تجزیه و تحلیل تاثیر تامین اکسیژن مرحلهای در منطقه هوازی فرآیند AAO بر راندمان حذف آلاینده
نمای کلی
فرآیند AAO یک فناوری تصفیه فاضلاب پرکاربرد است که عمدتاً شامل مراحل بیهوازی، آنکسیک و هوازی است که به طور همافزایی برای حذف موثر آلایندهها از فاضلاب کار میکنند. مرحله هوازی یک جزء حیاتی از فرآیند AAO است و روش تامین اکسیژن مستقیماً بر بازده عملیاتی کل سیستم تأثیر می گذارد. برای افزایش بیشتر اثربخشی فرآیند AAO در کاربردهای عملی، محققان یک طرح تامین اکسیژن مرحلهای را پیشنهاد کردهاند. با ایجاد مناطق متعدد با غلظتهای مختلف اکسیژن محلول (DO) در سیستم، هدف این طرح بهینهسازی فعالیت متابولیکی میکروارگانیسمهای هوازی و بهبود راندمان حذف آلایندهها است. بنابراین، تجزیه و تحلیل تاثیر تامین اکسیژن مرحلهای در ناحیه هوازی فرآیند AAO بر حذف آلاینده، ارزش عملی قابلتوجهی دارد.
مروری بر تامین اکسیژن مرحلهای در منطقه هوازی فرآیند AAO
منطقه هوازی محل اولیه اکسیداسیون و تجزیه مواد آلی است. از طریق تامین اکسیژن مرحلهای، غلظت DO در مناطق مختلف را میتوان به طور انعطافپذیری بر اساس میزان تخریب ماده آلی و نیاز اکسیژن میکروارگانیسمها تنظیم کرد و از تخریب یکنواخت و کافی مواد آلی در سراسر مناطق اطمینان حاصل کرد. این رویکرد به بهبود نرخ حذف مواد آلی و تثبیت کیفیت پساب کمک می کند. در منطقه هوازی، نیتروژن آمونیاکی با نیتروف کردن باکتری ها به نیترات اکسید می شود. تامین اکسیژن مرحلهای تضمین میکند که باکتریهای نیتریفیککننده تحت غلظتهای مناسب DO به طور موثر عمل میکنند و از اثرات نامطلوب بر فرآیند نیتریفیکاسیون ناشی از سطوح DO بسیار بالا یا پایین جلوگیری میکنند. به طور همزمان، با کنترل نسبت گردش مجدد و غلظت مشروب مخلوط، فرآیند نیتریفیکاسیون را می توان بیشتر بهینه کرد و کارایی حذف نیتروژن آمونیاک را افزایش داد. فرآیند AAO حذف همزمان نیتروژن و فسفر را انجام می دهد. در شرایط تامین اکسیژن مرحلهای در منطقه هوازی، ارگانیسمهای انباشتهکننده فسفر (PAOs) میتوانند به طور کامل فسفر را تحت غلظتهای مناسب DO جذب کنند و با تخلیه لجن غنی از فسفر در مراحل بعدی، فسفر را حذف کنند. در همین حال، با تنظیم پارامترهای عملیاتی در مناطق بدون اکسیژن و هوازی، فرآیند نیترات زدایی را می توان بهینه کرد و راندمان حذف کل نیتروژن را بهبود بخشید.
روش شناسی تجربی برای تحلیل تاثیر مرحله بندی تامین اکسیژن در راندمان حذف آلاینده ها
در طول آزمایش، از روشهایی مانند سیستمهای کنترل دریچه هوادهی، سیستمهای کنترل خودکار و تعداد دستگاههای دمنده برای تنظیم شدت هوادهی استفاده شد و در نتیجه غلظت DO را منعکس کرد. جریان فرآیند راه اندازی آزمایشی در نشان داده شده استشکل 1.
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، منطقه هوازی سیستم AAO به سه منطقه تقسیم می شود: بخش سر، میانی و دم. زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) سیستم روی 2 ساعت تنظیم شد. ابعاد راکتور 160 سانتی متر × 125 سانتی متر × 100 سانتی متر (طول × عرض × ارتفاع)، با ارتفاع مشروب مخلوط در 60 سانتی متر تنظیم شده بود. جهت جریان بین مخازن واکنش با استفاده از دیوارهای راهنما و بافل کنترل شد.
