مخطط تدفق عملية MBBR وتحليل مخطط الانحناء

مبدأ عملية MBBR

يعتمد مبدأ عملية MBBR على زيادة الكتلة الحيوية والأنواع البيولوجية في المفاعل عن طريق إضافة عدد معين من المواد الحاملة المعلقة فيه، مما يحسن كفاءة المعالجة. ولأن كثافة الحشو قريبة من كثافة الماء، فإنه يمتزج تمامًا بالماء أثناء التهوية، وتكون بيئة نمو الكائنات الدقيقة هي الطور الغازي والسائل والصلب. يؤدي تأثير التصادم والقص للناقل في الماء إلى جعل فقاعات الهواء أدق، ويزيد من معدل استخدام الأكسجين. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي كل ناقل على أنواع بيولوجية مختلفة داخله وخارجه، ونمو داخلي لبعض البكتيريا اللاهوائية أو العذرية، والبكتيريا الهوائية الخارجية، بحيث يكون كل ناقل مفاعلًا دقيقًا، بحيث يحدث تفاعل النترتة وتفاعل نزع النترتة في نفس الوقت، مما يحسن من تأثير المعالجة.

تجمع عملية MBBR بين مزايا طريقة الطبقة المميعة التقليدية وطريقة الأكسدة بالتلامس البيولوجي، وهي نوع جديد من طرق معالجة مياه الصرف الصحي، تعتمد على التهوية في خزان التهوية وتحسين تدفق المياه لجعل الناقل في حالة مميعة، ثم تكوين نمو معلق للحمأة المنشطة ونمو ملتصق للغشاء الحيوي، مما يجعل الغشاء الحيوي للطبقة المتحركة يستخدم كامل مساحة المفاعل، ويمنح الطور المتصل والطور المعلق أفضلية بيولوجية لكليهما! هذا يُمكّن الغشاء الحيوي للطبقة المتحركة من استخدام كامل مساحة المفاعل، مما يمنح أفضلية لكل من الطور المتصل والطور المعلق، ويجعلهما متكاملين. يختلف الحشو المعلق عن الحشو السابق، حيث يمكنه التلامس مع مياه الصرف الصحي بشكل متكرر، لذلك يُطلق عليه "الغشاء الحيوي المتحرك".

العوامل المؤثرة في التحكم في MBBR:

1. مفاعل الأغشية الحيوية بدرجة الحرارة يجب تشغيل النظام عند درجة حرارة تتراوح بين 15 درجة مئوية و35 درجة مئوية.

2. الأكسجين المذاب يُعدّ الأكسجين المذاب عاملاً هاماً يؤثر على إزالة المواد العضوية. وخاصةً في حالة إزالة الفوسفور لغرض إزالة النيتروجين، يُعدّ التحكم في تركيز الأكسجين المذاب أمراً بالغ الأهمية. في أنواع مختلفة من عمليات مفاعلات الأغشية الحيوية، يُشكّل الخليط بأشكاله المختلفة في المفاعل البيولوجي أقساماً هوائية، وخالية من الأكسجين، ولاهوائية. نطاق التحكم في الأكسجين المذاب في المفاعل لكل قسم: يجب ألا يقل تركيز الأكسجين المذاب في القسم اللاهوائي عن 0.2 ملغم/لتر، بينما يتراوح تركيز الأكسجين المذاب بين 0.2 ملغم/لتر و0.5 ملغم/لتر بين القسمين الهوائيين عن 2 ملغم/لتر. 3، مفاعل هوائي MLSS MBBR.

3. يجب التحكم في تركيز الحمأة في منطقة MLSS MBBR الهوائية (المسبح) عند 3000 مجم / لتر ~ 20000 مجم / لتر. بشكل عام، عند زيادة تركيز الحمأة في محلول التغذية، يسهل ترسبها على سطح الغشاء الحيوي لتكوين طبقة سميكة. ومع ذلك، يجب ألا يكون تركيز الحمأة في محلول التغذية منخفضًا جدًا، وإلا فسيكون معدل تحلل الملوثات منخفضًا، وفي الوقت نفسه، تضعف قدرة الحمأة المنشطة على الامتصاص والتحلل على المادة العضوية المذابة، مما يؤدي إلى زيادة تركيز المادة العضوية المذابة في السائل العلوي للخليط. لذلك، يجب الحفاظ على تركيز معتدل للحمأة في سائل المادة، حيث أن ارتفاعه أو انخفاضه الشديدين سيؤديان إلى انخفاض تدفق الماء.

