في المعالجة اللاهوائية لمياه الصرف الصحي المنزلية، يتم الحفاظ على وقت الاحتفاظ لأكثر من ساعتين، ووقت الاحتفاظ بنقص الأكسجين لأكثر من ساعتين، ووقت الاحتفاظ بالخزان الهوائي لمدة 6 ساعات. يبدو أن أوقات الاحتفاظ اللاهوائية ونقص الأكسجين تهدف إلى إزالة المواد العضوية بشكل أفضل. إذا كان محتوى المادة العضوية منخفضًا، فهل يلزم تقصير وقت الاحتفاظ؟ وإذا كان محتوى المادة العضوية مرتفعًا، فهل يلزم تمديد فترة الاحتفاظ؟ ما هو التأثير إذا كان وقت الاحتفاظ طويلاً جدًا أو قصيرًا جدًا؟ يبدو أن وقت الاحتفاظ الهوائي الأطول هو تسهيل نمو البكتيريا الآزوتية لإزالة نيتروجين الأمونيا بشكل أكثر فعالية. شكراً لكم أيها الخبراء على (الشرح العلمي الشعبي)!
غالبًا ما يتم التغاضي عن وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) في إدارة العمليات اليومية، ومع ذلك فهو يمثل نقطة بيانات مرجعية مهمة، خاصة بالنسبة لأنظمة إزالة النيتروجين والفوسفور!
1. ما هو وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT)؟
وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (المختصر بـ HRT) هو مصطلح يستخدم في عمليات معالجة المياه. ويشير إلى متوسط الوقت الذي تبقى فيه مياه الصرف الصحي المراد معالجتها في المفاعل، أي متوسط وقت التفاعل بين مياه الصرف الصحي والكائنات الحية الدقيقة في المفاعل البيولوجي.
بالنسبة للمعالجة البيولوجية، يجب أن يفي العلاج التعويضي بالهرمونات بمتطلبات العملية المحددة. خلاف ذلك، إذا كان العلاج التعويضي بالهرمونات غير كاف، ستكون التفاعلات الكيميائية الحيوية غير مكتملة، مما يؤدي إلى ضعف كفاءة العلاج. على العكس من ذلك، يمكن أن يسبب العلاج التعويضي بالهرمونات الطويل جدًا شيخوخة الحمأة في النظام.
الجدول: العلاج التعويضي بالهرمونات لعمليات معالجة مياه الصرف الصحي المختلفة
عندما تكون كفاءة العلاج ضعيفة، يمكن استخدام قيمة HRT التصميمية للتحقق. عند التحقق من العلاج التعويضي بالهرمونات، يجب أن يتضمن معدل التدفق تدفق عودة الحمأة. إذا كان HRT صغيرًا جدًا، فيجب تقليل معدل تدفق مياه الصرف الصحي ببطء؛ وإذا كانت كبيرة جدًا، فيجب زيادة معدل تدفق مياه الصرف الصحي ببطء. لاحظ أن أي تغييرات في معدل تدفق مياه الصرف الصحي يجب أن تتم تدريجياً لتجنب فرض حمل صدمة على النظام. ونظراً للطبيعة الصعبة لمعالجة مياه الصرف الصحي، لا ينبغي أن يتم تقليل معدل تدفق مياه الصرف الصحي الواردة باستخفاف؛ يجب إجراء التعديلات في المقام الأول على معدل تدفق العودة.
في عملية الحمأة المنشطة التقليدية، يحدد HRT إلى حد كبير درجة معالجة مياه الصرف الصحي لأنه يحدد وقت الاحتفاظ بالحمأة. ومع ذلك، في عملية MBR (المفاعل الحيوي الغشائي)، يحتفظ تأثير الفصل للغشاء تمامًا بالكائنات الحية الدقيقة داخل خزان التفاعل، وبالتالي تحقيق الفصل الكامل بين وقت الاحتفاظ الهيدروليكي وعمر الحمأة!
2. حساب وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT)
يوجد في الواقع نوعان من وقت الاحتفاظ الهيدروليكي في معالجة مياه الصرف الصحي: أحدهما يسمى وقت الاحتفاظ الهيدروليكي الاسمي، والآخر هو وقت الاحتفاظ الهيدروليكي الفعلي!
1. وقت الاحتفاظ الهيدروليكي الاسمي
كما يوحي الاسم، هذا الحساب يعتمد على التعريف: وقت الاحتفاظ الهيدروليكي يساوي الحجم الفعال لنظام معالجة مياه الصرف الصحي مقسومًا على معدل التدفق المتدفق.
إذا كان الحجم الفعال لنظام معالجة مياه الصرف الصحي هو V (m³)، و Q هو معدل التدفق المؤثر في الساعة (m³/h)، فإن صيغة وقت الاحتفاظ الهيدروليكي هي:
`HRT=V / Q`
2. وقت الاحتفاظ الهيدروليكي الفعلي
يشير وقت الاحتفاظ الهيدروليكي الفعلي إلى الوقت الحقيقي الذي تبقى فيه مياه الصرف الصحي فعليًا في نظام المعالجة، ويجب أن يأخذ في الاعتبار تدفق عودة الحمأة:
إذا كان الحجم الفعال لنظام معالجة مياه الصرف الصحي هو V (m³)، Q هو معدل التدفق المؤثر في الساعة (m³/h)، و R هي نسبة إعادة تدوير الحمأة، فإن صيغة وقت الاحتفاظ الهيدروليكي هي:
`HRT=V / [(1 + R) Q]`
لذا، في نظام إزالة النيتروجين، هل يتم تضمين تدفق إعادة التدوير الداخلي في حساب وقت الاحتفاظ الهيدروليكي الفعلي لخزان نقص الأكسجين؟ وقد تمت مناقشة هذه المسألة. بشكل عام، لا يتم تضمين تدفق إعادة التدوير الداخلي في صيغة العلاج التعويضي بالهرمونات الفعلي لخزان نقص الأكسجين. توفر اللوائح عادةً نطاقًا لخزان العلاج التعويضي بالهرمونات لخزان الأكسجين فقط. لحساب خزان نقص الأكسجين العلاج التعويضي بالهرمونات، يتم تضمين نسبة إعادة التدوير الخارجي R دون نزاع؛ من المقبول عمومًا أن معدل التدفق المؤثر الفعال هو (1+R)Q.
