مسارات تكنولوجيا إزالة الفوسفور والنيتروجين الكلي: من مبادئ العملية إلى الاختيار الهندسي

مسارات تكنولوجيا إزالة الفوسفور الكلي والنيتروجين الكلي: من مبادئ العملية إلى الاختيار الهندسي

في مشروعات تحديث محطات الصرف الصحي البلدية ومعالجة مياه الصرف الصناعي، تمثل الإزالة المتزامنة لإجمالي الفوسفور (TP) والنيتروجين الكلي (TN) تحديًا تقنيًا ومؤشرًا رئيسيًا للتنظيم البيئي. ويأتي إجمالي الفوسفور بشكل رئيسي من المنظفات الموجودة في مياه الصرف الصحي المنزلية، والفوسفات في مياه الصرف الصناعي، وبقايا المبيدات الحشرية. يتكون إجمالي النيتروجين من نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين العضوي، وما إلى ذلك. وكلاهما من العوامل الرئيسية المسببة لتخثث المياه.

بالنسبة لمقاولي الهندسة ومتكاملي الأنظمة، فإن فهم النطاق المطبق وشروط الحدود لمختلف تقنيات إزالة الفوسفور والنيتروجين هو الأساس لتصميم العمليات واختيار المعدات.

1. طرق تقنية إزالة الفوسفور الكلي

يوجد الفوسفور الإجمالي في الماء على هيئة أورثوفوسفات، بولي فوسفات، والفوسفور العضوي. تتوافق الأشكال المختلفة مع آليات الإزالة المختلفة.

1.1 طريقة الترسيب الكيميائي

الترسيب الكيميائي هو العملية السائدة لإزالة الفوسفور. يتضمن إضافة أملاح معدنية أو جير لتحويل جذور الفوسفات إلى رواسب غير قابلة للذوبان.

طريقة ترسيب ملح الكالسيوم:إضافة الجير (CaO) أو كلوريد الكالسيوم إلى مياه الصرف الصحي المحتوية على الفوسفور يولد راسب هيدروكسيباتيت تحت الظروف القلوية. معادلة التفاعل هي كما يلي:

5Ca²⁺ + 7OH⁻ + 3H₂PO₄⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)₃↓ + 6H₂O

المعلمات الهندسية:يتم تحقيق أفضل تأثير لإزالة الفوسفور عندما يتم التحكم في pH عند 10.5-12.5، ويمكن أن يكون تركيز الفوسفات المتدفق أقل من 0.5 ملجم/لتر. وقت رد الفعل هو 10-15 دقيقة. يمكن أن يؤدي التعاون مع مادة الندف PAM إلى تحسين كفاءة الترسيب.

طريقة ترسيب ملح الألومنيوم/الحديد:إضافة كبريتات الألومنيوم، كلوريد متعدد الألومنيوم أو كلوريد الحديديك يولد فوسفات الألومنيوم أو رواسب فوسفات الحديد. وتتمثل ميزته في أنه يمكن أن يعمل في ظل ظروف pH شبه المحايدة (6.5-7.5)، وهو مناسب لإزالة الفسفور بعد النظام الكيميائي الحيوي.

تجدر الإشارة إلى أن طريقة الترسيب الكيميائي تستهدف بشكل رئيسي الفوسفور غير العضوي ولها تأثير محدود على إزالة الفوسفور العضوي. مطلوب التحقق من العملية وفقا لجودة المياه الفعلية.

1.2 إزالة الفسفور البيولوجية

تعتمد إزالة الفسفور البيولوجية على سلوك امتصاص الفسفور المفرط للكائنات الحية المتراكمة للفسفور (PAOs) في البيئات اللاهوائية/الهوائية المتناوبة. في المرحلة اللاهوائية، يتم تحلل البولي فوسفات مائيًا لتحرير الفوسفات؛ في المرحلة الهوائية، يتم امتصاص الفوسفات الزائد وتخزينه في الخلايا على شكل متعدد الفوسفات، ويتم إزالة الفوسفور من خلال تصريف الحمأة الزائدة.

عندما يعمل نظام إزالة الفسفور البيولوجي المعزز (EBPR) بثبات، يمكن أن يصل إجمالي الفوسفور المتدفق إلى أقل من 0.5 ملجم/لتر. ومع ذلك، فإن إزالة الفوسفور البيولوجي حساسة لمصادر الكربون المؤثرة وظروف التشغيل، وتنخفض الكفاءة بشكل ملحوظ في ظل درجات الحرارة المنخفضة أو ظروف نسبة الكربون إلى النيتروجين المنخفضة.

