1. مقدمه
حذف بیولوژیکی تقویت شده مواد مغذی (BNR) یک جزء حیاتی از سیستم‌های لجن فعال معمولی (CAS) است که هدف آن کاهش غلظت نیتروژن و فسفر برای برآورده کردن مقررات تخلیه پساب است. سیستم‌های CAS سنتی اغلب بر هوادهی مداوم و پارامترهای عملیاتی ثابت تکیه می‌کنند، که می‌تواند کارایی حذف مواد مغذی را، به‌ویژه در شرایط نوسان ورودی، محدود کند. این مطالعه تغییرات عملیاتی، از جمله هوادهی متناوب و بهینه‌سازی سن لجن را بررسی می‌کند تا حذف مواد مغذی را بدون تغییرات عمده زیرساخت افزایش دهد و راهنمایی‌های عملی برای مقاوم‌سازی گیاهان موجود ارائه دهد.
2. مواد و روشها
راکتورهای در مقیاس آزمایشی برای مقایسه شرایط عملیاتی مختلف طراحی شدند. حالت‌های هوادهی شامل سیکل‌های هوادهی مداوم و متناوب بود، در حالی که زمان‌های نگهداری لجن (SRT) از 5 تا 20 روز متغیر بود. نسبت کربن به نیتروژن (C/N) از 4 به 10 تنظیم شد تا تأثیر آنها بر حذف مواد مغذی ارزیابی شود. پساب ثانویه شهری به عنوان پساب استفاده شد. غلظت نیتروژن و فسفر روزانه کنترل شد. ترکیب جامعه میکروبی با استفاده از توالی‌یابی 16S rRNA، با تمرکز بر غنی‌سازی باکتری‌های نیتریف کننده و نیترات زدایی تحت استراتژی‌های عملیاتی مختلف، ارزیابی شد. استراتژی‌های کنترل تطبیقی برای ارزیابی پایداری پساب تحت تغییرپذیری ورودی اجرا شد.
3. نتایج
هوادهی متناوب همراه با سن لجن بهینه به طور قابل توجهی راندمان حذف مواد مغذی را بهبود بخشید. حذف آمونیوم به طور مداوم از 95٪، حذف کل نیتروژن بین 80٪ تا 90٪، و غلظت کل فسفر در شرایط بهینه به زیر 1 میلی گرم در لیتر کاهش یافت. تجزیه و تحلیل میکروبی غنی‌سازی انتخابی باکتری‌های نیتریف‌کننده و نیترات‌زدایی را نشان داد که با بهبود حذف مواد مغذی مرتبط بود. نظارت مستمر و کنترل تطبیقی کیفیت پساب را حتی زمانی که غلظت های ورودی متفاوت بود حفظ کرد. تجزیه و تحلیل مقایسه ای نشان داد که هوادهی متناوب حذف نیتروژن و فسفر برتر را در مقایسه با هوادهی مداوم ارائه می دهد، در حالی که بهینه سازی SRT عملکرد فرآیند را بیشتر می کند.
4. بحث
نتایج نشان می‌دهد که تغییرات عملیاتی در سیستم‌های CAS می‌تواند به طور قابل‌توجهی حذف مواد مغذی را بدون نیاز به ارتقای زیرساخت گران قیمت افزایش دهد. هوادهی متناوب باعث ایجاد شرایط متناوب هوازی و بدون اکسیژن می شود که به نفع نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان است. سن لجن بهینه، جمعیت میکروبی متعادلی را حفظ می کند و از فعالیت بیولوژیکی پایدار حمایت می کند. این مطالعه اهمیت درک پویایی جامعه میکروبی و اعمال کنترل تطبیقی برای پاسخ به تغییرپذیری تأثیرگذار را برجسته می‌کند. این یافته ها راهنمایی عملی برای تاسیسات تصفیه فاضلاب ارائه می دهد که به دنبال بهبود کیفیت پساب به صورت مقرون به صرفه و در عین حال رعایت الزامات نظارتی سختگیرانه هستند.
5. نتیجه گیری
حذف بیولوژیکی مواد مغذی در سیستم های لجن فعال معمولی را می توان با ترکیب هوادهی متناوب با سن لجن بهینه به دست آورد. این استراتژی حذف نیتروژن و فسفر را بهبود می بخشد، تغییرات مفیدی در جامعه میکروبی ایجاد می کند و کیفیت پساب را تحت شرایط متغیر تضمین می کند. رویکرد مقایسه ای یک روش عملی و مقرون به صرفه برای مقاوم سازی نیروگاه های CAS موجود ارائه می دهد، که نشان می دهد که تغییرات عملیاتی می تواند بدون سرمایه گذاری زیرساختی عمده به مزایای زیست محیطی و نظارتی قابل توجهی دست یابد.