منطقة نقص الأكسجين في معالجة مياه الصرف الصحي

مقدمة:

تشير "منطقة نقص الأكسجين" إلى منطقة داخل محطة / نظام معالجة مياه الصرف الصحي تفتقر إلى الأكسجين المذاب (DO). عادة ، يعتبر الماء الذي يحتوي على أقل من 0.5 جزء في المليون من الأكسجين المذاب. تنشأ حالات نقص الأكسجين عندما تقوم الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا) بأكسدة المواد العضوية بمعدل أسرع من معدل إمداد الأكسجين المذاب.

وتجدر الإشارة إلى أن "اللاهوائية" غالبًا ما تستخدم بشكل غير صحيح بدلاً من "نقص الأكسجين". تعني كلمة "Anoxic" على وجه التحديد عدم وجود الأكسجين ، بينما تشير "اللاهوائية" إلى عدم وجود متقبلات إلكترونية مثل الأكسجين والنترات والكبريتات.

تعد معالجة مياه الصرف الصحي عملية حاسمة تضمن التخلص الآمن من مياه الصرف أو إعادة استخدامها ، مما يحمي صحة الإنسان والبيئة. أحد المكونات الرئيسية لمعالجة مياه الصرف الصحي هو منطقة نقص الأكسجين ، والتي تلعب دورًا مهمًا في تقليل أحمال النيتروجين وتحسين كفاءة المعالجة .

ما هي منطقة نقص الأكسجين؟

منطقة نقص الأكسجين هي قسم في عملية معالجة مياه الصرف الصحي حيث يتم الاحتفاظ بمستويات الأكسجين منخفضة عن عمد لتعزيز نمو الكائنات الحية الدقيقة التي لا تتطلب الأكسجين لعملية التمثيل الغذائي الخاصة بها.

توجد مناطق نقص الأكسجين عادةً بعد خزان الترسيب الأولي وقبل عملية المعالجة الهوائية. أثناء نزع النتروجين ، تستخدم الكائنات الحية الدقيقة النترات والنتريت كمستقبلات للإلكترون ، مما يسمح لها بتفكيك المواد العضوية في مياه الصرف دون الحاجة إلى الأكسجين. لا تقلل هذه العملية من كمية النيتروجين في مياه الصرف فحسب ، بل تنتج أيضًا غاز النيتروجين ، وهو منتج ثانوي غير ضار يتم إطلاقه في الغلاف الجوي.

لماذا تعتبر منطقة نقص الأكسجين مهمة؟

يمكن أن يسبب النيتروجين الزائد في مياه الصرف مشاكل بيئية مثل التخثث ، حيث تؤدي التركيزات المفرطة للمغذيات إلى نمو مفرط للنباتات والطحالب واستنفاد مستويات الأكسجين في المسطحات المائية ، مما قد يضر بالحياة المائية. من خلال تقليل حمل النيتروجين قبل عملية المعالجة الهوائية ، يتم تحسين كفاءة المعالجة الكلية ، ويتم تقليل التأثير البيئي لمياه الصرف الصحي المعالجة.

يمكن أن يكون هذا مهمًا بشكل خاص في المناطق التي يتم فيها تصريف المياه العادمة المعالجة في النظم الإيكولوجية المائية الحساسة.

تصميم وتشغيل مناطق نقص الأكسجين:

يعد تصميم وتشغيل مناطق نقص الأكسجين أمرًا بالغ الأهمية لفعاليتها في تقليل أحمال النيتروجين. يلعب حجم وشكل منطقة نقص الأكسجين ومعدل تدفق مياه الصرف ونوع وكمية مصدر الكربون دورًا في تحديد معدل نزع النتروجين. يمكن أن يضمن استخدام أنظمة المراقبة والتحكم المناسبة أيضًا أن منطقة نقص الأكسجين تعمل بشكل فعال.

ستوفر منطقة نقص الأكسجين الأكبر مساحة أكبر لنمو البكتيريا المزيلة للنيتروجين وتحطيم المواد العضوية ، بينما قد تؤدي منطقة نقص الأكسجين الأصغر إلى نزع النتروجين غير الكامل. يمكن أن يؤثر شكل منطقة نقص الأكسجين أيضًا على فعاليتها ، مع بعض التصميمات التي تعزز الخلط والتوزيع الأفضل لمياه الصرف والكائنات الحية الدقيقة.

