تصفیه فاضلاب بیمارستانی یکی از مشاغل سخت در مهندسی آب است. فراتر از آلاینده‌های معمولی، این جریان حامل پاتوژن‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها، محصولات جانبی ضدعفونی‌کننده‌ها و باقیمانده‌های دارویی است که محدودیت‌های تخلیه را به سخت‌ترین سطح خود می‌رساند. رعایت این محدودیت ها به طور سنتی دارای هزینه های زیست محیطی سنگینی بوده است - تا کنون. این مطالعه در دنیای واقعی از یک بیمارستان درجه 3A در Yichang، چین، نشان می دهد که یک سیستم A/O-MBBR این مبادله را از بین می برد: شدت کربن فقط0.50 کیلوگرم CO2-eq/m³، تقریبا66 درصد کمترنسبت به سیستم‌های بیوراکتور غشایی معادل (MBR) که فاضلاب یکسانی را تصفیه می‌کنند.
چرا فاضلاب بیمارستانی یک مشکل کربن است؟
فاضلاب بیمارستانی با فاضلاب شهری تفاوت اساسی دارد. بارهای آلی بالا را با ترکیبات فعال بیولوژیکی ترکیب می کند که باید قبل از تخلیه از بین بروند. سخت‌ترین استانداردها هیچ حاشیه‌ای برای اپراتورهای تصفیه باقی نمی‌گذارد، که از لحاظ تاریخی طراحان را به سمت فرآیندهای تشنه انرژی و مواد شیمیایی سوق داده است. نتیجه: خود درمان به منبع قابل توجهی از انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) تبدیل شد.
بینش این مطالعه این است کهانتخاب فرآیند، نه فقط عملکرد درمان، نتیجه کربن را تعیین می کند. با تعیین کمیت هر منبع انتشار در طول یک سال کامل کار - برق، متان فرآیند (CH4)، اکسید نیتروژن (N2O)، مواد شیمیایی و حمل و نقل لجن - این تجزیه و تحلیل از دستورالعمل‌های IPCC 2019 پیروی می‌کند و یک دفتر کل کربن کامل و قابل ممیزی ایجاد می‌کند. اعداد دقیقاً نشان می‌دهند که آلاینده‌ها در کجا پنهان می‌شوند و کدام اهرم‌ها بیشترین کاهش را دارند.
گیاه و فرآیند تحت مطالعه
پیکربندی A/O-MBBR در ایستگاه بیمارستان 1200 m³/d
ایستگاه تصفیه با ظرفیت طراحی در سال 2020 راه اندازی شد1,200 m³/d. قطار فرآیند آن فشرده و قوی است: یک مخزن بدون اکسیژن و به دنبال آن یک مخزن هوازی/MBBR، یک شفاف کننده ثانویه و ضدعفونی نهایی. راکتور بیوفیلم بستر متحرک تراکم بالایی از حامل های بیوفیلم را در منطقه هوازی بسته بندی می کند، بنابراین سیستم زیست توده فعال بزرگی را در یک ردپای کوچک حفظ می کند - یک مزیت حیاتی در محوطه های بیمارستانی که زمین کمیاب است.
جدول 1 داده های عملیاتی سالانه 2023 را خلاصه می کند که حسابداری کربن را تغذیه می کند. به عملکرد نیتروژن توجه کنید: TN ورودی 55 میلی‌گرم در لیتر به تنها 15 میلی‌گرم در لیتر کاهش می‌یابد، در حالی که CODCr از 420 به 38 میلی‌گرم در لیتر کاهش می‌یابد - شواهدی که نشان می‌دهد این فرآیند درمان پایدار و سازگار را در کل سال ارائه می‌کند.
| دسته بندی | مورد | واحد | ارزش |
| آب | حجم سالانه | m³/a | 365,000 |
| آب | CODCr نفوذی | میلی گرم در لیتر | 420 |
| آب | پساب CODCr | میلی گرم در لیتر | 38 |
| آب | ورودی / پساب TN | میلی گرم در لیتر | 55 / 15 |
| انرژی | برق سالانه | kWh/a | 255,000 |
| انرژی | توان واحد | کیلووات ساعت بر مترمکعب | 0.70 |
| مواد شیمیایی | NaClO (10%) | t/a | 75 |
| مواد شیمیایی | PAC | t/a | 3.0 |
| لجن | لجن مرطوب تا سوزاندن | t/a | 220 |
قابل توجه ترین شکل در این جدول مصرف برق واحد است0.70 کیلووات ساعت در متر مکعب. از آنجایی که حامل های بیوفیلم جایگزین بخشی از زیست توده معلق می شوند، سیستم هوادهی نیازی به معلق نگه داشتن موجودی عظیم مشروب مخلوط ندارد و اصلاً هوادهی تمیزکننده غشایی وجود ندارد. این یک انتخاب طراحی در کل تعادل کربن موج می زند.
