وتشكل نسب C/N ذات التأثير المنخفض عنق الزجاجة؛ ويجب تنفيذ خفض التكاليف وتحسين الكفاءة؛ ويجب الوفاء بمعايير التلوث والحد من الكربون؛ ويجب تجنب إجراء التعديلات التحديثية على الموقع-. عندما تجتمع هذه المتطلبات الأساسية معًا، تصبح عملية AOA هي الحل الأمثل الذي لا يمكن لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي تجنبه.
تعتبر عملية AOA مناسبة للحالات ذات نسب C/N المؤثرة المنخفضة، والتي لا تتطلب مصدرًا إضافيًا للكربون، كما أن تأثيرات إزالة النيتروجين والفوسفور الخاصة بها تفوق بكثير العمليات التقليدية.
إن عملية AOA ليست مجرد "تقنية سوداء" في معالجة مياه الصرف الصحي اخترعها الأكاديمي Peng Yongzhen، ولكنها تلعب أيضًا دور "أداة ترقية" في تجديد العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي القديمة.
1. ما الفرق بين AOA وAAO؟
عندما يتعلق الأمر بمعالجة مياه الصرف الصحي، يفكر الكثير من الناس على الفور في عملية AAO الكلاسيكية (اللاهوائية-نقص الأكسجين-الهوائية)، في حين أن عملية AOA (اللاهوائية-الهوائية-نقص الأكسجين) تضبط ترتيب منطقة التفاعل بشكل سطحي، لكن منطقها الأساسي مختلف تمامًا.
تشترك كل من عمليتي AAO وAOA في أوجه التشابه في وقت الاحتفاظ الهيدروليكي، ونوع الهيكل، والمعدات الكهروميكانيكية، وهو أمر أساسي لسبب إمكانية تحويل العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي مباشرة من AAO إلى AOA-دون الحاجة إلى أرض إضافية، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التحويل.
تكمن الاختلافات الأساسية في نقطتين: أولاً، وقت استبقاء أقصر في قسم واحد وأوقات استبقاء أطول في القسمين الآخرين؛ وثانيًا، التغيير في عودة الحمأة من عملية واحدة إلى عمليتين.
تشير عبارة "واحدة أقصر، أطول اثنتين" إلى أوقات الاحتفاظ الأطول في الأقسام اللاهوائية ونقص الأكسجين في عملية AOA، في حين أن القسم الهوائي أقصر. وأوضح السيد تشين: "يسمح الوقت الكافي في القسم اللاهوائي بإزالة النتروجين من بكتيريا عديد السكاريد (DGAOs) باستهلاك المواد العضوية في مياه الصرف الصحي بالكامل، مما يقلل من COD ويخزن مصادر الكربون الداخلية. ويعود السبب في القسم الأطول من نقص الأكسجين إلى أن معدل نزع النتروجين الداخلي أبطأ من معدل نزع النتروجين الخارجي، مما يتطلب وقتًا كافيًا لـ DGAOs لإكمال عملية إزالة النتروجين الداخلية". يقلل القسم الهوائي الأقصر من الاستهلاك غير الفعال لمصادر الكربون الداخلية، مما يضمن استخدام الطاقة بشكل فعال.
والأهم من ذلك، أن العملية قد تحولت من واحد إلى اثنين - AAO التقليدي لديه مسار واحد فقط لعودة الحمأة، بينما يضيف AAO مسار عودة من خزان الترسيب الثانوي إلى مقدمة منطقة نقص الأكسجين (R2 في المخطط الانسيابي). "يضاعف مسار العودة الإضافي هذا عدد بكتيريا إزالة النتروجين في خزان نقص الأكسجين، مما يزيد من معدل إزالة النتروجين المحدد (معدل إزالة النتروجين / تركيز الحمأة)؛ ثانيًا، فإنه يخلق بيئة مواتية لـ DPAOs، مما يقلل من التحلل المائي للحمأة وإطلاق الفوسفور من الانهيار الميكروبي في الجزء السفلي من خزان الترسيب الثانوي، مما يؤدي إلى انخفاض مستمر في إجمالي الفوسفور (TP) في كل من منطقة نقص الأكسجين وخزان الترسيب الثانوي." ومع ذلك، حذر السيد تشين أيضًا من أن نسبة الإرجاع العالية هذه يمكن أن تقوم بتحميل خزان الترسيب الثانوي بشكل كبير. قد يؤثر استخدام خزان الترسيب الثانوي الموجود من AAO بشكل مباشر على تأثير فصل الماء للحمأة-، وهو أحد الاعتبارات الرئيسية أثناء عملية التعديل التحديثي.
تتيح هذه التعديلات نظريًا لعملية AAO تحقيق ما يقرب من-التدفق السائل TN، كما أنها تلغي إلى حد كبير الحاجة إلى مصادر الكربون الخارجية، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل ويجعلها "مفضلة جديدة" في صناعة معالجة مياه الصرف الصحي.
2. ما هي محطات معالجة مياه الصرف الصحي المناسبة لـ AAO؟
ثلاث مزايا أساسية تتحدث عن نفسها
السيناريوهات القابلة للتطبيق لعملية AOA – ليست كل محطات معالجة مياه الصرف الصحي مناسبة للتعديل التحديثي، ولكن تلك التي تستوفي هذه الشروط غالبًا ما ترى نتائج مذهلة.
أولاً، تسعى محطات معالجة مياه الصرف الصحي إلى تقليل التكلفة وتحسين الكفاءة والتشغيل المنخفض-للكربون. من ناحية، تتمتع عملية AOA لإعادة التدوير المزدوج للحمأة بفترة احتجاز هوائية أقصر مقارنة بالعمليات الأخرى، وبالتالي توفير استهلاك طاقة التهوية. من ناحية أخرى، من خلال زيادة إعادة تدوير الحمأة في منطقة نقص الأكسجين، يمكن إرجاع مصادر الكربون غير المستخدمة داخل الحمأة في الجزء السفلي من خزان الترسيب الثانوي إلى منطقة نقص الأكسجين، مما يتيح إعادة تدوير مصادر الكربون الداخلية بكفاءة وبالتالي توفير مصادر الكربون الخارجية.
