عملية معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية - تفسير سعة التهوية والمعدات
- حصة
- وقت مسألة
- 2025/3/21
ملخص
يجب أن تكون عملية التهوية وتزويد الأكسجين سهلة نسبيًا للخبراء، وتتطلب ثلاثة أمور رئيسية: حساب حجم التهوية (الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بجودة المياه وحجمها)، ومراوح التهوية وأجهزة التهوية. هناك طرق عديدة لحساب حجم التهوية، ولكل طريقة مزاياها وعيوبها (أهمها البساطة ومعدل الانحراف). يمكن للجميع اختيار الطريقة المناسبة وفقًا لظروف المشروع واحتياجاتهم.
بقلم: كيت نانا
تاريخ النشر: ٢١ مارس ٢٠٢٥
علامات المنشور: عملية معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية - تفسير سعة التهوية والمعدات
عملية معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية - تفسير سعة التهوية والمعدات
1. دور التهوية
للتهوية وظيفتان رئيسيتان. إحداهما الخلط والتحريك لتسريع تجانس مياه الصرف الصحي (خزان المعادلة يقتصر على وظيفة التجانس، بينما خزان التهوية يمنع ترسب الحمأة بالإضافة إلى التجانس)؛ والأخرى توفير الغذاء للكائنات الدقيقة الهوائية. يشارك الأكسجين في الأنشطة الأيضية للكائنات الدقيقة الهوائية. وفيما يلي وظائفها المحددة:
إمداد الأكسجين
الخلط والتحريك
من خلال تدفق الهواء الناتج عن التهوية أو التحريك الميكانيكي، يتم خلط مياه الصرف الصحي والحمأة المنشطة بشكل كامل لضمان الاتصال الموحد بين الكائنات الحية الدقيقة والملوثات وتحسين كفاءة المعالجة.
منع ترسب الحمأة
إزالة المواد المتطايرة
2. طريقة حساب التهوية
تنقسم طرق الحساب بشكل رئيسي إلى صيغ تجريبية ونظرية. الصيغ التجريبية هي معاملات تجريبية تم الحصول عليها من خلال حالات فعلية متعددة، ويمكن استخدامها للتحقق من البيانات أو لحساب الأفراد غير المحترفين. تتميز هذه الصيغ بسهولة التعلم وسرعة الحساب، إلا أن الانحراف العددي كبير. الصيغ النظرية هما صيغتان شائعتا الاستخدام في كتب معالجة المياه. ناهيك عن أن عامة الناس، وحتى الخبراء، سيواجهون صداعًا عند رؤية هاتين الصيغتين. الصيغ معقدة نسبيًا وتتضمن المزيد من المعاملات (مثل درجة حرارة الماء، وتشبع الأكسجين، والارتفاع، وتصحيح جودة المياه، إلخ). تكمن ميزتها في دقتها النسبية. وبالطبع، قد تكون الدقة أيضًا عيبًا. مؤشرات جودة المياه الفعلية لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي لها نطاق تقلب معين، والقيم المحسوبة في البداية ليست بالضرورة بيانات دقيقة. الغرض الرئيسي من حساب حجم التهوية هو الحصول على نطاق تقريبي لإمدادات الأكسجين، ثم تعديله وتصحيحه بناءً على مؤشر الأكسجين المذاب للمراقبة الفورية في الموقع الفعلي.
بيانات مرجعية: تقوم محطة معالجة مياه الصرف الصحي بمعالجة 200 متر مكعب من المياه يوميًا، ويتم حساب الطلب الكيميائي للأكسجين عند 500 ملجم/لتر، ويتم حساب الطلب البيولوجي للأكسجين عند 300 ملجم/لتر، وهي مماثلة لمياه الصرف الصحي المنزلية.
2.1 محسوبة بنسبة الغاز إلى الماء
نسبة الهواء إلى الماء، أي نسبة حجم التهوية إلى حجم مياه الصرف الصحي، لقطاع أو فئة معينة من مياه الصرف الصحي، تكون ضمن نطاق معين نسبيًا. وتستند النسبة التالية إلى مياه الصرف الصحي المنزلية كمرجع.