نتایج حسابداری کربن
مجموع انتشار سالانه: 182.15 تن CO2-eq
جدول 2 موجودی گازهای گلخانه ای را بر اساس منبع و دامنه تجزیه می کند. شدت کربن کار می کند تا0.50 کیلوگرم CO2-eq/m³- رقمی قابل مقایسه با تصفیه فاضلاب شهری معمولی، که با توجه به ماهیت بسیار خطرناک تر جریان خوراک قابل توجه است.
| دسته بندی | منبع | CO2-eq (t/a) | اشتراک گذاری (%) |
| مستقیم | فرآیند CH4 | 22.68 | 12.45 |
| مستقیم | فرآیند N2O | 10.60 | 5.82 |
| غیر مستقیم | برق | 145.43 | 79.85 |
| غیر مستقیم | مواد شیمیایی | 1.30 | 0.71 |
| غیر مستقیم | انتقال لجن | 1.14 | 0.63 |
| غیر مستقیم | غیر مستقیم دیگر | 1.00 | 0.54 |
| مجموع | مجموع انتشار سالانه | 182.15 | 100.0 |
نمودار ترکیب زیر داستان را بصری می کند: یک منبع غالب است و اپراتورهای منبع واقعاً می توانند آن را کنترل کنند.
یافته های کلیدی از موجودی
1. برق با 79.85٪ غالب است
در0.70 کیلووات ساعت در متر مکعب، توان واحد سیستم به طور قابل توجهی کمتر از سیستم های غشایی است که برای هوادهی آبشستگی غشا باید انرژی اضافی مصرف کند. این غلظت گازهای گلخانه ای در یک دسته واحد که به خوبی درک شده است به این معنی است که بهبود راندمان هوادهی مستقیماً به بزرگترین منبع حمله می کند - هر کیلووات ساعت صرفه جویی شده فوراً و قابل اندازه گیری کربن سود دارد.
2. انتشار مستقیم گازهای گلخانه ای با 18.27 درصد در رتبه دوم قرار دارد.
فرآیند CH4 (12.45٪) و N2O (5.82٪) پتانسیل گرمایش جهانی بالایی دارند - N2O در طول 100 سال تقریباً 273 برابر CO2 است. اینها در خود فرآیند بیولوژیکی تولید می شوند. این یافته قابل اجرا است: بهینه‌سازی فرآیندی که اکسیژن محلول و نرخ‌های گردش مجدد را متعادل می‌کند می‌تواند به طور همزمان حذف نیتروژن را بهبود بخشد و تولید N2O را سرکوب کند و بار آلاینده و ردپای کربن را کاهش دهد.
3. ردپای کربن شیمیایی نزدیک به صفر در 0.71٪ است
این سیستم فقط از هیپوکلریت سدیم برای ضدعفونی و PAC برای انعقاد استفاده می کند. وجود داردبدون نیاز به مواد شیمیایی تمیز کننده غشاءاصلاً - مزیت ذاتی حامل های بیوفیلم نسبت به غشاها. این باعث می شود ردپای کربن شیمیایی از بین برود11 برابر کمتراز یک سیستم MBR معادل.
4. دفع لجن جزئی در 1.17٪ است
لجن مرطوب ارسال شده به سوزاندن تنها 1.17 درصد از کل کربن را تشکیل می دهد. بازده لجن کم سیستم‌های MBBR که توسط بخش بیوفیلم با رشد آهسته هدایت می‌شود، هزینه‌های جابجایی پایین دستی و انتشار گازهای گلخانه‌ای را مهار می‌کند.
