يتطلب تشغيل عملية الحمأة المنشطة التحكم المناسب في العديد من المعلمات، بما في ذلك التحكم في MLSS، وهو أحد المؤشرات الأكثر استخدامًا في التشغيل اليومي لأنظمة مياه الصرف الصحي.
1. تعريف MLSS
يشير تركيز الحمأة المنشطة إلى محتوى المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط عند مخرج خزان التهوية، والذي يُشار إليه بالرمز MLSS، بوحدات ملغم/لتر. يتم استخدامه لقياس كمية الحمأة المنشطة في خزان التهوية. يشمل المبلغ الإجمالي لـ MLSS الجوانب الأربعة التالية:
الكائنات الحية الدقيقة النشطة.
مادة عضوية غير قابلة للتحلل -ممتصة في الحمأة المنشطة؛
بقايا الأكسدة الذاتية الميكروبية؛
مادة غير عضوية.
أثناء التشغيل، من المهم بشكل خاص ملاحظة أن MLSS يشير فقط إلى تركيز السائل المختلط في خزان التهوية، باستثناء تركيز السائل المختلط في خزان الترسيب الثانوي. علاوة على ذلك، عند مراقبة تركيز السائل المختلط في خزان التهوية، من المهم استخدام تركيز السائل المختلط عند مخرج خزان التهوية كمعيار لقياس تركيز الحمأة المنشطة في جميع أنحاء خزان التهوية بأكمله.
2. العلاقة بين تركيز الحمأة ومؤشرات التحكم الأخرى
1. العلاقة بين تركيز الحمأة المنشطة وعمر الحمأة
عمر الحمأة هو وسيلة تشغيلية لتحقيق هدف عمر الحمأة عن طريق إزالة الحمأة المنشطة. يمكن توفير نطاق معقول للتحكم في تركيز الحمأة المنشطة من خلال عمر الحمأة المعقول ونسبة الغذاء - إلى - الميكروبات. في الواقع، إذا تمت زيادة تركيز الحمأة المنشطة بشكل مفرط، فسيكون عمر الحمأة طويلًا بشكل خاص، متجاوزًا قيمة عمر الحمأة التي يتم التحكم فيها عادةً، حتى عندما لا يكون تركيز المادة العضوية المؤثرة مرتفعًا. يشير هذا بوضوح إلى أنه يتم التحكم في تركيز الحمأة المنشطة بدرجة عالية جدًا، وهو أكثر دقة من الحكم على ما إذا كان تركيز الحمأة المنشطة يحتاج إلى التحكم بناءً على قيمته المطلقة.
2. العلاقة بين تركيز الحمأة المنشطة ودرجة حرارة الماء
يرتبط نمو وتكاثر واستقلاب الحمأة المنشطة في خزان المعالجة البيولوجية ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة الماء. لكل انخفاض بمقدار 10 درجات في درجة حرارة الماء، سينخفض نشاط الحمأة المنشطة بمقدار النصف؛ عندما تكون درجة حرارة الماء أقل من 10 درجة، يكون تأثير العلاج سيئًا بشكل واضح. ولمعالجة ذلك، يمكن تعديل تركيز الحمأة المنشطة للتعامل مع التغيرات في درجة حرارة الماء:
عندما تكون درجة حرارة الماء منخفضة، يمكن زيادة تركيز الحمأة المنشطة لتعويض التأثير السلبي لانخفاض نشاط الحمأة المنشطة، وبالتالي تحقيق زيادة كفاءة الإزالة عند درجات حرارة المياه المنخفضة.
عندما تكون درجة حرارة الماء مرتفعة، يكون نشاط الحمأة المنشطة قويا. إن التركيز العالي للحمأة المنشطة بشكل مفرط يضر بترسيب الحمأة المنشطة. في هذه الحالة، يمكن أن يؤدي تقليل تركيز الحمأة المنشطة إلى منع تكوين كتل غير مستقرة وطاف عكر.
3. العلاقة بين تركيز الحمأة المنشطة ونسبة ترسيب الحمأة المنشطة
يؤثر تركيز الحمأة المنشطة على نسبة الترسيب النهائية. ويؤدي ارتفاع تركيز الحمأة المنشطة إلى ارتفاع نسبة الترسيب النهائي، والعكس صحيح. وذلك لأن التركيز العالي للحمأة المنشطة يؤدي إلى كمية بيولوجية أكبر، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة الترسيب بعد الضغط والترسيب. يتمثل الاختلاف الرئيسي عن العوامل الأخرى التي يمكن أن تزيد من نسبة الترسيب في ملاحظة ما إذا كانت الحمأة المنشطة المضغوطة كثيفة وما إذا كان لونها بني داكن. في الحالات التي يؤدي فيها زيادة تركيز الحمأة غير المنشطة- إلى نسبة ترسيب أعلى، يكون ذلك عادةً نتيجة لضعف الضغط واللون الباهت.
