سناریوی "COD بالا، TP کم و TN بالا" یک مورد کلاسیک از عدم تعادل شدید کربن-نیتروژن-فسفر را نشان می‌دهد. این مقاله به طور مختصر نحوه تشخیص و رسیدگی به این موضوع را تشریح می کند (محتوا و ارقام بیانگر دیدگاه های شخصی بر اساس تجربه عملی هستند و فقط برای مرجع هستند).
اهداف اصلی تعدیل فرآیند را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
1. فوراً "محدودیت فسفر"- گلوگاه تکثیر میکروبی را برطرف کنید.
2. به طور موثر از منبع کربن اضافی استفاده کنید-تبدیل COD با غلظت بالا-به نیروی محرکه نیترات زدایی.
3. دستیابی به حذف عمیق نیتروژن-اطمینان حاصل کنید که پساب TN بالا به طور مداوم استانداردهای تخلیه را برآورده می کند.
اقدامات تنظیمی خاص در زیر به تفصیل شرح داده شده است که بر اساس منطق پیاده سازی مهندسی تفکیک شده است.
I. تنظیمات «حفظ زندگی» فوراً مورد نیاز است: مکمل فسفر دقیق
این پیش نیاز تمام اقدامات دیگر است. در شرایط کمبود فسفر، حتی با کربن و اکسیژن فراوان، لجن فعال نمی تواند لخته های سالمی را تشکیل دهد. در عوض، تمایل به متلاشی شدن و شستشو دارد.
بررسی و محاسبه دوز
مقدار مکمل را بر اساس نسبت تقریباً BOD₅:P=100:1 تعیین کنید. اگر فقط داده‌های COD در دسترس است، از نسبت BOD5/COD برای تبدیل استفاده کنید (به عنوان مثال، اگر BOD5/COD ≈ 0.5، برآورد بر اساس COD:P ≈ 200:1). مطمئن شوید که دوز را به صورت دینامیکی بر اساس نرخ جریان ورودی واقعی و غلظت فسفر محاسبه کنید.
منبع فسفر و نقطه دوز را انتخاب کنید
منبع فسفر: ارتوفسفات های قابل جذب مانند آمونیوم دی هیدروژن فسفات یا سدیم دی هیدروژن فسفات را در اولویت قرار دهید. در حالی که در صورت کمبود نیتروژن می توان از دی آمونیوم هیدروژن فسفات استفاده کرد، سناریوی فعلی شامل سطوح بالای نیتروژن است. بنابراین، برای جلوگیری از افزودن نیتروژن اضافی، اسید فسفریک یا دی هیدروژن فسفات سدیم توصیه می شود.
نقطه دوز: نقطه دوز را در انتهای منطقه بدون اکسیژن یا ابتدای منطقه هوازی در مخزن بیولوژیکی قرار دهید، به میکروارگانیسم ها اجازه می دهد تا فسفر را مستقیماً با ورود به منطقه هوازی جذب کنند. از ریختن کل دوز در ناحیه بی هوازی خودداری کنید، زیرا این امر می تواند منجر به جذب بیش از حد فسفر{1}} ارگانیسم های انباشته شونده شود (زیرا حذف فسفر در اینجا هدف نیست) یا تشکیل رسوبات بی اثر.
نظارت در دوره انتقال
در عرض 2 تا 3 روز پس از مصرف مکمل فسفر، نسبت ته نشینی لجن (SV) در ابتدا با بهبود کیفیت لخته کاهش می یابد و به دنبال آن با تکثیر جمعیت میکروبی، به تدریج افزایش می یابد. فسفر کل پساب را به طور همزمان کنترل کنید تا اطمینان حاصل شود که سطوح پس از مصرف مکمل در محدوده باقی می ماند (به طور ایده آل در 0.3-0.5 میلی گرم در لیتر برای رفع نیازهای میکروبی و در عین حال حفظ حاشیه ایمنی کنترل می شود).
II. تبدیل "COD بالا" به "دارایی نیترات زدایی": پیش{1}موقعیت‌یابی و دوزبندی مرحله‌ای منابع کربن
از آنجایی که منبع کربن فراوان است، باید به طور کامل برای نیترات زدایی استفاده شود تا اینکه منطقه هوازی را غرق کرده و از طریق مصرف اکسیژن تلف شود.
