الأسباب والحلول لارتفاع الفوسفور الكلي في معالجة مياه الصرف الصحي للمسالخ

تتميز مياه الصرف الصحي في المسالك بكميات عالية من المواد الصلبة المتعلقة، ومحتوى عال من الدهون، وارتفاع الحمل العضوي، وارتفاع مستويات الفوسفور الكلي.تجاوز حدود إفراز الفوسفور الكلي (TP) هو التحدي الأكثر شيوعًا والمستمر الذي تواجهه محطات معالجة مياه الصرف الصحي في المسالكالفوسفور الموجود في مياه المذابح موجود في أشكال معقدة، بما في ذلك الفوسفور العضوي، الأورثوفوسفات،والفوسفاتات الكثيرة التي تجعل من الصعب تحقيق الامتثال المستقر لعمليات المعالجة البيولوجية.
المياه العادمة في المسالك تأتي في المقام الأول من الحرق والقطع والغسل وإزالة الدم وتنظيف الأرضيات وغسل الحيوانات.الفوسفور في مياه المسالك تأتي أساسا من دم الحيوانات، ومحتوى المعدة والإمعاء، والعظام، والأنسجة الدهنية، والسماد، ومتبقيات العلف، مع الفوسفور العضوي الذي يشكل نسبة أعلى بكثير من مياه الصرف الصحي البلدية.
معظم المسالك في الصين تتبنى عملية المعالجة السائدة:"شاشة الشريط → خزان الموازنة → طي الهواء المذاب (DAF) → المعالجة البيولوجية A2/O → الركود الثانوي → التخثر الكيميائي → التطهير"في حين أن هذا النظام يزيل بفعالية COD، ونيتروجين الأمونيا، والمواد الصلبة المتعلقة، فإنه غالبا ما يواجه مع إزالة غير كاملة من الفوسفور، وتقلب مستويات TP في مياه الصرف الصحيوعدم الاستقرار التشغيلي.
مع تشديد معايير التخلص من المياه البيئية، تطلب معظم المناطق من المسالك الامتثال لمعيار التخلص من مياه الصرف الصحي المتكامل لصناعة معالجة اللحوم (GB13457-1992) ،الذي يحدد حد TP ≤0.8 ملغ/لتر. بعض المنتجعات الصناعية قد شددت هذا الحد إلى 0.5 ملغ/لتر.تجاوز TP لا يخاطر فقط بالعقوبات التنظيمية وإغلاق المحطات بل يساهم أيضًا في التجفيف في الأجسام المائية المستقبلة، مما يؤدي إلى ازدهار الطحالب وتعطيل النظم الإيكولوجية المائية المحلية.إن تشخيص الأسباب الجذرية لـ TP超标 وتنفيذ استراتيجيات مكافحة الفوسفور المخصصة أمر ضروري لإدارة مياه الصرف الصحي الفعالة في المسالك.
الأسباب الرئيسية لارتفاع إجمالي الفوسفور في مياه المسالك
نادراً ما يكون تجاوز TP في مياه الصرف الصحي في المسالك بسبب عامل واحد؛ بل هو نتيجة للتأثيرات المشتركة لحمل الفوسفور المرتفع، والمعالجة المسبقة غير الكافية،العمليات البيولوجية غير المتوازنة، غير فعالة المعالجة الفيزيائية والكيميائية ، وسوء الإدارة التشغيلية.الأسباب الرئيسية هي كما يلي::
.1 نوعية المياه المؤثرة: الحمل الخارجي الكبير بالفوسفور مع أشكال معقدة ومترددة
هذا هو السبب الأساسي لمستويات TP المرتفعة بطبيعتها في مياه الصرف الصحي في المسالك.
الدم، مسحوق العظام، وبقايا السماد في مياه الصرف الصحي في المسالك تحتوي على تركيزات عالية من الفوسفور العضوي والفوسفور المعدني (على سبيل المثال، الهيدروكسياباتيت).التي لا يمكن أن تتحلل بسهولة من قبل الكائنات الدقيقة التقليدية.
المواد التنظيفية والمطهرات التي تحتوي على الفوسفور المستخدمة في تنظيف المعدات والمنشآت تضيف إلى حمولة الفوسفور غير العضوي.