MBBR در مقابل MBR: مزیت کربن 66٪
قانع‌کننده‌ترین شواهد از مقایسه مستقیم حاصل می‌شود. مطالعه اخیر سیستم های بیمارستانی MBR (He Junqing و همکاران) شدت کربن را برای تاسیسات مشابه گزارش کرده است و شکاف چشمگیر است:
| شاخص | MBBR (این مطالعه) | MBR (ادبیات) | تفاوت |
| شدت کربن (کیلوگرم CO2-eq/m³) | 0.50 | 1.47 ± 0.30 | MBBR ~ 66٪ کمتر |
| توان واحد (kWh/m³) | 0.70 | 0.93 ± 0.25 | MBBR ~ 25٪ کمتر |
| سهم کربن برق (%) | 79.85 | 62.29 | - |
| سهم کربن شیمیایی (%) | 0.71 | 7.98 | MBR 11× بالاتر |
| سهم دفع لجن (%) | 1.17 | 0.51 | - |
دو مکانیسم مزیت را توضیح می دهند. اول،بهره وری انرژی: در 0.70 در مقابل 0.93 kWh/m³، MBBR از هوادهی با شدت بالا غشایی جلوگیری می کند که سیستم های MBR نمی توانند بدون آن زندگی کنند. دوم،حذف شیمیایی: غشاها نیاز به تمیز کردن دوره ای شیمیایی با ردپای کربن و حمل و نقل مرتبط دارند، در حالی که MBBR نیاز به تمیز کردن غشاء صفر دارد. هر دو عامل برای کاهش 66٪ کربن ترکیب می شوند.
مسیرهایی برای کاهش بیشتر کربن
دفتر کل کربن نیز راه رو به جلو را نشان می دهد. سه ارتقاء می تواند سیستم را پایین بیاورد:
ارتقاء هوادهیجایگزینی دمنده های Roots با دمنده های شناور مغناطیسی، همراه با کنترل بازخورد اکسیژن محلول (DO)، می تواند با تطبیق عرضه هوادهی با تقاضای بلادرنگ، بزرگترین دسته انتشار را در منبع خود کاهش دهد.
بهینه سازی فرآیندتنظیم دقیق نقاط تنظیم DO و نسبت‌های گردش مجدد، تولید N2O را سرکوب می‌کند و به طور مستقیم سهم 5.82 درصدی حاصل از این گاز گلخانه‌ای قوی را کاهش می‌دهد.
انرژی های تجدید پذیر.پوشش فتوولتائیک خورشیدی پشت بام تنها 10 درصد تقاضا را تقریباً کاهش می دهد14.5 تن CO2 در سال- یک گام جذاب و قابل مشاهده به سمت پردیس بیمارستان صفر خالص.
خوراکی های کلیدی
MBBR یک محلول واقعا کم کربن برای فاضلاب بیمارستانی است که تحویل می دهد0.50 کیلوگرم CO2-eq/m³- قابل مقایسه با تصفیه شهری مرسوم علیرغم جریان خوراک بسیار خطرناک تر.
را66% مزیت کربن نسبت به MBRبا حذف مواد شیمیایی غشایی و تقاضای انرژی پایین تر هدایت می شود، نه با قربانی کردن عملکرد درمان.
الکتریسیته اهرم غالب در 79.85 درصد است، بنابراین بهبود بازده هوادهی تأثیر مستقیم و کمی دارد.
ردپای کربن شیمیایی نزدیک به صفر (0.71٪) یک مزیت متمایز است که تکرار آن سخت است.
انتشار مستقیم گازهای گلخانه ای (18.27٪) مستحق توجه صریح در طراحی فرآیند است، زیرا آنها بیشترین پاسخ را به تنظیم عملیاتی دارند.
نتیجه گیری
این مورد واقعی نشان می‌دهد که MBBR می‌تواند فاضلاب بیمارستانی چالش برانگیز را با حفظ ردپای کربن تصفیه کند.66٪ کمتر از سیستم های MBR معادل. ترکیبی از مصرف انرژی کمتر، مواد شیمیایی غشایی صفر، و عملکرد تصفیه قوی، MBBR را به یک انتخاب قانع‌کننده برای فاضلاب پزشکی تبدیل می‌کند - به‌ویژه برای مدیران تأسیسات و مهندسان طراح که باید همزمان از انطباق تصفیه و هم اهداف سازمانی کاهش کربن را برآورده کنند.
کاهش ردپای کربن فاضلاب بیمارستانی تا 66 درصد
یک سیستم A/O-MBBR فاضلاب بیمارستانی را با 0.50 کیلوگرم CO2-eq/m3 - دو سوم کربن کمتر از MBR تصفیه می‌کند. ببینید چگونه رسانه Juntai MBBR درمان سازگار و کم کربن را برای تأسیسات شما ارائه می دهد.