انحراف منبع کربنی یا نفوذی چند نقطه ای- را اجرا کنید
بخشی از آب خام (COD بالا)-با دور زدن مخزن ته نشینی اولیه-مستقیماً به منطقه بدون اکسیژن هدایت شود تا به عنوان منبع کربن برای نیترات زدایی عمل کند. پس از غربال‌گری و حذف شن، آب خام می‌تواند مستقیماً به مخزن بدون اکسیژن بپرد و از اکسید شدن و هدر رفتن منبع کربن در مخزن رسوب اولیه یا منطقه هوازی جلوگیری کند. بر اساس اهداف حذف کل نیتروژن، مقدار COD زیست تخریب پذیری را که وارد منطقه بدون اکسیژن می شود، کنترل کنید.
هیدرولیز{0}}اسیدی شدن را برای بهبود کیفیت منبع کربن افزایش دهید
اگر COD زیاد باشد اما نسبت BOD5/COD پایین باشد، نشان دهنده غلبه مواد آلی نسوز (سخت-تجزیه-) است. یک مخزن هیدرولیز{3}}می‌توان در مرحله قبل از تصفیه نصب کرد تا مولکول‌های آلی بزرگ و نسوز را به VFA (اسیدهای چرب فرار) که به آسانی قابل تجزیه زیستی هستند تجزیه کند، در نتیجه کارایی استفاده از منبع کربن برای نیترات زدایی را بهبود بخشد.
از منطقه هوازی برای مصرف کربن باقی مانده استفاده کنید
به ناچار مقداری منبع کربن وارد منطقه هوازی می شود. در این حالت، مطمئن شوید که اکسیژن محلول (DO) در پایان مرحله هوازی حداقل 2 میلی گرم در لیتر باشد تا BOD باقیمانده کاملاً اکسید شود و COD پساب از حد مجاز خارج نشود. علاوه بر این، از آنجایی که منابع کربن اضافی می‌تواند منجر به رشد بیش از حد باکتری‌های هتروتروف شود-به‌طور بالقوه باکتری‌های نیتریفیک‌کننده{3}}سن لجن و بارگذاری آلی را باید به دقت کنترل کرد.
III. هدف قرار دادن چالش "نیتروژن کل بالا": به حداکثر رساندن نیتریفیکاسیون-پتانسیل نیتروژن زدایی
سطوح بالای نیتروژن کل مستلزم بهینه سازی هر دو مرحله نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی با پتانسیل کامل آنها است.
مرحله نیتریفیکاسیون: ایجاد فضا و زمان برای نیتریفیکاسیون باکتری ها
کنترل سن لجن: باکتری های نیتریفیک کننده زمان تولید طولانی دارند. سن لجن باید حداقل 15 روز (بیش از 20 روز در زمستان) حفظ شود تا از "ازدحام" آنها توسط باکتری های هتروتروف به سرعت در حال تکثیر جلوگیری شود. DO Maintenance: DO را در منطقه هوازی در 2-3 میلی گرم در لیتر ثابت نگه دارید. برای صرفه جویی در مصرف انرژی، آن را بیش از حد پایین نیاورید.
نظارت بر قلیائیت و تکمیل: نیتریفیکاسیون قلیاییت را مصرف می کند (تقریباً 7.14 گرم CaCO3 مصرف شده در هر گرم NH4+-N اکسید شده). نرخ نیتریفیکاسیون به طور قابل توجهی کاهش می یابد زمانی که pH به زیر 7.0 می رسد. بنابراین، Na2CO3 یا قلیایی مایع باید دوز مصرف شود تا pH مشروب مخلوط بین 7.5 و 8.0 حفظ شود.
منطقه نیترات زدایی: استفاده از منابع کربن داخلی و خارجی را به حداکثر برسانید.