أنماط التفريغ المتقطعة تسبب زيادات قصيرة الأجل من مياه الصرف الصحي عالية القوة المحملة بالفوسفور خلال ساعات الذروة الإنتاجية.هذه الموجات تغمر النظام البيولوجي، مما يضعف إزالة الفوسفور.
على عكس مياه الصرف الصحي البلدية، حيث يهيمن الفوسفات العضوي، يمكن أن يمثل الفوسفور العضوي 30-50٪ من إجمالي الفوسفور في مياه المسالك.لا يمكن للعمليات البيولوجية وحدها إزالة الفوسفور العضوي ذو الجزيئات الكبيرة، مما يجعل تجاوز TP حتمياً بدون علاج إضافي.
.2 فشل وحدة المعالجة المسبقة: عدم كفاية إزالة المواد الصلبة، مما يؤدي إلى زيادة الحمل في العمليات التالية.
المعالجة المسبقة هي الخط الأول للدفاع ضد الفوسفور في مياه الصرف الصحي للمذبحة. العديد من المصانع الصغيرة تتجاوز حدود TP بسبب أوجه القصور في هذه المرحلة:
الفحص غير الفعال: الفجوات الكبيرة في شاشة القضبان أو إزالة النفايات المحاصرة بشكل غير متكرر تسمح للشعر وشظايا اللحوم وشظايا العظام والسماد بالدخول إلى العمليات التالية.تحمل جسيمات الفوسفور التي لا تزال غير معالجة في جميع أنحاء النظام.
إزالة زيت/دهون غير صحيحة: يحتوي محتوى الدهون المرتفع في مياه الصرف الصحي في المسالك على جزيئات تحتوي على الفوسفور.الزيوت العائمة والمواد الصلبة المعلقة تدخل المرحلة البيولوجية، تسد أغشية الخلايا الميكروبية وتمنع الكائنات الحية المتراكمة الفوسفور (PAO).
عدم وجود ترسب في خزانات الموازنة: يؤدي إزالة الطين بشكل غير متكرر إلى تراكم الوحل الغني بالفوسفور في قاع الخزان.الإفراج عن الفوسفور الداخلي من هذه الحمأة يرفع TP في السوبرناتانت، والتي تلوث باستمرار الوحدات في الأسفل.
.3 نظام بيولوجي غير متوازن: فقدان السيطرة على عمليات إزالة الفوسفور من النواة
تعتمد معظم مصانع مياه الصرف الصحي في المسالك على عمليات A2/O أو AO، حيث تقوم الـ PAO بإزالة الفوسفور عن طريق الإفراج عن طريق التهاب هوائي تليها الامتصاص الهوائي.اختلالات المعلمات في هذه المرحلة هي السبب الرئيسي لانتهاك TP:
الأكسجين المذاب المفرط (DO) في المناطق اللاهوائية: تتطلب PAOs ظروف الاهوائية الصارمة (DO ≤ 0.2 mg/L).أو تسرب الهواء إلى المناطق اللاهوائية يمنع بشكل مباشر إطلاق الفوسفور، مما يقلل بشدة من امتصاص الفوسفور اللاحق.
عدم كفاية مصدر الكربون وعدم توازن العناصر الغذائية: بعد إزالة الدهون عن طريق DAF ، غالبًا ما تفتقر مياه الصرف الصحي في المسالح إلى كمية كافية من الأحماض الدهنية المتطايرة (VFAs).انخفاض نسبة الكربون إلى الفوسفور (C / P < 35) يمنع PAOs من إكمال دورة الأيض، مقاطعة إزالة الفوسفور.
وقت الاحتفاظ بالوحل غير المثالي (SRT): يعتمد إزالة الفوسفور على تفريغ الحمأة الزائدة الغنية بالفوسفور. يؤدي SRT > 12 يومًا إلى شيخوخة الحمأة وإطلاق الفوسفور الداخلي.يؤدي SRT < 5 أيام إلى غسل PAO وفقدان دائم في قدرة إزالة الفوسفورإن المرحلة المثلى لـ SRT لمياه الصرف الصحي في المسالخ هي 7-10 أيام.
نسب تدفق العودة غير الطبيعية: نسب العودة غير الصحيحة للنيترات أو الوحل تدخل النترات إلى المنطقة اللاهوائية.يؤدي إلى إزالة النيتريتين الذي يتنافس مع الـ PAO لمصادر الكربون ويقوض إطلاق الفوسفور اللاهوائي.
