چگونه ظرفیت واقعی دنیتریفیکاسیون یک مخزن آنوکسی را ارزیابی کنیم

در عملیات تصفیه خانه فاضلاب، نیتروژن کل بیش از حد (TN) در پساب اغلب یکی از مشکلات دشوارتر برای عیب یابی است. هنگامی که یک هشدار کیفیت{1}}پساب راه اندازی می شود، اولین واکنش اغلب این است که فرض کنیم مخزن اکسیژن حجم کافی ندارد. سپس اپراتورها ممکن است با افزودن کربن خارجی بیشتر یا افزایش غلظت لجن پاسخ دهند.

با این حال، این اقدامات می تواند به سرعت هزینه های عملیاتی را افزایش دهد و حتی ممکن است باعث ایجاد مشکلات ثانویه مانند ته نشین شدن ضعیف لجن شود. این یک سوال مهم را مطرح می کند:

در عمل مهندسی، زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) نشان داده شده در نقشه های طراحی اغلب به عنوان شاخص اولیه ظرفیت یک مخزن اکسیژن استفاده می شود. محاسبه HRT آسان است، اما فقط شرایط هیدرولیک مخزن را توصیف می کند. این به طور مستقیم به ما نمی گوید که سیستم بیولوژیکی واقعاً چقدر نیترات می تواند حذف کند.

فرض متعارف این است که اگر فاضلاب برای مدت زمان کافی در مخزن اکسیژن باقی بماند، نیترات زدایی کامل خواهد شد. در واقع، این فرض همیشه صادق نیست. نیترات زدایی یک فرآیند بیولوژیکی است و سرعت آن به شدت تحت تأثیر عواملی مانند دمای آب، فعالیت لجن، غلظت MLVSS، بارگیری نیترات ورودی، در دسترس بودن کربن و اکسیژن محلول است.

بنابراین، هنگام ارزیابی ظرفیت واقعی یک مخزن اکسیژن،HRT نباید به تنهایی در نظر گرفته شود. یک رویکرد معنادارتر، ارزیابی میزان نیترات زدایی خاص و استفاده از آن برای تأیید ظرفیت تصفیه واقعی سیستم است.

فرمول زمان نگهداری هیدرولیک ساده است:

HRT=حجم مخزن ÷ نرخ جریان

به عنوان مثال، اگر یک مخزن بدون اکسیژن دارای حجم 300 m³ و سرعت جریان 100 m³ / ساعت باشد، HRT نظری 3 ساعت است.

اما در حذف بیولوژیکی نیتروژن، سه ساعت همیشه به یک معنا نیست.

نیترات زدایی یک فرآیند بیوشیمیایی میکروبی است، بنابراین سرعت واکنش آن با شرایط عملیاتی تغییر می کند. دمای آب یکی از مهمترین عوامل است. در طول زمستان، دمای پایین‌تر می‌تواند به طور قابل توجهی فعالیت میکروبی و عملکرد نیترات زدایی را کاهش دهد.

در همان HRT سه ساعته، میزان نیترات زدایی در 25 درجه می تواند بیش از دو برابر در 12 درجه باشد. این بدان معناست که حجم مخزنی که حذف کافی نیتروژن را در طول تابستان فراهم می کند، ممکن است تنها حدود نیمی از ظرفیت حذف موثر نیتروژن را در طول زمستان داشته باشد.

با این حال، دما تنها یک عامل است.

غلظت لجن و بارگذاری پساب نیز حیاتی هستند. هنگامی که غلظت لجن فعال در یک مخزن بدون اکسیژن از 2500 میلی گرم در لیتر به 4000 میلی گرم در لیتر افزایش می یابد، زیست توده موجود برای نیترات زدایی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. بنابراین ظرفیت حذف نیتروژن حاصل لزوماً به نسبت ساده با افزایش غلظت لجن تغییر نمی کند.

به طور مشابه، هنگامی که غلظت نیترات ورودی از 20 میلی گرم در لیتر به 35 میلی گرم در لیتر افزایش می یابد، مقدار نیتراتی که باید در همان زمان ماند هیدرولیکی حذف شود، به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

به همین دلیل است که مقدار HRT به خودی خود فقط اطلاعات محدودی در مورد ظرفیت واقعی بیولوژیکی یک مخزن بدون اکسیژن ارائه می دهد.

اگر HRT به تنهایی نمی تواند ظرفیت یک تانک بدون اکسیژن را به طور کامل توصیف کند، مهندسان باید در عوض به چه چیزی نگاه کنند؟

یکی از پارامترهای مهم این استنرخ نیترات زدایی خاص.