ومع تزايد المتطلبات البيئية الصارمة، أصبح التشغيل منخفض الكربون-هو الاتجاه الرئيسي، مما يجعل عملية AOA، وهي عملية توفر الطاقة وتقلل من الحمأة، مطلوبة بشدة.
ثانياً، تقوم محطات معالجة مياه الصرف الصحي بمعالجة مياه الصرف الصحي المنخفضة الكربون، وخاصة في المدن الجنوبية. وتفتقر مياه الصرف الصحي المحلية في الجنوب عمومًا إلى مصادر كربون كافية، وتتطلب العمليات التقليدية إضافة مصادر كربون خارجية مثل الميثانول وخلات الصوديوم للوفاء بالمعايير، وهو أمر مكلف ومرهق. تستخدم عملية AOA بكفاءة الأحماض الدهنية المتعددة الهيدروكسي (PHA) والجليكوجين داخل الخلايا (Gly) المخزنة في خزانات الترسيب اللاهوائية والثانوية بواسطة الحمأة المنشطة. في الوقت نفسه، يقلل حجم التهوية الأصغر ووقت التهوية الأقصر في القسم الهوائي من استهلاك مصادر الكربون الداخلية، وهو أمر مفيد للاحتفاظ بمزيد من مصادر الكربون الداخلية لإزالة النتروجين في منطقة نقص الأكسجين.
وأخيرًا، فهو مناسب لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي التي تسعى إلى تحسين إزالة النيتروجين والفوسفور. تنتج عمليات AAO التقليدية مياهًا هوائية سائلة تحتوي على نسبة عالية من النترات، وتكون إزالة النيتروجين من خلال إعادة تدوير سائل النترجة محدودة. AOA، من خلال وضع منطقة نقص الأكسجين أخيرًا، يتيح وقتًا كافيًا لنزع النتروجين الداخلي، مما يؤدي إلى محتوى نترات منخفض للغاية في إزالة النفايات السائلة والنيتروجين الفائق.
باختصار، إذا واجهت محطة معالجة مياه الصرف الصحي أيًا من المشكلات الثلاث-عدم كفاية مصادر الكربون، أو ارتفاع تكاليف التشغيل، أو ضغط إزالة النيتروجين والفوسفور الثقيل-، فيمكن اعتبار AOA خيارًا مفضلاً.
3. "التكنولوجيا السوداء" غير الكاملة
التحديات في عملية AOA لا توجد عملية معالجة مياه مثالية، كما أن AOA لديها "مشاكلها" الخاصة.
التحدي الأكبر هو قدرتها على التكيف مع التقلبات في نوعية المياه وكميتها. تتغير جودة وكمية محطات معالجة مياه الصرف الصحي المؤثرة يوميًا، مما يتطلب تحكمًا دقيقًا في المعلمات مثل وقت الاحتفاظ، ومعدل التهوية، والتدفق العائد. "على سبيل المثال، إذا ارتفع تركيز المؤثر فجأة أو زاد معدل التدفق بشكل كبير، فإن المعلمات الأصلية تصبح غير فعالة. وإذا لم يتم إجراء التعديلات على الفور، فسيتم التأثير على تأثير العلاج، ولن يتم تحقيق إمكانية توفير الطاقة-،" قال السيد تشين بلا حول ولا قوة. وهذا يضع متطلبات عالية على مستوى تشغيل وإدارة محطات معالجة مياه الصرف الصحي.
التحدي الآخر هو تأثير البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة-. يعتمد النشاط الميكروبي على درجات الحرارة المناسبة. في فصل الشتاء، تمنع درجات الحرارة المنخفضة بشكل مباشر نشاط إزالة النتروجين والفوسفور-من البكتيريا، مما لا يقلل من كفاءة إزالة النتروجين فحسب، بل قد يؤثر أيضًا على استقرار المجتمعات الميكروبية الوظيفية. يجب أن تعالج محطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الشمالية الباردة التي ترغب في استخدام AOA (التهوية التلقائية) القدرة على التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة. إلى جانب تحديد المعلمات بشكل عقلاني، فإنها تحتاج أيضًا إلى تمديد وقت الاحتفاظ الهيدروليكي بشكل مناسب للسماح بإجراء تعديلات مرنة على ظروف التشغيل.
في الوقت الحالي، تبحث الصناعة عن كيفية تحسين معلمات العملية وتحسين القدرة على التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة والتحكم في المجتمع الميكروبي. ومع ذلك، فإن عيوبه البسيطة لا تطغى على مزاياه الكبيرة. إن نقاط القوة الأساسية في عملية AOA بارزة للغاية، خاصة بالنسبة لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي التي تسعى إلى إجراء تحديثات في الموقع-لخفض التكاليف وزيادة الكفاءة؛ فهو يظل الخيار الأكثر-فعالية من حيث التكلفة.
أصبحت عملية AOA "المفضلة الجديدة" في صناعة معالجة مياه الصرف الصحي لأنها ليست تقنية جديدة ظهرت من لا شيء، بل هي "الحل الأمثل" الذي يعالج بدقة نقاط الألم في الصناعة.
وفي حين لا تزال هناك مجالات للتحسين، فإن هذه العملية، التي توازن بين الفوائد البيئية وتكاليف التشغيل، سوف تترسخ بلا شك في المزيد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي، مما يساهم في السيطرة على تلوث المياه.