درجة الحموضة والدرجة الحرارية دون المستوى الأمثل: ينخفض نشاط PAO بشكل حاد إذا انخفضت درجة الحموضة خارج نطاق 7.0~8.0 أو انخفضت درجات الحرارة إلى أقل من 15 درجة مئوية في فصل الشتاء.
.4 النقص في المعالجة الفيزيائية الكيميائية المتقدمة
يحتوي إزالة الفوسفور البيولوجي على حدود نظرية؛ وتتطلب مياه الصرف الصحي في المسالك التخثر الكيميائي كخطوة للتلميع. تفشل العديد من النباتات في هذه المرحلة:
اختيار غير صحيح لمواد التخثر: الكلوريد البولي الألومنيوم القياسي (PAC) لا يمكن أن يسقط الفوسفور العضوي بفعالية في مياه الصرف الصحي عالية القوة في المسالك.غالباً ما تكون هناك حاجة إلى أملاح الحديد أو مواد متخصصة لإزالة الفوسفور.
الجرعة غير الكافية أو نقاط الجرعة غير المناسبة: الجرعات المنخفضة من المنضقات لا تستطيع أن تُعقد الفوسفات بالكامل؛ يمكن أن يمنع الجرعات المبكرة من المنضقات (على سبيل المثال، في المرحلة البيولوجية) نشاط الميكروبات.
ظروف تخثر / ترسب سيئة: إن عدم كفاية كثافة الخلط أو وقت الاحتفاظ تنتج قشور فضفاضة.يؤدي تأخر إزالة الوحل من خزانات التحلل إلى إطلاق الفوسفور من الوحل المتواضع، زيادة TP الصرف الصحي.
عدم وجود تصفية: بدون مرشحات الرمل أو وحدات تصفية دقيقة ، تمر السحب الدقيقة المحملة بالفوسفور مباشرة إلى المياه الصادرة.
.5 سوء الممارسات التشغيلية وإدارة الوحل
هذا عامل بشري غالبا ما يتم تجاهله في المسالك الصغيرة:
تأخير إفراز الحمأة الزائدة، مما يتسبب في إعادة تدوير الفوسفور وتراكمه داخل النظام.
إعادة تدوير المرشح عالي الفوسفور من إزالة الماء من الوحل إلى خزان التساوي، مما يخلق دورة الفوسفور المغلقة.
عدم كفاية مراقبة جودة المياه، مما يمنع الكشف المبكر عن ارتفاعات الفوسفور العالية.
عدم صيانة المعدات ، مما يؤدي إلى خلل في التهوية ، مضخات العودة ، أو أنظمة الجرعة الكيميائية التي تعطل استقرار العملية.
حلول مستهدفة وخطط إصلاح هندسية
يتطلب معالجة تجاوز TP نهجاً شاملاً يعطي الأولوية لمكافحة المصدر، وتحسين العمليات البيولوجية، والتلميع الفيزيائي الكيميائي المتقدم، والإدارة التشغيلية المغلقة.يتم تصنيف الحلول إلى استراتيجيات استقرار طويلة الأجل وبروتوكولات الاستجابة للطوارئ لتتناسب مع سيناريوهات تشغيلية مختلفة.
.1 تحسين مراقبة المصدر ومعالجة ما قبل: الحد من حمولة الفوسفور في المياه العليا
فصل المصدر في مناطق الإنتاج: جمع مياه الصرف الصحي الدموية عالية القوة ومياه غسل القلم بشكل منفصل ومعالجتها مسبقًا قبل دمجها مع التيار الرئيسي.إزالة مواد التنظيف/تطهير/تطهير تحتوي على الفوسفور- تنظيم تدفق الصرف خلال ذروة الإنتاج لتجنب الطفرات الهيدروليكية والعضوية على المدى القصير
تعزيز اعتراض المواد الصلبة: الحفاظ على شاشات دقيقة وقاسية؛ إزالة الشاشات كل ساعتين لالتقاط شظايا العظام، وقطع اللحوم، والمواد الصلبة المعلقة.تحسين فصل النفط والماء في مصائد الدهون من خلال تمديد وقت الاحتفاظتحديث وحدات DAF مع الجرعة المسبقة من PAC منخفضة لتكسير كولوليدات الدهون ، وإزالة الجسيمات الفوسفورية والدهون ٪ الحد من حمولة TP في الأسفل بنسبة > 30٪.