4. قيمة الرقم الهيدروجيني يجب أن تكون قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه الداخلة إلى مفاعل MBBR ما بين 6 إلى 9.

عملية MBBR في التطبيقات الهندسية للمشاكل الشائعة

(1) كم من الوقت يستغرق تعليق الحشو؟ في شهر واحد لتكون قادرًا على تحقيق معيار جيد. تعليق الفيلم هو عملية، نعلق الفيلم مقسمًا إلى منظورين، الأول هو أن أعيننا المجردة يمكن أن ترى الحشو على الفيلم الحيوي الواضح، والذي يحتاج إلى سبعة أيام؛ والثاني هو الوقت للوصول إلى المعيار، هذه المرة في الشتاء، ثم ربما يكون في غضون شهر؛ والثالث هو وقت نضج الفيلم الحيوي بالكامل، سيكون هذا أطول، لأنه من وجهة نظر مهنية، ينضج الفيلم الحيوي بالكامل على الأقل من خلال التناوب في الشتاء والصيف، ويمكنه فوق المستعمرة أن يدرك الاستقرار أخيرًا.

(2) هل تتطلب عملية MBBR مبيدات حيوية إضافية؟ لا تحتاج MBBR بالمعنى الدقيق للكلمة إلى إضافة البكتيريا، ومن ثم من خلال التحسين المعقول للمعلمات، يمكنها الانتقال إلى الإثراء الطبيعي.

(3) هل يحتاج MBBR إلى الغسيل العكسي؟ إن أكبر ميزة لـ MBBR هي أنه بالمقارنة مع الأغشية الحيوية التقليدية هو أنه لا يحتاج إلى الغسيل العكسي لأن الأغشية الحيوية منفصلة تلقائيًا عن أبحاثنا وجدت أنه عندما يكون نشاط الأغشية الحيوية قويًا نسبيًا، فإن إفراز البوليمر خارج الخلية سيكون أقوى، وستكون لزوجته قوية.

(4) ما هو جوهر MBBR؟ MBBR هو جوهر اثنين، واحد هو الحشو، والآخر هو السيولة، يتم استخدام الحشو كحامل، لا توجد دراسة موحدة لإظهار مدى تأثيره على الأداء، ولكن شكله على السيولة سيكون له تأثير، بحيث من وجهة نظر محلية وأجنبية لمعظم التطبيقات أو الحشو الأسطواني المسطح، وتقييم الأبعاد مثل الأداء وسرعة الفيلم والاستقرار النهائي لتأثير الحياة ومقاومة التآكل، وما إلى ذلك، لذلك من وجهة نظر الآن، لا يزال جوهر تعليق الناقل على السيولة.

(٥) هل هناك مشاكل في معدل ملء أنظمة مفاعلات المفاعلات الحيوية (MBBR)؟ تم التحقق من معدل ملء الحد الأقصى وهو ٦٧٪، والحد الأقصى الذي يمكن تحقيقه في المشروع هو ٦٠٪ في المنطقة الهوائية و٥٠٪ في المنطقة الخالية من الأكسجين.

(6) هل يمكن تشغيل مفاعل MBBR عند درجة حرارة ماء تبلغ 3 درجات مئوية؟ في شينجيانغ، يمكن تشغيله بثبات عند درجة حرارة ماء تتراوح بين 7 و8 درجات مئوية تقريبًا. لم تُسجل درجة حرارة ماء تبلغ 3 درجات مئوية في البلاد، ولكن من المفهوم أن مياه محطة معالجة مياه الصرف الصحي في النرويج نوردهايم هي مياه ذوبان الجليد، وأن درجة حرارة الماء البالغة 3 درجات مئوية بعد التجربة تُلبي معايير الاستقرار.

(7) هل سيكون الحشو عرضة لتمدد الحمأة؟ يعود تمدد الحمأة بشكل رئيسي إلى تكوين البكتيريا الخيطية، وتشير التقارير الأجنبية إلى أن الحشو يُضعف تمدد الحمأة لأنه قد يُكسر في نظام الحمأة. إذا كانت كتلة حمأة عادية وكان حجمها أصغر بكثير من حجم الحشو، فلن يُكسر الحمأة، لذا أظهرت الأبحاث الأجنبية أن مفاعل MBBR يُحسّن كفاءة تمدد الحمأة. لذلك، بناءً على الأبحاث الأجنبية التي أثبتت أن مفاعل MBBR يُحسّن ترسيب الحمأة، لم تجد ممارستنا الهندسية أن نظام MBBR يتميز بخصائص تمدد حمأة واضحة.