بالنسبة لخزانات التهوية الكيميائية الحيوية، فإن اختيار العملية (سواءً أكسدة بالتلامس أو حمأة منشطة، إلخ) لن يؤثر بشكل أساسي على إمداد الغاز. يرتبط إمداد الغاز فقط بتركيز الطلب الكيميائي للأكسجين (يُنصح بحساب إمداد الغاز بناءً على الطلب الكيميائي للأكسجين بدلاً من الطلب البيولوجي للأكسجين، لأن الطلب الكيميائي الحيوي النهائي يجب إزالته).
بالنسبة لخزانات التهوية، إمداد الهواء:
حجم مياه الصرف الصحي = ١٠-١٥:١، ويمكن اختيار القيمة المتوسطة ١٢.٥:١. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للمسابح الكيميائية الحيوية التي تستخدم عملية MBR، يجب أن تصل نسبة الغاز إلى الماء إلى ٣٠-٤٠:١، وإلا فسيُسد غشاء الألياف المجوفة بسهولة.
بالنسبة لخزان المعادلة، حجم إمداد الهواء:
حجم مياه الصرف الصحي = ٢-٥:١، ويمكن أخذ القيمة المتوسطة ٣:١. خزان المعادلة لا يحتاج إلى تهوية.
حجم إمداد الغاز هو: (12.5 + 3) * 200 = 3100 متر مكعب / يوم = 2.58 متر مكعب / دقيقة
دون النظر إلى خزان التنظيم، فهو 12.5*200=2500م³/يوم=2.1م³/دقيقة
بالطبع، يُراعى في حساب حجم التهوية معدل استخدام الأكسجين في جهاز التهوية. الحساب بسيط للغاية ويمكن لأي شخص عادي حسابه. مع ذلك، لا يُنصح بهذه الطريقة في الصناعة، ولكن يُمكن استخدامها لحساب دقة حجم التهوية.
قد يتساءل البعض، إذا لم تكن مياه الصرف الصحي المنزلية هي مياه صرف صناعي، بل أنواع أخرى منها، فما قيمة هذه النسبة؟ يُمكن تحديدها من خلال نسبة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD). إذا كانت نسبة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) ضمن 500، يُمكن استخدام قيمة مياه الصرف الصحي المنزلية كمرجع. إذا تجاوزت 500، يُمكن حساب نسبة هذا النوع من مياه الصرف إلى 500، ثم ضرب القيمة في نسبة الغاز إلى الماء في مياه الصرف الصحي المنزلية.
على سبيل المثال، إذا كان الطلب الكيميائي للأكسجين في مياه الصرف الصناعي هو 3000 ملجم/لتر، فإن نسبة الغاز إلى الماء هي 3000/500 * 10:1 = 60:1.
2.2 الحساب بواسطة COD
يمكن استخدام هذه الطريقة كخوارزمية بسيطة ذات دقة معقولة. فهي تتجاهل الطلب على الأكسجين لنترتة نيتروجين الأمونيا، وتأخذ بعين الاعتبار فقط الطلب على الأكسجين لتحلل الملوثات العضوية (COD). وبشكل عام، فإن COD هو الطلب على الأكسجين (يمكنك مراجعة COD).
(التعريف)، يجب تحديد هامش معين، ويمكن أن تكون نسبة إمدادات الغاز إلى الطلب الكيميائي المطلوب (COD) 1.05:1. وإذا لزم الأمر، فإن نسبة الطلب على الأكسجين من نترجة نيتروجين الأمونيا إلى نيتروجين الأمونيا هي 4.57:1.
تبلغ إزالة COD اليومية 0.5 كجم/م³ × 200م³/يوم = 100 كجم COD/يوم
الأكسجين المطلوب هو 100×1.05=105kgO2/d
في ظل الظروف القياسية، يبلغ وزن الأكسجين في كل متر مكعب من الهواء 0.28 كجم O2/م3
حجم الهواء المطلوب هو 105/0.28=375م3/يوم
تستخدم البرك الكيميائية الحيوية عمومًا رؤوس تهوية دقيقة المسام، ويبلغ معدل استخدام الأكسجين فيها حوالي 15-20%، بقيمة 17.5%.
