فرآیند A2O، یعنی فرآیند بی هوازی – بدون اکسیژن – اکسیژن، برای حذف همزمان مواد آلی، نیتروژن و فسفر مناسب است. این فرآیند محیطهای مختلفی را در یک سیستم ایجاد میکند تا میکروارگانیسمهایی با عملکردهای مختلف بتوانند با هم کار کنند تا به حذف همزمان نیتروژن و حذف فسفر دست یابند. البته هر فرآیندی مزایا، معایب و محدودیت های خود را دارد. امروز ما در مورد مزایا و معایب فرآیند A2O در عملیات بحث خواهیم کرد.
مزایا
1. حذف همزمان نیتروژن و حذف فسفر: تمرکز تصفیه فاضلاب حذف نیتروژن و حذف فسفر است. فرآیند A2O با راه اندازی سه محیط مختلف بی هوازی، بدون اکسیژن و هوازی در یک فرآیند تصفیه، شرایط زندگی مناسبی را برای میکروارگانیسم ها با عملکردهای مختلف فراهم می کند تا فرآیندهای نیترات زدایی و حذف فسفر به طور همزمان انجام شود. در منطقه بی هوازی، باکتری های پلی فسفات فسفر آزاد می کنند و مواد آلی را جذب می کنند. در منطقه بدون اکسیژن، باکتری های نیترات زدایی با نیترات زدایی نیترات زدایی می شوند. در منطقه هوازی، باکتریهای نیتریفیکاسیون برای تبدیل نیتروژن آمونیاکی به نیتروژن نیترات نیتروژن میشوند و باکتریهای پلی فسفات فسفر بیش از حد را جذب میکنند. این روش تصفیه همزمان می تواند به طور موثر نیتروژن و فسفر را از فاضلاب حذف کند و استانداردهای تخلیه فاضلاب مربوطه را برآورده کند.
2. عملیات پایدار: فرآیند A2O سابقه طولانی دارد و پس از کاربرد عملی طولانی مدت و بهبود مستمر به سطح نسبتاً بالغی رسیده است. جریان فرآیند آن نسبتاً ساده است، عملکرد و کنترل نسبتاً آسانی دارد و به مهارتهای فنی بالایی از اپراتورها نیاز ندارد. در عین حال، فرآیند دارای ظرفیت بافری مشخصی برای نوسانات کیفیت آب و حجم آب است. هنگامی که کیفیت آب ورودی و حجم آب تا حد معینی تغییر میکند، همچنان میتواند اثر تصفیه نسبتاً پایداری را حفظ کند، به طوری که باعث ایجاد کیفیت آب بیش از استاندارد یا فروپاشی سیستم تصفیه نشود.
3. مقاومت در برابر ضربه: در فرآیند تصفیه فاضلاب، کیفیت آب ورودی و حجم آب اغلب به شدت در نوسان است، مانند تخلیه ناگهانی فاضلاب صنعتی و افزایش قابل توجه حجم آب در طول فصل بارندگی. فرآیند A2O می تواند این شوک ها را تا حدودی تحمل کند زیرا جامعه میکروبی داخلی آن دارای سازگاری و توانایی خودتنظیمی خاصی است. از طریق تغییرات دینامیکی جامعه میکروبی و تنظیم خودکار پارامترهای فرآیند، اثر تصفیه عادی را می توان در مدت کوتاهی بازیابی کرد تا از عملکرد پایدار تصفیه خانه فاضلاب اطمینان حاصل شود.
معایب
1. سیستم جریان مجدد پیچیده: فرآیند A2O برای دستیابی به حذف نیتروژن و فسفر نیاز به جریان های داخلی و خارجی زیادی دارد. جریان مجدد داخلی عبارت است از برگرداندن مایع مخلوط غنی از نیترات در انتهای ناحیه هوازی به ناحیه بدون اکسیژن برای ارائه گیرنده های الکترون برای نیترات زدایی. جریان مجدد خارجی عبارت است از برگرداندن لجن در کف مخزن ته نشینی ثانویه به ناحیه بی هوازی برای حفظ زیست توده میکروبی کافی در سیستم. با این حال، این سیستم پیچیده جریان مجدد نه تنها سرمایه گذاری تجهیزات و هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد، بلکه به کنترل و تنظیم دقیق نیز نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که نسبت و جریان جریان مجدد نیازهای فرآیند را برآورده می کند. اگر جریان مجدد به درستی کنترل نشود، ممکن است منجر به نیترات زدایی و اثرات حذف فسفر ضعیف شود و حتی بر عملکرد پایدار کل سیستم تصفیه تأثیر بگذارد.
