتخزين.
المرحلة الهوائية: تقوم PPBs بتحليل PHB داخل خلاياها للحصول على الطاقة. ثم يستخدمون هذه الطاقة لامتصاص كميات كبيرة من الفوسفات من الماء، وتصنيع البوليفوسفات وتخزينها مرة أخرى داخل خلاياهم.
أخيرًا، يتم تحقيق إزالة الفوسفور من خلال إزالة الحمأة: يتم إخراج PPBs-الغنية بالفوسفور من النظام من خلال تصريف الحمأة الزائدة، وبالتالي إزالة الفوسفور من الماء.
النقطة الأساسية في العملية برمتها واضحة: إن كمية PHB التي يتم تصنيعها في المرحلة اللاهوائية تحدد بشكل مباشر كمية الفسفور التي يمكن امتصاصها في المرحلة الهوائية. تؤدي احتياطيات PHB الكافية إلى امتصاص كافٍ للفوسفور؛ يؤدي عدم كفاية احتياطيات PHB إلى تقليل قدرة امتصاص الفوسفور.
ثانيا. ما الذي يدمره التهوية المفرطة؟
في ظل ظروف التهوية العادية، يتم الحفاظ على الأكسجين المذاب في الخزان الهوائي ضمن نطاق معقول. سوف تستهلك PPBs PHB حسب الحاجة، مع إعطاء الأولوية لاستخدامه لامتصاص الفوسفور، مما يؤدي إلى إزالة الفسفور بشكل مستقر.
ومع ذلك، تنشأ مشاكل عندما تكون التهوية مفرطة ويظل الأكسجين المذاب في المنطقة الهوائية مرتفعًا: عندما يكون الأكسجين المذاب مرتفعًا للغاية، فإن البكتيريا المتراكمة متعددة الفوسفات (PABs) لا تستخدم PHB لامتصاص الفوسفور فحسب، بل تستهلك أيضًا كمية كبيرة من PHB "للحفاظ على عملية التمثيل الغذائي الأساسي الخاصة بها". هذه هي الظاهرة الأكثر إرباكًا التي تمت ملاحظتها في-الموقع: يعد إطلاق الفوسفور في المنطقة اللاهوائية أمرًا طبيعيًا تمامًا، ولكن إجمالي الفسفور في التدفق لن ينخفض.
السبب في الواقع ليس معقدًا: عملية "تخزين الطعام" في المنطقة اللاهوائية لا تتأثر، ولكن في المنطقة الهوائية، يتم استهلاك PHBs من PPAs بشكل مفرط، مما يترك طاقة غير كافية -لامتصاص الفوسفور على نطاق واسع. نظرًا لعدم قدرتها على امتصاص الفوسفور من الماء، فإن بعض PPA ستطلق الفوسفور في العملية العكسية، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة مستويات الفوسفات في النفايات السائلة.
ثالثا. الحالة الحقيقية: التهوية غير المنضبطة، وانخفاض كفاءة إزالة الفوسفور
توضح مجموعة من{0}}بيانات القياس في الموقع المشكلة بوضوح: في محطة معالجة مياه الصرف الصحي، تم التحكم في الأكسجين المذاب في الطرف الأمامي للخزان الهوائي عند حوالي 2 مجم/لتر (ضمن نطاق معقول)، ولكن لم يكن هناك تحكم محدد في النهاية، وتسببت التهوية المفرطة في ارتفاع مستوى الأكسجين المذاب في النهاية إلى أكثر من 5 مجم/لتر.
ونتيجة لذلك، تدهورت قدرة النظام على إزالة الفوسفور بسرعة: ارتفعت مستويات الفوسفات السائلة من المستوى الطبيعي 0.37 ملغم/لتر إلى 5.7 ملغم/لتر؛ انخفض معدل إزالة الفوسفور البيولوجي، وفشل تمامًا تقريبًا.
وفي وقت لاحق، قام موظفو الصيانة بتثبيت الأكسجين المذاب (DO) في الخزان الهوائي بأكمله عند 2-3 ملغم/لتر، واستعاد النظام عافيته ببطء. وبعد حوالي أسبوعين من التشغيل المستقر، انخفضت مستويات الفوسفور السائل إلى 0.89 ملغم/لتر، وعادت كفاءة إزالة الفوسفور إلى القيمة التصميمية.
لا يمكن إصلاح تدهور إزالة الفوسفور الناجم عن التهوية المفرطة مباشرة بعد ضبط المعلمات.
عند استهلاك PHB بشكل مفرط، تدخل البكتيريا المتراكمة في البولي فوسفات-حالة "التنفس الداخلي"-وتبدأ في تحلل المواد الخلوية الخاصة بها من أجل البقاء، مما يؤدي إلى إتلاف النشاط العام لمجتمع البكتيريا. لإعادة-إنشاء قدرة مستقرة لإزالة الفوسفور، يحتاج النظام إلى وقت كافٍ لتراكم البكتيريا متعددة الفوسفات-لإعادة إنتاج وإعادة-تراكم PHB. تستغرق هذه العملية عادةً عدة أيام إلى عدة أسابيع، اعتمادًا على مدى الضرر. وهذا أيضًا هو السبب الرئيسي وراء عدم رؤية العديد من النباتات للنتائج بعد ضبط التهوية-لا يعني ذلك أن التعديلات غير صحيحة، ولكن الوقت ليس مناسبًا.
