أسباب ضعف معدل الإزالة الكيميائية الحيوية للملوثات والحلول

(1) العناصر الغذائية

العناصر الغذائية، مثل النيتروجين والفوسفور، في مياه الصرف الصحي عمومًا قادرة على تلبية احتياجات الكائنات الدقيقة، ولكن هناك فائض كبير منها. ومع ذلك، عندما تكون نسبة مياه الصرف الصناعي كبيرة، يجب مراعاة نسبة الكربون والنيتروجين والفوسفور لتحقيق نسبة ١٠٠:٥:١. في حال نقص النيتروجين في مياه الصرف، يمكن عادةً إضافة أملاح الأمونيوم. وفي حال نقص الفوسفور، يمكن عادةً إضافة الفوسفات.

(2) الرقم الهيدروجيني

درجة حموضة مياه الصرف الصحي متعادلة، وعادةً ما تتراوح بين 6.5 و7.5. قد يُعزى الانخفاض الطفيف في درجة الحموضة إلى التخمر اللاهوائي في خط أنابيب نقل مياه الصرف الصحي. أما الانخفاضات الكبيرة في درجة الحموضة خلال موسم الأمطار، فغالبًا ما تكون نتيجةً للأمطار الحمضية في المناطق الحضرية، والتي تكثر بشكل خاص في أنظمة التدفق المشترك. عادةً ما تحدث التغيرات الكبيرة المفاجئة في درجة الحموضة، سواءً بالزيادة أو النقصان، بسبب كميات كبيرة من مياه الصرف الصناعي. عادةً ما يُضبط درجة حموضة مياه الصرف الصحي بإضافة هيدروكسيد الصوديوم أو حمض الكبريتيك، ولكن هذا سيزيد بشكل كبير من تكلفة معالجة مياه الصرف الصحي.

عند ارتفاع نسبة المواد الزيتية في مياه الصرف الصحي، يُقلل ذلك من كفاءة تهوية معدات التهوية. فعدم زيادة كمية التهوية يُحسّن كفاءة المعالجة، لكن زيادة كمية التهوية ستؤدي حتمًا إلى زيادة تكلفة معالجة مياه الصرف الصحي. بالإضافة إلى ذلك، يُقلل ارتفاع نسبة الزيوت والشحوم في مياه الصرف الصحي من كفاءة ترسيب الحمأة المنشطة، وفي حال تفاقم الوضع، يُصبح سببًا لتمدد الحمأة، مما يؤدي إلى تجاوز مياه الصرف الصحي للمواصفات القياسية. مع ارتفاع نسبة المواد الزيتية في المياه الداخلة، تزداد الحاجة إلى زيادة جهاز إزالة الزيوت في قسم المعالجة المسبقة.

(4)درجة الحرارة

يؤثر تأثير درجة الحرارة على عملية معالجة الحمأة المنشطة تأثيرًا واسعًا. أولًا، تؤثر درجة الحرارة على نشاط الكائنات الدقيقة في الحمأة المنشطة، وفي الشتاء، عندما تكون درجة الحرارة منخفضة، ينخفض تأثير المعالجة في حال عدم اتخاذ أي إجراءات تنظيمية. ثانيًا، تؤثر درجة الحرارة على أداء فصل خزان الترسيب الثانوي، على سبيل المثال، يؤدي تغير درجة الحرارة إلى إنتاج خزان الترسيب تدفقًا كثيفًا غير متجانس، مما يؤدي إلى تدفق قصير؛ ويؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى زيادة لزوجة الحمأة المنشطة وتقليل أداء الترسيب؛ ويؤثر تغير درجة الحرارة على كفاءة نظام التهوية، حيث ترتفع درجة الحرارة في الصيف بسبب انخفاض التركيز المشبع للأكسجين المذاب، مما يُصعّب عملية الأكسجة، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة التهوية، ويؤدي إلى انخفاض كثافة الهواء. ولضمان ثبات إمداد الهواء، من الضروري زيادة إمداد الهواء.

تتضمن الأسباب المؤثرة على تأثير معالجة النيتروجين الأمونيا العديد من الجوانب، وأهمها:

(1) حمل الحمأة وعمر الحمأة

النترتة البيولوجية عملية منخفضة الحمل، وتتراوح نسبة F/M عادةً بين 0.05 و0.15 كجم BOD/kgMLVSS - d. كلما انخفض الحمل، زادت النترتة، وزادت كفاءة تحويل NH3 - N إلى NO3 - N. وكلما انخفض الحمل، زادت النترتة، وزادت كفاءة تحويل NH3 - N إلى NO3 - N. وبالتوافق مع الحمل المنخفض، يكون زمن النترتة (SRT) لنظام النترتة البيولوجية أطول عمومًا، لأن البكتيريا النترتية لها دورة توليد طويلة، فإذا كان وقت احتفاظ الحمأة في النظام البيولوجي قصيرًا جدًا، أي أن زمن النترتة قصير جدًا، وكان تركيز الحمأة منخفضًا، لا يمكن زراعة البكتيريا النترتية، ولا يمكن الحصول على تأثير النترتة. يتم التحكم في كمية زمن النترتة (SRT) من خلال درجة الحرارة وعوامل أخرى. بالنسبة للنظام البيولوجي الذي يهدف إلى إزالة النيتروجين كهدف رئيسي، يمكن عادةً اعتبار زمن النترتة (SRT) من 11 إلى 23 يومًا.