1.3 طريقة الامتزاز

الاستفادة من تأثير امتصاص المواد المسامية لإزالة الفوسفات من الماء. أظهرت الدراسات أن الكربون المنشط القائم على الحمأة لديه قدرة امتصاص فوسفور تبلغ 7.3 مجم/جم تحت pH 6 ووقت امتصاص يبلغ 360 دقيقة، وهو أفضل من الكربون المنشط التجاري البالغ 4.1 مجم/جم. يمكن للفحم الحيوي المحضر من ألياف نخيل التمر أن يحقق إجمالي معدل إزالة الفوسفور بنسبة 81% إلى 91%.

طريقة الامتزاز مناسبة للمعالجة العميقة لمياه الصرف الصحي منخفضة التركيز المحتوية على الفوسفور أو كوحدة معالجة ثلاثية، ولكن تكاليف التجديد والاستبدال للمواد الماصة تحتاج إلى أن يتم تضمينها في التقييم الاقتصادي الهندسي.

2. طرق تقنية إزالة النيتروجين الكلي

جوهر إزالة النيتروجين الكلي هو تحويل أشكال مختلفة من النيتروجين إلى غاز النيتروجين وإطلاقه من الجسم المائي. تشمل المسارات التقنية السائدة إزالة النتروجين البيولوجي والطرق الفيزيائية والكيميائية.

2.1 عملية إزالة النتروجين البيولوجية

تكتمل عملية إزالة النتروجين البيولوجية عن طريق اقتران عمليتي النترجة ونزع النتروجين.

النترجة:في ظل الظروف الهوائية، يتم أكسدة نيتروجين الأمونيا بشكل تسلسلي لنترات النيتروجين بواسطة بكتيريا النتريت والبكتيريا الآزوتية.

إزالة النتروجين:في ظل ظروف نقص الأكسجين، تستخدم البكتيريا النازعة للنتروجين المواد العضوية كمانحين للإلكترونات لتقليل نترات النيتروجين إلى غاز النيتروجين.

تشمل العمليات الشائعة في الهندسة ما يلي:

• عملية AAO (اللاهوائية-Anoxic-Oxic):هيكل قياسي ثلاثي المراحل، يحقق نيتروجين و إزالة الفوسفور. يمكن لعملية AAO المحسنة، من خلال التحكم الدقيق في نسبة الارتجاع الداخلي وإضافة مصدر الكربون، تحقيق التدفق السائل TN<11 mg/L and TP<0.5 mg/L when the influent C/N ratio is 3–4.

• عملية Bardenpho:تتم إضافة مرحلة ما بعد نقص الأكسجين للاستفادة الكاملة من مصادر الكربون الداخلية للعمق نزع النتروجين. وقد أظهرت الدراسات أنه في ظل جرعة مصدر الكربون البالغة 38.63 ملجم / لتر ونسبة الارتجاع الداخلي 300٪، فإن النفايات السائلة TN تبلغ 8.15 ملجم / لتر و TP 0.3 ملجم / لتر.

عملية

• AOA-SBR:مفاعل دفعي متسلسل لاهوائي/أوكسيك/نقص الأكسجين. تحت درجة حرارة منخفضة تبلغ 15.7 درجة مئوية، عندما يكون TN المتدفق 45.5 مجم/لتر وTP 3.9 مجم/لتر، يتم تقليل التدفق إلى 10.9 مجم/لتر و0.1 مجم/لتر على التوالي.

2.2 استراتيجية إضافة مصدر الكربون الخارجي

نسبة منخفضة من الكربون إلى النيتروجين (C/N<4) is a typical feature of municipal sewage in northern regions. Insufficient carbon sources will limit denitrification efficiency. In actual projects, external carbon sources such as sodium acetate are used for supplementation.