بهینه‌سازی نسبت گردش مجدد داخلی: اطمینان از گردش مجدد کافی مشروب مخلوط شده با نیترات بالا از انتهای منطقه هوازی به منطقه بدون اکسیژن. نسبت گردش مجدد داخلی معمولاً بین 200٪ تا 400٪ تنظیم می شود. چرخش بیش از حد باعث ایجاد DO بیش از حد می شود و محیط بدون اکسیژن را مختل می کند. حفظ شرایط آنوکسیک: DO در ناحیه بدون اکسیژن باید به شدت زیر 0.5 میلی گرم در لیتر کنترل شود. از اختلاط مکانیکی برای اطمینان از تماس لجن-آب و در عین حال اجتناب از هوادهی سطحی استفاده کنید.
کنترل موقت منابع کربن: اگر منبع کربن خارجی (COD ورودی) کافی باشد، نرخ نیترات زدایی می تواند به 0.03-0.06 کیلوگرم NO3--N/(kg MLVSS·d) برسد. اگر علائم کمبود کربن ظاهر شد (به عنوان مثال، افزایش نیترات{5}}نیتروژن پساب)، منابع کربن اضطراری مانند استات سدیم را در نظر بگیرید، اگرچه اینها اولین انتخاب نیستند. استفاده کامل از محتوای کربن آب خام را در اولویت قرار دهید.
نیتریفیکاسیون جزئی-نیتریت زدایی یا Anammox را در نظر بگیرید (مناسب برای نسبتهای C/N بسیار پایین؛ در حالی که این سناریو دارای کربن فراوان است-که مسیرهای جزئی را غیرضروری می‌کند{2}}این فناوری‌ها می‌توانند به عنوان گزینه‌های فنی آینده عمل کنند).
اگر نیتروژن کل بسیار زیاد است و منابع کربن-با وجود فراوان بودن-هنوز نمی توانند نیازهای نیتروژن زدایی را برآورده کنند (یک مورد شدید)، می توان نیتریفیکاسیون جزئی (انباشت نیتریت) را با Anammox برای حذف نیتروژن انجام داد. با این حال، اجرای این امر در عمل دشوار است و نیاز به نظارت آنلاین و کنترل دقیق دارد و باید به عنوان یک استراتژی بهینه‌سازی بلندمدت در نظر گرفته شود.
IV. رسیدگی به مورد ویژه "COD بالا اما زیست تخریب پذیری ضعیف"
اگر پایش نسبت BOD5/COD کمتر از 0.2 را نشان دهد، استفاده از COD بالا به طور مستقیم از طریق فرآیندهای بیولوژیکی دشوار است و استراتژی های استفاده از منبع کربن فوق به طور قابل توجهی کمتر موثر خواهند بود. در این مرحله اقدامات زیر لازم است:
1. پیش تصفیه فیزیکوشیمیایی برای کاهش بار: نصب انعقاد-رسوب، اکسیداسیون شیمیایی (فنتون، O3) یا واحدهای جذب کربن فعال در بالادست سیستم بیولوژیکی برای کاهش COD مقاوم به میزان 30% تا 50% در ابتدا، در نتیجه باعث بهبود زیرآثار COD₅oD می شود.
2.{1}افزایش زیستی: سویه‌های باکتریایی یا آنزیم‌های بیولوژیکی تخصصی را در مخزن اسیدی‌سازی{2}}هیدرولیز دوز کنید یا از فرآیند PACT (کربن فعال پودری-لجن فعال) برای جذب مواد مقاوم‌کننده و افزایش زمان ماندن آنها استفاده کنید.
3. جداسازی غشایی به عنوان حفاظت نهایی: از سیستم های MBR یا NF/RO در پایان مرحله بیوشیمیایی برای گرفتن COD باقیمانده استفاده کنید و اطمینان حاصل کنید که کنسانتره حاصل به طور جداگانه درمان می شود.
V. "شبکه ایمنی" برای مدیریت عملیاتی
نظارت مداوم بر تعادل فسفر: سطح فسفر کل (TP) را در ورودی، در انتهای منطقه بی هوازی و در انتهای منطقه هوازی در هر شیفت آزمایش کنید. این امر از متلاشی شدن لجن به دلیل مکمل ناکافی جلوگیری می کند و از نقض حد پساب ناشی از دوز بیش از حد فسفر جلوگیری می کند.
