دور الوحل النشط في معالجة مياه الصرف الصحي

دور الوحل النشط في معالجة مياه الصرف الصحي هو نظام ديناميكي من النظم الإيكولوجية الميكروبية المعقدة والعمليات الفيزيائية والكيميائية ،ويمكن تحليل آلياتها الأساسية بعمق من الأيض المجهري إلى مستوى العملية الكبرى
 
1آلية التمثيل الغذائي التعاونية للمجتمعات الميكروبية
 
التقسيم الهرمي للمجتمعات الميكروبية الوظيفية
 
 
- مجتمع البكتيريا المفيدة: تتكون أساسا من البكتيريا غير متطورة (مثل Pseudomonas و Zygomycetes) ، المسؤولة عن التدهور الأساسي للمادة العضوية ،إفراز إنزيمات خارج الخلية لتحليل الجزيئات العضوية الكبيرة إلى جزيئات صغيرة قابلة للاستيعاب (مثل السكريات → الجلوكوز)، البروتينات → الأحماض الأمينية).
 
-الميكروبيوم الوظيفي:
 
- البكتيريا النتراتية (باكتيريا النترات، بكتيريا النترات): تحت الظروف الهوائية، أكسدة NH - N إلى NO 2− و NO −.
 
- البكتيريا المنزعجة من النترات (مثل Pseudomonas): في ظل الظروف الخاملة ، فإنها تستخدم المادة العضوية كمانح إلكترون لخفض NO − إلى N 2.
 
- البكتيريا التي تتراكم في البوليفوسفات (مثل Acinetobacter): Excessive uptake of phosphorus in anaerobic aerobic alternating environments (releasing energy to absorb phosphorus during aerobic conditions and releasing phosphorus to obtain carbon sources during anaerobic conditions).
 
تخصيص الطاقة في الأيض الميكروبي
 
 
التمثيل الغذائي للتفكيك: المادة العضوية تُكسّد وتطلق الطاقة (حوالي 40% تُحول إلى ATP، و 60% تضيع كطاقة حرارية).
 
-الأنابوليزم: يتم استخدام الطاقة لنمو الخلايا الميكروبية (إنتاج الوحل) ، ويتم استهلاك الطاقة المتبقية من خلال التنفس الداخلي.
 
2تأثير تعزيز العمليات الفيزيائية والكيميائية
 
تأثير الارتباط من إمتصاص وتساقط الاصطدام
 
 
مرحلة الامتصاص:تلتقط الكائنات الدقيقة المواد العضوية بسرعة من خلال الشبكة اللزجة من EPS (المواد البوليمرية خارج الخلية) (يمكن أن يصل معدل الامتصاص إلى أكثر من 10 أضعاف معدل التحلل).
 
آلية التدفق:
 
- التدفق البيولوجي: تعمل السكريات والبروتينات في EPS التي تفرزها الكائنات الحية الدقيقة كدبابيس بيولوجية لتعزيز تكوين الطحالب.
 
-تحييد الشحنة: باستخدام أيونات Ca 2 + و Mg 2 + للحد من الشحنة السلبية على السطح اللولوي وتقليل الرفض.
 
- كفاءة هطول الأمطار: تتمكن الطحالب الجيدة (SVI = 100 ~ 150 mL / g) من فصل مياه الوحل في خزان التحلل الثانوي ، ويمكن أن تصل تركيز الوحل المرجع إلى 3000 ~ 5000 ملغ / لتر.
 
تحكم نقل الكتلة والانتشار
 
 
تراجع الأكسجين المذاب: التوزيع غير المتكافئ للأكسجين المذاب في خزان التهوية يشكل بيئة صغيرة (واجهة غير أكسدة هوائية) ، مما يعزز التنيتر والتنيتر المزامن.
 
- الانتشار على الركيزة: معدل نقل المادة العضوية من المرحلة المائية إلى سطح الخلايا الميكروبية يؤثر على كفاءة التدهور.والتي يمكن تحسينها عن طريق زيادة كثافة التحريك.