التخلص المنتظم من مخازن الموازنة: تنظيف رواسب الخزان كل 3-6 أشهر للقضاء على إفراز الفوسفور الداخلي.تثبيت خلاطات التهوية لتجانس الجودة المتدفقة وتخفيف تقلبات حمولة الإنتاج.
.2 تحسين معايير النظام البيولوجي: تعزيز إزالة الفوسفور الحيوي
بالنسبة لأنظمة A2/O أو AO، فإن التحكم الدقيق في المعلمات التشغيلية الرئيسية يعيد نشاط PAO إلى أفضل استراتيجية مكافحة الفوسفور على المدى الطويل:
مراقبة صارمة للمناطق اللاهوائية: اغلق نقاط تسرب الهواء؛ حافظ على DO ≤ 0.2 ملغ / لتر. خفض نسب عودة النيترات لتقليل اختراق النيترات في المناطق اللاهوائية.القضاء على المنافسة في مجال إزالة النيترات.
إضافة مصادر الكربون الجودة: خلال فترات نقص الكربون، جرّد أسيتات الصوديوم أو مصادر الكربون المركبة ذات الوزن الجزيئي المنخفض إلى المنطقة الديونية لضمان C/P ≥ 35،دعم استقلاب PAO.
التحكم الدقيق في SRT ومراقبة إفرازات الوحل: الحفاظ على SRT في 7-10 أيام ؛ زيادة تواتر إفرازات الحمأة الزائدة لإزالة الكتلة الحيوية الغنية بالفوسفور من النظام ، وكسر دورة الفوسفور الداخلية.
تحسين المعلمات البيئية: الحفاظ على درجة الحموضة عند 7.0 ≈ 8.0؛ تثبيت العزل أو التدفئة للعمليات الشتوية للحفاظ على نشاط PAO.
.3 تحسين إزالة الفوسفور الكيميائية المتقدمة: ضمان امتثال المياه الصادرة
لا يمكن أن تعتمد مياه الصرف الصحي في المسالك على المعالجة البيولوجية فقط للوصول إلى حدود TP الصارمة.
تحسين اختيار المكوّنات واستراتيجية الجرعة: إعطاء الأولوية لمكوّنات الحديد (مثل كبريتات البوليفيريك [PFS] ، كلوريد الحديد) في خزان التكوّن البيولوجي.ملح الحديد يفوق ملح الألومنيوم في مياه الصرف الصحي القائمة على القلي الضعيفة في المسالك، لتحقيق معدلات إزالة أعلى لكل من الفوسفور العضوي وغير العضوي. استخدم عوامل إزالة الفوسفور المركبة المتخصصة خلال الأحداث عالية التفوق.لا تتناول الكميات الكبيرة من مواد التخثر في المرحلة البيولوجية.
تحسين ظروف التفاعل: الحفاظ على درجة الحموضة في خزان التخثر عند 7.5 ‬8.5· تحكم صارمًا في خليط سريع ، وتدفق بطيء ، ووقت احتفاظ الرواسب لتشكيل حبات كثيفة غنية بالفوسفور.
تحديث المعالجة النهائية: بالنسبة للمواقع ذات الحدود الصارمة لـ TP ، أضف تصفية الرمل الكوارتز أو تصفية الكربون المنشط بعد خزانات الترسبات لالتقاط الطحالب الدقيقة المحملة بالفوسفور.
إزالة الحموضة المتكررة من خزان الرواسب: اختصار فترات إزالة الحموضة في خزانات التخثر والرواسب الثانوية لمنع تعوم الحموضة وإطلاق الفوسفور الداخلي.
.4 الممارسات التشغيلية والإدارة الموحدة للطين
إدارة حلقة مغلقة للطين الغني بالفوسفور: جمع كل الطين البيولوجي والطين الكيميائي الزائد في مكثف مركزي؛ إزالة الماء والتخلص منه كنفايات خطرة وفقاً للوائح.إعادة تدوير المرشحات عالية الفوسفور من إزالة الماء من الوحل فقط إلى مرحلة المعالجة المسبقة، أبداً مباشرةً إلى النظام البيولوجي.