2. رقابت منبع کربن: در فرآیند A2O، یک رابطه رقابتی بین فرآیندهای نیترات زدایی و حذف فسفر برای منابع کربن وجود دارد. فرآیند نیترات زدایی به منابع کربن کافی به عنوان اهداکننده الکترون برای دستیابی به کاهش نیتروژن نیترات نیاز دارد. و باکتری های پلی فسفات نیز به منابع کربن کافی برای جذب و ذخیره مواد آلی در مرحله آزادسازی بی هوازی فسفر نیاز دارند. با این حال، در فاضلاب واقعی، منبع کربن اغلب محدود است. اگر منبع کربن ناکافی باشد، نیتروژن زدایی کافی نخواهد بود، نیتروژن نیترات را نمی توان به طور موثر حذف کرد، و باکتری های پلی فسفات نمی توانند فسفر را به طور کامل آزاد و جذب کنند، بنابراین بر حذف نیتروژن و فسفر تأثیر می گذارد.
3. تناقض سن لجن: میکروارگانیسم هایی با عملکردهای مختلف سن لجن بهینه متفاوتی در فرآیند A2O دارند. به عنوان مثال، باکتری های نیتریفیک به کندی رشد می کنند و برای اطمینان از تعداد و فعالیت آنها در سیستم، به سن لجن طولانی تری نیاز دارند. در حالی که باکتری های پلی فسفات سریعتر رشد می کنند و سن لجن کوتاه تر برای اثر حذف فسفر آنها مفید است. با این حال، در یک سیستم تصفیه یکپارچه، برآورده کردن نیازهای سن لجن میکروارگانیسم های مختلف به طور همزمان دشوار است. اگر سن لجن برای اطمینان از اثر نیتریفیکاسیون افزایش یابد، ممکن است منجر به رشد بیش از حد باکتری های پلی فسفات و کاهش اثر حذف فسفر شود. برعکس، اگر سن لجن برای بهبود اثر حذف فسفر کوتاه شود، ممکن است بر تعداد و فعالیت باکتریهای نیتریفیکاسیون تأثیر بگذارد و در نتیجه بر اثر نیتریفیکاسیون تأثیر بگذارد.
4. راندمان حذف فسفر پایین: عامل کلیدی برای راندمان حذف فسفر پایین این است که شرایط محیطی در منطقه بی هوازی نمی تواند به طور کامل فعالیت باکتری های پلی فسفات را تحریک کند. فرآیند متابولیک طبیعی باکتری های پلی فسفات جذب مواد آلی به راحتی قابل تجزیه و آزادسازی فسفر در شرایط بی هوازی است، در حالی که فسفر بیش از حد در شرایط هوازی جذب می شود. با این حال، اگر شرایط در منطقه بی هوازی ایده آل نباشد، مانند اکسیژن محلول بیش از حد، منبع کربن ناکافی یا زمان ماند خیلی کوتاه، مکانیسم متابولیک باکتری های پلی فسفات مستقیماً با اختلال مواجه می شود. اکسیژن محلول بیش از حد، فرآیند آزادسازی بی هوازی فسفر باکتری های پلی فسفات را مهار می کند، منبع کربن ناکافی نمی تواند نیازهای انرژی آن را تامین کند، و زمان اقامت بسیار کوتاه از انجام کامل عملکرد باکتری های پلی فسفات جلوگیری می کند، که به طور جدی بر راندمان حذف فسفر تأثیر می گذارد.
5. حجیم شدن لجن: حجیم شدن لجن معمولاً در اثر رشد بیش از حد باکتری های رشته ای ایجاد می شود. تحت شرایط خاص خاص، مانند بار کم، دمای پایین یا سن لجن بیش از حد طولانی، باکتری های رشته ای نسبت به سایر باکتری های لخته دار مزیت رقابتی دارند، بنابراین بیش از حد پرورش می یابند. رشد در مقیاس بزرگ باکتری های رشته ای ساختار لجن را تغییر می دهد، آن را شل می کند و عملکرد ته نشینی لجن را کاهش می دهد. این امر نه تنها جداسازی گل و آب را دشوار می کند و بر کیفیت پساب تأثیر می گذارد، بلکه ممکن است باعث از بین رفتن لجن و تضعیف پایداری و اثر تصفیه کل سیستم تصفیه شود.