وبطبيعة الحال، فإن تركيز الحمأة المنشطة المنخفض للغاية يؤثر أيضًا بشكل كبير على نسبة الترسيب. ومع ذلك، لا يحدث هذا غالبًا بسبب قيام المشغلين بخفض تركيز الحمأة المنشطة عن عمد، بل بسبب انخفاض تركيز المادة العضوية المؤثرة بشكل مفرط. في مثل هذه الحالات، يحاول المشغلون، الذين يشعرون بأن تركيز الحمأة المنشطة منخفض جدًا، زيادته، مما يؤدي إلى تقادم الحمأة المنشطة. ستكشف ملاحظة نسبة الترسيب النهائية عن علامات نموذجية لشيخوخة الحمأة المنشطة: قابلية عالية للانضغاط، ولون داكن، وطاف واضح يحتوي على كتل دقيقة.
إذا حدثت نسبة ترسيب منخفضة بسبب تصريف الحمأة غير الطبيعي، فسوف تكشف الملاحظة أيضًا أن الحمأة المنشطة المستقرة شاحبة اللون، وذات قابلية ضغط ضعيفة، ومتناثرة.
3. تأثير تركيز الحمأة على النترجة ونزع النتروجين
1. تأثير تركيز الحمأة على النترجة
تؤثر العديد من العوامل البيئية على النترجة، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة وSRT وDO وBOD/TKN وتركيز الحمأة والمواد السامة. في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الفعلية، يمكن التحكم فقط في المعلمات مثل SRT وDO وBOD/TKN وتركيز الحمأة أثناء تشغيل العملية.
أ. في النترجة الهوائية، تؤدي تركيزات الحمأة الأعلى إلى تركيز أعلى نسبيًا من البكتيريا الآزوتية، مما يؤدي إلى معدل أعلى من النترجة الهوائية في ظل ظروف تركيز الحمأة العالية.
ب. من الضروري وجود عمر معين للحمأة لضمان وجود البكتيريا الآزوتية في الحمأة البيولوجية. يؤدي خلق ظروف معيشية مواتية للبكتيريا الآزوتية إلى زيادة نسبتها في المجتمع الميكروبي، وبالتالي زيادة تركيزها. عند تركيزات عالية من الحمأة، يتم استهلاك المزيد من الطلب الأوكسجيني البيولوجي في المرحلة اللاهوائية، مما يؤدي إلى انخفاض نسبي في نسبة BOD إلى TKN في المرحلة الهوائية.
أظهرت بعض الدراسات وجود علاقة عكسية بين نسبة البكتيريا الآزوتية في الحمأة المنشطة وBOD/TKN. نظرًا لأن البكتيريا الآزوتية ذاتية التغذية، فإن تركيز الركيزة العضوية ليس عاملاً مقيدًا لنموها. ومع ذلك، إذا كان تركيز الركيزة العضوية مرتفعًا جدًا، فسيتسبب ذلك في ارتفاع معدل نمو-البكتيريا غير المتجانسة- لتتكاثر بسرعة، وتتنافس على الأكسجين المذاب. يؤدي هذا إلى إبطاء نمو البكتيريا ذاتية التغذية ويمنع البكتيريا الآزوتية الهوائية من اكتساب ميزة، مما يؤدي إلى انخفاض معدل النترجة.
ج. يعد الأكسجين المذاب (DO) بشكل عام مؤشرًا مهمًا في مرحلة النترجة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، وعادةً ما يكون أعلى من 2 ملجم / لتر. في معظم عمليات خنادق الأكسدة، من الصعب أن يصل متوسط قيمة الأكسجين المذاب داخل الخندق إلى 2 ملجم / لتر، ويبقى عمومًا عند 1 ملجم / لتر أو أقل. ومع ذلك، فإن تأثير النترجة لا يزال جيدا. والسبب في ذلك هو أن التركيز العالي نسبيًا للحمأة الفريد في خنادق الأكسدة، على الرغم من أنه يؤدي إلى انخفاض قيمة الأكسجين المذاب، إلا أنه يعزز العوامل الأخرى التي تؤدي إلى النترجة.
زيادة تركيز الحمأة يزيد من الحجم الفعال لخزان المعالجة البيولوجية مع تقليل الحمل. ومن منظور آخر، فإن زيادة تركيز الحمأة يزيد أيضًا من القدرة الهوائية للكائنات الحية الدقيقة. وفي ظل نفس ظروف التهوية، ينبغي أيضًا أن تكون قراءة مقياس الأكسجين المذاب أقل. توضح النقاط المذكورة أعلاه أن زيادة تركيز الحمأة يمكن أن يقلل بشكل مناسب من قيمة الأكسجين المذاب (DO) في خزان المعالجة البيولوجية مع الحفاظ على مستوى جيد من النترجة.
