الإدارة المتقدمة لدرجة الحموضة والمغذيات والسمية في معالجة مياه الصرف الصحي

الإجابة المباشرة:
يتطلب تحسين معالجة مياه الصرف الصحي التحكم الدقيق في درجة الحموضة وتوازن العناصر الغذائية والمركبات السامة لأن هذه تؤثر بشكل مباشر النشاط الميكروبي، وتطوير الأغشية الحيوية، واستقرار الحمأة، وطول عمر النظام . الجمع بين استراتيجيات العلاج المتقدمة أنظمة التحكم الكيميائية والبيولوجية والآلية ، في كثير من الأحيان بدعم من النمذجة الرياضية والرصد في الوقت الحقيقي .

1. إدارة الرقم الهيدروجيني: الاعتبارات الكيميائية والبيولوجية

لماذا يهم:

• يحدد الرقم الهيدروجيني نشاط الإنزيم، ومعدل النمو الميكروبي، وتكاثر الأمونيا (NH₃/NH₄⁺) .
• درجة الحموضة القصوى يمكن أن قتل النترات أو مزيلات النتروجين ، زعزعة استقرار العلاج البيولوجي.
• التآكل والتحجيم هي تعتمد على الرقم الهيدروجيني ; المعادن مثل النحاس والصلب والنحاس حساسة.

التفاعلات الكيميائية والتوازنات:

1. توازن الأمونيا
   

• في درجة حموضة عالية (> 8.5) ، المزيد من أشكال الأمونيا الحرة (NH₃)، وهي سامة للبكتيريا النتروجينية .
• في درجة حموضة منخفضة (<6.5) ، تظل الأمونيا في صورة NH₄⁺، مما يقلل من السمية ولكن من المحتمل أن يؤدي إلى إبطاء عملية الإزالة البيولوجية.

2. نظام عازلة الكربونات
   

• يحافظ على درجة الحموضة الثابتة في المفاعلات البيولوجية.
• يؤدي التخزين المؤقت غير الكافي إلى يتأرجح الرقم الهيدروجيني أثناء أحداث الحمل العضوي العالي .

استراتيجيات التحكم:

مؤشرات الأداء الرئيسية: تقلب الرقم الهيدروجيني < ± 0.2 وحدة؛ الحفاظ داخل 6.8-8.2 في MBBR/SBR.

2. إدارة المغذيات: التحكم في النيتروجين والفوسفور

لماذا يهم:

• يتطلب النمو الميكروبي نسبة C:N:P ~100:5:1 لتحقيق الكفاءة المثلى للأغشية الحيوية.
• يؤدي فائض النيتروجين أو الفوسفور إلى التخثث بينما يؤدي النقص إلى إبطاء نمو الكتلة الحيوية.

مسارات إزالة النيتروجين:

1. إزالة الأمونيا (NH₄⁺/NH₃).

   • النترجة: NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻ (هوائي، حساس لدرجة الحموضة)
   • نزع النتروجين: NO₃⁻ → N₂ (يتطلب مصدر كربون ونقص الأكسجين)

2. إزالة الفوسفور

   • الترسيب الكيميائي: تشكل أملاح Al³⁺، Fe³⁺ فوسفات غير قابل للذوبان
   • تعزيز إزالة الفوسفور البيولوجي (EBPR): تمتص الكائنات المتراكمة للفوسفات (PAOs) فائض P

جدول التحكم:

المراقبة المتقدمة:

• على الانترنت أجهزة استشعار الأمونيا والنترات والفوسفات للتحكم في ردود الفعل
• استخدم التحكم التنبئي النموذجي (MPC) لتحسين جرعات المغذيات

3. إدارة السمية: التأثيرات الكيميائية والبيولوجية

لماذا يهم:

• المركبات السامة (المعادن الثقيلة، الفينولات، الأملاح العالية، الكلور الحر، المواد الكيميائية الصناعية) تمنع النشاط الميكروبي.
• ناقلات الأغشية الحيوية والحمأة المنشطة هي حساسة لارتفاع السمية المفاجئة مما يقلل من كفاءة إزالة COD/BOD.

عوامل السمية الرئيسية والتخفيف من آثارها:

الاستراتيجيات المتقدمة:

• استخدم خزانات المعادلة لعزل المسامير السامة
• تنفيذ فحوصات السمية المستمرة (اختبارات التثبيط الميكروبي)
• الجمع المعالجة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لمياه الصرف الصناعي عالية القوة

4. التحكم المتكامل: الرقم الهيدروجيني والعناصر الغذائية والسمية

التفاعلات:

• يؤثر الرقم الهيدروجيني على نوع الأمونيا مما يؤثر على السمية الميكروبية
• ارتفاع الكلوريد أو المعادن تقليل نشاط الأغشية الحيوية، وإبطاء إزالة العناصر الغذائية
• نقص المغذيات / الزائدة يغير خصائص الحمأة وكفاءة إزالة COD

التحكم في سير العمل (لوحة المعلومات المقترحة):

مراقبة المواد المؤثرة ← التحييد/التخزين المؤقت ← جرعات المغذيات ← تخفيف السمية ← المفاعل البيولوجي ← مراقبة النفايات السائلة

• في الوقت الحقيقي مؤشرات الأداء الرئيسية : الرقم الهيدروجيني 6.8-8.2، NH₃-N ≥5 ملغم / لتر، TN ≥15 ملغم / لتر، TP ≥2 ملغم / لتر، مؤشر الصحة الميكروبية > 80٪
• تعمل الجرعات والإنذارات الآلية على تقليل تدخل المشغل ومنع حدوث اضطراب في العملية

5. الأدوات والنمذجة المتقدمة

• عقود الفروقات ونمذجة المفاعلات: تحسين التدفق والتهوية والاتصال بالأغشية الحيوية
• التعلم الآلي: التنبؤ بالطفرات المؤثرة أو أحداث السمية
• تكامل SCADA: في الوقت الحقيقي control of pH, DO, NH₃-N, TN, TP, and toxicants
• الصيانة التنبؤية: تكتشف المستشعرات التحجيم أو التآكل أو إجهاد الكتلة الحيوية مبكرًا

الوجبات السريعة الرئيسية:

• درجة الحموضة، والمواد الغذائية، والسمية هي مترابطة ; التحكم المتكامل يزيد من كفاءة المعالجة البيولوجية.
• في الوقت الحقيقي monitoring, chemical dosing, and advanced modeling reduce risk of process upset.
• السيطرة المناسبة على المغذيات والسمية يحمي الأغشية الحيوية، ويطيل عمر المعدات، ويضمن الامتثال التنظيمي .