پروفایل آنلاین نیتروژن نیتروژن آمونیاکی/نیترات: نقطه تکمیل نیتریفیکاسیون و مناسب بودن نسبت بازیافت داخلی را با ردیابی تغییرات در غلظت نیتروژن آمونیاک و نیتروژن نیترات در امتداد منطقه هوازی ارزیابی کنید.
بررسی میکروسکوپی ویژگی‌های لجن: در صورت ریز شدن ذرات لخته، تکثیر باکتری‌های رشته‌ای، یا افزایش{0}}باکتری‌های شنا آزاد، فوراً وقفه‌های احتمالی در منبع فسفر یا دوز ناکافی را بررسی کنید.
تهیه مواد شیمیایی اضطراری پشتیبان: ذخیره کافی اسید فسفریک، منابع کربن (استات سدیم) و عوامل قلیایی (قلیای مایع) را برای جلوگیری از اختلالات زنجیره تامین حفظ کنید.
تاثیر یون های کلرید بر این پارامترها:
I. همبستگی هسته: چگونه یون های کلرید باعث افزایش سطح نیتروژن آمونیاک می شوند (فروپاشی سیستم نیتریفیکاسیون)
این مستقیم ترین و انتقادی ترین پیوند است. سطوح بالای نیتروژن کل اغلب شامل بخش قابل توجهی از نیتروژن آمونیاکی است. غلظت بالای یون های کلرید می تواند دقیقاً میکروارگانیسم های مسئول پردازش نیتروژن آمونیاک را "از بین ببرد".
شوک اسمزی: باکتری های نیتریفیک کننده اولین باکتری هایی هستند که از بین می روند
باکتری های نیتریفیک کننده (به خصوص آمونیاک-باکتری های اکسید کننده) به تغییرات فشار اسمزی بسیار حساس تر هستند- بسیار بیشتر از باکتری های هتروتروف که COD را تجزیه می کنند. هنگامی که غلظت یون کلرید به شدت افزایش می یابد (به عنوان مثال، بیش از 5000-10000 میلی گرم در لیتر)، سلول های آنها آب را از دست می دهند و باعث توقف فعالیت متابولیک یا حتی منجر به مرگ سلول می شود. پیامد فوری: نیتریفیکاسیون در استال های منطقه هوازی. نیتروژن آمونیاکی نمی تواند به نیتریت و نیترات تبدیل شود و باعث افزایش سطح آمونیاک پساب می شود. شما این الگوی داده را مشاهده خواهید کرد: آمونیاک با نفوذ بالا، با تخلیه آمونیاک پساب در سطوح تقریباً یکسان با پساب.
قضاوت نادرست به دلیل تداخل «شبه-COD»: همانطور که قبلاً ذکر شد، یون‌های کلرید با اندازه‌گیری COD تداخل دارند. اگر "COD بالا" که مشاهده می کنید یک توهم است-به این معنی که COD واقعی کم است-و بر اساس این قرائت نادرست گردش مجدد یا هوادهی را افزایش دهید، فقط بی ثباتی سیستم را تشدید خواهید کرد. صرف نظر از این، سطوح بالای کلرید، مستقل از دقیق بودن قرائت COD، باکتری های نیتریف کننده را مهار می کند.
II. اثر تجمعی: "مارپیچ مرگ" ناشی از کمبود آمونیاک بالا، کلرید بالا و فسفر
هم افزایی بین سمیت آمونیاک و سمیت شوری:
غلظت بالای نیتروژن آمونیاکی (به ویژه آمونیاک آزاد یا FA) ذاتاً برای میکروارگانیسم ها مهار می شود. به طور همزمان، شوری بالا (یون کلرید) تعادل بین داخلی و خارجی سلول را مختل می کند. این عوامل استرس زای دوگانه به شدت فعالیت میکروبی را به خطر می اندازند.
نکته کلیدی: میکروارگانیسم‌های تحت استرس باید مقادیر زیادی انرژی (ATP) برای حفظ تعادل یونی با پمپاژ یون‌های سدیم و کلرید از سلول مصرف کنند. این فرآیند{1}}پر انرژی به شدت به فسفر متکی است. با این حال، از آنجایی که سیستم شما به شدت دچار کمبود{3}فسفر است، میکروارگانیسم‌ها فاقد منابع لازم برای مقاومت در برابر سمیت ترکیبی شوری بالا و آمونیاک بالا هستند که منجر به تسریع مرگ سلولی و اتولیز می‌شود.