رابعا. من المرجح أن تتسبب هذه المواقف الثلاثة في حدوث تهوية غير ملحوظة
1. الأيام الممطرة أو انخفاض الحمل-: عندما تهطل الأمطار أو تكون كمية مياه الصرف الصناعي أقل من المعتاد، فإن تركيز المادة العضوية في السائل المتدفق ينخفض بشكل ملحوظ. تستهلك الحمأة كمية أقل من الأكسجين، وبالتالي فإن مستوى الأكسجين المطلوب أقل أيضًا. إذا ظل معدل التهوية كما هو، فلن يتم استخدام الأكسجين، مما يتسبب في ارتفاع الأكسجين المذاب (DO) بشكل مستمر واستنفاد PHB للبكتيريا المتراكمة متعددة الفوسفات. إذا لم يتم ضبط معدل التهوية على الفور بعد انخفاض الحمل المؤثر، وتم الحفاظ على تهوية عالية لفترة ممتدة، فإن تأثير "الضفدع المغلي" للتهوية الزائدة- هو الأكثر خطورة. قد تنخفض كفاءة إزالة الفوسفور ببطء على مدى عدة أشهر حتى تتجاوز المعيار فجأة.
2. التركيز فقط على الواجهة الأمامية، وإهمال النهاية الخلفية: تقوم العديد من المصانع بتثبيت مجسات DO فقط في الواجهة الأمامية للخزان الهوائي. إنهم يشعرون بالاطمئنان عندما يبدو الأمر DO في الواجهة الأمامية طبيعيًا، ولكن يحدث -تهوية زائدة بشكل متكرر في حجرات النهاية الخلفية. في الواقع، عندما يكون معدل التهوية الإجمالي مرتفعًا جدًا، فإن الطرف الخلفي للخزان الهوائي هو المكان الذي من المرجح أن يكون فيه DO مرتفعًا، وهو أيضًا المكان الذي يتم فيه "استنفاد PHB أخيرًا".
خامسا - اقتراحات عملية
1. تغيير عادة "كلما زادت التهوية، كلما كان ذلك أفضل"
يتراوح مستوى الأكسجين المذاب الموصى به في الخزان الهوائي بين 2-3 ملجم / لتر، ويجب تجنب تجاوز 4 ملجم / لتر لفترات طويلة. انتبه بشكل خاص إلى الأكسجين المذاب في نهاية الخزان الهوائي، وليس فقط في مستوى المنبع.
2. قلل التهوية بشكل استباقي أثناء فترات التحميل المنخفضة-.
في حالة المطر أو انخفاض التركيز المؤثر، قم على الفور بتقليل معدل التهوية للحفاظ على احتياطي PHB من البكتيريا المتراكمة متعددة الفوسفات-.
3. اتبع نهجًا بديلاً عند التحقق من الفوسفور الكلي الزائد
إذا كان إطلاق الفوسفور في المرحلة اللاهوائية أمرًا طبيعيًا، ولكن الفوسفور السائل لا يزال مرتفعًا، فتحقق من وجود تهوية مفرطة. تحقق أيضًا من وقت الاحتفاظ بخزان الترسيب الثانوي، وDO الذي تم ترحيله بواسطة الارتجاع، والنيتروجين المفرط بالنترات، وتصريف الحمأة الكافي. لا تقم بإضافة كميات كبيرة من المواد الكيميائية لإزالة الفوسفور على الفور-فهذا يزيد من التكاليف وقد يخفي المشكلة الحقيقية.
4. التحلي بالصبر بعد تعديل DO
بعد التأكد من أن التهوية المفرطة تسبب تدهور عملية إزالة الفوسفور، قم بخفض مستوى الأكسجين المذاب واترك النظام لبعض الوقت. يمكن للتعديلات المتكررة للمعامل أن تصدم مجتمع البكتيريا بشكل متكرر، مما يؤدي إلى إبطاء تعافيها.
5. منع "التدفق العكسي للأكسجين" إذا دخلت المياه العالية -DO من الخزان الهوائي إلى الخزان اللاهوائي أو نقص الأكسجين عن طريق إعادة تدوير الحمأة أو إعادة تدوير السوائل المختلطة، فسوف يؤدي ذلك إلى تعطيل البيئة اللاهوائية ويؤثر بشكل مباشر على تخليق PHB بواسطة البكتيريا المتراكمة -متعددة الفوسفات. يجب أن يحتوي نظام إعادة التدوير بشكل مثالي على منطقة عازلة لنقص الأكسجين أو التحكم في نسبة إعادة التدوير لتقليل إدخال الأكسجين.
وفي نهاية المطاف، فإن مفتاح إزالة الفوسفور البيولوجي AAO لا يتمثل في زيادة التهوية بشكل كبير أو ببساطة إضافة مصادر الكربون، ولكن بدلاً من ذلك الحفاظ على توازن "حساب الطاقة" PHB للبكتيريا المتراكمة متعدد الفوسفات.
تؤدي التهوية غير الكافية إلى عدم كفاية امتصاص الفوسفور؛ تؤدي التهوية المفرطة إلى استنفاد مادة البوليفوسفات-التي تتراكم "رواسب" البكتيريا قبل الأوان، مما يقلل بشكل كبير أو حتى يزيل فعالية إزالة الفوسفور البيولوجي. للتشغيل والصيانة، يعد التحكم في الأكسجين المذاب في الخزان الهوائي أمرًا بالغ الأهمية. عندما تتجاوز مستويات الفوسفور الإجمالية المعيار، غالبًا ما يكون النظر في طبقات متعددة وأخذ قياسات إضافية أكثر فعالية من ضبط المعلمات بشكل أعمى أو إضافة مواد كيميائية.
ملاحظة: PHB هو اختصار لحمض poly- -hydroxybutyric، وهو مادة مخزنة للطاقة في بكتيريا polyphosphate.