لذلك، يعتبر خزان نقص الأكسجين HRT بشكل عام بمثابة HRT=V / [(1 + R) Q].
فيما يتعلق بما إذا كان ينبغي حساب تدفق إعادة التدوير الداخلي لخزان نقص الأكسجين HRT، من منظور مجهري، إذا كانت نسبة إعادة التدوير الداخلي r=4 أو N، فإننا نعتبر أن الماء يتم إعادة تدويره 4 أو N مرات. لذلك، على الرغم من أن وقت الاحتفاظ لكل تمريرة قصير، فإن إجمالي الوقت الذي يزيد عن 4 أو N تمريرات يكون مكافئًا، مما يعوض بشكل فعال تأثير إعادة التدوير الداخلي.
ولذلك، لا يتم تضمين تدفق إعادة التدوير الداخلي في الصيغة.
3. دور وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT)
تأثير العلاج التعويضي بالهرمونات على إزالة النيتروجين
في عملية A²/O، وفي ظل ظروف العلاج التعويضي بالهرمونات الطويلة بما فيه الكفاية، توجد كفاءة إزالة جيدة لـ NH₃-N. إذا كان العلاج التعويضي بالهرمونات قصيرًا جدًا، فلن يكون لدى المجموعات الميكروبية المختلفة في خزان التفاعل الوقت الكافي للنمو، ويتم غسل الحمأة بسرعة كبيرة جدًا، ولا تتم تفاعلات النترجة ونزع النتروجين بشكل كامل. عندما يصل العلاج التعويضي بالهرمونات إلى قيمة معينة، تكفي للتفاعلات في كل مفاعل بشكل كامل، فإن زيادة العلاج التعويضي بالهرمونات تضيف فقط عبئًا اقتصاديًا دون توفير تحسن أكثر أهمية في إزالة النيتروجين.
ومع ذلك، أشارت الأبحاث التي أجريت على عمليات MBR الهجينة إلى أنه ضمن نطاق العلاج التعويضي بالهرمونات الذي تم اختباره (4.97 ساعة - 8.70 ساعة)، زادت كفاءة إزالة TN للنظام مع انخفاض العلاج التعويضي بالهرمونات. وذلك لأنه في ظل ظروف العلاج التعويضي بالهرمونات الطويلة، ينخفض معدل التحميل العضوي للنظام، مما قد يؤدي إلى تكثيف التنفس الداخلي للكتلة الحيوية، ويؤثر على نشاط الحمأة، ويقلل في النهاية من كفاءة إزالة الملوثات في النظام. يمكن أن يؤدي تقليل HRT إلى زيادة معدل التحميل العضوي للنظام، وبالتالي تعزيز قدرة النظام على إزالة النتروجين وتحسين أداء إزالة النيتروجين في النهاية.
تأثير العلاج التعويضي بالهرمونات على إزالة الفوسفور
في عملية SBR، يكون لـ HRT تأثير صغير نسبيًا على كفاءة إزالة PO₄³⁻-P؛ لا تُظهر هذه العملية إزالة مهمة لـ PO₄³⁻-P. قد يكون هذا بسبب أن البكتيريا النازعة للنتروجين والكائنات الحية المتراكمة للفوسفات -(PAOs) كلاهما غير متجانسين. يمكن للبكتيريا النازعة للنتروجين أن تمتص وتستخدم VFAs قبل PAOs لإزالة النتروجين، ولدى PAOs متطلبات أكثر صرامة لمصادر الكربون من البكتيريا النازعة للنتروجين - يتم استخدام المواد العضوية القابلة للتحلل بسهولة بشكل تفضيلي عن طريق إزالة النتروجين من البكتيريا. يؤدي هذا إلى امتصاص مصدر كربون أقل بواسطة PAOs، وبالتالي تقليل VFA، مما يؤدي إلى تقليل PHB (poly- -hydroxybutyrate) المتولد في ظل الظروف اللاهوائية. ونتيجة لذلك، فإن الطاقة اللازمة لإطلاق الفوسفور تقل نسبيًا.
تظهر الأبحاث التي أجريت على عملية A²/O أنه مع زيادة العلاج التعويضي بالهرمونات، فإن كفاءة إزالة TP لا تزيد بالضرورة بشكل مستمر ولكنها تظهر اتجاهًا للزيادة أولاً ثم التناقص. عندما يكون HRT 8 ساعات، تكون كفاءة إزالة TP هي الأعلى، مما يشير إلى أفضل أداء للإزالة. عندما يزيد العلاج التعويضي بالهرمونات إلى 12 ساعة، تظهر كفاءة إزالة TP اتجاهًا هبوطيًا، ويتدهور أداء إزالة الفوسفور. يشير هذا إلى أن العلاج التعويضي بالهرمونات الطويل بما فيه الكفاية مفيد لإزالة TP. ومع ذلك، مع زيادة العلاج التعويضي بالهرمونات بشكل أكبر، ينخفض معدل إزالة TP تدريجيًا، مما قد يكون له تأثير سلبي على إزالة الفوسفور. قد يكون هذا لأنه إذا كان HRT كبيرًا جدًا، فقد يؤدي إلى الحمأة