3منطق التحكم في معايير العملية
 
معايير التحكم الرئيسية
 
 
- عمر الحمأة (SRT): يحدد هيكل السكان الميكروبيين (على سبيل المثال ، يُعزز SRT الطويل نمو البكتيريا النتراتية ، و SRT القصير يمنع البكتيريا الخيطية).
 
-حمل الوحل (F / M): الحمل الكبير (0.3 ~ 0.6 kgBOD / kgMLSS · د) يسرع تدهور المواد العضوية ولكن يمكن أن يسبب بسهولة تورم الوحل. الحمل المنخفض (< 0.15 kgBOD / kgMLSS · د) مفيد للتنيتر..
 
نسبة الارتداد (R): تؤثر على تركيز الوحل وكفاءة معالجة خزان التهوية (عادة 20٪ ~ 100٪).
 
اتجاه تحسين العمليات النموذجية
 
 
عملية -A / O: يتم إزالة الفوسفور من خلال التناوب الهوائي اللاهوائي ، ويجب التحكم في ORP في المنطقة الاهوائية عند -150 ~ 250 mV.
 
- عملية 2/O: زيادة المرحلة غير الأكسية لتعزيز التطهير، مما يتطلب تخصيص مصدر الكربون متوازن (التطهير الأولوي، تليها إزالة الفوسفور).
 
عملية SBR: التكامل متعدد الوظائف الذي يتم تحقيقه من خلال التحكم في السلسلة الزمنية ، مما يتطلب تحسين كثافة التهوية ووقت الركود.
 
4التحديات واستراتيجيات التعامل معها أثناء العملية
 
تحليل المشاكل المشتركة
 
 
- تورم الحمأة: يؤدي التكاثر المفرط للبكتيريا الخيطية إلى SVI> 200 مل / جرام ، والتي يمكن أن تُمنع بإضافة Fe 3 + أو تعديل F / M.
 
-شيخوخة الوحل: يؤدي التشغيل الطويل الأجل منخفض الحمل إلى التدفق ، مما يتطلب تفريغ الوحل أو زيادة الحمل لتنشيط عملية الأيض.
 
- إن كفاءة التنزيف محدودة: عندما يكون مصدر الكربون غير كاف، يمكن إضافة الميثانول/أسيتات الصوديوم، أو يمكن استخدام عملية MBR لتوسيع SRT.
 
تقنية التحكم الذكية
 
 
- مراقبة عبر الإنترنت: ردود فعل في الوقت الحقيقي لحالة العملية من خلال أجهزة استشعار DO، pH، ORP.
 
-تنبؤ النموذج: تطبيق ASM (نموذج الوحل المنشط) لمحاكاة العمليات الأيضية وتحسين استراتيجيات التهوية والعودة.

5الابتكار التكنولوجي والاتجاهات المتطورة

تطوير عمليات جديدة

-النيترونية قصيرة النطاق: أكسدة NH - N إلى NO 2 - وديترونية مباشرة، وتوفير 25٪ الهواء و 40٪ مصدر الكربون.

- تكنولوجيا الوحل الحبيبية: من خلال التجميع الذاتي لتشكيل جزيئات بحجم مليمتر، فإنه يعزز القدرة على مقاومة أحمال الاصطدام.

استخدام الموارد

-هضم الحموضة الحمضية للطين: تحويل المواد العضوية إلى غاز حيوي (يحتوي على 60٪ إلى 70٪ من CH4) لتحقيق استرداد الطاقة.

استرداد الفوسفور: استخراج الأسمدة بطيئة الإفراج من الوحل من خلال قمامة الطيور (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O) تقنية التبلور.

تلخيص

نظام الوحل النشط يحقق التحكم الكامل في السلسلة من المعدن العضوي إلى دورة المواد الغذائية من خلال ربط عملية الأيض الميكروبي والعمليات الكيميائية الفيزيائية.ستركز اتجاه التنمية المستقبلية على العمليات منخفضة الكربون وتوفير الطاقة، والتنظيم الذكي، واستعادة الموارد لتلبية الطلب على تحسين معالجة مياه الصرف الصحي في إطار هدف حيادية الكربون. it is necessary to flexibly adjust process parameters based on water quality characteristics (such as toxic substances in industrial wastewater and metabolic inhibition in low-temperature environments) to ensure stable and efficient operation of the system.