مبادئ وتقنيات عملية إزالة الفوسفور البيولوجي

I. أشكال الفوسفور في مياه الصرف الصحي يوجد الفوسفور في مياه الصرف الصحي بشكل أساسي في ثلاثة أشكال: الفوسفات غير العضوي: H₂PO₄⁻، HPO₄²⁻، PO₄³⁻ بولي فوسفات الفوسفور العضوي في معالجة مياه الصرف الصحي، تمتص جميع البكتيريا كمية معينة من الفوسفور من البيئة لتلبية متطلبات نموها. ومع ذلك، فإن مجموعة محددة من البكتيريا المعروفة باسم الكائنات المتراكمة متعدد الفوسفات (PAOs)، والتي يشار إليها أيضًا باسم البكتيريا المتراكمة للفوسفات أو البكتيريا المزيله للفوسفور، يمكنها امتصاص الفوسفور بما يزيد عن احتياجاتها الفسيولوجية، وتخزينه داخل الخلايا بكميات كبيرة مثل متعدد الفوسفات. ومن خلال تفريغ هذه الحمأة الغنية بالفوسفور، يتم تحقيق إزالة الفوسفور من النظام. ثانيا. المبادئ الأساسية لإزالة الفوسفور البيولوجي يكمن جوهر إزالة الفسفور البيولوجي في دفع PAOs من خلال دورة "إطلاق الفوسفور اللاهوائي - امتصاص الفوسفور الهوائي" عبر البيئات اللاهوائية والهوائية بالتناوب.

1. مرحلة إطلاق الفوسفور اللاهوائي في ظل الظروف اللاهوائية، تحدث العمليات الرئيسية التالية: (1) يتم تحويل المادة العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي إلى أحماض دهنية متطايرة (VFAs) بواسطة البكتيريا الحمضية المتخمرة. (2) في ظل هذه الظروف اللاهوائية غير المواتية، تقوم منظمات الفوسفات المتعددة الفوسفات بتحلل احتياطياتها من متعدد الفوسفات داخل الخلايا. تُستخدم الطاقة المولدة جزئيًا لصيانة الخلايا وجزئيًا لاستيعاب VFAs بشكل فعال، والتي يتم بعد ذلك تحويلها وتخزينها داخل الخلايا على شكل PHB (poly-β-hydroxybutyrate). (3) يتم إطلاق الفوسفات غير العضوي الناتج عن تحلل البولي فوسفات مرة أخرى في مياه الصرف الصحي - وهذا يشكل "إطلاق الفسفور اللاهوائي".
2. مرحلة امتصاص الفوسفور الهوائي عند دخول البيئة الهوائية: (1) تقوم PAOs باستقلاب PHB المخزن هوائيًا، مما يطلق طاقة كبيرة لتغذية الانتشار والأنشطة الفسيولوجية الأخرى. (2) يعمل جزء من هذه الطاقة على تحفيز الامتصاص النشط للفوسفات من مياه الصرف الصحي، والتي تتراكم داخل الخلايا على شكل بولي فوسفات بكميات زائدة - وهذا يشكل "امتصاص الفوسفور الهوائي". (3) تمثل الحمأة المنشطة للنفايات، التي تحتوي على PAOs التي تناولت الفوسفور الزائد، الفسفور المزال من مياه الصرف الصحي. البيانات الأساسية: تحقق عمليات الحمأة المنشطة التقليدية إزالة حوالي 12% إلى 20% فقط من الفوسفور من خلال الاستيعاب. في المقابل، يمكن للأنظمة المصممة لإزالة الفوسفور البيولوجي تحقيق محتويات من الفوسفور الحمأة بنسبة 5% - 6% (الوزن الجاف)، مع معدلات إزالة كافية بشكل عام لتلبية معايير التفريغ. ثالثا. العوامل المؤثرة على إزالة الفوسفور البيولوجي
3. منطقة الأكسجين المذاب اللاهوائية: يجب أن تكون لاهوائية تمامًا؛ حتى النترات (NO₃⁻) يجب أن تكون غائبة. المنطقة الهوائية: يجب الحفاظ على كمية كافية من الأكسجين المذاب لضمان امتصاص الفوسفور بشكل كافٍ بواسطة منظمات PAO.