نمونه های پساب از مخزن رسوب اولیه یک تصفیه خانه فاضلاب شهری جمع آوری شد. کیفیت فاضلاب نسبتاً پایدار بود، با تمام شاخصهای مربوطه در محدوده استاندارد: غلظت TP از 3.0 تا 5.5 میلیگرم در لیتر، غلظت TN از 26 تا 49 میلیگرم در لیتر، و COD از 255 تا 485 میلیگرم در لیتر بود.
هر بخش هوازی مجهز به یک پمپ هوای گردابی و یک سیستم لوله سوراخ دار با پیکربندی مستقل برای تشکیل سیستم هوادهی برای عملیات هوادهی بود. در طول کارکرد سیستم، هر پمپ هوای گردابی به طور مستقل و پایدار کار می کرد و غلظت DO را به ترتیب در محدوده 4-5 mg/L، 3-4 mg/L و 2-3 mg/L حفظ می کرد. غلظت DO و کیفیت پساب از بخشهای مختلف اندازهگیری و تجزیه و تحلیل شد تا تأثیر خاص بر راندمان حذف آلاینده تعیین شود.
3 تجزیه و تحلیل تاثیر غلظت DO بخش سر بر راندمان حذف آلاینده
3.1 تجزیه و تحلیل کارایی حذف COD
تجزیه و تحلیل حذف COD در بخش سر منطقه هوازی AAO تحت سه شرایط مختلف غلظت DO مقادیر COD پساب خروجی را به ترتیب 2/41، 2/40 و 8/40 میلیگرم در لیتر با راندمان حذف 3/91، 5/90 و 8/90 درصد نشان داد. جزئیات خاص در نشان داده شده استشکل 2.
تجزیه و تحلیل دادهها نشان میدهد که در حالی که راندمان حذف COD در بخش سر تا حدی تحت غلظتهای مختلف DO متفاوت بود، تغییرات کلی حداقل بود و همبستگی واضحی را نشان نداد. هنگامی که غلظت DO از سطح 2-3 میلی گرم در لیتر به سطح 3-4 میلی گرم در لیتر افزایش یافت، COD پساب و راندمان حذف به ترتیب 1.0 میلی گرم در لیتر و 0.8 درصد کاهش یافت. با این حال، زمانی که غلظت DO به سطح 4-5 میلی گرم در لیتر افزایش یافت، COD پساب و راندمان حذف به ترتیب 0.6 میلی گرم در لیتر و 0.3 درصد افزایش یافت. غلظتهای مختلف DO تأثیر قابلتوجهی بر راندمان حذف COD نداشت.
3.2 تجزیه و تحلیل کارایی حذف TN
تجزیه و تحلیل حذف TN در بخش سر، غلظت TN پساب 12.8، 12.3 و 13.1 میلی گرم در لیتر را تحت سه شرایط DO، با نرخ حذف به ترتیب 68.0٪، 66.8٪ و 67.7٪ نشان داد.
تجزیه و تحلیل داده ها نشان می دهد که راندمان حذف TN در بخش سر تا حدی تحت غلظت های مختلف DO متفاوت است، اما تغییرات کلی حداقل بوده و همبستگی واضحی را نشان نمی دهد. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که غلظت های مختلف DO تاثیر قابل توجهی بر راندمان حذف TN ندارد.
3.3 تجزیه و تحلیل کارایی حذف TP
تجزیه و تحلیل حذف TP در بخش سر، غلظت TP پساب 0.60، 0.51، و 0.48 میلی گرم در لیتر را تحت سه شرایط DO، با نرخ حذف به ترتیب 88.1٪، 90.7٪ و 91.7٪ نشان داد.
تجزیه و تحلیل داده ها نشان می دهد که راندمان حذف TP در بخش سر با غلظت DO متفاوت است. افزایش غلظت DO غلظت TP پساب را کاهش داد و راندمان حذف را بیشتر بهبود بخشید. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که سطح غلظت DO 4-5 میلی گرم در لیتر به بالاترین راندمان حذف دست یافت.
تجزیه و تحلیل جامع نشان می دهد که تنظیم غلظت DO در قسمت سر به سطح 4-5 میلی گرم در لیتر منجر به راندمان جذب فسفر بالاتر می شود.
4 تجزیه و تحلیل تاثیر غلظت DO بخش میانی بر راندمان حذف آلاینده
4.1 تجزیه و تحلیل کارایی حذف COD
تجزیه و تحلیل حذف COD در بخش میانی مقادیر COD پساب را 9/39، 9/38 و 4/40 میلیگرم در لیتر تحت سه شرایط DO با راندمان حذف به ترتیب 0/91، 9/90 و 2/91 درصد نشان داد. جزئیات خاص در نشان داده شده استشکل 3.