تنفيذ بروتوكولات تفتيش موحدة: مراقبة تدفق، الوحدة البيولوجية، وتركيز TP الصرف الصحي، DO، pH، والطين يوميا. ضبط الدواء الكيميائي، التهوية،ومعدلات إفراز الوحل على أساس جداول إنتاج الذبح.
الصيانة المنتظمة للمعدات: ضمان التشغيل المستقر لأنظمة الهواء ومضخات العودة وأنظمة الجرعة التلقائية لمنع اضطرابات العملية.
.5 بروتوكولات الاستجابة للطوارئ
بالنسبة للسيناريوهات العاجلة مثل انهيار النظام البيولوجي أو الموجات المفاجئة عالية الفوسفور:
زيادة مؤقتة في جرعة عامل إزالة الفوسفور المتخصص في المرحلة النهائية لقمع TP السائل السريع.
زيادة تواتر إفراز الحمأة الزائدة لإزالة الفوسفور المتراكم بسرعة.
تقليل حمولة التدفق عن طريق تحويل مياه الصرف الصحي عالية القوة إلى خزانات تخزين الطوارئ.
جرعة من العوامل الميكروبية التجارية التي تزيل الفوسفور لاستعادة المجتمعات البيولوجية المتضررة.
المفاهيم الخاطئة الشائعة والاعتبارات النقدية
لا تعتمد فقط على زيادة جرعة التخثر لحل تجاوز TP. الاستخدام المفرط للتخثر يرفع لون الصرف الصحي، ويزيد من حجم الوحل، ويزيد من تكاليف التشغيل،ويمكن أن تمنع النشاط البيولوجي.
تجنب إطالة وقت التهوية بشكل أعمى: لا يحسن ارتفاع DO المفرط في المناطق الهوائية إزالة الفوسفور ولكن يسرع شيخوخة الوحل ، مما يزيد من إفراز الفوسفور الداخلي.
إعطاء الأولوية لتدهور الفوسفور العضوي: العديد من النباتات تراقب الفوسفات العضوي فقط بينما تتجاهل الفوسفور العضوي.التدهور المستهدف للفوسفور العضوي لجزيئات كبيرة ضرورييمكن أن يساعد تكسير الجسيمات القائم على المعالجة المسبقة جنبا إلى جنب مع الأكسدة المتقدمة في تدهور الفوسفور العضوي القاس.
التحكم في التكاليف التشغيلية: إعطاء الأولوية لتحسين معايير العملية ومكافحة تلوث المصدر للحد من حمولة الفوسفور.استخدام الجرعة الكيميائية فقط كخطوة تلميع لتقليل تكاليف التجميد والتخلص من الوحل.
الاستنتاج
مستويات الفوسفور الكلية المرتفعة المستمرة في مياه الصرف الصحي في المسالك هي نتيجة للتأثيرات المشتركة لخصائص مياه الصرف الصحي المتأصلة، وقيود تصميم العملية، وأداء المعدات،وإدارة العملياتلا يمكن أن يعتمد حل تجاوز TP فقط على الجرعة الكيميائية؛ بدلاً من ذلك، نظام تحكم كامل للعملية يدمج اعتراض المصدر، وإزالة الفوسفور البيولوجي المحسن، واللمع الكيميائي،يجب أن يتم وضع إدارة للطين الموحدة.
بالنسبة لمعظم مصانع مياه الصرف الصحي الصغيرة والمتوسطة الحجم في المسالخ، تصحيح أوجه القصور في المعالجة السابقة، وتحسين DO و SRT في الخزانات البيولوجية،وتطبيق بروتوكولات تصريف الوحل المنضبطة يمكن أن تحل > 80% من قضايا تجاوز TP- سيطرة صارمة على عمليات إزالة الفوسفور الكيميائي في الأسفل تضمن الامتثال المتسق للمعايير الوطنية من الفئة الأولى والحد الأقصى للانفجارات المحلية.
في الممارسة العملية، تعديل معايير العملية بشكل ديناميكي وفقًا لأنماط الإنتاج المتقطعة في المسالخ مع تحقيق التوازن بين أداء المعالجة وتكلفة التشغيلويتيح الامتثال التنظيمي، مكافحة ثابتة للفوسفور في أنظمة مياه الصرف الصحي.