(2) نسبة الارتجاع

عادةً ما تكون نسبة الارتداد في نظام النترتة البيولوجية أعلى من نسبة عملية الحمأة المنشطة التقليدية، ويرجع ذلك أساسًا إلى احتواء خليط الحمأة المنشطة في نظام النترتة البيولوجية على كمية كبيرة من النترات. إذا كانت نسبة الارتداد صغيرة جدًا، فسيكون زمن بقاء الحمأة المنشطة في خزان الترسيب الثاني أطول، مما يجعلها عرضة لنزع النترتة، مما يؤدي إلى طفو الحمأة. عادةً ما يتم التحكم في نسبة الارتداد في عملية إزالة النيتروجين عند 50-100%.

(3) زمن الاحتفاظ الهيدروليكي

كما أن مدة البقاء الهيدروليكية لخزان التهوية النترتية البيولوجية أطول من عملية الحمأة المنشطة، إذ ينبغي أن تتجاوز 8 ساعات على الأقل. ويعود ذلك أساسًا إلى أن معدل النترتة أقل بكثير من معدل إزالة الملوثات العضوية، مما يتطلب وقت تفاعل أطول.

يُعدّ الطلب البيولوجي البيوكيميائي (BOD5) في حوض النترتة لمياه الصرف الصحي عاملاً مهماً يؤثر على فعالية النترتة. فكلما زاد الطلب البيولوجي البيوكيميائي، زادت حيوية البكتيريا الهوائية غيرية التغذية، وانخفضت نسبة البكتيريا النترتة في الحمأة المنشطة، وانخفض معدل النترتة، وانخفضت كفاءة النترتة في نفس ظروف التشغيل؛ من ناحية أخرى، كلما انخفض الطلب البيولوجي البيوكيميائي (BOD5)، زادت كفاءة النترتة. تشترط المعايير عموماً أن يكون الطلب البيولوجي البيوكيميائي في حوض النترتة أقل من 80 جزء في المليون.

(5) معدل النترتة

نظام النترتة البيولوجية هو عملية متخصصة، ويُعرف معدل النترتة بأنه وحدة وزن الحمأة المنشطة يوميًا، مُضافًا إليها كمية الأمونيا والنيتروجين. يعتمد حجم معدل النترتة على نسبة البكتيريا النترتية في الحمأة المنشطة، ودرجة الحرارة، وعوامل أخرى عديدة. تبلغ القيمة النموذجية 0.02 غرام من NH3-N/غرام من MLVSS × d.

(6)الأكسجين المذاب

بالنسبة للبكتيريا النترتية، فإن نقص الأكسجين يُوقف نشاطها الحيوي، كما أن معدل امتصاصها للأكسجين أقل بكثير من معدل تحلل المواد العضوية. إذا لم يُحافظ على مستوى كافٍ من الأكسجين، فستتنافس البكتيريا النترتية على كمية أقل من الأكسجين المطلوب. لذلك، من الضروري الحفاظ على مستوى الأكسجين المذاب في المنطقة الهوائية من المجمع البيولوجي عند 2 ملغم/لتر أو أكثر، وفي ظل ظروف خاصة، يجب تحسين محتوى الأكسجين المذاب.

(7)درجة الحرارة

البكتيريا النترتية حساسة للغاية لتغيرات درجة الحرارة، فعندما تنخفض درجة حرارة مياه الصرف الصحي عن 15 درجة مئوية، ينخفض معدل النترتة بشكل ملحوظ، وعندما تنخفض عن 5 درجات مئوية، يتوقف نشاطها الفسيولوجي تمامًا. لذلك، تتضح ظاهرة زيادة تركيز الأمونيا في مياه الصرف الصحي خلال فصل الشتاء، وخاصةً في المناطق الشمالية.

(8) الرقم الهيدروجيني

البكتيريا النترتية حساسة جدًا لاستجابة الرقم الهيدروجيني (pH)، حيث يكون نشاطها البيولوجي في أعلى مستوياته بين 8 و9. عندما يكون الرقم الهيدروجيني أقل من 6.0 أو أكبر من 9.6، يتباطأ نشاطها البيولوجي ويميل إلى التوقف. لذلك، يُنصح بمحاولة التحكم في نظام النترتة البيولوجي للسائل المختلط عندما يكون الرقم الهيدروجيني أعلى من 7.0.

تتضمن الأسباب المؤثرة على تأثير معالجة النيتروجين الكلي العديد من الجوانب، أهمها:

(1) حمل الحمأة وعمر الحمأة

بما أن النترتة البيولوجية شرط أساسي لنزع النترتة البيولوجية، فإن النترتة الجيدة فقط هي التي تضمن نزع نترتة فعالاً ومستقراً. لذلك، يجب أن يستخدم نظام نزع النترتة حمولة منخفضة أو فائقة الانخفاض، وأن يستخدم عمرًا عاليًا للحمأة.

