ملاحظات کلیدی طراحی و عملیات فرآیند A²O

در زمینه تصفیه آب، فرآیند A²O (بی هوازی-آنوکسی-هوازی)، با توانایی برتر خود در حذف همزمان نیتروژن و فسفر، به گزینه اصلی برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری و صنعتی تبدیل شده است. با این حال، تسلط واقعی بر این فرآیند و دستیابی به تعادل مطلوب در "بازی مثلثی" کربن، نیتروژن و فسفر کار آسانی نیست.

این مقاله از هسته فرآیند شروع می شود و به طور سیستماتیک پارامترهای کلیدی برای محاسبات طراحی آن را بررسی می کند و راه حل های عملی برای مشکلات عملیاتی رایج برای مرجع و تبادل بین همکاران ارائه می دهد.

ماهیت فرآیند A²O ایجاد سه محیط مختلف است که به میکروارگانیسم‌هایی با عملکردهای خاص اجازه می‌دهد تا "نقش مربوطه خود را انجام دهند" و در نهایت به حذف هم افزایی آلاینده‌ها دست می‌یابند. نیروی محرکه اصلی آن از دو سیستم بازگشت اصلی ناشی می شود:
بازگشت لجن: لجن غلیظ از مخزن ته نشینی ثانویه به قسمت جلویی منطقه بی هوازی بازگردانده می شود، که برای اطمینان از "نیروهای" کافی (زیست توده) برای سیستم ضروری است.

گردش مجدد مشروب نیتریفیکاسیون: مخلوط غنی از نیترات-از ناحیه هوازی به جلوی ناحیه بدون اکسیژن پمپ می شود و "مهمات" را برای واکنش نیترات زدایی فراهم می کند.

در این جبهه، سه نوع میکروارگانیسم نقش‌های مشخصی دارند:
منطقه بی‌هوازی{0}}«پیشگامان آزادسازی فسفر»: در شرایط کاملاً بی‌هوازی (DO < 0.2 میلی‌گرم در لیتر)، باکتری‌های انباشته‌شده پلی‌فسفات (PAOs) مجبور به تجزیه پلی‌فسفات‌ها در بدن خود می‌شوند تا انرژی زیادی به دست آورند و مقادیر زیادی از اسیدهای چرب فرار را به‌صورت FA دوباره جذب کنند. آب این یک پیش نیاز برای جذب بیش از حد فسفر بعدی توسط باکتری های هوازی است.
منطقه آنوکسیک-«نیروی اصلی نیتروژن‌زدایی»: باکتری‌های نیترات‌زدایی از کربن آلی موجود در آب خام به‌عنوان اهداکننده الکترون استفاده می‌کنند تا نیتروژن نیترات موجود در مایع در حال چرخش را به گاز نیتروژن کاهش دهند، که به اتمسفر فرار می‌کند و نیترات زدایی را تکمیل می‌کند.
منطقه هوازی-"همه-ترمیناتور گرد": این میدان نبرد نهایی واکنش است. باکتری های نیتروژن، نیتروژن آمونیاکی را به نیتروژن نیترات اکسید می کنند. از سوی دیگر، پلی‌فسفات‌ها-باکتری‌های تجمع‌دهنده، بیش از-فسفات‌ها را از آب جذب می‌کنند و لجن فسفر بالا- را تشکیل می‌دهند. به طور همزمان، باکتری های هتروتروف هوازی به طور کامل BOD را تجزیه می کنند.

1. منطقه بی هوازی: حفاظت از یک "منطقه خلاء" خالص
ماموریت اصلی: اطمینان از آزادسازی موثر فسفر توسط پلی فسفات{0}}جمع آوری باکتری ها، ایجاد ظرفیت برای حذف بعدی فسفر.

HRT (زمان نگهداری هیدرولیک): به طور معمول در 1-2 ساعت کنترل می شود. زمان بسیار کوتاه منجر به آزادسازی ناکافی فسفر می شود. زمان بسیار طولانی به راحتی منجر به تخمیر لجن و تولید گاز می شود و باعث شناور شدن لجن می شود.