د. لضمان النمو الطبيعي والتكاثر للبكتيريا الآزوتية في الحمأة المنشطة، يجب التحكم في عمر الحمأة بشكل عام بأكثر من 8 أيام. ومع ذلك، لضمان ميزة تنافسية متوازنة نسبيًا لبكتيريا النتروجين ضد البكتيريا الأخرى غير المتجانسة، يجب زيادة عمر الحمأة دون التسبب في شيخوخة شديدة للحمأة، مما يؤدي في المقابل إلى زيادة تركيز الحمأة في النظام البيولوجي.
2. تأثير تركيز الحمأة على نزع النتروجين
نزع النتروجين البيولوجي هو العملية التي تستخدم من خلالها بكتيريا نزع النتروجين الأكسجين الأيوني الموجود في النترات لتحلل المواد العضوية في ظل ظروف نقص الأكسجين. يتم تقليل النترات إلى N2، لاستكمال عملية نزع النتروجين. البكتيريا النازعة للنتروجين هي بكتيريا اختيارية غير متجانسة وفيرة في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي. في ظل الظروف الهوائية، فإنها تستخدم الأكسجين للتنفس والتحلل التأكسدي للمواد العضوية.
في ظل الظروف التي لا تحتوي على الأكسجين الجزيئي، عندما تتواجد أيونات النترات والنتريت في وقت واحد، يمكنها استخدام الأكسجين الموجود في هذه الأيونات للتنفس وأكسدة المواد العضوية وتحللها. يمكن للبكتيريا النازعة للنتروجين أن تستخدم مجموعة واسعة من الركائز العضوية كمانحين للإلكترونات في عملية نزع النتروجين، بما في ذلك الكربوهيدرات والأحماض العضوية والكحوليات وحتى المركبات مثل الألكانات والبنزوات ومشتقات البنزين الأخرى، والتي غالبًا ما تكون المكونات الرئيسية لمياه الصرف الصحي. تؤثر العديد من العوامل على معدل إزالة النتروجين، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة والأكسجين المذاب (DO)، ونسبة الكربون - إلى - نسبة النيتروجين (نسبة C / N)، وتركيز الحمأة. في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الفعلية، يمكن التحكم فقط في المعلمات مثل DO وتركيز الحمأة أثناء تشغيل العملية. على الرغم من أن نسبة C/N هي العامل المؤثر الأكثر أهمية في تفاعل نزع النتروجين، إلا أنها تعتمد بشكل كبير على نوعية المياه المؤثرة ومن الصعب عمومًا التحكم فيها عمليًا.
أ. تتطلب عملية إزالة النتروجين غياب الأكسجين الجزيئي للسماح للبكتيريا التي تقوم بإزالة النتروجين باستخدام الأكسجين الأيوني الموجود في النترات والنتريت لتحلل المواد العضوية. كما ذكرنا سابقًا، يمكن للأنظمة البيولوجية ذات التركيزات العالية من الحمأة أن تقلل بشكل مناسب من الأكسجين المذاب (DO) أثناء النترجة مع الحفاظ على كفاءة النترجة. ولذلك، فإن خفض D2O في نهاية النترجة يقلل بشكل فعال من محتوى D2O المحمول في سائل عودة النترات، مما يقلل من تأثير الأكسجين الجزيئي على عملية نزع النتروجين في منطقة نقص الأكسجين وتحسين قدرة البكتيريا النازعة للنتروجين على الاستفادة من مصادر الكربون.
وفي الوقت نفسه، تؤدي التركيزات العالية للحمأة أيضًا إلى قدرة هوائية استقلابية داخلية قوية نسبيًا، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الأكسجين المذاب في مناطق العودة ونقص الأكسجين. علاوة على ذلك، فإن تركيزات الحمأة العالية جدًا تغير من لزوجة السائل المختلط، مما يزيد من مقاومة الانتشار وبالتالي يقلل من الأكسجين المحمول في السائل المرتجع. في بعض عمليات المعالجة التي تستخدم القنوات المفتوحة كقنوات عودة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل الأوكسجين المطلوب للتدفق العائد. باختصار، تلعب التركيزات العالية للحمأة دورًا مهمًا في تقليل ثاني أكسيد الكربون أثناء مرحلة إزالة النتروجين في العملية الفعلية.
ب. نظرًا لأن البكتيريا النازعة للنتروجين هي بكتيريا اختيارية غير متجانسة وتتواجد بكثرة في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي، فإن زيادة تركيز الحمأة في النظام يمكن أن يزيد بشكل فعال من تركيز البكتيريا النازعة للنتروجين. معدل نزع النتروجين مستقل إلى حد كبير عن تركيزات النترات والنتريت، ولكنه يظهر تفاعل من الدرجة الأولى - مع تركيز البكتيريا النازعة للنتروجين.