دراسة الحالة:

محطة معالجة مياه الصرف الصحي في الشمال

تتم عملية التعديل الرئيسية بواسطة A2/O.

تتكون الخزانات الكيميائية الحيوية، من نهاية التدفق الداخل إلى نهاية التدفق الخارجي، من منطقة ما قبل الأكسجين، ومنطقة لاهوائية، ومنطقة خالية من الأكسجين، ومنطقة هوائية، ومنطقة هوائية.

من نهاية التدفق الداخل إلى نهاية التدفق الخارجي، يتكون الخزان الكيميائي الحيوي من منطقة ما قبل الأكسجين، ومنطقة لاهوائية، ومنطقة خالية من الأكسجين، ومنطقة هوائية، و

كانت مدة العلاج الهرموني البديل 1، 1.6، 10، و 11.2 ساعة على التوالي.

قيم المراقبة الديناميكية للأكسجين المذاب في كل منطقة تفاعل هي

0~0.1، 0، 0~0.1، 2.0~3.0 ملغ-لتر-1، على التوالي.

كان تركيز الحمأة في الخزان الكيميائي الحيوي 2.5-4.5 غم-1.

في المنطقة الخالية من الأكسجين، تمت إضافة 25% من أسيتات الصوديوم لمدة 5 أيام متتالية، أي ما يعادل 10 ملجم/لتر من الطلب البيولوجي البيوكيميائي.

خلال عملية تحديد العينات، بما في ذلك مياه الخزانات الكيميائية الحيوية، ومياه الخزانات اللاهوائية، ومياه الخزانات الخالية من الأكسجين، ومياه الخزانات الهوائية، ومياه خزانات الترسيب الثانوي، وُضعت نقاط أخذ العينات في المنطقة الوظيفية للمخرج. كل فترة تتراوح بين ساعتين وثلاث ساعات، تُجمع العينات ثلاث مرات، ثم تُخلط لتحديدها. بعد جمع العينات، تُجرى المعالجة المسبقة في الوقت المناسب، ويتم قياس نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، وTN، وTP، وCOD بعد خلط العينات الثلاث بكميات متساوية.

كان تركيز نيتروجين الأمونيا الداخلة 52.34 ملجم/لتر وكان تركيز نيتروجين الأمونيا الخارجة 0.99 ملجم/لتر، مما أدى إلى إزالة 98.1٪ من نيتروجين الأمونيا، والذي حدث بشكل رئيسي في خزان MBBR الهوائي، في حين لم يتم ملاحظة حدوث أي إزالة كبيرة لنيتروجين الأمونيا في الخزان اللاهوائي/الأكسجيني.

بلغ تركيز النيتروجين الكلي (TN) الداخل 62.53 ملغم/لتر، وتركيز النيتروجين الكلي في المياه الخارجة 7.69 ملغم/لتر، وبلغ معدل إزالة النيتروجين الكلي 87.39%. بتحليل تركيزات النيتروجين الكلي الفعلية الداخلة والخارجة، بالإضافة إلى تدفق العائد في كل منطقة وظيفية، يمكن تحديد وجود تأثير إزالة النيتروجين الكلي في كل منطقة وظيفية. وباعتبار النيتروجين الكلي الداخل معيارًا، بلغت معدلات إزالة النيتروجين الكلي في المناطق اللاهوائية، واللاأكسجينية، والهوائية 22.76%، و44.51%، و20.12% على التوالي، حيث تنبأت ظاهرة إزالة النيتروجين الكلي في المنطقة الهوائية بوجود عملية مستقرة من النترتة المتزامنة (SND).

في المرحلة اللاهوائية، حلل أ. بوليفوسفوريك الفوسفور المتراكم في الجسم لتوليد الطاقة، والتي استُخدم جزء منها لبقائه على قيد الحياة، بينما استُخدم جزء آخر لامتصاص أ. بوليفوسفوريك جليكوسيدات الأسيتات المُحوَّلة من المادة العضوية، والتي حُوِّلت بدورها إلى بولي هيدروكسي فوسفات (PHA) وخُزِّنت في الخلية. في نهاية إطلاق الفوسفور اللاهوائي، ارتفع تركيز الفوسفات من 4.74 ملغم/لتر إلى 16.81 ملغم/لتر، وبلغ معدل إطلاق الفوسفور خلال المرحلة اللاهوائية 0.566 غ-(غ-يوم)-1. بعد 90 دقيقة، أُضيف النترات إلى النظام، وفي ظل ظروف خالية من الأكسجين، استخدمت ب. بوليفوسفوريك نيتروجين النترات كمستقبل للإلكترونات لأكسدة بولي هيدروكسي فوسفات داخل الجسم الحي، واستُخدمت الطاقة المُولَّدة لامتصاص فائق للفوسفات من عمود الماء وخُزِّنت على شكل بولي فوسفات في جسم الخلية. استمرت المرحلة الخالية من الأكسجين حتى 5.5 ساعة، عندما انخفض تركيز الفوسفات إلى 3.62 ملجم/لتر-1، وفي ذلك الوقت كان معدل امتصاص الفوسفور 0.188 جم-(جم يوميًا)-1.