سعة المروحة المطلوبة هي: 375/17.5%=2143م³/د=1.8م³/دقيقة
تحقق من نسبة الغاز إلى الماء: 2143/200=10.7:1، والتي تتوافق بشكل أساسي مع 2.1.
2.3 حساب شدة التهوية لكل وحدة مساحة حمام السباحة
لا ينصح به، الخطأ كبير!
ويتم تحليل الأسباب على النحو التالي:
① يختلف حجم حوض الكيمياء الحيوية باختلاف العملية، ويختلف حجم الحمل الناتج عن العمليات المختلفة اختلافًا كبيرًا، كما تختلف مساحة حوض الكيمياء الحيوية باختلاف عمقه.
②العامل الرئيسي المؤثر في التهوية هو تركيز الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) في مياه الصرف الصحي. على سبيل المثال، عندما يكون تركيز الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) 500 أو 3000، لن تكون شدة التهوية ضمن النطاق نفسه. لإجراء الخلط والتحريك البسيط، يُرجى الرجوع إلى شدة تهوية خزان المعادلة.
وفقًا للمواد المرجعية المتوفرة على الإنترنت، تتراوح كثافة التهوية عادةً بين 10 و20 مترًا مكعبًا/مترًا مربعًا في الساعة. وبأخذ القيمة الوسطى، تكون كثافة التهوية 15 مترًا مكعبًا/مترًا مربعًا في الساعة. ونظرًا لضرورة حساب سعة البركة الكيميائية الحيوية، فلن يتم حساب إمداد الأكسجين هنا.
هناك أيضًا طريقة على الإنترنت لحساب إمداد الهواء بناءً على عدد ألواح التهوية، وهي أيضًا غير مُوصى بها. هذه الطريقة بحد ذاتها تُشبه وضع العربة أمام الحصان. الترتيب الطبيعي هو حساب إمداد الهواء أولًا، ثم حساب عدد ألواح التهوية بناءً على إمداد الهواء من لوح تهوية واحد، وأخيرًا، حساب تصميم سطح ألواح التهوية!
2.4 الحساب بناءً على الصيغة النظرية (القسم 7.9 من معيار تصميم الصرف الخارجي)
تنقسم هذه الصيغة إلى 4 خطوات:
عند قياس المواد المحتوية على الكربون باستخدام BOD5، يكون مكافئ الأكسجين للكربون 1.47. (يُعد استخدام COD كمكافئ أكسجين للكربون 1.05 أكثر دقة).
بيانات مرجعية: معدل تدفق مدخل محطة الصرف الصحي 200 متر مكعب/يوم، الطلب الكيميائي للأكسجين عند المدخل 500 ملجم/لتر، الطلب البيولوجي للأكسجين عند المخرج 30 ملجم/لتر، تركيز الحمأة المتبقية MLVSS=2500 جم/م3، نيتروجين كيلدال عند المدخل 50 ملجم/لتر، نيتروجين كيلدال عند المخرج 20 ملجم/لتر، إجمالي النيتروجين عند المدخل 55 ملجم/لتر، نيتروجين نترات المخرج 10 ملجم/لتر.
الصيغة العامة:
طلب الأكسجين لمياه الصرف الصحي = طلب الأكسجين لأكسدة الكربون - طلب الأكسجين لعملية التمثيل الغذائي للميكروبات + طلب الأكسجين لنترات النيتروجين الأمونيا - طلب الأكسجين لعملية نزع النتروجين
التفكيك 1:
طلب الأكسجين لأكسدة الكربون = 0.001*1.47*حجم المياه المعالجة*(الطلب البيولوجي البيوكيميائي للخامس الداخل - الطلب البيولوجي البيوكيميائي للخام الخارج)
الطلب على الأكسجين لأكسدة الكربون = 0.001*1.47*200*(300-30) = 50kgO2/d
بالرجوع إلى القسم ٢.٢، يتبين وجود انحراف كبير في البيانات. حُسبت هذه البيانات باستخدام معامل الطلب الكيميائي للأكسجين (COD)، بافتراض أن معامل الطلب الكيميائي للأكسجين في النفايات السائلة يساوي ٥٠.