لذلك، في عملية العملية الفعلية، يمكن أن تؤدي التركيزات العالية للحمأة إلى تقليل وقت إزالة النتروجين وتقليل الحجم الفعال لمنطقة نقص الأكسجين. نظرًا للحجم الفعال الثابت في منطقة نقص الأكسجين، تسمح التركيزات العالية للحمأة باستخدام أفضل للمواد العضوية التي يصعب تحليلها -- في المصفوفة العضوية كمصدر للكربون. وهذا مهم بشكل خاص لعمليات إزالة النيتروجين والفوسفور، خاصة عندما تكون مصادر الكربون غير كافية.
ج. تؤدي التركيزات العالية للحمأة إلى أقطار كتلة ميكروبية أكبر نسبيًا. أثناء النترجة، يؤدي انخفاض مستوى الأكسجين المذاب إلى تدرج أصغر في ضغط الأكسجين، مما يسهل تكوين البيئات الخالية من الأكسجين داخل الكتل، وبالتالي تعزيز عملية نزع النتروجين. ولذلك، يمكن لتركيزات الحمأة العالية تعزيز نزع النتروجين في وقت واحد.
4. تأثير تركيز الحمأة على إزالة الفوسفور البيولوجي
إن مفتاح إزالة الفوسفور البيولوجي هو زيادة نسبة البكتيريا المتراكمة من متعدد الفوسفات- في نظام الحمأة المنشطة، مع تعزيز نموها السريع وتكاثرها أثناء تشغيل النظام في نفس الوقت، والحفاظ على محتوى عالي من الفوسفور داخل البكتيريا المتراكمة من متعدد الفوسفات- عند التفريغ.
لزيادة نسبة بكتيريا متعدد الفوسفات-المتراكمة (PAC) في الحمأة المنشطة للنظام، من الضروري تهيئة بيئة أكثر ملاءمة وظروف هيدروليكية لنموها وتكاثرها. وهذا يعني وجود بيئة لاهوائية وهوائية جيدة في تدفق العملية. يعد التحكم في العوامل البيئية في المنطقة اللاهوائية أمرًا مهمًا بشكل خاص لنمو وتكاثر بكتيريا PAC وتحقيق إزالة الفوسفور. يعد التركيز العالي للحمأة في المنطقة اللاهوائية أكثر فائدة لبكتيريا PAC.
ترتبط كفاءة إزالة الفسفور البيولوجي ارتباطًا وثيقًا بعمر الحمأة. فقط مع عمر معين للحمأة (حوالي 3 أيام) يمكن إزالة الفسفور الزائد بشكل فعال، مما يحقق وظيفة إزالة الفسفور. بالنظر إلى المواد الصلبة العالقة ذات التأثير الثابت (SS)، نظرًا لأن تركيز الحمأة يتناسب طرديًا مع عمر الحمأة، كلما زاد تركيز الحمأة عن نطاق معين، كلما كان تأثير إزالة الفسفور أسوأ.
أ. مع الحفاظ على عمر الحمأة الكافي لكفاءة إزالة الفوسفور، فإن زيادة تركيز الحمأة في المنطقة اللاهوائية يؤدي إلى تركيز أعلى من بكتيريا PAC. يؤدي ذلك إلى زيادة كمية الكائنات الحية الدقيقة التي تطلق الفوسفور-، مما يؤدي بدوره إلى زيادة كمية الكائنات الحية الدقيقة التي تمتص الفسفور الهوائي-، وبالتالي تعزيز التأثير الإجمالي لإزالة الفوسفور في النظام.
ب. في المنطقة اللاهوائية، تمتص بكتيريا متعدد الفوسفات-المتراكمة VFA وتطلق الفوسفور. في الوقت نفسه، في ظل ظروف تركيز الحمأة العالي، يمكن للمنطقة اللاهوائية أن تكون بمثابة قسم التحمض اللاهوائي للنظام، حيث تعمل على التحلل اللاهوائي ذو الوزن الجزيئي العالي -} - والمواد العضوية المتمردة في الماء. يمكن استخدام الطاقة المنطلقة أثناء إطلاق الفسفور بواسطة البكتيريا المتراكمة متعدد الفوسفات-لامتصاص حمض الأسيتيك، وH+، وما إلى ذلك بشكل فعال، وتكوين PHB وتخزينه داخل البكتيريا. وهذا يعزز عملية تحمض المواد العضوية، ويحسن قابلية التحلل الحيوي لمياه الصرف الصحي، ويزيد من مصدر الكربون المستخدم في تفاعلات نزع النتروجين في عمليات المعالجة اللاحقة.