6. مصرف انرژی بالا: در فرآیند A2O، مقدار زیادی اکسیژن در مرحله هوازی برای پشتیبانی از فعالیت های متابولیکی میکروارگانیسم ها مورد نیاز است که معمولاً به طور مداوم توسط یک دمنده تامین می شود. با این حال، عملکرد دمنده انرژی الکتریکی زیادی مصرف می کند. علاوه بر این، به منظور حفظ یکنواختی توزیع و واکنش میکروارگانیسم ها در سیستم، فرآیند برگشت لجن و اختلاط نیز انرژی زیادی مصرف می کند. مصرف بالای انرژی نه تنها هزینه تصفیه فاضلاب را افزایش می دهد، بلکه بار خاصی را بر محیط زیست تحمیل می کند.
7. حساسیت به شرایط ورودی: فرآیند A2O حساسیت بالایی به تغییرات غلظت مواد آلی و مواد مغذی در ورودی نشان می دهد. نوسانات در ترکیب پساب، مانند افزایش یا کاهش ناگهانی غلظت مواد آلی، و عدم تعادل در نسبت مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر، ممکن است وضعیت تعادل اولیه جامعه میکروبی را مختل کند. این باعث می شود که رشد برخی از میکروارگانیسم ها مهار شود، در حالی که برخی دیگر ممکن است بیش از حد رشد کنند، بنابراین بر ثبات و کارایی درمان کل سیستم تصفیه تاثیر می گذارد. به خصوص در مورد تغییرات زیاد در کیفیت آب ورودی، ممکن است زمان زیادی طول بکشد تا میکروارگانیسم ها با شرایط محیطی جدید سازگار شوند و در این مدت ممکن است اثر تصفیه به میزان قابل توجهی کاهش یابد.
اقدامات بهبود
1. نسبت جریان مجدد را بهینه کنید: از طریق محاسبه دقیق و نظارت بر زمان واقعی، نسبت بهینه جریان مجدد داخلی و خارجی را با توجه به کیفیت آب ورودی، حجم آب و نیازهای تصفیه تعیین کنید. در عین حال، برای دستیابی به تنظیم دقیق جریان مجدد، از فناوریهای کنترلی پیشرفته مانند تنظیم سرعت فرکانس متغیر، سیستم کنترل هوشمند و غیره استفاده کنید. با فرض اطمینان از اثر حذف نیتروژن و حذف فسفر، مصرف انرژی جریان مجدد را کاهش داده و راندمان عملیاتی سیستم را بهبود می بخشد. علاوه بر این، استراتژی جریان مجدد را می توان به طور مداوم از طریق آزمایش های شبیه سازی و تجزیه و تحلیل داده های عملیات واقعی برای انطباق با شرایط عملیاتی مختلف و الزامات تصفیه بهینه کرد.
2. منبع کربن مکمل: هنگامی که منبع کربن در فاضلاب ناکافی است، نیترات زدایی و اثر حذف فسفر را می توان با افزودن منبع کربن خارجی بهبود بخشید. منابع کربن رایج شامل متانول، استات سدیم، گلوکز و غیره است. هنگام انتخاب منبع کربن، هزینه، تجزیه پذیری زیستی و تأثیر آن بر جامعه میکروبی سیستم باید در نظر گرفته شود. در عین حال، همچنین کنترل دقیق مقدار و زمان افزودن منبع کربن برای جلوگیری از اتلاف و آلودگی ثانویه ناشی از افزودن بیش از حد منبع کربن یا افزودن ناکافی بر اثر تصفیه ضروری است. با بهینه سازی استراتژی افزودن منبع کربن، مشکل رقابت منبع کربن را می توان به طور موثر کاهش داد و راندمان حذف نیتروژن و فسفر را بهبود بخشید.
3. ورودی آب قطعه بندی شده: تقسیم آب ورودی به چند نقطه و ورود به مناطق واکنش مختلف می تواند منبع کربن و اکسیژن محلول را به طور معقول تری توزیع کند و مشکلات رقابت منبع کربن و توزیع نابرابر اکسیژن محلول را کاهش دهد. به عنوان مثال، بخشی از آب ورودی را می توان مستقیماً به منطقه بدون اکسیژن وارد کرد تا منبع کربن کافی برای نیترات زدایی فراهم کند. قسمت دیگر آب ورودی را می توان به منطقه بی هوازی وارد کرد تا نیازهای باکتری پلی فسفات را برطرف کند. با ورودی آب تقسیمبندی شده، راندمان استفاده سیستم از منابع کربن را میتوان بهبود بخشید و اثر حذف نیتروژن و فسفر را میتوان بهبود بخشید. در عین حال، میتوان آن را با مانیتورینگ بلادرنگ و فناوری کنترل خودکار ترکیب کرد تا به صورت دینامیکی نسبت و جریان ورودی آب تقسیمبندی شده را با توجه به تغییرات کیفیت آب ورودی و حجم آب تنظیم کند تا به کنترل دقیقتری دست یابد. بهینه سازی
4. پیکربندی فرآیند بهبود یافته: به عنوان مثال، فرآیند A2O معکوس برای قرار دادن ناحیه بدون اکسیژن در انتهای جلوی فرآیند، اولویت دادن به نیاز منبع کربن نیترات زدایی و بهبود بازده نیترات زدایی استفاده می شود. یا فرآیند UCT (دانشگاه کیپ تاون) برای افزودن یک مخزن بدون اکسیژن و گردش مجدد داخلی برای بهینه سازی بیشتر اثر حذف نیتروژن و فسفر استفاده می شود. علاوه بر این، فناوری های جدید مانند بیوراکتور غشایی (MBR) می توانند برای بهبود غلظت لجن و کارایی تصفیه و کاهش فضای کف ترکیب شوند. با بهبود پیکربندی فرآیند، می تواند بهتر با شرایط مختلف کیفیت آب و الزامات تصفیه سازگار شود و عملکرد و رقابت فرآیند A2O را بهبود بخشد.