(2) نسبة الارتجاع الداخلي والخارجي

في عملية نزع النتروجين، يحدد حجم نسبة الارتداد كفاءة نزع النتروجين، وستؤدي نسبة الارتداد المنخفضة جدًا إلى انخفاض كفاءة نزع النتروجين، ويتجاوز TN المتدفق المعيار، ولكن الارتداد المرتفع جدًا، من ناحية أخرى، سيحمل المزيد من الأكسجين المذاب، ويستهلك مصدر الكربون ويدمر البيئة الخالية من الأكسجين، أعلى من نسبة معينة، لن تتحسن كفاءة نزع النتروجين كثيرًا، ويمكن التحكم في نسبة الارتداد الخارجية لعملية نزع النتروجين العامة بنسبة 50٪ ~ 100٪، ويتم التحكم في نسبة الارتداد الداخلية عمومًا بين 200-400٪، ويتم التحكم في نسبة الارتداد الخارجية بنسبة 200-400٪. ～يمكن التحكم في نسبة الارتداد الخارجية لعملية نزع النتروجين العامة بنسبة 50٪ ~ 100٪، ويتم التحكم في نسبة الارتداد الداخلية عمومًا بنسبة 200-400٪.

(3) معدل نزع النتروجين

يُشير معدل نزع النتروجين إلى كمية النترات المُنزوعة النتروجين لكل وحدة من الحمأة المنشطة يوميًا. ويرتبط معدل نزع النتروجين بدرجة الحرارة وعوامل أخرى، وتتراوح قيمته النموذجية بين 0.06 و0.07 غNO3--N/gMLVSS×d.

(4) الأكسجين المذاب في المنطقة الخالية من الأكسجين

بالنسبة لعملية نزع النتروجين، يُؤمل أن يكون الأكسجين المذاب منخفضًا قدر الإمكان، ويفضل أن يكون صفرًا، حتى تتمكن البكتيريا النازعة للنتروجين من إجراء عملية نزع نتروجين كاملة، مما يُحسّن كفاءة إزالة النيتروجين. ومع ذلك، من منظور التشغيل الفعلي لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي، لا تزال هناك صعوبات في التحكم في الأكسجين المذاب في المنطقة الخالية من الأكسجين عند 0.5 ملغم/لتر أو أقل، مما يؤثر أيضًا على عملية نزع النتروجين بيولوجيًا، مما يؤثر بدوره على مؤشرات النيتروجين الكلية.

(5)BOD5/TKN

لأن بكتيريا نزع النتروجين تعمل على تحلل المواد العضوية، يجب أن تحتوي مياه الصرف الصحي في المنطقة الخالية من الأكسجين على كمية كافية من المواد العضوية لضمان سير عملية نزع النتروجين بسلاسة. ونظرًا لتأخر العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي في بناء شبكات الأنابيب، فإن الطلب البيولوجي البيوكيميائي (BOD5) في المحطة أقل من القيمة التصميمية، بينما تكون مؤشرات النيتروجين والفوسفور وغيرها مساوية أو أعلى من القيمة التصميمية، مما يجعل مصدر الكربون الداخل لا يلبي متطلبات نزع النتروجين من الكربون، ويؤدي أيضًا إلى تجاوز إجمالي النيتروجين في النفايات السائلة للمواصفات القياسية من وقت لآخر. يتم التحكم في نسبة CN العامة عند 4-6.

(6) الرقم الهيدروجيني

لا تتمتع البكتيريا النازعة للنتروجين بنفس حساسية تغيرات الرقم الهيدروجيني مثل البكتيريا النترتية، ويمكنها إجراء عملية التمثيل الغذائي الفسيولوجي الطبيعي ضمن نطاق الرقم الهيدروجيني 6 ~ 9، ولكن أفضل نطاق الرقم الهيدروجيني للنتروجين البيولوجي هو 6.5 ~ 8.0.

(7)درجة الحرارة

على الرغم من أن بكتيريا إزالة النتروجين ليست حساسة لتغيرات درجة الحرارة مثل بكتيريا النتروجين، إلا أن تأثير إزالة النتروجين يتغير أيضًا مع درجة الحرارة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، ارتفع معدل إزالة النتروجين. في درجة حرارة تتراوح بين 30 و35 درجة مئوية، يصل معدل إزالة النتروجين إلى أقصى حد له. أما في درجة حرارة أقل من 15 درجة مئوية، فينخفض معدل إزالة النتروجين بشكل ملحوظ إلى 5 درجات مئوية، وتميل عملية إزالة النتروجين إلى التوقف. لذلك، لضمان فعالية إزالة النيتروجين في الشتاء، من الضروري زيادة معدل إزالة النتروجين، وزيادة تركيز الحمأة، أو زيادة عدد المسابح العاملة.