أظهرت النتائج التجريبية أن نسبة امتصاص الفوسفور إلى نزع النتروجين (P/N) كانت 1.001، مما يدل على أن الطاقة الناتجة عن نزع النتروجين في النظام كانت مقترنة جيدًا بامتصاص الفوسفور عديم الأكسجين، مما يمكن أن يقلل من الاستهلاك غير الضروري لسعة نزع النتروجين ويعكس الدور المهيمن للكائنات الدقيقة المزيلة للفوسفور المزيلة للنتروجين في الحمأة المنشطة للنظام. في عملية التجديد، تمت زيادة سعة خزان المنطقة عديمة الأكسجين، وزادت مدة المعالجة الحرارية للفوسفور (HRT) للمنطقة عديمة الأكسجين من 6 إلى 10 ساعات، مما هيأ ظروفًا مناسبة لإزالة النتروجين والفوسفور، ويمكن للبكتيريا المتراكمة للفوسفور المزيلة للنتروجين استخدام النترات كمستقبل للإلكترونات لامتصاص الفوسفور. استندت زيادة مدة المعالجة الحرارية للفوسفور عديم الأكسجين إلى انخفاض مدة المعالجة الحرارية للفوسفور في المنطقة الهوائية وإضافة حامل معلق. وتؤدي إضافة المزيد من الناقلات المعلقة إلى إطلاق عمر الحمأة المعلقة في النظام، ويبلغ عمر الحمأة دائمًا حوالي 12 يومًا في الشتاء، مما قد يخلق ظروفًا جيدة لإزالة الفوسفور البيولوجي.

1) بعد تحديث محطة الصرف الصحي باستخدام MBBR، وصل معدل إزالة TN في القسم الكيميائي الحيوي إلى 87.4٪ في الخريف والشتاء، مع إضافة مصدر الكربون إلى المياه الداخلة وكان C / N 3.05 فقط.

في الخريف والشتاء، بلغ معدل إزالة TN في القسم الكيميائي الحيوي 87.4٪، وكان معدل إزالة TP 91.9٪

2) كان هناك إزالة كبيرة لـ TN في المنطقة الهوائية، تمثل حوالي 15-20٪، وإزالة كبيرة لـ TP في المنطقة الخالية من الأكسجين، تمثل 63.04٪، لذلك يُفترض أن معدل إزالة TN كان يصل إلى 87.4٪ وكان معدل إزالة TP 91.9٪.

63.04%، لذا يُفترض حدوث عملية النترتة-نزع النتروجين المتزامنة (SND) وإزالة الفوسفور عن طريق نزع النتروجين؛ وتعتبر عملية النترتة-نزع النتروجين المتزامنة وإزالة الفوسفور عن طريق نزع النتروجين من أهم العوامل لتحقيق الكفاءة العالية لإزالة النيتروجين والفوسفور في النظام.

إن إزالة النيتروجين والنتروجين من المواد الصلبة العازلة هي الأسباب الرئيسية للكفاءة العالية للنظام في إزالة النيتروجين والفوسفور وانخفاض استهلاك الكربون؛ حيث تأتي إزالة النيتروجين من المواد الصلبة العازلة بشكل أساسي؛ أما إزالة النيتروجين فهي بسبب وقت الإقامة الطويل الخالي من الأكسجين للنظام.

تنشأ ظاهرة SND بشكل أساسي من الناقل المعلق؛ وتعود ظاهرة نزع النتروجين إلى وقت الإقامة الأطول الخالي من الأكسجين وعمر الطين الأقصر للنظام.

3) بلغت الوفرة النسبية للبكتيريا النترتية على الناقل المعلق 28.56% وهي أعلى بـ 14 مرة من تلك الموجودة في الحمأة، وكانت الوفرة النسبية للبكتيريا النازعة للنترتة حوالي 8.34%.