نرخ نیترات زدایی خاص توصیف می کند که چه مقدار نیتروژن نیترات می تواند توسط مقدار معینی از زیست توده فعال در یک دوره زمانی معین حذف شود. برخلاف HRT که فقط شرایط هیدرولیکی را توصیف می کند، نرخ نیترات زدایی خاص منعکس کننده عملکرد بیولوژیکی واقعی لجن در شرایط عملیاتی خاص است.

نرخ نیترات زدایی بسته به عواملی مانند دمای آب، فعالیت لجن، غلظت MLVSS، در دسترس بودن کربن، بارگیری نیترات ورودی، اکسیژن محلول و وجود مواد بازدارنده می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد.

بنابراین، هیچ نرخ واحد نیترات زدایی وجود ندارد که بتوان آن را به طور جهانی برای هر تصفیه خانه فاضلاب اعمال کرد.

برای کارخانه‌های موجود، آزمایش‌های اختصاصی{0}}سایت روش ترجیحی است. مشروب مخلوط را می توان از مخزن بدون اکسیژن جمع آوری کرد و تحت شرایط کنترل شده با استفاده از فاضلاب واقعی و در صورت لزوم، یک منبع کربن خارجی آزمایش کرد. سپس می توان از تغییر غلظت نیترات در طول زمان برای ارزیابی عملکرد واقعی نیترات زدایی لجن استفاده کرد.

هنگامی که آزمایش آزمایشگاهی در دسترس نیست، از داده های عملیاتی نیز می توان برای تخمین ظرفیت حذف واقعی نیتروژن سیستم استفاده کرد. نکته کلیدی ارزیابی حذف نیترات همراه با مقدار زیست توده فعال در مخزن اکسیژن به جای تکیه بر HRT به تنهایی است.

این رویکرد مبنای واقعی تری برای تعیین اینکه آیا مخزن اکسیژن موجود واقعاً فاقد ظرفیت است یا اینکه ظرفیت بیولوژیکی موجود آن به سادگی به طور کامل مورد استفاده قرار نمی گیرد، فراهم می کند.

قابل اعتمادترین روش، انجام آزمایش دسته ای{0}}خاص سایت است.

مشروب مخلوط را می توان از خروجی مخزن بدون اکسیژن جمع آوری کرد و تحت شرایط کنترل شده با استفاده از فاضلاب ورودی واقعی یا منبع کربن مناسب آزمایش کرد. سپس می توان از تغییر غلظت نیترات در طول زمان برای تعیین میزان نیترات زدایی استفاده کرد.

این نوع آزمایش درک واقعی تری از فعالیت بیولوژیکی لجن در شرایط واقعی گیاه ارائه می دهد.

هنگامی که آزمایش آزمایشگاهی در دسترس نیست، می‌توان از یک روش محاسباتی ساده{0}}هم استفاده کرد.

مفهوم اصلی محاسبه مقدار نیتروژن نیترات حذف شده در واحد زمان و سپس تقسیم آن بر کل جرم MLVSS موجود در مخزن بدون اکسیژن است.

به شکل ساده شده:

نرخ ویژه نیتروژن زدایی=بار حذف نیتروژن ÷ جرم کل MLVSS

بار حذف نیتروژن را می توان از تفاوت بین غلظت نیترات ورودی و غلظت نیترات پساب هدف ضرب در نرخ جریان مربوطه تخمین زد.

یک نکته مهم را نباید نادیده گرفت:هر زمان که نرخ نیترات زدایی خاص بر اساس مواد جامد فرار بیان شود، محاسبه باید بر اساس MLVSS باشد نه MLSS.

MLSS حاوی مواد جامد آلی و معدنی است. بخش معدنی یا خاکستر مستقیماً در نیترات زدایی بیولوژیکی شرکت نمی کند. بنابراین MLVSS نمایش بهتری از جامدات بیولوژیکی فعال درگیر در فرآیند ارائه می دهد.

به طور کلی، حفظ غلظت MLVSS تقریباً2000-4000 میلی گرم در لیتردر مخزن بدون اکسیژن مناسب در نظر گرفته می شود، اگرچه مقدار بهینه به پیکربندی کلی فرآیند و شرایط عملیاتی بستگی دارد.

اگر محاسبات نشان دهد که مخزن بدون اکسیژن موجود نمی تواند ظرفیت نیترات زدایی کافی را فراهم کند، گسترش مخزن لزوما اولین یا تنها راه حل نیست.

چندین استراتژی عملیاتی را می توان قبل از انجام اصلاحات گران قیمت مهندسی عمران در نظر گرفت.

1. افزایش زیست توده موثر (MLVSS)

افزایش میزان زیست توده فعال یکی از مستقیم ترین راه ها برای افزایش ظرفیت نیترات زدایی است.