الطلب على الأكسجين لأكسدة الكربون = 0.001*1.05*200*(500-50) = 94.5kgO2/d
التفكيك 2:
الطلب على الأكسجين لعملية التمثيل الغذائي للميكروبات = 1.42 * الانبعاثات اليومية للكائنات الحية الدقيقة
كمية الكائنات الحية الدقيقة التي يتم تصريفها يوميًا = معامل الحمأة 0.5 * تركيز الطلب البيولوجي البيوكيميائي لمياه الصرف الصحي 0.3 * حجم مياه الصرف الصحي 200 م 3 / يوم = 3 كجم / يوم
ثم يكون الطلب على الأكسجين لعملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة = 1.42*3 = 4.3 كجم O2/يوم
لذلك، بعض القيم تكون صغيرة نسبيًا، ويمكن تجاهل هذا الجزء في الحساب الفعلي لحجم التهوية!
التفكيك 3:
الطلب على الأكسجين من نترجة نيتروجين الأمونيا = الأكسجين المطلوب لأكسدة كل كيلوغرام من نيتروجين الأمونيا * [0.001 * حجم المياه المعالجة * (نيتروجين كيلدال الداخل - نيتروجين كيلدال الخارج) - محتوى النيتروجين MLVSS]
إذا لم تكن هناك عادةً بيانات نيتروجين كيلدال، فيمكن استخدام بيانات نيتروجين الأمونيا بدلاً من ذلك!
الطلب على الأكسجين من نترجة نيتروجين الأمونيا = 4.57*[0.001*200*(50-20)-0.12*3]≈25.8kgO2/d
التفكيك 4:
الطلب على الأكسجين لعملية نزع النتروجين = 0.62* الأكسجين اللازم لأكسدة كيلوغرام واحد من نيتروجين الأمونيا*[0.001* حجم المياه المعالجة*(إجمالي النيتروجين الداخل إلى الخارج - نترات نيتروجين كيلدال الخارج)-محتوى النيتروجين في MLVSS]
إذا لم تكن هناك بيانات نيتروجين كيلدال، فيمكن استخدام بيانات النيتروجين الكلية بدلاً من نترات النيتروجين!
الطلب على الأكسجين لعملية نزع النتروجين = 0.62*4.57[0.001*200*(55-20-10)-0.12*3]≈13.2kgO2/d
الصيغة العامة:
الطلب على الأكسجين في مياه الصرف الصحي = الطلب على الأكسجين لأكسدة الكربون - الطلب على الأكسجين لعملية التمثيل الغذائي للميكروبات + الطلب على الأكسجين لنترات النيتروجين الأمونيا - الطلب على الأكسجين لعملية نزع النتروجين = 94.5-4.3 + 25.8-13.2 = 102.8 كجم O2/يوم
في الهندسة الفعلية، يمكن أيضًا استخدام هذه الصيغة لإجراء حسابات بسيطة من خلال الرجوع إلى القسم 2.2، أي يتم حساب الطلب على الأكسجين لأكسدة الكربون والطلب على الأكسجين لنترات النيتروجين الأمونيا فقط.
في ظل الظروف القياسية، يبلغ وزن الأكسجين في كل متر مكعب من الهواء 0.28 كجم O2/م3
حجم الهواء المطلوب هو 102.8/0.28=367م3/يوم
تستخدم البرك الكيميائية الحيوية عمومًا رؤوس تهوية دقيقة المسام، ويبلغ معدل استخدام الأكسجين فيها حوالي 15-20%، بقيمة 17.5%.
سعة المروحة المطلوبة هي: 367/17.5%=2097م³/د=1.75م³/دقيقة
تحقق من نسبة الغاز إلى الماء: 2097/200=10.5:1، والتي تتوافق بشكل أساسي مع القسم 2.1.
من هنا، يتضح أنه يمكن تجاهل حاجة الأكسجين لعملية الأيض الميكروبية نفسها. وعندما لا يكون تركيز نيتروجين الأمونيا مرتفعًا، يمكن أيضًا تجاهل حاجة الأكسجين لعملية نترجة نيتروجين الأمونيا ونزع النتروجين منها.