کنترل محیطی: DO باید کمتر از 0.2 میلی گرم در لیتر باشد. باید از یک همزن با سرعت کم- استفاده شود که فقط عملکرد تعلیق را انجام می دهد. هوادهی اکیدا ممنوع است مخزن باید پوشیده یا آب بندی شود تا از اکسیژن رسانی مجدد سطحی که محیط بی هوازی را مختل نمی کند جلوگیری شود.

2. منطقه بدون اکسیژن: یک "رآکتور نیترات زدایی" دقیقاً کنترل شده
ماموریت اصلی: حذف موثر نیتروژن و مصرف مقداری مواد آلی برای کاهش بار هوازی.

HRT و منبع کربن: عموماً برای 2-4 ساعت طراحی شده است، زمان خاص باید بر اساس نسبت C/N ورودی (نسبت کربن به نیتروژن) و دمای آب بررسی شود. هنگامی که منبع کربن ورودی برای حمایت از نیترات زدایی کافی نیست، لازم است که استات سدیم یا متانول را برای تکمیل منبع کربن در نظر بگیرید.

نسبت چرخش داخلی (R): این یک پارامتر کلیدی است که راندمان حذف نیتروژن را تعیین می کند. مقدار طراحی معمولاً 100٪ تا 300٪ است و مقدار خاص باید بر اساس میزان حذف نیتروژن کل هدف (TN) به طور دقیق محاسبه شود. کورکورانه نسبت گردش مجدد بیش از حد بالا را دنبال نکنید (در غیر این صورت، مصرف انرژی را افزایش می دهد و DO زیادی را به همراه خواهد داشت).

3. منطقه هوازی: "میدان نبرد اصلی" نیتریفیکاسیون و جذب فسفر

ماموریت اصلی: برای تکمیل واکنش نیتریفیکاسیون، تجزیه BOD، و دستیابی به جذب سوپر فسفات توسط باکتری‌های انباشته{0}}پلی فسفات.

HRT و DO: این منطقه طولانی ترین زمان اقامت را دارد، معمولاً 4-8 ساعت. اکسیژن محلول (DO) باید در 2.0 تا 3.0 میلی گرم در لیتر حفظ شود. DO خیلی کم باعث مهار باکتری های نیتریف کننده می شود، در حالی که DO خیلی زیاد باعث می شود گردش مجدد داخلی مقدار زیادی اکسیژن محلول را حمل کند و محیط بدون اکسیژن/بی هوازی در قسمت جلویی را مختل کند.

زمان نگهداری لجن (SRT): این رگ حیاتی کل سیستم است. برای اطمینان از غنی‌سازی باکتری‌های نیتریت‌کننده (چرخه تولید طولانی)، SRT معمولاً باید 10-15 روز یا بیشتر باشد (در دماهای پایین بیشتر افزایش یابد). با این حال، تناقض در این واقعیت نهفته است که تجمع فسفر توسط باکتری های پلی فسفات (PAP) به حذف لجن بستگی دارد و به زمان نگهداری لجن کوتاه تری نیاز دارد. نقطه تعادل بهینه در این محدوده باید در مرحله طراحی پیدا شود.

نسبت مواد مغذی: نسبت BOD5 ورودی ایده آل : TN : TP باید 100 : (20-25) : (1-5) باشد. منابع کربن "غذای" رایج برای حذف نیتروژن و فسفر هستند. هنگامی که نسبت نامتعادل باشد، دو فرآیند به شدت با هم رقابت خواهند کرد.

غلظت MLSS: ارزش طراحی معمولی بین 2500-4000 میلی گرم در لیتر حفظ می شود.

نسبت بازگشت لجن: معمولاً 50٪ -100٪ تنظیم می شود که برای تثبیت غلظت سیستم و تنظیم زمان ماند واقعی در منطقه بی هوازی استفاده می شود.