با این حال، صرف افزایش غلظت لجن همیشه مفید نیست.

زیست توده اضافی باید توسطظرفیت جابجایی جامدات- شفاف کننده ثانویه. اگر زلال ساز از قبل نزدیک به حد شار جامد خود کار می کند، MLSS بیش از حد ممکن است منجر به ته نشین شدن ضعیف، بالا آمدن پوشش لجن یا شستشوی لجن شود.

قابلیت اختلاط مخزن اکسیژن نیز باید در نظر گرفته شود. غلظت بالاتر مواد جامد تقاضا برای اختلاط موثر را افزایش می دهد. اگر سیستم اختلاط نتواند لجن را در حالت تعلیق نگه دارد، افزایش MLVSS ممکن است سود عملی کمی داشته باشد.

بنابراین، MLVSS هدف باید با در نظر گرفتن الزامات بیولوژیکی و ظرفیت حمل و نقل هیدرولیکی و جامدات سیستم کلی تعیین شود.

2. افزودن کربن خارجی را بهینه کنید

هنگامی که کربن زیست تخریب پذیر موجود در فاضلاب ناکافی است، افزودن کربن خارجی می تواند یک راه موثر برای بهبود نیترات زدایی باشد.

با این حال،کربن بیشتر لزوماً به معنای حذف بهتر نیتروژن نیست.

دوز بیش از حد کربن هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد و ممکن است منجر به باقیمانده مواد آلی در پساب تصفیه شده شود و خطر آلودگی ثانویه را ایجاد کند.

بنابراین، آزمایش در مقیاس{0}}رومیزی برای تعیین اینکه چگونه یک منبع کربن خاص بر نرخ نیترات زدایی خاص لجن کارخانه تأثیر می گذارد، توصیه می شود. بر اساس نتایج آزمایش، می توان نیاز نظری کربن را تخمین زد.

در صورت لزوم،کنترل دوز یا بازخورد چند نقطه ای کربنهمچنین می تواند برای بهبود دقت دوز و پاسخ به تغییرات در بارگذاری نیتروژن ورودی در نظر گرفته شود.

3. DO را در خروجی منطقه هوازی کاهش دهید

این یک اقدام عملیاتی-که اغلب نادیده گرفته می‌شود.

هنگامی که اکسیژن محلول (DO) در انتهای منطقه هوازی بیش از حد بالا باشد، مقدار قابل توجهی از اکسیژن را می توان از طریق بازیافت نیترات داخلی به منطقه بدون اکسیژن حمل کرد.

این می تواند با محیط بدون اکسیژن تداخل داشته باشد زیرا میکروارگانیسم های نیترات زدایی ترجیحاً از اکسیژن محلول در دسترس قبل از استفاده از نیترات به عنوان گیرنده الکترون استفاده می کنند.

به عنوان مثال، کاهش غلظت DO در خروجی منطقه هوازی از تقریباً-2.5 میلی گرم در لیتر تا 1.5 میلی گرم در لیترمی تواند تحت شرایط عملیاتی مناسب، استفاده موثر از منطقه بدون اکسیژن را بدون نیاز به تجهیزات اضافی یا ساخت و ساز شهری بهبود بخشد.

به همین دلیل است که DO نه تنها باید به عنوان یک پارامتر کنترل هوادهی{0}} بلکه به عنوان یک عامل مهم در حذف بیولوژیکی نیتروژن در نظر گرفته شود.

4. الگوی هوادهی را بهینه کنید

برای گیاهان با پیکربندی فرآیند مناسب، هوادهی متناوب در انتهای منطقه هوازی ممکن است راه دیگری برای بهبود حذف نیتروژن ارائه دهد.

در طول دوره های هوادهی، منطقه عملکرد تصفیه هوازی خود را انجام می دهد. با این حال، در طول دوره‌های غیر هوادهی، همان ناحیه می‌تواند به‌طور مؤثری عمل کندپست{0}}منطقه بدون اکسیژن.

در طول این دوره‌های غیر هوادهی، اکسیژن محلول می‌تواند توسط میکروارگانیسم‌ها مصرف شود و شرایط مساعدتری برای نیترات زدایی ایجاد کند. این می تواند حذف نیترات را قبل از بازگشت مشروب مخلوط بازیافتی به منطقه بدون اکسیژن بهبود بخشد.

از این نظر، هوادهی متناوب را می توان به عنوان یک در نظر گرفت"تجارت زمان برای فضا"استراتژی: به جای افزایش فیزیکی حجم مخزن بدون اکسیژن، اپراتورها از حجم مخزن موجود و زمان پردازش کارآمدتر برای ایجاد ظرفیت نیترات زدایی اضافی استفاده می کنند.