5. اجرای منطقه حائل: طراحی منطقه حائل انعطاف پذیر برای مقابله با نوسانات در ترکیب نفوذی. نظارت و هشدار اولیه در مورد کیفیت آب ورودی را تقویت کنید و از قبل برای تنظیمات فرآیند آماده شوید. مخازن تنظیم کننده را برای تصفیه آب ورودی به طور همگن و یکنواخت برای کاهش نوسانات کیفیت آب تنظیم کنید. جوامع میکروبی را با اهلیسازی و سازگاری قویتر پرورش دهید. افزایش نظارت و کنترل از حسگرهای آنلاین و استراتژی های پیشرفته کنترل فرآیند برای تنظیم پویا پارامترهای فرآیند استفاده کنید.
6. بهبود راندمان حذف فسفر: بهینه سازی طراحی منطقه بی هوازی برای اطمینان از محیط بی هوازی سخت و استفاده از اقدامات آب بندی برای کاهش ورود اکسیژن. نوع و غلظت منبع کربن ورودی را به طور منطقی تنظیم کنید تا اطمینان حاصل شود که باکتری های پلی فسفات منبع کربن کافی دارند. برای اطمینان از واکنش کامل باکتری های پلی فسفات، زمان ماند هیدرولیکی منطقه بی هوازی را به طور مناسب افزایش دهید.
7. بهبود میزان حجم دهی لجن: برای جلوگیری از عملیات طولانی مدت با بار کم، بار لجن مناسب را کنترل کنید. اقدامات عایق کاری را انجام دهید یا پارامترهای عملیاتی را برای سازگاری با محیط دمای پایین تنظیم کنید. سن لجن را به طور منطقی کنترل کنید و به طور منظم بخشی از لجن کهنه شده را تخلیه کنید.
8. بهبود مصرف انرژی بالا: از تجهیزات هوادهی صرفه جویی در انرژی بیشتر، مانند هواده های میکرو متخلخل، برای بهبود استفاده از اکسیژن استفاده کنید. سیستم کنترل هوادهی را بهینه کنید و حجم هوادهی را با توجه به کیفیت آب در زمان واقعی و نیاز اکسیژن محلول تنظیم کنید.
خلاصه
فرآیند A2O به طور گسترده ای در تصفیه فاضلاب استفاده می شود و عملی بودن آن آشکار است. میتواند با تنظیم محیطهای مختلف به حذف همزمان نیتروژن و فسفر دست یابد، و جریان فرآیند بالغ است، کنترل عملیات نسبتاً ساده است، الزامات فنی برای اپراتورها بالا نیست، و زمانی که کیفیت آب و حجم آب در نوسان است، ظرفیت بافر خاصی وجود دارد. . جامعه میکروبی داخلی نیز می تواند خود تنظیم شود تا تا حدی با بارهای شوک سازگار شود. البته معایب آن نیز مشهود است، مانند سیستم پیچیده جریان مجدد، رقابت منبع کربن، تناقض سن لجن، راندمان پایین حذف فسفر، تورم لجن، مصرف انرژی بالا و حساسیت به شرایط ورودی. برای این کاستی ها می توان راه هایی برای کنترل آنها پیدا کرد. مانند بهینهسازی نسبت جریان مجدد، تکمیل منبع کربن، ورودی آب مرحلهای، بهبود پیکربندی فرآیند، اجرای استراتژی منطقه حائل، و غیره. نکته کلیدی نحوه عملکرد آن است. البته این همان جایی است که ارزش پرسنل تولیدی خط مقدم خود را نشان می دهد.