كانت الوفرة النسبية للبكتيريا المسببة لإزالة النتروجين حوالي 8.34٪، مما يوفر ضمانًا مجهريًا لحدوث تأثير SND؛ تم الكشف عن وجود بكتيريا ذات وظيفة إزالة النتروجين والفوسفور في الحمأة والحشو المعلق.

تم الكشف عن وجود بكتيريا لها وظائف إزالة النتروجين والفوسفور في الحمأة والحشو المعلق، مما قدم دليلاً مجهريًا على وجود إزالة النتروجين والإزالة البيولوجية الفعالة للفوسفور في محطة مياه الصرف الصحي هذه.

تمثل R1 وR2 وR3 ثلاث برك ذات ثلاث ظروف ملوحة مختلفة بنسبة 12% و16% و35% على التوالي

يوضح الشكل 1أ.ب أنماط تركيز الأمونيا الداخلة والخارجة، وكفاءة الإزالة، وتركيز النتريت لمفاعلات MBBR الثلاثة خلال فترات التشغيل الثلاث. في فترة التشغيل الأولى، تم الحفاظ على ملوحة المياه الداخلة عند 12‰ لمدة 26 يومًا. ووفقًا للشكل 1أ (الفترة 1)، في اليوم السادس والعشرين، كان متوسط إزالة الأمونيوم المستقر الإجمالي الذي حققه R3 أعلى، يليه R2 وR1، وبلغت تركيزات NH+4-N في المياه الخارجة 0.11 ± 0.08، و0.47 ± 0.06، و0.5 ± 0.04 ملغم/لتر. تجدر الإشارة إلى أنه خلال الأيام العشرة الأولى (الشكل 1أ)، بدأ تشغيل R2 وR3 بسرعة أكبر بكثير من المفاعلات الحيوية الضابطة، وهو ما يمكن أن يُعزى إلى تعديل سطح C2FeO4 الذي عزز نمو الأغشية الحيوية. أظهرت دراسات سابقة نتائج مماثلة، حيث أدى استخدام أكسيد الحديد الكربوني (C2FeO4) إلى تحسن ملحوظ في قدرة الألياف المعدلة على إزالة الأمونيا. بالإضافة إلى ذلك، زودت الجسيمات النانوية منخفضة الجرعة الكائنات الدقيقة بالمغذيات والمواقع النشطة، وساعدت على استقلاب الإنزيمات، وحفزت نشاط التحلل البيولوجي الميكروبي.

في المرحلة الثانية (26-56 يومًا)، تم تشغيل المفاعلات الحيوية عند مستوى ملوحة 26‰ لمدة 30 يومًا. ظل نشاط النترتة لجميع المفاعلات الحيوية الثلاثة دون تغيير وكان أقل تأثرًا بزيادة الملوحة (الشكل 1أ). لوحظ اتجاه مماثل خلال هذه الفترة، حيث تم أكسدة NO-2-N بكفاءة دون تراكم النتريت عندما تم الحفاظ على تركيزه عند 0.10-0.42 ملغم/لتر (الشكل 1ب). بالإضافة إلى ذلك، لم يكن هناك فرق في تركيز NO-2-N بين المفاعلات الحيوية خلال هذه الفترة. تتوافق هذه النتائج مع نتائج نيفادا وآخرون الذين استخدموا MBBR النترتة لمعالجة مياه الصرف الصحي لتربية الأحياء البحرية. NO-2-N هو منتج ثانوي أكسدة وسيط للأمونيا والنيتروجين تنتجه بكتيريا مؤكسدة الأمونيا (AOBs)، ويشير اكتشاف NO-2-N عند تركيزات أقل إلى النترتة الكاملة.

في بداية المرحلة الثالثة (الأيام 56-92)، أظهرت المفاعلات R1 وR2 وR3 انخفاضًا طفيفًا في كفاءة أداء المفاعل وجودة النفايات السائلة خلال الأيام 56-58. وعلى مدار الـ 36 يومًا التالية، أظهر المفاعل الحيوي أداءً مستقرًا (الشكل 1أ، الفترة الثالثة). بلغ متوسط إزالة نيتروجين الأمونيا في مفاعلات MBBR الثلاثة، R1 وR2 وR3، 91.66±1.5% و95.18±2.8% و98.86±0.7% على التوالي. حدث تراكم NO-2-N في كلا المفاعلين فور زيادة تركيز الملح من 26‰ إلى 35‰.