دما و pH آب: نیتریفیکاسیون به دما- حساس است. نرخ به طور قابل توجهی زیر 15 درجه کاهش می یابد. pH در منطقه هوازی به طور ایده آل باید بین 7.0 و 8.0 کنترل شود. نیتریفیکاسیون قلیاییت را مصرف می کند. اگر PH خیلی پایین باشد، کربنات سدیم یا مواد افزودنی مشابه مورد نیاز است.

استراتژی افزودن منبع کربن: برای اطمینان از آزادسازی فسفر توسط ارگانیسم‌های انباشته‌کننده پلی‌فسفات (PAOs)، افزودن کربن به منطقه بی‌هوازی را در اولویت قرار دهید. اگر فشار حذف کل نیتروژن بالا است، اضافه کردن کربن به منطقه بدون اکسیژن را در نظر بگیرید.

تنظیم چرخش داخلی هوشمند: نسبت گردش مجدد باید به صورت دینامیکی بر اساس غلظت نیترات در خروجی ناحیه بدون اکسیژن تنظیم شود تا از چرخش بیش از حد منجر به اتلاف انرژی و تداخل اکسیژن محلول (DO) جلوگیری شود.

تخلیه دقیق لجن: تخلیه لجن اضافی تنها راه حذف فسفر است. توصیه می شود نقطه تخلیه لجن در انتهای منطقه هوازی قرار گیرد، جایی که محتوای پلی فسفات درون سلولی PAOs بالاترین میزان است. با تنظیم دقیق نرخ تخلیه لجن، می توان تعادل بین نیتریفیکاسیون طولانی (طولانی) و حذف فسفر کوتاه (کوتاه) تا حذف فسفر (SRT) را به دست آورد.

"اختلاف سن لجن" بین حذف نیتروژن و فسفر
پدیده: نیتریفیکاسیون به یک سن طولانی لجن نیاز دارد، در حالی که حذف فسفر برای تخلیه به سن لجن کوتاه بستگی دارد.
راه حل: سن لجن را در یک محدوده باریک کنترل کنید که امکان انجام هر دو را فراهم می کند. یا تضاد مستقیم را از طریق بهبود فرآیند کاهش دهید (مانند A²O معکوس، اضافه کردن یک ناحیه پیش{0} بدون اکسیژن).

"بازی گرسنگی" منابع کربن
پدیده: با منابع محدود کربن ورودی، باکتری‌های نیترات زدایی و باکتری‌های انباشته‌کننده پلی‌فسفات{0}}برای یافتن «غذا» در مناطق بی‌هوازی/بی‌هوازی رقابت می‌کنند.
راه حل: حجم منطقه بندی هیدرولیک را بهینه کنید. یک فرآیند A²O معکوس را اتخاذ کنید (پیوند دادن ناحیه بدون اکسیژن برای اولویت دادن به منابع کربن نیترات زدایی)، یا افزودن دقیق و هدفمند منابع کربن خارجی.

"بحران لجن شناور" در مخزن ته نشینی ثانویه
علت: نیتروژن زدایی ناقص باعث می شود که نیتروژن باقیمانده لجن را به سطح در مخزن ته نشینی ثانویه برساند.
راه حل: بررسی و افزایش اثر نیترات زدایی در ناحیه بدون اکسیژن، یا به طور مناسب نرخ بازگشت لجن را افزایش دهید تا زمان ماند لجن در مخزن ته نشینی ثانویه کوتاه شود.

راه حل هایی برای "زمستان کارآمد" دماهای پایین: افزایش غلظت MLSS سیستم و افزایش مناسب HRT. در مناطق{0}}عرض جغرافیایی بالا، لازم است سازه‌های عایق یا گرمایش ورودی در نظر گرفته شود. نتیجه گیری: تسلط بر فرآیند A2O اساساً تنظیم دقیق اکوسیستم میکروبی است. از متعادل کردن پارامترها در مرحله طراحی تا سازگاری دینامیکی در طول عملیات، تنها درک عمیق مکانیسم‌های بیوشیمیایی هر مرحله می‌تواند از پیشرفت پایدار و طولانی‌مدت در جهت دستیابی به پساب منطبق اطمینان حاصل کند.