يمكن أن يسمح معدل التدفق الأبطأ بمزيد من الوقت لحدوث نزع النتروجين ، في حين أن معدل التدفق الأسرع قد لا يوفر وقتًا كافيًا لنزع النتروجين بالكامل. يعد زمن الاستبقاء الهيدروليكي (HRT) معلمة رئيسية تستخدم لتحديد معدل التدفق المناسب للمناطق الخالية من الأكسجين ، مع ارتباط العلاج التعويضي بالهرمونات الأطول بشكل عام بمعدلات نزع النتروجين الأعلى.

تتطلب بكتيريا نزع النتروجين مصدرًا للكربون العضوي لإجراء عملية نزع النتروجين ، ويمكن أن يؤثر توفر مصدر الكربون ونوعه على كفاءة نزع النتروجين. تتضمن بعض المصادر الشائعة للكربون الميثانول والإيثانول والأسيتات ، وسوف تعتمد الكمية المناسبة ونوع مصدر الكربون على عوامل مثل حمل النيتروجين ونوع مياه الصرف الصحي التي تتم معالجتها.

التحديات والقيود:

في حين أن مناطق نقص الأكسجين يمكن أن تكون فعالة في تقليل أحمال النيتروجين ، إلا أنها يمكن أن تواجه أيضًا عددًا من التحديات والقيود. يتمثل أحد التحديات في توفر مصدر الكربون ، وهو أمر ضروري لتعزيز نزع النتروجين. في بعض الحالات ، قد تكون كمية مصدر الكربون غير كافية لدعم النشاط الميكروبي الضروري ، والذي يمكن أن يحد من فعالية منطقة نقص الأكسجين. يمكن أن تشمل التحديات الأخرى وجود ملوثات أخرى في مياه الصرف ، والتي يمكن أن تمنع نزع النتروجين وتقليل الكفاءة الكلية لعملية المعالجة.

التوافر المحدود للكربون العضوي: أحد القيود الرئيسية لمناطق نقص الأكسجين هو التوافر المحدود للكربون العضوي في مياه الصرف. تتطلب عملية نزع النتروجين مصدرًا للكربون العضوي لكي تستخدمه بكتيريا نزع النتروجين كمصدر للطاقة ، وإذا كان مصدر الكربون محدودًا ، فيمكن تقليل كفاءة نزع النتروجين.

التنافس مع العمليات الميكروبية الأخرى: قد تواجه مناطق نقص الأكسجين أيضًا منافسة مع العمليات الميكروبية الأخرى في نظام معالجة مياه الصرف الصحي ، مثل النترجة أو إزالة الفوسفور. قد تستهلك هذه العمليات مصدر الكربون المتاح وتحد من توافر الكربون العضوي لنزع النتروجين.

الحساسية للعوامل البيئية: يمكن أن تكون مناطق نقص الأكسجين حساسة للتغيرات في العوامل البيئية ، مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة وتوافر الأكسجين. يمكن أن تؤثر التغييرات في هذه العوامل على نشاط بكتيريا نزع النتروجين وتقليل كفاءة نزع النتروجين.

متطلبات الطاقة العالية: في بعض الحالات ، قد تتطلب مناطق نقص الأكسجين مدخلات طاقة كبيرة للحفاظ على الظروف البيئية المرغوبة. على سبيل المثال ، قد تكون هناك حاجة لأنظمة إعادة التدوير أو التهوية للحفاظ على مستويات كافية من الخلط والأكسجين في مياه الصرف الصحي.

قابلية تطبيق محدودة لأنواع معينة من مياه الصرف الصحي: قد لا تكون مناطق نقص الأكسجين فعالة في معالجة أنواع معينة من مياه الصرف الصحي ، مثل تلك التي تحتوي على محتوى عضوي منخفض أو تلك التي تحتوي على مستويات عالية من النيتروجين في صورة لا يمكن تحويلها بسهولة إلى نترات أو نتريت.

تحديات الصيانة: تتطلب مناطق نقص الأكسجين الصيانة الدورية والمراقبة لضمان التشغيل السليم ومنع حدوث مشكلات مثل الانسداد أو التلوث البكتيري.