تجزیه و تحلیل داده ها نشان می دهد که در حالی که راندمان حذف COD در بخش میانی تا حدی تحت غلظت های مختلف DO متفاوت است، تغییرات کلی حداقل بوده و همبستگی واضحی را نشان نمی دهد. هنگامی که غلظت DO از سطح 2-3 میلی گرم در لیتر به سطح 3-4 میلی گرم در لیتر افزایش یافت، COD پساب و راندمان حذف به ترتیب 1.0 میلی گرم در لیتر و 0.1 درصد کاهش یافت. با این حال، هنگامی که غلظت DO به سطح 4-5 میلی گرم در لیتر افزایش یافت، COD و راندمان حذف پساب به ترتیب 0.5 میلی گرم در لیتر و 0.3 درصد افزایش یافت. غلظتهای مختلف DO تأثیر قابلتوجهی بر راندمان حذف COD نداشت.
4.2 تجزیه و تحلیل کارایی حذف TN
تجزیه و تحلیل حذف TN در بخش میانی غلظتهای TN پساب خروجی را 8/13، 0/13 و 9/12 میلیگرم در لیتر تحت سه شرایط DO با نرخ حذف به ترتیب 5/62، 3/66 و 4/66 درصد نشان داد. در مقایسه، سطوح غلظت DO 3-4 میلی گرم در لیتر و 4-5 میلی گرم در لیتر منجر به راندمان حذف TN بهتر شد.
4.3 تجزیه و تحلیل کارایی حذف TP
تجزیه و تحلیل حذف TP در بخش میانی غلظت TP پساب 0.57، 0.52، و 0.46 میلی گرم در لیتر را تحت سه شرایط DO، با نرخ حذف به ترتیب 88.5٪، 90.8٪ و 91.5٪ نشان داد. در مقایسه، سطوح غلظت DO 3-4 میلی گرم در لیتر و 4-5 میلی گرم در لیتر منجر به راندمان حذف بهتر TP شد.
تجزیه و تحلیل جامع نشان می دهد که با تنظیم غلظت DO در بخش میانی به سطح 3-4 میلی گرم در لیتر، راندمان حذف آلاینده بالاتری حاصل می شود.
تجزیه و تحلیل تاثیر غلظت DO بخش دم بر راندمان حذف آلاینده
5.1 تجزیه و تحلیل کارایی حذف COD
تجزیه و تحلیل حذف COD در بخش دم راندمان حذف 91.8٪ در هر سه شرایط غلظت DO را نشان داد. غلظتهای مختلف DO تأثیر قابلتوجهی بر راندمان حذف COD نداشت.
5.2 تجزیه و تحلیل کارایی حذف TN
تجزیه و تحلیل حذف TN در بخش دم غلظت TN پساب 11.5، 12.7 و 13.4 میلی گرم در لیتر را تحت سه شرایط DO، با نرخ حذف به ترتیب 72.7، 67.9 درصد و 66.5 درصد نشان داد. در مقایسه، سطح غلظت DO 2-3 میلی گرم در لیتر منجر به راندمان حذف TN بهتر شد.
5.3 تجزیه و تحلیل کارایی حذف TP
تجزیه و تحلیل حذف TP در بخش دم نشان داد که وقتی غلظت DO زیر 2.0 میلی گرم در لیتر بود، راندمان حذف از 96٪ تجاوز نمی کرد. در این آزمایش، میزان حذف در هر سه شرایط DO 90 درصد بود و غلظت پساب با استاندارد اولیه مطابقت داشت.
به طور خلاصه، تنظیم غلظت DO در قسمت دم روی سطح 2-3 میلی گرم در لیتر باعث بازده حذف آلاینده بالاتر می شود.
نتیجه گیری
برای بررسی تاثیر ویژه تامین اکسیژن مرحلهای در ناحیه هوازی فرآیند AAO بر راندمان حذف آلاینده، منطقه هوازی در طول مطالعه به بخشهای سر، میانی و دم تقسیم شد. تجزیه و تحلیل راندمان حذف COD، TN، و TP در این بخش ها، همراه با نتایج تحقیق، نشان می دهد که تنظیم سطوح غلظت DO در سه منطقه هوازی به ترتیب به 4-5 میلی گرم در لیتر، 3-4 میلی گرم در لیتر و 2-3 میلی گرم در لیتر، کارایی حذف کلی آلاینده را بهتر می کند. این رویکرد میتواند پشتیبانی و مرجعی برای حفاظت از محیط زیست، حفاظت از انرژی و تلاشهای کاهش انتشار باشد.