) تربط استراتيجيات التحكم الدقيقة بين جرعة مصدر الكربون وتركيز نيتروجين النترات في قسم نقص الأكسجين، والتي يمكن أن تقلل من استهلاك مصدر الكربون لكل طن من الماء من 60 جم إلى 20 جم (محسوبة على شكل خلات الصوديوم النقي)، مما يوفر حوالي 70% من تكاليف مصدر الكربون

2.3 طرق إزالة النتروجين الفيزيائية والكيميائية

لمياه الصرف الصحي عالية التركيز المحتوية على النيتروجين والتي لا يمكن معالجتها كيميائيًا. (مثل المادة المرتشحة من مدافن النفايات ومياه الصرف الصناعي)، يمكن استخدام الطرق التالية:

• التبادل الأيوني:الامتزاز الانتقائي لأيونات الأمونيوم باستخدام مواد مثل الزيوليت

• فصل الغشاء:التناضح العكسي أو التحليل الكهربائي لتحقيق تركيز النيتروجين وفصله

• مزيل نيتروجين الأمونيا:ينطبق فقط على المياه العادمة التي يهيمن عليها نيتروجين الأمونيا، وتحويلها إلى غاز نيتروجين من خلال التفاعلات الكيميائية. لاحظ أن مزيلات نيتروجين الأمونيا غير فعالة ضد نيتروجين النترات والنيتروجين العضوي. يعتمد إجمالي تأثير إزالة النيتروجين على نسبة نيتروجين الأمونيا في إجمالي النيتروجين.

3. مرجع تجميع العمليات واختيار الهندسة

4. تضافر العمليات: الصعوبات الهندسية في إزالة النيتروجين والفوسفور في وقت واحد

هناك تناقضات في العملية الإزالة المتزامنة للنيتروجين الكلي والفوسفور الكلي:

• تتطلب إزالة الفوسفور البيولوجية مصادر كربون كافية (القسم اللاهوائي)، بينما تستهلك عملية نزع النتروجين البيولوجية أيضًا مصادر الكربون (قسم نقص الأكسجين) عمر الحمأة

تحقق الهندسة التوازن من خلال الاستراتيجيات التالية:

• اعتماد عملية مدخل المياه المرحلية لتوزيع مصادر الكربون على الأقسام اللاهوائية ونقص الأكسجين

• التحكم في عمر الحمأة عند 10-15 يومًا، مع الأخذ في الاعتبار احتياجات نمو البكتيريا الآزوتية والبكتيريا المتراكمة للفوسفور

• عند التدفق متطلبات TP صارمة (<0.3 mg/L), supplement chemical post-precipitation unit

5. المراقبة والتحكم في العمليات

بالنسبة لمتكاملي الأنظمة، تعد المراقبة عبر الإنترنت لإجمالي الفوسفور والنيتروجين الإجمالي هي أساس تنظيم العملية. في الوقت الحالي، تستخدم مراقبة الفسفور الكلي طريقة القياس الطيفي لموليبدات الأمونيوم (حد الكشف 0.01-1.0 ملغم/لتر)، ويستخدم النيتروجين الكلي طريقة قياس الطيف الضوئي لهضم كبريتات البوتاسيوم القلوية-الأشعة فوق البنفسجية. في عملية AAO، يعد تركيز نيتروجين النترات في قسم نقص الأكسجين هو المعلمة الرئيسية للتحكم في نسبة الارتجاع الداخلي وجرعة مصدر الكربون الخارجي.

الأسئلة الشائعة

Q1.هل إزالة الفسفور الكيميائي فعالة في الفسفور العضوي؟

غير فعال. طريقة الترسيب الكيميائي فعالة فقط على أيونات الفوسفات غير العضوية. يجب أولاً تحويل الفوسفور العضوي إلى فوسفور غير عضوي من خلال الأكسدة أو التحلل البيولوجي قبل إزالة الترسيب.

Q2.لماذا تكون عملية نزع النتروجين صعبة في مياه الصرف الصحي ذات نسبة الكربون إلى النيتروجين المنخفضة؟

تتطلب عملية نزع النتروجين مادة عضوية باعتبارها جهة مانحة للإلكترون. عندما تكون نسبة C/N أقل من 4، يكون مصدر الكربون في الماء الخام غير كافٍ لدعم عملية إزالة النتروجين الكاملة، ويجب استكمال مصادر الكربون الخارجية (مثل أسيتات الصوديوم) أو استراتيجيات مدخل المياه متعددة النقاط.

Q3.كيف يتم الاختيار بين إزالة الفسفور البيولوجي وإزالة الفسفور الكيميائي؟

يتم استخدام إزالة الفسفور بيولوجيًا في العملية الرئيسية (تكلفة تشغيل منخفضة، لكن الكفاءة تتأثر بتقلبات جودة المياه)؛ يتم استخدام إزالة الفوسفور الكيميائي كإجراء وقائي (تفاعل مستقر، ولكن تكلفة كيميائية عالية). في الهندسة، غالبًا ما يتم اعتماد أسلوب الجمع بين علم الأحياء باعتباره التخصص الرئيسي والكيمياء كعامل مساعد.