4. يؤثر وقت الاحتفاظ بالحمأة (SRT) SRT بشكل كبير على كفاءة إزالة الفسفور - يؤدي SRT الأقصر إلى أداء أفضل: SRT = 30 يومًا ← ~40% معدل إزالة SRT = 17 يومًا ← ~50% معدل إزالة SRT = 5 أيام ← معدل إزالة يصل إلى 87%
5. نطاق درجة الحرارة الأمثل: 5-30 درجة مئوية.
6. قيمة الرقم الهيدروجيني النطاق الأمثل: 6-8.
7. تحميل BOD₅ تعد نسبة BOD₅/TP > 20 مطلبًا أساسيًا لإزالة الفوسفور بشكل فعال. تحفز المركبات العضوية ذات الوزن الجزيئي المنخفض القابلة للتحلل الحيوي على إطلاق أقوى للفوسفور؛ يؤدي الإطلاق اللاهوائي الأكثر اكتمالاً إلى امتصاص هوائي أكبر لاحقًا.
8. تركيز النترات يجب الحفاظ على مستويات النترات في المنطقة اللاهوائية أقل من 2 ملغم / لتر. عندما يكون COD/TKN > 10، يتم تخفيف التأثير المثبط للنترات.
9. احتمالية الأكسدة والاختزال (ORP) منطقة نطاق ORP المنطقة الهوائية +40 إلى +50 مللي فولت منطقة نقص الأكسجين -160 إلى -5 مللي فولت IV. عمليات إزالة الفوسفور البيولوجية
10. عملية الأكسدة اللاهوائية (عملية A/O) خصائص العملية: وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT): 3-6 ساعات من المواد الصلبة العالقة بالسائل المختلط (MLSS) في خزان التهوية: 2,700-3,000 مجم/لتر كفاءة إزالة الفوسفور: ~70%؛ النفايات السائلة TP < 1 ملغم / لتر محتوى الحمأة الفوسفور: ~ 4٪ (قيمة سماد عالية) SVI < 100؛ استقرارية جيدة، ومقاومة للانتفاخ
11. عملية Phostrip (البيولوجية والكيميائية المشتركة) تدمج عملية Phostrip إزالة الفوسفور البيولوجية والكيميائية: (1) يخضع التدفق الرئيسي للمعالجة البيولوجية التقليدية (اللاهوائية والهوائية). (2) يدخل التيار الجانبي من الحمأة المنشطة المرتدة إلى خزان التجريد حيث يتم إطلاق الفوسفور تحت الظروف اللاهوائية. (3) يضاف الجير إلى المادة الطافية الغنية بالفوسفور من أجل الترسيب الكيميائي. (4) يتم إرجاع الحمأة المجردة إلى النظام الرئيسي. خصائص عملية Phostrip: إزالة ممتازة للفوسفور؛ عادةً ما تكون النفايات السائلة TP أقل من 1 مجم/لتر محتوى عالي من الفوسفور في الحمأة: 2.1%-7.1% استهلاك منخفض للجير SVI < 100؛ وتترسب الحمأة وتتكاثف وتجفف المياه بسهولة؛ قيمة عالية من المغذيات/الأسمدة؛ مقاومة للتضخيم الاستنتاج يكمن جوهر إزالة الفسفور البيولوجي في آلية "إطلاق الامتصاص" الدورية لـ PAOs المدفوعة بالظروف اللاهوائية الهوائية المتناوبة. يحدد مدى إطلاق الفسفور اللاهوائي بشكل مباشر القدرة على الامتصاص الهوائي اللاحق؛ ولذلك، فإن الصيانة الصارمة للبيئة اللاهوائية (غياب كل من الأكسجين المذاب والنترات) أمر بالغ الأهمية لنجاح إزالة الفسفور البيولوجي. بالإضافة إلى ذلك، يعد SRT المناسب ومصدر الكربون الكافي ودرجة الحموضة المناسبة عوامل أساسية لضمان كفاءة إزالة عالية.