تجزیه لجن نیتروژن آمونیاک بیشتری آزاد می کند:
هنگامی که سلول های میکروبی می میرند و به طور انبوه پاره می شوند، ترکیبات نیتروژن آلی درون سلولی-مثل پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک-در آب آزاد می شوند و با آمونیه کردن باکتری ها به نیتروژن آمونیاکی تبدیل می شوند. این یک چرخه معیوب فاجعه بار ایجاد می کند:
کمبود فسفر ← میکروارگانیسم‌ها می‌میرند و متلاشی می‌شوند، قادر به مقاومت در برابر سمیت شوری/آمونیاک بالا نیستند.
در این مرحله، ممکن است متوجه شوید که-حتی بدون شوک آمونیاک نفوذی-غلظت آمونیاک در انتهای مخزن هوازی از ورودی بیشتر است. این پدیده به عنوان آزادسازی آمونیاک درون زا شناخته می شود.
III. عیب یابی فرآیند: تشخیص مشکلات از طریق تجزیه و تحلیل داده های آمونیاکی
با توجه به پس‌زمینه{0}کلرید بالا، شاخص‌های اشکال مختلف نیتروژن می‌توانند سرنخ‌های تشخیصی واضحی ارائه دهند. آمونیاک-نیتروژن بسیار بالا؛ نیترات{3}}سطوح نیتروژن نزدیک به صفر است
پدیده: سطوح نیتروژن آمونیاک-در خروجی مخزن هوازی به اندازه مقادیر موجود در ورودی باقی می‌ماند، اما نیتروژن نیترات-به سختی قابل تشخیص است.
تشخیص: عملکرد نیتریفیکاسیون کاملاً از بین رفته است. با توجه به پس زمینه یون کلرید بالا، مهار شوری مظنون اصلی است.
اقدامات اضطراری: منبع یون کلرید باید فورا شناسایی و قطع شود. در موارد شوک موقت (مانند نفوذ آب دریا)، جریان ورودی را کاهش دهید و به "هوادهی حلقه بسته" (هوادهی بدون جریان) تغییر دهید تا قبل از از سرگیری آرام عملیات عادی، رقیق شدن شوری فراهم شود. تنظیمات استاندارد-مانند تغییر سن لجن یا افزایش شدت هوادهی{4}}کاملاً بی اثر خواهند بود.
آمونیاک{0}}نیتروژن بالا و نیترات- بالا
پدیده: نیتریفیکاسیون تا حدی فعال است، اما تبدیل آمونیاک ناقص است.
تشخیص: غلظت یون کلرید ممکن است در آستانه بحرانی (2000-5000 میلی گرم در لیتر) باشد که به شدت سرعت نیتریفیکاسیون را مهار می کند. به طور متناوب، کمبود فسفر ممکن است جمعیت باکتری های نیتریفیک کننده را محدود کند. تجزیه و تحلیل پروفیل طولی برای مشخص کردن محل توقف کاهش سطح آمونیاک لازم است. این باید با داده های OUR (نرخ جذب اکسیژن) ترکیب شود تا میزان بازداری را ارزیابی کند.
"واگرایی" بین تجمع آمونیاک و pH
این یک سیگنال هشدار اولیه است که به راحتی نادیده گرفته می شود. نیتریفیکاسیون یک فرآیند تولید اسید (مصرف قلیاییت) است که معمولاً باعث کاهش pH می‌شود. اگر غلظت آمونیاک در سرتاسر مخزن هوازی بالا بماند در حالی که PH بالا می رود یا کاهش نمی یابد، نشان دهنده این است که نیتریفیکاسیون بسیار ضعیف است یا به طور کامل متوقف شده است. این پدیده به‌عنوان یک هشدار اولیه-از چند دقیقه تا نزدیک به یک ساعت{5}}از فروپاشی قریب‌الوقوع سیستم نیتریفیکاسیون اطلاع‌رسانی می‌کند و ارزش پیش‌بینی بیشتری را نسبت به داده‌های آمونیاک به تنهایی ارائه می‌دهد.