Q4.عندما يكون الامتثال الكلي للنيتروجين أمرًا صعبًا، ما هي المعلمات التي يجب تعديلها أولاً؟

التحقق من التسلسل: نسبة الارتجاع الداخلي (يجب أن تكون 200%-400%)، الأكسجين المذاب في قسم نقص الأكسجين (يجب أن يكون<0.5 mg/L), carbon source dosage and dosing point (should be added at the entrance of the anoxic zone), sludge age (nitrifying bacteria require longer sludge age).

Q5.لتقليل إجمالي الفوسفور من 1.0 ملجم/لتر إلى 0.3 ملجم/لتر، ما هي العملية الأكثر اقتصادا؟

عندما يتم تقليل TP المؤثر إلى حوالي 1.0 مجم/لتر، تكون إمكانية إزالة الفوسفور البيولوجي قريبة من الحد الأعلى. يعد استخدام أملاح الألومنيوم أو الحديد في عمليات ما بعد الترسيب الكيميائي (الجرعة حوالي 10-30 ملجم/لتر) حلاً اقتصاديًا وممكنًا لإزالة الفسفور العميق.

Q6.ما هي مدة دورة التشبع لامتصاص الكربون المنشط لإزالة الفوسفور؟

يعتمد ذلك على تركيز الفوسفور المؤثر ونوع الكربون. التجديد مطلوب عندما يصل امتزاز الفوسفور إلى 60%-70% من قدرة الامتزاز المشبعة. إذا أخذنا الكربون المنشط بقشرة جوز الهند كمثال، عند معالجة النفايات السائلة الثانوية بالفوسفور 1-2 ملغم/لتر، تبلغ دورة التشبع حوالي 2000-5000 حجم سرير.

Q7.هل يمكن لمعدات معالجة مياه الصرف الصحي المتكاملة تلبية معايير TP وTN في نفس الوقت؟

نعم، يمكن تهيئته. من الضروري اعتماد عمليات التحكم المجزأة اللاهوائية ونقص الأكسجين والهوائية (مثل معدات AAO المتكاملة)، وتجهيزها بوحدات جرعات المواد الكيميائية وأدوات المراقبة عبر الإنترنت. مناسبة لسيناريوهات المعالجة اللامركزية لمياه الصرف الصحي بقدرة 50-500 متر مكعب/اليوم.

ملخص:

تمثل إزالة إجمالي الفوسفور والنيتروجين الكلي تحديًا منهجيًا في هندسة معالجة مياه الصرف الصحي. تعتمد إزالة الفسفور بشكل أساسي على الترسيب الكيميائي وإزالة الفوسفور البيولوجي، في حين تتركز إزالة النيتروجين الكلية على النترجة البيولوجية/نزع النتروجين. هناك لعبة بين الاثنين في توزيع مصدر الكربون والتحكم في عمر الحمأة.

يحتاج المقاولون الهندسيون إلى توضيح خصائص جودة المياه المتدفقة (نسبة C/N، وشكل الفوسفور، ونطاق درجة الحرارة) في مرحلة التصميم، واختيار العمليات الرئيسية المطابقة، واحتياط الجرعات الكيميائية ووحدات الترشيح العميق كضمانات للامتثال. يجب أن يركز القائمون على تكامل الأنظمة على تكوين أدوات المراقبة عبر الإنترنت (نيتروجين النترات، ونيتروجين الأمونيا، ومحللات TP/TN) لتوفير دعم البيانات لتنظيم العملية المكررة.

ورقة بيانات مستشعر جودة المياه

NBL-WQ-CL مستشعر جودة المياه عبر الإنترنت مستشعر الكلور المتبقي.pdf

NBL-WQ-DO مستشعر الأكسجين المذاب عبر الإنترنت.pdf

NBL-WQ-NHN حساس جودة المياه بنيتروجين الأمونيا.pdf

NBL-WQ-COD مستشعر جودة المياه عبر الإنترنت COD.pdf

NBL-WQ-pH مستشعر جودة المياه pH عبر الإنترنت.pdf

NBL-WQ-EC مستشعر موصلية جودة المياه.pdf

NBL-WQ-BOD-4A Online BOD Sensor.pdf

NBL-WQ-TH-4S مستشعر الصلابة الإجمالي عبر الإنترنت.pdf